Drenajes Ácidos de Minas (AMD)

El proceso de oxidación de los sulfuros (1) 

Los sulfuros son minerales poco frecuentes en la corteza terrestre. Sin embargo, en ciertas situaciones geológicas la abundancia de estos minerales aumenta, llegando a convertirse en mayoritarios. El elevado contenido de los sulfuros en Au, Ag, Fe, Cu, Zn y Pb o la obtención de ácido sulfúrico han provocado su explotación y aprovechamiento por parte del hombre a lo largo de la historia. La pirita (FeS2) es el sulfuro más común en la naturaleza, encontrándose en formaciones hidrotermales, rocas ígneas y depósitos sedimentarios.

Acumulación y detalle de sulfuro masivo de grano muy fino, muy característico de la Faja Pirítica Ibérica. Minas de Almagrera, Calañas. (fuente: AMAyA)

Los sulfuros son estables y muy insolubles bajo las condiciones reductoras que existen en el subsuelo. Pero la exposición de estos minerales a condiciones atmosféricas desestabiliza su estructura mediante reacciones de oxidación. El agente oxidante para que se produzca este proceso puede ser el oxígeno (O2) o el hierro férrico (Fe3+). Por otro lado, dependiendo de la ausencia o presencia de microorganismos que catalicen las reacciones de meteorización se habla de oxidación abiótica o biótica, respectivamente.


Al contacto con la atmósfera (Oxidación abiótica de la pirita)
(1)

En contacto con la atmósfera y en presencia de agua se produce la oxidación directa de la pirita:

FeS2 + 7/2 O2 + H2O → Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+

Es decir, se produce acidez y se liberan sulfatos y Fe, junto con otros elementos accesorios (As, Cd, Co, Ni, Pb, etc.) que, en mayor o menor proporción, forman parte de la pirita. La disponibilidad de oxígeno es, por tanto, esencial para la oxidación de sulfuros.

 Cuando los lixiviados circulan en superficie el hierro ferroso rápidamente se oxida a férrico, produciendo precipitados que confieren al agua su característico color rojizo (fuente: AMAyA)

Ejemplo de una masa de sulfuros expuesta a las condiciones atmosféricas de forma artificial, por la apertura de una trinchera de explotación. Mina el Soldado (Término Municipal de Aracena) (fuente: AMAyA)


Un ciclo sin fin (Oxidación biótica de la pirita)
(1)

La oxidación abiótica de la pirita es un proceso muy lento y, por tanto, no produciría un problema ambiental grave. Sin embargo, en la naturaleza se comprueba que la velocidad de estas reacciones es mucho mayor, debido a la intervención de determinadas bacterias quimiolitótrofas (aquellas que se ‘alimentan’ de un substrato inorgánico). Estas microorganismos, como Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans y Acidithiobacillus thiooxidans, tienen su desarrollo óptimo a condiciones de pH ácido, catalizando las reacciones de oxidación y obteniendo energía de este proceso.

 Detalle del desarrollo de bacterias en AMD. Complejo minero de Las Viñas, Calañas. (fuente: AMAyA)

 

Especialmente importante es el aumento de tasa de oxidación de Fe2+ a Fe3+, que era el factor limitante de todo el proceso de forma abiótica. Bacterias como Acidithiobacillus ferrooxidans pueden acelerar esta la reacción hasta 100.000 veces. Al aumentar la concentración de Fe3+ se produce un incremento de la oxidación indirecta de la pirita, que genera más Fe2+ y de nuevo se oxida a Fe3+, de forma que estas reacciones se retroalimentan en un ciclo sin fin.


Causas naturales y antrópicas
(1)

El proceso de oxidación de la pirita y el resto de sulfuros se produce de forma natural en la parte de los yacimientos de sulfuros que afloran en la superficie, denominándose en este caso drenaje ácido de rocas (o ARD de las iniciales en inglés de Acid Rock Drainage).

 Vista general de la corta de San Miguel. En la zona superior y al fondo se observa con un marcado color rojo el desarrollo del gossan (producto de los ARD) que estuvo en relación con la posición del nivel freático tal y como evidencia su contacto horizontal con el nivel inmediatamente infra yacente que en este caso consiste en un stockwork de sulfuro entre rocas volcánicas. (fuente: AMAyA)


Por otro lado, los metales rara vez se suelen encontrar en estado puro en la naturaleza, sino que se encuentran formando parte de la estructura de los minerales. La actividad minera se inicia con la extracción del mineral, que posteriormente debe ser concentrado y purificado para su uso comercial mediante el procesado o beneficio del mineral y la metalurgia extractiva.

  Corta de mina Concepción, escombreras en Tharsis y antigua planta industrial de la mina de Almagrera en Calañas (fuente: AMAyA)


Todos estos procesos incrementan enormemente los procesos de oxidación de la pirita, denominándose en este caso drenaje ácido de minas (o AMD del inglés Acid Mine Drainage). El drenaje ácido de minas produce el mismo resultado que el drenaje ácido de rocas: acidez, sulfatos y metales y metaloides tóxicos, pero en cantidades mucho mayores debido a la creación de grandes escombreras con residuos de extracción, la creación de kilómetros de túneles y galerías por los que penetra el oxígeno atmosférico, los métodos de explotación y tratamientos empleados históricamente (como las teleras), la excavación de grandes cortas a cielo abierto, las plantas de fundición y las balsas de residuos de la actividad hidrometalúrgica. (3).

 Fotografías de los lixiviados que afloran en Mina Esperanza (túneles y galerías), con un alto contenido en Fe2+ (izquierda) y del vertido al río Odiel procedente de Mina Poderosa (principalmente corta y escombreras), con condiciones más oxidantes y alta proporción de Fe3+ (fuente: AMAyA)


Un entorno que no ayuda (mecanismos de atenuación natural) (1)

La elevada acidez de los lixiviados mineros provoca el ataque de los minerales contenidos en la ganga (material que se descarta de un yacimiento mineral) o en los materiales que constituyen el cauce de los ríos afectados por AMD. La disolución de estos minerales consume acidez, en el caso de que en el medio tengamos materiales carbonatados se neutralizan los protones liberados durante la oxidación de sulfuros, constituyéndose como un mecanismo de atenuación natural de la contaminación. La abundancia de estos minerales en las proximidades de los sulfuros y su capacidad de neutralización determinará si el lixiviado resultante presenta acidez o condiciones neutras. Por ejemplo en la zona de Linares donde también ha existido una importante minería de sulfuros (fundamentalmente galena) no existen problemas de acidificación debido a la existencia de una ganga carbonatada. Sin embargo, la capacidad de neutralización de los materiales de la Faja Pirítica Ibérica es muy baja.

Vista parcial del complejo minero de las Viñas, donde la retirada de residuos que se llevó a cabo (como parte de las labores de restauración de este espacio degradado por minería metálica, realizadas por la AMAyA) ha dejado al descubierto los materiales del substrato y se puede apreciar que no solo la baja capacidad de neutralización sino que aún persiste un alto potencial para la generación de AMD. (Fuente: AMAyA)


De igual modo, en las cuencas de los ríos Tinto y Odiel, apenas existen materiales carbonatados y la alcalinidad del agua que discurre por los ríos y arroyos es muy baja, de forma que tiene muy poca capacidad de neutralización de la acidez generada por el proceso de oxidación de los sulfuros.


Impacto ambiental
(2 y 3)

El drenaje ácido de minas (en inglés AMD, Acid Mine Drainage) consiste en la aparición de aguas con pH típicamente entre 2 y 4 y altas concentraciones de metales tóxicos como consecuencia de la exposición subaérea de sulfuros metálicos durante su explotación minera.

En la fotografía el barranco del Escorial llegando al arroyo Tintillo, se observa como al contactar con las aguas ácidas desaparece la vegetación de los márgenes y macrófitos (fuente: panoramio.com)


Los procesos AMD constituyen uno de los más graves tipos de contaminación hídrica, por su naturaleza, extensión y dificultad de resolución, así como por los costes económicos de su remediación tradicional. Los ríos afectados por este tipo de contaminación se caracterizan por su acidez, así como por el alto contenido en sulfatos y metales pesados de sus aguas y por el contenido metálico de sus sedimentos. Los daños producidos varían desde alteraciones subletales para algunos individuos de los ecosistemas afectados en los casos de polución muy débil, con problemas asociados de bioacumulación y de biomagnificación hasta la desaparición de la fauna fluvial, así como la pérdida de los recursos hídricos al tornarse inservible el agua para el consumo humano, agrícola o industrial.


Afección a las grandes obras hidráulicas
(1 y 4)

Un aspecto importante de la contaminación por drenajes ácidos de minas es la afección sobre las grandes obras hidráulicas. Así ocurre con las descargas ácidas procedentes de la mina de São Domingos (en Portugal) que afectan a la presa del Chanza, o las procedentes de las minas Herrerías y Lagunazo que llegan al embalse del Andévalo, siendo estas las mayores reservas de agua potable para abastecimiento de Huelva. Otro problema importante lo representan los sedimentos del fondo de estos embalses que actúan como sumideros de la contaminación debido a la precipitación y coprecipitación/adsorción de elementos tóxicos.

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Ortofotografía en la que se observa la descarga ácida procedente de la mina de São Domingos (Portugal) al embalse del Chanza (fuente: google earth)

 


Además, el drenaje ácido de minas no sólo afecta a las actuales grandes obras hidráulicas en la FPI sino que hipoteca las futuras. En este sentido, de las estimaciones realizadas sobre la calidad del agua del futuro embalse de Alcolea, se destaca que esta agua no podría ser utilizada directamente en la agricultura ni para ningún otro fin.

Puente de Alcolea en el tramo bajo del río Odiel, el dique del futuro embalse de Alcolea se ubicará en sus proximidades (fuente: panoramio.com)


Impacto sobre el estuario de la ría de Huelva (1)

Igualmente, el impacto ambiental sobre el estuario de la ría de Huelva causado por los contaminantes transportados por los ríos Tinto y Odiel hasta el mismo es muy importante. Así, el río Odiel es la principal fuente de metales y sulfatos a la Ría de Huelva, con más del 80% del aporte de manganeso y níquel, y entre el 70 y 80% del aporte de sulfatos, aluminio, cobalto y zinc. El río Tinto sólo supera al Odiel en la carga tóxica de plomo y, especialmente, de hierro (69% del total).

La mayor parte de los elementos tóxicos precipitan cuando las aguas ácidas de los ríos Tinto y Odiel se mezclan en el estuario de la Ría de Huelva con el agua marina. Esto supone una mejora para la calidad del agua, sin embargo estos elementos tóxicos quedan retenidos en los sedimentos produciendo su contaminación. Dependiendo de las condiciones ambientales (pH, salinidad, potencial redox, etc.) algunos de estos elementos son biodisponibles y suponen un gran problema ambiental al penetrar en la cadena trófica.

Unión de los ríos Tinto y Odiel en el estuario de la ría de Huelva (fuente: panoramio.com)


Aporte a los mares y océanos
(1)

No obstante, algunos elementos tóxicos más móviles en estas condiciones, como el zinc, llegan al Golfo de Cádiz en concentraciones significativas produciendo la contaminación de los sedimentos del litoral e incluso penetran en determinadas épocas en el Mediterráneo.

La magnitud de la contaminación minera de los ríos Tinto y Odiel queda claramente manifestada si comparamos estas cantidades con los flujos globales que todos los ríos del mundo transportan hasta el océano (GESAMP, 1987); las cantidades transportadas por los ríos Tinto y Odiel suponen aproximadamente el 15% del cobre y el 47% del zinc. Es decir, estos dos pequeños ríos de la provincia de Huelva transportan casi la mitad del zinc aportado por todos los ríos del mundo a los mares y océanos.

 

 

(1) Miguel-Sarmiento, A., Nieto-Líñán, J.M., Olías-Álvarez, M., Ruiz-Cánovas, C. 2010. La Contaminación Minera de los Ríos Tinto y Odiel.

Disponible en: Junta de Andalucía

(2) Impacto y Riesgo Ambiental de las Actividades Minero-Metalúrgicas.

(3) J.A. Grande, T. Gómez, M.L. de la Torre, T. Valente, C. Barranco. V. Domínguez, J. Graiño. 2010. Drenaje ácido de mina y metales disueltos: del impacto ambiental al patrimonio minero. Aplicación al caso de mina herrerías en la faja pirítica ibérica. Patrimonio geológico y minero. Una apuesta por el desarrollo sostenible, 87-98.

(4) Canovas, C.R., Galván, L., Nieto, J.M., Olías, M., Sarmiento, A.M. 2007. Sobre la calidad del agua del futuro embalse de Alcolea (Cuenca del río Odiel, Huelva). GEOGACETA, 42: 59-62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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