DESAFÍOS Y SOLUCIONES EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS POR ACTIVIDADES MINERAS

La minería es una actividad fundamental para el desarrollo económico global, ya que proporciona materias primas esenciales para sectores como la construcción, la energía, la industria electrónica y la manufactura. Sin embargo, las operaciones mineras también generan impactos ambientales significativos, especialmente relacionados con la gestión del agua.

Durante la explotación de minerales se generan diversos efluentes líquidos con presencia de sólidos, metales pesados, sulfatos y compuestos químicos, los cuales pueden afectar cuerpos de agua superficiales y subterráneos si no se gestionan adecuadamente.

Además, muchas operaciones mineras se ubican en zonas remotas o de alta montaña, donde la disponibilidad de infraestructura para tratamiento es limitada. Por esta razón, implementar sistemas eficientes de tratamiento de aguas mineras es un elemento clave para cumplir con las normativas ambientales y reducir los impactos en los ecosistemas.

Importancia del agua en la actividad minera.

El agua constituye un recurso operativo esencial en la industria minera, debido a su participación en diversas etapas (Figura 1) del proceso de extracción y procesamiento de minerales. Entre sus principales aplicaciones se incluyen el control de polvo en zonas de explotación, el procesamiento de minerales mediante operaciones de molienda, flotación y concentración, el lavado de carbón y minerales, los procesos hidrometalúrgicos como la lixiviación, así como el transporte hidráulico de relaves y el abastecimiento de servicios en campamentos mineros

Figura 01. Usos del agua en las operaciones mineras.

En este contexto, la literatura técnica (Tabla 1) especializada emplea diversas denominaciones para clasificar las aguas asociadas a las actividades mineras según su origen, función operativa o interacción con materiales geológicos y procesos metalúrgicos.

Tabla 01. Principales terminologías del agua en la minería

TIPO DE AGUA DE MINA

Agua de mina

Mine water Cualquier agua superficial o subterránea presente en un sitio minero.

Agua de minería

Mining water Agua que ha estado en contacto con cualquiera de las actividades mineras.

Agua de molienda

Mill water Agua utilizada para triturar y clasificar el mineral.

Agua de proceso

Process water Agua utilizada para procesar el mineral mediante técnicas hidrometalúrgicas; comúnmente contiene productos químicos del proceso.

Lixiviado

Leachate Agua de mina que ha percolado a través de residuos sólidos mineros o ha salido de ellos.

Agua de drenaje ácido de mina DAM Agua con pH bajo que se forma por la oxidación de minerales sulfurados y que realmente o potencialmente fluye desde el sitio minero hacia áreas circundantes.

Fuente: Adaptado de yyyy(20)

1. Aguas generadas por las actividades mineras

Durante las diferentes etapas de la minería exploración, explotación, procesamiento y disposición de residuos se generan diversos tipos de aguas residuales que pueden contener contaminantes de origen geológico o derivados del proceso industrial.

Entre los principales tipos de aguas mineras se encuentran:

Tipo de agua Origen Principales contaminantes

Aguas de contacto Escorrentía en áreas de mineral o relaves Metales, sólidos suspendidos

Aguas de proceso Plantas de concentración Reactivos químicos, metales

Aguas de mina Bombeo desde galerías o tajos Hierro, manganeso, sulfatos

Aguas de relaves Depósitos de residuos Metales pesados, sólidos finos

Aguas ácidas Oxidación de sulfuros pH bajo, metales disueltos

Uno de los problemas ambientales más críticos asociados a estas aguas es la generación de drenaje ácido de mina (DAM).

1.1 ¿Qué es el Drenaje Ácido de Mina (DAM)?

El Drenaje Ácido de Mina (DAM) es un efluente altamente ácido que se genera cuando minerales sulfurados, especialmente la pirita (FeS₂), reaccionan con el oxígeno y el agua. Este proceso produce ácido sulfúrico (H₂SO₄), lo que reduce el pH del agua y favorece la disolución de metales pesados presentes en la roca. Este fenómeno puede continuar durante décadas o incluso siglos después del cierre de una mina si los residuos minerales permanecen expuestos al oxígeno y al agua.

- Características del DAM

El drenaje ácido de mina (DAM) se caracteriza principalmente por su bajo pH, generado por la oxidación de la pirita y otros minerales sulfurados, proceso que libera iones de hidrógeno, sulfatos y metales disueltos al agua. Como resultado, estas aguas pueden contener metales pesados (Fe, Cu, Pb, Zn, Cd, Ni, entre otros), metaloides como As y Sb, y otros elementos liberados desde los minerales de la roca. Generalmente, las aguas provenientes de minas de carbón presentan menores concentraciones de metales que aquellas asociadas a depósitos de metales de oro.

- Etapas en la generación del drenaje ácido de mina

La formación del drenaje ácido de mina (DAM) ocurre mediante una serie de reacciones químicas y biológicas que se desarrollan cuando los minerales sulfurados quedan expuestos al agua y al oxígeno. Estas condiciones pueden presentarse en distintos contextos de la actividad minera, como minería subterránea, operaciones a tajo abierto o depósitos de residuos de roca, donde las modificaciones geomorfológicas propias de la explotación dejan los materiales expuestos y favorecen la generación de DAM.

Figura 01. Proceso conceptual de la oxidación de sulfuros en distintos contextos mineros: (A) mina subterránea, (B) mina a cielo abierto (tajo abierto) y (C) depósito de rocas de desecho. Fuente: Adaptado de Apellido del autor et al., Año.

1. Oxidación inicial de minerales sulfurados

Cuando los sulfuros metálicos entran en contacto con oxígeno y agua, se inicia la oxidación de la pirita.

2. Formación de ácido sulfúrico

La oxidación genera ácido sulfúrico, lo que disminuye el pH del agua.

3. Disolución de metales

El ambiente ácido favorece la solubilización de metales presentes en las rocas.

4. Oxidación bacteriana

Bacterias como Acidithiobacillus ferrooxidans aceleran las reacciones químicas, aumentando significativamente la generación de acidez.

5. Precipitación de hidróxidos metálicos

Cuando el pH aumenta, algunos metales precipitan formando sedimentos de color naranja o rojo, comúnmente conocidos como "yellow boy".}

Se pueden dar de dos distintas maneras de generación a tajo abierto y en una mina subterraneo

Desafíos ambientales del drenaje ácido de mina

Representa un importante desafío ambiental debido a su alta acidez y contenido de metales disueltos. Su presencia puede provocar degradación de ecosistemas, pérdida de biodiversidad y alteración de la calidad del agua, suelo y aire. Además, los metales pueden bioacumularse en los organismos y trasladarse a lo largo de la cadena alimentaria, generando riesgos para la salud humana. También afecta los recursos hídricos al disminuir el pH, aumentar la turbidez y reducir el oxígeno disponible, lo que deteriora los ecosistemas acuáticos y limita el uso del agua.

Propiedad Especies químicas Rango en solución Impacto ambiental

Acidez H⁺ pH < 4.5 Daño a organismos acuáticos, reducción de la calidad del agua y movilización de metales.

Precipitados de

hierro Fe³⁺, Fe²⁺, Fe(OH)₃ 100 – 1000 mg/L Coloración del agua, aumento de turbidez y afectación a organismos acuáticos.

Metales

pesados y Cu, Pb, Zn, Cd, Co, Ni, Hg, As, Sb 0.01 – 1000 mg/L Toxicidad para plantas y animales, bioacumulación y contaminación de sedimentos.

metaloides disueltos

Sólidos

disueltos

totales (TDS) Ca, Mg, K, Na, Fe, Al, Si, Mn, sulfatos 100 – >10000 mg/L Disminución de la calidad del agua y contaminación de suelos y sedimentos.

El DAM representa uno de los problemas ambientales más complejos en minería

Tratamiento de aguas contaminadas por minería

El tratamiento de aguas mineras generalmente se clasifica en dos grandes enfoques:

· Tratamiento activo

· Tratamiento pasivo

La selección depende de factores como:

· Caudal del efluente

· Concentración de metales

· pH del agua

· disponibilidad de espacio

· costos operativos

Tratamiento activo

El tratamiento activo del drenaje ácido de minas (AMD) consiste en añadir sustancias alcalinas para neutralizar la acidez del agua. Este proceso eleva el pH y provoca que metales disueltos precipiten, formando un lodo rico en hierro y otros metales. Los reactivos más utilizados incluyen cal, carbonato de calcio, hidróxido de sodio y compuestos de magnesio, los cuales varían en costo y eficiencia. Aunque este método es efectivo, presenta desventajas como altos costos operativos y la generación de grandes volúmenes de lodo. Para mejorar su eficiencia, se pueden aplicar etapas de dosificación controladas y floculantes, lo que facilita la eliminación de metales y la sedimentación de los sólidos generados.

Nota: Los sistemas de tratamiento activo, como la neutralización con cal, requieren la dosificación continua de reactivos químicos, así como mantenimiento, monitoreo permanente y equipos mecánicos que permitan mezclar adecuadamente los reactivos con el agua.

Tratamiento pasivo

El tratamiento pasivo del drenaje ácido de mina (DAM) utiliza procesos naturales para reducir la acidez y remover metales del agua. Una de las estrategias más comunes es la fitorremediación, donde plantas tolerantes a metales absorben o retienen contaminantes a través de sus raíces. Entre los sistemas más utilizados se encuentran los humedales construidos, que combinan vegetación y sustratos como suelo o grava de piedra caliza para favorecer la retención de metales. Sin embargo, su eficiencia puede disminuir con el tiempo debido a la acumulación de sedimentos y cambios en la composición del agua.

También se emplean drenajes anóxicos de piedra caliza, donde el agua circula por materiales alcalinos en condiciones sin oxígeno para neutralizar la acidez. No obstante, la formación de precipitados puede obstruir el sistema y reducir su rendimiento, por lo que en algunos casos se requiere tratamiento activo para un control más eficiente.

Nota: Los métodos pasivos, como los humedales, biorreactores o drenajes anóxicos de piedra caliza, aprovechan el flujo natural del agua y procesos químicos y biológicos para neutralizar la acidez y reducir la concentración de metales disueltos.

Medidas de prevención o control en la fuente

Las de prevención o control en la fuente buscan evitar o reducir la generación de drenaje ácido de mina (DAM) antes de que el agua contaminada llegue a requerir tratamiento. Estas estrategias se enfocan en interrumpir el contacto entre el agua, el oxígeno y los minerales sulfurados, que son los principales responsables de las reacciones que generan acidez y liberación de metales. Entre las soluciones más utilizadas se encuentran las coberturas impermeables, geomembranas, encapsulamiento de materiales potencialmente generadores de acidez y sistemas de desvío de aguas superficiales, los cuales limitan la infiltración y la oxidación de sulfuros. Al actuar directamente sobre el origen del problema, estas medidas permiten disminuir significativamente la formación de DAM y reducir la necesidad de tratamientos posteriores.

Conclusión

El tratamiento de aguas contaminadas por minería representa uno de los principales desafíos ambientales del sector minero. Problemas como el drenaje ácido de mina pueden persistir durante décadas y requieren estrategias de gestión a largo plazo.

La implementación de tecnologías de tratamiento activas y pasivas, combinadas con una adecuada planificación ambiental, permite reducir significativamente los impactos sobre los ecosistemas y garantizar una operación minera más sostenible.

La tendencia actual en la industria apunta hacia:

· recirculación de agua en procesos mineros

· tratamientos híbridos activo-pasivo

· tecnologías de recuperación de metales

Estas soluciones no solo reducen la contaminación, sino que también contribuyen a una gestión más eficiente del recurso hídrico en la minería moderna.