Caracterización del contenido metálico y del potencial de

Caracterización del contenido metálico y del potencial de
generación de ácido de escombreras antiguas originadas por la
actividad carbonífera en Río Turbio, Santa Cruz, Argentina
Alba L. Caballero*, Víctor H. Morales
*
[email protected]
Resumen
La caracterización fisicoquímica de escombreras antiguas derivadas de la actividad carbonífera
llevada a cabo en Río Turbio, es el primer paso para poder definir acciones de remediación o
reutilización. Estudios preliminares realizados en muestras puntuales extraídas de escombreras en
uso, pusieron en evidencia la existencia de contenidos variables de diversos metales pesados pero
no arrojaron claridad respecto a la producción de drenajes ácidos. En este trabajo se ha realizado
una caracterización estadística del contenido metálico de antiguas escombreras distribuidas en
distintos puntos de la región partiendo de un diseño de muestreo apropiado. Así mismo se ha
evaluado el potencial de generación de ácido de dichos depósitos mediante el método Sobek. Como
resultado, se ha obtenido información de valores máximos y mínimos de cada metal evaluado, la
relación existente entre ellos , aquellos metales que caracterizan con más peso las escombreras
antiguas, las similitudes o diferencias existente entre las mismas y el inconveniente de
interpretación del potencial de generación ácido determinado. La comparación con niveles guía de
la ley 24.051 de Residuos Peligrosos de la República Argentina determinó que el contenido de
plomo de uno de los ocho depósitos estudiados superó todos los niveles de uso (industrial,
residencial y agrícola), la concentración de cadmio y cromo no sobrepasó ningún nivel en todas las
muestras, mientras que el contenido de arsénico y el resto de los metales (mercurio, cobre, zinc),
superó niveles de uso agrícola y/o residencial en al menos una muestra estando por debajo de
niveles para uso industrial.
Palabras Clave: análisis de correspondencia, carbón, drenaje ácido de mina, estériles, metales pesados
1. Introducción
La problemática de los depósito de estériles (escombreras) provenientes de la explotación del
carbón, está relacionada a los impactos visuales, alteraciones paisajísticas, ocupación del terreno,
contaminación y peligrosidad ocasionada por el material depositado en ellas.
Por tal motivo en los países donde se practica esta minería se han emprendido, desde hace ya unos
años, acciones de restauración, remediación o reutilización de los estériles provenientes de estas
escombrera. Para ello se ha comenzado con la realización de estudios tendientes a caracterizarlas,
no sólo en lo que concierne a componentes ligados a la posibilidad de uso del material, sino a
aquellos vinculados a su potencial de contaminación.
El objetivo de este trabajo es la caracterización con significancia estadística del contenido metálico
y la valoración del potencial de generación de ácido de todos los depósitos de residuos más antiguos
generados a lo largo de 60 años de explotación carbonífera en la cuenca de Río Turbio. Para ello se
ha realizado un relevamiento de dichas depósitos, determinado las variables mencionadas en
muestras obtenidas aleatoriamente y se ha realizado un análisis estadístico de los datos obtenidos.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011 pp 54-59 ISBN 978-607-607-015-4
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2. Metodología
Se realizó en primer lugar una localización geográfica de las minas en explotación y abandonadas a
fin de poder establecer el emplazamiento de las diferentes escombreras, principalmente aquellas
más antiguas. En función de ello y mediante la imagen satelital brindada por Google Earth se
definieron los depósitos a muestrear determinándose la superficie ocupada por los mismos. A partir
de esta información se realizó un relevamiento de campo en aquellas escombreras más antiguas para
recabar información visual in situ del material depositado en ellas y poder realizar el diseño de
muestreo que pueda brindar datos fiables a los objetivos del trabajo.
La selección de las variables a determinar se hizo en relación a los objetivos del presente trabajo
tomando también como referencia aquellos que han servido de antecendentes [1]-[2].
Para la realización de todas las determinaciones analíticas se seleccionó un laboratorio con
certificación ISO 9001.
2.1 Diseño del muestreo de Escombreras
La Figura 1 muestra la ubicación relativa de las escombreras muestreadas y la zonificación
realizada a partir de la información obtenida respecto a la época o periodo en el cual se formaron.
En la misma se puede observar ocho zonas sobre las que se localizó una o más estaciones de
muestreo teniendo en cuenta la homogeneidad y/o heterogeneidad de cada una y su extensión. Las
coordenadas del baricentro de cada estación fueron georeferenciadas usando un GPS Extrex Vista.
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De esta forma en las Zonas I, II, III, IV y VI se estableció una estación de muestreo por cada una:
M 1, M 2, M 3, M 4, M 11 respectivamente. En la Zona V, seis estaciones: M 5, M 6, M 7, M 8, M
9 y M 10. Finalmente en las Zonas VII y VIII se fijó cuatro estaciones para cada una: M 12, M 13,
M 14, M 15 para la primera y M 16, M 17, M 18, M 19 para la segunda.
2.2 Metodología del muestreo
De cada estación se obtuvo una muestra compuesta formada a partir de una cantidad de
submuestras (alícuotas) extraídas aleatoriamente teniendo en cuenta la superficie de cada estación y
el volumen de material presente en ella. El muestreador usado fué del tipo sacabocado con mango
regulable que permiten variar la profundidad del muestreo. La misma fué variada en relación a cada
zona y osciló entre los 30 a 60 cm de profundidad. El peso de cada muestra osciló entre 2,5 a 3 Kg.
2.3 Variables fisicoquímicas y ensayos seleccionados para sólidos
Se seleccionaron aquellas variables determinadas en el informe de referencia [2]: pH de la pulpa,
máximo potencial de generación ácido (MAP), Potencial de Neutralización (PN) y los metales
pesados: Aluminio (Al), Arsénico (As), Cadmio (Cd), Cobre (Cu), Cromo(Cr), Hierro (Fe),
Manganeso (Mn), Mercurio (Hg), Plomo (Pb) y Zinc (Zn).
La Norma usada para determinar metales fué la SW-846. EPA [3]. Los resultados obtenidos se
lograron promediando los valores de dos submuestras de cada muestra para cubrir su
heterogeneidad.
El máximo MAP y el Potencial de Neutralización PN se determinó mediante el método Sobek [4].
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Z-V
Z-VII
Z-VIII
Z- VI
Z-IV
Z-III
Z-1
Z-II
Figura 1. Ubicación relativa de las escombreras y zonificación.Tomada de[7]
2.4 Tratamiento de los datos
Se ha realizado un tratamiento estadístico multivariado de los contenidos metálicos mediante un
Análisis de Componentes Principales (ACP). Para ello se ha usado el paquete estadístico XLSTAT
753 de Adinsoft que permite efectuar el análisis de un conjunto de variables cuantitativas
(continuas). Con el mismo se obtienen las variables estadísticas usuales, una matriz de
correlaciones con la cual se establecen los grados de asociación existentes entre las variables y una
representación de las mismas como vectores sobre un plano o espacio factorial a partir del que se
interpreta gráficamente las correlaciones entre las variables originales [5].
Para cada muestra se calculó el cociente PN/MPA y la diferencia ―PN-MPA‖ (Potencial Neto de
Neutralización, PNN) con el fin de determinar, mediante reglas de interpretación corrientes, el
potencial de generación de ácido de cada una.
3. Resultados y Discusión
3.1 Análisis del Balance Ácido- Base
A partir de los valores obtenidos tanto para el PNN como para la relación PN/MPA se infiere que
todas las muestras analizadas tiene un alto potencial de generación de drenajes ácidos.
Se debe tener presente que el MPA se calcula a partir de considerar que todo el azufre presente en la
muestra está como pirita (sulfuro ferroso). Ésta al oxidarse es quien genera realmente ácido
sulfúrico. Teniendo en cuenta la antigüedad de las escombreras (mayor a 15 años) gran parte de ese
azufre pirítico está oxidado como sulfato con lo que se infiere que con el método usado se ha
sobrevaluado dicho potencial, aún cuando no se puede determinar con precisión cuánto es el error
del mismo.
Por lo que respecta al Potencial de Neutralización se considera que valores mayores de 30 ppt
(partes por toneladas) en CaCO3 que den una reacción positiva de efervescencia con ácido
clorhídrico a temperatura ambiente tendrán capacidad de neutralización. Todos los valores de
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potencial de neutralización (excepto el de M 7) están por debajo de éste límite y esto es coincidente
con los estudios puntales realizado previamente sobre las escombreras de Río Turbio [2].
Finalmente todos los valores de pH de la pulpa cayeron en la zona de acidez siendo el valor más
alto de 6,4 unidades de pH (U. pH). Debe tenerse en cuenta que este parámetro indica el estado de
la muestra en el momento del ensayo y está relacionado con el MPA.
3.2 Análisis estadístico del contenido metálico
Se observó una gran dispersión en los valores de algunos metales pesados. Por ejemplo las
desviaciones estándar del aluminio, cobre, plomo y manganeso son superiores al valor de las
medias lo que nos está indicando una variación espacial debido a la concentración de dichos
metales (Cobre y Plomo en M 4, Aluminio en M 7 y Manganeso en M 11).
El primer Análisis de Componentes Principales (ACP) realizado para las 19 muestras permitió
descartar, aplicando las interpretaciones del método, uno de los individuos: el M 4. Por tal motivo la
discusión del trabajo se centra en el ACP de 18 de las 19 estaciones muestreadas.
El análisis de la matriz de correlación (Matriz de Pearson) permitió establecer el grado de
asociación existente entre los contenidos metálicos de todas las escombreras. De la misma se
desprende que existen correlaciones significativas entre la mayoría de los metales analizados: AlCd, As-Cr, As-Fe, As-Zn, Cu-Fe, Cu-Pb; Cr- Fe, Cr- Zn; Fe-Pb, Fe-Zn; mientras que existe una
independencia lineal del mercurio y del manganeso con el resto de los metales. Estas correlaciones
evidencian el origen común y la similitud geoquímica de los individuos.
La caracterización de las escombreras en cuanto a su contenido metálico se explica a partir de los
tres primeros componentes principales que suman el 71 % de la inercia total [5].
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Las representaciones de las variables en el primer plano factorial (Figura 2) y el análisis de cosenos
cuadrados de los tres primeros componentes nos permite afirmar que la variable Fe es la mejor
representada en el primer componente principal siguiéndole en orden las variables As, Cr y Zn. El
análisis de los vectores representativos de estas últimas indican una fuerte asociación entre ellas y
de éstas con el representativo del hierro. De ello se deduce que estos metales caracterizan con
mayor significación los individuos estudiados.
El Plomo y el Cobre también aparecen bien representados en el plano factorial, aunque su relación
con los metales mencionados es menor, por lo que se pueden considerar como información
adicional. Lo mismo se puede decir del Manganeso cuya relación con los metales ya nombrados es
nula o casi nula tal como se verificó en la matriz de correlación.
El aluminio y el cadmio están mejor representados en el segundo plano factorial y figuran
oponiéndose al contenido de manganeso lo cual indica que cuando el contenido de estos aumenta,
disminuye el de los otros. Éstas variables, por lo tanto, están brindando una información
complementaria pero no esencial en la caracterización de una escombrera antigua de carbón. Ello se
debe a que, fundamentalmente, el aluminio y el manganeso provienen, además del estéril del
carbón, de otras fuentes tales como los constituyentes naturales de los suelos [6]. Se puede afirmar
que el mercurio no presenta relación lineal con ninguna de las otras variables.
Como complemento se representa gráficamente mediante la Nube dinámica (Figura 3), los
individuos agrupados en clases cuyas características se describen a continuación.
Clase 1 (M 5, M 13, M 14, M 15, M 16): Esta clase está caracterizada por contenidos bajos de los
metales considerados como característicos: Fe. As, Cr, Zn, Pb y Cu lo que indica una proporción
mayor de materiales de naturaleza edáfica. Está integrada en su mayor parte por individuos
pertenecientes a la Zona VII afectada por grandes movimientos de tierra.
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5
3
1
2
4
Figura 2. Representación gráfica de las variables en
el primer plano factorial
Figura 3. Individuos agrupado por clases (Nube
dinámica)
Clase 2 (M 6, M 7, M 18, M 12): Tiene características similares a la clase anterior pero con
contenidos medios de Zn, Fe y Pb. Los individuos proceden de diversas zonas heterogéneas en su
composición o afectadas por la cercanía a caminos o escombreras recientes (Zona V, Zona VII y
Zona VIII).
Clase 3 (M 8, M 9, M 10, M 17): Altos contenidos de metales característicos Fe, As, Cr, Zn, Pb,
Cu.
Clase 4 (M 1, M 2 y M 19): Formada por dos de las escombreras más antiguas y en una de las
cuales se observó chatarra abandonada (Zona II). Posee los contenidos más altos en Fe. As, Cr, y
Zn.
Clase 5: El individuo perteneciente a esta clase proviene de una pileta de lodos abandonada
constituida por los sedimentos secos de estériles finos procedentes de la depuración del carbón.
3.3 Comparación del contenido metálico con niveles guías
La comparación del contenido en arsénico y metales pesados con los niveles guías de calidad de
suelo, ley Nacional 24.051 de Residuos Peligrosos, permitió establecer que el contenido en Pb de
uno de los ocho depósitos estudiados (M 4) superó todos los niveles de dicha ley (industrial,
residencial y agrícola) mientras que en el resto no superó ninguno. En el mismo depósito se verificó
lo mismo para el contenido de Cu aunque en los otros las concentraciones fueron inferiores al nivel
industrial superando el nivel agrícola y/o residencial. El contenido de As y de los metales Hg y Zn
de todas las escombreras, sobrepasó el nivel de uso agrícola y/o residencial en al menos una
muestra estando todos por debajo del nivel Industrial. La concentración de Cd y Cr fue inferior a
los tres niveles guías en todas las muestras por lo que se descarta su aporte contaminante [7].
4. Conclusiones y Recomendaciones
Este trabajo ha permitido determinar con significancia estadística que las variables que caracterizan
fundamentalmente las escombreras antiguas de Carbón, es el contenido de Hierro, siguiéndoles por
orden de importancia el Arsénico, Cromo, Zinc, y en menor proporción el Plomo y el Cobre.
Se ha podido establecer que el manganeso brinda información complementaria y que su variación es
directamente opuesta a la del Aluminio concluyéndose que ambos no son metales asociados
exclusivamente a las escombreras de carbón en Río Turbio.
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El contenido de mercurio encontrado no guarda relación lineal con ninguno de los metales y
contrariamente a lo que sucede en otras explotaciones carboníferas tampoco tiene relevancia a la
hora de asociarlo a los depósitos analizados.
Los valores de pH de la pasta y del potencial de neutralización (menor de 30) están indicando
incapacidad del estéril para neutralizar drenajes ácidos. Será necesario corroborar estos resultados
realizando una evaluación del potencial de generación de ácido diferenciando el azufre pirítico
(verdadero formador de ácido) del sulfático presente en escombreras antiguas.
La escombrera M 4, descartada en el análisis estadístico por diferenciarse sustancialmente del resto,
es la que presenta mayores complicaciones en cuanto a los contenidos de Pb y Cu. Éstos superan los
niveles guías para uso industrial de la ley 24.051 que son los más altos y que deben respetarse dada
la localización de todas los depósitos de estériles en el área industrial.
En todas las escombreras es necesario realizar como complemento, un análisis de lixiviados para
inferir la posibilidad de remoción, por escorrentía y filtración, de los metales y así definir la
necesidad de neutralización previa a la restauración.
Referencias Bibliográficas
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[1] Secretaría de Minería de la Nación. ―Caracterización de fuentes de contaminación- Zona Sur
(PASMA II)‖.2010. http://www.mineria.gov.ar/estudios/cfc/stacruz/minero.asp
[2] Caballero A.― Evaluación preliminar de depósitos de estériles y sedimentos provenientes de la
actividad carbonífera en R.Turbio‖.2010. http://168.226.35.7/secyt/ict/files/ICT-UNPA-3-2009.pdf
[3] US Environmental Protection Agency (EPA). ―Process, Procedure, and methods to control
pollution from mining activities‖. EPA- 403/9.73,390 pp.
[4] Sobek, A. Schuller, Freeman W. Smith, R. ―Field and Laboratory Methods Applicable to
Overburdens and Mine soil‖.1978. West Virginia Univ., Morgantown College of Agriculture and
Forestry. EPA report no. EPA -600/2-78-054 pp. 47-50.
[5] Hair Jr., Anderson R., Tatham R., Blak W. ―Significación estadística. Análisis Multivariante‖
5ta. Edición. Vol. 1.Año 1.999, pp 8-10. Prentice Hall. Madrid
[6] Serman & asociados SA Consultora. ―Estudio de impacto ambiental Central Térmica a Carbón
de Río Turbio. Cap.5, 2 Tomo II (V). Año 2008. Pág. 153. Río Gallegos. Santa Cruz.
[7]Caballero A. Morales V. Salvat W.‖ Valoración del contenido metálico existente en
escombreras antiguas de Río Turbio. Santa Cruz (RA)‖. Actas de las Primeras Jornadas de Minería,
Energía y Desarrollo. 2010. Universidad Nacional de la Patagonia Austral. Río Gallegos. Pág.153.
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