Evolution of flood levels of open pits in the Tharsis mining district and characterization of the pollutant load from acid mine drainage sources

Resumen

El distrito minero de Tharsis es el segundo más importante de la Faja Ibérica de Pirita (IPB). La intensa explotación de sulfuros llevada a cabo desde la Edad del Cobre pero, sobre todo, desde la segunda mitad del siglo XIX hasta finales del XX ha dejado grandes escombreras y otros residuos mineros ricos en sulfuros en la zona, donde los drenajes ácidos de minas (AMD) son generados, junto con cuatro lagos mineros ácidos (Filón Norte, Sierra Bullones, Filón Centro y Filón Sur). Se realizó una caracterización del funcionamiento hidrológico y evolución de los lagos de mineros. Se desarrolló una metodología simple basada en el uso de las ortofotografías disponibles y el Modelo Digital de Terreno (DTM), junto con el balance hídrico de los lagos mineros, que podría ser aplicado a otros sitios mineros abandonados. La acumulación de grandes volúmenes (5.2 hm3) de aguas ácidas y ricas en metales en estos lagos mineros plantea una grave preocupación ambiental. Los resultados mostraron que las cortas mineras de Sierra Bullones y Filón Norte están conectadas subterráneamente y presentan la misma evolución, con una transferencia de agua de Sierra Bullones a Filón Norte. El nivel del agua en ambos lagos mineros está aumentando, con un aumento promedio de 2.8 m/año desde el comienzo de las inundaciones. Sin embargo, el aumento en la tasa de evaporación, como resultado del incremento del área inundada a medida que aumenta el nivel del agua, induciría un equilibrio hidrológico antes de alcanzar el nivel de desbordamiento, lo que conduciría a la formación de un lago terminal. Por otro lado, el nivel del agua en los lagos mineros de Filón Centro y Filón Sur se mantiene aproximadamente estable. El primero se comporta como un lago flow-through o terminal, dependiendo de la precipitación anual, mientras que el segundo actúa permanentemente como un lago flow-through. Además, se estudió la influencia de los procesos hidrogeoquímicos y la tipología de residuos sobre los parámetros fisicoquímicos y concentraciones disueltas de contaminantes en las aguas ácidas generadas en tres periodos hidrológicos diferentes (seco, húmedo e intermedio). En la zona se producen lixiviados extremos, alcanzando incluso pH negativos y concentraciones de hasta 2.2 g/ L de As y 194 g/L de Fe. El plomo es el elemento menos móvil en disolución probablemente debido a la precipitación de minerales secundarios de Pb y/o su coprecipitación sobre oxihidroxisulfatos de Fe. El arsénico, Cr y V también se coprecipitan con minerales de Fe. Se identificaron patrones estacionales en los contenidos metálicos: elementos provenientes de las rocas hospedantes, como Al, Mn y Ni, mostraron sus concentraciones máximas en el período seco, cuando la dilución con agua dulce es menor y la interacción agua-roca y evaporación es mayor. Por otro lado, As, Cr, Fe, Pb y V mostraron concentraciones mínimas en el período seco debido a la intensa precipitación de oxihidroxisulfato de Fe. La carga contaminante más alta de las minas Tharsis ocurre en el período húmedo (139 ton/día de SO4, 44 ton/día de Fe, 6.7 ton/día de Al, etc.) mientras que en el período intermedio, es solo una cuarta parte, y en el período seco, es mínimo debido a los bajos caudales. Aproximadamente la mitad de los contaminantes liberados llega a la cuenca del río Meca, mientras que la otra mitad se une al río Oraque, aunque se producen algunas diferencias según el elemento y la temporada. Estos vertidos acidifican el agua del Embalse Sancho y comprometerán la calidad de las aguas del nuevo embalse, actualmente en construcción aguas abajo del río Oraque. Las concentraciones y patrones normalizados de elementos de tierras raras (REEs; subdivididos en ligeros (LREEs: La to Sm), medios (MREEs: Eu to Dy) y pesados (HREEs: Ho to Lu)), su comportamiento en la red fluvial y las contribuciones de REEs de fuentes AMD también fueron analizadas. Se observaron altas concentraciones de REEs, con un valor medio de 1,747 μg/L. Las concentraciones de REEs muestran una correlación positiva con la conductividad eléctrica (CE). Sin embargo, las concentraciones más altas de REEs ocurrieron en muestras con niveles intermedios de contaminación y valores de CE. Las correlaciones más altas de REEs medio (MREEs) y REEs pesado (HREEs) ocurrieron con elementos relacionados con mineralizaciones hidrotermales de Mn y Ni. Los patrones normalizados de AMD mostraron un enriquecimiento de MREEs sobre REEs ligero (LREEs) y HREEs en todas las muestras. El uso de patrones REEs como trazadores geoquímicos confirmó el comportamiento conservador del REEs en la red fluvial en condiciones de pH ácido bajo. La cuantificación de REEs liberado de fuentes de AMD a cuerpos de agua reveló que la carga principal de REEs ocurre durante el periodo húmedo con 6.6 kg/día de LREEs, 1.1 kg/día de MREEs y 0.5 kg/día de HREEs.