El drenaje ácido de mina (AMD) se produce en aproximadamente el 70% de las minas del mundo. Es un proceso natural que da lugar a la contaminación del agua cuando la roca que contiene minerales de base sulfurosa está expuesta al agua y oxígeno [105, 106].
Esta combinación crea el agua ácida que disuelve los metales residuales de roca expuesta en minas a cielo abierto, trabajos subterráneos o acopios. Debido a que el agua se genera a partir de fuentes naturales tales como lluvia, nieve derretida, agua subterránea, o acuíferos, el drenaje ácido de mina se puede producir tanto en minas activas como en minas ya clausuradas, lo que hace que sea necesario una monitorización y tratamiento a largo plazo [105].
El drenaje ácido es un problema global, lo que lleva a la destrucción ecológica de las cuencas hidrográficas y la contaminación de fuentes de agua para uso humano por el ácido sulfúrico y metales pesados, incluyendo arsénico, cobre y plomo. Una vez que la roca que contiene el elemento generador de ácido se tritura y se expone al oxígeno y el medio ambiente de la superficie, la generación de ácido es muy difícil de contener o detener, y puede continuar durante decenas o miles de años hasta que se agoten los minerales de sulfuro disponibles. Los metales disueltos por los efluentes ácidos contaminados, en muchos casos, tienen una concentración tal que no pueden sobrevivir en ellos nada más que microbios. Aunque la minería es, con mucho, la principal causa de este tipo de lixiviación ácida, el proceso también puede ocurrir durante las alteraciones de la terrenos no mineros, como la construcción, o incluso de forma natural en algunos entornos, los ejemplos de los fenómenos más generales de "drenaje ácido de roca" (ARD) [107].
El drenaje ácido es a menudo fomentado por un circuito de retroalimentación biológica. Una vez que comienza el drenaje ácido, ciertos microbios prosperan en el ambiente ácido. Estos microbios aumentan la producción de ácido sulfúrico a partir de la roca circundante, contaminando aún más el entorno aguas abajo para otros organismos. Este bucle de retroalimentación es un componente importante en todos los casos más severos de drenaje ácido de minas [107].
El aumento de la acidez causada por drenaje ácido de minas tiene una serie de efectos negativos dependiendo de la gravedad del cambio de pH. Muchos sistemas de ríos y antiguos sitios mineros son totalmente inhóspitos para la vida acuática, con la excepción de las bacterias "extremófilos". Además, la acidez aumentada reduce la capacidad de las corrientes para amortiguar contra más cambios químicos [107].
Como el drenaje de aguas ácidas de mina se plantea como uno de los problemas ambientales más graves en la industria minera, sus causas, predicción y tratamiento se han convertido en el origen de una serie de iniciativas de investigación por encargo de los gobiernos, la industria
minera, las universidades y/o centros de investigación. Su impacto ambiental se puede minimizar en tres niveles básicos de actuación [108]:
- A través de la prevención primaria del proceso generador de ácido.
- Por medio de un control secundario, que implica la implementación de medidas de prevención de la migración de drenaje ácido
- Un control terciario, que consiste en la recogida y tratamiento de los efluentes. Para detener la formación de ácido sulfúrico, se debe evitar que la roca estéril y los residuos de una mina entren en contacto con el oxígeno. El oxígeno puede provenir de corrientes de agua o aire. Las técnicas para mantener los residuos separados de corrientes de oxígeno incluyen sumergir los residuos bajo agua, sellado por medio de una barrera sintética, o enterrarlos bajo tierra [107].
Las grandes minas de manera general suelen utilizar la técnica de confinar bajo agua para aislar del oxígeno las potenciales fuentes generadoras de ácido para reducir la velocidad a la que el oxígeno interactúa con el material. La formación de ácido sulfúrico se hace más lenta, pero la reacción no se bloquea totalmente. En algunas instalaciones de residuos que utilizan este método no se requiere de tratamiento de agua activo. Sin embargo, en muchos casos, el agua que fluye fuera de las balsas todavía necesita ser tratada para neutralizar la acidez antes de que sea liberada en el medio ambiente [107].
El potencial de drenaje ácido es una cuestión clave. La respuesta determinará si la propuesta de un proyecto minero es o no es ambientalmente aceptable. Cuando los materiales (tales como los taludes de las minas a cielo abierto y hastiales de las minas subterráneas, relaves, escombros o desechos de roca, lixiviados y materiales de desecho de la lixiviación) se excavan y se exponen al oxígeno y al agua, se puede formar ácido si el hierro y materiales sulfurosos (especialmente la pirita) son abundantes y hay una insuficiente cantidad de material que lo neutralice para contrarrestar la formación de ácido. El ácido se convertirá en lixiviado o disolverá metales y otros contaminantes que se encuentran en los materiales minados y formará una solución ácida con alto contenido de sulfatos, rica en metales (incluyendo elevadas concentraciones de cadmio, cobre, plomo, zinc, arsénico, etc.). El lixiviado de compuestos tóxicos como el arsénico, selenio y otros metales, puede ocurrir aun en ausencia de condiciones ácidas. Compuestos de cianuro y nitrógeno (amonio, nitrato, nitrito) pueden también detectarse en las aguas de zonas mineras, originados por la lixiviación y las voladuras. [29]
El drenaje ácido y la lixiviación de compuestos contaminantes es la fuente más importante de impactos en la calidad de agua relacionadas con la minería metálica [82, 109].
Las causas del drenaje de agua ácida de mina son muy conocidas. Todas las fuentes de generación tienen que ver con la meteorización natural de residuos mineros o bien de rocas enriquecidas en minerales metálicos sulfurosos [82]. El drenaje de aguas ácidas de mina puede
producirse en aquellos lugares en los cuales una roca sulfurosa ha sido expuesta al aire como resultado de operaciones mineras, construcción, u otras actividades [82, 110, 111]:
- Drenaje de excavaciones subterráneas. - Escorrentía de labores a cielo abierto.
- Escombreras de residuos de actividades mineras. - Residuos de proceso.
- Apilamientos de menas.
- Residuos del mineral lixiviado en pilas.
La contaminación por drenaje de aguas ácidas de mina es un problema presente en muchos países que han tenido una industria minera en un pasado no muy lejano así como a aquellas naciones que tienen explotaciones mineras en activo actualmente. La prevención de la formación o la migración de drenaje de aguas ácidas de mina de en origen se considera generalmente que es la opción preferible. Sin embargo, en muchos lugares es necesario recoger, tratar y descargar el agua ácida de mina. Su recogida y su tratamiento es muy caro y el resultado no siempre es efectivo y satisfactorio, por lo tanto, se deben hacer esfuerzos para controlar y prevenir el proceso de formación de drenaje de aguas ácidas de mina y la migración de metales pesados [112].
El drenaje ácido afecta a los sistemas lóticos de muchas maneras. Esto da lugar a múltiples presiones, tanto directas como indirectas, en los organismos que componen la estructura de la comunidad del ecosistema. Estos efectos pueden ser categorizados de una manera sencilla como químico, físico, biológico y ecológico, aunque el impacto global sobre la estructura de la comunidad es la eliminación de las especies, la simplificación de la cadena alimentaria reduciendo así significativamente la estabilidad ecológica [104].
Figura 29: Efectos más importantes del drenaje ácido de mina [104]
El impacto del drenaje de agua de mina es difícil de predecir debido a la variabilidad de la descarga de las balsas y la composición que varía estacionalmente, el efecto de la escorrentía superficial de las zonas expuestas de las minas durante las fuertes lluvias, y el efecto de las características de la descarga del agua de captación que afectan a la dilución y la concentración de la materia orgánica en el agua y sustancias quelantes de metales solubles. La evaluación es también difícil debido a la complejidad de los impactos, aunque la diversidad y la abundancia son variables clave para la evaluación biótico [104].
Los avances en la predicción del drenaje de aguas ácidas incluyen el desarrollo de programas de simulación por ordenador, las evaluaciones químicas, y el análisis de las reacciones ácido- base que se utilizan para prever si es probable que se formen aguas ácidas en una mina [113]. Las operaciones mineras que exponen minerales de base sulfurosa está expuesta al agua y oxígeno no siempre conducen a la formación de aguas ácidas, porque el mineral puede contener una alta proporción de minerales tampón, tales como cal, calcita, carbonato o bicarbonato, que son capaces de neutralizar las aguas ácidas [106, 111]. Debido a que la mineralogía de residuos sulfúricos y minerales es muy variada y es única para cada depósito, la predicción de la formación de aguas ácidas requiere un adecuado análisis de la física, geológica, geoquímica y características mineralógicas de la mina [111].
Las empresas mineras trabajan cada vez más en evaluar el potencial de formación de aguas ácidas en futuras proyectos de explotación y proporcionar planes detallados para prevenir o
contener el drenaje de aguas ácidas en todas las fases de operación de la mina como parte del proceso de Evaluación de Impacto Ambiental [114, 115].
Además otro factor que afecta al drenaje de aguas ácidas de minas es el cambio climático, que hace que varíen las reacciones por las que se movilizan lo contaminantes, debido a los cambios en las condiciones hidrológicas, por lo que la capacidad de generación de aguas ácidas de mina varía, por tanto, en el tiempo [116, 117].
Existen métodos para realizar una estimación de la movilidad de los contaminantes que están basados en determinar cuantitativamente el contenido mineralógico de los minerales o rocas en cuestión. Usando técnicas de mineralogía cuantitativa en conjunción con ensayos de laboratorio estáticos y dinámicos se pueden obtener resultados que clarifiquen y ayuden a la interpretación del potencial de drenaje de aguas ácidas de mina [118].