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.
