A Drenagem de Ácidos de Mina

A oxidação dos sulfuretos (1)  

Os sulfetos são minerais raros na crosta terrestre. No entanto, em determinadas situações geológicas, a abundância desses minerais aumenta, chegando a tornar-se os dominantes. O alto teor de sulfetos de Au, Ag, Fe, Cu, Zn e Pb ou a obtenção de ácido sulfúrico levaram à sua exploração e utilização pelo homem ao longo da história. A Pirite (FeS 2) é o sulfeto mais comum na natureza, encontrado em formações hidrotermais, rochas ígneas e depósitos sedimentares.

 Acumulação e detalhe de sulfeto maciço de grão muito fino, muito característico da Faixa Piritosa Ibérica. Mina Almagrera, Calanas.(Fonte: Amaya)

Os sulfetos são estáveis ​​e altamente insolúveis, dependendo das condições redutoras existentes no subsolo. No entanto, a exposição destes minerais a determinadas condições atmosféricas destabiliza a sua estrutura através de reações de oxidação. O agente oxidante que permite este processo, pode ser o oxigénio (O 2) ou composto de ferro trivalente (Fe 3 +). Além disso, dependendo da presença ou ausência de microrganismos, que catalisem as reacções da meteorização, podemos avançar com oxidação abiótica ou biótica, respectivamente.


Em contacto com a atmosfera (oxidação abiótica de pirita) (1)

Em contacto com o ar e com a presença de água, ocorre a oxidação directa da pirite:

FeS2 + 7/2 O2 + H2O → Fe2+ + 2 SO42- + 2 H+

Ou seja, produz-se acidez e libertam-se sulfatos e Fe, juntamente com outros elementos acessórios (As, Cd, Co, Ni, Pb, etc), que, em maior ou menor proporção, são parte integrante da pirite. A disponibilidade de oxigénio é, portanto, essencial para a oxidação de sulfetos.

Quando os lixiviados circulam à superfície, o ferro trivalente oxida-se rapidamente (é oxidado em férrico), produzindo rapidamente precipitações que conferem à água a sua característica cor avermelhada (Fonte: Amaya)  

Exemplo de uma massa de sulfuretos exposta a condições atmosféricas de forma artificial, através da abertura de uma vala de exploração. Mina el Soldado (Município de Aracena) (Fonte: Amaya)


Um ciclo sem fim (oxidação da pirita biótico) (1)

A oxidação abiótica da pirite trata-se de um processo muito lento e, por esse motivo, não se tornaria num problema ambiental de grande amplitude. Contudo, comprova-se que na natureza, a velocidade destas reacções é muito superior, devido à intervenção de certas bactérias Quimiolitotróficas (que se "alimenta" de um substrato inorgânico). Estes microrganismos, tais como os Acidithiobacillus ferrooxidans, ferrooxidans Leptospirillum e thiooxidans Acidithiobacillus, encontram condições ideais de crescimento no seio de um  pH ácido catalisando reações de oxidação e obtenção de energia neste processo.

Detalhe de bactérias no desenvolvimento AMD. O complexo de mineração Viñas, Calanas. (Fonte: Amaya)  

Especialmente importante é o aumento da taxa de oxidação de Fe 2 + a Fe 3 + , factor limitador de todo o processo abiótico. Bactérias como a Acidithiobacillus ferrooxidans pode acelerar esta reação até 100.000 vezes. Ao aumentar a concentração de Fe 3 + incrementa-se a oxidação indirecta da pirite, que gera mais Fe 2 + e de novo se oxida a Fe 3 + , de modo que estas reacções retroalimentam-se num ciclo sem fim.


As causas naturais e antropogênicas (1)

A oxidação da pirite e outros sulfetos ocorre naturalmente nos depósitos de sulfetos que afloram à superfície, o que neste caso se denomina drenagem ácida de rochas (ou, do inglês, ARD, Acid Rock Drainage).

Breve panorâmica da corte de San Miguel. Na zona superior e ao fundo observa-se um marcado tom vermelho proveniente do desenvolvimento de gossan (produto da ARD) que se relaciona com a posição do nível freático e, como é evidente, o seu contacto horizontal com o nível imediatamente abaixo, que, neste caso, consiste num stockwork de sulfeto de entre as rochas vulcânicas. (Fonte: Amaya)


Por outro lado, os metais raramente se encontram em estado puro na natureza, fazendo antes parte da estrutura dos minerais. A atividade mineira tem início com a extração do mineral, que deve posteriormente ser concentrado e purificado para uso comercial mediante o processamento ou incremento do mineral e da metalurgia extractiva.

  Corte da mina Concepción, escombreiras em Tharsis e antigas instalações da mina de Almagrera em Calañas (Fonte: Amaya)


Todos estes processos incrementam enormemente os processos de oxidação da pirita, o que neste caso se denomina drenagem de ácidos de mina (ou, do inglês, AMD Acid Mine Drainage ). A drenagem de ácidos de mina produz o mesmo resultado que a drenagem ácida das rochas: acidez, sulfatos, bem como metais e metalóides tóxicos, mas em quantidades muito maiores, devido à criação de grandes depósitos de resíduos de extracção, a criação de quilómetros de túneis e galerias que permitem a entrada de oxigénio atmosférico, métodos de exploração e tratamentos utilizados historicamente (como os redis), a escavação de grandes cortes a céu aberto, os locais de fundição e as bacias de detritos da actividade hidrometalúrgica. (3).

 Fotos de chorume que surgem na Mina Esperanza (túneis e galerias), com um alto teor de Fe 2 + (esquerda) e da descarga do rio Odiel Mina Poderosa (principalmente curto e rejeitos), com mais condições de oxidação e alta proporção de Fe 3 + (Fonte: Amaya)


Um ambiente que não ajuda (mecanismos de atenuação natural) (1)

A alta acidez de mineração dos lixiviados provoca o ataque dos minerais contidos na ganga (material que é descartado de uma jazida mineral) ou materiais que constituem o curso de rios afetados pela AMD. A dissolução destes sais minerais consume acidez. Caso o meio ambiente contenha materiais carbonatados neutralizam-se os protões libertados durante a oxidação de sulfuretos, tornando-se assim um mecanismo de atenuação natural da contaminação. A abundância destes minerais nas proximidades dos sulfuretos e a sua capacidade de neutralização, determinará se o lixiviado resultante apresenta acidez ou condições neutras. Tome-se como exemplo a zona de Linares, onde também houve importante actividade mineira de sulfuretos (principalmente galena), não existem problemas de acidez devido à existência de uma ganga carbonatada. No entanto, a capacidade de neutralização dos materiais da Faixa Piritosa Ibérica é muito baixa.

Vista parcial do complexo mineiro de Las Viñas, onde a remoção de resíduos que foi realizada (como parte do trabalho de recuperação deste espaço degradado pela mineração de metais, realizado pela empresa Amaya) expôs materiais do substrato e é possível observar não só a baixa capacidade de neutralização, mas também a persistência do potencial para a geração de AMD. (Fonte: Amaya)


Da mesma forma, nas bacias dos rios Tinto e Odiel , há poucos materiais carbonatados e a alcalinidade da água que flui nos rios e arroios é muito baixa, pelo que tem muito pouca capacidade de neutralização da acidez gerada pelo processo oxidação de sulfuretos.


Impacto ambiental (2 e 3)

A drenagem de ácidos de minas (ou, do inglês, AMD Acid Mine Drainage ) consiste no surgimento de água com um pH tipicamente entre 2 e 4 e altas concentrações de metais tóxicos, como resultado da exposição subaérea de sulfuretos metálicos durante a exploração mineira.

Na fotografia, o barranco do Escorial ao chegar ao arroio Tintillo. Pode observar-se o desaparecimento da vegetação das margens e das plantas macrófitas, ao entrarem em contacto com as águas ácidas (Fonte: panoramio.com)


Os processos AMD constituem uma das formas mais gravosas de contaminação hídrica, pela sua natureza, extensão e dificuldade de resolução, bem como pelo custo da sua recuperação tradicional. Os rios afectados por este tipo de poluição são caracterizados pela sua acidez, bem como pelo elevado teor de sulfatos e metais pesados ​​da água e do conteúdo metálico dos sedimentos. Os danos que se produzem variam desde alterações quase letais para alguns dos indivíduos dos ecossistemas afectados nos casos de fraca poluição, com problemas associados de bioacomulação e de bioampliação até ao desaparecimento da fauna fluvial, assim como a perda dos recursos hídricos, já que a água perde a sua potabilidade tanto para o consumo humano como agrícola ou industrial.


Impacto sobre as grandes obras hidráulicas (1 e 4)

Um aspecto importante da contaminação por descargas de ácidos de minas é o seu efeito nas grandes obras hidráulicas. Tal ocorre com as descargas ácidas provenientes da mina de São Domingos (em Portugal) que afecta a barragem do Chanza, ou as que provêm das minas de Herrerías y Lagunazo, chegam à reserva do Andévalo, e constituem as maiores reservas de água potável para o abastecimento de Huelva. Outro problema importante é representado pelos sedimentos do fundo destas reservas que actuam como escoamento da contaminação graças à precipitação e co-precipitação/absorção de elementos tóxicos.

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Ortofotografia em que se observa a descarga ácida procedente da mina de São Domingos (Portugal) a dirigir-se à barragem de Chanza (Fonte: Google Earth)


Além disso, a drenagem de ácidos de mina afecta não apenas as principais obras hidráulicas atuais na FPI , mas também hipoteca as futuras. Neste sentido, as estimativas feitas relativamente à qualidade da água da futura barragem de Alcolea, deixam antever que esta água não poderia ser utilizada directamente na agricultura nem para qualquer outra finalidade.

Ponte de Alcolea no curso inferior do rio Odiel, o dique da futura barragem de Alcolea localizar-se-á nas suas proximidades (Fonte: panoramio.com)


Impacto sobre o estuário da Ria de Huelva (1)

Da mesma forma, o impacto ambiental no estuário da Ria de Huelva causado ​​pela contaminação transportada pelos rios Tinto e Odiel é muito significativa. Assim, o rio Odiel é a principal fonte de metais e sulfatos que desaguam na Ria de Huelva, com mais de 80% do aporte de manganês e níquel, e entre 70 e 80% do aporte de sulfatos, alumínio, cobalto e zinco. O rio Tinto supera o Odiel na carga tóxica de chumbo e especialmente de ferro (69% do total).

A maior parte dos elementos tóxicos precipitam-se quando as águas ácidas dos rios Tinto e Odiel se misturam com a água do mar no estuário da Ria de Huelva, o que suporia uma melhoria da qualidade da água. No entanto, estes elementos tóxicos ficam retidos nos sedimentos produzindo assim contaminação. Dependendo das condições ambientais ( pH , salinidade, potencial redox, etc.) alguns destes elementos estão biodisponíveis e representam um grande problema ambiental quando entram na cadeia trófica.

União dos rios Tinto e Odiel no estuário da ria de Huelva (Fonte: panoramio.com)


Impacto para os mares e oceanos (1)

Contudo, alguns elementos tóxicos mais móveis que se encontram nessas condições, tais como o zinco, alcançam o Golfo de Cádiz em concentrações significativas, causando a contaminação dos sedimentos costeiros e chegando até a penetrar no Mediterrâneo em certas alturas do ano.

A magnitude da contaminação mineira dos rios Tinto e Odiel é manifesta, se comparados estes números com os fluxos globais que todos os rios do mundo transportam para o oceano (GESAMP, 1987). As quantidades transportadas pelos rios Tinto e Odiel representam cerca de 15% de cobre e 47% de zinco. Ou seja, estes dois pequenos rios na província de Huelva contribuem com quase metade do zinco transportado por todos os rios do mundo para os mares e oceanos.

 

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(1) Miguel-Sarmiento, A., Nieto-Líñán, J.M., Olías-Álvarez, M., Ruiz-Cánovas, C. 2010. La Contaminación Minera de los Ríos Tinto y Odiel.

Disponible en: Junta de Andalucía

(2) Impacto y Riesgo Ambiental de las Actividades Minero-Metalúrgicas.

(3) J.A. Grande, T. Gómez, M.L. de la Torre, T. Valente, C. Barranco. V. Domínguez, J. Graiño. 2010. Drenaje ácido de mina y metales disueltos: del impacto ambiental al patrimonio minero. Aplicación al caso de mina herrerías en la faja pirítica ibérica. Patrimonio geológico y minero. Una apuesta por el desarrollo sostenible, 87-98.

(4) Canovas, C.R., Galván, L., Nieto, J.M., Olías, M., Sarmiento, A.M. 2007. Sobre la calidad del agua del futuro embalse de Alcolea (Cuenca del río Odiel, Huelva). GEOGACETA, 42: 59-62

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