RESUMEN

El yacimiento Santa Lucía está constituido por dos tipos de menas, las pirito-polimetálicas y las barito-polimetálicas. El yacimiento Castellanos está compuesto por pirita y calcopirita en el lado yacente de las menas polimetálicas. Para este procesamiento se crearon dos industrias la planta de Sulfometales y Castellanos. Esta actividad se desarrolla en momentos donde la legislación ambiental del país era incipiente y no se realizaron los procesos de evaluación de impactos ambientales correspondientes, lo que provocó la generación de impactos ambientales negativos. En el trabajo se realiza la evaluación geoambiental de los impactos ambientales de la actividad minera metalúrgica de la región donde se proponen medidas para su mitigación y monitoreo las cuales se corresponden con las principales áreas afectadas por la explotación, los pasivos mineros originados y los procesos industriales que se desarrollan en la actualidad. Para realizar la identificación y evaluación de los impactos ambientales se utilizó la matriz causa-efecto (Matriz de Leopold), se determinó la magnitud de los impactos por variables ambientales y se evaluaron los impactos de procesos asociados a las explotaciones de yacimientos sulfurosos como el drenaje acido de minas.

Palabras claves: contaminación, metales pesados, evaluación de impactos ambientales, explotación minera, menas polimetalicas.

ABSTRACT

The mine of Santa Lucia consisted by two types of ores: the pyrite-polymetallic and the barito-polimetallics. The Castellano´s mine is formed by pyrite and calcopyrite in the adjacent side of the polimetallic´s ores. To ores process, two industries were founded: Sulfometales and Castellanos. This activity started when the regulatory system in Cuba was not well established, thus the environment-impact assessment was not required and its generated negative environmental impacts. The aim of the study was to carry out the geo-environmental assessment from the mining and metallurgy activities of the region. Likewise, we propose the mitigation and monitoring actions for the main affected areas by current exploitation, passive miners and the industrial processes. To identify and assess the environmental impacts was used cause-effect matrix (Leopold Matrix), while the magnitude of the impacts was determined by each environmental variable and evaluates the impacts associated to the exploitations of sulfurous mine like acid drainage from mines.

Key words: pollutions, heavy metals, environmental impacts assessment, mining, polymetallic´s ores.

INTRODUCCIÓN

La minería, a través de los siglos, ha formado parte de la historia y el desarrollo económico de muchos países en el mundo. Sin embargo, esta industria ha generado impactos sociales y ambientales que inciden en los diferentes ecosistemas relacionados con la actividad.

Más del 60% de los materiales en el mundo se extraen en la actualidad mediante la modalidad de minería de superficie, lo que provoca desastres medioambientales de índole ecológico y social, debido a la devastación de los ecosistemas que provoca el laboreo minero, dentro de ellos se encuentran la deforestación, contaminación y la alteración del equilibrio ecosistémico con elementos geodisponibles a las aguas superficiales y subterráneas con destrucción del hábitat natural. Como consecuencia de ello, se considera al sector minero el más contaminante de las aguas superficiales y subterráneas, especialmente con cargas adicionales de elementos potencialmente tóxicos (EPT) tales como: cobre, zinc, plomo, cadmio, plata, arsénico, manganeso, entre otros (Salvado, 2009).

La contaminación generada por la actividad minera y las plantas metalúrgicas se debe principalmente a la descarga de colas con contenidos de minerales sulfurosos, el uso de reactivos químicos, productos orgánicos y otros, cuyos efectos negativos repercuten directa e indirectamente en el hombre y en la biodiversidad. (Coronado, 2008).

La región de Santa Lucía, ha sido durante años objeto de una explotación minera intensiva lo que ha ocasionado consecuencias negativas al medio ambiente. En la década del ´60 del pasado siglo, se construyó la planta de procesamiento metalúrgico Sulfometales, para producir ácido sulfúrico. Uno de los yacimientos utilizados fue Santa Lucía como suministro de pirita para la obtención del ácido. En 1994, se comienza a explotar el yacimiento Castellano y se inaugura la planta de procesamiento Oro Castellano, para obtener oro y plata.

Según, Cañete et al. (2009), acerca de la degradación de la minería en la región de Santa Lucía, exponen los altos niveles de contaminación por metales pesados procedentes de las áreas no rehabilitadas, ocasionados por el arrastre de sedimentos ricos en estos metales que originan el drenaje ácido procedente de pasivos ambientales mineros, los cuales contaminan las aguas superficiales y el litoral.

En la región no se ejecutaron proyectos de recuperación efectivos para mitigar los impactos de las actividades minero metalúrgicas. Se realiza un inadecuado manejo de los pasivos mineros derivados de las actividades productivas. Las evaluaciones técnicas realizadas no son integrales, lo que limita el alcance de las medidas de mitigación y monitoreo diseñadas. Los procesos de evaluación de impacto ambiental realizados no complementan la solución de los problemas ambientales de la actividad en la región, solo se enmarcan en las demandas de proyectos de explotación minero- metalúrgicos de estos yacimientos polimetálicos.

La investigación tuvo como propósito realizar la evaluación geoambiental de los impactos negativos provocados por elementos contaminantes en la actividad minero- metalúrgica en Santa Lucia, para realizar un diseño efectivo de las medidas de mitigación y monitoreo a ejecutar para la recuperación de la región.

Se evaluá la peligrosidad que provoca el proceso de Drenaje Ácido de Minas (DAMs) dada las caracteristicas de las menas y los residuos asociados a pasivos ambientales mineros que se encuentran en la región, y que constituyen una fuente importante de contaminación por metales pesados. Este proceso permitió conocer de acuerdo a los resultados analizados el grado de afectación de cada variable ambiental estudiada.

Despues del análisis de los resultados preliminares para profundizar en la investigación, se procede a realizar otra selección de muestras, las cuales se recogen en las imágenes satelitales de las zonas de muestreo más afectadas figuras 1 y 2 de los anexos. Todas las muestras sólidas (sedimentos y minerales) se secaron hasta temperatura ambiente en el laboratorio de mineralogía del departamento de caracterización de minerales (DCM) del CIPIMM y se sometieron a proceso de molienda fina por debajo del tamiz de 0,074mm (malla 200µm) para efectuar los análisis químicos y mineralógicos, correspondientes.

Mediante las pruebas y ensayos químicos realizados, se determinó el potencial neto de neutralización por drenaje ácido y movilidad de metales en los residuos sólidos con agua meteórica y se comprobaron las concentraciones geodisponibles que drenan hacia los acuíferos.

En la investigación se emplearon varias técnicas analíticas que permitieron realizar los análisis cuantitativos para la evaluación de los impactos negativos de la actividad minero - metalúrgica en la región. Estos se describen a continuación en coordinación.

Análisis Químico y Mineralógico

Los análisis químicos de elementos mayoritarios y trazas se determinaron empleando los métodos de disolución ácida y fusión con Metaborato de Litio para la preparación de las muestras. Se empleó un Espectrómetro de Emisión Atómica con Plasma Inductivamente Acoplado (ICP-AES) modelo Spectroflame de la firma SPECTRO (Alemania). Estos análisis se realizaron con el propósito de conocer la concentración de los elementos presentes en las muestras, así como las fases mineralógicas.

Difracción de rayos-X (DRX)

Se obtuvo los difractogramas de todas las muestras sólidas de sedimentos con la correspondiente identificación de sus principales fases mineralógicas, mediante el empleo de la base de datos de difracción de polvos cristalinos, compatible con Windows para Office 2002. Se obtuvo con el ensayo la composición mineralógica típica de las menas, así como la composición de los residuos sólidos, sales y sedimentos, con presencia del sulfuro primario (pirita).

Microscopía Electrónica de Barrido con Espectrometría Dispersiva en Energía

A las muestras, se les realizó la observación microestructural en un Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) de tipo ambiental de la firma Philips, modelo XL30 ESEM del Instituto INTEMIN-SEGEMAR de la República de Argentina. La composición química elemental puntual se analizó mediante una Microsonda Electrónica de Fluorescencia de Rayos-X Dispersiva de Energía Dispersiva (EDAX). Este análisis permitió determinar las etapas del proceso del drenaje acido de mina (DAM), además el análisis de la secuencia de reacciones que transcurren durante los procesos (DAM) asociados a los minerales sulfurosos. Se realizaron microfotografías MEB-EDAX, en dos partes: una individual que describe las transformaciones experimentadas por los cristales de la pirita (morfología cúbica) y otra para reconocer las posibles fases oxidadas de los sulfuros primarios y sus productos de oxidación a sulfatos.

Pruebas de movilidad de metales en desechos sólidos en presencia de agua meteórica

Se realizó para confirmar la posibilidad de lixiviación de metales en los desechos sólidos (escombros, cenizas y colas) en concentraciones geodisponibles de movilidad de metales. Se empleó el procedimiento MWMP (Meteoric Water Mobility Procedure).

Prueba estática estándar de conteo ácido-base

Permitió obtener la capacidad de neutralización de la muestra, determinando el ácido consumido durante la digestión con un exceso de éste. El resultado se comparó con el potencial ácido, calculado del análisis del ácido sulfúrico. Este procedimiento analítico fue descrito por Lawrence et al. (1997) y Price et al. (1997).

Pruebas químicas de neutralización de aguas ácidas generadoras de DAM

Se realizaron con el proposito de neutralizar las aguas acidas provenientes del drenaje ácido de minas, así como comprobar la efectividad y viabilidad del agente neutralizante. Se tomaron 500 ml de cada efluente en el lugar muestreado y se trataron con pulpas al 20 % de carbonato de calcio (99% pureza), hasta alcanzar pH entre 6 y 6,5. Se le añadió soluciones de hidróxido de calcio (60% pureza) y pulpas de óxido de calcio (60%), manteniendo agitación continua hasta alcanzar un valor de pH de 9-9.5. Se corresponde con el índice de acidez que se requiere para precipitar soluciones que contienen los diferentes metales. Para la comparación de los mismos, se empleó la Norma Cubana NC: 27:2012 Vertimiento de las aguas residuales a las aguas terrestres y el alcatarillado. Específicaciones.

La neutralización/precipitación con cal (como CaO o Ca(OH)₂), en la práctica mundial se reporta como el tratamiento más eficiente a nivel industrial. Esta alternativa logra la neutralización de la acidez y la precipitación de los metales. A medida que aumenta el pH, los aniones se tornan más disponibles para su precipitación.

Determinación de la presencia de microorganismos en el agua residual de la mina Santa Lucía

En los yacimientos sulfurosos la generación de drenaje ácido de minas se ve incrementada por la presencia de diversos microorganismos que sobreviven en ambientes ácidos y extremos, como en los residuos mineros. La literatura especializada, reporta a Thiobacillus, Acidithiobacillius y Leptospirillum como microorganismos que están presentes en los sedimentos de los diques de colas y escombreras. Utilizan la energía que se libera de la oxidación del hierro para su metabolismo. Estas bacterias tienen preferencia por los sulfuros que contienen Hierro (Fe²⁺) como la Pirita. Su oxidación es acelerada por la actividad microbiana, lo que incrementa la producción de drenaje ácido de minas (Nordstrom 1982; Nordstrom y Southam 1997 y Dold 2010). Para comprobar la presencia de los mismos en las muestras de agua del drenaje de la mina Santa Lucía, se realizó el aislamiento de microorganismos acidófilos. Se utilizó el medio 9K (Karavaiko, Kuznetsov & Golomzik 1972) aplicando el método de las diluciones sucesivas o seriadas: end point en el que se encuentran presentes los elementos nutrientes, energéticos y la acidez requerida para el crecimiento del microorganismo. Una vez preparadas las soluciones se mezclan y se ajusta la acidez con ácido sulfúrico a pH 2.0. Para la adaptación del microorganismo al concentrado, se añadió 1.0 g de mineral a 10 ml de medio 9K con 1.0 ml del cultivo del microorganismo aislado.

Metodología de Evaluación de Impacto Ambiental

La metodología utilizada en el proceso de Evaluación de Impacto Ambiental es la matriz de Leopold. Se trata de un método simple, útil para realizar un primer análisis o para presentar un cuadro - resumen de impactos. Esta matriz se desarrolla para establecer relaciones causa efecto de acuerdo con las características particulares del proyecto, a través de dos listas de chequeo. Para la evaluación de impactos se requiere considerar la identificación de las acciones del proyecto y de las componentes del medio afectado; así como la estimación subjetiva de la magnitud del impacto, en una escala de 1 a 10, siendo el signo (+) un impacto positivo y el signo () uno negativo. La evaluación subjetiva de la importancia, en una escala de 1 a 10.

Identificación y evaluación de los impactos ambientales

La metodología utilizada para la identificación y evaluación de los impactos ambientales generados en los yacimientos Santa Lucía, Castellanos y la Planta Sulfometales, permitió determinar los impactos ambientales sobre cada una de las variables. Se tuvo en cuenta los análisis cuantitativos y cualitativos de la región. Se realizó la descripción de las acciones relevantes de la actividad minero-metalúrgica según las etapas de prospección, explotación y abandonocierre de los proyectos desarrollados. La identificación de los impactos ambientales producidos sobre cada una de las variables ambientales impactadas permitió establecer las medidas de mitigación y monitoreo para los impactos identificados. (Gallardo et al., 2013).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Situación medioambiental actual de la región

El desarrollo minero - metalúrgico en la región facilitó condiciones socioeconómicas y ambientales para el estudio de problemas relacionados con la temática. No se ha logrado la recuperación de las áreas explotadas donde existen afloramientos de mineralización sulfurosa, los cuales bajo la acción de los agentes meteorizantes provocan la movilización de elementos contaminantes hacia las aguas, el suelo, la vegetación y el medio circundante, impactando negativamente en los ecosistemas. Las medidas dictadas no contienen un enfoque sistémico que permita minimizar los efectos negativos. No se han desarrollado estudios que evalúen los impactos a partir de la correlación de estas variables ambientales y los proyectos minero-metalúrgicos ejecutados. Existen pasivos minero-metalúrgicos que facilitan la contaminación por dispersión eólica, de las aguas terrestres que a su vez vinculan a ecosistemas frágiles como la zona costera, empeorando la situación ambiental que presenta la región de estudio. (Gallardo et al., 2013).

En las imágenes anteriores se aprecia, la capa superficial del cuerpo mineral que se encuentra en estadio de transformación producto de la fuerte lixiviación que ha sido objeto en un largo periodo de tiempo para las muestras M-1 y M-2. Esto se acentúa en la muestra M-2 que teniendo relativamente la misma posición presenta una modificación mineral más fuerte llegando a transformarse gran cantidad de los agregados de pirita en nódulos radiales con agujas de color blanco y gran parte de la roca en óxidos de hierro, como se muestra en la Figura 5.

Para la Muestra M-4, es completamente atípica de la formación Santa Lucía ya que como se explica con anterioridad, se forma de la interacción de la pirita con la madera que se encuentra en las galerías, como se muestra en la microfotografía de la Figura 6.

En la Figura 7 se exponen muestras de Natrojarosita (NaFe₃(SO₄)₂O ₁₀ (OH)₂), reportadas por vez primera por la investigación como producto de la contaminación ambiental en la zona objeto de estudio, principalmente en sedimentos del manglar el cual representa el mineral más contaminante para la región, reportados según el Difractograma de la Figura 4, para la muestra M-9.

Secuencia del proceso del Drenaje Acido de Mina (DAM) por MEB-EDAX

Del análisis de Microscopía Electrónica de Barrido con Espectrometría Dispersiva en Energía (MEB-EDAX) se analizó la secuencia de reacciones que transcurren durante los procesos DAM asociados a los minerales sulfurosos. Se obtienen varias microfotografías, al dividir el análisis en dos partes: una individual respecto a las transformaciones que experimentaron los cristales de la pirita (morfología cúbica) y otra que se propone reconocer las posibles fases oxidadas de los sulfuros primarios y sus productos de oxidación a sulfatos. Estos resultados constituyen un aporte novedoso para la investigación. Los resultados químicos de la técnica de análisis, reportan el incremento de los contenidos de CO₂ orgánico que se asocian a las bacterias ferrooxidans, el ZnO, SO₃, Al₂O₃ y la disminución del tenor de Fe₂O_3, respectivamente, como se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5. Resultados de los análisis semicuantitativos EDAX de los cristales de pirita.

En la microfotografía de la Figura 8, se muestra un cristal de pirita que presenta el típico hábito cúbico y que no sufrió ningún proceso de alteración. En la Figura 9, se observa un cristal individual de pirita donde es evidente que ocurrió el proceso de alteración DAM con oxidación en presencia de microorganismos acidófilos, el cual se encuentra deformado en su morfología cúbica. Se observa en su interior agujas muy finas que muestran su transformación a sulfatos de Fe (III).

Del análisis cuantitativo de las muestras en el área de estudio se evidencian procesos de contaminación por metales pesados de las aguas superficiales y suelos. Los procesos producidos como el drenaje ácido de minas, están condicionados por la inadecuada recuperación de las áreas explotadas y la presencia de pasivos ambientales que agudizan la contaminación. Se constata la formación de fases mineralógicas nuevas en la zona costera producto de la interacción de pasivos ambientales con el agua de mar, como la Natrojarosita.

Identificación de Impactos Ambientales

A través de la matriz de Leopold se describen los impactos ambientales evaluados, donde se relacionan las acciones acometidas en las diferentes etapas del proyecto y su incidencia en cada indicador ambiental. De los 37 impactos ambientales identificados en la investigación, tres son de carácter positivo y 34 negativos.

La Figura 10, se muestra la clasificación de los impactos ambientales negativos según la importancia, lo que evidencia la necesidad de instrumentar medidas de mitigación. La totalidad de los impactos identificados clasifican como severos.

La matriz de evaluación impactos ambientales negativos permite identificar las variables más afectadas como se muestra en la Figura 11.

En la Figura anterior, se representa la relación de las variables ambientales estudiadas con la magnitud del impacto originado.

Medidas de Mitigación

Al realizar la evaluación impactos ambientales por la actividad minera metalúrgica en la región, se proponen las medidas de mitigación y monitoreo de los impactos negativos. Se dividen en medidas para la reforestación de las áreas afectadas con las especies autóctonas y resistentes a estas condiciones ambientales. Se proponen medidas tecnológicas para el acondicionamiento de las áreas, tales como los procesos de retaludamiento y conformación de la presa de colas, canalización de las aguas residuales, impermeabilización de los pasivos ambientales y del sellado del socavón en Santa Lucía. En la investigación, se determinó como agente neutralizante más efectivo el óxido de calcio (cal viva), por su reactividad para la remoción de los metales en los efluentes del DAM de Santa Lucía, Castellanos y la planta de Sulfometales.

Medidas de monitoreo

Las principales medidas de monitoreo propuestas en la investigación se relacionan con el monitoreo anual de las aguas residuales producto de las escorrentías y los cuerpos de aguas superficiales ríos Santa Lucía y Palma. El monitoreo de los suelos asociados a la región de estudio y las evaluaciones de los índices de supervivencias de las áreas reforestadas, así como, realizar monitoreos de contaminantes atmosféricos.

CONCLUSIONES

Se corrobora mediante la combinación de técnicas analíticas modernas los intensos procesos drenaje ácidos de minas, que confirman el severo deterioro ambiental actual y progresivo de la región objeto de estudio.

Se reporta por vez primera la identificación de dos fases mineralógicas que facilitan la contaminación de la región, la oxisal Melanterita y la Nnatrojarosita.

Se confirma la incidencia de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans anteriormente conocida como Thiobacillus ferrooxidans identificada como: AFSL1-09 en el proceso de generación de aguas ácidas de la mina de Santa Lucía.

Se identificaron los principales impactos ambientales de acuerdo a su magnitud y su importancia los cuales permitieron establecer integralmente las medidas de mitigación y monitoreo.