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X Congreso nacional de Aguas SubterráneasEl agua en la energía, el desafío de la hidrogeolog ía en México
Ixtapa Zihuantanejo, Guerrero, 14–16 octubre 2015
Estudios de casos de problemas de vertidos y operac ión hidroambiental de la industria minera en España
1. Vertido accidental de la mina de Aznalcóllar y su l impieza2. Explotación con reinyección de agua en mina Cobr e Las Cruces
Contenido
La faja pirítica ibéricaLa Mina de Aznalcóllar–Los FrailesRuptura de la balsa de lodosDescontaminaciónRestauraciónMina Cobre Las CrucesCondicionantesReinyección de aguas drenadas
Emilio CUSTODIO, Dr.I.I., Real Acad. CienciasDept. Ing. Terreno / Grupo de Hidrología Subterráne aUniversidad Politécnica de Cataluña (UPC), Barcelon aCon la colaboración de Laura Schreiber y Enric Vàzqu ez, IDAEA–CSIC
20152015––IxtapaIxtapa––11
Mina de Mina de AznalcóllarAznalcóllarPrimera mitad del siglo XXPrimera mitad del siglo XX
Franja piritica ibérica (Portugal y España)
Una de las mayores mineralizaciones metálicas conocidas.La mayor de Europa Occidental
� Mineralizaciones de 83% pirita en promedio y piroclastos cu príferosDesde Lousal a Aznalcóllar: 2240 km 2. El 23% de la provincia de HuelvaComplejo volcano–sedimentarioAnomalía geoquímica de S, Fe, Zn, Cu, Pb, Sn, As, Ag, Au,….1700 Mt de mineral 10–15% perdido por erosión
20% ya explotado � 90 yacimientos conocidos
En ella están Aznácollar–Los Frailes y Cobre Las Cruces, en H uelva–Sevilla20152015––IxtapaIxtapa––22
Explotación minera en Rio Tinto
Explotación intensiva desde hace 7000 años � Rio Tinto lo más significado � también AznalcóllarTartesios (citado en La Biblia) + Romanos � Abasteció al Imperio Romano
� extrajeron 30Mt mineral (Ag + Cu + ….) � dejaron 20 Mt escoriasCese hasta siglos XVIII–XIX � reapertura para metales y acido sulfúricoGran actividad en siglo XX para Cu, Zn, Ag y Au
20152015––IxtapaIxtapa––33Corta de Rio Tinto Escombreras de Rio Tinto
Intensa contaminación minera en el Rio Tinto
Grandes acumulaciones de residuos minerosMuy intensa contaminación ácida y metálica del Río Tinto, desde muy antiguo
� dio nombre al rio�dominan hidróxidos y sulfatos de hierro
Parajes desolados � hoy protegidos ecológicamente por su singularidad biológi caRio Tinto confluye con rio Odiel, de mayor caudal � dilución y precipitación en tramo bajo costero
20152015––IxtapaIxtapa––44Aguas ácidas con alta concentración metálica
Primera parteMinas de Aznalcóllar
UbicaciónCaracterísticasRuptura de la balsa de lodosDescontaminaciónDescontaminaciónRestauración
TOPONIMIA � Abundancia de nombres arabigo–andalusiesAznalcóllar = Hanz–al–Kollar = recinto amuralladoGuadiamar = Wad al Yanbar = río de Yamber (Amber), pre–árabeGuadalquivir = Wad al Qebir = río GrandeUn poco más al Norte � gran Monasterio de Guadalupe
= Wad al Lup = rio de los lobos (mixto andalusí y latín)
20152015––IxtapaIxtapa––55
Ubicación de: *minas de Aznalcóllar–Los Frailes (Az) y Las Cruces (CLC)*Parque Nacional de Doñana y reservas de Sierra Morena
Doñana
N.P
Doñana
N.PATLANTIC OCEAN
Az CLC
20152015––IxtapaIxtapa––66Cuenca y valle del Cuenca y valle del GuadiamarGuadiamar
Funcionamiento hidrogeológico del valle del Guadiam ar
20152015––IxtapaIxtapa––77
Minas de Aznalcóllar y Los FrailesTérmino municipal de Aznalcóllar. Sevilla
Características del áreaPrecipitación media 660 mm/aEvapotranspiración potencial 850 mm/a
SituaciónEn subcuenca río Agrio � minería antigua
río derivado para rodear la minaEn cabecera cuenca río Guadiamar
superficie total al mar 1880 km 2
hasta Entremuros 1319 km 2
Caudal 210 hm 3/a (20 a 725 hm3/a)Población 96000 habitantesPoblación 96000 habitantesActividad dominante: agrícola
� riego en las vegas y aluviales
Cierre en 1998, con breve reaperturaRestan 80 Mt extraiblesEn tratos para reabrir
Tratar el mineral en Rio Tinto
20152015––IxtapaIxtapa––88
Reservas evaluadas: 43 Mt pirita (Cd, Pb, Zn, Ag, Au)300 Mt piroclastos (Cu, Zn, Ag)
Corta de Aznalcóllar
Vista hacia el EEn proceso de relleno con estériles de Mina Los Frailes
a 2 km, desde 1995
Dimensiones: 1200 m E–W600 m N–S
Elevación: borde a 80 –100 mElevación: borde a 80 –100 mfondo a – 175 m
Volumen excavado: 50 hm3Sulfuros masivos extraídos: 42 MtExplotación intensiva
APIRSA 1960–1970: 0,1 Mt/aBoliden–Apirsa (+ Los Frailes): 2 Mt/a
Estériles: dacitas y riolitas � encajan la mineralización
20152015––IxtapaIxtapa––99
Balsa de lodos de minas de Aznalcóllary Los Frailes
Balsa de 1965 para residuos piríticosde minas de Aznacóllar y Los Frailes (después de 19 85)
Balsa de lodos Dos partes: para pirita y para piroclastos
180 ha; 32 hm 3.
Sobre terrazas aluviales del río Agrio2 km agua arriba de confluencia con el rio Guadiama r
Corta con agua ácida tras un periodo de inactividadReactivar � pasar agua rápidamente a balsasDespués verter lentamente tras tratamiento
20152015––IxtapaIxtapa––1010
Ruptura a 1:00 a.m. del sábado 26 abril 1998Estado: 18,2 hm 3 (36,5 Mt) sòlidos + 6,2 hm 3 agua en 18,8 haRuptura de 50 m de muro de 30 m de alturaVertido de 1,9 hm 3 de lodos
4 hm3 de agua ácida a pH ≈ 5,5Contenido de los lodos75–80% pirita, 5% esfalerita y galena
+ 10–20 % clinocloro, con cuarzoy arcilla y algo de yeso
% pesoFe
34–38Cu
0,1–0,2Pb
0,8–1,2Zn
0,7–1,2As
0,5–0,6
Ruptura de la balsa de lodos de Aznalcóllar y Los Fr ailes
Arenas et al., BGM 2001
Afección a9 municipios de 23 de la cuenca55.000 habitantes, sin víctimas (era sábado)3400 ha agrícolas � las mejores4600 ha de superficie afectada el día 262620 ha cubiertas de lodo
Lodo a lo largo de 63 km: espesor: pocos cm a 3 mancho medio 100 a 500 m
Principal contaminante: Zn (hasta 73 mg/L) +gran exceso de Co y Cd en agua de riego
Pb, Zn y Cu en sueloLimpieza lodos: inicio a los 8 días: duración 7 meses.
agua embalsada: a los 2 meses: duración 3 mesesTotal 7 hm 3 lodo + 0,8 hm 3 suelo y lodo posterior
% peso 34–38 0,1–0,2 0,8–1,2 0,7–1,2 0,5–0,6
20152015––IxtapaIxtapa––1111
Entorno tras la ruptura de la balsa
de lodos
20152015––IxtapaIxtapa––1212
Inundación tras la ruptura de la balsade lodos
Lodo que se extendió por el valleNivel alcanzado por de la ola de agua
Lodo depositado sobre el terreno
20152015––IxtapaIxtapa––1313
Depósitos de lodos en Valle del Guadiamar
20152015––IxtapaIxtapa––1414
Actuaciones tras la ruptura de la balsade lodos del río Agrio
Organización: Comisión de Coordinación Administración Ge neral Estado + Junta Andalucíaasesoramiento científico: CSIC + Universidadesapoyo técnico–científico: IGME
Acciones ● retirar de lodos en valle Agrio–Guadiamar: 0,82 hm 3
� maquinaria ligera para extraer de 0,5 a 2 m espesor(Boliden usó maquinaria pasada � pobre limpieza � acabarlo la Junta de Andalucía)
● transportar los lodos a corta de Aznalcóllar � 400 grandes camiones● subida de nivel en la corta no rebasar cota 0 m � tratar agua a verter al rio Agrio● limpiar pozos abiertos inundados � extraer + bombear● tratar aguas ácidas retenidas en Entremuros (Parque Nacional de Doñana)● adquirir terrenos privados para uso público y substituir fuentes de agua de abastecimiento● adquirir terrenos privados para uso público y substituir fuentes de agua de abastecimiento● crear un corredor verde de conexión de Doñana (costa) con Sie rra Morena● monitorizar acciones y resultados● mantener estudios ecológicos de flora y fauna
Reconocimientos● manuales● fotográficos a nivel y aerotransportados● hidrogeoquímicos● sensores remotos: sensor multiespectral de 12 canales Daed alus–1368 (0,42um a 13 um) INTA
vuelos en 1998: mayo (nuboso sin interpretar), mayo y julioapoyo de terreno sensor GER–1500sensibilidad a óxidos, hidróxidos y sulfatos de Fe (pirita p oca reflectividad)
Arenas et al., BGM 2001 Antón–Pacheco et al., BGM 2001 20152015––IxtapaIxtapa––1515
Plan de limpieza tras la rupturade la balsa de lodos
DiariodeSevilla.es 20152015––IxtapaIxtapa––1616
Progreso del plan de limpieza de lodos
20152015––IxtapaIxtapa––1717
Trabajos adicionales
en columnas de laboratorioEstudio de la meteorización de los lodos en tres parcelas exp erimentales
modelación
Modelación de la interacción río–acuífero + simulación de e scenarios
Construcción de 77 represas transversales para retener lod os en el valle
Tratamiento adicional del terreno inundado con CaCO 3 de residuos de azucareras
Comprobación y seguimiento de la eficacia del proceso de ret irada de lodos
20152015––IxtapaIxtapa––1818
Trabajos adicionalesImágenes de sensor multiespectral Daedalus–1268 ATM aerotransportado (INTA)
Antón–Pacheco, et al., BGM 2001
Defectos en la retirada de lodosEfectos de las rodaduras de la maquinariaFoto aérea e imagenContenido en Asentre 60 y 200 ppm en bandas clarasentre 700 y 2000 ppm en bandas obscuras
20152015––IxtapaIxtapa––1919
Afección química del valle del Guadiamar
20152015––IxtapaIxtapa––2020
Diagramas de Diagramas de StiffStiff modificados modificados aguas subterráneasaguas subterráneas
sombreado: en área afectada sombreado: en área afectada
Relación Relación SO 4––Cl en pozos (y en Cl en pozos (y en EntremurosEntremuros))
Ayora et al. 2001
Identificación isotópica delorigen del sulfato disuelto
A.– SO4 de oxidación sulfuros por agua de lluvia o subterráneaB.– SO4 de oxidación sulfuros en agua evaporada en balsa de lodosC.– SO4 de fertilizantes agrícolas
20152015––IxtapaIxtapa––2121
Soler et al. 2002
Limpieza química de los pozos del valle del Guadiamar
poblaciónGuadiamar � contaminado agricultura
minería anterior y del momento
Diagramas de Stiff modificados de las aguas de los pozos inundados por el vertidoMayo 1998: en blanco, sin limpiar
Febrero 2000, en gris, con una o varias limpiezas 20152015––IxtapaIxtapa––2222Ayora et al. 2001
El área de Entremuros, Parque Nacional de Doñana
20152015––IxtapaIxtapa––2323
Tratamiento de las aguas ácidas retenidas en Entrem uros
Guadiamar � río contaminado� descarga en tramo mareal del río Guadalquivir� evitar que contamine a Marismas de Guadalquivir en Parque Na cional de Doñana
� canal lateral de desvío al río Guadalquivir� gran canal de aguas altas � Entremuros (ancho 1 km)
muros que canalizan y evitan que desborde a Marisma en crecid asOrigen aguas ácidas: ● escorrentía final de agua turbia ácida en tramo bajo del Guad iamar � muy llano
● detención con muro de tierras transversales � muy poco salió al mar● evitar contaminación litoral
Limpieza : ● retirar lodos decantados � hasta 150 grandes camiones + 14 máquinas + 20 personasLimpieza : ● retirar lodos decantados � hasta 150 grandes camiones + 14 máquinas + 20 personasmover 300.000 t de tierrasmaterial retirado: 10% carbonatos + 2% materia orgánicavertido en la corta de Aznalcóllar � hizo subir el pH y cambió temporalmente la química
inicio tardío por lluvias: mayo 2000 � acabar otoño 2000● tratar el agua retenida previamente al vertido
instalación de emergencia � instalación provisional IGMEinstalación convencional � no llegó a funcionar
Agua sin O 2 dis. y 30 g/L SS + metales pesados (~ los de la balsa) + contamin antes agrícolas y abonos�pH creció a los pocos días (efecto retirada de lodos)
20152015––IxtapaIxtapa––2424
Tratamiento de las aguas ácidas retenidas en Entrem uros
20152015––IxtapaIxtapa––2525Vuelta la Arena restaurada
Resultado del tratamiento del agua ácida, 2008
Ayora et al. 2001
Acciones complementariasBarrera reactiva del río Agrio
Materiales empleados en el relleno● grava caliza de 2 cm Φ
● compost 1: de origen vegetal● compost 2: 1 + lodos de depuradora● hierro como virutas y recortes de chapa
Combinar los diferentes materiales
Ensayos previos en laboratorioAlcolea et al., BGM 2001
Ayora et al., BGM 2001
20152015––IxtapaIxtapa––2626
Construcción de la barrera reactiva del río Agrio
20152015––IxtapaIxtapa––2727
Costes asociados a la ruptura y la restauración
Daños reclamados por los agricultores 17 M€Administración General del Estado (Confederación Hidrogr áfica del Guadalquivir) 18 M€
Retirada de lodos a cargo Junta de Andalucía 30 M€
Ficha de datos de la limpieza de lodos (Garrido, 2008, CSIC)
Lodos recogidos 7 hm 3 de 63 km y 4634 haNº de análisis 15.000 con 122.000 determinaciones de 3128 pu ntos de muestreoLimpieza de lodos 491 camiones + 154 máquinas + 868 personasTransporte total 16.10 6 km con 70.000 km en promedio por camiónDuración 208 díasCoste de la limpieza y restauración 165 M€
Arenas et al., BGM 2001
Retirada de lodos a cargo Junta de Andalucía 30 M€Boliden (AB) – Apirsa (concesionaria minera) 8 M€
pago de indemnizaciones: Boliden–Apirsa 16 M€compra de terrenos: Junta de Andalucía 54 M€
Junta de Andalucía + Estado reclamaron 90 M€ a Boliden � anulado por el Tribunal SupremoBoliden perdió judicialmente reclamación contra ingenier ía constructora de la balsa
Trabajos adicionalesen columnas de laboratorio
Estudio de la meteorización de los lodos en tres parcelas exp erimentalesmodelar
Modelación de la interacción río–acuífero y simular de esce nariosConstrucción de 77 represas transversales para retener lod osTratamiento adicional con CaCO 3 de residuos de azucareras
20152015––IxtapaIxtapa––2828
Restauración ecodinámica del valle del Guadiamar
Corredor Verde� conectar la costa (Doñana)con Sierra Morena (parques de montaña)Programa de Investigación del CorredorVerde del Guadiamar PICOVER
Eliminar cultivos alimentariosNo utilizar agua de pozos para bebida
Estudios específicos de fitotoxicidadfauna
20152015––IxtapaIxtapa––2929
Segunda parteReinyección de agua de mina en Cobre Las Cruces
CaracterísticasCondicionantesReinyección de aguas drenadasReinyección de aguas drenadas
20152015––IxtapaIxtapa––3030
Mina Cobre Las Cruces, Sevilla, España
Ubicación: TM de Gerena, Sevilla, a 20 km de SevillaInicio de actividades en 2006 y de operaciones en2009La mayor mina a cielo abierto de la Unión EuropeaLocalizada por métodos de geofísica profundaMineralización paleozoica de la Franja Piritica Ibérica: r eservas de 17 Mt de mineral con 6,2% CuRecubrimiento de sedimentos terciarios poco permeables
acuíferos ● Niebla–Posadas , capa que recubre al Paleozoico y aflora al N–WWpoca explotación
● Cuaternario de recubrimiento, incluido el aluvial de Riber a de Huelvaexplotación agrícola y de abastecimiento a población
Requisitos de explotación: corta de 250 m de profundidad� desmantelar el recubrimiento
Cuaternario � evitableCuaternario � evitable� accede agua a la corta acuífero Niebla–Posadas (confinado i ntersectado)
Paleozoico no mineralizado
Supone
Requisitos de la autorización: no afectar a las explotacion es de agua subterránea del área� reinyectar el agua de pozos de drenaje y de la mina� agua de reinyección igual o mejor calidad que la natural
Supone � planta de tratamiento de agua de sondeos de drenaje y de mina� tratamiento físico, químico y de osmosis inversa
� anillo exterior de sondeos de inyección� mantener los niveles freáticos� compensar agua que se evapora
bombeo de anillo de sondeos periféricos de drenajebombeo de agua de la corta y su vertido
20152015––IxtapaIxtapa––3131
Cortes geológicos esquemáticos por Cobre Las Cruces
Corte geológico NW–SEAcuífero Niebla–Posadas
Sección vertical de la mineralización
20152015––IxtapaIxtapa––3232
Acuífero Niebla–Posadas
Nivel de arenas silicosas sobre el relieve paleozoicoAfloran al N de Cobre Las CrucesConfinadas bajo margas miocenasEspesor medio 10–15 m, entre 0–10 y 20–30 m en Ribera de HuelvaRecarga potencial estimada 35–40 hm 3/a
Productividad ~ 50–60 L/s por pozo riegoabastecimiento
Productividad ~ 50–60 L/s por pozo
Calidad del agua:
abastecimiento
Lugarconduct. eléctrica µS/cmpHdureza en mg/L CaCO 3
afloramiento400–550
8,3235–335
en mina1400
alejado2000–4500
6,3
20152015––IxtapaIxtapa––3333
Piezometría no perturbada del el acuífero Niebla–Pos adas
20152015––IxtapaIxtapa––3434
Corta de Cobre Las cruces en 2012
Profundidad:Profundidad:200 m200 m
Diámetro:Diámetro:1600 m1600 m
Afloramiento del acuífero Niebla–Posadas
20152015––IxtapaIxtapa––3535
Schreiber et al. 2014
Mina Cobre Las Cruces
Inversión en tratamiento de agua: 30 M€Produce los cátodos de Cu
Instalación hidrometalúrgica
20152015––IxtapaIxtapa––3636
Piezometría resultante de la explotación en 2012
20152015––IxtapaIxtapa––3737Schreiber et al. 2012
Evolución temporal del nivel piezométrico en Cobre L as CrucesPERIODO PRE–MINA SDR REAJUSTE INYECCIÓN
SECTOR 1
SECTOR 3
20152015––IxtapaIxtapa––3838
Schreiber et al. 20012
Condicionantes● que no entre agua exterior en corta minera● reinyectar todo el caudal drenado � con igual/mejor calidad que la natural● evitar en lo posible contacto del agua con sulfuros metálico s● abastecer las necesidades de la mina con� agua urbana depurada de San Jerónimo �no es reciclable� agua de fondo de costa (de contacto)
● vertido � tratar hasta mejor que agua potable● si es necesario � tratar con ósmosis inversa aguas● tener un hidrogeólogo residente●tras clausura (2025) y relleno � mantener el sistema operativo
Instalaciones
de contactode drenaje
Condicionantes hídricos para le explotación
Instalaciones10 plantas de tratamiento de aguas1 gran embalse20 balsas de regulaciónagua consumida 58% de contacto + 42% urbana regeneradaagua de planta hidrometalúrgica � casi desmineralizada por OI + intercambio iónico
Accionescorregir pH con H 2SO4 � evitar N de HNO 3 en vertido
� problemas � precipitación� optimizar
reducir B en agua tratada para reinyección � modificar membranas de OI (ósmosis inversa)pretratar químicamente aguas de contacto en balsas
� precipitar metales y filtrar � atención al As� optimizar
sulfatos � incrustacionessílice más frecuentes limpiezas
20152015––IxtapaIxtapa––3939
Re–inyección en la mina Cobre–Las Cruces
en la corta ~ 13 en Paleozoico se van desplazandoperimetrales 20 a 30
Sistema de bombeo–(re)inyecciónfuncionamiento en continuo
tiempo entre drenaje e inyección ~ 3 horas37 pozos/sondeos de drenaje
32 sondeos de (re)inyección � 5 a 11 L/s/sondeo 20152015––IxtapaIxtapa––4040
Afloramiento de agua en el interior de la mina
procedente del acuífero Niebla–Posadas
20152015––IxtapaIxtapa––4141
Mina Cobre Las Cruces . Anillo de extracción: 40 pozos
20152015––IxtapaIxtapa––4242
Mina Cobre Las CrucesAnillo de inyección en el contexto del entorno: 38 pozos
20152015––IxtapaIxtapa––4343
Hidrogeoquímica del acuíferoNiebla–Posadas
Relación Na–Cl: posibles procesos(Mezcla agua dulce–agua marina relicta)
Aporte de Na de la roca o de cambio iónico Ca–Na
20152015––IxtapaIxtapa––4444
Aporte de Na de la roca o de cambio iónico Ca–Na
Isotopía del agua: posibles procesos: Agua de zona distal: recarga a mayor elevación
bajo clima más fríoAgua de recarga posible efecto de evapoconcentración
Relación entre Cl/Br y Cl: posibles procesos:recarga y zona intermedia agua de recarga local
salinización por agua marina relicta (?)
13C: resultados: en %o PBDRecarga: –10
Intermedio: –9 a –8Entorno de la corta –7 a –5
Distal (–9 a –8)
Esquema de tratamiento del agua en Cobre Las Cruces
20152015––IxtapaIxtapa––4545
Tratamiento del agua en CobreLas Cruces
20152015––IxtapaIxtapa––4646
• Recharge: agua moderna (posterior a 1955) con 3H• Intermediate: 0,1–20 ka según 14C• Deep 1: 20–30 ka según 14C, 36Cl• Deep 2: >30 ka según 36Cl
Flujo en el acuífero Niebla–Posadas
Renewal: agua renovable
potableNonrenewal:
agua casi estacionariano potable
Scheiber et al. 2015
20152015––IxtapaIxtapa––4747
no potableexceso de salinidad,
NH4, B, AsB hasta 3,5 mg/L
As hasta 0,18 mg/LNH4 hasta 13 mg/L
Origen de los solutos en el acuífero Niebla–PosadasP
A
L
E
O
Z
I
C
o
C
E
N
O
Z
O
I
C
o
Mezcla
(1) Recharge: bajo NH4, As y B
(2) Intermediate: acuífero bajo > 200 m de margas
(3) Deep 1 y 2: tiempo de residencia >20 ka
Mezcla
20152015––IxtapaIxtapa––4848
Problemas surgidos o atribuidos
Exceso de entrada de agua en la corta
Incremento de entrada de agua a la corta (procede del Paleozoi co)restituir 0,4 hm 3/a � entran 0,8 hm 3/a¿adquirir derechos de agua locales?planta OI para 90 m 3/h � ahora debería tratar 220 m 3/h
Vertido ocasional de As en agua (fallo filtros)Falta seguridad ante paro prolongado de los sistemas
20152015––IxtapaIxtapa––4949