ISSN 2477-9105
Número 27 Vol.1 (2022)
69
DESARROLLO DE ADOQUINES A PARTIR DE LOS RELAVES DE MINA.
Development of pavers from mine tailings.
Jácome Calderón Juan Francisco* , Burbano Morillo Danny Santiago , Núñez Romero Jorge
Alberto .
Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental,
Quito, Ecuador.
*juancho_jacome@hotmail.es
El constante desarrollo minero ha generado una gran cantidad de pasivos ambientales, especialmente
relaves mineros (residuos mineros), almacenados en relaveras, la mayoría de los cuales son
abandonados después de su vida útil, sin mantener un control químico y físico, generando
contaminación ambiental. El desarrollo de adoquines empleando los relaves de mina empieza con
los análisis: físicos, mineralógicos y químicos de las arenas de relave, para determinar si el material
es apto como agregado. Una vez analizado el relave, se realizó prototipos de adoquines usando
diferentes dosificaciones reemplazando el polvo de piedra con el relave y así determinar las mejores
características de resistencia física apegados a la normativa INEN 3040 e INEN 1488 1986. Se
determinó que la dosificación adecuada como agregado de relave es reemplazando en un 70% al
polvo de piedra en la fabricación de adoquines. Se concluye que mortero diseñado en base a arena de
relave, cemento y agregados representa un ahorro al momento de gestionar estos residuos en relación
a la construcción de nuevas relaveras. Se obtuvo una resistencia a la tracción de 3MPa, cuyo valor se
encuentra ligado al alto contenido de cuarzo (±80%), propio de la paragénesis mineral del yacimiento.
Palabras clave: Relave, adoquín, resistencia, pasivo ambiental, drenaje ácido.
The constant mining development has generated a large number of environmental liabilities, espe-
cially mine tailings (mining waste), stored in tailings, most of which are abandoned after their useful
life, without maintaining chemical and physical control, generating environmental contamination.
The development of pavers using mine tailings begins with physical, mineralogical and chemical
analyses of the tailings sands to determine if the material is suitable as aggregate. Once the tailings
were analyzed, prototypes of pavers were made using different dosages, replacing the stone powder
with the tailings in order to determine the best physical resistance characteristics according to INEN
3040 and INEN 1488 1986 standards. It was determined that the adequate dosage as tailings aggrega-
te is replacing 70% of the stone dust in the manufacture of pavers. It is concluded that mortar desig-
ned based on tailings sand, cement and aggregates represents a saving at the time of managing these
wastes in relation to the construction of new tailings. A tensile strength of 3MPa was obtained, whose
value is linked to the high quartz content (±80%), typical of the mineral paragenesis of the deposit.
Keywords: Tailings, paver, resistance, environmental liability, acid drainage.
Fecha de recepción: 05-04-2021 Fecha de aceptación: 08-11-2021 Fecha de publicación: 31-01-2022
R
esumen
A
bstract
I. INTRODUCCIÓN
La explotación minera en Sudamérica se ha rea-
lizado ya por los Incas desde el tiempo Pre-Co-
lombino, pero los datos muestran que desde el
año 1556 se ha encontrado la primera conta-
minación causada por la explotación minera,
principalmente por el uso de agua y el depósi-
to de sus desechos (1). A partir del año 1800 la
tecnificación del procesamiento de minerales en
DOI: https://doi.org/10.47187/perf.v1i27.151
70
el mundo causo que las partículas remanentes y
relaves empezaron a ser acumulados en sectores
convenientes para el sector minero de ese tiem-
po, principalmente en lugares cercanos a arroyos
y ríos para que el agua arrastre el material (2). De
esta manera para el año 1900 inició con el flo-
recimiento de más distritos mineros se aumentó
gradualmente la descarga descontrolada de re-
laves y la construcción de las primeras piscinas
para almacenar relaves (3,4).
Entre los principales desafíos globales críticos
que pueden poner en riesgo a las presentes y
futuras generaciones, se encuentran: la degra-
dación de ecosistemas, calentamiento global y
agotamiento de recursos naturales (5,6). Es por
ello que la gestión ambientalmente racional de
los desechos, entre estos los relaves, siendo los
residuos finos y agua resultantes de procesos de
lixiviación y concentración de minerales debe
ser considerada una de las principales preocupa-
ciones para mantener la calidad del ambiente y
de la vida humana en la actualidad (7).
Es por eso que la investigación de uso de los re-
laves como material para fabricar elementos de
construcción, busca una solución al problema de
la mayoría de empresas mineras del país, por la
falta de espacios para depositar los residuos del
procesamiento mineral (8).
Falta de Investigación sobre el uso o aprovecha-
miento de los relaves de la mina “Agro-Indus-
trial El Corazón-Ecuador”, a partir de ensayos de
laboratorio, limitan la toma de decisiones sobre
su utilización en varios sectores de la industria
como por ejemplo en la construcción y obras ci-
viles (9). Además, la generación diaria de relaves
producto del procesamiento mineral, deriva en
una constante búsqueda de soluciones óptimas
para la gestión y almacenamiento de estos resi-
duos.
Al buscar nuevas alternativas para los relaves,
que no sea su confinamiento y abandono, la mi-
nería obliga a tomar decisiones que sean amiga-
bles en el entorno socio-ambiental desde la ex-
tracción mineral hasta la recuperación del metal
valioso (10), de esta manera el beneficio iría más
allá de la rentabilidad económica para la empresa
y se llegaría a un apoyo social con nuevas ideas y
estrategias enfocadas a la gestión de los residuos
mineros (11).
De esta forma, en base a una caracterización fí-
sica, química y mineralógica de los relaves de
mina se promueve la investigación y estudio de
la factibilidad de usar estos desechos mineros
como agregados en la fabricación de adoquines y
así buscar una solución a la falta de áreas para la
construcción de nuevas relaveras (12). Un factor
determínate que condiciona el aprovechamiento
de los relaves en la fabricación de los adoquines,
es la resistencia física, donde la dosificación ade-
cuada permite obtener un producto acorde a la
normativa ecuatoriana INEN 3040 2016 (13, 14).
La fase de experimentación incluye 48 muestras
de relaves (proceso de cianuración) obtenidos de
la empresa Agroindustrial El Corazón, mina que
se ubica al Nor-Occidente de la ciudad de Qui-
to-Ecuador (Figura 1); de las cuales se obtuvo 60
adoquines divididos en 3 tipos de dosificaciones,
que fueron ensayados hasta obtener el adoquín
que cumple con los lineamientos de la normativa
INEN 3040 e INEN 1488 1986 (15).
Figura 1. a) Vista panorámica de la construcción de las relaveras en
Agroindustrial El Corazón b) Estado actual de la relavera #9 c) Malla de
muestreo de Relaves.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
El proceso de investigación se basa en el análisis
de las características físicos-químicas y minera-
lógicas de la materia prima (relaves) y del pro-
ducto resultante (adoquines).
En la Figura 2 se detalla el proceso metodológi-
co iniciando por; topografía de la relavera, in-
sumo que permite el cálculo de volumen, malla
de muestreo, técnica empleada para obtener las
arenas de relave las cuales pasaron por un tra-
tamiento de homogeneización y cuarteo hasta
obtener muestras selectivas que posteriormente
pasaron por un análisis de laboratorio determi-
nando así: la granulometría, peso específico, hu-
71
medad, Test ABA y difracción de rayos X.
El Test ABA es de mucha importancia en el ám-
bito minero debido que el resultado de los mis-
mos es una predicción sobre la posibilidad de que
genere drenaje ácido una roca o una mina, a par-
tir de resultados de laboratorio que determina el
porcentaje de contenido de sulfatos o sulfuros;
permitiendo planificar el control ambiental en la
industria minera (16, 17). El ensayo básicamen-
te consiste en la posibilidad de generar drenaje
acido del material en relación a la posibilidad del
mismo material de neutralizar el posible drenaje
ácido.
Figura 2. Flujo grama de muestreo y Ensayos a relaves
Los resultados favorables obtenidos de laborato-
rio en relación a sus propiedades físico (granulo-
metría) y químicas (menor presencia de sulfuros)
permitieron tomar decisiones para el empleo de
los relaves en la fabricación de adoquines tipo
centauro.
Los adoquines para cumplir la resistencia reque-
rida fueron fabricados en base a una dosificación
calculada de la mezcla de cemento, agua, agrega-
do grueso y agregado fino (polvo de piedra). La
relación de agregados que intervienen en la fabri-
cación del adoquín se condiciona al uso de agre-
gado fino o polvo de piedra con las siguientes 3
variaciones: reemplazando en un 30%, un 50% y
un 70% de la cantidad agregado fino por relave.
La dosificación que presente mejores propieda-
des físicas será la utilizada para la fabricación del
producto en base a la normativa INEN 3040 del
año 2016.
En la tabla 1 se especifica la dosificación en volu-
men utilizada en la fabricación de los diferentes
prototipos.
Mezcla 1
(relave 30%)
Mezcla 2
(relave 50%)
Mezcla 3
(relave 70%)
Cemento ¾ ¾ ¾
Agregado grueso 1 ½ 1 ½ 1 ½
Agregado no 2 1 ½ 1
Relave 1 1 ½ 2
Tabla 1. Dosicación utilizada en los diferentes prototipos.
Los adoquines tipo centauro fabricados bajo las
relaciones anteriormente citadas cumplieron con
los ensayos enmarcados en la normativa INEN
3040 2016; que incluye ensayos de tracción indi-
recta, absorción total de agua (permeabilidad) y
características físicas.
Por otro lado, Yugsi, (18) menciona que, a partir
de los resultados de la tracción indirecta medida
en los adoquines, se puede obtener la resistencia
a la compresión mediante la ecuación de Adam
M. Nevill (1).
fc=(ft/0.3)
(3/2)
(1)
Donde:
ft = Resistencia a la tracción indirecta.
fc = Resistencia a la compresión simple.
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis del Relave
En la tabla 2 se detalla promedio de ensayos de
laboratorio; mineralógico, granulométrico e ín-
dices, obtenidos de un total de 48 muestras de
relave tomados dentro de una configuración de
una malla de 5m x 5m, alcanzando una profun-
didad promedio de 1.5m.
Descripción Cantidad Medida
MINERALOGÍA Cuarzo 78.8 %
Caolinita 10.6 %
Plagioclasas 4.2 %
Moscovita 3.8 %
Hematita 1.6 %
Anatasa 1 %
Peso Especíco 2.6 g/cm3
GRANULOMETRÍA Arena Fina 41.6 %
Limo - Arcilla 58.4 %
Humedad 18.82 %
Tabla 2. Resumen de propiedades mineralógicas y físicas.
Test ABA
Las muestras representativas de los relaves fue-
ron enviadas al Laboratorio GRUNTEC de don-
Jácome, Burbano, Núñez
72
de los resultados se reflejan en la tabla 3.
Especies de Azufre
Azufre total en Sulfato % 0.13
Potencial de Neutralización por Carbonato kgCaCO
3
/t 4.7
Tabla 3. Resultados TEST ABA
Fuente: GRUENTEC, 2019
Aplicando la ecuación (2) para determinar la po-
sible generación de drenaje ácido por parte de los
relaves y por ende de los productos que se espera
obtener (19). Los resultados son los siguientes:
31.25 x S%=APP (2)
31.25 x 0.13=4.063
Dando como resultado los siguientes datos.
APP (acid production potential) = 4.063
NP (neutralization potential) = 4.7
A partir de los resultados obtenidos de APP y NP,
se calcula dos medidas del TEST ABA los cuales
son PNN y la relación N/APP (3, 4).
PNN=NP-APP (3)
PNN=4.7-4.063
PNN=0.64
NP/APP= 4.7/4.063=1.16 (4)
Los valores obtenidos se interpretan con la tabla
4 del Test ABA.
PNN ´PN/PA INTERPRETACIÓN
>20 >3
Bajo o Nulo potencial de
Generación de ácido
<20 1 a 3
*Potencial Marginal de
generación de ácido
Negativo <1
Alto Potencial de generación
de ácido
-20 y 20
Interpretación
dicultosa
>3
Bajo riesgo de formar drena-
je ácido
Entre 1 y 3 Zona de incetidumbre
Tabla 4. Interpretación TEST ABA
Nota: (*) resultado de Test ABA
Fuente: U.S Environmental Protection Agency, 1994.
El porcentaje de minerales presentes en el relave
se determinó mediante en el ensayo de difracción
de Rayos X, donde se observa que el cuarzo y la
caolinita predominan en el material, evidencian-
do la alteración argílica insipiente del yacimiento
(20, 21, 22), esto crea la posibilidad de utilización
del relave al no generar un drenaje ácido, sumado
a la poca o nula presencia de óxidos, sulfuros y
sulfatos (23).
Sumado a lo anteriormente expuesto, el Test
ABA dio como resultado un “potencial margi-
nal” de generar drenaje ácido por parte de los
relaves, proporcionando una mayor seguridad en
la toma de la decisión para el uso de los relaves
que fueron estudiados. Con este resultado se pre-
sume que al aumentar más carbonato al relave
(cemento) permite una efectiva inertización de
las arenas de relave, en consecuencia, el adoquín
diseñado no provocará un pasivo ambiental (24).
En base a los resultados químicos favorables del
uso de relaves, se procedió a elaborar 3 prototi-
pos de adoquines con diferentes dosificaciones
(cemento + agregado grueso + agregado fino +
relave) donde la resistencia a la tracción indirecta
es el parámetro guía para la selección de la op-
ción más adecuada (25).
En la tabla 5 se indica las principales caracterís-
ticas físicas de los 3 diferentes prototipos de ado-
quines, es importante mencionar que el número
de ensayos dependió de los requeridos por la nor-
mativa actual INEN 3040 (2016).
Prototipo % de Relave Tipo de Ensayo Valor Unidad
1 Adoquín
con un 70%
en reempla-
zo de agre-
gado no
Tracción Indirecta 3 MPa
Resistencia a Compre-
sión
31.62 MPa
Absorción Total de
Agua
8.83 %
2 Adoquín
con un 50%
en reempla-
zo de agre-
gado no
Tracción Indirecta 2.4 MPa
Resistencia a Compre-
sión
22.62 MPa
Absorción Total de
Agua
8.6 %
3 Adoquín
con un 30%
en reempla-
zo de agre-
gado no
Tracción Indirecta 2.7 MPa
Resistencia a Compre-
sión
27 MPa
Absorción Total de
Agua
7.83 %
Tabla 5. Resultados de características mecánicas para diferentes dosica-
ciones de relave en reemplazo al agregado no (polvo de piedra).
Fuente: Departamento de Metalurgia Extractiva EPN, 2019.
Los resultados de tracción indirecta ejecutados
en los adoquines fabricados con un 70% de relave
en reemplazo del agregado fino, presentan una
resistencia a la tracción de 3MPa y una resisten-
cia a la compresión 31.62MPa. Si bien este resul-
tado no cumple con el valor mínimo promedio
de resistencia a la tracción (3.6 MPa) que exige la
normativa INEN 3040, el resultado de resisten-
cia a compresión simple (31.62 MPa) sobrepasa
el valor requerido dentro de los establecido en los
lineamientos de la normativa INEN 1488, la cual
menciona que los adoquines elaborados para el
73
uso de vías de tráfico peatonal y para estacio-
namientos deben cumplir el requerimiento de
resistencia a la compresión de 20MPa y 30MPa
respectivamente medidos a los 28 días.
Con lo expuesto en los acápites anteriores, en
base a los resultados químicos, físicos y mine-
ralógicos, resulta factible el uso de los relaves en
la fabricación de adoquines para ser usados en
beneficio de la comunidad o de las instalaciones
del campamento de la empresa. Por otro lado,
para lograr satisfactoriamente la fabricación de
los adoquines se planea la siguiente metodología
(Figura 3):
1. Secado de piscina de relaves.
2. Extracción y transporte del relave hacia el lu-
gar de acopio.
3. Secado natural del relave para eliminar exceso
de humedad.
4. Dosificación de los agregados en la mezclado-
ra.
5. Vibro-prensado de adoquines.
6. Secado al aire libre por 28 días de los adoqui-
nes.
Figura 3. a) Secado natural del relave, b) Dosicación en la mezcladora, c)
Vibro-prensado en moldes personalizados de adoquines, d) Secado al aire
libre de los adoquines.
Uno de los objetivos de la empresa para el empleo
de los relaves como agregado en la fabricación de
adoquines, es usar estos elementos de apoyo en la
mejora de las vías que son parte del campamento.
Finalmente, en la Figura 4 se muestra la apli-
cación de los adoquines en la mejora en la red
vial de tránsito peatonal en el interior del predio
donde se desarrolla la mina. El área a intervenir
con el uso de adoquines de relave es de 3 311 m2,
lo que equivale al evacuar una piscina de las 15
existentes en la empresa minera. En las siguien-
tes figuras se observa la mejora que tendrían las
vías.
Figura 4. Vista panorámica de la mejora de las vías peatonales, sector del
comedor. a) vía lastrada, b) vía con la implementación de adoquines de
relave.
IV. CONCLUSIONES
El uso de arenas de relave para la fabricación de
adoquines fue factible en relación al cumplimien-
to de la norma INEN 3040 obteniendo como re-
sultado una resistencia a la tracción indirecta de
hasta 3MPa, los prototipos pueden ser utilizados
en zonas de tránsito peatonal y en zonas de es-
tacionamiento. La dosificación para conformar a
mezcla fue de ¾: 1 ½ : 1 : 2 (cemento, agregado
grueso, agregado fino, relave).
Mineralógicamente, el cuarzo es el mineral que
predomina en los relaves, se presenta en porcen-
tajes mayores al 75% en todas las muestras y en
base a los resultados de los adoquines prototipos,
la presencia de este mineral ayudó a mejorar las
propiedades físico mecánicas de los adoquines.
Los relaves no muestran un potencial alto para
generar drenaje ácido según los ensayos ABA
(Acid-Base Accounting) realizados, por lo que
no fue necesario un procedimiento adicional
para eliminar elementos que pudieran causar un
pasivo ambiental.
El aprovechamiento de los relaves con su uso en
la fabricación de adoquines resulta factible en el
ámbito económico, la fabricación de un adoquín
alcanza un costo de USD 0.32. Como dato refe-
rencial la empresa al aprovechar el relave en la
fabricación de adoquines ahorraría un aproxi-
mado de USD 95 000 por la construcción de una
relavera. En el contexto social la empresa genera-
ría plazas de trabajo además de mitigar el pasivo
ambiental por la generación de drenaje ácido (9).
Desde el punto de vista técnico evitaría el inver-
tir en estudios de prefactibilidad, factibilidad,
construcción, cierre y monitoreo de las relaveras,
con la puesta en marcha de un proyecto usando
la metodología planteada en la investigación se
llegaría una gestión óptima de los residuos mi-
neros.
Jácome, Burbano, Núñez
eferencias
R
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