¿Qué es el drenaje ácido de minas?
También conocido como drenaje ácido de roca, el drenaje ácido de mina es la salida de aguas ácidas causada por la interacción del agua con rocas abundantes en minerales sulfurosos. El drenaje ácido de aguas mineras suele ser el subproducto de actividades industriales, como obras de construcción, subdivisiones, corredores de transporte y minas de carbón y metales.
El drenaje ácido de las minas puede tener efectos negativos en el medio ambiente y en la salud de las personas y los animales. Los macroinvertebrados acuáticos y los peces de las masas de agua afectadas por el drenaje ácido de las minas ven comprometidos su número y su biodiversidad. Muy pocas formas de vida orgánica poseen una resistencia natural a las aguas ácidas.
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¿Cuál es la causa del drenaje ácido de las minas?
El drenaje ácido de minas suele producirse cuando los sulfuros metálicos entran en contacto con el oxígeno de la atmósfera y de una masa de agua. Como la minería desentierra minerales ajenos a la superficie, puede ser una fuente principal de drenaje ácido de minas. Ciertas bacterias pueden convertirse en un importante catalizador en este proceso.
En el caso de la pirita, un mineral comúnmente responsable del drenaje ácido de minas, los siguientes dos procesos están involucrados en la generación de ácido:
- La oxidación del sulfuro a sulfato
- La oxidación del hierro ferroso a hierro férrico, seguida de la precipitación de óxido férrico
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¿Cómo se origina el drenaje ácido de las minas?
La principal fuente de drenaje ácido de las minas es el agua de los tranques o embalses de residuos mineros, la frecuente humectación de los caminos, los efluentes de las minas y las precipitaciones que ponen el agua en contacto con las rocas abundantes en minerales sulfurosos del lugar.
Otra fuente son las emisiones incontroladas de polvo en el aire procedentes de los estériles de la mina, las pilas de residuos, las carreteras y las trituradoras. El polvo transportado por el aire puede alcanzar grandes distancias depositando capas de sedimentos en el suelo y en las masas de agua, provocando así el drenaje ácido de las minas cercanas y contaminando el suelo y el agua de las zonas circundantes hasta un par de kilómetros de distancia de la fuente.
Una vez que el agua se convierte en drenaje ácido, es necesario tratarla poniendo en marcha un tratamiento activo y pasivo adecuado, previo a retornarla a la naturaleza. La implementación de tratamientos pasivos y activos es factible en fuentes localizadas como la planta de procesos o el tranque de relaves.
El drenaje ácido causado por las emisiones de polvo minero, es difícil de contener, por lo cual es crítico estabilizar el material minero fino para evitar que sea transportado por el aire y se asiente en diferentes cuerpos de agua o penetre las napas subterráneas con las lluvias.
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¿Qué puede contener el drenaje minero ácido?
El drenaje minero ácido puede contener grandes cantidades de metales tóxicos. Los minerales más comunes incluidos en el drenaje ácido de minas son el hierro (Fe), el cobre (Cu), el zinc (Zn), el manganeso (Mn), el arsénico (As), el cadmio (Cd) y el plomo (Pb). Además, el drenaje ácido de las minas también puede convertirse en el caldo de cultivo de varios tipos de hongos y bacterias.
Las aguas ácidas que fluyen libremente por el entorno reaccionan químicamente con otros minerales que se encuentran de forma natural en las rocas. Esta reacción disolverá una serie de metales y sales que luego serán arrastrados por el flujo de agua. Por ello, los efectos negativos del drenaje ácido de las minas empeoran cuanto más tiempo no se ha tratado adecuadamente.
Si el drenaje ácido de las minas entra en contacto con agua dulce o con minerales neutralizantes, los iones solubles de hierro (III) se precipitaron como hidróxido de hierro (III). Esto crea un sólido amarillo-anaranjado que tiñe el agua, conocido coloquialmente como chico amarillo.
La recuperación del agua potable y de los minerales valiosos del drenaje ácido de las minas debería ser una de las principales preocupaciones de todos los profesionales de la industria que entran en contacto con este fenómeno. La investigación sobre los métodos de tratamiento del drenaje ácido de las minas ha estado en desarrollo durante las últimas décadas y constantemente se están ideando nuevas estrategias para prevenirlo y solucionarlo.
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1. Control del polvo y estabilización del suelo en la zona de trabajo de la mina
El control del polvo y la estabilización del suelo pueden reducir hasta el 95% del material aéreo que vuela y los sedimentos en las masas de agua y el suelo. Por lo tanto, para prevenir eficazmente el drenaje ácido es importante tratar los relaves de la mina, las pilas de residuos, los caminos de acarreo y las trituradoras.
2. Recuperación del terreno contaminado
La recuperación es el proceso de restablecer los suelos y la vegetación en el emplazamiento de la mina y sus alrededores. Un método de recuperación muy eficaz consiste en el uso de cal y otros materiales capaces de neutralizar la acidez. Además, se promueve el crecimiento de la vegetación añadiendo una cubierta de tierra vegetal u otra solución que incentive el desarrollo de las plantas.
Al modificar la composición química de las superficies y promover el crecimiento de la vegetación, se puede estabilizar el material del suelo. Además, este proceso ayuda a prevenir la erosión y la infiltración de las aguas superficiales. Un buen enfoque de integración puede reproducirse en numerosos entornos y tiene en cuenta muchas variables, como el clima local y las precipitaciones.
Aunque este método es muy eficaz para hacer frente al drenaje ácido de las minas, los costes de aplicación incluso de las soluciones de recuperación más sencillas pueden ser bastante elevados. Actualmente se está investigando para crear estrategias de recuperación más rentables, incluyendo la integración de plantas resistentes a los materiales generadores de ácido y el desarrollo de biosólidos especializados.
3. Tratamiento de suelos contaminados
Más allá de la amenaza de producir aguas ácidas, los suelos contaminados también pueden ser directamente perjudiciales para las plantas, los animales y las personas. Debido al desconocimiento previo sobre el impacto de los metales pesados en la calidad del medio ambiente, el suelo puede verse comprometido y ser peligroso. Un enfoque directo para tratar el suelo comprometido es reubicarlo en un nuevo lugar.
Reubicar el suelo es un procedimiento muy caro y controvertido. Desgraciadamente, a veces es necesario para evitar más daños medioambientales. A medida que se investigue más sobre la forma de tratar el suelo, los enfoques futuros podrán manejar mejor los suelos contaminados en su ubicación original.
4. Tratamiento directo de las aguas ácidas
Las aguas ácidas o contaminadas por residuos de minas metálicas pueden ver reducida su acidez al ser tratadas con un material neutralizador, como la cal. Al interactuar con el material, los metales disueltos que provocan la contaminación del agua se precipitan de él. Se trata de un proceso de tratamiento activo que requiere el establecimiento de una instalación de tratamiento para su aplicación.
Las instalaciones de tratamiento del agua tienen el inconveniente de producir grandes cantidades de lodos como subproductos. A su vez, estos lodos deben ser eliminados adecuadamente, lo que conlleva sus propios costes y desafíos. Para evitar este problema, se pueden aplicar medidas de tratamiento de aguas pasivas en lugar de activas.
5. Humedales, tratamiento pasivo
Los sistemas pasivos de tratamiento de humedales pueden utilizarse para tratar las aguas con contenido metálico. Este enfoque fomenta el desarrollo de un hábitat natural deseable, por lo que resulta muy beneficioso para la fauna local. Sin embargo, la creación de humedales perderá su eficacia si el volumen y la acidez del agua superan un determinado umbral.
Algunos humedales, conocidos como humedales aerobios, se crean excavando estanques poco profundos, con una profundidad inferior a un metro. Algunos de ellos se rellenan hasta cierto punto con grava caliza o tierra y pueden estar revestidos o no. Estos humedales aceleran la oxidación natural y la precipitación de los metales en el agua. Los humedales aerobios incentivan la generación de metales sulfurados, un proceso que reduce la acidez al consumir H+.
Los humedales anaerobios, por su parte, se encuentran bajo grava caliza y están llenos de materia orgánica. Los microorganismos que se propagan por el agua consumen oxígeno. Combinado con la percolación del agua a través de la materia orgánica, este proceso impulsa la precipitación de minerales de sulfuro. Este método de tratamiento del drenaje de la mina depende de que el entorno posea las condiciones adecuadas para el crecimiento y el mantenimiento de los microorganismos.
6. Medidas preventivas en minas abandonadas
De preferência, durante a fase de exploração da construção da mina, foram levadas em conta as águas ácidas. Medidas preventivas podem ser tomadas para o acúmulo de drenagem ácida de mina antes do início das operações de mineração. A mesma atenção também pode ser dada às minas abandonadas, que podem causar grandes danos ao meio ambiente se não forem devidamente tratadas.
Abordagens de tratamento eficazes para minas abandonadas são baseadas no preenchimento das mesmas com um material que minimiza significativamente as chances de desenvolvimento de drenagem ácida de minas. Uma mina subterrânea, por exemplo, pode ser preenchida com água, o que impede que o oxigênio entre em contato com os metais e os faça oxidar. As minas também podem ser preenchidas com um material alcalino.
7. Reubicación de los residuos mineros
Este método de tratamiento del drenaje ácido de minas consiste en separar los materiales que causan la contaminación del agua lejos de ella. Hay que tomar medidas para asegurarse de que el material de desecho no entre en contacto con las aguas subterráneas o superficiales. La interacción entre los residuos y las fuentes de agua puede evitarse tratando y cubriendo los residuos con una capa de material impermeable.
8. Control de las bacterias
El drenaje ácido de las minas tiene un pH aproximadamente constante. Este entorno es lo suficientemente estable para la formación de bacterias eucariotas, hongos, levaduras y algas. Algunos de estos organismos pueden tener un impacto positivo en el tratamiento del agua, mientras que otros pueden agravar el daño causado a los hábitats naturales. Bacterias como el Ferroplasma acidiphilum, por ejemplo, pueden oxidar fácilmente el hierro ferroso, lo que le permite sobrevivir en entornos de pH muy bajo.
Las bacterias importantes para las aguas ácidas se conocen como acidófilas. Estos organismos pueden encontrarse en la naturaleza en los respiraderos hidrotermales, como en el Parque Nacional de Yellowstone. Asimismo, pueden desarrollarse en hábitats beneficiosos para su biología, como las tuberías de las alcantarillas y otros lugares donde interactúan los metales y el agua. Al favorecer la oxidación de la pirita y la formación de ácido sulfúrico, los acidófilos son una de las principales causas del drenaje ácido de las minas.
La aplicación de bactericidas para controlar el crecimiento de estas bacterias es una de las principales soluciones al drenaje ácido de minas. Otro enfoque consiste en utilizar los acidófilos, añadiendo materia orgánica para proporcionarles una fuente de energía alternativa. Actualmente se está desarrollando un proceso conocido como biolixiviación, que utilizan los organismos para mejorar las operaciones mineras.
9. Desviación de las fuentes de agua
El desvío de los flujos de agua es un método ampliamente aceptado por los ingenieros para controlar la erosión, la sedimentación y otros problemas derivados del contacto entre las masas de agua naturales y los metales pesados. Los diques transversales, por ejemplo, pueden construirse utilizando una combinación de salvamento y arcilla o limo altamente compactado. Los diques y otras estructuras de desviación del flujo no sólo pueden evitar el drenaje ácido de las minas, sino que también pueden servir para recoger el exceso de agua para su posterior uso.
El coste de la implantación de un dique, presa, colector de agua o estructura similar depende en gran medida del tamaño de la masa de agua que debe desviarse. Los diques pequeños pueden costar menos de 10.000 dólares, mientras que los grandes requieren millones de dólares para su construcción.
10. Eliminación de residuos bajo el agua
Dado que el drenaje ácido de las minas requiere oxígeno para producirse, restringir el flujo de oxígeno a las zonas de riesgo puede prevenir eficazmente su desarrollo. La neutralización de los residuos ácidos cortando la fuente de oxígeno puede lograrse eliminando el material ácido bajo el agua. La concentración de oxígeno en el agua es aproximadamente 25000 más baja que en el aire (fuente). La materia orgánica y los compuestos reducidos consumen una gran parte del oxígeno concentrado bajo el agua.
Debido a que el agua crea una barrera natural entre los metales y el oxígeno, se frena el desarrollo de condiciones ácidas. Naturalmente, la eliminación de material de desecho bajo el agua debe hacerse con las debidas precauciones.
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