Incidencia de las actividades mineras en la calidad de las aguas subterráneas

En los últimos años las actividades mineras han experimentado un desarrollo muy notorio, y ello ha traído consigo en muchos casos que se haya visto seriamente afectada la calidad de las aguas del entorno. Ahora bien, estos procesos de explotación minera implican un amplio campo de actividades, que tienen lugar en condiciones hidrogeológicas muy diversas. Y por ello resulta difícil concretar, de manera simple, las actividades contaminantes de la minería en las aguas subterráneas, y en muchos casos particulares pueden quedar excluidos de este análisis somero. Ante esta dificultad, y con objeto de ampliar el campo de experiencia del Grupo de Trabajo de Hidrogeología de la Universidad de Granada, y presentar una visión lo más amplia posible, voy a apoyarme fundamentalmente en dos trabajos sobre el tema, elaborados por la Environmental Protection Agency (EPA) de los Estados Unidos (9) “* y por Warner (10).

1. Papel de los métodos de explotación

Para una mejor comprensión del papel que desempeñan las actividades mineras como posibles inductoras de contaminación de las aguas subterráneas (y de las superficiales), será conveniente, en primer lugar, pasar rápida revista a los principales métodos de explotación minera, ya que en cierto modo son determinantes en tales procesos de contaminación. A grandes rasgos, la minería se clasifica como subterránea y a cielo abierto, si bien hay otros métodos específicos la disolución, la lixiviación o la combustión «in situ»- que convendrá tener en cuenta.

No voy a entrar en la tecnología de estos métodos de laboreo, pero sí es conveniente destacar al menos algunos aspectos que pueden tener influencia decisiva en los procesos que analizamos.

Así, por ejemplo, el sistema de explotación con hundimientos controlados, no cabe duda que puede ocasionar la conexión de acuíferos situados al techo, o provocar accesos de aguas superficiales a través de las subsidencias o colapsos, con los posibles aportes de aguas de mala calidad.

El método de explotación con relleno puede suponer la introducción de materiales contaminantes y rocas solubles con aportes también contaminantes a las aguas, a través de la fácil comunicación que constituyen los huecos mineros.

La explotación a cielo abierto es, indudablemente, un camino directo a la entrada de aguas contaminantes desde el exterior o a través de la acción antrópica desarrollada en la explotación.

Pero, además, todos estos métodos no sólo plantean el problema temporal de la contaminación, sino que dejan latentes unas condicioens muy favorables para que ésta continúe. De ahí la responsabilidad de abordar estas investigaciones antes de iniciar las labores mineras, y continuarlas durante su ejecución.

Otros problemas pueden derivarse en ciertos casos de los apiles de mineral y de las escombreras, o de los productos residuales de las plantas de tratamiento mineral (molinos, lavaderos, etc.).

En la explotación por desagregación hidráulica se utiliza un potente chorro de agua para erosionar y lavar tierras o gravas. Este método se emplea poco en la actualidad, pero sin duda hay que tenerlo en cuenta por el papel que juega el agua en el transporte de posibles contaminantes.

Los problemas que pueden presentar la explotación subacuática mediante dragado son poco considerables, o se engloban en los casos anteriores.

La explotación por disolución de minerales solubles en agua, tales como la sal común, potasa, bórax, fosfatos y natrón, se realiza mediante inyección de agua en el yacimiento, a través de pozos o sondeos, y posterior extracción de dicha agua, con las sales disueltas, a través de las mismas u otras perforaciones. Se obtiene así una disolución, cuyo recorrido subterráneo debe investigarse hidrogeológicamente, por tratarse de productos altamente contaminantes para los acuíferos.

Con frecuencia se utiliza complementariamente la fracturación hidráulica, para incrementar la permeabilidad del yacimiento, y desarrollar la comunicación entre el punto de inyección y el de producción, En este caso hay que tener en cuenta la dificultad de controlar la localización, dirección y extensión de las fracturas, a causa de los condicionantes geomecánicos, y de la anisotropís de las formas geológicas. Estas mismas razones ponen de manifiesto la dificultad de controlar las posibles fugas de estos fluidos, altamente mineralizados, que pueden introducirse inadvertidamente en los acuíferos y perjudicar su calidad.

Otro problema significativo en este método de minería es el referente al colapso de las cavernas formadas por disolución, que puede producir la intercomunicación de acuíferos y extenderse hasta superficie.

A este respecto, conviene tener en cuenta que, según Warner (10), alrededor del 57 por 100 de la producción de sal, y el 76 por 100 de la de sulfuros, se obtenía por este procedimiento en los Estados Unidos. Pero es que, además, estos procesos de explotación a menudo requieren eliminar importantes cantidades de salmueras, que hay que considerar como fuentes contaminantes de primera magnitud.

En muchos casos también hay que tener presente la utilización de los huecos, formados en profundidad, para el almacenamiento de gas de petróleo licuado, gas natural u otros hidrocarburos, así como residuos radiactivos, que a su vez pueden ser fuente de contaminación.

La lixiviación es la técnica de disolución de minerales mediante el empleo de un disolvente (por ejemplo, ácido sulfúrico). Entre los minerales beneficiados por este método se encuentran el cobre, el uranio, el mercurio, el molibdeno, la plata, el oro, el alumunio y el zinc.

Por razones de economía, medio ambiente, etc., el lixiviado “in situ” recibe cada día mayor atención. Se practica con el cobre desde hace más de 50 años. Hasta 1967 todos los ejemplos citados por Hardwick (3) correspondían a antiguas minas subterráneas, en cuyo caso la masa de mineral se encontraba fracturada y colapsada, de tal manera que la solución de lixiviado tenía fácil acceso a la roca mineralizada. En situaciones en las que la minería no ha sido muy intensa, o cuando no existe una minería previa, y el mineral se presente en rocas ígneas o metamórficas, la fracturación puede conseguirse con explosivos convencionales, o por fracturación hidráulica y, posiblemente en el futuro, por fracturación nuclear. La lixiviación in situ del uranio en arenistas permeables se ha realizado sin necesidad de acudir a fracturación artificial.

En el caso de lixiviación sobre apiles de mineral de baja ley, o de minerales complejos, que no son favorables para un proceso de explotación convencional, las parvas se preparan tras despejar de obstáculos el terreno, y extender unacapa de arcilla compactada, con un receptáculo de acumulación en la parte topográficamente más deprimida. Se suelo disponer una capa de hormigón, asfalto o plástico, si bien en muchas ocasiones se ha puesto en evidencia su ineficacia a causa de las roturas producidad por el peso del mineral.

La lixiviación en tanques se emplea, fundamentalmente, para minerales de alta ley, o minerales mixtos (sulfuros y óxidos). El mineral triturado es clasificado y colocado en tanques, donde las soluciones de lixiviado circulan a través del mineral.

La lexiviación en tanques se emplea, fundamentalmente, para minerales de alta ley, o minerales mixtos (sulfuros y óxidos). El mineral triturado es clasificado y colocado en tanques, donde las soluciones de lixiviado circulan a través del mineral. Según Pernichele (5), alrededor del 20 por 100 de la producción de cobre en los Estados Unidos se realiza por lixiviación, que a su vez dependen de las características físicas y químicas específicas de los materiales a tratar (solubilidad, tamaño de grano, roca de caja, disposición del yacimiento, consumo de disolvente, etc).

Puede decirse que todas las explotaciones de cobre emplean actualmente alguna técnica de lixiviado, para recuperar cantidades de traza de cobre del recubrimiento y de las escombreras o apiles.

Los métodos de explotación por combustión “in situ”, para recuperación de hidrocarburos líquidos o de combustibles minerales, no parecen tener todavía una aplicación práctica efectiva, pero en el futuro pueden ser una fuente de introducción de productos químicos contaminantes en los acuíferos, máxime cuando en muchos casos se requiere una fracturación hidráulica adicional del yacimiento.

2. Productos residuales

En muchos procesos mineros es necesario extraer materiales no minerales o de baja ley en volúmenes importantes y con tamaños muy variables (desde varios metros cúbicos hasta coloides).

En la mayor parte de las minas es muy considerable el volumen de estériles. Por ejemplo, en explotaciones de hierro a cielo abierto es frecuente el ratio estéril/mineral de 1/3 a 1`/6, y, en el caso de minerales de cobre, se explotan leyes de 0.5 por 100, es decir, con el 99,5 por 100 de estéril. Warner (10) ha estimado que la industria minera en los Estados Unidos ha producido 1,7.1012 toneladas de productos sólidos en 1971.

Estos estériles se suelen apilar en lugares despejados, en las cabeceras de los valles, en llanuras aluviales o en otras localizaciones, o se pueden utilizar en el relleno de huecos mineros para evitar colapsos y subsidencias, y minimizar las necesidades de áreas de ocupación. En cualquier caso pueden ser un foco de contaminanción de acuíferos.

Hay también que añadir un volumen importante de residuos sólidos procedentes del rechazo de lavaderos, depositados muchas veces tras un transporte fluido a través de canales o tuberías, con lo que presentan un contenido elevado de agua. Estos materiales llevan también consigo productos químicos empleados en los lavaderos, que con frecuencia son altamente contaminantes.

b) Residuos líquidos

Los residuos líquidos producidos en la minería y en los procesos de tratamiento de mineral dan lugar a aguas que pueden ser de excelente calidad (procedentes del drenaje de muchas minas), o que, por el contrario, pueden contener ácidos, álcalis, metales pesados, elementos radiactivos, etc.

En general, el agua no contaminada, bombeada durante el drenaje, se descarga directamente a los sistemas de drenaje superficial, y en muchos casos no se aproveca de inmediato.

Las agua de mina contaminadas con ácidos producidos por la oxidación de la pirita, o los efluentes de lavaderos, se han descargado incontroladamente en los cauces superficiales o en balsas de acumulación, desde donde pueden tener lugar en forma accidental la infiltración en el subsuelo o el flujo por superficie. En algunos casos, los cambios físicos y químicos que se registran en las balsas de evaporación son suficientes para producir una calidad aceptable en la descarga, pero en muchos otros casos los efluentes requieren un tratamiento adecuado antes de que el agua tenga la calidad conveniente para su vertido. Así por ejemplo, según la Federal Water Pollution Control Administration (2), en la región de explotaciones de carbón de los Apalaches se han inventariado 5,570 aportes de aguas ácidas de minas, de los cuales sólo 405 estaban asociados a minas en actividad, mientras que el resto procedía de minas inactivas o abandonadas.

3. Hidrogeología, minera y contaminación

Ante todo hemos de anticipar que muchas explotaciones mineras implican de alguna manera una alteración del sistema hidrológico natural.

En el caso de que la explotación se extienda bajo el nivel piezométrico de un acuífero libre, o intercepte a un acuífero confinado, deberá bombearse el agua subterránea mientras dure la explotación. Por lo tanto, durante este tiempo la mina, desde un punto de vista hidrodinámico, actuará como un sumidero en el sistema acuífero, hacia el que afluye el agua subterránea, debido al descenso potenciométrico provocado.

Ahora bien, este drenaje puede acarrear una afección muy importante en la calida de las aguas subterráneas, especialmente en el caso de formación de aguas ácidas de mina, que se originan cuando la pirita (Fe S2) y quizá otros sulfuros se ve expuesta a las condiciones atmosféricas como resultado de las labores mineras. Aunque las reacciones exactas del proceso no son perfectamente conocidas, las siguientes ecuaciones que tomamos de Warner (10) pueden ilustrar el proceso.

La reacción comienza cuando los sulfuros de hierro se ven expuestos a la acción del aire y del agua:

2 Fe S2 + 7 O2 + 2 H2O » Fe SO4 + 2 H2 SO4 A

continuación la oxidación del sulfato ferroso produce sulfato férrico:

4 Fe SO4 + 2 H2 SO4 + O2» 2 Fe2 (SO4)3 + 2 H2O.

A partir de aquí, y en función de las condiciones físicas y químicas, puede originarse hidróxido férrico o sulfato básico férrico:

Fe (SO4)3 + 6 H2O » 2 Fe (OH)3 +3 H2 SO4 y/o Fe (SO4)3 + 2 H2O » 2 Fe (OH) (SO)4 + H2 SO4

La pirita puede también ser oxidada por hierro férrico, según las siguiente reacción:

Fe S2 + 14 Fe +3 + H2O » 15 Fe+2 + 2 SO4 -2 + 16 H+.

En todo caso, y de acuerdo con estos mecanismos de reacción, la oxidación de la pirita puede dar a la formación de ácido sulfúrico. Tengase en cuenta a este respecto que muchos yacimientos, en su totalidad o en buena parte, se encuentran en estado natural bajo nivel piezométrico, lo que exige el drenaje por gravedad o por bombeo. Ocurre así, por ejemplo, que la pirita que estaba bajo el agua pasa a encontrarse expuesta a la oxidación por el oxígeno del aire. El sulfato y el hierro se hacen solubles y son transportados por las aguas subterráneas, con lo que el agua ácida pasa a los acuíferos y actúa como contaminante.

Otros constituyentes encontrados en las aguas de drenaje se producen por reacciones secundarias del ácido sulfúrico con minerales y compuestos orgánicos en la mina y en el recorrido superficial y subterráneo. Dichas reacciones secundarias producen comúnmente concentraciones de aluminio, manganeso, calcio ysodio en las aguas de drenaje de minas de carbón. En minas metálicas se han encontrado, en concentraciones elevadas, otros constituyentes: cobre, plomo, zinc, níquel, plata, flúor, uranio, antimonio, mercurio, cromo, selenio, cadmio y arsénico. Un buen ejemplo lo constituyen las aguas hiperfluoradas de la Rambla de Albuñol (Granada), ligadas a la circulación subterránea a través de los yacimientos de fluorita de la Sierra de Lújar.

Además, el agua bombeada a superficie puede después infiltrarse en otros acuíferos, bien sea por alimentación natural o por recarga inducida, o puede contaminar los cauces superficiales.

Otro tipo de contaminación inducida puede provocarse por el hecho de que, al bombear agua en una mina, se origine una llamada de aguas de mala calidad, del entorno hidrogeológico (presencia de sales del Keuper; intrusión marina; etc.). Por todo ello, y no obstante las precauciones que se adopten, se llega inevitablemente en ocasiones a degradar la calidad de los acuíferos, al afectar su piezometría.

Otro problema frecuente se deriva de la interconexión de acuíferos a través de sondeos de explotación no cementados. En este sentido, hay que tener siempre en cuenta la piezometría de los acuíferos intercomunicados y sus posibles alteraciones como consecuencia de las labores mineras y del drenaje que se establezca.

Tampoco cabe olvidar que las reacciones y los procesos antes indicados pueden igualmente producirse en las escombreras, por medio del aporte por infiltración de aguas de lluvia, las cuales pueden migrar después hasta los acuíferos.

Con respecto a la contaminación a partir del lavado de escombreras en minas de uranio, es muy escasa la documentación existente, si bien presumiblemente puede producirse esta afección.

Señalemos, por otra pane, que las minas de fosfatos y sus productos de molienda suelen ser focos importantes de contaminación radioquímica.

Otra práctica común en minería de la que puede derivarse una actividad contaminante es la relativa al relleno con estériles de minas abandonadas, especialmente en explotaciones a cielo abierto. (Tal es el caso de las antiguas explotaciones de hierro en el Marquesado, Granada, utilizadas algunas veces para el vertido de estériles de las actuales explotaciones.) Siempre deberá tenerse presente la posibilidad de contaminación (no probable en el ejemplo recién citado) a partir de estos rellenos.

Un caso frecuente de contaminacíón, aunque no sea por actividades estrictamente mineras, es el derivado de la utilización de antiguas graveras o cameras para el vertido incontrolado de basuras y residuos urbanos, y de ello podrían mostrarse en nuestro país tantos ejemplos.

Según Warner (10), en la minería por lixiviación o disolución la contaminación se puede producir por algunos de los siguientes procesos:

• i) fugas del agua bombeada, a través del propio sondeo, hacia acuíros de buena calidad, como consecuencia de un entubado deficiente, o por corrosión a otros fallos del casing,
• ii) escape vertical del agua, con los productos de disolución, por el anular de la perforación, fuera del casing, hasta el acuífero;
• iii) escape vertical del agua contaminada a través de los acuicludos, por goteo, debido a las diferencias potenciométricas provocadas, o a favor de discontinuidades de disolución, diaclasas, fallas o fracturas inducidas, y
• iv) desplazamiento vertical del agua salina a través de otros sondeos profundos vecinos, imperfectamente cementados, o con entubación insuficiente o corroída.

La fisuración de los acuicludos puede originarse por las altas presiones de inyección, utilizadas para fracturar el yacimiento a explotar, o por la subsistencia de las cavidades de disolución. Cuando esta subsidencia ocasiona el colapso en superficie, el potencial de contaminación de los acuíferos se incrementa como consecuencia del aporte de aguas superficiales.

La lixiviación «in situ» y en apiles de minerales metálicos puede acarrear pérdidas del líquido hacia los sistemas acuíferos subterráneos. Este riesgo de fugas existe siempre, pero será menor si se realizan adecuados estudios hidrogeológicos y se tienen en consideración sus conclusiones a la hora de ejecutar el proyecto.

En este tipo de explotación se puede presentar otro mecanismo potencial de contaminación, derivado del f iltrado de las balsas, utilizadas para almacenar salmueras.

En ocasiones frecuentes, cuando los vertidos se realizan a cauces superficiales, se contaminan también los acuíferos ribereños.

Las escombreras de minas, los rechazos de lavaderos y las balsas de decantación son fuentes potenciales de aporte de aguas ácidas y de iones metálicos.

Otro mecanismo responsable de contaminación y que hay que tener en cuenta especialmente en climas áridos es el relativo a transporte por el viento de los productos acumulados en apiles, escombreras, balsas, etc.

La prevención de la contaminación derivada de las actividades mineras se relaciona estrechamente con los métodos de explotación, el aporte de aguas (superficiales y subterráneas) y el tratamiento de las mismas.

Con respecto a las formas de actuar, cabe distinguir aquellas acciones que se orientan hacia el objetivo de reducir la formación de contaminantes, y aquellas otras que implican el tratamiento de las aguas contaminadas.

En general, la actuación no se ciñe a un solo procedimiento, sino que es combinación de varios, y se acomete en función del problema específico a resolver, ya que su eficiencia puede ser muy diferente de unos casos a otros.

Sea como fuere, es muy importante planificar las operaiones de prevención efectiva de la contaminación desde el inicio de la investigación hasta el abandono de la explotación, y para ello se requiere un conocimiento profundo de la hidrogeología del sector afectado, pues será el que nos dé la información referente a los mecanismos de transferencia de los contaminantes hasta el sistema acuífero.

Pero no podemos perder de vista que la prevención de la contaminación es algo de lo que sólo se ha tomado conciencia en los últimos años, y que con anterioridad las precauciones del explotador se ceñían a la recuperación del mineral, sin atender o prestándole poca atención la contaminación misma.

Debemos añadir que esta preplanificación permite evitar, o al menos minimizar, la contaminación y que, si ésta se produce, existen técnicas adecuadas para la manipulación o el tratamiento correctos de dichas aguas.

En esta prevención hemos de señalar también que un aspecto importante, y a tener siempre en cuenta, es reducir al máximo el acceso de aguas (superficial o subterránea) a las labores mineras, lo cual puede conseguirse mediante impermeabiliación (cemento, asfalto, plástico, látex, arcilla, etc.) o por compactación, así como mediante el encauzamiento y la derivación de las escorrentías superficiales (zanjas, diques, cunetas, entubaciones, etc.).

Otro modo general de actuar es el aprovechamiento secundario de las mineralizaciones existentes en las aguas contaminadas.

Fuente: CEPIS – OMS
Por: Rafael Fernández Rubio