Fundamentos Ambientales Globales y Conceptos Clave

1. Problemas Ambientales Globales: Causas y Soluciones

A continuación, se indican dos problemas ambientales globales, sus causas y soluciones:

Problema 1: Efecto Invernadero

• Causa: Retención de calor por gases como el vapor de agua, dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄), óxidos de nitrógeno (NOx) y clorofluorocarbonos (CFC).
• Solución: Reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, transición a energías renovables y fomento de la eficiencia energética.

2. Definición de Ecosistema y su Aplicación en una Unidad Minera

Se denomina Ecosistema a un sistema biológico donde se da la interacción regular y estable de los seres vivos y su entorno (componente biótico y abiótico). Estos componentes son interdependientes y comparten el mismo hábitat.

Ecosistema de una Unidad Minera: En este contexto, el ecosistema se ve alterado por las actividades extractivas. El componente abiótico (suelo, agua, aire) sufre modificaciones debido a la excavación, el bombeo de agua y la emisión de partículas. El componente biótico (flora y fauna) se ve afectado por la pérdida de hábitat y la contaminación de los recursos hídricos.

3. Desarrollo Sostenible y Acuerdos de la Cumbre de Río

El Desarrollo Sostenible es aquel desarrollo que satisface las necesidades actuales sin comprometer los recursos de las generaciones futuras.

Acuerdos Principales de la Cumbre de Río (Cumbre de la Tierra, 1992):

El acuerdo principal fue la aprobación de la Agenda 21, un plan de acción global con 2500 recomendaciones para alcanzar el desarrollo sostenible en el futuro. La Agenda 21 tiene en cuenta cuestiones relacionadas con:

• La salud y la vivienda.
• La contaminación del aire.
• La gestión de los mares, bosques y montañas.
• La desertificación.
• La gestión de los recursos hídricos y el saneamiento.
• La gestión de la agricultura y los residuos.

Regulación e Impacto Ambiental en la Exploración Minera

4. Casos Establecidos por la Reglamentación Ambiental para la Exploración Minera

La reglamentación ambiental clasifica las actividades de exploración minera en tres categorías, dependiendo del nivel de impacto potencial:

Categoría A

• Descripción: Actividades que causan ligera o ninguna alteración a la superficie.
• Requisito: No requiere comunicar al MEM (Ministerio de Energía y Minas).
• Ejemplos: Prospección Geofísica, Estudios Geoquímicos, Levantamientos Topográficos.

Categoría B

• Descripción: Actividades de impacto moderado, incluyendo: hasta 20 plataformas de perforación diamantina, hasta 10 hectáreas (ha) de área disturbada, o hasta 50 metros (m) de labores subterráneas.
• Requisito: Presentar declaración jurada. No requiere autorización del MEM.

Categoría C

• Descripción: Campañas de mayor impacto, incluyendo: más de 20 plataformas de perforación diamantina, más de 10 ha de área disturbada, o más de 50 m de labores subterráneas.
• Requisito: Requiere autorización del MEM. Es obligatorio presentar un Estudio de Impacto Ambiental (EIA).

5. Componentes Ambientales e Impactos de una Unidad Minera Subterránea con Planta de Flotación

Impactos de la Minería Subterránea

La minería subterránea puede afectar el régimen natural de aguas subterráneas. Debido al bombeo de agua, se puede dar la reducción del nivel freático, además de la contaminación. Las vibraciones de las voladuras pueden debilitar las construcciones superficiales y causar hundimientos. Un impacto crítico es la generación de drenajes ácidos.

Impactos de la Planta de Flotación

Los reactivos de flotación se dividen en colectores, espumantes y modificadores. Muchos de los reactivos y aditivos químicos empleados en la flotación constituyen un peligro de contaminación para las aguas.

Para prevenir dosis excesivas de estas sustancias, deben emplearse aparatos dosificadores, cuya operación debe vigilarse cuidadosamente. Además, en el caso de reactivos de flotación potencialmente contaminantes, deben aplicarse normas de seguridad estrictas a las instalaciones y equipos de almacenamiento, llenado, trasvase y aplicación.

Dependiendo del potencial contaminante de las sustancias almacenadas y del grado de protección necesario (por ejemplo, alto grado de protección en cuencas de captación de agua potable), las medidas de seguridad deben excluir la posibilidad de una contaminación de las aguas superficiales y subterráneas.

Dado el caso, se instalarán depósitos colectores impermeables y resistentes a productos químicos, sin orificio de desagüe, para captar de forma controlada cualquier sustancia perjudicial en caso de fugas, sobrellenado o accidentes. El volumen de captación debe ser tal que puedan retenerse las sustancias derramadas hasta haber tomado medidas procedentes para superar la emergencia. Los depósitos de almacenamiento deben ser de doble pared y estar provistos de detectores de fugas y dispositivos de seguridad para prevenir el sobrellenado.

Drenaje Ácido de Mina (DAM): Procesos y Mitigación

6. Condiciones y Características del Drenaje Ácido de Mina (DAM)

Condiciones para la Generación de DAM

El drenaje ácido se genera cuando grandes cantidades de roca que contienen minerales sulfatados son excavadas (en tajo abierto o en vetas en minas subterráneas). Estos materiales reaccionan con el aire o con el agua para crear ácido sulfúrico. Cuando el agua alcanza cierto nivel de acidez, un tipo de bacteria común llamada Thiobacillus ferrooxidans puede aparecer, acelerando los procesos de oxidación y acidificación, lixiviando aún más los residuos de metales de desecho.

Características del DAM

• Afecta a ecosistemas acuáticos, dañando animales marinos de consumo.
• Impide el crecimiento de comunidades vegetales por la acumulación de hierros y sulfuros presentes en los suelos, lo que dificulta la penetración de raíces.
• Daña la calidad de las aguas superficiales y subterráneas, afectando a las comunidades al limitar o impedir el uso de las aguas.
• Genera contaminación hídrica.
• Causa problemas de bioacumulación y biomagnificación.
• Dificulta los procesos de estabilización de los residuos mineros.

Procesos de Producción de Drenaje Ácido

El DAM se puede generar por dos vías principales:

Oxidación Abiótica

Ocurre cuando la pirita (FeS₂) entra en contacto con el oxígeno atmosférico y en presencia de agua, produciéndose la oxidación directa:

FeS₂ + 7/2 O₂ + H₂O → Fe²⁺ + 2 SO₄^2- + 2 H⁺

Esto genera la acumulación de sulfatos (SO₄^2-).

Oxidación Biótica

Es realizada por algunos microorganismos, particularmente las bacterias Leptospirillum ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans y Thiobacillus ferrooxidans. Esta última es la principal responsable de la contaminación del drenaje ácido de explotaciones mineras. Es una bacteria acidófila y quimioautótrofa. Thiobacillus ferrooxidans obtiene su energía oxidando hierro o azufre:

Fe²⁺ + 1/4 O₂ + H⁺ → Fe³⁺ + 1/2 H₂O

H₂S + 2 O₂ → SO₄^2- + 2H⁺

Parámetros Físico-Químicos que Caracterizan el DAM

Los parámetros clave que caracterizan el Drenaje Ácido de Mina son:

• pH bajo: Indica alta acidez (generalmente inferior a 4.5).
• Alta concentración de sulfatos (SO₄^2-): Resultado directo de la oxidación de sulfuros.
• Alta concentración de metales pesados: Lixiviación de metales como hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), cadmio (Cd), entre otros, que se vuelven solubles en condiciones ácidas.
• Potencial Redox alto: Indica un ambiente altamente oxidante, favorable para la oxidación de la pirita.

8. Esquema del Proceso de Mitigación de Aguas Ácidas

La mitigación del DAM se divide en tratamientos activos y pasivos:

Tratamientos Activos

Trabajan con rangos de acidez y caudales altos. Requieren una operación, mantenimiento y monitoreo continuo, y utilizan energía eléctrica y reactivos. Son mayormente utilizados en minas operativas.

• Ventaja: Puede ser aplicado para tratar grandes caudales y cualquier tipo de acidez, siendo adaptable a cambios en la química del agua.
• Desventaja: Costo de inversión y operativo elevado (requiere personal y adición rutinaria de reactivos).

Métodos Comunes de Tratamiento Activo:

• Control de pH o neutralización/precipitación (el más aceptado mundialmente).
• Intercambio iónico.
• Métodos electroquímicos.
• Procesos de membrana (filtración, ósmosis inversa, etc.).

Neutralización con Cal: Realiza la neutralización del drenaje ácido mediante la adición de reactivos neutralizantes como CaO (cal viva), Ca(OH)₂ (cal apagada) o soda cáustica. Existen variantes basadas en la densidad de los lodos resultantes:

• Proceso de Lodos de Baja Densidad (LDS): Densidades finales de lodos sedimentados entre 4% y 15% de sólidos.
• Tratamiento de Lodos de Alta Densidad (HDS): Densidades entre 15% y 30% de sólidos.

Tratamientos Pasivos

Son aplicados mayormente para drenajes con poca acidez y poco caudal. Las técnicas de tratamiento pasivo son aquellas donde la intervención del hombre es mínima, tanto en la parte operativa (no requiere adición rutinaria de reactivos) como en la parte de mantenimiento.

Monitoreo y Tratamiento de Aguas Residuales Mineras

7. Monitoreo Ambiental

Objetivo del Monitoreo Ambiental

El objetivo del monitoreo ambiental es medir la presencia y concentración de contaminantes en el ambiente, así como el estado de conservación de los recursos naturales.

Equipos y Material de Campo para Monitoreo de Aguas

Equipo Específico:

• Termómetro.
• Recipientes de plástico y vidrio.
• Hielera (refrigerante).
• Bolsas plásticas densas.
• Water test (kit de prueba de agua).
• Cámara fotográfica.

Implementos de Seguridad y Logística:

• Guantes, botas, gafas protectoras.
• GPS.
• Chalecos.

Parámetros de Medición

Sector Minero:

• CAMPO: Ubicación (GPS), pH, Conductividad Eléctrica (CE), Temperatura (T).
• LABORATORIO: Sólidos suspendidos, cantidad de metales presentes, cianuros, etc.

Sector Hidrocarburos:

• CAMPO: Ubicación (GPS), Caudal, pH y Temperatura (T).
• LABORATORIO: Sólidos suspendidos, metales pesados (Plomo [Pb], Cadmio [Cd], Bario [Ba]).

9. Esquema del Proceso de Mitigación de Aguas Cianuradas

Los tratamientos químicos para la descontaminación del cianuro se basan en la oxidación del cianuro a cianato, una sustancia diez mil veces menos tóxica y posteriormente disociable en dióxido de carbono y nitrógeno. Los métodos incluyen:

• Dilución: Diluir hasta alcanzar los niveles permitidos.
• Degradación Natural: Oxidación natural, adsorción en superficies minerales, reacciones de hidrólisis y biodegradación.
• Oxidación Química: Usando SO₂/aire o peróxido de hidrógeno (H₂O₂).
• Precipitación.
• Biodegradación.

10. Esquema del Proceso de Mitigación de Aguas Residuales

El tratamiento de aguas residuales generalmente sigue un proceso de cuatro etapas:

1. Filtración y Pretratamiento: Se filtra el agua para eliminar los residuos sólidos o de mayor volumen que puedan estar contenidos en el líquido. El agua pasa por diferentes etapas donde se remueve la basura de distintos tamaños.
2. Sedimentación Primaria: El líquido es colocado en tanques de sedimentación, donde el estancamiento permite que los residuos se asienten en el fondo, efectuando una clarificación primaria del agua que facilita el tratamiento posterior.
3. Tratamiento Biológico (Aeróbico): Se utilizan procedimientos biológicos aeróbicos para promover la desintegración del material contaminante. Las bacterias que se desarrollan gracias al medio aeróbico favorecen la eliminación de los residuos biológicos, depurando en gran medida el líquido.
4. Tratamiento Químico y Desinfección Final: El agua es trasladada a cámaras finales de filtrado para eliminar los últimos residuos. Posteriormente, se realiza el tratamiento a nivel químico. Este tratamiento puede incluir la aplicación de diferentes procesos, como filtración a través de carbón activado, aplicación de cloro o sometimiento del líquido a rayos ultravioleta.

Este último paso dependerá de las disposiciones propias de la planta de tratamiento y del nivel de depuración que se pretenda conseguir, así como de las condiciones específicas del medio ambiente en el cual será liberado, procurando mantener la composición del afluente natural para no afectar al entorno.

Fuentes de Contaminación Minera

Fuentes Activas y Pasivas de Contaminación

Fuentes Activas

Son aquellas generadas por los procesos minero-metalúrgicos que están aún en funcionamiento. Ejemplos:

• Drenajes ácidos de la bocamina, desmontes y relaves.
• Gases y materiales particulados producidos en la fundición, refinación, molienda y chancado.
• Aguas industriales y domésticas producidas durante la actividad minera.

Fuentes Pasivas

Son producidas por minas abandonadas, principalmente en las relaveras, desmontes y bocaminas. Estas fuentes generan contaminación en las aguas, el aire y los suelos a largo plazo.