Este documento describe varias técnicas de biotecnología que pueden aplicarse en el cierre de minas para promover la estabilidad biológica, incluyendo la biorremediación, fitorremediación y biotratamiento de efluentes. Estas técnicas utilizan procesos naturales como la degradación microbiana y las plantas para inmovilizar o transformar contaminantes como metales pesados en formas menos tóxicas. El objetivo principal es lograr la estabilidad biogeoquímica y remediar áreas de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL
PERU
Escuela de Posgrado
Unidad de Posgrado de la Facultad de Ingeniería de
Minas
Mención
Seguridad y Medio Ambiente en Minería
Asignatura:
Cierre de Mina y Tratamiento de Solidos Efluentes
Docente:
Dr. Meneses Rivas José Luis
Trabajo:
Estabilidad Biológica en Cierre de Mina
Alumno:
Cabanillas Fernández Fernando I.
Huancayo mayo 2016

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ESTABILIDAD BIOLOGICA EN CIERRE DE MINAS
1. INTRODUCCIÓN.
En la actualidad se están imponiendo procesos de cierre innovadores que permiten considerar a los
residuos mineros como recursos potenciales a través de programas de valorización y aprovechamiento de
subproductos. Este planteamiento fomenta el uso racional de los recursos naturales mediante técnicas más
eficientes que incrementan el número de aplicaciones de los recursos y reducen el volumen final de residuos, al
mismo tiempo estas actuaciones constituyen una oportunidad de negocio de subproductos y materiales
secundarios,ademásdeconstituirunavíaalareduccióndeloscostosdetratamientoydeclausura.
Por tanto, en las propuestas de planes de cierre deben contemplarse el reciclado y el aprovechamiento
eficiente de los materiales, recursos e instalaciones, a fin de minimizar los volúmenes de almacenamiento final,
controlar las emisiones contaminantes y reducir los costos de cierre. Para asegurar la viabilidad técnica,
económica y medioambiental de los planes de cierre, éstos deben realizarse con las mejores técnicas
disponibles (MTD), empleando tecnología limpias con materiales del lugar, y deben ejecutarse en lo posible
conjuntamente con el proyecto de explotación y su costo debe incorporarse en el estudio de rentabilidad
económicayrepercutirsedurantelavidadelamina.
La aplicación de estas tecnologías limpias (biotecnología) en el cierre de minas, permite remediar y
estabilizar áreas degradadas, controlar la erosión y la recuperación del paisaje, inmovilizar metales a formas
menos biodisponibles o transformarlos a sustancias más estables mediante procesos físicos, químicos y
biológicos como los que se fomentan en los sistemas de tratamiento pasivo, a fin de desarrollar un minería
sostenidaydeconservacióndelosecosistemasypaisajesdeentornosmineros(Fig.1).
Figura 1. El inventario ambiental permite recuperar los terrenos ocupados temporalmente por la minería.
2. ESTABILIDAD BIOGEOQUIMICA EN EL CIERRE.
La efectividad de la estabilidad y eliminación de contaminantes esta en función al grado de accesibilidad del
compuesto para ser asimilado porlosseres vivos(biodisponibilidad). En elcaso de una sustanciatóxica,

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cuanto más biodisponible se encuentre mayor será la probabilidad de movilización por los seres vivos. La
biodisponibilidad está determinada por las propiedades fisicoquímicas del compuesto, principalmente por su
solubilidad en líquidos, o su capacidad para adsorberse a sustancias sólidas o para volatilizarse. Tal es así, que
las sustancias volátiles o fuertemente adsorbidas a partículas sólidas no van a estar al alcance de muchos
seres vivos, lo que reduce su potencial de toxicidad. Además la biodisponibilidad de una sustancia tóxicaenel
ambientesueledisminuirconeltiempo(envejecimiento).
2.1. Evaluacióndegeneraciónácidaenlosplanesdecierre.
Teniendo en cuenta que con el tiempo algunos minerales se comportan como ácido productores y otros
como generadores de alcalinidad que neutralizan la acidez, conociendo esta característica se puede predecir la
calidaddelosdrenajesdeminacuandoseproduzcalaalteracióndelosmaterialesexcavados.Paraellose recurre
alempleodeunoovariosensayosestáticosenelquesedeterminaelpotencialácido/basedelos materiales,
asícomoalempleodeensayoscinéticos(principalmentemétodosdelixiviación)insituoen laboratorio en los
que se reproducen las condiciones ambientales de campo (físicas, químicas y biológicas). También se puede
utilizarotrastécnicasqueincluyenprocedimientosgeofísicosy/ogeoquímicos.
Los ensayos estáticos, se basan en la evaluación del balance entre el potencial de generación ácida AP
(oxidación de minerales sulfurosos) y la capacidad de neutralización ácida NP (disolución de carbonatos y otros
mineralesque aportan alcalinidad). Entre lastécnicas deanálisis estáticode mayor aplicación tenemos larelación
ácido/base (NP/AP) y Contenido de Azufre (Fig. 2), el ensayo de generación ácida neta (NAG) con la medida de
conductividad(EC)ypHenpasta,entreotros.
Figura2.Relacióndelospotencialesdegeneraryconsumiracidezyelcontenidodeazufreparadeterminar la
generaciónácidaderesiduosmineros.
2.2. Biotecnologíaenlaremediaciónderesiduosminerossólidosylíquidos.
En minería las principales técnicas de remediación de residuos sólidos y líquidos aplicables en los planes de
cierre son la biorremediación, la fitorremediación y el biotratamiento, que utilizan procesos naturales de
degradaciónyorganismosvivos,yseaplicansolosocombinados.
A diferencia de otros tipos de compuestos que contaminan el medio, la dificultad para eliminar los metales
pesados de lugares contaminados, estriba en la imposibilidad última de su destrucción o biodegradación
debido a su naturaleza química. La biotecnología aporta posibilidades para inmovilizar los metales en formas no
biodisponibles, para concentrar los metales diluidos utilizando una biomasa diseñada con ese fin, para convertir
losionesmetálicostóxicosenformasquímicasmásinocuas.
2.2.1. Biorremediación de suelos.

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Como procesos de biorremediación de suelos contaminados se encuentran los tratamientos de
landfarming, la utilización de biofiltros o biorreactores y empleo de técnicas de compostaje. En estos procesos la
actividad biológica de los microorganismos es fundamental, además de las características fisicoquímicas y
biológicas de los suelos a tratar, la naturaleza y concentración de los contaminantes, la dinámica de los
contaminantesenelsuelo,ylosprocesosdetransformacióndeloscontaminantes.
Los factores que afectan a la biorremediación pueden ser: ambientales (temperatura, pH, nutrientes,
oxígeno, la humedad, etc.) que proporcionan las condiciones óptimas para el crecimiento de los
microorganismos; físicos como la disponibilidad del contaminante para los microorganismos y, químicos en
dondesecontemplalaestructuramoleculardelcontaminanteysucapacidadparaserbiodegradado.
Las estrategias más viables de biorremediación son la bioestimulación que se consigue aumentando la
velocidad de crecimiento de los microorganismos para potenciar la degradación de los contaminantes, y la
bioaumentación o bioincremento que consiste en incrementar la comunidad bacteriana mediante la adición de
cultivosespecializados,desarrolladosparamejorarlaeficaciaenladegradacióndecontaminantes.
2.2.2. Fitorremediación.
Es un procedimiento que utiliza especies vegetales para contener, inmovilizar, remover o neutralizar
compuestos orgánicos, elementos traza o elementos radiactivos que pueden ser tóxicos en aguas o suelos. Esta
técnicaincluyecualquierprocesobiológico,físicooquímicoquerealizanlasplantasomicroorganismos (rizosfera)
para absorber, secuestrar y degradar contaminantes. Existen distintos tipos de fitorremediación en función de la
forma y el lugar de actuación, destacan: la fitoestabilización (cuando se trata de evitar la dispersión de
contaminantes y la erosión del suelo), la fitoextracción (su objetivo es trasladar los contaminantes desde
elsueloalaparteaéreadelasplantas),lafitodegradación(buscatransformarlos contaminantesenmoléculas
inocuas), o la rizofiltración (extracción de contaminantes de soluciones acuosas por acumulación en el sistema
radiculardelasplantas).
La ventaja de esta técnica es su bajo costo en trabajos de estabilización del suelo y en la mejora del
paisaje,asícomoenlareduccióndelacargacontaminante,aunqueeltiemporequeridoparallevaracabo este
tipo de remediación es más largo que el empleado por otras técnicas. Generalmente la fitorremediación se
realiza por fitoextracción y fitoestabilización (fitorrestauración), que consisten en llevar a cabo
inactivaciones insitu de los contaminantes por medio de la revegetación o la utilización de enmiendas con
capacidadfijadoraconlosqueseconsigueinmovilizaralgunosmetales.
En el proceso de fitoextracción las plantas hiperacumuladoras convierten los contaminantes que extraen del
suelo a componentes inocuos o volátiles. Para ello se siembran las plantas con capacidad (natural o
adquirida por ingeniería genética) de extracción del contaminante específico, luego de un tiempo determinado se
cosecha la biomasa y se incinera, seguido de un vertido o un tratamiento de las cenizas dependiendo del
contaminante. De esta forma, los contaminantes acumulados en las plantas no se transmiten a través de las
redesalimentariasaotrosorganismos.
Tanto las plantas como las enmiendas que se aplican al suelo, se utilizan para extraer o cambiar la forma
química de los contaminantes, disminuyendo su disponibilidad química o biológica y reduciendo el riesgo de
contaminación. El uso de técnicas de fitorremediación incluye la utilización de aditivos que inmovilizan los
metales en el suelo. Las plantas adecuadas para llevar a cabo acciones de este tipo deben cumplir algunas
características como tolerancia al metal que haya que eliminar, que la acumulación se produzca
fundamentalmente en la aparte aérea de la planta, que presenten rápido crecimiento y alta producción de
biomasaenlaparteaérea.
Se conocen más de 400 especies de plantas con capacidad para hiperacumular selectivamente alguna
sustancia, en la mayoría de los casos no se trata de especies raras sino de cultivos conocidos, como el
girasol,laalfalfa,lamostaza,eltomate,lacalabaza,elesparto,elsauceyelbambú.
2.3. Biotratamiento de efluentes.
Consiste en emplear microorganismos y plantas para eliminar (degradar) los contaminantes y/o
transformarlosenotrasespeciesquímicasmenosagresivasoinocuas.Cuandoelcontaminantenosepuede

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biodegradar, como sucede con los metales pesados, una de las estrategias utilizada es la bioacumulación y
posterior retirada del organismo que ha acumulado el contaminante, o la biotransformación del contaminante en
otras sustancias más estables y menos tóxicas, como sucede con la formación de fases sólidas en los
dispositivosdetratamientopasivo.
Cuando los drenajes que proceden de las instalaciones mineras tienen grandes caudales, con elevada
carga metálica, conviene realizar primero la estabilización física de las estructuras, seguido de los trabajos de
sellado y restauración para minimizar las descargas de efluentes y hacerlas aptas para su tratamiento en
dispositivospasivos(Fig.3)oinclusoinducirsuremediaciónmedianteprocesosdeatenuaciónnatural.
Figura 3. Celdas de tratamiento pasivo de aguas ácidas de mina.
La filosofía general de los tratamientos pasivos se basa en procesos físicos, químicos y biológicos que
ayudan a cambiar las condiciones de Eh y pH de las aguas ácidas, de forma que se favorezca la formación de
especies insolubles que precipiten como oxihidróxidos metálicos. Por lo general, en estos sistemas, se
recurre al uso de material alcalino para neutralizar la acidez, así como al empleo de vegetación y/o
microorganismos. En el caso de las bacterias catalizan las reacciones y aceleran los procesos que forman
precipitadosdebajasolubilidad.
Entre los métodos pasivos con mayor aplicación en el tratamiento de flujos superficiales (Fig. 4) destacan los
de base química (abiótica) como los drenajes anóxicos calizos (ALD, Anoxic Limestone Drains), los canales
óxicos calizos (OLC, Open Limestone Drains), las balsas o estanques calizos (LP, Limestone Pons), y los de
base biológica como los humedales aerobios (Wetland), los humedales anaerobios o balsas orgánicas
(Wetland Compost), los sistemas sucesivos de producción de alcalinidad (SAPS, Successive Alkalinity
Producing Systems). En elcasodedrenajesconflujos subsuperficialesy/osubterráneossepueden remediarcon
algúntipodebarrerareactivapermeable(PRB,PermeableReactiveBarriers)y,paralagos mineros se están
desarrollando con éxito sistemas basados en bioprocesos anaerobios (Pit Lake Remediation).
Figura 4.Alternativas de tratamiento pasivo para efluentes de mina.

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En todos los casos el objetivo principal es la supresión de la acidez, la precipitación de los metales
pesados y la eliminación de sustancias contaminantes. En la práctica estos métodos operan en condiciones
aerobias o anóxicas y se emplean solos o combinados, dependiendo del tipo de drenaje y de los
requerimientosdetratamiento(Fig.5).
Figura 5. Sistema de Humedales (Wetlands) y dispositivos de separación sólido-líquido.
2.3.1. Debasequímica.
Los sistemas de base química para flujos superficiales utilizan la caliza como agente principal de
neutralización, cuyo objetivo principal es incrementar el pH y generar alcalinidad para disminuir la acidez del
agua. Algunos funcionan en condiciones anóxicas (ALD), otros en atmósfera abierta como LP y OLC, en
dondeseproducenprocesosdeneutralización,oxidaciónyprecipitación.
Entre los dispositivos más empleado de base química están los Drenajes Anóxicos Calizos (ALD), estos
dispositivos consisten en una zanja de caliza enterrada a más de un metro de profundidad y sellada a techo por
unacapadetierraarcillosa yunaláminasintéticaimpermeable, generalmentedepolietilenodealta densidad
(PEAD) y protegido con un geotextil para evitar punzonamientos, con lo que se impide la entrada de oxígeno y se
incrementa la presión parcial del CO2 para maximizar la disolución de la caliza. El agua ácida de mina circula por
el interior de la zanja provocando la disolución de la caliza, lo que genera alcalinidad (HCO3- + OH-) y eleva el
pH del agua.
2.3.2. Debasebiológica.
En los sistemas de base biológica (wetlands y SAPS) están implicados diversos procesos mediados por
microorganismos que catalizan las reacciones de oxidación e hidrólisis, además de la reducción bacteriana del
sulfato. Para ello, generalmente se recurre al empleo combinado de substratos orgánicos y de materiales
alcalinos. En el caso de los humedales (wetlands) además se incluyen plantas de rápido crecimiento y
adaptadasavivirenmediosácidos.
El empleo de vegetación palustre emergente en los humedales, además de favorecer una integración
naturalconelentorno,tieneventajasañadidas,como:
 Lasplantasayudanacontrolanlaconductividadhidráulica deldispositivo,elcrecimientoderaícesforma un
substratoporosoeincrementalacirculacióndelaguaporlarizosfera.
 Lavegetacióneliminaalgunosnutrientesporasimilación,intercambioiónicoyadsorción.
 Las raíces emergentes introducen oxígeno al medio, creando una zona oxigenada en la rizosfera que
favorece una serie de procesos de oxidación y formación de fases sólidas que precipitan y se depositan en
elfondoosonarrastradosporelagua.
 Las plantas viejas y muertas favorecen la formación de materia orgánica en el dispositivo, lo que
intensificalaactividadbacterianaeincrementalaeficaciadetratamientobiológico.

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 Los tallos y las hojas de las plantas diversifican los flujos que atraviesan los humedales y evitan la
formacióndevíaspreferentes.
 Eldetritusorgánico yelcarbonoempleadoporlasplantasdurantelafunciónclorofílicaproporciona
alimentoalosmicroorganismospresentesenloshumedales.
Uno de los dispositivos de este tipo lo constituyen los Sistemas de Generación Sucesiva de Alcalinidad
(SAPS)quetrabajanenpermanenteinundación,elaguafluyeporgravedadatravésdeunsubstratoorgánico yotro
de material alcalino. El incremento del pH hasta niveles cercanos al neutro se debe a la alcalinidad de los
bicarbonatosque segeneran en elsistema apartir de lareducción anaerobiadelsulfato yla disolución de la caliza
(CaCO3). Para favorecer las condiciones anóxicas, deben funcionar con una altura de la lámina de agua mayor
a 60 cm, esta lámina cubre un substrato permeable de un espesor de 30-60 cmformado mayoritariamente
por material orgánico (70-90% de estiércol, compost, turba, heno, aserrín, etc.), queestá dispuesto sobre una
capadecalizacuyadisoluciónaportaalcalinidadalagua(Fig.6).
Paraoptimizarlareducción delsulfatoyelincremento delpHenelsistema, elaguaqueentraporlaparte
superior se embalsa para conseguir condiciones de anoxia en las capas inferiores, y se fuerza a un flujo
vertical a través de las capas de materia orgánica y caliza, para finalmente drenarla desde la base y
conducirlageneralmenteaunabalsadedecantaciónparasepararlosprecipitados.
Entre los principales aspectos a tener en cuenta en el diseño de un SAPS tenemos: las características del
agua a tratar, el área o superficie, la geometría del dispositivo, la profundidad de la celda de tratamiento, el
tiempo de retención hidráulica, la composición de los substratos, además de las condiciones hidrológicas del

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lugar,loscambiosdetemperaturayelclima.
Figura 6. Disposición de las capas y líneas del flujo en un SAPS.
REFERENCIAS.
1. Aduvire,O.,Escribano,M.,García-Bermudez,P.,López-Jimeno,C.,Mataix,C.yVaquero,I.2006.Manual de
ConstrucciónyRestauracióndeEscombreras.Ed.ETSIM-UPM.633pp.ISBN:84-96140-20-2.
2. Alpers, C. y Blowes, D. (1992). Environmental geoche-mistry of sulfide oxidation. National Meeting of the
AmericanChemicalSociety.Washington,DC.325-342.
3.Brix,H.1994.Useofconstructedwetlandsinwaterpollutioncontrol:historicaldevelopment,presentstatus, and
futureperspectives.Water,ScienceandTechnology,30,(8),209-223.
4.Ross,B.1990.Thediversioncapacityofcapillarybarriers,WaterResourcesResearch,26,625-2629.
5.Wates,J.A.,Rykaart,E.M.1999.ThePerformanceofNaturalSoilCoversinRehabilitatingOpencastMines and
WasteDumpsinSouthAfrica. WaterResearchCommissionReport575/1/99,ISBNNo.1868456139.
6.Zayed,A.,Gowthaman,S.yTerry,N.1998.Phytoaccumulationoftraceelementsbywetlandplants.Journal of
EnvironmentalQuality,27,(3),715-721.
7. Zehner,W.B.,Cornelius,J.M.yBesson,D.L.1997.Acid/baseaccountandminesoils:areview.14thAnnual
NationalMeetingoftheAmericanSocietyforSurfaceMiningandReclamation.Autin,Texas,May,404-409.
8.Ziemkiewicz, P.F. y Brant, D.L. 1997. The Casselman river restoration project. 19th Annual Conference of the
NationalAssociationofAbandonedMineLandsPrograms.Davis,WestVirginia,August,9pp.