Resumen

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Resumen Introducción Formación del Drenaje Ácido de Roca Esquema de Manejo del Drenaje Ácido de Roca Caracterización Predicción Prevención y Mitigación Tratamiento del Drenaje Ácido de Roca Monitoreo del Drenaje Ácido de Roca Manejo del Drenaje Ácido de Roca y Evaluación del Desempeño Comunicación y Retroalimentación del Drenaje Ácido de Roca Resumen Referencias

Resumen Ejecutivo

Introducción

La Guía Global de Drenaje Ácido de Roca trata sobre la predicción, prevención y manejo del drenaje producido de la oxidación del mineral sulfuroso, llamado comúnmente “drenaje ácido de roca” (ARD), “ drenaje ácido de mina” o “drenaje metalífero y ácido” (AMD), “agua influenciada por minería” (MIW), “drenaje salino” (SD) y “drenaje neutro de mina” (NMD). Este resumen ejecutivo sigue la estructura general de la Guía completa GARD, un resumen del estado de las mejores prácticas y tecnologías desarrolladas bajo el auspicio de la Red Internacional para la Prevención de Ácido (International Network for Acid Prevention – INAP) para auxiliar a personas implicadas con el ARD, tales como operadores de mina, supervisores, comunidades y consultores que tratan cuestiones relacionadas con la oxidación del mineral sulfuroso. Se invita a los lectores a utilizar la Guía GARD y sus referencias para detalles adicionales sobre los temas cubiertos en este Resumen Ejecutivo. La Guía GARD fue preparada con el aporte y ayuda de muchos individuos y organizaciones; sus contribuciones son ampliamente reconocidas.

El drenaje ácido de roca se forma por la oxidación natural de minerales sulfurosos cuando son expuestos al aire y al agua. Las actividades que involucran la excavación de rocas con minerales sulfurosos, tales como la minería de metal y carbón, aceleran el proceso. El drenaje resultante del proceso de oxidación puede ser de neutro a ácido, con o sin metales pesados disueltos, pero siempre con contenido de sulfatos. El ARD resulta de una serie de reacciones y etapas que típicamente proceden de condiciones de pH casi neutras a más ácidas. Cuando los suficientes minerales base están presentes para neutralizar el ARD, se puede presentar un drenaje neutro de mina o drenaje salino del proceso de oxidación. El NMD se caracteriza por metales elevados en solución con pH casi neutro, mientras que el SD contiene altos niveles de sulfatos en pH neutro sin importantes concentraciones de metales disueltos. La Figura 1 presenta los diversos tipos de drenaje de manera esquemática.

Figura 1: Tipos de Drenaje Producidos por Oxidación de Sulfuros

Figura 2: Portal Romano con Drenaje Ácido de Roca – España

Parar la formación de ARD una vez iniciado, puede ser un reto, ya que es un proceso que si no se detiene, continuará (y se puede acelerar) hasta que uno o dos de los reactivos (minerales sulfurosos, oxígeno, agua) se agoten o se excluyan de la reacción. El proceso de formación de ARD puede continuar produciendo drenaje impactado por décadas o siglos después que la mina haya cesado, tal como se ilustra en el portal en España, que data de la época Romana (Figura 2).

El costo de la remediación del ARD en minas fuera de operación sólo en Norte América ha sido estimado en diez mil millones de dólares americanos. Minas en particular pueden enfrentar responsabilidades de post-cierre de decenas de cientos de millones de dólares por la remediación y tratamiento del ARD si el proceso de oxidación de sulfuros no se manejó apropiadamente durante la vida de la mina. La apropiada caracterización de la mina, la predicción de la calidad del drenaje y el manejo de los desechos de mina pueden evitar la formación de ARD en la mayoría de los casos y minimizar la formación de ARD en todos los casos. La prevención del ARD debe comenzar en la exploración y continuar a lo largo del ciclo de vida de la mina. Es de suma importancia la continua planeación y manejo del ARD para la exitosa prevención del ARD. Muchas minas no producirán ARD debido a las características geoquímicas inherentes de sus desechos de mina o a las muy áridas condiciones climáticas. Además, las minas que implementen trabajos de pronóstico bien fundamentados y, cuando procedan, las medidas de prevención y programas de monitoreo, también deberán ser capaces de evitar importantes problemas de ARD.

Una propuesta exhaustiva de manejo de ARD reduce riesgos ambientales y costos posteriores para la industria minera y los gobiernos, reduce impactos ambientales adversos y promueve el apoyo público para la minería. El alcance y los elementos particulares de la propuesta de manejo de ARD que se deben implementar en una operación particular, variará en base a múltiples factores específicos del sitio, no limitándose al potencial del proyecto para generar ARD.

Formación del Drenaje Ácido de Roca

El proceso de oxidación de sulfuros y la formación del ARD, NMD y SD es muy complejo e involucra a una multitud de procesos químicos y biológicos que pueden variar significativamente dependiendo de las condiciones ambientales, geológicas y climáticas (Nordstrom y Alpers, 1999). Los minerales sulfurosos en los depósitos de mineral se forman bajo condiciones reductoras en la ausencia de oxígeno. Cuando se exponen al oxígeno atmosférico o a aguas oxigenadas debido a la minería, el procesamiento del mineral, excavación u otros procesos de movimiento de tierras, los minerales sulfurosos pueden volverse inestables y oxidarse. La Figura 3 presenta un modelo simplificado que describe la oxidación de la pirita, la cual es el mineral sulfuroso responsable de una gran mayoría de ARD (Stumm y Morgan, 1981). Las reacciones mostradas son esquemáticas y pueden no presentar los mecanismos exactos, pero la ilustración es una útil ayuda visual para entender la oxidación sulfurosa.

La reacción química que representa la oxidación de la pirita (reacción [1]) requiere tres ingredientes básicos: pirita, oxígeno y agua. Esta reacción puede ocurrir tanto abióticamente como bióticamente (ejm.; mediada a través de microorganismos). En este caso, la bacteria como el Acidithiobacillus ferrooxidans, que deriva su energía metabólica de oxidación ferrosa a hierro férrico, puede acelerar la velocidad de reacción por muchos órdenes de magnitud respecto a los índices abióticos (Nordstrom, 2003). Además de la oxidación directa, la pirita puede ser disuelta y luego oxidada (reacción [1a]).

Figura 3: Modelo para la Oxidación de Pirita (Stumm y Morgan, 1981).

En la mayoría de las circunstancias, el oxígeno atmosférico actúa como oxidante. Sin embargo, el hierro férrico acuoso puede oxidar pirita de acuerdo a la reacción [2]. Esta reacción es considerablemente más rápida (2 a 3 órdenes de magnitud) que la reacción con oxígeno y genera substancialmente más acidez por mol de pirita oxidada. Sin embargo, esta reacción está limitada a condiciones en las que se encuentren cantidades significativas de hierro férrico disuelto (ejm.: condiciones ácidas: pH 4.5 y menores). La oxidación del hierro ferroso por oxígeno (reacción [3]) se requiere para generar y reponer al hierro férrico y se requieren condiciones ácidas para que ésta permanezca en la solución y participe en el proceso de producción del ARD. Como se muestra en esta reacción, se necesita oxígeno para generar hierro férrico del hierro ferroso. También, las bacterias que pueden catalizar esta reacción (fundamentalmente miembros de la Acidithiobacillus genus) demandan oxígeno para la respiración aeróbica celular. Así, se necesita de alguna cantidad nominal de oxígeno para que este proceso sea efectivo cuando se catalice por la bacteria, aunque los requerimientos de oxígeno son considerablemente menores que para la oxidación abiótica.

Un proceso de importancia ambiental relacionado con la generación del ARD, está relacionado con el destino del hierro ferroso resultante de la reacción [1]. El hierro ferroso puede ser removido de la solución en condiciones de ligeramente ácidas a alcalinas mediante oxidación y subsiguiente hidrólisis y formación de un relativamente insoluble (hidr)óxido de hierro (reacción [4]). Cuando las reacciones [1] y [4] se combinan, como generalmente es el caso cuando las condiciones no son ácidas (ejm.: pH > 4.5), la oxidación de la pirita produce el doble de la cantidad de acidez en comparación con la reacción [1] de la siguiente manera:

FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O = Fe(OH)3 + 2SO42- + 4H+, que es la reacción global más comunmente utilizada para describir la oxidación de pirita.

Aunque la pirita es por mucho, el sulfuro dominante responsable de la generación de acidez, diferentes depósitos de mineral contienen diferentes tipos de minerales de sulfuro. No todos estos minerales de sulfuro generan acidez cuando se oxidan. Como regla general, los sulfuros de hierro (pirita, marcasita, pirrotita), sulfuros con proporción molar metal/sulfuro < 1, y sulfosales (ejm.: enargita) generan ácido cuando reaccionan con oxígeno y agua. Los sulfuros con proporción metal/sulfuro = 1 (ejm.: esfalerita, galena, calcopirita) tienden a no producir acidez cuando el oxígeno es el oxidante. Por ello, la generación potencial de ácido de un depósito de mineral o un desecho de mina, generalmente depende de la cantidad de sulfuro de hierro presente.

Las reacciones de neutralización también juegan un papel importante en la determinación de las características de composición del drenaje originado de la oxidación de sulfuros. En cuanto a minerales sulfurosos, la reactividad, y en consecuencia la eficacia con que los minerales neutralizantes puedan estabilizar (buffer) cualquier ácido que esté siendo generado, puede variar mucho. La mayoría de los minerales de carbonato son capaces de disolverse rápidamente, haciéndolos efectivos consumidores de ácido. Sin embargo, la hidrólisis del Fe o Mn disueltos tras la disolución de sus respectivos carbonatos y posterior precipitación de un mineral secundario, puede generar acidez. Aunque generalmente más común que las fases de carbonato, los minerales de aluminosilicato tienden a ser menos reactivos y sus neutralizaciones sólo pueden tener éxito en estabilizar el pH cuando más bien las condiciones ácidas han sido logradas. Se ha sabido que los silicatos de calcio-magnesio estabilizan los efluentes de la mina a un pH neutro cuando los índices de oxidación de sulfuros están muy bajos (Jambor, 2003).

La combinación de las reacciones de generación y neutralización de ácido típicamente conduce a un desarrollo en etapas del ARD (Figura 4). Con el paso del tiempo, el pH disminuye a lo largo de una serie de mesetas de pH, regidas por la estabilización de una serie de ensamblajes minerales. El lapso de tiempo para la generación de ácido es una consideración muy importante para la prevención del ARD. Es más efectivo (y generalmente menos costoso a largo plazo) controlar la generación del ARD durante sus etapas tempranas. El lapso de tiempo también consta de ramificaciones importantes para la interpretación de los resultados de las pruebas. Debido a que la primera etapa de generación de ARD puede durar un largo tiempo, aún para materiales que eventualmente serán altamente generadores de ácido, es importante reconocer la etapa de oxidación cuando se predice el potencial de ARD. Los primeros resultados de las pruebas geoquímicas, por lo tanto, no pueden ser representativos de la estabilidad ambiental a largo plazo y la correspondiente calidad de descarga. Sin embargo, los primeros resultados de las pruebas proveen datos valiosos para evaluar las condiciones futuras como los índices de consumo de los minerales neutralizantes disponibles.

Un corolario común de la oxidación de sulfuros es la lixiviación de metales (ML), dando lugar al uso frecuente de los acrónimos “ARD/ML” o “ML/ARD” para describir con más precisión la naturaleza de las descargas ácidas de mina. Los elementos mayores y traza en el ARD, NMD y SD se originan de la oxidación de sulfuros y la disolución de los minerales consumidores de ácido. En el caso del ARD, el Fe y el Al son normalmente los principales metales mayores disueltos, aunque los metales traza como Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Co y Ni también pueden lograr altas concentraciones. En las descargas de mina con un carácter más o menos neutro, las concentraciones de metales traza tienden a ser menores debido a la formación de fases de minerales secundarios y una mayor absorción. Sin embargo, ciertos parámetros permanecen en la solución a medida que el pH aumenta, en particular los metaloides As, Se y Sb, así como otros metales traza (ejm.: Cd, Cr, Mn, Mo y Zn).

Figura 4: Etapas en la Formación del ARD (INAP, 2009)

Esquema para el Manejo del Drenaje Ácido de Roca

Los temas y enfoques sobre la prevención y manejo del ARD son los mismos alrededor del mundo. Sin embargo, las técnicas específicas utilizadas para la predicción, interpretación de los resultados de las pruebas y el manejo del ARD pueden diferir dependiendo del contexto local, regional o nacional y se adaptan al clima, topografía y otras condiciones del sitio.

Por lo tanto, a pesar de las similaridades en los temas de ARD, no existe un enfoque “a la medida de todos” para tratar el manejo del ARD. La conformación de cada mina es única y requiere una cuidadosa evaluación para encontrar una estrategia de manejo dentro del esquema corporativo, regulador y de la comunidad que aplique al proyecto en cuestión. La conformación específica del sitio comprende la situación social, económica y ambiental dentro de las cuales la mina está ubicada, mientras que el esquema comprende las normas y estándares corporativos aplicables, así como las expectativas y requerimientos específicos de la comunidad. Este esquema aplica en todo el ciclo de vida de la mina y se ilustra conceptualmente en la Figura 5.

Todas las compañías mineras, sin importar el tamaño, necesitan cumplir con la legislación nacional y las regulaciones relativas al ARD de los países en los que operan. Se considera buena práctica empresarial, añadirlas también a la orientación global sobre ARD y en muchos casos, tal adición es una condición para el financiamiento.

Muchas compañías mineras han establecido claros lineamientos empresariales que representan el punto de vista de la compañía acerca de las prioridades que deben tomarse y sus interpretaciones de lo que se considera generalmente la mejor práctica relacionada al ARD. Es necesario tener cuidado y asegurarse de que se cumplan todas las especificaciones de las regulaciones del país, ya que los lineamientos corporativos del ARD no pueden sustituir las regulaciones del país.

Figura 5: Esquema Conceptual del Manejo del ARD (INAP, 2009)

Las compañías mineras operan dentro de las limitaciones de una “licencia social” que, idealmente, se basa en un amplio consenso de todas las partes interesadas. Este consenso tiende a cubrir una amplia gama de elementos sociales, económicos, ambientales y gubernamentales (desarrollo sostenible). El ARD juega un importante papel en la licencia social de la mina, debido a que el ARD tiende a ser una de las consecuencias ambientales más visibles de la minería. Los costos del manejo de cierre y post-cierre del ARD son cada vez más reconocidos como fundamentales componentes de todas las operaciones mineras propuestas y en operación. En algunas jurisdicciones, ahora se requiere de alguna forma de garantía financiera.