El drenaje ácido de mina (DAM) es una de las principales preocupaciones ambientales derivadas de las actividades mineras. Este tipo de agua residual, rico en metales pesados y sulfatos, plantea serios desafíos tanto para el medio ambiente como para la salud humana. Sin embargo, recientes investigaciones han demostrado que, más allá de ser un contaminante, el DAM puede representar una fuente valiosa de recursos, especialmente de hierro y otros minerales que pueden ser recuperados y reutilizados en diversas aplicaciones industriales.

Uno de los enfoques más prometedores para la recuperación de hierro del DAM es la precipitación selectiva. Según los estudios de Wei y Viadero [62], el hierro férrico se puede recuperar mediante la oxidación del DAM usando peróxido de hidrógeno como agente oxidante, seguido de un aumento del pH mediante la adición de hidróxido de sodio hasta alcanzar valores entre 3.5 y 4.0. Bajo estas condiciones, el hierro precipita en forma de hidróxidos de hierro (Fe(OH)3) y oxyhidróxidos. Posteriormente, mediante un proceso adicional de neutralización, se puede obtener un precipitado rico en aluminio a pH 6.0-7.0, recuperando el 97.5% del hierro en su forma férrica [63].

Este proceso no solo es útil para la recuperación de hierro, sino que también tiene aplicaciones importantes en la valorización de otros componentes del DAM. Por ejemplo, los lodos resultantes del tratamiento del DAM pueden ser utilizados para producir coagulantes, adsorbentes y catalizadores, incluidos magnetita, partículas magnéticas y otros ferritos [63, 64]. Estos materiales tienen aplicaciones ambientales clave, como la remoción de fosfatos y metales pesados del agua residual, contribuyendo así al tratamiento de aguas contaminadas [66, 67]. Además, el hierro recuperado puede ser transformado en pigmentos como la goetita y la hematita, los cuales se utilizan en la fabricación de morteros de colores a partir de los lodos recuperados [63].

El aprovechamiento de los óxidos de hierro también puede tener un impacto significativo en la reducción de costos de disposición de residuos, disminuyendo el volumen de óxidos de hierro enviados a los vertederos [64]. Algunos estudios en países como Estados Unidos y el Reino Unido han reportado la recuperación de estos óxidos de hierro del DAM y su reutilización en diversas industrias [64, 68].

En cuanto a la síntesis de minerales valiosos, se ha demostrado que el DAM contiene concentraciones lo suficientemente altas de metales pesados, incluyendo hierro, como para ser extraídos de los lodos recuperados o precipitados durante el tratamiento [65, 69]. Diversos estudios han indicado que el hierro recuperado del DAM puede ser utilizado para sintetizar productos industriales como pigmentos y otros compuestos de valor [13]. La capacidad para extraer y reutilizar estos materiales presenta no solo una oportunidad económica, sino también un paso importante hacia la sostenibilidad en la gestión de residuos mineros.

En cuanto a los detalles específicos de la síntesis de minerales, investigaciones recientes han mostrado que la goetita puede ser sintetizada a partir de Fe(III) precipitado del DAM. El proceso involucra la adición de un medio alcalino al DAM para precipitar el hierro como hidróxido férrico. Posteriormente, a través de la disolución en ácido, se genera una solución de hierro hexa-aquo que puede ser utilizada para la síntesis de goetita [63]. Este proceso se basa en la química de los hidróxidos y su capacidad para formar cristales bajo condiciones específicas de pH y temperatura.

Otra área de interés es la síntesis de magnetita, un mineral magnético valioso en diversas aplicaciones industriales, especialmente en la fabricación de nanopartículas. La síntesis de magnetita a partir de DAM se ha explorado ampliamente, y los métodos más efectivos implican la precipitación química de hidróxidos de hierro, seguido de la co-precipitación de hierro férrico y ferroso en una proporción molar de 2:1. Este proceso puede realizarse en condiciones de pH superiores a 9 y temperaturas entre 60°C y 100°C, lo que favorece la formación de magnetita en forma de nanopartículas [62, 13].

El tratamiento del DAM no solo se limita a la recuperación de metales y minerales valiosos, sino que también se han desarrollado técnicas para la recuperación de agua. En un estudio realizado por Masindi [19], se investigó el uso de métodos integrados como la neutralización con cal y ceniza de sodio, combinados con procesos como la adsorción con zeolita, para recuperar agua y minerales valiosos del DAM. Este enfoque permitió la recuperación de hasta un 50% de agua pura en un plazo de 30 horas [41].

Además de las tecnologías mencionadas, la continua investigación y el desarrollo de métodos innovadores son cruciales para mejorar la eficiencia en la recuperación de metales y minerales del DAM, al tiempo que se reduce el impacto ambiental de los residuos mineros.

Es importante destacar que, si bien los procesos de recuperación de metales y minerales del DAM ofrecen soluciones económicas y ambientales, también conllevan retos técnicos, como la optimización de las condiciones de pH, temperatura y la selección de reactivos adecuados. El control de estos factores es esencial para maximizar la eficiencia de los procesos y garantizar la calidad de los productos recuperados.

¿Cómo influye la interacción entre aguas subterráneas y superficiales en los humedales?

El análisis de los procesos hidroquímicos y los isótopos estables en los humedales, particularmente durante las estaciones seca y húmeda, revela interacciones complejas entre el agua subterránea y la superficial que son fundamentales para la comprensión de los recursos hídricos en estos ecosistemas. En el caso del humedal de Zaalklapspruit, se observó una relación clara entre las concentraciones de ciertos iones y los procesos geológicos subyacentes. La presencia de altos niveles de Ca²⁺ y Mg²⁺ en la sección media del humedal sugiere que estos elementos provienen de descargas locales de aguas subterráneas, las cuales están relacionadas con procesos de interacción con materiales geológicos en el subsuelo. Estos intercambios de agua entre la superficie y el subsuelo aumentan la capacidad de amortiguación del agua del humedal, lo que es clave para mantener su estabilidad durante los periodos de desecación, especialmente durante la estación seca.

Durante la estación seca de 2019, los análisis isotópicos mostraron una considerable variabilidad en las concentraciones de los isótopos de hidrógeno y oxígeno, lo que refleja una interacción desigual entre las fuentes de agua subterránea y superficial. La desviación estándar de los valores de δ²H fue notablemente alta, indicando una dispersión considerable de las mediciones, lo cual es característico de las fluctuaciones naturales en los cuerpos de agua subterránea. En comparación, los valores de δ¹⁸O fueron más estables, lo que sugiere que las aguas superficiales del humedal mantuvieron una cierta consistencia isotópica durante este periodo. Sin embargo, los valores más bajos de δ¹⁸O en las muestras de agua superficial durante la estación seca indicaron que, a pesar de la predominancia del flujo superficial, existía una conexión con el agua subterránea más empobrecida en oxígeno, lo que apoya la hipótesis de una recarga subterránea tardía asociada con la estación húmeda.

Este tipo de interacciones entre las aguas subterráneas y superficiales tiene implicaciones importantes para la gestión de los recursos hídricos en los humedales. En primer lugar, al comprender cómo los diferentes componentes del sistema acuático responden a las variaciones estacionales, se puede prever de manera más precisa la capacidad del humedal para resistir la desecación y la escasez de agua durante los periodos secos. El análisis isotópico ayuda a identificar las fuentes de agua que alimentan el humedal y a comprender la dinámica de su recarga y descarga, lo que a su vez contribuye al diseño de estrategias de manejo más efectivas y sostenibles.

Además, los resultados obtenidos durante la estación húmeda de 2019 mostraron un aumento en la concentración de los isótopos estables, lo que se espera debido a la recarga rápida de los acuíferos y la posterior exfiltración de aguas subterráneas al humedal. Esta exfiltración se asocia con el efecto de pistón, que implica un rápido desplazamiento del agua subterránea hacia la superficie, lo que refuerza la conectividad entre el agua subterránea y la superficial. El análisis de las concentraciones isotópicas también permitió identificar tres grupos distintos de muestras de agua, lo que demuestra la variabilidad en la interacción de las aguas de diferentes profundidades y épocas del año.

El estudio isotópico y los análisis hidroquímicos realizados durante las estaciones seca y húmeda subrayan la importancia de las aguas subterráneas como fuente de apoyo para los humedales durante los períodos de escasez de agua. Las similitudes entre las concentraciones de iones y los isótopos en las muestras de agua superficial y subterránea refuerzan la idea de que los humedales dependen de un equilibrio entre estas dos fuentes para mantener su funcionamiento ecológico, especialmente cuando se enfrentan a condiciones climáticas extremas.

En cuanto a la gestión de aguas residuales industriales, los sistemas híbridos basados en soluciones naturales (NBS) ofrecen un enfoque prometedor para tratar aguas residuales alcalinas y de drenaje ácido de mina (AMD). Al integrar principios de ingeniería ecológica, estos sistemas buscan seleccionar opciones de tratamiento adecuadas, combinarlas en soluciones híbridas y optimizar el rendimiento y la sostenibilidad del sistema de tratamiento. Esto se logra considerando las condiciones locales, los impactos ambientales, la rentabilidad y la viabilidad a largo plazo de las soluciones implementadas.

Para los responsables de la gestión de recursos hídricos, es crucial comprender que la interacción entre aguas subterráneas y superficiales no solo afecta la cantidad de agua disponible, sino también su calidad. La variabilidad en los isótopos y los iones presentes en el agua puede proporcionar información clave para prever y mitigar los efectos de la desecación estacional, así como para diseñar sistemas de tratamiento que sean sostenibles y eficaces. Además, el marco para seleccionar tecnologías híbridas de tratamiento de aguas residuales debe basarse en un enfoque multidisciplinario que considere tanto los aspectos técnicos como los ecológicos del sistema. La implementación de este tipo de sistemas no solo mejora la eficiencia del tratamiento, sino que también promueve la resiliencia de los ecosistemas acuáticos frente a los cambios ambientales.

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