En una primera etapa se genera acidez y rápidamente se neutraliza en las etapas iniciales cuando la roca que contiene minerales sulfurados es expuesta al oxígeno y al agua. El drenaje de agua es casi neutro.

Es fundamentalmente un período de oxidación electroquímica. El oxígeno es el oxidante principal, al producir sulfato y acidez a partir de la oxidación de los minerales sulfurados.  

Los minerales carbonatados, como la calcita (CaCO3) presente en la roca, neutralizan esta acidez y mantienen condiciones que van de neutras a alcalinas (pH >7) en el agua que fluye desde la roca.  

La oxidación electroquímica del hierro ferroso es rápida a un pH igual o superior a 7 y el hierro férrico se precipita de la solución como un hidróxido. La velocidad de oxidación electroquímica de la pirita es relativamente baja, comparada con las etapas posteriores de oxidación, ya que el hierro férrico no contribuye como oxidante. En esta etapa, el agua de drenaje se caracteriza generalmente por niveles elevados de sulfato, con pH cercano al neutro.   

En una segunda etapa y medida que continúa la generación de ácido y se agotan o se vuelven inaccesibles los minerales carbonatados, el pH del agua disminuye y el proceso se encamina hacia su segunda etapa.  Cuando el pH del microambiente disminuye por debajo de 4,5  ocurren reacciones de oxidación tanto electroquímica como biológicas.  A medida que la velocidad de generación de ácido se acelera en las etapas II y III, el pH disminuye progresiva y gradualmente. 

Los niveles de pH relativamente constantes representan la disolución de un mineral neutralizante que se vuelve soluble a ese nivel de pH. Si la oxidación continúa hasta que se haya agotado todo el potencial de neutralización, se presentarán valores de pH alrededor de 2.5. A estos  pH el Fe(III) no precipitará como hidróxido y por lo tanto se mantendrá en solución, actuando en las reacciones de oxidación indirecta.  

Ya en una tercera etapa, y a medida que los minerales alcalinos se consumen, se produce acidez a mayor velocidad que alcalinidad, el pH se vuelve ácido.  Las reacciones dominantes se transforman de oxidación electroquímica a principalmente oxidación biológicamente catalizada.  De las reacciones de oxidación sulfurosa, se produce hierro ferroso, que se oxida biológicamente y se convierte en hierro férrico.  Este, a su vez, reemplaza el oxígeno como el oxidante principal. 

En esta etapa, la velocidad de oxidación es considerablemente más rápida que en la Etapa I.  El descenso del pH incrementa la velocidad de oxidación con un aumento de velocidades de 10 a un millón de veces más que aquéllas generadas por oxidación electroquímica.  En esta etapa, el agua de drenaje es generalmente ácida, caracterizada por sulfatos y metales disueltos en concentraciones elevadas.  El hierro disuelto se presenta como hierro ferroso y férrico 

En algún momento en el futuro, décadas y –posiblemente- siglos después del inicio de la generación de estos ácidos, la velocidad disminuirá con la oxidación completa de los sulfuros más reactivos y el pH se incrementará hasta que la roca se torne sólo ligeramente reactiva y el pH del agua de drenaje no sea afectado.  

El tiempo para cada etapa sucesiva puede variar de un período de días a cientos de años, dependiendo de los factores que controlen la generación de ácido.  

La oxidación del ión ferroso ocurre en principio con y sin acción bacteriana. A medida que baja el pH, se incrementa la importancia relativa de la actividad de las bacterias, entre las que destaca la Thiobacillus ferrooxindans. Por debajo de pH=3-4, sólo se produce la oxidación bacteriana. 

El principal problema relacionado con el drenaje ácido de minas es su afección a los suelos y las aguas superficiales y subterráneas. Además de la modificación del pH, el carácter ácido de estas aguas conlleva una mayor capacidad para poner en disolución metales (hierro, manganeso, arsénico, cobre, cinc, níquel, etc.). El resultado puede ser una degradación extrema del ecosistema acuícola o la imposibilidad de uso de las aguas para abastecimiento, no solo urbano sino incluso industrial, dado el carácter corrosivo que presentan sobre estructuras metálicas y de hormigón. 

La figura que se muestra a continuación muestra un aspecto real de contaminación de aguas por drenaje ácido. 

El problema de generación de aguas ácidas de mina puede enfocarse desde dos perspectivas: prevención y tratamiento. En este trabajo abordaremos el tema de la prevención.  

Las técnicas de prevención tratan de evitar que se den las condiciones que propician la oxidación de los sulfuros, lo cual se consigue básicamente por tres posibles vías: 

 4.1 Barreras aislantes

Se pueden citar la revegetación de terrenos y las barreras frente al agua y el oxígeno. El acondicionamiento y revegetación mitiga la llegada de agua y oxígeno a los sulfuros, conociéndose casos en los que se reduce hasta en un 50% la generación de aguas ácidas. Se trata por lo tanto de un método de atenuación del problema. 

Las barreras frente al agua pasan por la impermeabilización de la superficie y los taludes de las escombreras. Normalmente es necesario además regularizar las pendientes para disminuir la erosión. Los materiales utilizados para el cubrimiento son diversos: arcillas, tierras compactadas, láminas sintéticas etc. La arcilla, cuando se dispone convenientemente y las láminas sintéticas, son los materiales que más garantías ofrecen como impermeabilizantes, siendo inferior el coste de la primera. 

 Adicionalmente y según la configuración orográfica en el entorno de la escombrera, puede ser necesario el practicar y mantener canales de guarda (perimetrales), con el objeto de que las aguas de escorrentía que fluyan desde las laderas colindantes no entren en contacto con los residuos.

Aparte de lo anterior (una impermeabilización eficaz también aísla el residuo del aire) el aislamiento respecto al aire se consigue fundamentalmente mediante lámina de agua. Este método se aplica en las balsas y presas de residuos, así como en explotaciones abandonadas, tanto a cielo abierto como subterráneas, si bien en este caso no cabe hablar de método aplicado sobre residuos. Considerando la primera de las reacciones anteriormente señaladas en la generación del drenaje ácido, se comprueba que el agua y el oxígeno son necesarios para desencadenar el proceso. La inmersión de los residuos bajo lámina de agua tiene por objeto aislar a los sulfuros del contacto con el oxígeno atmosférico y para conseguir tal fin, se precisa que no exista renovación (flujo) de las aguas en contacto con los residuos.

Inicialmente, el oxígeno disuelto en el agua reaccionará con los sulfuros según las reacciones ya expresadas. El consumo de este oxígeno, la ausencia de renovación y la baja difusividad de este elemento en el agua, determinan el establecimiento de un ambiente anóxico en el entorno de la masa de sulfuros que impide el avance del proceso.

4.2 Métodos químicos 

Entre los métodos químicos para combatir la generación de aguas ácidas destacan la adición alcalina y la adición de fosfatos.  

El efecto de la adición alcalina es triple; por una parte, se consigue en mayor o menor medida la neutralización de las aguas ácidas producidas. Por otra parte, las bacterias que oxidan el hierro precisan de un ambiente ácido para desarrollar su función. Además de lo anterior, a niveles de pH cercanos a neutro, se favorece la precipitación del hierro férrico, dando lugar a una pátina de recubrimiento sobre la superficie de los sulfuros que dificulta su ulterior oxidación.  

A estos efectos, se utilizan generalmente sustancias como el hidróxido sódico (Na0H), roca caliza (CO₃Ca), cal (CaO, Ca(OH)₂) y carbonato sódico (Na₂CO₃).  

La disposición de estos compuestos alcalinos puede llevarse a cabo interestratificándolos con los materiales de la escombrera o mezclados con ellos. Pueden igualmente colocarse como material de cubrimiento, facilitando la revegetación de la superficie de la escombrera si se ha contemplado la misma y es conveniente en todo caso, mezclar compuestos alcalinos de diferente solubilidad, de suerte que se procure una adición de álcalis continua en el tiempo.  

El aporte de fosfatos en escombreras que contengan sulfuros, propicia la formación de fosfatos de hierro insolubles, lo que disminuye el hierro férrico disponible y ralentiza el proceso general de oxidación de la pirita.

4.3 Métodos de inhibición bacteriana.  

En esencia se trata de inhibir la actividad de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans, responsable en gran medida del proceso de generación de aguas ácidas. Esta inhibición se aborda mediante la aplicación a la masa de residuos de surfactantes aniónicos o ácidos orgánicos.  

Entre los primeros destaca el Sodio Lauril Sulfato (SLS), que se administra diluido mediante irrigación de las escombreras. Este compuesto ha mostrado ser muy eficaz, pero con un margen temporal de acción muy limitado (meses).  

Para conseguir efectos de mayor duración, superiores a cinco años, se han desarrollado bactericidas de efecto retardado, que consisten en pellets o pastillas de tamaño centimétrico y constan de una matriz polimérica, un agente activo y otros compuesto químicos que se disuelven paulatinamente, percolando en la masa de residuos y creando un efecto continuo en el tiempo.

El Drenaje Ácido de Minas (AMD) es un fenómeno recurrente en la minería de hoy y que puede causar problemas graves en la disolución de metales pesados y contaminar aguas abajo los efluentes liquidos. Este fenómeno se torna más nocivo cuando la contaminación alcanza efluentes naturales utilizados para regadío y mantención de predios agrícolas. Los metales pesados arrastrados son captados por las plantas (legumbres, frutas) que posteriormente son ingeridas por los animales y seres humanos en particular, siendo estos metales acumulativos en el organismo vivo, produciendo graves  alteraciones de salud, cáncer entre otras. 

En efecto, constatada la presencia de soluciones acidas permanentes al interior de las instalaciones, y como producto del escurrimiento natural por la humedad asociada al lugar en que se encuentran los recursos, esto es en la alta cordillera, se comenzó a canalizar adecuadamente estos efluentes para posteriormente recuperar los metales valiosos, particularmente el cobre. 

Hoy se ha optado incluso por agregar artificialmente agua en la época estival, para contar con un flujo permanente de solución conteniendo los metales a recuperar. Es una forma positiva de ver un problema ambiental que podría ser muy negativo. 

La situación de drenaje ácido pasa en primera instancia por una buena caracterización de la situación para posteriormente optar por diferentes alternativas, las que podrían ser minimizar el efecto de cada uno de los reactivos participantes y detener la generación, o, al estilo de lo realizado en El Teniente, optar por una recuperación de los metales disueltos, lo que dara aún más valor a la operación minera.

Los autores participantes en esta publicación, agradecen el soporte de la Red MASyS para la participación en la reunión de Oruro, que permitirá generar redes mayores de contacto para desarrollar una minería subterránea sustentable.

[1] CADORIN, LUCIANA et al. Avances en el Tratamiento de Aguas Ácudas de Minas. Scientia et Technica Año XIII, No 36, Septiembre de 2007. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701.        [ Links ]

[2]  TOVAR PACHECO, JORGE A. Revista Latino-Americana de Hidrogeología, Nº.3, p.99-109.        [ Links ]

[3]  http://chile-hoy.blogspot.com/2010/04/mineria-subterranea-pilar-del-futuro-de.html

[4] Residuos Mineros, Ingeniería ambiental 2006-07, Programa Operativo Integrado de Andalucía (Marco FEDER 2000-2006).        [ Links ]

[5] ESCOBAR, BLANCA. Curso Ingeniería Ambiental.          [ Links ]