La contingencia por derrame de solución de cabeza en el Río Sonora y procesos geoquímicos ambientales en una cuenca hidrológica mineralizada

Por: Dr. Miguel Rangel Medina

Introducción

En nuestra región del continente americano, existen importantes acuíferos desde Canadá, el oeste de los Estados Unidos, pasando por México hasta América del Sur, que son amenazados por la sobreexplotación y la contaminación, muchas veces no se sabe si esta última es producto del efecto antropogénico o natural. Lo complicado, empero, implica que Latinoamérica se mueve rápidamente, pues cuenta con altas tasas de migración hacia una, cada vez mayor, concentración urbana, donde la competencia por el agua con los sectores productivos y de servicios se agiganta. 

En consecuencia, en la actualidad diversos complejos mineros se ubican en áreas muy próximas a la población, muchos porque han sido rodeados paulatinamente por los habitantes; aún estando en zonas montañosas y a pesar de ubicarse en áreas altas que definen los límites de cuencas hidrográficas, donde se desarrolla el ciclo hidrológico con la captura de lluvias. Para los cientificos del agua en diversas disciplinas, esta tarea y su contexto tienen mucho significado, pues aluden a una industria que requiere de diversos satisfactores del medio natural para su operación, pero además lo convierte en un complejo hidrosocial que adiciona elementos que deben considerarse en todo proyecto hidrominero. 

En América Latina, por su gran dimensión, hay un número importante de Centros de Investigación en geoquímica y agua subterránea, que periódica o sistemáticamente realizan investigación sobre la relación entre el agua y el ambiente (interacción agua-roca); mejor conocido en el medio minero como agua de contacto y aquella otra de no contacto que procede de la atmósfera. Sin embargo, la relación de los investigadores con la minería a veces se da por separado, prejuiciada por falta de acceso a los proyectos mineros y, por tanto, los aportes, que son sumamente valiosos para el avance del conocimiento en este tema, quedan con un conocimiento restringido, o terminan en revistas especializadas cuyo alcance y distribución termina en pocas manos. 

La difusión de los aportes científicos es de gran relevancia, sobre todo, cuando se presenta una contingencia ambiental, en la que se requiere por parte de la mina, que cuente con un fondo activo de conocimiento tal como una línea base para analizar la discrepancia entre la aportación de lixiviados provenientes de la actividad minero-metalúrgica, de las poblaciones que la rodean y/o de la naturaleza. En este sentido, es común que la investigación científica no sea aplicada para dar una guía a la actividad minera en operación, sino para una caracterización generalizada del medio; no obstante, cuando la investigación se encuentra con lixiviados metálicos, su presencia de manera a veces prejuiciada, se adjudica al drenaje ácido de minas, sin diferenciar si proviene de una carga natural o, de una actividad antropogénica. 

Por ello, los estudios de línea base de una mina pueden sentar el precedente para que durante su vida útil se lleve a cabo un monitoreo continuo y sistemático; que ahora, con la muy desarrollada investigación hidrogeoquímica e isotópica sirve tanto para destrabar polémicas sobre ser la causa de posibles afectaciones ambientales, como para llevar a cabo exploración minera por sustancias específicas, que pueden provenir de yacimientos preexistentes en las partes altas y cuyas anomalías pueden ser aprovechables por la minería con su presencia en el agua subterránea. 

En los hechos del evento de la mina Buena Vista del Cobre (MBVC), la geoquímica regional de rocas y de sedimentos de la cuenca del río Sonora, actuaron de una manera importante en la valoración de posibles daños ambientales, en la modelación de riesgo a la salud humana y en la evaluación de los efectos sinérgicos producidos por factores antropogénicos y naturales. Sin pretender decir que nuestra investigación es absoluta, si muy relevante y contundente en resultados. Diversos investigadores han escrito a la fecha sobre el evento con una gran diversidad temática, la controversia generó un cúmulo de contribuciones que esperamos en el futuro sean de interés para la comunidad técnica y científica, pero, fundamentalmente, para toda la sociedad. Visto así, es claro que una de las formas de contribuir a mejorar la interrelación sociedad-minería, es compartiendo el conocimiento científico sobre el agua y el ambiente con la minería, ampliar la publicación de investigaciones de diversas instituciones, cuyo fin sea otorgar a nuestra sociedad de manera imparcial la información sobre minería y a partir de su difusión existirá un mejor juicio cuando se presente un evento en específico. 

La Cuenca del río Sonora

Como ejemplo de lo anterior, la contingencia ambiental debida al derrame de 40 mil m³ de sulfato de cobre acidulado de la mina Buenavista del Cobre, hacia el cauce del río Bacanuchi, afluente del río Sonora en Cananea, Sonora, México. El día 6 de agosto de 2014 ocurrió una falla accidental en el represo denominado La Tinaja 1, que forma parte de la infraestructura del proceso minero-metalúrgico de la mina Buenavista del Cobre S. A. de C. V. La sustancia fugada era solución de sulfato de cobre acidulado y motivó una contingencia ambiental y de salud humana, ya que los lixiviados mezclados con agua circularon sobre el cauce del arroyo Las Tinajas y se asumió que habrían alcanzado los ríos Bacanuchi y Sonora. 

La Cuenca alta del río Sonora se extiende desde el suroeste de los Estados Unidos de Norteamérica hasta el noroeste de México; en ella se encuentra ubicada Cananea, una región con vocación minera desde hace 300 años. La región es considerada uno de los más grandes yacimientos minerales de cobre del mundo. Tiene décadas de antecedentes de explotación minera a todos los niveles, desde gambusinaje hasta industrial (Figura 1).

Una cuenca Mineralizada

Los sulfuros de cobre y fierro están presentes en la región, diseminados de manera natural y apreciables en alteraciones geológicas de varios kilómetros de extensión, con coloraciones rojizas, blanquecinas o amarillentas debido a la oxidación, caolinización y otras formas naturales visibles al ojo humano, que inclusive llegan a dar por tramos esos colores a paredones, suelo, agua y sedimentos de los ríos en época de lluvias (Figura 2). De aquí que muchos elementos sean lixiviados de manera natural, la razón es que ésta es una región geológico-minera formada durante millones de años en diversas etapas de la historia geológica.

La presencia del azufre y otros metales tiene su origen en los sulfuros de cobre provenientes de alteraciones cupríferas de cobre, molibdeno y oro, formados en intrusivos que presentan concentraciones por encima del fondo natural; éstas constituyen anomalías. Dichas características son las que definen en la región los sitios de interés para desarrollar minas. Los sulfuros de cobre y fierro constituyen en estas zonas minerales presentes en venillas o diseminados en alteraciones asociadas de varios kilómetros de radio, con coloraciones rojizas o amarillentas debido a la oxidación, visible a simple vista.

Desde hace unos 3 siglos, colonizadores y gambusinos de la región han aprovechado las evidencias visuales de la lixiviación natural para obtener cobre, utilizando agua subterránea sulfatada y sumergiendo láminas en pozas con estas alteraciones en la Cuenca del río Sonora. 

A nivel industrial, al menos desde hace 100 años, se constituyó en una mega región cuprífera que cubre el suroeste de los Estados Unidos de Norteamérica y el noroeste de México (Figura 3). Empero, la mineralización en el estado de Sonora es muy abundante y contiene, inclusive, la inusual presencia de minerales de Co y Ni, descritos recientemente en la parte centro-oriental de la entidad y aún queda mucho por hacer en actividades de exploración minera (Ochoa-Landín et al., 2011).

Con relación a la Cuenca del río Sonora, la coloración rojiza natural del agua, suelos y sedimentos en diversos sitios tiene su origen en la meteorización de minerales que contienen sulfuros de diversos metales pesados, hallados en los yacimientos a lo largo de la ruta del río. Tales yacimientos son depósitos hidrotermales compuestos. 

Es sabido que existe un proceso de meteorización que acompaña a estos yacimientos debido a la oxidación microbiológica de los minerales, la cual es causada principalmente por bacterias acidófilas como Acidithiobacillus ferrooxi-dans, o Leptospirillum ferrooxidans y otras, que oxidan iones, acidifican las aguas y que así mantienen a los metales en solución, para de esa manera lixiviar diversos metales pesados como el cobre, hierro, cadmio, aluminio y manganeso. 

Estos microorganismos están adaptados a hábitats extremos y se alimentan sólo de minerales. Por tanto, el proceso natural de precipitación de los metales disueltos y/o su adhesión a los sólidos suspendidos en el agua del río, dependerá del potencial de hidrógeno (pH) del agua de la Cuenca, la cual requiere estar por lo general, entre 2.0 y 4.0, pero para precipitar, si usualmente el pH es mayor a 7.0. El anión predominante será el bicarbonato (HCO₃), es decir, de manera natural el agua subterránea de la Cuenca del río Sonora ha sido reportada como mayormente alcalina (UNISON, 2005). 

Por su parte, el origen del enriquecimiento mineral en la Cuenca sedimentaria del río Sonora comenzó su formación hace unos 25-21 millones de años, misma época en la que se estima fueron elevadas las sierras adyacentes por intrusivos granitoides rejuvenecidos que fracturaron, fragmentaron y enriquecieron mineralógicamente las rocas preexistentes (Figura 4).

El resultado de la mineralización en la Cuenca ha permitido la existencia de numerosas minas operando en la región, coexisten terreros, presas de jales y antiguas minas abandonadas o manifestaciones minerales individuales en las sierras adyacentes a la Cuenca del río Sonora. Por tanto, los metales pesados son acarreados por corrientes superficiales que drenan la Cuenca (Figura 5). Dentro de este esquema se encuentra la infraestructura de la MBVC (figura 5a).

A partir de las bases de datos del Servicio Geológico Mexicano (SGM), durante el periodo de caracterización del agua de la Cuenca (IDEAS, 2014), se calcularon anomalías altas de la región (Tabla 1). 

De esta manera, la presencia de metales pesados y metaloides en agua, sedimentos y suelos de la Cuenca puede llegar a tener un origen natural y/o antropogénico que podría identificarse solamente si se cuenta con un minucioso control de monitoreo y estudios de geoquímica a detalle para analizar las posibles fuentes en la Cuenca. No obstante, se estima que la exhumación y exposición de los yacimientos minerales en la superficie y en sus sierras adyacentes, se iniciaron al menos hace 12 millones de años, por ende, se puede concluir que, desde esa época, los arroyos de la Cuenca del río Sonora reciben sedimentos con valores anómalos, en los elementos citados, que se han ido acumulando (Pérez-Segura, 2014). Por tanto, todos los elementos del lixiviado son de origen natural, debido a que Cananea es una región geológico-minera, formada durante millones de años en diversas etapas de la historia geológica. La presencia del azufre y otros metales tiene su origen en los sulfuros de cobre provenientes de alteraciones cupríferas de cobre, molibdeno y oro, formados en y por intrusivos que presentan concentraciones por encima del fondo natural. Estas características son las que definen en la región los sitios de interés para desarrollar minas.

Procesos metalúrgicos e infraestructura básica en la MBVC 

En la MBVC se realiza extracción industrial de cobre (Cu) con el proceso hidrometalúrgico de Lixiviación y Extracción por Solventes y Deposición Electrolítica (conocido por las siglas LIX-ESDE). Este proceso consiste en disolver o lixiviar minerales con bajo contenido de cobre (menos de 0.3%), al emplear una solución que contiene ácido sulfúrico con una concentración de 2-10 g/L, sulfato de cobre y sulfato férrico, entre otros sulfatos. Al escurrir (o percolar) esta solución desde lo alto de una acumulación de mineral denominado terrero, la solución recolectada (5 g de cobre/L) en bordos o represos (pequeñas presas) es enviada a estanques donde se le hace reaccionar con una solución orgánica, la cual se reactiva sólo con el cobre, dejando a los demás compuestos en la solución, de tal manera, ésta retorna de nuevo al terrero para ser aprovechada en la lixiviación. La solución orgánica con el cobre se pone en contacto con otra solución ácida-acuosa que contiene 180 g de ácido sulfúrico por litro, y proviene de las celdas de electrólisis; por esta acción el cobre retenido en la solución orgánica pasa a la solución del electrolito (45- 55 g cobre/L) para su posterior deposición electrolítica. La sustancia original no era un residuo, era materia prima industrial minera, cuya denominación técnica es sulfato de cobre acidulado. La composición de la sustancia original fue reconocida por las autoridades competentes; en ella se identifican y cuantifican los elementos mineralógicos que contenía y se determina su grado de acidez. 

Los pasos estándar del proceso LIX-ESDE se describen a continuación y su secuencia e infraestructura asociada a los procesos metalúrgicos en la zona Tinajas de la MBVC:

• Lixiviación en los terreros: riegos con solución acidificada para disolver el cobre y almacenamiento en pequeñas presas. 
• Traslado: envío de la solución enriquecida de lixiviación que contiene disuelto el cobre. 
• Extracción: transferencia del cobre de la solución de lixiviación al solvente orgánico. 
• Despojamiento: transferencia del cobre del solvente orgánico al electrolito. 
• Deposición electrolítica del cobre mediante aplicación de corriente eléctrica. 

Adicionalmente, la infraestructura de una planta normal, la secuencia de pasos del proceso industrial minero LIX-ESDE, como es el caso de la MBVC, se compone por el Sistema de presas (Bordo Poniente y Represo Tinajas 1), en los procesos LIX-ESDE en la zona de trabajo Tinajas dentro de la MBVC. Tanto el diseño del Bordo Poniente (pileta de lixiviados), como el del Represo Tinajas 1 (embalse para traslado, demasías y/o contingencias), utilizan medidas para permitir el control normal del sulfato de cobre acidulado como la materia prima y su posterior conducción a los sitios de electro-obtención, tal como se hace en minas semejantes de EE. UU, Perú y Chile, entre otros países que son fuertes productores de cobre. Las soluciones que se utilizan dentro del proceso hidrometalúrgico normal LIX-ESDE para extracción de cobre (Cu) son cuatro, a saber:

• a. Ácido sulfúrico a diferentes concentraciones. 
• b. Sulfato de cobre a diferentes concentraciones. 
• c. Sulfato férrico en el proceso de lixiviación (colas) y en el proceso de extracción (solución rica o preñada). 
• d. Solución orgánica, formada por el quelatante y el diluyente. 

La solución lixiviada o solución enriquecida (cabeza) contiene sulfato de cobre (5 gramos de cobre por litro), sulfato férrico y ácido sulfúrico. Esta solución se mezcla con la solución orgánica formada por un quelatante y un diluyente, generalmente queroseno, la cual es muy selectiva para el cobre, de tal forma que se logra la extracción del ion cobre. La solución residual (solución de colas) se canaliza de nuevo para lixiviar el terrero. La solución orgánica cargada con el ion cobre se pone en contacto con la solución acuosa del electrolito, el cual contiene 40 gramos de cobre por litro; se enriquece a 45-50 gramos de cobre por litro y se envía al proceso de deposición electrolítica. La solución del electrolito contiene 40 gramos de cobre por litro y 180 gramos de ácido sulfúrico por litro.

Mecánica de la contingencia

Las contingencias ambientales nunca son deseadas y menos en la minería, donde son fuertemente criticadas, además que su seguimiento resulta multifactorial, como se comentó previamente. En el caso de la MBVC, ubicada en Cananea, Sonora, México, un evento hidroambiental se presentó el 6 de agosto de 2014. El área de mina cuenta con áreas de desarrollo de futuros terreros y represas, quedando el área subdividida en tres: Tinajas, Tepetates y Talleres. El Sistema Tinajas, a su vez, se subdivide en dos denominados Tinajas I y Tinajas II, al interior de la cuenca del arroyo Las Tinajas, también denominado Las Rastras.

Con el propósito de conocer primero si hubo influencia de la lluvia en el volumen escurrido en la Cuenca debido a la precipitación extraordinaria antes del evento y en la disolución de la sustancia, se analizaron los registros de las estaciones climatológicas cercanas a la zona del proyecto. El primer análisis de las avenidas se basó en las estaciones climatológicas de Cananea operadas por CONAGUA y la denominada Estación 2612, con 31 años de registro, ubicada dentro de las instalaciones de la mina, por ello, con sus registros se desarrolló un análisis de precipitación máxima en 24 horas. Los registros de precipitación máxima en la estación para el periodo 1947-1978, indican que la precipitación media en la Cuenca fue de 59.1 mm, con un valor máximo de 144 mm, ocurrido en una sola ocasión del registro en 31 años. Al considerar un margen de seguridad adecuado en la generación de escurrimientos en el proceso de la mina, se calcularon valores máximos de precipitación en 24 horas para periodos de retorno de 25, 50 y 100 años, esto significa que se considera el valor de la precipitación máxima que podría ser excedida una vez cada 25, 50 y 100 años.

Los resultados del cálculo muestran valores de precipitación para estas condiciones de ocurrencia en la Tabla 2. 

Puede verse que los valores de precipitación considerados resultan mayores que los registrados en la Estación (media de 59.1 mm), siendo en todos los casos mucho mayores a la media; dichos valores fueron los utilizados para estimar los escurrimientos que permitieron definir la capacidad de almacenamiento del Sistema Tinajas I. Por ello, para dar solución a esta necesidad y proporcionar una mayor seguridad en el control de las avenidas generadas en la Cuenca por la precipitación, se cuenta con dos bordos para la contención y control de avenidas aguas arriba del embalse de Tinajas I, con capacidad suficiente de almacenamiento, en el corto, mediano y largo plazo, canales de desfogue de excedentes, y con ello se puede controlar y regularizar la totalidad del volumen escurrido, correspondiente a una precipitación máxima en 24 horas, con un período de retorno de 100 años, además del volumen producto de los gastos de lixiviación para que retengan el pico de la avenida, dejando escurrir un gasto mucho menor, que pueda ser captado por el embalse de la Tinaja I y, posteriormente, bombeado hacia el represo Kino. El diseño de ambos bordos consideró que la extracción del gasto controlado se haría a través de un tubo instalado, atravesando el cuerpo de la cortina; el diámetro seleccionado obedeció a la simulación de condiciones de operación, tanto de avenidas como de gasto lixiviado, hasta encontrar el que ofrece las mejores condiciones de operación.

Fuga de la sustancia

Mucho se ha especulado con relación al contenido de la sustancia, principalmente por desconocimiento, su composición al momento del derrame se aprecia en la figura 8. La fuga de 40 mil metros cúbicos fue una mezcla acuosa de licores metálicos diluidos y se presentó en la pileta de lixiviados para almacenamiento de la materia prima y la pileta para el control de demasías y de posibles accidentes, denominadas Bordo Poniente y Represo Tinajas, obras que fueron diseñadas y construidas con previsiones de infraestructura, funcionales para resistir lluvias ordinarias y extraordinarias, registradas en la región y evitar posibles derrames a los cauces fluviales, éste es el sistema de control de la materia prima y su conducción hacia los sitios de electro-obtención. 

La fuga se presentó debido a una falla estructural en la obra de toma para la extracción controlada de los líquidos lixiviados del almacenamiento del Bordo Poniente, el cual se proyectó utilizando un tubo de polietileno de alta densidad, con diámetro de 60”, embebido en el material impermeable para la extracción controlada de los líquidos lixiviados del almacenamiento, que se proyectó utilizando un tubo de polietileno de alta densidad, con diámetro de 60”, embebido en el material impermeable de la cortina (Figura 9).

La sustancia se fugó del Bordo Poniente y se incorporó a la inter-área del Represo Tinajas 1, desde donde se derramó hacia el cauce del arroyo Las Tinajas (Figura 10). El Bordo Poniente recibe los productos lixiviados, procedentes de los terreros ubicados en la parte alta de su cuenca, además de los escurrimientos generados en su cuenca de captación; este diseño permite que ambos sean retenidos y controlados en su embalse.

Desde el día 6 de agosto, la empresa MBVC llevó a cabo actividades de emergencia, como parte de su plan de respuesta inmediata, mediante procedimientos establecidos para esos propósitos, según su protocolo; en la figura 10, se aprecia que la sustancia se fue confinando en pozas y encauzada por pequeños canales para evitar mayor circulación. A su vez, se vertieron neutralizadores alcalinizantes (cal sólida y líquida) sobre los estancamientos, canales y bajos topográficos del área donde se quedó almacenada, ahí fue neutralizada y detenida la sustancia diluida (figura 11). Posteriormente, se avisó a la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente (PROFEPA), la cual, a través de su Delegación Federal en Sonora, atendió la contingencia a partir del día 7 de agosto. Con su instrucción, se intensificó la aplicación de neutralizadores hasta alcanzar, en el mismo mes de agosto, una aplicación de 141,408 m³ de grava de cal (figura 12).

Una vez presentada la fuga, la hipótesis de la ruta de los lixiviados al momento del evento fue que siguieron el cauce por gravedad; se asumió que la sustancia se mezcló con el escurrimiento del propio arroyo Las Tinajas por 17.6 km, habría alcanzado su confluencia con el río Bacanuchi y circulado por 64 km de este afluente del río Sonora, posteriormente, habría continuado por 190 km de este cauce fluvial para finalmente llegar a la presa Rodolfo Félix Valdez (El Molinito), que se ubica en la parte baja de la Cuenca del río Sonora, a 254 km del bordo Tinajas1, a 21 km de la ciudad de Hermosillo, Sonora. 

Se asumió igualmente la generación de afectaciones en la ruta fluvial de los ríos Bacabuchi y Sonora (figura 13). Con relación a las estaciones de monitoreo, la más próxima (MET-005) al bordo es Tinajas 1, a 6.35 km; ubicada sobre el arroyo del mismo nombre. El día 8 de agosto la CONAGUA midió el pH del agua con 7.38, lo que confirmó desde esa fecha la neutralización del escurrimiento. Entre esta estación de monitoreo y la siguiente (MET-002) (Bacanuchi-El Molinito), hay una distancia en línea recta de 39.16 km, donde no se cuenta con estaciones intermedias de monitoreo dado que el cauce está seco y no existe población en ese trayecto del río. 

La aplicación de neutralizadores continuó bajo la inspección de la PROFEPA en las áreas citadas del sistema durante el mes de septiembre, con 692, 226 m³ y parcialmente en octubre, con 360 m³, alcanzando un volumen total en los tres meses de 833,994 m³ (310,265 m³ en Tinajas 1, y 523,729 m³ en el área del bordo Tinajas 2. En total, se aplicaron 1,786,522 kg de gravilla de cal y 1,983,000 litros de lechada de cal. Que posteriormente dieron un “fantasma” de distribución a todo lo largo del cauce principal, en donde la población asumió que era la sustancia derramada (figura 14). Los manchones blanquecinos y oxidados producidos por los neutralizadores sobre sedimentos, paredones y suelos adjuntos al cauce fueron levantados en labores realizadas a mano para evitar daños al cauce y su entorno. La tarea se realizó a lo largo 

de 190 km desde el arroyo Tinajas hasta la presa 

El Molinito.

Dilución de la sustancia 

Se estimó que la sustancia derramada equivalía a una masa de 74.8 toneladas, las que habrían sido aportadas al ecosistema, principalmente por Hierro (Fe) y Aluminio (83%), seguidos por Manganeso y Zinc con 8%. Los elementos químicos que contenía la sustancia original, en orden descendente de concentración en gramos por litro (g/L), eran los siguientes: azufre (30.41), fierro (7.99), aluminio (3.51), cobre (0.86), magnesio (0.73), manganeso (0.67), calcio (0.52), zinc (0.44), arsénico (0.03), cobalto (0.03), cadmio (0.01) y níquel (0.01). Sin embargo, el análisis del potencial de hidrogeniones (pH) del lixiviado original en la fuga mostró evolución. Esta diferencia de concentraciones entre el 6 y el 8 de agosto es un indicador de dilución de la sustancia aun dentro del Represo Tinajas 1 y partiendo como base del límite máximo permisible para el cobre: de 1 mg/L, es decir, 1 x 10-3 g/L; se puede calcular la cantidad de litros que fueron necesarios para diluir un litro con esa concentración, como sigue: 

(0.515 g de Cu/L) / 1 x 10-3 g/L = 515 factor de dilución. 

Lo anterior significa que para diluir la solución conteniendo los 0.515 g/L de Cu, hasta bajarla al límite máximo permisible de cobre, se debe mezclar cada litro con 515 litros de agua. 

Es decir, entre el 6 y el 8 de agosto se registraron los siguientes cambios significativos que demuestran esa dilución desde donde partió el derrame hasta el Arroyo Las Tinajas: 

• a. aumentó el pH de 2.03 a 2.18; y 
• b. se redujo la concentración de metales de 1.370 gramos por litro a 0.855 y de 14.200 a 7.990, respectivamente para cobre y fierro, como se aprecia en la tabla 3 (peritos MBVC, 2016).

La diferencia de pH registrado por CONAGUA dentro del Represo Tinajas 1, entre el 6 y el 8 de agosto de 2014, permite el cálculo de la reducción de H₂SO₄ de la siguiente manera: 

6 de agosto de 2014: pH = 2.03

pH= 2.03= – log [H⁺]

10 ^-2.03 = 10 ^log[H+]

[H⁺] = 9.3325 x 10^-3 ion mol H⁺

Si un mol de H₂SO₄ = 1.02 ion mol de [H⁺]

Entonces, (9.3325 x 10^-3 ion mol H⁺) / (1.02 ion mol de H⁺) = 9.1495 x 10^-3 ion mol H⁺

De donde: 9.1495 x 10^-3 ion mol H⁺ (98 g H₂SO₄ / mol) = 896.6 mg / L= 0.8966 g/L

Quedando: (0.8966 g/L) (40’000,000 L) = 35.86 t de H₂SO₄ 

De forma análoga, el cálculo para el 8 de agosto de 2014: pH = 2.18, que corresponde a: 0.634778 g/L de H₂SO₄ del derrame, equivalentes a: 25.39 ton de H₂SO₄.

La diferencia entre el 6 al 8 de agosto es de: 0.8966 g/L – 0.634778 g/L = 0.26182 g/L H₂SO₄ 

Representa 35.86 t – 25.39 t = 10.47 toneladas menos H₂SO₄ de la concentración del 6 de agosto, diluidas en aproximadamente 500 m, aún dentro de su recorrido desde el Bordo Poniente hasta el Represo Tinajas 1.

El análisis mostrado se basa en los datos oficiales publicados por la SEMARNAT en su portal web sobre los resultados de los análisis químicos del laboratorio ABC. Esta evolución de dilución de la sustancia continuó rápidamente, ya que la mezcla acuosa el día del derrame aguas abajo del Represo Tinajas 1, tuvo un pH de 2.56, lo que refleja una dilución desde su valor inicial aún mayor del orden de 16.03 toneladas menos H₂SO₄.

Con base en lo anterior, si se toma en cuenta que se derramaron 40 millones de litros de solución y cada litro de ésta requiere mezclarse con 515 litros de agua para la reducción referida, entonces, el cálculo del agua con la que se tuvo que combinar es el siguiente: 

40´000,000 x 515 = 2.06 x 10¹⁰ litros;

o sea; 2.06 x 10¹⁰ / 1000 = 20´600,000 m³ de agua.

Es decir que, para diluir esta fracción de los 40 millones de litros de solución hasta el límite máximo permisible de cobre, hubo necesariamente una mezcla y dilución con agua, cuyo único y posible origen fue la precipitación pluvial que ocurrió antes y durante esos días (6 al 8 de agosto). Tomando como base que la superficie de inundación del Bordo Poniente era de 46, 394.63 m², y la precipitación pluvial entre el 1 y el 8 de agosto fue de una lámina de 0.026 m, el volumen adicionado al estanque fue de 1,109.75 m³, considerando ya la lámina de evapotranspiración de 92%.

Basado en lo anterior, el grado de dilución de la sustancia original pasó de ser ácida a neutra por el aumento del pH y de acuerdo con los datos oficiales, esto ocurrió entre los días 8 y 14 de agosto, de dos a seis después del evento, porque los registros del pH a lo largo del río Bacanuchi, fluctuaron con valores entre 6.7 y 7.3 en la neutralidad, equivalentes a no efectos corrosivos y lejanos del valor de 2.18 de la sustancia original; y 2.56 de la sustancia fugada, quedando los registros con valores de pH menores (entre 4.0 y 6.0), limitados al arroyo Tinajas. A una distancia de 6.35 km del punto del vertimiento el pH fue de 7.38 medido por CONAGUA. 

La diferencia en las concentraciones de fierro en la sustancia en el Represo Tinajas1, indican que entre el 6 y el 8 de agosto se redujo de 14.200 g a 7.990 g, es decir, 6.21 g/L menos de fierro. Esta diferencia es un indicador de dilución si se aplica el cálculo necesario para determinar la cantidad de agua que se requirió para que esa reducción ocurriera, partiendo como base del valor máximo permisible para el cobre que es de 18 mg/L: 0.018 g/L; como sigue: (6.21 g de Fe/L) / (345) = 0.018 g/L (valor máximo permisible). Lo anterior significa que para diluir la solución conteniendo los 6.21 g de Fe, hasta bajarla al valor máximo permisible de fierro, se debió mezclar cada litro de ella con 345 litros de agua. Por tanto, si se derramaron 40 millones de litros de solución y cada litro de ésta tuvo que mezclar con 345 litros de agua para la reducción referida, entonces, el cálculo del agua con la que se combinó es el siguiente: 

40,000,000 x 345= 1.38 x 10¹⁰ litros, o sea, 1.38 x 10¹⁰ / 1000= 13,800,000 m³ de agua.

Es decir, para diluir esa parte, los 40 millones de litros de solución hasta el valor máximo permisible de cobre, hubo necesariamente una mezcla con 13.8 millones de m³ de agua, cuyo único posible origen fue la precipitación pluvial que ocurrió antes y durante esos días en la cuenca del Arroyo Tinajas. Cabe mencionar que tan solo la presa El Molinito en esa temporada de agosto a septiembre alcanzó un almacenamiento de 95 millones de metros cúbicos.

Por otro lado, basado en lo anterior, conforme la normatividad ambiental mexicana NOM-127-SSA-2000, aplicable a “SALUD AMBIENTAL, AGUA PARA USO Y CONSUMO HUMANO-LÍMITES PERMISIBLES DE CALIDAD Y TRATAMIENTOS A QUE DEBE SOMETERSE EL AGUA PARA SU POTABILIZACIÓN”, de los elementos del contenido de la sustancia original, los valores detectables fueron solamente tres: el arsénico, el cadmio y el cobre, identificados por los análisis del laboratorio ABC, presentes siempre por debajo de la Norma Oficial Mexicana. Por tanto, no alcanzaron a ser contaminantes del agua, suelos o humanos, lo que ocurre solamente si su concentración específica es mayor a los límites máximos permisibles establecidos en dicha norma. 

Sin embargo, como se aprecia en los valores de fondo de la región, los metales citados ya están presentes de manera natural en la Cuenca y han sido citados por diversos autores con estudios que datan de hace 40 años (Yocupicio, & Gómez, 1987; Rangel-Medina et al., 2005; Villa-Ibarra et al., 2005); y los más recientes binacionales sobre la presencia de arsénico en el agua potable y orina humana de Tucson, Arizona, Hermosillo y Ciudad Obregón en Sonora (Roberge et al., 2012; Vásquez et al, 2013). Si bien dos de los autores más antiguos tratan su interpretación como química del agua y asumen que las concentraciones son estrictamente atribuibles a la operación minera, y no consideran la geoquímica del agua, la cual toma en cuenta al medio geológico enriquecido y a la transportación de lixiviados con el flujo superficial y subterráneo, herramientas necesarias para la interpretación del medio natural. Lo que se hizo evidente al comparar la concentración total del agua, con y sin filtrar, ya que, al filtrarse la muestra de agua, la turbidez fue el parámetro físico analizado en laboratorio, que resultó determinante para soportar el efecto de los sedimentos, al filtrarse el agua subterránea proveniente de pozos y eliminar los sólidos suspendidos del análisis ya sin sólidos suspendidos, quedaba dentro de los Límites Máximos Permitidos de la NOM-127. Por tanto, esta interpretación geoquímica es la más importante, dado que el mecanismo hidrodinámico es la causa de que los metales, inclusive, puedan encontrarse retenidos en suelos, o en sedimentos de cauces secos de arroyos, ríos o embalses y puedan ser liberados al agua, migrados y/o diluidos gradualmente a través del tiempo por el proceso que inicia con el agua de los periodos de lluvias.

El resultado es que al confrontar los valores registrados en la sustancia original de los cinco elementos que considera la normatividad como posibles contaminantes (arsénico, cadmio, cobre, cromo y plomo), ninguno de ellos se encontró rebasando los 0.05 mg/L del límite máximo permisible, atribuible a la aceleración de la dinámica de flujos durante el periodo de lluvias. Para el caso de los sedimentos de cauces secos o activos de arroyos, ríos o embalses, no existe normatividad ambiental vigente en México y, por lo tanto, su concentración no está regulada como ocurre en el caso del agua y suelos. Los estudios realizados en agua de la Cuenca del río Sonora desde los años 1986-87, citados y posteriores, han reportado la presencia de los elementos referidos en agua, suelos, sedimentos, flora, fauna y humanos, lo cual demuestra que la región libera de manera natural estos y otros elementos metálicos y no metálicos producto de la lixiviación de las alteraciones de yacimientos minerales, principalmente en época de lluvias; estas últimas aceleran el proceso geoquímico siguiendo diversas interrelaciones naturales entre lluvia-escurrimiento-infiltración-roca-suelo-sedimentos-cauces-agua subterránea.

Conclusiones

La sustancia muy diluida del derrame se habría incorporado al caudal de arroyos y ríos siguiendo una longitud de 271 km desde el arroyo Las Tinajas hasta la presa El Molinito. En esa ruta hubo lluvias extraordinarias y aumento del escurrimiento fluvial antes, durante y después del evento, que conjuntamente determinaron la dilución de la sustancia del derrame en corto espacio y tiempo.

La mezcla de una sustancia corrosiva o tóxica con agua, implicó reacciones de óxido-reducción y dilución. Por este proceso natural y por la naturaleza bicarbonatada de la subcuenca Sonora-Banamichi, el pH de la sustancia del derrame (2.56), aumentó gradualmente hasta alcanzar valores mayores de 6.5 a partir del 8 de agosto, con lo cual quedó neutralizada y perdió su condición corrosiva y tóxica original.

El fondo de metales presente en sedimentos y lixiviados de la cuenca, fue posible observarla por la temporada de lluvias, la cual convive con los minerales de sus yacimientos que lixivia de manera natural, y así es su hidrodinámica al menos desde hace 12 millones años, mucho antes de que el primer minero llegara a la región. Por lo mismo, existe y existirá la presencia de metales pesados y metaloides en suelos, sedimentos y el agua superficial y subterránea. La solución es prepararse instalando la infraestructura de potabilización necesaria que los retenga.

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Presidente de la Asociación Latinoamericana de Hidrología Subterránea para el Desarrollo (www.alhsud.com)