33910_MATERIALDEESTUDIO3

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3. VARIACIONES TEMPORALES EN LA COMPOSICION DEL AGUA SUBTERRANEA

Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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¿CUALES SON LAS CAUSAS DE LA CONTAMINACION DE AGUAS DE MINA? Los sulfuros, que son inestables en presencia del aire, son gradualmente meteorizados (oxidados) en labores ventilados y las rocas colindantes durante la fase extractiva. Lo mismo ocurre también en escombreras. Cuando los labores se inundan (o agua de lluvia percola a través de escombreras) los residuos de la meteorización se disuelven abruptamente el agua creciente que se vuelve altamente contaminada.


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MINERALES GENERADORES DE ACIDEZ (MGA)

‘Sales ‘Sales generadores generadores de ácidez’ ácidez’

Minerales Minerales secundari secundarios os formad formados os por la meteoriz meteorizaci ación ón de pirit pirita a en un ambie ambiente nte húmido húmido pero pero no saturad saturado. o. Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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ALMACENA ALMA CENAMIEN MIENTO TO DE ACIDE ACIDEZ Z - MGA En muchas circunstancias típicas en minería, la oxidación de pirita no logra liberar todos sus productos de oxidación al estado disuelto en un plazo breve. Más bien, la meteorización de pirita resulta inicialmente en la acumulación de minerales secundarios (los llamados "minerales generadores de acidez (MGA)"), que almacenan la acidez temporalmente en la zona nosaturada. Los MGA MGA son sulfat sulfatos os e hidróx hidróxisulf isulfatos atos de Fe y otros otros metales (Al, Zn, Cu, Cd, etc.).




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ALMACENA ALMA CENAMIEN MIENTO TO DE ACIDE ACIDEZ Z - MGA Entre los MGA más comunes se encuentran:

Melanterita: FeSO4.7H2O Römerita: Fe(2+)Fe(3+)2(SO4)4.14H2O Coquimbita: Fe2(SO4)3.9H2O Copiapita: Fe(2+)Fe(3+)4(SO4)6(OH)2.20H2O Jarosita (p.ej. J. potásica): KFe 3(3+)(OH)6(SO4)2 Los MGAs MGAs se encue encuentr ntran an en en la form forma a de cort corteza ezas s eflorescentes encima de materiales piríticos.


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EJEMPL EJE MPLOS OS DE DE LOS MGA - I Lámina Lámina pirítica, pirítica, Capa Inglesa Inglesa (antracit (antracita), a), Mina de Mont Montañ aña a Fabe Fabero ro (Grup (Grupo o Valdeguiza, León).

MGA en el el tajo tajo de una una mina mina al cielo cielo abiert abierto o de oro, oro, Ghana Ghana..




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EJEMP EJ EMPLOS LOS DE LOS LOS MGA MGA - II Llanura Llanura de colas pirític piríticas, as, meteoriza meteorizadas das formando formando aluminocopiapita y szomolnokita, szomolnokita, Milluni, Bolivia.

Mism Mismo o luga lugarr en la estación estación de lluvias lluvias..


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EJEMPL EJE MPLOS OS DE LOS MGA MGA - III

Aluminocopiapita Aluminocopiapita (blanc (blanco) o) encima encima de szomolnokita (turquesa), Milluni, Bolivia.




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EJEMPL EJE MPLOS OS DE DE LOS MGA - III Acumulación de MGA por por evap evapor orac ació ión n de la capa freática, freática, Witbank Witbank Coalfield, Africa del Sur

Aluminocopiapita Aluminocopiapita


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CONSECUENCIAS DE LA FORMACION Y DISOLUCION BRUSCA DE LOS MGA El almacenamiento de la acidez en la zona no-saturada por la precipitación de MGA complica la dinámica de la liberación de contaminantes ácidos de zonas mineras: Donde la acumulación de MGA es notable, las concentraciones más altas son simultaneas con las primeras escorrentías de la estación de lluvias. Donde no se acumulan los MGA, procesos de dilución dominan la liberación de contaminantes del sitio. En minas subterráneas, los MGA suelen acumularse durante largos periodos de tiempo (comprendidos por décadas hasta siglos) antes de disolverse por la inundación después del cese del desagüe. La lixiviación de la carga de contaminantes que resulta de la inundación y disolución de los MGA da lugar al fenómeno del “primer lavado”.




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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 1. El último día de trabajo:


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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 2. Hora Hora de clau clausu sura ra …




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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 3. Se empie empieza za la restau restaurac ración ión del sitio sitio …


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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 4. La restaurac restauración ión superfici superficial al avanza avanza …

Anota: Estr Anota: Estratifi atificaci cación ón quím química ica dell ag de agua ua du dura rant nte e re rebo bote te* * veáse: J. Contam. Hydrol. 69: 69: 101 101 - 114 114 (200 (2004) 4) Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade



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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 5. El siti sitio o anti antigu guo o ya pare parece ce muy muy boni bonito to …

Anota: estra Anota: estratific tificació ación n quím química ica dell ag de agua ua du dura rant nte e re rebo bote te* * veáse: J. Contam. Hydrol. 69: 69: 101 101 - 114 114 (200 (2004) 4) Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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MINA SUBTERRANEA REBOTE DESPUES DEL CIERRE 6. Se Se comie comienza nza la desc descarg arga a de agua agua de mina mina.. Río Río roj rojo o– contaminado

La estratific estratificación ación se derribe: derribe: Se empie em pieza za des descar carga garr agu agua a con contam tamina inada da Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade



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DETALLES DE LOS PROCESOS QUE TOMAN LUGAR DURANTE EL REBOTE Disminución de la tasa de influjo de agua subterránea a las labores. Cambios fuertes en el magnitud del coeficiente de almacenamiento. Cambios repentinos en la integridad de las labores.


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DISMINUCION DE LA TASA DE INFLUJO DE AGUA SUBTERRANEA A LAS LABORES Refleja la reducción del gradiente hidráulica entre las labores y las fuentes de agua subterránea en acuíferos vecinales. Resulta en una descarga al final del rebote más pequeño que la previa previa tasa de bombeo bombeo (entre (entre 90% - 40% del del original; 60% como promedio de ejemplos en el R.U.). El mismo proceso ocurre ocurre durante la inundación de minas al cielo abierto (en la formación de lagos de tajo ( pit lakes)). lakes)).




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REBOTE CON CON Y Y SIN DISMINUCION DE INFLUJO

o c i t á e r f l e v i N

Tiempo Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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CAMBIOS FUERTES EN LA MAGNITUD DEL COEFICIENTE DE ALMACENAM ALMACENAMIENTO IENTO Para una tasa determinada de recarga, la rapidez de rebote se determina por la magnitud del coeficiente de almacenamiento (S). El valor de S en un sistema de labores mineras depende de la posición actual del nivel freático: - Valores altos corresponden a rebote bajo condiciones freáticos, mientras que el nivel freático atraviesa las labores mismas y las zonas fracturadas suprayacentes. - Valores bajos corresponden a la subida del nivel potenciométrico a través través de estratos intactos.




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REBOTE CON CON Y Y SIN CAMBIOS REPENTINOS EN EL VALOR DE S

o c i t á e r f l e v i N


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REBOTE CON CAMBIOS REPENTINOS EN EL VALOR DE S: EJEMPLO REAL Rebound Rebound reaches reaches Brass Brass Thill Thill Seam Seam

120 110 100 90

) D O A m ( l e v e L r e t a W

Rebound Rebound reaches reaches Hutton Hutton Seam

80 70 60 50 40 30 20 10 0

4 7 . 1 . 0 1

4 7 . 8 . 8 2

5 7 . 4 . 5 2

6 7 . 1 . 9 2

6 7 . 8 . 6 2

7 7 . 4 . 0 2

7 7 . 1 1 . 7 1

8 7 . 8 . 3 2

9 7 . 3 . 7

9 7 . 0 1 . 0 3

0 8 . 5 . 2 2

0 8 . 2 1 . 2 2

1 8 . 7 . 3 2




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LA EXPERIENCIA MAS BRUTAL: LA MINA ‘WHEAL JANE’, CORNUALLES Mina de estaño y zinc en un campo minero de gran antigüedad. La mina mina se cerró cerró en Marzo Marzo 1991. El rebote rebote tomó solamente solamente 9 meses. meses. Muestreo del agua al tope de la columna de agua en el pozo principal principal reveló reveló una estratific estratificación ación hidroquí hidroquímica mica muy fuerte. fuerte. La mala interpretación del significado de esta estratificación resultó resultó en unos unos errores errores graves por parte parte del del equipo equipo de gestión durante los días tempranos del episodio.


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WHEAL WHEA L JANE JANE – UBIC UBICACIO ACION N km 0

10

20

Wheal Wheal Jane Jane mine site Nangiles Adit Portal

TRURO Clemows Valley Tailings Dam Jane’s Adit Carnon Portal River

CHACEWATER

Country Adit Portal Portal

Younger et Younger et al 2005 Science of the Total Environment 137– 154 154 338: 137–

Hicks Mill Stream

N

Mount Wellington Adit Portal

Devoran Bridge

Restrongue t Cree Creek k

River Fal Carrick Roads

PENRHYN

FALMOUTH Fal Estuary




13

111

mg/l 100

10

Wheal Jane: Estratificación hidroquímica dura du rant nte e el peri pe riod odo o de rebote.

2 50 . o N o z o P ) 100 m ( d a d i d n 150 u r P

180

1000

1000

Nivel freático Zn pH

Fe

Cu

2

4

6

pH scale Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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UNA LEYENDA CORNUALLENSE “La “La fal falta ta de plan planos os de mina mina para para el inté intérv rval alo o entr entre e la supe superf rfic icie ie y las las labo labore res s mode modern rnas as meno menos s prof profun unda das s es debi debida da a una una perd perdíd ída a de info inform rmac ació ión n hist histór óric ica” a” Implicación Implicación de la leyenda: leyenda: El rebot rebote e continua continuará rá con la la misma misma rápidez rápidez al acercánd acercándose ose a la superfici superficie. e. En realidad : Nun Nunca ca hubie hubiero ron n labo labore res s y la la fas fase e últi última ma del del rebo rebote te pasó pasó muy rápi rápidam dament ente. e.




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¿PLANOS PERDIDOS O FALTA DE LABORES? Nivel Nivel de decan decantac tació ión n por por la bocamina.

Niveles observados: ¡no hay labo labores res en la zona zona crític crítica! a!

o c i t á e rf l e v i N

Predicción bajo bajo la asunci asunción ón de una sencil sencilla la ausenc ausencia ia de planos.


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WHEAL WHEA L JANE JANE – ENER ENERO O 1992 1992




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LA DESCARGA DE WHEAL JANE • Análisis de las aguas. aguas. • Y los valores permitidos. Concentración (μg/L)

Valor permitido ( μg/L)

3

6–9

Arsénico

6 000

50 (disuelto)

Cadmio

600

1

Cobre

7 000

28 (disuelto)

Hierro

600 000

1 000 (disuelto)

Niquel

1 200

200 (disuelto)

Zinc

440 000

500

pH


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WHEAL WHEA L JANE JANE – ENER ENERO O 1992 1992




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SISTEMA DE TRATAMIENTO TEMPORAL

Dosis con cal.

Aeración – oxidación de Fe2+

Dosi Dosis s con con floculantes.

Sedimentación en la antigua balsa de estériles.


PRIMER LAVADO DE WHEAL JANE (CON SIMULACION DEL PROCESO POR UN MODELO ANALITICO)

118

1200

1000 ) l / g m ( n 800 o i t a r t n 600 e c n o c 400 n o r I 200

0

1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 1 3 5 7 9 5 0 5 0 6 1 6 1 6 2 7 2 7 2 8 3 8 3 8 4 9 4 9 4 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 0 0 1 1 2 1 1 1 1 1

Time in days days sinc since e floo floodin ding g of mine compl complete ete Younger 2000, Jl. Contam. Hydrol., Hydrol., 44: 47 - 69




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WHEAL JANE HOY DIA

Desp Despué ués s de 8 años años de investigacón, se cons constr truy uyó ó un sis siste tema ma a lodo lodos s de alt alta a dens densid idad ad (HDS).


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SIN EMBARGO ... Wheal Wheal Jane Jane no es es la únic única a fuente fuente de contamina contaminación ción en la cuenca. cuenca. Otra balsa de estériles abandonada Galerí Gale ría a de drenaje regional – “The County Adit”




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MINA SUBTERRANEA DESPUES DE CUMPLIRSE EL REBOTE 7. Surge esperanza nueva: ‘El ‘El primer lavado’.

Recarga fresca mejorando la calidad del agua de mina Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade

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MINA SUBTERRANEA DESPUES DE CUMPLIRSE EL REBOTE 8. El ‘primer lavado’.




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EL PRIMER LAVADO tl

tf = (3.95 ± 1.2) tr Acidez total

Tiempo Tiempo (escala (escala de décadas) décadas)

veáse: J.

Contam. Hydrol Hydrol .

44: 47 - 69 (2000) (2000)


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DESPUES DEL PRIMER LAVADO … Un balance fino: Los sulfuros se meteorizan significativamente solamente encima del nivel freático. Los silicatos y carbonatos disuelven encima o debajo del nivel freático. Jerarquía de cinética: Carbonatos > sulfuros > silicatos. La calidad del agua al largo plazo se determina por: La razón sulfuros / (carbonatos + silicatos). La geometría hidrológica del sistema.




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EVOLUCION TEMPORAL Aguas Aguas alcalinas alcalinas

Abastecimiento acumul acu mulado ado de acid ac idez ez / alcalinidad

Aguas Aguas ácidas ácidas

Abastecimiento rápido rápido de alcalinida alcalinidad d por disolución disolución de carbonatos Abasteci Abastecimient miento o de acidez acidez por disolución disolución de pirita

Abastecimiento despacio despacio de alcalinid alcalinidad ad por disolució disolución n de silicatos Tiempo


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DESPUES DEL PRIMER LAVADO: LA MINA DE CARBON ‘BARDON MILL’, 40 AÑOS DESPUES DEL CIERRE




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MAS CONSECUENCIAS DEL REBOTE 1. Durante la extracción Bomba de desagüe.

Nivel piezométrico original. Túnel de desagüe y ventilación.

Río

Nivel piezométrico durante bombeo. Acumulación de minerales minerales generadores de acidez.

Galería minera.


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MAS CONSECUENCIAS DEL REBOTE 2. Desp Después ués del cese cese del bombeo bombeo Bomba de desagüe. Nivel piezométrico original. Río contaminad contaminado o por por desc descar arga ga de aguas aguas ácidas. ácidas.

Los minerales generadores de acidez se disuelven, contaminando el agua.

Nivel piezométrico sube dentro de la galería.




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MAS CONSECUENCIAS DEL REBOTE 3. Si el túnel se sella o se tapona por derrumbes.. La presión de agua aumenta detrás del tapón

La rotura catastrófica del tapón resulta en la liberación súbita de agua contaminada


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EJEMPLOS DE ROTURAS CATASTROFICAS CATASTROFICAS

Antes

Después

Descarga Descarga de aguas de mina en Sheephouse Wood, Yorkshire, Yorkshire, R.U., on 28 Febrero Febrero de 2002. 2002. Dr. Tobias Tobias Stefan Stefan Rötting Rötting - trotting@e [email protected] xpo.interca ntercade.o de.org rg - Consultor Consultor Intercade Intercade



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EJEMPLOS DE ROTURAS CATASTROFICAS CATASTROFICAS




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