Minería y Contaminación del Agua: ¿Cuándo es Necesario Preocuparse?

Jorge Oyarzún M

Planta de tratamiento de minerales de cobre de Panulcillo (IV Región de Chile), en las cercanías de un curso fluvial y cultivos

 

Resumen

La actividad minera en Chile antecede a su historia y alcanzó un ritmo importante en el siglo 19, seguido en el siglo 20 por el desarrollo de las grandes explotaciones cupríferas. El hecho de que gran parte de la minería chilena se efectúe en el norte del país, cuya economía y cultura están estrechamente ligadas a dicha actividad, ha favorecido una actitud relativamente permisiva o indiferente frente a los riesgos de la contaminación de los recursos hídricos. Por otra parte, la preocupación ambiental es relativamente nueva en Chile, y la toxicidad de contenidos anómalos de metales o metaloides pesados es aún materia de debate (p.ej., la del Cu o Mo) o reconocida en pocos casos, como los del As, Cd, Hg, Pb y el Cr(+6).

Entre los factores que deben ser considerados con especial cuidado, por su efecto en la composición y dispersión de los contaminantes, están la posición de la fuente potencial en la respectiva cuenca hidrográfica, así como la mineralogía del depósito y el tipo e intensidad de la alteración hidrotermal que afecta a las rocas de su entorno. Cuando se trate de explotaciones mineras en etapa de cierre, la preocupación debe ser máxima, si ellos: a) Incluyen contenidos significativos de metales o metaloides con propiedades tóxicas. b) Se sitúan en la cabecera de las cuencas, en áreas de topografía abrupta. c) Están en zonas con intensa alteración hidrotermal. d) Sus rocas presentan alto grado de fracturamiento. e) Su explotación subterránea ha dejado un elevado volumen de cavidades, que faciliten la interacción de los minerales residuales con el agua subterránea. f) La pirita (bisulfuro de hierro) es un componente mineralógico abundante.

Criterios como los señalados son importantes, dado lo abundante de las concentraciones minerales y las zonas de alteración hidrotermal del territorio chileno, así como el gran número de depósitos de residuos mineros abandonados y las muchas explotaciones mineras activas o en etapa de cierre. El establecer criterios objetivos que permitan priorizar la vigilancia ambiental puede permitir su mayor efectividad, así como importantes ahorro de tiempo y dinero, tanto al sector público como al privado.

Introducción

Un aspecto esencial de la gestión ambiental, tanto pública como privada es la necesidad de obtener el mejor rendimiento posible de los medios humanos y materiales disponibles. Ello requiere la capacidad de dirigir los esfuerzos hacia aquellos factores que implican un riesgo mayor y de cuyo control se puede obtener el mejor beneficio en términos de calidad ambiental. La tarea de seleccionarlos demanda, aparte de experiencia y criterio, un buen conocimiento científico del "funcionamiento" de los sistemas físico-biológicos en general, así como de la manera específica en que ellos actúan en un ámbito geológico y geográfico determinado.

En el presente trabajo se analiza la interacción de las aguas del drenaje superficial y subterráneo con las zonas de alteración hidrotermal, las excavaciones mineras subterráneas y a cielo abierto, y los depósitos de residuos minero-metalúrgicos. También se considera la evaluación de impactos ambientales de proyectos mineros y el importante tema de los planes de cierre de minas, que se conecta de modo central con las materias antes señaladas (Mitchell, 2000). Lo anterior, con la finalidad de proponer criterios de priorización que permitan dirigir los esfuerzos de monitoreo y protección ambiental con la mayor eficacia y eficiencia posible, en materias de contaminación del drenaje, por el efecto de la actividad minera pasada, presente o futura.

 

Minería y residuos mineros en Chile

Aunque la minería se practica en el territorio chileno desde tiempos pre-hispánicos, su expresión en el paisaje y en la generación de efluentes y residuos se manifiesta desde la primera mitad del siglo XIX, cuando cobra importancia la explotación del cobre, la plata y el oro. A fines del mismo siglo se suma la del salitre (nitratos), cuyos requerimientos de leña afectaron a los bosques de tamarugo y cuyas escombreras son aún parte del paisaje de la depresión occidental del desierto de Atacama en las regiones I y II (la Pampa). Sin embargo, es a principios del siglo XX, con la explotación de los grandes yacimientos porfíricos de cobre, que la minería dejará su huella ambiental más profunda. Ella se manifiesta tanto en las grandes excavaciones a cielo abierto, como en los depósitos de residuos que las acompañan, aparte, de los efluentes líquidos y gaseosos generados.

Posteriormente, en el curso del mismo siglo, se añade la minería de los grandes yacimientos de hierro, y la de los depósitos de tamaño medio de cobre. Además, a fines de los 70’ cobra importancia la minería del oro, con el descubrimiento del yacimiento de El Indio, seguido de cerca por los del Distrito Maricunga (Atacama). El presente trabajo se centrará en los posibles efectos contaminantes de la minería del cobre y del oro sobre los recursos hídricos. Ello, considerando que por su mineralogía, las explotaciones de hierro revisten poco riesgo y las de otros metales, como Ag y Mn representan un escaso volumen. Al respecto, en materia metálica, Chile tiene "mucho de poco" y por lo tanto poca variedad de metales (lo que en términos ambientales puede ser una ventaja).

Los efectos ambientales de la minería en general comienzan con las excavaciones subterráneas o a cielo abierto. Las primeras, menos visibles, pueden en cambio aumentar en órdenes de magnitud la superficie de roca expuesta a reacciones químicas roca/agua/aire. En el caso de los yacimientos metálicos sulfurados, ello favorece la generación de drenaje ácido y la consiguiente solubilización de metales pesados, que pasan así al drenaje subterráneo y de éste al superficial. Las excavaciones a cielo abierto, aunque exponen una superficie menor a las mismas reacciones, pueden dar lugar formación de un pequeño lago al término de la vida de la mina, que también puede convertirse en un intermediario en la contaminación del drenaje subterráneo.

Drenaje ácido cerca de la planta de tratamiento de minerales de cobre de Panulcillo (IV Región)

 

Detalle de los sedimentos arrastrados

El tratamiento de los minerales de cobre y de oro puede efectuarse por métodos de lixiviación química o bien por técnicas pirometalúrgicas, precedidas por su concentración por flotación. La lixiviación se utiliza para los minerales oxidados de cobre, así como para el oro "libre" diseminado en otros minerales. En el caso del cobre, se utiliza ácido sulfúrico, el que solubiliza el cobre en su forma iónica (Cu2+), de la cual es posteriormente recuperado mediante reducción con chatarra de hierro o, modernamente, por la acción de acomplejantes orgánicos y electroobtención. El residuo del proceso de lixiviación del cobre está constituido, por lo tanto, por residuos ácidos. Este proceso también puede ser aplicado a minerales sulfurados (no oxidados) ricos en calcosina (Cu2S), en cuyo caso se forman pilas de mineral que se exponen a la acción oxidante de las bacterias (biolixiviación), permitiendo así su solubilización con ayuda de ácido sulfúrico.

A diferencia de la lixiviación del cobre, que requiere de un medio ácido, la del oro se efectúa en condiciones alcalinas, que son necesarias para la estabilidad del cianuro CN-, agente acomplejante del oro. En consecuencia, sus residuos tienen reacción básica (Smith, 1994).

Cianuración en pila en las instalaciones de la mina El Soldado (V Región)

 

Pila de cianuración abandonada en las instalaciones de Punitaqui (IV Región)

Finalmente, también los residuos de la concentración de minerales sulfurados, que se depositan en los denominados "tranques de relaves" (balsas de estériles), tienen reacción básica. Ello implica, por ejemplo, que las aguas de los tranques de relave de nuestros grandes yacimientos sulfurados de cobre, como El Teniente, tengan elevadas concentraciones de molibdeno. Tales concentraciones, del orden de un gramo por tenelada, se deben tanto al contenido de molibdenita de las menas, como a la solubilidad del Mo bajo forma de ion molibdato, en condiciones oxidantes alcalinas. Tanto en el norte como en el centro del Chile, existe un elevado número de depósitos de relaves, en su mayoría abandonados.

Tranque de relave (balsa de estériles) de la mina El Soldado (V Región)

Aunque las balsas de estériles de minerales sulfurados, al igual que los residuos de lixiviación por cianuro, tiene reacción alcalina, si son ricos en pirita (Fe S2) y están en contacto con el aire o con agua que contiene aire disuelto, su oxidación desarrolla ácido sulfúrico y por lo tanto, los acidifica (Ritchie, 1994; Robertson, 1994). Ello facilita la solubilización de la mayor parte de los metales pesados presentes en ellos.

Si bien los depósitos de lixiviación corresponden a yacimientos de cobre y/o de oro, ellos pueden diferir mucho en su contenido de elementos menores o en trazas, algunos de los cuales presentan riesgos toxicológicos. A modo de ejemplo, se indican los contenidos metálicos de dos balsas de estériles situadas junto a la planicie aluvial del río Elqui (Maturana et al, 2001):

Tabla 1

 

Cr

Mo

Mn

Cu

Zn

Cd

Hg

Pb

As

QM

68

4

2729

8209

1515

15

1.42

760

72

LR

5

<1

987

2216

130

<0.5

0.15

34

31

 

 

 

Contenidos de metales (g/t) en las balsas de estériles presentes en Quebrada Marquesa (QM) y Las Rojas (LR), Valle de Elqui (La Serena).

La tabla anterior muestra las importantes diferencias en los contenidos de ambas balsas de estériles en elementos con propiedades tóxicas como Cd y Pb. En consecuencia, la composición química de los numerosos depósitos abandonados de este tipo es un factor importante a considerar, junto con su "lixiviabilidad", su posición respecto al sistema de drenaje y a los centros de población y, naturalmente, su magnitud.

Balsa de estériles abandonada en Quebrada Marquesa (IV Región), note los procesos erosivos en su base

 

Metales pesados y toxicidad

Los metales pesados pueden clasificarse en dos grupos (Barbour y Shaw, 2000; Niebeor y Sanford, 1984; Oyarzún, 2001). El primero, al que pertenecen elementos como Cu, Zn y Cr3+, incluye aquellos requeridos por el organismo en dosis moderadas, pero que pasan a ser tóxicos al superar cierto umbral de concentración. El segundo grupo está constituido por aquellos metales que no tienen un rol biológico conocido, pero sí una clara toxicidad (pese a lo cual han sido utilizados en farmacología). A él pertenecen, entre otros, As, Cd, Hg y Pb, junto con el Cr+6, cuya ocurrencia y principales efectos toxicológicos serán reseñados en los párrafos siguientes.

Arsénico: Forma parte de muchas menas cupríferas y auríferas. También existen numerosas fuentes naturales de As (relacionadas o no con yacimientos minerales) entre las regiones de Tarapacá y Coquimbo, en su mayoría ubicadas en la cordillera andina. El arsénico es un metaloide conocido como veneno y elemento cancerígeno (cáncer de la piel, gástrico, etc.). En consecuencia, constituye un serio riesgo para la salud humana, en particular cuando la población está expuesta a dos o más fuentes contaminadas (p. ej., emisiones aéreas, agua potable, presencia en las hortalizas).

Cadmio: Existen algunas concentraciones de este metal en el norte y centro de Chile, relacionadas con yacimientos cupríferos (Oyarzún et al, 1991). Dado que este metal presenta toxicidad para el sistema renal, debería ser analizado en los relaves o ripios abandonados.

Cromo: Solamente su forma hexavalente (Cr6+) genera efectos cancerígenos. Puesto que dicha forma ha sido detectada en los yacimientos de nitratos del norte de Chile (Pueyo et al, 1998) sería conveniente considerar su posible presencia en aguas subterráneas o superficiales de su entorno.

Mercurio: En Chile hay yacimientos de mercurio en la Región de Coquimbo: Punitaqui y Andacollo (Ortego et al, 2001). También el Hg está presente en bajas concentraciones en diversos tipos de yacimientos hidrotermales y se ha usado en pequeña minería para amalgamar oro. Por otra parte, la actividad industrial puede generar una importante contaminación, p. ej., en la producción electrolítica de hidróxido de sodio. El mercurio es tóxico para los sistemas nervioso, gastro-intestinal y renal, produciendo temblores, pérdida de equilibrio corporal, ceguera parcial y otros efectos, en caso de intoxicación aguda.

Plomo: Como el mercurio, es tóxico renal y para el sistema nervioso. Chile posée pocos yacimientos de plomo, pero el metal puede estar presente en depósitos cupríferos (ver análisis del relave de Quebrada Marquesa). La contaminación por plomo afecta especialmente a los niños.

 

Metales pesados, minería, y contaminación del agua

Tres factores tienen especial importancia en la transferencia de metales pesados desde las minas a los residuos mineros, y de ahí al drenaje subterráneo o superficial. Aparte de las propiedades químicas intrínsecas del elemento, ellos son su forma mineralógica, la superficie de interacción sólido/agua, y el nivel (superficial o subterráneo) de la interacción, los que a su vez influyen también en las características físico-químicas del agua. La mineralogía es importante por la distinta estabilidad de los diferentes minerales frente al ataque químico, así como porque la presencia de pirita puede dar lugar a la generación de drenaje ácido lixiviante (Nicholson, 1994). La superficie de interacción es también un factor principal, porque de su extensión dependerá la efectividad del traspaso. Ya hemos mencionados al respecto como la minería subterránea incrementa grandemente esa superficie. También el fracturamiento de las rocas tiene un efecto similar, especialmente cuando las fracturas abiertas facilitan el paso de las soluciones. En el caso de depósitos de residuos, la granulometría del material tiene un efecto decisivo a ese respecto (Ritchie, 1994). En lo referente al nivel de interacción (superficial o subterránea) el factor decisivo corresponde al grado de oxigenación del agua, que posibilita la oxidación de los sulfuros y por consiguiente la solubilización de los metales. Al respecto, hay que considerar que las aguas de la zona vadosa (entre la superficie del terreno y el nivel freático) son relativamente oxidantes, disminuyendo el oxígeno disuelto bajo el nivel freático (Blowes, 1994; Robertson, 1994).

 

Transporte de metales pesados por el drenaje

El transporte de un elemento metálico por el drenaje superficial puede ocurrir bajo varias formas diferentes (Nesbitt, 1984). Ellas incluyen la forma iónica (p.ej., Cu2+) en soluciones no saturadas o sobresaturadas; la forma molecular (p.ej. CuCO3); la de iones complejos (p.ej., Cu (OH)+), la forma coloidal, y la particulada fina en suspensión (ya sea de precipitados de sales o bien por la fijación del metal en materiales arcillosos u orgánicos en suspensión). En consecuencia, sería erróneo calcular la concentración máxima de metal en el agua solamente a través del producto de solubilidad de sus sales simples. Otro error importante sería filtrar el agua antes de su análisis, puesto que dejaría fuera un contenido metálico importante. En el caso del agua de riego, dicho contenido puede incorporarse finalmente a los suelos y a las plantas cultivadas y, a través de ellas, al ser humano. Ello, considerando la capacidad de las raíces para solubilizar elementos metálicos contenidos en fases estables.

A través del conocimiento físico-químico y geoquímico disponibles, es posible evaluar en principio la probable distribución de los diferentes metales entre las diversas formas indicadas. A ese respecto son de mucha utilidad, junto al Kps y otras constantes de equilibrio, los diagramas Eh-pH y Log m-pH. Los primeros, nos indican el comportamiento de las formas iónicas y moleculares del metal respecto a cambios en el estado de oxidación y acidez del agua, en tanto que los segundos nos entregan la concentración total disuelta bajo distintos valores del pH. A modo de ejemplo, citaremos los contenidos de Cu en los afluentes del río Elqui, ríos del Toro y Turbio, que bajan de 12.7 g/t a 4.5 g/t y a 1.8 g/t, al subir su pH de 4.7 a 5.7 y 5.9 respectivamente. Ello, en tanto el contenido de Cu en los sedimentos aumenta de 352 g/t a 1798 g/t y a 3301 g/t, indicando el progresivo paso del metal de la fase líquida a la sólida, al bajar la acidez de las aguas del río (muestreo Invierno 2000; Maturana et al, 2001).

Sedimentos enriquecidos en goethita y arsénico en el Río Toro (IV Región)

 

Labores mineras y contaminación del agua: su consideración en evaluaciones ambientales

Los posibles impactos de los proyectos mineros sobre la calidad de los recursos hídricos, deben constituir una preocupación central en los procesos del SEIA (Sassoon, 2000) y en la aprobación de los planes de cierre de minas (Bridge, 2000). Ello, considerando la capacidad del drenaje para transmitir los impactos químicos de las explotaciones desde los centros mineros hasta los campos de cultivo y las poblaciones humanas. Sin embargo, es importante contar con criterios que nos permitan evaluar y distinguir entre situaciones que presentan un alto potencial de impacto de aquellas cuyo potencial es moderado o bajo. A continuación se proponen algunos de esos criterios, sobre la base de los conceptos ya expuestos en el presente trabajo.

Situación geográfica: Al respecto es evidente que aquellos centros mineros situados en altura, en la naciente de sistemas hidrográficos que alimentan sistemas de regadío y abastecen de agua potable a pueblos y ciudades, merecen una especial preocupación. En tal sentido, lo estrecho de Chile y su elevado gradiente topográfico cordillerano, implican la rápida llegada de cualquier evento contaminante a los lugares de impacto.

Mineralogía y alteración hidrotermal: La mineralogía del depósito, que influye en la composición química de los efluentes merece una atención especial. Por ejemplo, la presencia del mineral de cobre enargita implica la de arsénico, contenido en su fórmula. Si hay pirita abundante, hay riesgos de drenaje ácido. Por otra parte, la alteración hidrotermal de las rocas también es un factor importante. Ello, dado que rocas poco alteradas pueden neutralizar la acidez generada, no así las rocas en avanzado estado de alteración. Además, esas rocas alteradas pueden contribuir con elementos nocivos como arsénico, al tiempo que implican un factor de inestabilidad geotécnica, junto con el grado de fracturamiento del macizo rocoso. A modo de ejemplo, la zona de alteración hidrotermal donde se sitúa el yacimiento de Au–Cu–As de El Indio, constituye un centro natural de generación de drenaje ácido rico en Cu, As y Zn, probablemente incrementado por las labores mineras ahí desarrolladas. Ello implica que las aguas del río Toro poseen elevados contenidos de dichos elementos, los que son posteriormente transferidos a los sedimentos. De ahí que los sedimentos del río Elqui y sus afluentes cordilleranos presenten contenidos promedio de 1077 g/t de Cu, 326 g/t de Zn y 106 g/t de As, notablemente anómalos respecto a cualquier estándar de comparación (Maturana et al, 2001).

Magnitud de las explotaciones mineras y de los depósitos de residuos: La magnitud de las explotaciones es también un factor importante a considerar. De ahí que sea conveniente contar con evaluaciones de impacto ambiental (EIA) realizadas sobre estimaciones realistas del proyecto final (no sujetas a adiciones periódicas, que afectan la calidad y confiabilidad del proceso de EIA).

Los tres factores señalados pueden servir como un criterio básico para orientar los objetivos y establecer el grado de exigencia y profundidad de la EIA, así como para establecer los requerimientos del monitoreo de la calidad de aguas superficiales y subterráneas durante la operación de la explotación. Completado el ciclo de vida de ésta, pueden orientar igualmente el establecimiento de requisitos para el plan de cierre. Al respecto, es importante considerar que la mayoría de los procesos químicos que ocurren en los sistemas geológicos sólido/agua se desarrollan a baja velocidad (del orden de cm/año; Al et al, 1994). De ahí que la relativa estabilidad del sistema no podrá ser comprobada antes de varias décadas o siglos, una razón adicional para evaluar de modo realista los riesgos involucrados, y procurar remediarlos efectivamente.

Conclusiones

Aunque por diversas razones los estudios de impacto ambiental, así como las acciones de protección ambiental de las empresas mineras han tendido a enfatizar la conservación de la flora y fauna, existen sólidas razones para afirmar la especial importancia que reviste la protección de la calidad de las aguas subterráneas y superficiales. Desde luego, ya sea directamente a través de su consumo como agua potable, o indirectamente como agua de riego, su contaminación puede afectar la salud de la población humana. Por otra parte, existe un pasivo ambiental minero diseminado en el norte y centro de Chile bajo la forma de antiguas exploraciones y residuos mineros abandonados, cuya peligrosidad es necesario evaluar. Finalmente, es necesario enfrentar el problema de los planes de cierre de minas, en los que el plazo de responsabilidad de la empresa propietaria es un tema difícil, por la lentitud con que se alcanza el equilibrio en los sistemas geológicos.

Para enfrentar cada uno de los problemas planteados, es imprescindible realizar estudios caso a caso, utilizando los conocimientos y herramientas científicas, así como los criterios entregados por la experiencia de situaciones similares. Ello permitiría simplificar los procedimientos en muchos casos, para concentrar la atención en aquellos que requieren la máxima precaución y vigilancia, además de la aplicación de medidas remediales. De esta manera se lograría una efectiva protección, junto con el mejor uso del tiempo y recursos de los sectores público y privado de la actividad minera.

 

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Bibliografía

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