Doctorado en Desarrollo Sostenible · 2025
Evaluación de la roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina: un enfoque de economía circular
La generación de drenajes ácidos de mina constituye un problema persistente que degrada la calidad del agua, moviliza metales pesados y aumenta la vulnerabilidad ambiental en zonas mineras activas y abandonadas. Frente a este contexto, el estudio planteó la necesidad de evaluar alternativas sostenibles basadas en material residual de la operación minera. El objetivo general de esta investigación consistió en evaluar la roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina, desde un enfoque de economía circular. La metodología se desarrolló en tres etapas: (i) caracterización geoquímica y mineralógica del estéril mediante ICP, ensayos con HCl y análisis petrográficos; (ii) evaluación experimental de tratabilidad, donde se cuantificó la remoción de Cu, Zn, As y Cd bajo diferentes granulometrías y (iii) análisis técnico–económico, comparando el desempeño del estéril con tratamientos activos. Los principales resultados demostraron que la roca estéril incrementó el pH, activó el sistema tampón carbonato–bicarbonato y logró remociones superiores al 90% para Cu y As, entre 70–82% para Cd y alrededor del 78% para Zn. Asimismo, el análisis económico evidenció ventajas significativas frente a insumos convencionales debido a su disponibilidad in situ y costo marginal. La investigación concluyó que la roca estéril calco alcalina fue técnicamente eficaz y económicamente viable como insumo para sistemas pasivos de tratamiento de drenajes ácidos de mina, validando su potencial para transformar un pasivo ambiental en un recurso estratégico dentro de la economía circular minera.
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41 páginas con «economía circular»
- p. 1roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina: un enfoque de economía circular Oscar Alberto Muñoz Aguirre Tesis doctoral presentada para optar al título de Doctor en Desarrollo
- p. 2roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina: un enfoque de economía circular [Tesis doctoral]. Universidad de Manizales. RIDUM: Repositorio Institucional Universidad de Manizales. Doctorado en Desarrollo Sostenible
- p. 6MITIGACIÓN DE DRENAJES… 6 5.1. Teorías de sistemas integrados y fundamentos de la economía circular ............................. 33 5.2. Fundamentos geoquímicos y ambientales del drenaje ácido de mina (DAM) .................... 34 5.3. Mecanismos
- p. 9roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina, desde un enfoque de economía circular. La metodología se desarrolló en tres etapas: (i) caracterización geoquímica y mineralógica del estéril
- p. 11propuesta no solo busca mitigar la contaminación, sino que incorpora un enfoque de economía circular al dar valor a un desecho inutilizado. Su aplicación en sistemas pasivos de neutralización representa
- p. 12ámbito académico, este estudio aporta un enfoque original que combina mineralogía, hidro-geoquímica y economía circular en una propuesta sólida y socialmente pertinente. Sus resultados podrían aplicarse a otros contextos
- p. 13estrategia de tratamiento pasivo de drenajes ácidos en minas subterráneas, bajo un enfoque de economía circular y sostenibilidad. Para ello, se definen objetivos que abarcan desde la caracterización mineralógica
- p. 15férrica. En conjunto, estos factores justifican la necesidad urgente de soluciones sostenibles y de economía circular, como la utilización de materiales calcoalcalinos locales para el tratamiento del DAM. 1.2.Estériles
- p. 16neutralización prolongados. A nivel global, la valorización de estériles se alinea con la economía circular minera. La Agencia Internacional de Energía (IEA, 2022) señala que reutilizar residuos mineros podría reducir
- p. 17sino un desafío ambiental, social y ético que amerita intervenciones urgentes basadas en sostenibilidad, economía circular y aprovechamiento de materiales locales como la roca estéril calcoalcalina. Los estudios
- p. 19sostenibilidad de territorios mineros. Este panorama refuerza la necesidad de estrategias técnicas basadas en economía circular y en el aprovechamiento de materiales locales como la roca estéril calcoalcalina. 1.5.Vacíos
- p. 20Asimismo, existen vacíos en la integración de enfoques de sostenibilidad y economía circular. Las revisiones recientes sobre tratamientos sostenibles destacan el potencial de sistemas pasivos combinados, pero señalan la falta
- p. 21MITIGACIÓN DE DRENAJES… 21 Betancur, 2013). Aunque se han promulgado políticas sectoriales de economía circular, aún no existen instrumentos que integren explícitamente la revalorización de estériles como estrategia de remediación
- p. 24bario, hierro y brucita (Masindi et al., 2022). 1.7.1.4. Mediados de 2010s - Presente: economía circular y tecnologías avanzadas Integración de Bicarbonato de Bario (BaCO3): se demostró la eficacia
- p. 25posible (Klimkova et al., 2011; Simeonidis et al., 2016; Alegbe et al., 2019). Economía circular en sustratos: se validó el uso de residuos ricos en CaCO3 de la industria agroalimentaria
- p. 28estrategias de tratamiento pasivo. La investigación también se articula con la Estrategia Nacional de Economía Circular (ENEC), liderada por el MADS y el Departamento Nacional de Planeación (DNP), que promueve
- p. 30roca estéril residual con propiedades calcoalcalinas se alinea con los principios de la economía circular, al transformar un pasivo ambiental en un insumo funcional para la mitigación
- p. 31roca estéril para la mitigación de drenajes ácidos de mina, desde un enfoque de economía circular. 3.2. Objetivos específicos • Caracterizar física, química y mineralógicamente la roca estéril residual generada
- p. 32minas subterráneas, mejorando la calidad del recurso hídrico e incorporando principios de sostenibilidad y economía circular en el proceso de remediación ambiental”. Este postulado se fundamenta en la revalorización
- p. 33articula los principios de la teoría general de sistemas, la geoquímica ambiental y la economía circular, con el propósito de formular una estrategia sostenible para la remediación del drenaje ácido
- p. 37abordar este problema desde una visión geoquímica y sistémica, integrando los principios de la economía circular para reintroducir la roca estéril calcoalcalina como agente neutralizante dentro del mismo ecosistema minero
- p. 38restauración geoquímica y elementos de cierre ambiental del propio sistema minero. 5.4.3. Eje 3. Economía circular y gestión sostenible de los residuos mineros La economía circular surge como una alternativa
- p. 39Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS 9, 12 y 15). En síntesis, la economía circular aplicada al contexto minero no solo busca reducir impactos, sino también restaurar la funcionalidad ecológica
- p. 40justicia ambiental y de la resiliencia territorial. 5.5. Articulación conceptual entre minería responsable, economía circular y justicia ambiental La mitigación del drenaje ácido de mina (DAM) mediante
- p. 41manera coherente los fundamentos de la teoría de sistemas, la geoquímica ambiental, la economía circular y los derechos ambientales, conformando una base conceptual robusta para la sostenibilidad minera. Desde esta
- p. 51sustentada en evidencias experimentales, fundamentos geoquímicos y criterios de sostenibilidad bajo el enfoque de economía circular minera (Lazo, 2020). La metodología se estructuró en tres componentes principales: 6.4.1. Análisis comparativo
- p. 52visualizar la competitividad entre ambos sistemas bajo parámetros de sostenibilidad y economía circular. 6.4.2. Sustento geoquímico del sistema El comportamiento del sistema de neutralización fue analizado mediante el modelo tampón
- p. 56estrategias pasivas de mitigación de drenaje ácido de mina (DAM), bajo un enfoque de economía circular y sostenibilidad geoquímica. Desde la perspectiva geoquímica, los rasgos observados, particularmente la presencia
- p. 57estrategia de reutilización del estéril residual se alinea, además, con los principios de la economía circular minera, en la medida en que cierra ciclos materiales, reduce el volumen de disposición
- p. 67objetivo específico 2 y su aplicabilidad dentro de un enfoque de minería sostenible y economía circular. En síntesis, los resultados confirman que el tamaño de partícula modula el rendimiento
- p. 69remoción de metales pesados mediante roca estéril carbonatada, en el marco del enfoque de economía circular aplicado al drenaje ácido de mina (DAM) (Figura 7). En la Tabla
- p. 70generar balances negativos de CO₂ (Mahmoudi Kouhi et al., 2024). Estos procesos promueven la economía circular minera y reducen la dependencia de reactivos vírgenes. 7.3.1.3. Costo económico: los sistemas pasivos
- p. 71necesarias para confirmar estos comportamientos bajo condiciones hidrológicas variables. 7.3.1.5. Impacto ambiental y economía circular: los materiales carbonatados residuales, además de neutralizar el DAM, se integran como agentes de captura
- p. 73roca estéril residual como material neutralizante se alinea directamente con los principios de la economía circular aplicada a la minería, al transformar un pasivo ambiental en un recurso funcional para
- p. 75criterios de eficiencia química, sino que además integra coherentemente los principios de sostenibilidad ambiental, economía circular y reducción de costos, pilares esenciales del desarrollo minero sostenible contemporáneo. Este enfoque transforma
- p. 76evaluar la calidad y coherencia de planes de cierre. La integración de soluciones de economía circular dentro de estos marcos permite articular innovación tecnológica con gobernanza institucional. Desde la perspectiva
- p. 80respalda el uso del estéril como un material potencialmente útil dentro de estrategias de economía circular minera, transformando un pasivo ambiental en un recurso aprovechable. Los ensayos de tratabilidad demostraron
- p. 81pasivo minero en un recurso ambientalmente estratégico, aportando a los principios de sostenibilidad y economía circular en operaciones mineras
- p. 82tratamientos en los Planes de Manejo de Drenajes Mineros. • Incorporar el enfoque de economía circular en los planes de trabajo y obras (PTO). • Ejecutar pruebas piloto a nivel industrial
- p. 89sustainability assessment. Minerals Engineering, 176, 107322. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107322 Minenergía. (2020). *Política de Economía Circular del Sector Minero-Energético. Ministerio de Minas y Energía. Ministerio de Minas y Energía
- p. 96contribuye a la consolidación de una minería responsable, alineada con los principios de la economía circular y la protección ambiental
Contenido
- Abstractp. 10
- Introducciónp. 11
- 1. Planteamiento del problemap. 14
- Generación de drenajes ácidos de mina: una amenaza persistentep. 14
- Estériles mineros: un pasivo con potencial de recursop. 15
- Implicaciones socioambientales y éticasp. 17
- Evidencia internacional del problemap. 18
- Vacíos científicos y normativosp. 19
- Pregunta de investigaciónp. 21
- Antecedentesp. 21
- 1.7.1. Línea de tiempo sobre los estudios asociados al Drenaje Ácido de Minap. 22
- 2. Justificaciónp. 27
- 2.1. Pertinencia con las políticas públicas globalesp. 27
- 2.2. Pertinencia con las políticas públicas nacionalesp. 27
- Sosteniblep. 28
- 2.4. Pertinencia técnicap. 29
- 2.5. Enfoque propuestop. 29
- 3. Objetivosp. 30
- 3.1. Objetivo generalp. 31
- 3.2. Objetivos específicosp. 31
- 4. Hipótesisp. 32
- 4.1. Hipótesis de trabajop. 32
- 4.2. Hipótesis nula (H₀)p. 32
- 5. Marco teóricop. 33
- 5.1. Teorías de sistemas integrados y fundamentos de la economía circularp. 33
- 5.2. Fundamentos geoquímicos y ambientales del drenaje ácido de mina (DAM)p. 34
- 5.3. Mecanismos geoquímicos de neutralización y control del DAMp. 35
- 5.4. Ejes teóricos de la investigaciónp. 35
- 5.5. Síntesis integradorap. 41
- 6. Metodologíap. 43
- Integración de criterios científicos y económicosp. 52
- Resultados y discusiónp. 53
- 7.2.2. Ensayo 2. Remoción metales pesados de los drenajes ácidos de minap. 49
- metales pesados de drenajes ácidos de mina con roca residualp. 51
- 7.3.4. Síntesis técnicap. 73
- 8. Conclusionesp. 80
- 9. Recomendacionesp. 82
- 9.1. Caracterización de la roca como material neutralizantep. 82
- drenajes ácidos de minap. 82
- 9.3. Viabilidad técnica y económica de la propuestap. 82
- 9.4. Recomendaciones Integradas para la Sostenibilidadp. 82
- Tabla 1. Concentración de metales en Drenajes Ácidos de Minap. 15
- lagunas de reacciónp. 48
- drenajes ácidos de minap. 50
- Inductivamentep. 55
- Tabla 5. Comportamiento del pH en las lagunas de reacción, en los tratamientos evaluadosp. 58
- Tabla 7. Resumen de parámetros de neutralización de la roca por lagunas de reacciónp. 61
- Tabla 8. Porcentaje de remoción de metales pesados en los drenajes ácidos de minap. 62
- Tabla 9. Estadísticas descriptivas de remoción de metales en porcentaje por tratamientop. 63
- Tabla 10. Resultados del análisis ANOVA de una vía para la remoción de cada metalp. 65
- Tabla 11. Eficiencia de remoción de metales en tratamientos con vetiverp. 67
- Tabla 12. Estadísticos descriptivos de los tratamientos con vetiverp. 67
- Tabla 13. Puntuaciones multicriterio (escala 0–10)p. 69
- ensayop. 47
- Figura 2. Montaje establecido para la evaluación de la capacidad de neutralización de la rocap. 48
- Figura 3. Montaje establecido para la determinación de la depuración de metales pesadosp. 50
- réplicas. La desviación estándar de las tres réplicas se presenta con barras de errorp. 59
- se presenta con barras de errorp. 60
- errorp. 63
- Figura 7. Radar multicriterio estériles carbonatados (pasivo) y tratamientos activosp. 69
- Figura 8. Diagrama conceptual del sistema tampón carbonato–bicarbonatop. 72
- Figura 9. Esquema conceptual del método de cámaras y pilares en minería subterráneap. 95