11. POTENCIAL DE CONTAMINACIÓN ÁCIDA DETERMINADO EN MUESTRAS DE CUATRO DIFERENTES MINAS. Luciano Juárez García Tutora: Dra. Rosa Elva Rivera Santillán Departamento de Ingeniería Metalúrgica INTRODUCCIÓN Una causa de contaminación de aguas y suelos es el llamado drenaje ácido de mina, producida a partir de minerales residuales y en el interior de los jales. La problemática se inicia cuando se encuentran los tres principales agentes causantes; aire, agua y bacterias ferrooxidantes. Las bacterias atacan a la pirita contenida en un relave o en desechos de la minería y la oxidan, generando ácido y sulfato ferroso. El ion ferroso puede seguir siendo oxidado por las bacterias, para producir el ion férrico. Este último ion disuelve diferentes metales encontrables en el mineral, colas, jales, etc. La acción concertada del aire, agua y bacterias no se detiene espontáneamente. En los Estados Unidos, el drenaje ácido y otros tóxicos de las minas abandonadas han contaminado 180 mil acres de reservas y lagos y 120 millas de arroyos y ríos. Se ha estimado que limpiar estas aguas contaminadas costaría a los ciudadanos entre 32 y 72 billones de dólares tomados de sus impuestos. En Bolivia las aguas del Río La Ribera, Molino y Tarapaya se utilizan para irrigar los cultivos, ahí se han reportado altos valores de mortandad de sementeras. Esto se atribuye a la alta concentración de cobre, zinc, cadmio y manganeso provenientes de los drenajes ácidos de las minas, los cuales destruyen la raíz y secan a la planta. A la par merman la salud de los animales generándoles deformaciones en las piernas, diarrea y dermapatías. Los efectos en salud no pueden ser pasados por alto. Especialmente los niños son afectados por irritaciones de piel y sangrados al exponerse al agua. Casos de enfermedades estomacales y diarrea también han sido reportados (Hinojosa y Rosales). La contaminación se traduce en la imposibilidad de realizar las actividades productivas tradicionales, causando pobreza, forzando a muchas personas a abandonar sus tierras y emigrar hacia los departamentos de Santa Cruz y Cochabamba. 65 Por ello urge implementar proyectos de combate a las descargas ácidas en los cuerpos de la agua dulce. Resultando evidente que todo trabajo destinado al estudio de los mecanismos de drenajes ácidos y su caracterización es importante. DESARROLLO DE PRUEBAS DE POTENCIAL DE ACIDEZ Se han recolectado para el presente trabajo muestras de jales de cuatro diferentes minas: Cata en Guanajuato, Velardeña en Durango, Charcas en San Luis Potosí y Tizapa en el Estado de México. Las cuales se trataron conforme al Water & Wastewater Examination Manual. Se sometieron a pruebas estáticas para predecir la calidad del drenaje comparando el potencial máximo de la producción de ácido de la muestra (AP) con su potencial máximo de la neutralización (NP). Ocurriendo diversos métodos para este objetivo. El potencial neto de la neutralización (NNP) es determinado restando el AP del NP (NNP = NP—AP). Si la diferencia entre NP y el AP es negativa entonces el potencial existe para que la basura forme el ácido. Si es positivo entonces puede haber riesgo bajo. La predicción del potencial ácido cuando el NNP está entre —20 y 20 es difícil de evaluar. El potencial ácido en forma de prueba estática fue desarrollado en 1974, a partir del contenido total del sulfuro como sigue: 31.25 * % S = AP La evaluación se centra en la cuantificación del sulfuro como generador de ácido y la basicidad de la muestra. Para ello Enviromental Protection Agency de Estados Unidos emitió el Método 310 para cuantificar la basicidad de las aguas residuales. Asimismo American Public Health Association, American Water Works Association y Water Environment Federation de E.E.U.U. trabajaron juntas para emitir la norma 4500—S2— dedicada al estudio de los sulfuros, pero no siempre se obtienen resultados satisfactorios. Por estas razones se ha desarrollado el Método RERS—XOCHIQUETZALLI el cual arroja mejores resultados. Si bien los criterios para determinar el AP omiten tomar en cuenta los sulfatos y el ion ferroso, en el presente trabajo se ha realizado la valoración de los mismos según las normas 4500—SO4 2— E y 3500—Fe D; ambas de las agencias colaboradoras. 66 Las agencias colaboradores en su norma 3030 y la E.P.A. sugieren la digestión ácida previa al estudio de las muestras, por su parte A. Tessier propone un ataque químico en diferentes pasos, separando las especies químicas de interés. En este trabajo se adopta el criterio recién citado, consecuentemente los lixiviados obtenidos sucesivamente se denominan A, B y C. RESULTADOS Concentración de sulfatos en partes por millón de medio acuoso Lugar de Origen Lixiviado A Lixiviado B Lixiviado C Total Cata, Guanajuato 0 981.0183 10615.589 11596.6073 Velardeña, Durango 2579.628618 297.34207 12862.601 15739.571688 Tizapa, Edo. Méx. 7488.164356 912.56748 16771.745 25172.476836 Charcas, S. L. P. 1049.126163 197.61069 11930.775 13177.511853 Contenido en partes por millón de sulfuros de diversas muestras, método RERS— XOCHIQUETZALLI Origen Velardeña, Dgo. Tizapa, Edo. Méx. Charcas, S.L.P. Cata, Gto. Lixiviado A 6.9636045 16.736705 8.999984 18.826623 Lixiviado B 79.39324 77.247495 79.193888 120.21896 Lixiviado C 78.645204 57.760699 81.532643 73.927314 Total 165.0020485 151.744899 169.726515 212.972897 Basicidad—NP conforme al método 310 de la E.P.A. Origen Gto. Edo. Méx. S.L.P. Dgo. Inicial º C mL para mL para F pH pH 8.3 pH 4.5 5.09 24.4 0 10.93 0 5.09 23.2 0 10.50 0 7.19 6.06 22.8 19.9 0 0 19.25 17.87 0 0 T 1679.84 1617.10 CO3 2— mg/L 971.61 935.18 2957.71 1710.01 2754.10 1587.33 CO3 2— mg/L Final Sin Dilución pH 19419.57 4.5 18693.66 4.5 34190.80 31733.33 4.5 4.5 F = Alcalinidad a la Fenolftaleína T = Alcalinidad Total 67 A pesar de no ser exigidas por el método 310 de E.P.A., se presentan a continuación las curvas de titulación respectivas. Concentración en p.p.m. de Fe 2+. Origen Velardeña, Dgo. Tizapa, Edo. Méx. Charcas, S.L.P. Cata, Guanajuato Lixiviado A 0 1.503860626 5.127334522 0.690411106 Lixiviado B 1.651262107 310.05709 44.81477915 316.2390683 Lixiviado C 1473.234701 332.7502103 309.4239725 555.288595 Tomando los datos de partes por millón de sulfuro, multiplicándolos por el factor mencionado para determinar AP y considerando los valores de alcalinidad obtenidos se puede llegar a la siguiente tabla. Potencial de acidez de cuatro diferentes muestras de jales Origen Velardeña, Dgo. Tizapa, Edo. Méx. Charcas, S.L.P. Cata, Guanajuato S2— p.p.m. AP p.p.m. 165.0020485 5156.314015625 151.744899 4742.02809375 169.726515 5303.95359375 212.972897 6655.40303125 NP p.p.m. 31733.33 18693.66 34190.80 19419.57 NNP p.p.m. 26577.02 13951.63 28886.85 12764.17 Potencial de acidez de cuatro diferentes muestras de jales (Considerando sulfatos y sulfuros) Origen S2— y SO4 2— p.p.m. Velardeña, Dgo. 15904.57 Tizapa, Edo. Méx. 25324.22 Charcas, S.L.P. 13347.24 Cata, Guanajuato 11809.58 AP p.p.m. 497017.81 791381.88 417101.25 369049.38 NP p.p.m. 31733.33 18693.66 34190.80 19419.57 NNP p.p.m. —465284.48 —772688.22 —382910.45 —349629.81 Como se observa, los criterios mencionados presentan el grave defecto de contabilizar únicamente la formación del sulfuro como generador del drenaje ácido. De sólo considerar al ion sulfuro ninguna de las muestras tiene potencial de generar drenaje ácido por neutralizarse automáticamente, lo cual es completamente falso; ya que todo valor de pH inicial de la muestra 68 se puede considerar ácido. Por ende ninguno de los criterios mencionados se puede considerar adecuado para evaluar correctamente el potencial de contaminación ácido por jales de mina, como lo revela el registro de pH inicial para la determinación de NP, por ende debe considerarse también a la base conjugada del ácido sulfúrico. Otro defecto para determinar el valor del NP radica en el uso de ácido fuerte hirviente para evaluar la cantidad de bases fuertes, tal y como la propia doctrina lo reconoce, pueden de antemano disolver las bases disponibles, luego se adoptan las sugestiones de A. Tessier. Un punto interesante; un primer ataque químico no libera el máximo potencial de generadores de ácido, sino hasta el tercero. Se puede asumir razonablemente, que si bien en el primer impacto químico puede genera las condiciones de pH adecuadas para que las bacterias ferrooxidantes se encuentren en actitud de intervenir. Desde luego en el presente caso se reconoce que no se han trabajado con bacterias ferrooxidantes. Tampoco se ha tomado en consideración para determinar el potencial de contaminación del drenaje ácido de mina, el hierro en solución ni el factor bacteria y otros microorganismos en el problema. Al cierra del trabajo prosigue la investigación en este sentido. CONCLUSIONES El criterio de cuantificación del sulfuro como único generador de acidez resulta erróneo. Una postura interesante, compatible con los valores iniciales de pH de las muestras es considerar al SO4 2— como participante en el potencial ácido de los jales. De sulfato concentración es suficiente para apreciar el grado máximo de contaminación; las cantidades de ion ferroso disponibles son elevadas, por lo mismo debe tomarse en cuenta en el fenómeno por su facilidad de incorporar a la solución los metales pesados. Ninguno de los criterios mencionados en el presente trabajo ha tomado en cuenta el factor bacteria e interacción de otros organismos en el problema. 69 BIBLIOGRAFÍA EL AGUA SUBTERRÁNEA EN EL MEDIO AMBIENTE MINERO Y SU IMPORTANCIA EN LOS PLANES DE CIERRE, Jorge A. Tovar Pacheco, Revista Minería, Instituto de Ingenieros de Minas del Perú, Año 2003, Número 310, julio. M. A. ARMIENTA, V. ZAMORA, F. JUÁREZ, Manual para el Análisis Químico de Aguas Naturales, en el Campo y en el Laboratorio, de la Serie Docencia y Divulgación Número 4, por el Instituto de Geofísica dependiente de la Universidad Nacional Autónoma de México, 2ª Reimpresión, Marzo de 1996. DEAM ADAMS, V., Water & Wastewater Examination Manual, Lewis Publishers, Chelsea, Estados Unidos, segunda edición, 1991, 247 p.p. SEQUENTIAL EXTRACTION PROCEDURE FOR DE SPECIATION OF PARTICULATE TRACE METALS, A. Tessier, P.G.C. Campbell y M. Bisson de la Universidad de Québec, Canadá, publicado en Analytical Chemistra, Volumen 51, número 7, junio de 1979, páginas 844 a 851 STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIOS OF WATER AND WASTEWATER, American Public Health Association, American Water Works Association y Water Environment Federation, Washington, Estados Unidos, decimoctava edición, 1992. (NOTA.—La edición en Español de este texto es infiel con él mismo). 70