CONTAMINACIÓN AMBIENTAL PROFESORA: Judith Narváez Terán Magister en Toxicología Industrial y Ambiental

DRENAJE ÁCIDO DE MINA METODOS DE CONTROL

RESUMEN: Generación del Drenaje Acido de Mina Por lo general, en la bibliografía se considera que la oxidación directa por oxígeno ocurre a un pH casi neutro (pH < 7) o ligeramente ácido, mientras que la oxidación indirecta se produce predominantemente a un pH menor (pH < 3). El índice de oxidación es una función de diferentes factores como: suministro de oxígeno, temperatura, pH, actividad bacteriana, área de la superficie del mineral y cristalografía.   El índice de la reacción se incrementa rápidamente a medida que el pH disminuye debido a la presencia de bacterias. La oxidación de 1 mol de pirita genera dos moles de ácido sulfúrico.

En particular, los relaves y desmontes de mina pueden contener sulfuros metálicos que, al quedar expuestos al oxígeno de la atmósfera, son oxidados y generan drenaje ácido, es decir, ácido sulfúrico y metales en solución, iniciando una fuente de contaminación que luego es muy difícil de controlar y es costoso.   Con respecto al drenaje ácido, está demostrado que la mejor manera de evitar los impactos es previniendo su formación. Por tal motivo, es necesario que el diseño de las instalaciones para la disposición de residuos mineros sea capaz de prevenir la oxidación de los sulfuros contenidos en ellos.

Desmonte La mayor parte de desmonte se produce en la explotación de minas a tajo abierto, generalmente con una proporción entre tonelaje de material estéril y tonelaje de mineral -"stripping ratio"- de 2:1 Generalmente, esta roca es almacenada en la superficie, en grandes pilas o botaderos de desmonte. Estos botaderos de desmonte son, generalmente, mezclas de material proveniente de diferentes áreas de explotación o desarrollo minero. Los botaderos, por lo común, están constituidos por rocas gruesas y se almacenan sobre la napa freática.

Una capa freática es una acumulación de agua subterránea que se encuentra a una profundidad relativamente pequeña bajo el nivel del suelo. Concretamente es un acuífero, con la diferencia de que los acuíferos pueden estar también a mayores profundidades. La química del agua de drenaje proveniente del botadero dependerá tanto de la mineralogía de la roca en la fuente del DAR, como también de las reacciones con las diferentes rocas a lo largo de la ruta del flujo.

Relaves El desarrollo de DAR en un embalse de relaves es generalmente muy limitado durante la operación y se desarrolla lentamente a lo largo del tiempo, después que haya cesado la acumulación en el embalse. La ocurrencia de las reacciones de oxidación está limitada por la acumulación continua de capas frescas de relaves saturados y alcalinos durante la operación. Dado que las reacciones de oxidación requieren tanto de oxígeno como de agua, la generación de ácido por lo general comienza en la superficie y en los lados de la represa, que son los primeros en drenar. Así, la oxidación se inicia en la superficie de la represa y progresa en profundidad, a medida que los relaves drenan y la napa freática se mueve hacia el fondo del depósito.

Inicialmente, el drenaje contaminado puede ser detectado en la escorrentía superficial proveniente de los relaves. Con el tiempo, a medida que el frente de oxidación progresa a más profundidad dentro de los relaves, y a medida que el drenaje contaminado reemplaza al agua del proceso, el DAR puede detectarse a partir de la base del depósito o en el agua subterránea.  

Comparación de Botaderos de Desmonte y Relaves Los relaves y las rocas de mina son probablemente las mayores fuentes del DAR, en la mayoría de asientos mineros y es por eso que se les da prioridad en la mayoría de programas de predicción. OXIDACIÓN: En los relaves, la oxidación se inicia en la capa superficial expuesta, después de que ha culminado la disposición de pulpas frescas de relaves alcalinos (no durante la operación);   La oxidación puede desarrollarse en todo el botadero de desmonte, inmediatamente después de la deposición.

El DAR puede detectarse en el botadero de desmonte después de horas o días de una lluvia, mediante el desarrollo de rutas de flujo de infiltración preferenciales. Puede surgir drenaje de agua con química variada del mismo botadero, como resultado de la heterogeneidad de la roca. El desmonte puede provenir de una variedad de unidades rocosas con contenidos de sulfuros ampliamente variables. La mineralogía de la roca, la geoquímica y las propiedades físicas difieren a lo largo del botadero.  

Tamaño de la partícula La roca de mina de tamaño es usualmente mayor que 20 cm, comparado con los relaves, que pueden ser más finos que 0.2 mm. Los minerales sulfurosos y alcalinos en un botadero de desmonte pueden estar físicamente separados por distancias sustanciales. Temperatura. En un botadero de desmonte no saturado, la oxidación rápida puede generar temperaturas elevadas y convección térmica, asimismo pueden desarrollarse efectos de chimenea. La temperatura de los sólidos en los relaves permanece relativamente constante, controlada -en gran medida- por el contenido de humedad de los sólidos.

Métodos de Control de DAR Cuando el potencial de neutralización de una cantidad determinada de residuos mineros es menor que el potencial de acidificación, se generará DAR y consecuentemente se adoptarán medidas apropiadas en el sitio de almacenamiento de residuos.   En los últimos años se han propuesto diferentes técnicas para reducir los impactos ambientales del DAR. Una de éstas, consiste en colectar el agua ácida que drena de los residuos mineros antes de su descarga al ambiente y tratarlo químicamente para producir un efluente final que cumpla con los estándares ambientales.

La principal desventaja de esta técnica es la necesidad de operar un sistema de tratamiento de DAR por décadas, o incluso siglos, después del cierre de la mina. Otro método para controlar la producción de DAR es eliminar uno (o más) de los tres componentes principales de las reacciones de oxidación: oxígeno, agua y minerales de sulfuro.   Se ha propuesto la desulfurización ambiental para restringir la producción de DAR proveniente de los relaves, afirman muchos autores entendidos en el tema y consiste en separar una cantidad suficiente de sulfuros (en base a la neutralización potencial) de los relaves mineros.

El exceso de pirita de los minerales sulfurados, pueden ser eliminado mediante la flotación. La generación superficial de DAR a partir de los relaves puede ser eliminada, siempre y cuando se provean las medidas convenientes para manejar el concentrado de pirita. Con este método, es posible reducir significativamente el volumen de los relaves generadores de acidez que se debe manejar en la superficie especialmente cuando el concentrado puede ser utilizado como relleno subterráneo.

Por lo general, se considera que la creación de barreras de oxígeno es la mejor opción para reducir el DAR (SRK 1989). Se han propuesto métodos diferentes para disminuir la migración descendente de oxígeno. Por ejemplo, puede emplearse una cobertura de agua para reducir la disponibilidad de oxígeno en los materiales reactivos. La oxidación puede ser prevenida, en primer lugar, si la totalidad del depósito de relaves es mantenida bajo el agua. Usualmente una profundidad de agua de 1-2 metros es considerada suficiente para reducir los efectos del oxígeno disuelto y de las olas.

También durante la operación, un suministro de agua controlado y adecuado puede ser garantizado, asegurando suficiente capacidad al sistema de agua de la concentradora, para compensar las pérdidas evaporativas y las condiciones de sequedad. Cualquier descarga de agua superficial requerida durante la operación puede tener que ser tratada antes de su descarga si es que los relaves contienen sustancias solubles, tales como el arsénico.

Este tipo de cobertura tiene por objetivo reducir la migración de oxígeno manteniendo una de las capas a un alto grado de saturación. El alto contenido de agua (o grado de saturación) en la capa origina un coeficiente bajo de difusión de gas que, a su vez, permite un bajo flujo de gas (descendente o ascendente).

Las coberturas elaboradas con materiales que consumen oxígeno como residuos de madera, estiércol y paja u otros residuos orgánicos son también efectivas.

Otra manera de limitar la migración de oxígeno es con el uso de una cobertura con efectos de barrera capilar (Covers with Capilary Barrier Effect – CCBE. Con este método, es posible reducir significativamente el volumen de los relaves generadores de acidez que se debe manejar en la superficie especialmente cuando el concentrado puede ser utilizado como relleno subterráneo.

Pueden emplearse coberturas elaboradas con suelos de baja conductividad hidráulica o con materiales sintéticos para limitar el ingreso de agua (como las geomembranas de bentonita). Algunas minas en Quebec actualmente están empleando estas coberturas para reducir la producción de ARD