Fuente: CEPIS - OMS | Junio 09, 2005 Recomendar esta nota Recomendar

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

a) Residuos sólidos

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.

a) Minería subterránea

i) Inundación preplanificada. Como ya se ha indicado, la contaminación por el agua de minas es consecuencia principalmente de la oxidación de sulfuros expuestos al aire.

Un procedimiento para reducir esta formación de agua ácida en minas abandonadas consiste en inundarlas, de tal manera que se detanga la oxidación de la pirita.

El método más eficaz de lograr esta inundación se explotan en descenso, dejando barreras que a posteriori permitan que la inundación se produzca naturalmente.

El problema suele radicar en la dificultad de constituir una barrera o represa eficaz, frente a las presiones que tiene que soportar, para evitar la fuga del agua, a la máxima presión esperada. Todo ello sin olvidar que tenemos que confinar, a veces en condiciones precarias, a una fuente potencial de contaminación, lo que exige un control bien planificado de la operación.

Aunque la inundación reducirá la posterior oxidación de los sulfuros, puede contribuir a la contaminación, en algunos casos al disolver a los minerales oxidados previamente, o al producirse un aporte de aguas ya mineralizadas que van a incrementar el flujo hacia los acuíferos. (En la bibliografía se citan casos muy significativos de estos problemas (6).)

ii) Control de la fracturación del techo. Gran parte del agua que penetra en las labores subterráneas accede verticalmente, a través del techo de la explotación, tras atravesar las formaciones suprayacentes. En este sentido, el colapso del techo de las minas es responsable en muchas ocasiones del incremento del flujo vertical, ya que el hundimiento origina una fracturación ampliamente dispersa en las formaciones suprayacentes y una apertura de las grietas. A favor de estas discontinuidades puede producirse el aflujo de agua de lluvia, o de escorrentía superficial o de acuíferos, que finalmente accede a la mina.

El colapso y la apertura de fracturas puede reducirse por medio de técnicas adecuadas para soportar el techo (cámaras y pilares, relleno, etc.). Para conseguir con estas técnicas el efecto favorable en el control de la contaminación es necesario que la disminución de flujo venga acompañada de una adecuada reducción en la concentración de los contaminantes. Si así no aconteciera, la contaminación podría continuar con los mismos efectos.

Por ejemplo, en el caso de contaminación por oxidación de la pirita hay que tener en cuenta que, en una mina subterránea, la humedad relativa se encuentra próxima a la saturación. Por lo tanto, las paredes están generalmente mojadas, con lo que casi siempre está disponible el agua requerida para el proceso contaminante, sin que se precise un aporte importante de agua. Además, las sales resultantes de la oxidación son higroscópicas, lo que significa que pueden condensar agua a partir de la humedad atmosférica. Estas sales disueltas discurrirán hacia abajo, a consecuencia de la humedad acumulada, y los lugares de reacción quedarán de nuevo expuestos a la futura oxidación. La cantidad de oxígeno es en este caso el factor que controla la marcha de la oxidación, y no la cantidad de agua que circula a través de la mina. Con ello el efecto contaminante puede ser constante, aunque disminuya el flujo de agua a la mina, y no se consiguen entonces los resultados apetecidos frente a la contaminación. Sólo será eficaz esta reducción si tiene lugar en proporciones tales que efectivamente disminuya el contenido total de contaminantes solubilizados y transportados. Por otra parte, si se disminuye la extracción de agua a la superficie, puede presentarse un incremento del aporte de agua contaminada hacia el acuífero.

iii) Incremento de la escorrentía superficial. La infiltración puede reducirse si se incrementa la escorrentía superficial. Esta técnica implica la eliminación de las depresiones y la nivelación del terreno, con objeto de aumentar la velocidad de escorrentía. En este sentido, conviene señalar que las depresiones originadas por las subsidencias actúan en general como colectores y conductos por los que puede circular gran cantidad de agua superficial hacia las excavaciones subterráneas. La cantidad de agua colectada es función de las dimensiones de la cuenca tributaria de la depresión y del porcentaje de escorrentía. En el caso de depresiones provocadas por hundimientos de minas, que afectan a cauces superficiales, puede haber una entrada masiva de agua.

iv) Actuación con sondeos. Cuando debajo de la explotación existe un acuífero con menor altura potenciométrica, el agua
contaminada puede llegar hasta él a través de sondeos de reconocimiento no cementados.

Si el acuífero se localiza sobre la explotación, puede ser interesante realizar sondeos de captación desde la propia explotación o desde superficie para captar el agua y sacarla al exterior antes de que entre en contacto con los materiales contaminantes de la mina.

Los sondeos pueden asimismo ser eficaces para conducir las aguas ácidas de drenaje hacia un acuífero alcalino, y mediante ello se consiguen la neutralización y fijación de los precipitados.

b) Minería superficial

i) Procedimientos de minería controlada. Consisten, por ejemplo, en la utilización de barreras constituidas por el propio yacimiento o su recubrimiento, que se mantiene in situ durante la excavación para retener aguas superficiales en la mina durante la explotación, y aguas subterráneas en la base de la escombrera, con objeto de retardar la oxidación de la pirita.

Un efecto negativo de dichas barreras es el de incrementar la infiltración del agua contaminada hacia los acuíferos.

ii) Control del agua infiltrada. La contaminación química de las aguas subterráneas (y de las superficiales) resultante de la actividad minera superficial se origina fundamentalmente en la infiltración del agua en la escombrera y en la disolución delos contaminantes en el]a contenidos.

En este caso es conveniente reducir al máximo la infiltración a la escombrera de la lluvia o de aportes superficiales, y ello cabe lograrlo mediante la colocación de barreras impermeables sobre o alrededor de los materiales extraídos; la construcción de drenes subterráneos, o el establecimiento de cobertera vegetal. Las barreras impermeables, formadas de arcilla, hormigón. asfalto, látex o plástico, pueden evitar que el agua entre en contacto con dichos apiles. La colocación de una camada de carbonatos reducirá la acidez de las aguas contaminadas.

iii) Actuación sobre materiales contaminantes. Entre los materiales que pueden contaminar por las explotaciones mineras se incluyen todos los residuos sólidos que contribuyen a degradar la calidad de las aguas.

Un modo de actuar frente a esta fuente contaminante consiste en situar dichos materiales en áreas favorables hidrogeológicamente. Otra posibilidad es la de emplear estos materiales contaminantes en el relleno de minas subterráneas, con una localización hidrogeológica adecuada, lo que al mismo tiempo reduce el espacio superficial ocupado. El problema estriba en las posibles fugas hacia los acuíferos do las aguas que percolan por este relleno.

iv) Control de las aguas contaminadas. Cuando el agua se ha contaminado debe ser tratada de alguna manera eficaz, para minimizar su efecto contaminante sobre los recursos hídricos.

Los métodos de control de estas aguas incluyen su reciclado y reutilización; el estancamiento y la evaporación; el almacenamiento y la descarga ; controlada, y el riego por aspersión. Todas estas técnicas suponen un peligro para los acuíferos si se realizan inadecuadamente pues implican un aporte de contaminantes que pueden infiltrarse o extenderse en superficie e ir después a parar a dichos acuíferos.

Otras posibilidades de actuación son la inyección subterránea, la desmineralización y la recuperación de productos disueltos.

5. Control de la contaminación

Entendemos como tal todo programa científico de auscultación continua que permita el análisis de las causas motivadoras de los cambios de calidad de las aguas; el inventario de las fuentes de contaminación existentes o potenciales, y la predicción de la naturaleza de los futuros cambios de calidad. Todo ello sobre la base del muestreo y el análisis de dichas aguas.

Desgraciadamente, tal control a menudo se enfoca sólo en el contexto del muestreo de pozos o manantiales, y con este alcance se incluye como única práctica a realizar en muchos programas de auscultación. Sin embargo, y en muchos casos, este muestreo puede ser minimizado mediante la identificación de las causas motivadoras de la contaminación y mediante la predicción anticipada de los posibles cambios de calidad de las aguas. Por ejemplo, una situación en que cabe reducir el número de puntos de muestreo es aquella en que se conocen la procedencia y naturaleza de la contaminación y pueden hacerse predicciones de la dirección y velocidad de propagación de las aguas subterráneas.

a) Evaluación de las actividades mineras contaminantes

Un aspecto fundamental en esta evaluación es el conocimiento de la geología, hidrología y geoquímica locales. Por to tanto, la recopilación de la información hidrogeológica debe ser una labor a la que se preste gran atención a lo largo de toda la actividad minera desde la fase misma de explotación.

Para evaluar la contaminación del agua de minas es básico tratar de Ilegar a un conocimiento profundo de los siguientes aspectos:

i) Información geológica
- geología del área;
- columna geológica, con indicación de la localización y cantidad de materiales a extraer;
- afloramiento y continuidad del yacimiento.

ii) Información minera
- tipo de explotación existente y/o prevista;
- límites de las áreas de actuación minera;
- localización y extensión de los trabajos mineros, a interconexión entre ellos;
- programa de manipulación de estériles y residuos sólidos;
- plan de abandono de la mina.

iii) Información hidrológica
- formaciones acuíferas, configuración potenciométrica y calidad de las aguas (existente y prevista);
- localización de las surgencias y pozos (existentes y previstos), así como de los puntos de descarga de aguas de minas con datos de caudal, profundidad y calidad;
- tipo de drenaje (por bombeo o flujo natural) y modo de realizarlo;
- tratamiento propuesto, con indicación de la calidad final del efluente tratado;
- recorrido a seguir por el agua tratada o procedente directamente del drenaje.

Cuando se trata de prever la actuación ante una nueva explotación minera deben examinarse los problemas de calidad del drenaje en las minas existentes en el área, y puede también intentarse realizar experimentos en laboratorio para predecir la contaminación potencial del agua afectada por las labores mineras.

Por ejemplo, si se quieren prever los riesgos de contaminación de las aguas subterráneas como resultado de la oxidación de la pirita en una mina de carbón, deben considerarse las siguientes variables:

i) cantidad y distribución de los minerales sulfurados oxidables;

ii) cinética de la oxidación de la pirita;

iii) transporte de los productos de oxidación y disolución en el sistema hidrogeológico y concentración en el agua, y

iv) mecanismos de mezcla de los contaminantes en el acuífero.

Según Hunkin (4), para el estudio de viabilidad de una exploración in situ de uranio, mediante lixiviación, se precisa realizar una evaluación en tres etapas.

En primer lugar, los criterios que deben cumplirse se refieren a estas condiciones ambientales:

i) una masa mineral confinada naturalmente o por medios artificiales, de tal manera que la dilución o la pérdida de fluidos quede, restringida a un nivel aceptable:

ii) un acuífero con reducida velocidad de circulación, cuyas aguas no se empleen para abastecimiento.

Si se satisfacen estas condiciones, se recomienda realizar los siguientes estudios en una segunda etapa:

iii) investigación hidrológica regional, con análisis de las variaciones estacionales, utilización del agua y flujo regional del agua subterránea;

iv) investigación hidrológica local, alrededor del área de operaciones mineras, que puede incluir: definición de acuíferos; características geológicas (en particular fallas, diques y variaciones locales de permeabilidad y características del drenaje superficial;

v) investigación geofísica para contrastar interpretaciones hidrológicas y geológicas. Los requerimientos mínimos son: registros gamma, potencial espontáneo y resistividad, con una distribución condicionada por la heterogeneidad local;

vi) muestreo detallado del agua, que cubra las diferentes estaciones climáticas, para determinar la calidad de los acuíferos adyacentes, ríos y lagos. Este muestreo es esencial para conocer la calidad química antes de iniciar las operaciones, yestablecer la normativa para un sistema continuo de control durante las operaciones posteriores

Por último, la tercera etapa incluirá:

vii) realización de sondeos a testigo;
vii) investigaciones hidrogeológicas detalladas in situ, y
ix) pruebas de inyección y valvuleo en sondeos.

Por lo tanto, se trata de unos requerimientos que guardan gran semejanza con los exigidos para la inyección de aguas residuales a través de sondeos.

En aquellos casos en que la magnitud de las operaciones mineras y los peligros ambientales así lo justifiquen y siempre que se pueda disponer de información suficiente, es deseable desarrollar un modelo matemático del sistema acuífero desde la fase de planificación de la mina para determinar, de un modo tan correcto como sea posible, la dirección del flujo y el caudal y la concentración de los contaminantes en el sistema.

En cierto modo, dichos modelos pueden tener en cuenta la dispersión; la disminución de la radiactividad; las reacciones químicas; la adsorción; el intercambio iónico, y la estratificación por densidades de los contaminantes, todo ello al tiempo que se produce la circulación del agua a través del acuífero.

Los modelos matemáticos pueden servir para reducir el número de puntos de muestreo; ayudar a establecer la frecuencia de la toma de muestras que debe adoptarse, e indicar los constituyentes que es conveniente determinar en los análisis químicos y biológicos.

Finalmente, cabe destacar que los modelos son un elemento básico de decisión.

b) Control durante las operaciones

Algunos de los medios de supervisión de la caliad de las aguas subterráneas a utilizar durante los trabajos mineros son: muestreo del agua; control de los contaminantes; medidas de niveles piezométricos; controles geofísicos; aplicación de sensores remotos; control de tanques de almacenamiento y conducciones; control de áreas de vertidos sólidos y líquidos , y control del balance químico.

i) Muestreo de agua. Se enumeran a continuación los distintos puntos de muestreo:

i) Pozos de control. Pueden construirse expresamente para este control o utilizarse los ya existentes. Estos pozos pueden bombearse o no. En el primer caso se obtiene una muestra integrada de un área cuyas dimensiones dependen de la hidrogeología local y de, los volúmenes bombeados, y en el segundo sólo corresponde al agua que circula por el pozo.

ii) Abastecimientos de agua. Han de muestrearse periódicamente y analizarse para detectar los cambios de calidad. Tales muestreos deben ser representativos.

iii) Manantiales. La toma de muestras es similar a la que se realiza en pozos bombeados, y refleja la calidad del agua correspondiente ; a su area de influencia.

iv) Arroyos. Puesto que muchos arroyos tienen un flujo cuya componente mayoritaria se deriva de las aguas subterráneas, el muestreo de los arroyos efluentes es un medio de controlar la calidad de esas aguas. Por otra parte, esas aguas subterráneas pueden tomarse como indicadoras de la calidad conjunta de un cierto número de manantiales. Las muestras de los arroyos efluentes sirven para conocer la contaminación que entra en los acuíferos desde superficie.

Localización de los puntos de muestreo. Estos puntos deben ubicarse con base en la estructura hidrogeológica, ya que la distribución arbitraria , implicaría un costo excesivo y no cubriría los objetivos.

Frecuencia de muestreo. En condiciones naturales, la calidad de las aguas subterráneas cambia de un modo imperceptible con el tiempo. Tales cambios están relacionados con el caudal fluente, el cual, a su vez, está controlado por las características hidrogeológicas del acuífero. Así, por ejemplo, se observan fluctuaciones anuales de calidad relacionadas con los cambios estacionales en la recarga, la piezometría y la descarga. ;

La acción del hombre puede implicar cambios más significativos en la calidad del agua subterránea. Dos efectos frecuentes de la contaminación son el incremento en la amplitud de los cambios anuales de calidad y el , deterioro progresivo de esta calidad referido a un período plurianual.

La frecuencia a adoptar en el control de la calidad del agua subterránea depende de la sensibilidad del acuífero frente a las influencias naturales y antrópicas.

En el caso de vertidos al terreno, sujetos a cambios rápidos en su composición, puede ser apropiado un muestreo continuo, diario o semanal. Para caracterizar cambios en las aguas subterráneas que ocurran anualmente suele ser suficiente una frecuencia bimensual o trimestral. En general, cuando no se dispone de fondo informativo adecuado y se prentende definir cambios periódicos, el programa de supervisión deberá incluir, por lo menos, dos años de observaciones con esta frecuencia. Después el muestreo puede espaciarse a un ritmo semestral, para una supervisión a largo plazo de los cambios de calidad.

El control en áreas próximas a aguas abajo de un foco de contamianción puede requerir una frecuencia quincenal, mensual o bimensual.
El control del flujo de aguas subterráneas a través de los pozos, o bombeado desde ellos, posiblemente debe ser semianual, mientras que el control general de calidad para cuencas hidrogeológicas puede llegar a ser anual.

No obstante lo indicado, cuando se tiene peligro de contaminación grave por ejemplo, el de constituyentes tóxicos, que pueda afectar a un abastecimiento urbano a partir de aguas subterráneas, la frecuencia del control debe incrementarse de acuerdo con la gravedad de la situación.

ii) Control de los contaminantes. El control de la calidad de las aguas subterráneas deberá enfocarse hacia el análisis de contaminantes específicos, en función de su peligrosidad, persistencia, concentración, comodidad de indentificación u otros rasgos característicos.
En el caso de actividades mineras es fácil sospechar anticipadamente los contaminantes que pueden estar presentes y que, por lo tanto, es necesario controlar.

iii) Medida de niveles piezométricos. Aunque la observación de niveles piezométricos no proporciona datos directos de calidad, aporta información indirecta de gran interés, ya que el mapa piezométrico mostrará las áreas de recarga y permitirá deducir la relación con los focos de probable contaminanción, además de las direcciones de flujo del agua contaminada.

Tales mapas muestran también los cambios del modelado piezométrico originados por las actividades mineras, y cabe así localizar las áreas con aguas subterráneas contaminadas.

iv) Controles geofísicos. Las prospeccioens geofísicas, ya san realizadas en sondeos o en superficie, proporcionan información suplementaria valiosa en todo programa de control de la contaminación.

En este sentido, hay que destacar que cabe aplicar una amplia variedad de testificaciones geofísicas en sondeos, basadas en la medición de la temperatura, la conductividad y, ocasionalmente, la radiactivida, susceptibles de reflejar cambios en la calidad del agua.
Entre los métodos geofísicos de superficie para estos estudios de calidad el más útil es el eléctrico de resistividades, ya que dichos contaminantes incrementan la conductividad de las aguas y, en condiciones favorables, tales cambios pueden detectarse mediante este método. Tal es el caso, por ejemplo, de la contaminación causada por el drenaje de aguas ácidas de mina o por apiles de mina, en especial en lo que toca a las explotaciones de sal.

v) Aplicación de sensores remotos. Son muy determinantes en el estudio de aguas superficiales, pero proporcionan también información indirecta sobre las agues subterráneas.

vi) Control de tanques de almacenamiento y conducciones. Por tratarse de focos potenciales de contaminación, y ante la posibilidad de fugas, deberán inspeccionarse de manera sistemática, mediante el control de presión en tanques y tuberías.

vii) Control de áreas de vertidos sólidos y líquidos. Se hen mencionado ya algunos problemas relacionados con tales áreas y, en este sentido, podemos señalar que, aunque deben elegirse en condiciones idóneas para evitar problemas de contaminación, es con todo obligada su inspección periódica, ya que podría fallar, por ejemplo, la impermeabilización de una balsa de almacenamiento o de un dique, y ello acarrearía una fuga de agues con su secuela de riesgos de contaminación.

viii) Control del balance químico. En la minería por lixiviación se introduces disolventes químicos en el yacimiento, apiles de mineral o minas abandonadas.

El control de balance de los materiales introducidos frente a los recuperados proporciona un medio para determinar cuantitativamente la pérdida de contaminantes y la existencia de contaminación de aguas subterráneas, antes de que llegue a detectarse por otros métodos.

Cabe emplear también tat control en el caso de balsas de evaporación pare detectar pérdidas por infiltración.

ix) Control postoperacional. Una característica específica de las operaciones mineras, que las distingue de las industriales, es el hecho de que algunas minas -así como las áreas de apiles o de escombreras- continúan como focos de contaminación mucho tiempo después de que hayan concluido tales operaciones. Es más, algunas veces serán fuentes de contaminación indefinidas. Por lo tanto, hay que plantearse modalidades de control diferentes a las de aquellos focos de contaminación con vida limitada.

Así pues, la manera general de actuar debe ser: identificar el origen de la contaminación; predecir la cantidad y la distribución de los contaminantes, y verificar periódicamente estas predicciones, todo ello con objeto de tener información continua de la localización e intensidad de la contaminación.

Referencias bibliográficas

I. COFFIN y otros, «Geohydrology of the Piceance Creek Structural Basin between the White and Colorado Rivers,
Northeastern Colorado». U. S. Geol. Su°vey Hydrol. Invest. Atlas HA-370, 1971.
2. FEDERAL WATER POLLUTION CONTROL. ADMINISTRATION (FWPCA), Stream pollution by coal mining drainage in Appalachia, Cincinnati, 1969.
3. HARDWICK. W. R., «Fracturing a deposit with nuclear explosives and recovering copper by the in-situ leaching methods» U. S. Bureau Mines Report Invest.. 1967.
4. HUNKIN, G. C., «A review of in-situ leaching», American Institute Mining Engineers, Soc. Mining Engineers Preprint. 71-As-88, 1971, 27 págs.
5. PERNICHELE, A. D., «Geohidrology», Mining Engineering 25 (2): 67-68, 1973.
6. PROCTOR, P. D.; KISVARSANYI, G.; GARRISON, E., y WILLIAMS, A., Water quality related to possible heavy metal additions on surface and ground-water in the Springfield and Joplin areas, Missouri. Water Resources Research Center, Universidad de Missouri, Project B-054-Mo, 1973, 56 págs.
7. ROBERTSON, 1. B., y BARRACLOUGFI, 1. T., Radiactive and chemical waste transport in ground water at National
Reactor Testing Station: 20 year case history and digital model, Underground Waste Management and Artificial Recharge, Oklahoma, 1973, 1: 291-322.
8. TINLIN, R. M.; MEYER, C. F., y KLEINECKE, D. C., Monitoring ground water quality. Annual Fall Meeting American
Institute Mining Engineers, Pittsburgh, 1973, 11 págs.
9. U. S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY (EPA), Processes, procedures, and methods to control pollution from mining activities, EPA-403/9.73, 390 págs.
10. WARNER, D. L., Rationale and methodology for monitoring ground water polluted by mining activities, EPA-680/4-74-003,76 págs.

Fuente: CEPIS - OMS
Junio 2005