EDICIÓN N°367 - MAYO 2010


Minería a cielo abierto

Motivos por los que se recurrió a este sistema, características, fases operativas, equipos y desafíos son analizados a continuación


¿Porqué Minería a Cielo Abierto?


Como primer paso, hay que aclarar el hecho de que las explotaciones mineras a cielo abierto o rajo abierto –Open Pit en inglés- no son una “moda”, sino una necesidad de la industria para poder satisfacer la demanda de minerales y metales por mercados cada vez más exigentes, especialmente las economías emergentes del sudeste asiático y el Grupo BRIC .

Antes de explicar las distintas técnicas y procesos que se aplican en la extracción a cielo abierto, hay que tener en cuenta los considerandos por los cuales la industria recurrió a este método.

Desde la Prehistoria el Hombre ha trabajado los minerales y los metales; para acceder a los mismos se valió de sistemas de alta ley, particularmente en vetas.

La explotación por sistema vetiforme implica la presencia de un mineral de alta ley, costos operativos relativamente altos y explotación a escala limitada.

La disminución de las leyes minerales y la limitación tecnológica hicieron énfasis en un aumento de los costos operativos, comenzando a tornar inviables a muchos yacimientos
en todo el mundo. La extracción a través del método tradicional –minería subterránea- ya no era económicamente redituable como en otras épocas..

En paralelo con el agotamiento progresivo de los depósitos cercanos a la superficie, las campañas perforatorias comenzaron a demostrar la presencia de mineral diseminado de muy baja ley en zonas profundas.

Por lo tanto, se empezó a comprender y tratar de desarrollar yacimientos profundos, con una geología diferente y más compleja que la tradicional vetiforme, y por supuesto una combinación distinta en cuanto a la relación estéril/mineral y estabilidad de taludes, por citar solo unos ejemplos.

Al hecho de comenzar a “adaptarse” o “entender” la “nueva geología” proveniente de los yacimientos diseminados, tuvo que realizarse una actualización tecnológica: nuevos equipos, capaces de transportar y procesar mayores volúmenes de material, sumado a mayores condiciones de seguridad y capacitación de personas.

Fases de la Operación a Cielo Abierto

Dentro de las etapas iniciales para la puesta en funcionamiento de una operación Open Pit, se encuentra el “destape” o “desmonte”, que comprende la limpieza del terreno para poder acceder a la zona con contenido mineral.


En una explotación Open Pit clásica –sin tener en cuenta el posterior procesamiento de mineral-, hay cuatro etapas bien marcadas y diferenciadas:

1. Perforación
2. Voladura
3. Carga
4. Transporte

Las operaciones se ejecutan a través de “Bancos” que son los escalones o espacios donde se explota el mineral.

Los bancos –con formato horizontal- se explotan en grado avanzado desde los bancos superiores sobre los bancos inferiores. Cada banco tiene su propio equipo, maquinaria, y el mismo es explotado por separado respecto a otros bancos.

Para que la operación se realice en forma segura y efectiva, tiene que haber un desfase entre bancos para disponer de plataformas de trabajo mínimas que permitan el accionar de los equipos.

Perforación

Para perforar en operaciones a cielo abierto hay que elegir el correcto equipo perforatorio, y por lo tanto hay que seleccionar teniendo en cuenta las características propias de la roca que conforma el cuerpo mineralizado: estabilidad, dureza, resistencia, porosidad, fragilidad, permeabilidad al agua y otros.

Para perforar en bancos, hay que tener en cuenta la altura de los mismos: las experiencias más relevantes recomiendan alturas que se sitúen entre los 10 metros y 20 metros.

No hay una altura exacta o perfecta, pero la más óptima es a la que se arriba luego de minuciosos análisis técnicos y económicos complementados por estudios adicionales de geotecnia en los cuales se pondere la seguridad de las personas y de los equipos.

En la mayoría de los casos, la altura del banco quedará definida por las dimensiones de los equipos de excavación y carga, así como las características de la roca.


Otros conceptos para tener en cuenta

• Diámetro del taladro: La elección del equipo de perforación estará supeditada a la elección del diámetro, y viceversa.
• Distribución de la carga
• Inclinación del taladro
• Espaciamiento
• Distribución de la carga
• Esponjamiento

Voladura

Con el objetivo de acceder al mineral, y luego de haber perforado la roca, se insertan los explosivos para su detonación.

En si, el explosivo es una sustancia que en muy pocos milisegundos es capaz de sufrir una fuerte transformación química, en conjunto de producción de calor y formación de gases bajo enorme presión; estos al calentarse y dilatarse, producen el denominado “trabajo mecánico”. Cuando el explosivo en un taladro está detonando, se produce una onda de choque en la roca, que viaja desde 300 a 500 metros por segundo, causando fisuras radiales que surgen desde la región del taladro.

La detonación consiste en la propagación de la explosión con paso de una onda de choque, con velocidad supersónica (algunos miles de metros por segundo). Dentro del grupo de explosivos se encuentran las dinamitas, ANFO, gelatinas explosivas, iniciadores, y otros.

Para poder cumplir su objetivo de reducir el tamaño de la roca en forma significativa, en tiempo y forma, un conjunto de características harán del explosivo el elemento para ello: velocidad de detonación, fuerza, poder rompedor, presión de detonación, sensibilidad y resistencia al agua.

En minería se utilizan tres tipos de explosivos:

• Explosivos a base de nitroglicerina
• Explosivos secos a base de nitrato amónico (ANFO)
• Explosivos semi-líquidos tipo papillas o “slurries”

La minería en Open Pit utiliza en su gran mayoría al ANFO, descubierto en la década de 1950.

Sus principales características son:

• Es la fuente de energía explosiva más barata
• Posee un ratio peso/fuerza del 80%
• Es insensible a choques y rozamiento, por lo tanto su manipulación y transporte carecen de todo riesgo
• No se congela

El cargamento del explosivo

La colocación del explosivo en los taladros requiere de un equipo auxiliar de carga, el cual puede consistir en un atacador o en un cargador neumático.

En el primero de los casos, es el medio más común para la carga de explosivos que siguen un patrón. De cualquier manera, se debe atacar un cartucho por vez para lograr el grado de compactación deseada.

Por su parte, el cargador neumático está disponible para cartuchos de dinamita con un pequeño diámetro (los cartuchos son presionados a través de una manguera de plástico por medio de aire comprimido regulado automáticamente o por un pedal) y para el ANFO (el cargador se usa para soplar el explosivo dentro de los taladros por medio de aire comprimido).


Carga

La minería a cielo abierto se caracteriza por la utilización de grandes equipos y capacidad, especialmente palas y cargadores frontales, los que cargan el material en camiones volcadores –en algunos casos en ferrocarril- para ser trasladados a la zona de trituración primaria para el caso del mineral, o ser remitidos a los botadores en el caso de material estéril.

El sistema más utilizado es el denominado “discontinuo”, es decir que la voladura, carga y transporte se realizan por separado; en la actualidad es el más aplicado en minería a cielo abierto debido a su gran flexibilidad y versatilidad.

Los equipos más utilizados en la fase de carga son las excavadoras de cables y las excavadoras hidráulicas.

En el primer caso, son los equipos más antiguos y utilizados en operaciones de carga de materiales no consolidados.

Las excavadoras de cables tienen las siguientes particularidades: montaje sobre orugas; giro completo de la superestructura; elevación de la cuba por cables y empuje por cable y piñón; amplia potencia instalada de hasta 4.500 Kw. con accionar fundamentalmente eléctrico.

En cuanto a las excavadoras hidráulicas, las mismas han tenido una fuerte incidencia y penetración en la industria minera durante las últimas dos décadas. Las principales características son su accionamiento diesel o electro hidráulico (con potencias de hasta 1.800 Kw.), sistemas de arranque y carga frontal o retro, montaje sobre orugas y giro completo y diseño compacto de la superestructura.

Transporte

Esta etapa final dentro del sistema de operación a cielo abierto antes del procesamiento del mineral consiste en la movilización del material hacia distintos destinos:

• Trituración: el material con contenido mineral relevante o económicamente explotable es trasladado para su trituración dentro del rajo;

• Pila de lixiviación (leach pad): el mineral de baja ley es trasladado a este sitio para que posteriormente se recupere su contenido metálico (por aumento en la cotización de los commodities o por la aplicación de nuevas tecnologías que lo pueda tornar económicamente viable)

• Botadero: el material estéril, sin contenido mineral y valor económico, es depositado en este sitio

Camiones volcadores y camiones con descargas por el fondo son los equipos predominantes en la instancia de Transporte.

Los camiones volcadores son unidades de dos ejes y de tres ejes en los de mayor capacidad. La capacidad se sitúa en el rango de 30 a 320 toneladas, potencia de 225 a 2.250 HP, taras de 30 a 265 toneladas y transmisiones mecánicas o eléctricas.

Por su parte, los camiones con descargas por el fondo comprenden unidades tipo tractor-remolque de tres ejes o de chasis rígido con dos ejes, capacidad de 70 a 180 toneladas, potencias desde 315 a 1.100 HP y taras desde 45 a 170 toneladas.

Adicionales

La minería a cielo abierto no se limita únicamente a equipos cargadores y volcadores, sino que hay una amplia gama de equipos auxiliares que ayudan a que las operaciones se realicen correctamente, brindando la mayor operatividad y seguridad.

Estos equipos son de suma importancia, y sus funciones son muy bien ponderadas; es el caso de motoniveladoras, tractores de orugas y ruedas, excavadoras hidráulicas, vehículos todo terreno, y camiones de riego.

Una nueva tendencia

Al comienzo del artículo se comentó que el lento pero progresivo agotamiento de los yacimientos subterráneos implicó el desarrollo de la minería a cielo abierto, haciendo de la misma el referente como medio de explotación minero.

Esa tendencia ahora se enfrenta a un desafío: los grandes yacimientos a cielo abierto están comenzando a realizar una transición hacia minería subterránea porque sus leyes minerales están en descenso. El recurrir a la operación subterránea en forma directa, o una explotación combinada es la solución para que los yacimientos continúen operando en forma rentable. El caso de la mina Chuquicamata de Codelco Chile tal vez sea el caso más representativo de la transición a explotación subterránea: durante varias décadas el yacimiento a cielo abierto más grande del mundo, los máximos ejecutivos de la compañía estatal han tomado la decisión de convertir su método de explotación.

También hay procesos inversos: la gigantesca mina subterránea Olympic Dam en Australia, propiedad de BHP Billiton, está afrontando un cambio estructural para expandir su capacidad de producción, implicando la conversión directa hacia un gigantesco open pit.

Desde luego que una transición hacia minería subterránea tiene un costo de inversión alto en materia de equipos especializados y de última generación, así como del desarrollo de la infraestructura correspondiente para que las labores se ejecuten correctamente.

La minería a cielo abierto tiene la gran ventaja de tener mayor productividad y menores costos unitarios, pero se llega a un punto en que la profundidad –y el rendimiento económico- obligan a seguir por la vía subterránea.