EnsayosderemediaciónenzonascondrenajesácidosdelasexplotacionesminerasdeuraniodeSaeliceselChico(Salamanca)mediantelaaplicaciónde"tecnosoles"

15/06/16

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INTRODUCCIÓN:SITUACIÓNDELEMPLAZAMIENTO(1/6)

Planta Elefante (instalaciones de proceso y eras de lixiviación) desmantelada yExplotaciones Mineras (huecos y escombreras) restauradas. En ambos caso se procedió a laestabilización in situ de los estériles, acondicionando y remodelando las estructuras enconfiguraciones estables, aislándolas con capas de protección medioambiental.

Planta Quercus (en cese definitivo de explotación): presentada solicitud dedesmantelamiento por fases. La Fase I no incluye las estructuras de almacenamiento de aguas(dique de estériles y balsas de gran capacidad) y una planta de tratamiento químico, porqueson necesarias para la gestión de aguas debido a la existencia de drenajes ácidos (AMD), quecondicionan la clausura definitiva del emplazamiento.

Explotaciones mineras de uranio de Mina Fe (Saelices elChico, Salamanca) activas entre los años 1976 y 2000 (81Mt de zafras, con 12 Mt de mineral y una producción deunas 5.700 t U3O8).

Desde 2001 actividades para clausura delemplazamiento con el objetivo de conseguir condicionesmedioambientales y radiológicas (aire, suelos y aguas) lomás parecidas a las existentes antes de la explotación.Afectan a dos plantas de fabricación de concentrados deuranio y a las propias explotaciones mineras:

INTRODUCCIÓN:SECCIÓNTIPODELASCAPASDECUBIERTA (2/6)

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Cubiertadesuelovegetal

Escolleradeprotección

Arcosaarcillosa

(Espesores variablesen función de laactividad radiológicaresidual del materialsubyacente)

ESTÉRIL SELECCIONADO (30-90 cm)

ARCOSA ARCILLOSA (30-90 cm)

SUELO VEGETAL (30-50 cm)

TERRENO ORIGINAL

20% (11º)

MINERAL AGOTADO O ESTÉRIL DE MINA

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May2004

Mayo2016Mayo2004

Diciembre2000 Junio2016

INTRODUCCIÓN:AVANCEENLAREHABILITACIÓNMINERA(3/6)

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INTRODUCCIÓN:VISTASPANORÁMICASACTUALES(4/6)

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INTRODUCCIÓN:DRENAJESÁCIDOS(5/6) Presencia de PIRITA (sulfuro de hierro) en las rocas del emplazamiento que se oxida en

condiciones superficiales, produciendo acidez en las aguas y lixiviación de metales, al igual quesucede en otras explotaciones mineras de sulfuros, carbón, pizarras... y en algunas obras civiles.

Pirita oxidación aguasácidas lixiviaciónmetales(Fe,Mn,Al,U…)

Por la amplitud de la superficie afectada (320 ha), se generan más de 500.000 m3/año de aguasácidas (año hidrológico medio), que se necesitan recoger y tratar en planta (neutralizaciónquímica), con objeto de garantizar la calidad requerida para su vertido controlado al río(Autorización de Vertido de la CHD y Especificaciones de Funcionamiento de la Planta Quercus).

Calderaderecogidadeaguasácidas

Plantadeneutralizaciónquímica

Vertidocontroladoalrío

Tortasresidualesdeneutralización

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INTRODUCCIÓN:REMEDIACIÓNDELEMPLAZAMIENTO(6/6) Este tipo de tratamiento activo, como otros de carácter correctivo empleados (segregación de

aguas, adición de enmiendas, evaporación forzada, etc.), sólo resuelven el problema parcial otemporalmente, son muy costosos, generan residuos (con actividad radiológica en el caso de laminería del uranio) y, sobre todo, indefinidos en el tiempo.

Se pretende sustituir estos tratamientos por otros pasivos, más eficaces a largo plazo, queimpidan o reduzcan la generación de los drenajes ácidos. En este sentido, la naturaleza nosenseña que los suelos, como interfaz entre la biosfera, hidrosfera y litosfera, son pieza clave parael desarrollo de los ciclos biogeoquímicos superficiales y las funciones medioambientalesesenciales, aunque sea un elemento muy frágil.

Como práctica minera habitual, los suelos retirados y acopiados al inicio de la explotación, serepusieron durante la rehabilitación, pero ni fueron suficientes, ni tuvieron el desarrolloesperado, estando muy degradados en diversas zonas.

Es necesario que los suelos se regeneren para completar la rehabilitación minera. Laremediación de los drenajes ácidos se acometerá con la reposición de suelos apropiados,específicos para el caso, preparados a partir de suelos artificiales (tecnosoles).

Puesta en marcha de un proyecto de investigación para aplicación de tecnosoles en colaboracióncon el grupo de la USC, bajo la coordinación del profesor Macías Vázquez.

Estas actividades, como parte de la clausura, están cofinanciadas por ENUSA y ENRESA, segúnsus responsabilidades.

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“TECNOSOLES”(1/2)

Los tecnosoles son suelos artificiales preparados "a medida", diseñados y fabricados en cadacaso con la composición y propiedades que requiere cada sistema o zona impactada (concapacidad de neutralización, tampón, con componentes reductores, con adsorbentes, etc.),realizando funciones ambientales y productivas similares a los suelos naturales. Se definenpor el tipo de suelo natural al que imitan (alcalino, reductor, fúngico, eutrófico…).

Fabricación a partir de materiales residuales inertes (no tóxicos ni peligrosos), con unporcentaje antropogénico determinado. Elaboración mediante procesos de mezcla,maduración y formación de estructura edáfica, a partir de dos tipos de residuos: fermentables(aportan la materia orgánica y la mayor parte de los nutrientes) e inorgánicos o“acondicionadores” (estabilizan los compuestos orgánicos y proporcionan las condicionesdeseadas de los equilibrios de solubilidad, ácido‐base, reducción‐oxidación y superficies de lamezcla).

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“TECNOSOLES”(2/2) Se pueden desarrollar con carácter preventivo (para reestablecer condiciones geoquímicas

previas al proceso de oxidación, evitando o atenuando la formación de aguas ácidas) o correctivo(para corregir las características negativas de las aguas ácidas ya formadas).

Aplicación directa en el terreno, como depósito superficial en capas, lechos o barreras, sobresuelos degradados o en zonas con aguas embalsadas, para crear un humedal reactivo, o comoinyección de agentes inhibidores en zonas de aguas más profundas.

Resultados satisfactorios en la recuperación de importantes medios afectados: escombreras de lamina de As Pontes; escombreras, cortas y aguas de la mina Touro; diversos suelos del valle del ríoGuadiamar (Aznalcóllar); escombreras de algunas minas de la faja pirítica (Huelva y Portugal); etc.

EvolucióndelacortamineradeTouro(LaCoruña)

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ETAPASDELESTUDIOPARALAAPLICACIÓNDETECNOSOLESENLASEE.MM.DESAELICESELCHICO

Estudios previos de caracterización:

Áreas superficiales: Cartografía geológica. Cartografía edafológica.

Sistemas hídricos: Caracterización hidroquímica. Modelización termodinámica. Vigilancia y control de las aguas.

Ensayos:

Correctores (aguas ya acidificadas): Aguas superficiales: pantanales reactivos. Aguas más profundas de relleno de los antiguos huecos de mina: inyección de agentes

inhibidores de las reacciones del Fe. Suelos degradados: extendido superficial de tecnosoles.

Preventivos (superficies restauradas): Suelos poco desarrollados: extendido superficial de tecnosoles.

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CARACTERIZACIÓNDELASÁREASSUPERFICIALES (1/2)

Cartografía geológica: diferenciación de grandes grupos litológicos, unidades geomorfológicas,hidrogeológicas, etc. en base, principalmente, a la información disponible.

Caracterización litológica e hidrogeológica para definición del origen y la naturaleza de lossuelos y establecer los flujos de aguas subterráneas: materiales de baja permeabilidad, sinauténticos acuíferos, compuestos por esquistos con pirita (basamento), arcosas ysedimentos pedregosos (cobertera) y aluviales (cursos fluviales), así como “artefactos”(hormigón, geotextiles, estériles de minería y proceso, etc.).

Cartografía edafológica: sectorización de zonas, diferenciación de subcuencas, muestreo,determinaciones fisicoquímicas, análisis, etc.

Caracterización edafogeoquímica para actuaciones de remediación: suelos naturalesincipientes, aluviales, paleosoles, antropizados (actividades tradicionales) o fuertementeperturbados (actividades mineras).

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EJEMPLODECARACTERIZACIÓNDEÁREASSUPERFICIALES(2/2)

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Caracterización hidroquímica: diferenciación de aguas contaminadas según su origen(escorrentías superficiales, de infiltración de precipitaciones o de flujo subterráneo),determinaciones (pH, Eh, CE…), análisis químicos, etc.

Características de las aguas: aguas hiperácidas, hiperoxidantes e hiperconductoras, conelevadas concentraciones iónicas de sulfatos y elementos metálicos (Al, Fe, Mn…, ademásde U) y actividad radiológica (en gran parte natural).

Modelización termodinámica: conocimiento de la actividad de las diferentes especies iónicas,suponiendo condiciones de equilibrio termodinámico.

Tendencias que se deben instalar en el sistema: identificación de la dinámica actual y futurade las aguas y, por tanto, de los riesgos de toxicidad y degradación, así como de las especiesque pueden neoformarse o destruirse.

Vigilancia y control de las aguas: control de aguas superficiales y subterráneas (red depiezómetros) con la medida sistemática de parámetros fisicoquímicos establecidos enprogramas específicos (PVCAS y PVRA), incluyendo puntos no afectados (fondo natural dereferencia).

Control de las aguas para su gestión: evolución de la calidad de las aguas en el tiempo.

CARACTERIZACIÓNDELOSSISTEMASHÍDRICOS

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(1/8)

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(2/8) Ensayo en un dique de recogida de dos ramales de aguas surgentes freáticas y de escorrentía

(capacidad ~ 1.500 m3). Aguas muy oxidantes e hiperácidas, con elevadas concentraciones de sulfatos, aluminio y otros

metales. Sales evaporíticas en periodos secos y aguas muy transparentes, con irisaciones, en periodoslluviosos, con bacterias, algas, precipitados rojizos…

El sistema no es cerrado: las aguas se renuevan según volumen de aportes y necesidad de bombeos. Se pretende evaluar los efectos de un humedal reactivo con tecnosoles sobre la calidad de las aguas.

Vistasaéreasdeldiquederecogidadeaguas

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(3/8)

Algasclorofíceasresistentesalaacidez

Diqueenestiajeyconentradadeaguas

Salesevaporíticas

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(4/8)

Limpiezaypreparacióndeldique

Depósitoyaplicacióndelostecnosolesencapas,lechosybarreras,segúnesquemadedistribución

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(5/8)

Simulaciónpreviaparadistribucióndelproducto

Control sistemático de parámetrosquímicos (pH, Eh, C.E., multielementos…)en entradas, puntos intermedios y final,para estudio de su evolución.

Tecnosoles extendidos (los diferentes tipos se disponen según la caracterización previa, habiendosiempre del tipo reductor en la base, quedando recubiertos por los otros):

Hiperreductor: para bajar lascondiciones hiperoxidantes.

Hiperalcalino: para neutralizar laacidez.

Hiperándico y adsorbente: paraadsorber sulfatos y metalespesados.

Eutrofizante: para favorecer elcrecimiento vegetativo yestimular el desarrollo deorganismos acuáticos.

Aplicación de productos orgánicos varios(digestatos, vinazas, lodos…) paramejora de las condiciones de reacción.

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(6/8)

Vegetacióndeespeciesapropiadasenelcauce(tifasylentejasdeagua)ybordes(herbáceasyarbóreas,comochoposyotros).

Crecimiento de vegetación y formación de sopa de algas y lentejas de agua:producción de biomasa y necromasa.

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(7/8)

Aspectoactualdeldiqueenvariospuntos

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1)ENSAYOSCONTECNOSOLESENAGUASSUPERFICIALES(8/8)SEGUIMIENTOYVALORACIÓNDERESULTADOS

Acidez: reducción inicial notable, pasando de intervalo hiperácido a ácido (de 3,0 a 4,1), aunquemantenida en el tiempo.

C. E.: ligera reducción (<15%), con variaciones estacionales importantes (6‐15 ms/cm).

Eh: prácticamente sin reducción (<2%), con valores de entrada muy elevados (>700 mV). 

Sulfatos: reducción apreciable (>30%), pero todavía con valores próximos a 5000 mgr/l.

Aluminio: ligera reducción (<17%), con valores próximos a 100 mg/l.

Incremento de nutrientes (amonio y fostatos).

Resultados: positivos. El medio ha pasado de hiperácido a ácido, con incremento de nutrientes(amonio y fosfatos, sobre todo), reducción de sulfatos y cierta reducción de metales, pero conevolución lenta. (Para una evolución más rápida se necesitaría más tiempo de residencia de lasaguas, pero el sistema es abierto y se renueva con frecuencia. La materia orgánica es aún escasapara que la necromasa pueda reducir el Eh del sistema y acelerar el proceso).

Actuaciones convenientes: aumentar la materia orgánica y reducir, mediante nuevos tecnosoles, laconcentración de oxidantes en las entradas de agua, así como favorecer el encharcamiento.

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(1/7)

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(2/7) Ensayoenunaparceladeunaantiguaescombreradeestérildemina,cargada,consueloresidual

muyescasoydegradado,pedregoso,casisinmateriaorgánicayconcoberturavegetalprácticamentenula.

Se pretende corregir la acidez, favorecer el desarrollo de la vegetación y su efecto de retención yreducir el carácter oxidante de las aguas (acciones correctoras y preventivas).

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(3/7)

Control sistemático de parámetros químicos(pH, Eh, C.E., multielementos…) en cabecera ypie de la parcela para estudiar la evolución delas aguas ácidas que circulan por la parcela.

Tecnosoles aplicados sobre la superficie de la parcela:

Hiperándico: para adsorber sulfatos ymetales pesados y elevar el pH.

Eutrofizante: para suministrar nutrientes ala vegetación, incentivar la actividadbiológica y reducir la erosión.

Zonaexperimentaldeaplicaciónysiembra

Vegetación de diferentes especies herbáceas,observando su desarrollo, duración y capacidadde retención (ray‐gras, trébol, alfalfa, centeno yavena negra), con mortandad en estiaje,resembrando en distintas fechas.

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(4/7)

Preparacióndelaparcela

Extendidodetecnosolesencapas

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(5/7)

Desarrollodelasiembraexperimental(150kg/ha)condistintasespecies(avenanegra,veza,raygras,trébol,centenoyalfalfa)ymortandadtotaldelacoberteraenestiaje.

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(6/7)

Vista aérea y detalles (mayo 2016)

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2)ENSAYOSCONTECNOSOLESENSUELOSDEGRADADOS(7/7)SEGUIMIENTOYVALORACIÓNDERESULTADOS

Acidez: neutralización de las aguas, pasando de 4,0 a 7,5‐8,0.

C. E.: se ha incrementado, pasando de unos 2 ms/cm a 3‐4 ms/cm.

Eh: ha disminuido ligeramente (450‐550 mV).

Sulfatos: se han mantenido sin variaciones apreciables (50‐250 mg/l).

Aluminio: el nivel de disolución es nulo, manteniéndose en valores muy bajos (< 1 mg/l).

Notable incremento de elementos nutrientes (amonio, potasio, fosfatos y otros), que favorecen eldesarrollo de la vegetación. Gran capacidad de absorción.

Resultados: muy positivos. Reducción de los riesgos de degradación por acidificación y sulfatación,impidiendo la liberación de metales; sostenibilidad de la cobertera vegetal, disminuyendo laerosión; mejora de la calidad de las aguas superficiales que cumplen con los parámetros de vertidoa cauces públicos. Espesor de la capa muy reducido (5‐10 cm).

Actuaciones convenientes: aumentar la superficie tratada, principalmente en las partes altas de lasvaguadas. Continuar con los ensayos aunque se agoste la vegetación (necromasa).

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3)ENSAYOSDEINYECCIÓNDETECNOSOLESENAGUASPROFUNDAS(1/4)

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3)ENSAYOSDEINYECCIÓNDETECNOSOLESENAGUASPROFUNDAS(2/4)

Ensayodeinyecciónenunsondeopiezométrico,situadoaunacotasuperioralospuntosdesurgenciaenunabalsaderecogidadeaguaspróxima.

Se pretende comprobar la eficacia de la adición directa sobre las aguas más profundas afectadas,efectuando un muestreo posterior de dichas surgencias.

Piezómetroparalainyección

Caldera de recogida de aguas

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3)ENSAYOSDEINYECCIÓNDETECNOSOLESENAGUASPROFUNDAS(3/4) Preparación de un producto líquido (“té de tecnosol”) a partir de materiales con las propiedades

adecuadas, incluidos estiércoles, digestatos, vinazas, lodos, microsílice, etc. y otros, en una balsa alefecto.

Características del tecnosol: alcalino y reductor.

Mezcladecomponentesparapreparacióndelproducto

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3)ENSAYOSDEINYECCIÓNDETECNOSOLESENAGUASPROFUNDAS(4/4)SEGUIMIENTOYVALORACIÓNDERESULTADOS

Acidez: respuesta positiva (2,9 a 3,9), pero temporal, limitada mientras dura el efecto de la adición.

C. E.: se ha mantenido constante, sin variaciones (11 ms/cm).

Eh: se ha mantenido constante, con mínima variación (600‐800 mV).

Sulfatos: la concentración se ha mantenido, aunque con oscilaciones importantes (>15.000 mg/l).

Resultados: pocos datos para valorar. Resultados escasos y temporales: pH sólo ligeramentepositivo y cambios en la coloración del agua (formación de nuevos precipitados de Fe y Al), peromuy limitados en el tiempo.

Actuaciones convenientes: redefinición de la composición del preparado (más alcalino, conmayor concentración de Si y Al disuelto) y ajuste en la proporción de volúmenes. Ensayosprevios de comprobación en balsas.

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ACTUACIONESPREVISTAS

Continuación de los ensayos en curso.

Ensayo de aplicación de tecnosoles en unasuperficie amplia en la zona de una antigua cortaminera restaurada:

Construcción de una planta de compostaje(modular) para la fabricación de lostecnosoles.

Recogida de residuos. Caracterización (química y radiológica) de

los residuos necesarios para la fabricacióndel producto. (Previamente se haefectuado un estudio para su localización ydisponibilidad).

Fabricación de tecnosoles Aplicación de tecnosoles. Seguimiento y control.

Si los ensayos dan el resultado esperado seextendería la aplicación a toda la superficieafectada (unas 320 ha).

www.enusa.es