ImpactU Versión 3.11.2 Última actualización: Interfaz de Usuario: 16/10/2025 Base de Datos: 29/08/2025 Hecho en Colombia
Determinación del aporte de fuentes a la contaminación del aire por material particulado en el área minera del Cerrejón (La Guajira, Colombia) a través del modelo de receptor CMB
RESUMEN: La mina del Cerrejon, ubicada en el norte de Colombia, en los ultimos ocho anos (2009 - 2016), ha mantenido la produccion anual de carbon por encima de los 30 millones de toneladas (Mt) y una masa de esteril excavado en el mismo periodo es de 226,2 Mt. Todo este proceso se realiza en un area de 21.587 hectareas (ha). El modelo de balance quimico de masa (CMB), se escogio como el metodo para determinar los principales aportes de material particulado PM10, en las operaciones de mineria de carbon a cielo abierto. Para la aplicacion del CMB, se escogieron cinco estaciones distribuidas de norte a sur en la Mina el Cerrejon, para el muestreo de receptores. Se tuvo en cuenta, que las estaciones cubrieran los 6 tajos (pit) de explotaciones denominadas: tajo La puente, tajo Tabaco, tajo Patilla, tajo Comunero, tajo 100 y tajo Oreganal. Las estaciones seleccionadas estan localizadas en la zona norte: estacion Sol y Sombra (SS); zona centro: estacion Patilla (PT) y estacion Provincial (PV) y zona sur: estacion Barranca (BR) y estacion Las Casitas (LC). Para la identificacion y seleccion de los sitios para muestreo en fuentes, se utilizaron los factores de emisiones en minas de superficies de la Agencia de proteccion Ambiental de los Estados Unidos (EPA), sumado a los volumenes de material extraido, transportado y almacenado, los resultados de los estudios de las caracteristicas fisicas de las vias y materiales del Cerrejon. Se cuantifico las emisiones de material particulado PM10, para cada actividad y para cada uno de los tipos de fuentes identificadas en la operacion minera. Se escogieron las actividades de vias, cargue, suelo (meteorizado) y pilas de almacenaje. Adicionalmente, se agregaron las actividades de emisiones del tubo de escape de vehiculos y aerosoles marinos. Los puntos de muestreo de fuentes, tambien fueron distribuidos, de tal manera que se cubrieran las 6 areas de explotacion, incluidas en el muestreo de receptores. Los datos meteorologicos utilizados en el analisis, se obtuvieron de la Red de calidad de aire del Cerrejon. Esta red esta compuesta por 19 estaciones, de las cuales 3, tienen sensores meteorologicos automaticos. La caracterizacion quimica de especies inorganicas en las particulas PM10, en las estaciones de muestreo en el receptor, mostraron elementos mayoritarios (Na, Mg, Al, K, Ca), con promedios de concentraciones entre 100 a 1900 ng/m3; b) elementos intermedios (Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Ba), con promedios de concentraciones entre 1 a 100 ng/m3; c) elementos minoritarios (Li, Be, V, Ni, Co, Ga, As, Se, Sr, Rb, Mo, Cd, Ag, In, Sb, Cs, Hg, Ti, Pb, Bi, U), con promedios de concentraciones < de 1 ng/m3. Las concentraciones en µg/m3 de los nueve iones del analisis, mostraron que las especies SO42-, Na+ y NH4+, presentaron las concentraciones mas altas de los iones estudiados. En el total de las 210 muestras, el 75% de la suma de las masas de iones, corresponde a estos tres iones. El 25% restante se distribuye en los iones K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, NO3-, PO43-. Las concentraciones de carbono organico y carbono elemental, resultaron superiores, en las estaciones ubicadas en la zona de influencia directa de las operaciones mineras (LC, BR, PT y PV), con relacion a la estacion de blanco o de referencia (SS), lo cual sugiere, que estos componentes son aportados significativamente por las actividades mineras, desarrolladas en la zona. Las contribuciones a concentraciones de PM10, en minas de carbon a cielo abierto, son originadas principalmente, en un 76%, en las mismas actividades mineras. Las vias aportaron una contribucion a la masa de PM10, entre 60 al 66%, en las estaciones al interior de la minas. Con concentraciones entre 28,23 a 54,88 µg/m3. Las contribuciones a concentraciones de PM10, de las otras fuentes se distribuyeron asi: pilas (9% -14%); cargue (0,19% -10%); meteorizado (6% -8%); aerosoles marinos (2% -7%) y gasas de escape de automoviles (2% -14%). En la estacion de fondo (SS), los aportes de escape de automoviles, fueron de 2 a 4 veces mayores a las concentraciones promedios en las estaciones PV, LC, PT y BR, lo que permitio concluir la presencia de una fuente de aporte significativo en esta estacion. La explicacion, fue la presencia de un generador electrico ubicado en esta estacion. Con relacion a los aportes individuales de especies quimicas, en las estaciones mineras, los elementos abundantes fueron los indicadores de vias (Ca, Fe, OC, Al, Na+), seguido de los elementos de indicadores de cargue (OC, EC, Sc, Tl, Ca), pilas (OC, EC), aerosoles marinos (Cl-, Na+, Na, Cl, SO4=) y elementos indicadores de fuentes de automoviles (Pb, Br, Ni, V, EC, OC). La validacion del modelo CMB, mostro indicadores estadisticos en los rangos requeridos en el protocolo. Este analisis mostro que la aplicacion del modelo de receptor CMB, en zona minera del Cerrejon, tuvo consistencia y estabilidad en la estimacion de los aportes de fuentes mineras. Los resultados del CMB, se compararon con las tecnicas factor de enriquecimiento y funcion de probabilidad condicional.