CONTAMINACIÓN DEL ACUÍFERO DE TROYA (MUTILOA, GUIPÚZCOA) POR OXIDACIÓN DE SULFUROS: ATENUACIÓN NATURAL E INDUCIDA


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1 CONTAMINACIÓN DEL ACUÍFERO DE TROYA (MUTILOA, GUIPÚZCOA) POR OXIDACIÓN DE SULFUROS: ATENUACIÓN NATURAL E INDUCIDA IRÍBAR SORAZU, Vicente*; IZCO ARMENDÁRIZ, Félix**; TAMÉS URDIAIN, Patxi**; ANTIGÜEDAD AUZMENDI, Iñaki* y DA SILVA RODRIGUES, Andoni** (*) Universidad del País Vasco. Dpto. Geodinámica. Apdo BILBAO (**) Diputación Foral de Guipúzcoa. Dpto. de Obras Hidráulicas. Plaza de Gipuzkoa s/n SAN SEBASTIÁN RESUMEN En el acuífero kárstico de Troya se encuentra una mineralización de sulfuros. Para la explotación de la mineralización, se deprimió el nivel piezométrico desde la cota 435 m, hasta la cota 190 m, secando el manantial que hasta entonces drenaba el acuífero. El abandono de la mina en 1993, provocó el ascenso del nivel piezométrico, hasta que en 1995 alcanzó la cota de 335 m, y el agua comenzó a manar por la Bocamina de la Rampa N, el punto de acceso a la mina situado a cota más baja. El agua que surge por la Bocamina tiene un contenido elevado en SO 4 (1500 mg/l) y de metales disueltos (50 mg/l de Fe y 5 mg/l de Zn), aunque el ph es neutro debido a la disolución de calcita y al escape de CO 2. La contaminación es debida a la oxidación de la pirita y marcasita, al poner en contacto el yacimiento con el nivel piezométrico y el aire en una zona de las galerías que se encuentran parcialmente inundadas. Actualmente el agua de la Bocamina se deriva a la balsa de estériles donde precipita el Fe, esta actuación ha permitido la recuperación del río Gesala. Palabras Clave: Minería, sulfuros, contaminación, metales pesados, atenuación, Guipúzcoa. INTRODUCCIÓN En los últimos años, debido al cierre de minas, han surgido problemas de contaminación originados por la oxidación de pirita, que provoca la acidificación del agua, y la disolución de metales en medio ácido. Paralelamente, se han desarrollado métodos específicos para el tratamiento de éstas aguas mediante drenes de caliza anóxicos para neutralizar la acidez (HEDIN et al. 1994), y mediante humedales para precipitar el Fe (WATZ- 247

2 LAF, 1998). En el caso de la Mina Troya una mina de Pb-Zn que comenzó a explotarse en 1976, y se abandonó en 1983, la reacción con la caliza en medio anóxico se realiza en el mismo acuífero, y la precipitación del Fe se ha conseguido al derivar el agua a la antigua balsa de estériles. Los datos e interpretaciones que se exponen son un resumen del seguimiento realizado por la Diputación Foral de Guipúzcoa (DFG), y de un estudio realizado por la DFG en colaboración con la Universidad del País Vasco (DFG, 1998). EL ACUÍFERO DE TROYA Y LA MINA TROYA El acuífero de Troya se asocia a una plataforma carbonatada de unos 200 m de potencia (figs. 1A y 1C). La recarga se realiza a través de la infiltración de la precipitación sobre las calizas y equivale a unos 37 l/s. Debido a las actuaciones sobre el acuífero, su punto de descarga ha cambiado a lo largo del tiempo. En Junio de 1976 el manantial Troy (cota 435 m) tenía un caudal de 34 l/s. En 1977 durante la perforación de la Rampa S, ésta alcanzó el techo del acuífero, produciéndose una irrupción de agua (FERNÁNDEZ RUBIO et al. 1983), y el caudal del manantial Troy se redujo hasta que se agotó definitivamente en Entre 1977 y 1982 el acuífero era drenado desde la Rampa S, y de un sondeo surgente. El drenaje del acuífero comenzó en Octubre de 1982 y finalizó en Enero de 1994, se realizó bombeando pozos situados dentro de la mina (54 l/s), el nivel piezométrico fue deprimido hasta la cota 190 m (fig. 1C). Desde Enero de 1994, el nivel piezométrico del acuífero asciende hasta que el 8/3/1995 comienza a salir agua por la Bocamina de la Rampa N (cota 335 m). Desde entonces el nivel piezométrico se sitúa en torno a los 335 m, y las oscilaciones piezométricas son del orden de 5 m. La mineralización se sitúa en el techo de las calizas, (FERNÁNDEZ MARTÍNEZ et al. 1996). Después del abandono de la mina, en la misma quedan t de pirita-marcasita, t de blenda, t de calcopirita y t de galena (DFG, 1994). Hay una aureola de alteración que rodea al yacimiento y está formada por siderita, dolomita, sílice y diseminaciones de sulfuros. La mina Troya es subterránea y está conectada con el exterior a través de las Rampas N y S, 2 chimeneas de ventilación y varios sondeos. El volumen de hueco total es de 0.46 hm 3. Hay dos grupos de galerías conectadas por una rampa interior (fig. 1B), las de la zona N están entre las cotas 210 y 350 m, y las de la zona S entre las cotas 362 y 392 m. Teniendo en cuenta la posición del nivel piezométrico, se deduce que la mayor parte de las galerías de la zona N están anegadas (0.38 hm 3 ), pero entre las cotas 335 m y 340 m, hay unas galerías que se encuentran con aire y agua; el volumen de la cámara de aire que se encuentra en las galerías de la zona N es de m 3, y la superficie aire-agua es de 5800 m 2. Se ha calculado que el tiempo medio de permanencia del agua en las galerías es de unos 140 días y que la velocidad de circulación en la Rampa N debe ser del orden de 127 m/d. CONTAMINACIÓN DEL ACUÍFERO DE TROYA: ATENUACIÓN NATURAL Aunque durante el drenaje de la mina el contenido en SO 4, Ca y Mg aumentaron de forma notable, actualmente, hay un aumento más importante en los mismos iones, y además aparecen metales disueltos con concentraciones de varios mg/l (tabla 1). La con- 248

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4 taminación del agua de la Bocamina se debe a la oxidación del Fe 2 S y de otros sulfuros en las galerías, ya que durante la fase de drenaje el agua circulaba por el acuífero y actualmente lo hace a través de las galerías. La oxidación del Fe 2 S por se produce según las reacciones (1) y (2), ambas generan acidez. FeS 2(s) + 7/2O 2 + H 2 O Æ Fe SO H + (1) Fe /4O 2 + 5/2H 2 O Æ Fe(OH) 3(s) + 2H + (2) La oxidación de pirita requiere un consumo importante de O 2. Los cálculos indican que hay un consumo de aire del orden de m 3 /d. La entrada de aire es posible a través del afloramiento carbonatado, pero podría entrar desde algunos sondeos ó desde la Rampa S. La reacción con los sulfuros debe producirse en la zona de las galerías con aire y agua, posteriormente conforme el agua avanza hacia la Bocamina, todo el O 2 disuelto en el agua se consume ya que a la salida se observa que sale NH 4 y Fe disuelto (fig. 1C). En el momento en que surgió el agua de la Bocamina, su ph era de 6.5, posterior- TROY Pozos drenaje Bocamina Filtraciones Rebose Balsa (1976) ( ) ( ) Balsa (97-98) ( ) ph HCO 3 SO 4 Ca Mg Fe Mn Zn Ni Pb Al Tabla 1.- Análisis químicos del acuífero de Troya, unidades en (mg/l). mente el ph del agua ha ido aumentando hasta un valor de 6.9. Dado que el ph es neutro, la acidez producida por la oxidación de la pirita se consume disolviendo calcita según la reacción (3). Según ésta, la concentración teórica en HCO 3 debería ser del orden de 1000 mg/l, dado que la concentración observada es menor, es posible que exista un escape de CO 2 mediante la reacción (4), que también consume acidez. CaCO 3(s) + H + Æ Ca 2+ + HCO 3 - (3) 250

5 HCO 3- + H + Æ H 2 CO 3 Æ CO 2(g) + H 2 O (4) El aumento en la concentración en Ca, limita la oxidación de sulfuros ya que se alcanza la saturación en yeso. Se ha calculado que en el período (8/3/95-17/6/97), 28 meses, se han oxidado 2100 t de pirita y se han disuelto 2900 t de calcita. En relación con la pirita contenida en la mineralización, la pirita oxidada supone un 20 % de la que se encuentra en 1 m en la vertical entre las cotas m. La existencia de un ph neutro ha determinado que el Pb, Cd, y Cr sólo se hayan detectado de forma esporádica, y que el Cu, Hg, As, y Se no se hayan detectado en ningún análisis. Ello puede ser debido a que no se haya producido ataque a sus minerales, ó que si se ha producido disolución, estos iones hayan precipitado. Además, el Fe total descargado en la Bocamina es muy inferior al disuelto por oxidación de pirita, por lo que gran parte puede haber precipitado como Fe(OH) 3. Figura 2. Evolución de la calidad química en la Bocamina y en la Balsa. Por otra parte, la concentración en SO 4 y metales en la Bocamina es decreciente a lo largo del tiempo (fig. 2). Las altas concentraciones observadas durante el primer mes de descarga pueden ser debidas al lavado de sulfatos hidratados de Fe y Zn formados durante años en las caras descubiertas del mineral (DFG, 1994). El descenso observado en la concentración en SO 4 y Ca, hace pensar que si la concentración en SO 4 baja de forma logarítmica, en el año 2007 se alcanzará una concentración de unos 100 mg/l. Ello puede ser debido, bien al agotamiento del mineral en la zona de contacto aire-agua, ó bien debido a que haya precipitación de FeOOH sobre la superficie de la pirita, formando 251

6 una barrera que evita la difusión de O 2, ralentizando la tasa de oxidación (NICHOLSON et al. 1990). ATENUACIÓN INDUCIDA Desde Marzo de 1995 hasta Mayo de 1997, el agua de la Bocamina iba directamente al río Gesala. La contaminación en el arroyo Gesala y en su receptor, el Estanda, fue importante (Izco et al. 1996). El alto contenido en metales y la precipitación de hidróxidos de Fe en el lecho del río supuso la práctica desaparición de la vida piscícola, bajando el índice biótico BMWP de 127 a 14, y el número de familias de 14 a 5. A partir de Mayo de 1997 el agua de la Bocamina ha sido derivada a la balsa de estériles con el fin de aprovechar su capacidad depuradora, y el agua que va a parar al río es el rebose de esta balsa. La balsa fue construida mediante presa de escollera con núcleo de arcilla, tiene 34 m de altura y una capacidad total de 1 hm 3. En el fondo de la balsa se encuentra principalmente pirita, y además del Fe hay otros metales, (Zn, As, Pb y Cu), éste residuo está sumergido y protegido de la oxidación por una columna de agua que en Río Gesala Río Estanda Mar 95 May 97 May 97 Mar.98 Ene.93 Mar.95 Mar.95 May.97 May.97 Mar.98 SO Fe Mn Al Zn Ni Pb Tabla 2. Evolución de la calidad química en los ríos Gesala y Estanda. su parte central alcanza una profundidad de 4.3 m. Tiene unas filtraciones con un caudal medio de 1 l/s. Desde que cesó la actividad minera, la evolución de la calidad del agua de la balsa ha sido favorable (fig. 2); las aguas están mezcladas sin que se observe estratificación, el O 2 disuelto está en niveles próximos a saturación, el ph ha subido hasta alcanzar niveles de 8.2, y es destacable el descenso progresivo de la concentración en Mn, Ni, y especialmente en Zn en el agua de la balsa. A partir de la conexión del agua de la Bocamina con la balsa se produce una recuperación importante en los ríos Gesala y Estanda (tabla 2). La concentración de metales desciende y los fangos acumulados en el lecho del cauce han desaparecido arrastrados por las avenidas. En cuanto a la vida piscícola, el arroyo Gesala, que contenía una pobla- 252

7 ción importante de Phoxinus-phoxinus (95 ejemplares), en el año 1995 pasa a la práctica desaparición, con un sólo ejemplar. El año 1997, se observa una recuperación importante, con 32 ejemplares. CONCLUSIONES En esta comunicación se ha presentado un caso concreto de contaminación de aguas subterráneas por abandono de actividad minera. Las conclusiones que se extraen del mismo son: Para conocer el origen de la contaminación y proponer acciones de remedio es necesario estudiar el funcionamiento hidrogeológico del sistema incluyendo las escombreras y balsas de estériles. En algunos casos la atenuación natural de la contaminación puede ser importante, en este caso el acuífero carbonatado funciona como un análogo de un sistema de drenes de caliza anóxicos. Finalmente, para proponer acciones de remedio es necesario tener en cuenta el conjunto de instalaciones mineras, en el caso de la mina Troya, la utilización de la balsa de estériles como estanque aeróbico, no sólo ha resultado un sistema de tratamiento pasivo barato, además, la introducción del agua de la mina en la balsa ha mejorado la calidad del agua de la misma. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS DIPUTACIÓN FORAL DE GUIPÚZCOA (DFG). (1994). Estudio hidrogeológico del Acuífero de Troya. Informe realizado por HFA. Troya para la DFG. 149 pp. y anexo.diputación FORAL DE GUIPÚZCOA (DFG). (1998). Estudio sobre el funcionamiento, la contaminación y las posibilidades de recuperación del acuífero de Troya. (Mutiloa, Gipuzkoa). Informe realizado por el Grupo de Hidrogeología de la EHU/UPV para la DFG. 97 pp. y anexo. 253

8 FERNÁNDEZ MARTÍNEZ, J. y VELASCO, F. (1996). The Troya Zn-Pb carbonate-hosted Sedex deposit, Northern Spain. In: Society of Economics Geologists. Special Publication No. 4, pp FERNÁNDEZ RUBIO, R; FERNÁNDEZ GUTIÉRREZ, R; BOTÍN, J.A; LAVANDEIRA, A. (1983). Investigación hidrogeológica preliminar en la mina de la Troya (Guipúzcoa). Hidrogeología y recursos hidráulicos, vol VIII, pp III Simposio de Hidrogeología. Madrid. HEDIN, R.S; WATZLAF, G.R. & NAIRN R.W. (1994). Passive Treatment of Acid Mine Drainage with Limestone. Journal of Enviromental Quality. 23, pp IZCO, F; TAMES, P; DA SILVA, A. y FANO, H. (1996). Afección ambiental producida por la explotación minera en el acuífero urgoniano de Troya (Gipuzkoa). Actas de las Jornadas sobre Recursos hídricos en regiones kársticas: exploración, explotación, gestión y medio ambiente. pp Vitoria-Gasteiz. NICHOLSON, R.V; GILLHAM, R.W. & REARDON, E.J. (1990). Pyrite oxidation in carbonate-buffered solution: 2. Rate control by oxide coatings. Geochim. Cosmochim. Acta 54, pp WATZLAF, G.R. (1998). Passive treatment systems for the treatment of mine drainage: constructed wetlands. Reunión Científico-Técnica sobre el agua en el cierre de minas. Universidad de Oviedo. 254