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