A 15 t. Paredes, Harold

LA GEODISPONIBILIDAD Y BIODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS
EN LA ACTIVIDAD MINERA
Harold T. Paredes Delgado
CESEL Ingenieros S.A.
[email protected]
RESUMEN
Este trabajo presenta cómo la conducta de los
iones de los elementos pesados respecto a la
aplicación
de
su
geodisponibilidad
y
biodisponibilidad pueden contribuir a un mejor
conocimiento del comportamiento bioquímico de
dichos iones en las personas, plantas y animales y;
principalmente, a utilizarla como una herramienta
que coadyuve al tratamiento de los efluentes
líquidos de la actividad minera en el Perú y por
tanto, a la remediación y conservación del
ambiente.
La
actividad
minera
viene
creciendo
aceleradamente. Esto ha permitido un rápido
desarrollo
colateral
de
otras
actividades
industriales y por ende, un incremento de
emisiones y efluentes líquidos y sólidos que ha
despertado una mayor atención sobre las
características físicas, químicas y biológicas de
dichos vertimientos y su control correspondiente de
parte de las autoridades competentes del gobierno,
de empresas mineras y de las comunidades del
entorno minero.
El control de estos vertimientos se ha expresado,
esencialmente, en nuevas disposiciones con
respecto a: (i) los límites máximos permisibles de
los elementos químicos en los efluentes (LMP)
enviados a cuerpos receptores (quebradas, ríos,
etc.) y/o (ii) a los estándares de calidad ambiental
(ECA); debiendo precisar que dichos límites
abarcan únicamente la concentración total de iones
disueltos de los metales pesados, más no indican
sobre la especiación química, funcional y/u
operacional de las especies iónicas de dichos
metales en el agua.
Es en ese sentido, que el presente trabajo muestra
el
procedimiento
de
evaluación
de
la
geodisponibilidad y biodisponibilidad de dos
pasivos ambientales mineros de la república
Argentina, realizado por la empresa peruana
CESEL S.A., como parte, de los trabajos que se
vienen realizando, expresados en los contratos
firmados por dicha empresa y la Secretaría de
Minería de la República Argentina, a través de la
Unidad Ejecutora de Gestión Ambiental Minera
(GEAMIN), expresados en:
•
La evaluación detallada y diseño del plan
de remediación de las áreas impactadas por la
actividad de la Ex-Fundición Metal Huasi en
Abrapampa de la Provincia de Jujuy.
• La evaluación detallada y diseño del plan de
remediación de las escombreras derivadas de la
actividad de extracción de sulfatos en Calingasta,
Provincia de San Juan.
La geodisponibilidad y la biodisponibilidad permiten
establecer la magnitud del riesgo ambiental en
función de la concentración iónica y estados de
oxidación de los elementos pesados.
La biodisponibilidad ambiental aun no se utiliza
como una herramienta de evaluación y control del
grado de afectación al agua, suelos, etc. por la
actividad minera del Perú, y por tanto para su
remediación correspondiente.
ABSTRACT
This study explores how the behavior of heavy
elements’ions
andtheirgeoavailalability
and
bioavailability can lead to a better knowledge of
the biochemical reactivity of these ions on living
organisms.This essentially to use it as a tool that
facilitates the treatment of effluents of the mining
activity in Peru, thiswould ultimately lead to the
remediation and conservation of the environment.
Over the last 15 years, the mining industry has
been growing particularly rapidly. This has allowed
a collateral development of other industrial
activities, and, therefore, an increase on the
emissions and on the liquid and solid effluents.
Therefore, there has been a growing attention on
the
physical,
chemical
and
biological
characteristics of the mentioned discharges and
their suitable treatment and control from the
competent authorities of the government, the
mining companies and the neighbor communities.
The control of these dischargeshasbeen translated
in new dispositions regardingboth the maximum
permissible limits (MPL)and the environmental
quality standards (EQS) of the chemical elements
of the effluent liquids sent to recipient bodies of
water(gorges, rivers, etc.). It is noteworthy that the
above-mentioned limits only concern the entire
concentration of ions or dissolved ions of the
heavy metals, but they do not specifyany
regulation regarding the chemical, functional and
operational qualities of the heavy metals’ ionic
speciesin the water.
In that sense, this study shows the evaluation
procedure of the geoavailability and bioavailability
of two environmental mining passives of the
el Perú y por tanto a la remediación y
conservación del ambiente.
Argentina Republic done by CESEL S.A. Peruvian
Company;as part of the contracts signed by this
company and the Secretariat of Mining of
Argentina, through the Executing Unit of
Environmental Mining Management (GEAMIN),
expressed in:
Es en es sentido, el presente trabajo muestra el
procedimiento
de
evaluación
de
la
biodisponibilidad de dos pasivos ambientales
mineros de la republica Argentina, realizados
por la empresa CESEL S.A., que es parte de
los dos estudios relaizados:
• The thorough evaluation and design of the
remediation plan of the areas impacted by the
of Ex-Fundición Metal Huasi activity in
Abrapampa, Province of Jujuy, Argentina.
• The thorough evaluation and design of the
remediation plan of the dumps derived from the
extraction of sulfates activity in Calingasta,
Province of San Juan, Argentina.
• La evaluación detallada y diseño del plan de
remediación de las áreas impactadas por la
actividad de la Ex-Fundicón Metal Huasi en
Abrapampa de la Provincia de Jujuy.
• La la evaluacióndetallada y diseño del plan
de remediación de las escombreras
derivadas de la actividad de extracción de
sulfatos en Calingasta, Provincia de San
Juan.
1. INTRODUCCIÓN.
En el Perú, en los 15 últimos años, la actividad
minera ha venido creciendo aceleradamente, lo
que ha permitido un desarrollo colateral de
otras actividades industriales, así como un
incremento de emisiones y efluentes líquidos y
sólidos que ha motivado una mayor atención a
su vertimiento y control de dichos efluentes y
emisiones de parte de las autoridades
competentes del gobierno, de las empresas
mineras y comunidades del entorno minero.
Estos acuerdos fueron firmados por la
empresa CESEL S.A. con la Secretaría de
Minería de la Nación Argentina, a través de la
Unidad Ejecutora de Gestión Ambiental
Minera (GEAMIN).
1.1.Definición de términos.
Se definen algunos conceptos técnicos para
entender la geodisponibilidad, el ciclo
geoquímico, la biodisponibilidad y la toxicidad
de los elementos químicos, principalmente de
los elementos traza materia objeto de esta
investigación llevada a cabo.
El control de estos vertimientos se ha
expresado,
principalmente,
en
nuevas
disposiciones respecto a los límites máximos
permisibles de de elementos químicos
contenidos en efluenteslíquidos (LMP) que son
descargados a cuerpos receptores (quebradas,
ríos, etc.), y/o a los estándares de calidad
ambiemtal (ECA); precisando que dichos
límites respecto a la concentración total de
iones o iones disueltos de los metales pesados
no indican sobre la especiaciónfísica y/o
química en las que se encuentranlos iones de
los metales pesados en el agua.
• Geodisponibilidad es la fracción del
contenido total de un elemento o compuesto
químico de un material que puede ser
liberado al ambiente mediante procesos
mecánicos, químicos o biológicos. Es decir,
la fracción de ese contenido que se
encuentra disponible gracias a la acción de
procesos endógenos y exógenos de
alteración y meteorización.
Sin
embargo, la especiación
química
proporciona
información
sobre
la
biodisponibilidad en determinadas condiciones
ambientales de las diferentes especies
químicas de los metales pesados.
• Meteorización física, es laalteración y
degradación de los materiales que
componen las rocas. Los factores que
intervienen en ella son de dos tipos: los que
dependen de la naturaleza de la roca y sus
propiedades; y los que dependen de las
condiciones externas como el clima,
humedad, vegetales, animales, actuación
del hombre, etc.
El presente estudio trata sobre cómo el
comportamiento de los iones de los elementos
pesados respecto a la aplicación de su
biodisponibilidad que puede ayudar a un mejor
conocimiento dela conducta bioquímica de los
iones de estos metales en las personas,
plantas, y animales; y utilizarla como una
herramienta para coadyuvar al tratamiento de
los efluentes líquidos de la actividad minera en
• Meteorización química, es elcambio en la
composición química. Ejemplo que una roca
de granito pase a arcillas y cuarzo debido a
las reacciones químicas.
1
• Meteorización Biológica, es la ruptura de
las rocas por la actividad de animales y
plantas.
químicas. En un sentido general, la
biodisponibilidad es el grado en el que un
contaminante de una fuente potencial dada
está libre (disponible) para moverse hacia
(entrar) o desde (salir) de un organismo, y
depende tanto de factores fisiológicos como
exógenos
al
mismo
tiempo.La
biodisponibilidadde los metales pesados es
un buen indicador de la calidad de suelo, ya
que su concentración total no tiene relación
alguna con su absorción por las plantas. La
biodisponibilidad depende en gran medida
de las especies o formas geoquímicas en
que se encuentre la sustancia en el medio.
La biodisponibilidadpuede ser afectada por
propiedades químicas del suelo, tales como
el pH, contenido y tipo de arcilla, contenidos
de materia orgánica, óxidos de Fe, Al y Mn,
potencial redox, capacidad de intercambio
catiónico, cationes y aniones solubles. Su
incorporación final a la cadena trófica
depende del tipo de metal pesado, de su
especie química y del tipo de biota afectada.
• Dispersión, cuando se vierte una sustancia
al ambiente, ésta se disemina a otros
lugares, debida a una serie de fenómenos
físicos, químicos y biológicos que provocan
tanto el desplazamiento dentro de un mismo
compartimento ambiental.
• Compartimentos ambientales,son los
espaciosen los que puede dispersarse una
sustancia, también denominados ambientes
o cuerpos receptores, son la hidrosfera, el
suelo, la atmósfera y la biota (flora y fauna).
• La movilidad de una sustancia sólida,es la
fracción de la misma extraíble en agua
respecto a la concentración total en el sólido
original.
• Exposición es el contacto de un organismo
con una sustancia tóxica. Las distintas vías
de entrada de un agente extraño al
organismo
humano
son:
inhalatoria,
dérmica, digestiva y parenteral. El drenaje
superficial y subterráneo en áreas
industriales, zonas mineras, urbanas y
rurales es generalmente la fuente principal
de incorporación de los metales tóxicos al
agua que pueden ser accesibles a los seres
humanos. En otros casos la contaminación
atmosférica produce exposición ocupacional
por la inhalación de humos y polvos, donde
los metales existen en distintas formas
químicas, tales como óxidos, sulfuros o en
su forma elemental. La exposición por vía
dérmica basada en el contacto con los
elementos y sustancias tóxicas es menos
frecuente.
1.2. Legislación de la República de Argentina
No existe una legislación vigente en la
Provincia de San Juan, en la Provincia de
Jujuy, ni en La República de Argentina, para
la clasificación de los residuos de la
industria extractiva, que para este caso, se
realiza la clasificación de acuerdo a la
Directiva 2006/21/CE de la Unión Europea.
Los residuos pueden ser clasificados en
inertes y peligrosos.
Para la realización de la clasificación de los
mismos se emplea diferentes puntos de
vistas en función de la información
disponible y de los resultados brindados por
los laboratorios, el inventario y cartografía
del terreno. De acuerdo a la Directiva
2006/21/CE los residuos de la industria
extractiva pueden ser inertes o peligrosos.
No se incluyen en ella los residuos de baja,
mediana o alta actividad radiactiva.
• La solubilidad es una medida de la
capacidad de una determinada sustancia
para disolverse en otra. Desde el punto de
vista ambiental es de gran interés evaluar la
capacidad de los metales pesados
asociados a sólidos (suelo, roca, residuos y
sedimentos) para disolverse en agua, puede
expresarse en moles por litro, en gramos
por litro, en porcentaje peso/peso de soluto
en la disolución, o en cualquier otra forma
de expresar la concentración.
• Biodisponibilidad de un metal pesado
comprende la fracción del mismo que está
disponible para su absorción por las
plantas. A esta fracción le corresponden las
formas solubles e intercambiables en
equilibrio con la solución del suelo,
controladas
por
distintas
reacciones
2
Figura N° 1.1-1. Principales reacciones
químicas que controlan los metales
pesados en la solución del suelo.
la contaminación del suelo, agua y biota. Su
aparición en los diferentes compartimentos
ambientales pueden ser de naturaleza
geogénica (origen natural) o antropogénica
(generado por la actividad humana). La
explotación, a nivel mundial, de los metales
y del Ni, Cu, Zn, As, Cd y Pb en particular a
partir de los recursos minerales sólidos por
procesos metalúrgicos de flotación y
gravimetría, genera una gran cantidad de
residuos mineros que requieren de un lugar
para su almacenamiento y deposición.
Estos
lugares
presentan
riesgos
ambientales asociados a la presencia de
metales
pesados,
ya
que
pueden
incorporarse a la cadena trófica. El riesgo
de los metales pesados para la salud
humana
y
ecosistemas
depende
directamente
de
su
solubilidad
y
biodisponibilidad.
• Fracción extraíble, es la masa de metal
extraída con la solución de EDTA o DTPA
(0,05M a pH 7,0) (Quevauviller et at. 1998).
Existe un cierto acuerdo de que esta
medida se aproxima bastante a la cantidad
que en general las plantas pueden absorber
de un suelo en condiciones normales (Ure
et al. 1995).
• Laespeciación, determina la movilidad
ambiental de un elemento, especialmente
en el reparto que sufre entre el agua y los
sedimentos. En agua de mar sólo algunas
especies
individuales
pueden
ser
analizadas directamente. se refiere a las
formas físicas y químicas en las cuales un
elemento químico puede existir en un
sistema o medio. Aunque se pueden
analizar directamente un gran número de
especies individuales, otras sólo se pueden
deducir
de
modelos
de
equilibrio
termodinámico. Existen tres tipos de
especiación:
2. OBJETIVOS.
Explicar losfundamentos y mecanismos de la
biodisponibilidad asociada a residuos mineros y
sedimentos de las masas de agua dulce
superficial y subterráneaque sirvan para:
a) Especiación química: distingue el
grado de oxidación del elemento. Así
una especiación de As puede conducir
+3
a conocer su grado de oxidación, As
+5
o As .
b) Especiación funcional: determina la
forma molecular en la que se encuentra
el elemento. Consiste en conocer su
forma
molecular,
arseniato,
sulfoarseniuro, etc. o cómo está
enlazado con otros átomos.
c) Especiación operacional: consiste en
determinar si es soluble, asociado a la
materia orgánica o a un óxido y/o
hidróxidos de hierro.
De los tres tipos de especiación,la más
usada es la especiación operacional, pues
tiene las técnicas necesariaspara el
desarrollo de la misma y está al alcance de
prácticamente de todos los países.
• Determinar
los
factores
naturales
y
antropogénicos
que
controlan
la
geodisponibilidad y la biodisponibilidad de los
elementos traza en la zona de estudio.
• Determinar
la
distribución
de
las
concentraciones de los metales en los residuos
y suelos para eliminar la fuente de
contaminación y detener sus vias de dispersión
de los contaminantes.
• Utilizar la biosisponibilidad como una
herramienta
de
remediación
de
la
contaminación del agua y suelos en la actividad
minera del Perú.
2.1. Objetivos específicos
Para poder establecer el riesgo ambiental por la
geodisponibilidad y la biodisponibilidad de los
metales pesados en la zona objeto de estudio es
necesario:
La toxicidad de un elemento o compuesto
químico es su capacidad para afectar
adversamente cualquier función biológica.
Sin embargo, efectos nocivos a la salud se
producen tanto por deficiencia de algunos
elementos, como por su toxicidad. Al
respecto,
Paracelso
(1493-1541)
ya
postulaba que “Nada es tóxico, todo es
tóxico, la diferencia es la dosis”.
• Conocer las especies o formas minerales que
componen los residuos mineros que se
encuentran en la zona de estudio, así como su
posible movilidad y geodisponibilidad en los
diferentes ambientes.
• Establecer
las
fuentes
naturales
y
antropogénicas de los elementos traza en la
zona de estudio.
• Conocer
los
factores
naturales
y
antropogénicos de carácter local y regional que
Los metales pesados tienen importancia en
el medio ambiente por su trascendencia en
3
•
•
•
•
•
controlan la geodisponibilidad de los elementos
traza, tanto en aguas superficiales, como
subterráneas, pluviales, plantas y peces en la
zona de estudio.
Conocer los factores que controlan la
geodisponibilidad de los metales pesados, en
los residuos mineros, sedimentos, suelo y
agua.
Establecer
stablecer la magnitud de su riesgo ambiental
en
n función de la concentración de los
elementos traza y la geodisponibilidad y
biodisponibilidad.
Establecer el modelo conceptual del ciclo
geoquímico de los elementos traza con
concentraciones anómalas en el área de
investigación.
Delimitar sobre la base a la información
disponible las áreas de mayor riesgo ambiental
en
relación
a
la
magnitud
de
la
geodisponibilidad y biodisponibilidad de los
metales pesados en la zona de estudio.
Recomendar el orden de actuación en función
de la actividad de restauración, así como las
posibles
medidas
de
restauración
y
regeneración de las áreas afectadas que
permitan
an reducir la geodisponibilidad y
biodisponilidad de los metales pesados en las
zonas impactadas directa o indirectamente por
la minería y con ello disminuir el riesgo
ambiental para los cuerpos receptores, los
ecosistemas asociados y la población.
Los metales juegan un papel importante en la
salud humana, siendo algunos de ellos
necesarios para una función metabólica
normal, en cantidades óptimas para un máximo
beneficio. Otros son conocidos solamente por
causar efectos tóxicos.
El mayorconocimiento de las funciones de los
metales en la salud humana se ha adquirido en
los últimos cien años, sin
in embargo, la evidencia
de efectos adversos para la salud atribuidos a
la exposición a metales data de las primeras
civilizaciones.
3.1. Metales pesados y elementos
elemento traza
La tabla periódica incluye unos 70 elementos
metálicos, y de ellos 59 pueden ser
considerados “metales pesados”, que son
aquellos con peso atómico mayor que el del
hierro (55,85 g/mol). Con esta precisión se
excluirían metales con pesos atómicos
menores
nores que el del Fe y que con frecuencia
pueden ser metales contaminantes, como el V
(50,95), Mn (54,44), Cr (52,01) y a otros que
realmente no son metales como As, F y P. Por
ello, resulta mejor hablar de contaminación por
“elementos traza”,
”, si bien hay que
q
reconocer
que la mayoría de los contaminantes
inorgánicos son “metales pesados”. A veces, la
contaminación ambiental del suelo y del agua
se puede producir también por altas
concentraciones de elementos mayoritarios
(Na, Fe, Al, etc.).
OLECCIÓN DE DATOS
3. DESARROLLO Y COLECCIÓN
Otras investigaciones, consideran 53 metales
pesados que ocurren en la naturaleza, de los
cuales 17 (As, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn,
Mo, Ni, Pb, Sb, U, V, W y Zn) están disponibles
en las células vivas y forman cationes solubles,
indispensables en la vida humana.
hu
Los indicadores de la contaminación ambiental
debido al desarrollo industrial señalan que
desde los años 1950 a la fecha se incrementó
sustancialmente, como los metales pesados
que se encuentran principalmente, en los
efluentes de la actividad minera. Fig.N°3-1.
Fig.N°
Los elementos traza en los suelos pueden ser
geogénicos
o
antropogénicos
antropogénicos.
Los
primerosdependen
dependen en gran medida de lo que
se llama geodisponibilidad.
Los elementos traza más abundantes en los
suelos pueden clasificarse en cinco categorías,
de acuerdo con la forma química en que se
encuentran en las soluciones del suelo, residuo
o medio poroso. Figura N° 3.1-1.
•
•
•
Fig.N°3-1.- Cronología de los principales
indicadores de contaminación a partir de
estudios de sedimentos, (Muller 1981).
1981)
•
•
4
+
+2
+2
+3
+2
Cationes (Ag , Cd , Co , Cr , Cu ,
+2
+2
+2
+2
Hg , Ni , Pb , Zn )..
Metales nativos
vos (Hg, V).
V)
-3
-2
-2
Óxianiones (AsO4 , CrO4 , MnO4 ,
-3
-2
HSeO , SeO4 ).
- Halogenuros (F , Cl , Br , I ), y
Órganocomplejos (Ag, As, Hg, Se, Te, Tl).
Hg, Ni, Ag, Pb, Se, Tl y Zn, introduciendo al berilio,
respecto a las listas anteriores de los más tóxicos
y disponibles.
3.2. Función biológica de los elementos traza y
macronutrientes y su toxicidad
Los elementos traza están presentes,
relativamente,en
bajas
concentraciones
-1
(mg.kg ) en la corteza de la Tierra, suelos,
plantas y animales. Muchos de ellos son
esenciales para el crecimiento y desarrollo de
plantas, animales y seres humanos (Cuadro
N° 3.2-1, Figura N° 3.1-1), aunque también
pueden ser tóxicos si se superan ciertos
umbrales. En general todos los elementos
traza son tóxicos si se ingieren o inhalan en
cantidades suficientemente altas y durante
largos períodos de tiempo.
Selenio, flúor y molibdeno son ejemplos de
elementos que presentan un estrecho margen
(del orden de unas pocas ppm) entre los
niveles de deficiencia y los tóxicos (Plant et
al., 2001).
Fig. N° 3.1-1 Tabla Periódica de elementos en
la biósfera. a). Clasificación de los elementos químicos
Cuadro N° 3.2-1.
en: a) elementos mayoritarios, elementos minoritarios,
elementos traza, elementos traza esenciales, gases nobles
según Selinus et al., (2005). Los que están en rojo se
consideran elementos tóxicos. b). Clasificación según la
agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de
Micronutrientes y macronutrientes para el
buen funcionamiento de los organismos
vivos.
Función de los elementos traza
Desde el punto de vista biológico, se distinguen
dos grupos de metales pesados: aquellos
elementos requeridos por el organismo en
pequeñas cantidades, pero que pasado cierto
umbral se vuelven tóxicos (Co, Cr, Mo, Mn, Se y
Zn), y los metales pesados (sin función biológica
conocida) que se acumulan en el organismo de los
seres vivos, cuya presencia en determinadas
cantidades produce disfunciones y resultan
altamente tóxicos, tales como Cd, Hg, Pb, Sb y Bi
(Alvarez L., 2004).
Elementos
Micronutrientes esenciales (unos
pocos mg o µg/día).
As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn,
Mo, Se, V, Zn
Otros micronutrientes esenciales.
F, I, Si
Metales pesados no esenciales*.
Be, Cd, Hg, (Ni), Pb, Sb,
(Sn), Ti
Macronutrientes (100 mg o más
Ca, Cl, Mg, P, K, Na, S
por día).
*Los metales en paréntesis pueden ser esenciales.
Fuente: Siegel, 2002.
En la Figura N° 3.1-1 se pueden ver dos
clasificaciones de los elementos químicos en
función de su toxicidad o función bilógica. Se
puede comprobar que en esencia estas
clasificaciones difieren de un país o de un
autor a otro. Dentro de todos los metales el
cadmio, plomo, cinc y mercurio están
considerados como los mayores agentes
tóxicos asociados a contaminación ambiental
e industrial. El cadmio se obtiene como
subproducto del tratamiento metalúrgico del
cinc y plomo, a partir de los sulfuros (galena y
esfalerita). La oxidación de estos da lugar a la
formación de óxido de cadmio, compuesto
altamente tóxico.
De todos los elementos traza encontrados en
suelos, hay 17 que se consideran como muy
tóxicos y a la vez fácilmente disponibles en
muchos suelos o residuos en concentraciones que
sobrepasan los niveles de toxicidad. Éstos son:
Ag, As, Bi, Cd, Co, Cu, Hg, Ni, Pb, Pd, Pt, Sb, Se,
Sn, Te, Tl y Zn. De ellos, diez son fácilmente
movilizados por la actividad humana en
proporciones que exceden en gran medida la de
los procesos geológicos. Éste es el caso de: Ag,
As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb, Sn y Tl (Novotny,
1995).
La EPA (Environmental Protection Agency) incluye
en la lista de contaminantes prioritarios los trece
elementos trazasiguientes: Sb, As, Be, Cd, Cr,Cu,
La mayoría de los estudios realizados por
investigadores en biodisponibilidad coinciden
con el criterio en que más del 90% de la
5
ambiental producto de la dispersión de metales
pesados en sedimentos.
3.4. Disponibilidad relativa de los metales
retenidos en el suelo por las plantas.
carga metálica de una corriente fluvial se
halla en las partículas en suspensión del
agua y en los sedimentos. Las partículas en
suspensión
en
el
agua
contienen
principalmente arcilla, óxidos e hidróxidos de
hierro y/o manganeso, carbonatos, sustancias
orgánicas (ácidos húmicos), algas y
bacterias.
La movilidad ambiental de los elementos
traza está condicionada por una serie de
factores que dependen, mayoritariamente, de
la forma en que se encuentran éstos en la
matriz del suelo o del residuo.Cuadro N° 3.41.
En un sentido general, la biodisponibilidad es
el grado en el que un contaminante de una
fuente potencial dada está libre (disponible)
para moverse hacia (entrar) o desde (salir) de
un organismo, y depende tanto de factores
fisiológicos como exógenos al mismo tiempo.
Cuadro N° 3.4-1. Disponibilidad relativa de los
metales retenidos en el suelo por las plantas.
En un sentido general, la biodisponibilidad es
el grado de movilidad de un contaminante
hacia (entrar) o desde (salir) de un
organismo, y depende tanto de factores
fisiológicos como exógenos simulteamente.
Forma del metal en el suelo
Iones simples o complejos en solución
acuosa.
Cationes de intercambio.
Metales quelatados por compuestos
orgánicos.
Metales adsorbidos sobre partículas del
suelo.
3.3. Los sedimentos
Constituyen un material fundamental para
conocer el grado de contaminación de una
determinada zona.
En sedimentos se puede realizar dos tipos de
determinaciones: a) la concentración total de
metales, que proporciona una evaluación del
nivel de contaminación y b) la especiación o
estudio de las diferentes formas químicas en
las que se encuentra el metal. Esta última nos
proporciona información respecto a la
biodisponibilidad en determinadas condiciones
medioambientales. Las diferentes especies de
metales tienen un comportamiento distinto con
respecto
a
la
removilización
y
la
biodisponibilidad.
La dispersión de los elementos en los
sedimentos es fuertemente afectada por el pH,
potencial redox, y ligandos complejos
(orgánicos e inorgánicos).
Compuestos metálicos precipitados
sobre partículas del suelo.
Metales asociados o incorporados a una
matriz biológica.
Metal asociado o formando parte de la
estructura de un mineral.
MovilidadDisponibilidad
relativa
Fácil.
Media.
Menos disponibles.
Menos disponibles.
Disponibles cuando
se disuelve el
compuesto.
Disponibles cuando
se descompone.
Disponible cuando se
meteoriza y/ o
destruye el mineral.
3.5. Método de trabajo
Generalmente las determinaciones sobre la
contaminación de elementos pesados en
suelos se realizan usando el llamado método
convencional, el cual usa ácidos fuertes para la
extracción, y sólo tiene en cuenta la
concentración total. Este método tiene sus
limitaciones, ya que es posible que solo las
fracciones móviles de los metales pesados en
el suelo sean las susceptibles de ser
absorbidaspor las plantas y por lo tanto puedan
ser consideradas biodisponibles (2-5).
De una manera sintética se presenta el método
seguido en el desarrollo de los 2 estudios
relaizados:
•
La evaluación detallada y diseño del plan
de remediación de las áreas impactadas
por la actividad de la Ex-Fundición Metal
Huasi en Abrapampa de la Provincia de
Jujuy.
•
La evaluación detallada y diseño del plan
de remediación de las escombreras
derivadas de la actividad de extracción de
sulfatos en Calingasta, Provincia de San
Juan.
Ambos estudios son desarrollados como parte
delos compromisos asumidos por la empresa
CESEL S.A. con la Secretaría de Minería de la
Nación Argentina, a través de la Unidad
Ejecutora de Gestión Ambiental Minera
(GEAMIN).
La aplicación de la técnica de extracción
secuencial nos permite definir las fracciones de
los elementos metálicos que se movilizan en un
ambiente dado, identificando las fracciones
biodisponibles y con ello, el real impacto
Selección del área y puntos de muestreo
Para efectuar la estudios de la evaluación
detallada y diseño del plan de remediación de
las áreas impactadas por la actividad de la
6
y sus asociaciones de muestras y con
microscopia electrónica de barrido (SME) en
muestras de roca y polvo de residuos de los
procesos químicos. En los estudios
petrográficos se indican todos los minerales
presentes,
tamaños,
formas,
texturas,
porcentajes de cada uno de ellos,
alteraciones,
reemplazamientos,
asociaciones, entre otros datos. También se
debe realizar la caracterización petrográfica
por microscopia óptica de muestras.
Ex-Fundición Metal Huasi en Abrapampa de
la Provincia de Jujuy y la evaluación detallada
y diseño del plan de remediación de las
escombreras derivadas de la actividad de
extracción de sulfatos en Calingasta,
Provincia de San Juan fue necesario
caracterizar
la
geodisponibilidad
y
biodisponibilidad
de
dichos
pasivos
ambientales sobre la base de una selección
de los puntos y áreas a evaluar. Estos puntos
y áreasa estudiar incluyen los materiales
geológicos originales, los residuos mineros
derivados de la explotación de estos
recursos, así como los efectos causados
sobre el aire, sueloy el medio hídrico,
principalmente.
Caracterización mineralógica
Se debe llevar a cabo los análisis
mineralógicos
semicuantitativos
por
Difracción de Rayos X (DRX) mediante el
método del polvo para determinar todos los
minerales presentes con un límite de
detección (L.D.) de 1,14 % en promedio. Para
el caso de fases amorfas el límite de
detección es de aproximadamente 15%. Este
análisis es básico para conocer la naturaleza
geológica del mineral y las diferentes
asociaciones que lo integran.
3.6. Trabajo de campo
Cartografía
inventario
de
pasivos
ambientales, muestreo de residuos, aire,
suelos, agua y sedimentos de agua dulce.
3.7. Trabajo de laboratorio
• Caracterización
física-mecánica,
mineralógica y química de las muestras de
sólidos
(rocas,
suelo,
residuos,
sedimentos, etc.).
• Análisis físico y químico de aire, agua
superficiales y subterráneas.
• Evaluación por secuencias de extracción
simple (agua) o múltiple (TCLP) de la
capacidad de transferencia de solutos
contaminantes al medio hídrico de los
diferentes residuos existentes en la zona
de
acuerdo
a
la
normativa
correspondientepara cada caso.
• Evaluación de la biodisponibilidad de los
metales en los sedimentos delagua
superficial de la zona con el uso de una
extracción con EDTA.
Caracterización química
Se tiene que realizar mediciones de pH,
conductividad
eléctrica
y
composición
química de residuos, suelos, sedimentos, etc.
En el caso del agua superficial y subterránea
se determinan principalmente los siguientes
parámetros: pH, conductividad in situ,
temperatura,
sólidos
disueltos
totales,
oxígeno disuelto, fosfatos, alcalinidad total,
dureza total (CaCO3), sólidos suspendidos
totales, cloruros, fluoruros, nitratos, sulfatos,
sulfuros totales, en los metales y electos
traza,para cuya lectura final se emplea el
Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission
Spectrometry (ICP-AES).
Determinación del potencial neto de
acidez
Efectuar el análisis de potencial neto de
acidez en muestras de minerales y en
muestras de residuos de los procesos
químicos/metalurgicos. El estudio del drenaje
ácido de minas (AMD) o el drenaje ácido de
rocas (DAR) y el potencial neto de generación
de acidez en residuos mineros ha sido y es
objeto de gran interés en la comunidad
científica internacional y se pueden encontrar
revisiones sobre la temática con distintos
niveles de detalle sobre los procesos físicos,
químicos
y
geoquímicos
generales
involucrados en la formación de aguas
ácidas.
Trabajo de gabinete.
• Confección de los diferentes anexos
relacionados con el trabajo de campo,
puntos de muestreo, etc.
• Interpretación y evaluación de los
resultados de laboratorio del análisis de
las diferentes muestras estudiadas.
4.
PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN
DE RESULTADOS.
4.1. Métodos de evaluación de resultados
Caracterización petrológica
El estudio por microscopia electrónica se
enfoca para la determinación de los minerales
7
4.2. Caracterización de
Procesos Químicos.
Residuos
de
4.3. Criterios de
residuos.
los
clasificación
utilizadosde
Como no existe una legislación vigente en la
República de Argentina, para la clasificación
de los residuos de la industria extractiva, que
para este caso, se utilizó la clasificación de
acuerdo a la Directiva 2006/21/CE de la
Unión Europea, donde los residuos pueden
ser clasificados en inertes y peligrosos. Para
la realización de la clasificación de los
mismos se emplea diferentes puntos de
vistas en función de la información disponible
y de los resultados brindados por los
laboratorios, el inventario y cartografía del
terreno.
La caracterización de los residuos de los
procesos químicos/metalúrgicos se aplica
las
pruebas
de
lixiviación
TCLP
(Characteristic Leaching Procedurey SPLP
(Synthetic
Precipitation
Leaching
Procedure)que
sirven
para
la
determinación de la movilidad iónica de
los contaminantes, tanto orgánicos como
inorgánicos, de los minerales, escorias,
residuos, etc.
Las pruebas de lixiviación SPLP trata de
simular el efecto de lluvia ácida sobre los
residuos dispuestos en suelos y de
tamamo de partículas menores a
reducidos a un tamaño malla 5, (malla
Tyler) a diferencia de las pruebas TCLP
que simula la acción sobre los residuos de
ácidos orgánicos generados en un sitio de
co-disposición sin impermeabilización de
fondo. El procedimiento del SPLP es
bastante similar al TCLP, pero la etapa
inicial de separación de la fase líquidosólido ha sido eliminada. La diferencia
fundamental entre las dos pruebasse
encuentra en la composición del medio de
extracción o lixiviación. Mientras que el
TCLP emplea las soluciones que simulan
los ácidos orgánicos (buffer de acetato)
que
deberían
formarse
por
la
descomposición de residuosdomésticos
en un relleno sanitario, el SPLP requiere el
uso de fluidos de extracción que simulen
lluvia ácida (buffer de mezcla de ácido
nítrico con ácido sulfúrico).
De acuerdo a la Directiva 2006/21/CE los
residuos de la industria extractiva pueden ser
inertes o peligrosos. No se incluyen en ella
los residuos de baja, mediana o alta actividad
radiactiva.
A. Residuos inertes
De acuerdo con el Artículo 1, Decisión de La
Comisión Europea, de 30 de abril de 2009
1. Los residuos se considerarán residuos
inertes a tenor del artículo 3, apartado 3, de
la Directiva 2006/21/CE si se reúnen todos
los criterios siguientes, tanto a corto como a
largo plazo:
a) los
residuos
no
sufrirán
ninguna
desintegración o disolución importantes ni
ningún otro cambio significativo susceptible
de provocar efectos ambientales negativos
o de dañar la salud humana;
b) los residuos tendrán un contenido máximo
de azufre en forma de sulfuro del 0,1 %, o
tendrán un contenido máximo de azufre en
forma de sulfuro del 1 % y un cociente de
potencial de neutralización, definido como el
cociente entre el potencial de neutralización
y el potencial de acidez y determinado
mediante una prueba estática prEN 15875,
superior a 3;
c) los residuos no presentarán riesgos de
combustión espontánea y no arderán;
d) el contenido de sustancias potencialmente
dañinas para el medio ambiente o la salud
humana en los residuos y, en especial, de
As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, V y Zn,
incluidas las partículas finas aisladas en los
residuos, es lo suficiente bajo como para
que sus riesgos humanos y ecológicos sean
insignificantes, tanto a corto como a largo
plazo; para poder ser considerados lo
suficientemente bajos como para presentar
riesgos
humanos
y
ecológicos
insignificantes, el contenido de esas
sustancias no superará los valores mínimos
La realización de este ensayo sobre los
residuos es muy importante, pues los
estudios de biodisponibilidad de metales
pesados en el medio ambiente, cuando se
trata de residuos mineros la Directiva
2006/21/CE establece la necesidad de
conocer las acumulaciones de los
siguientes elementos traza (As, Cd, Co,
Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, V y Zn) en el
lixiviado y sólidos de los residuos
estudiados, para ello se utilizan diferentes
pruebas de secuencia de extracción, en
este caso se usa el TCLP, que es uno de
los métodos más usados, para conocer el
lixiviado de los metales en residuos
mineros.
8
nacionales para las instalaciones definidas
como no contaminadas o los niveles
naturales nacionales pertinentes;
e) los residuos deben estar sustancialmente
libres de productos utilizados en la
extracción o el tratamiento que puedan
dañar el medio ambiente o la salud humana.
2. Los residuos se podrán considerar inertes
sin haber procedido a pruebas específicas
si se puede demostrar a satisfacción de la
autoridad competente que los criterios
fijados en el Articulo 1° se han tenido en
cuenta correctamente y que se han
cumplido, fundándose en la información
disponible o en procedimientos o planes
válidos.
B. Residuos peligrosos
Aquellos que no cumplen cualquiera de los
aspectos que determinan a un residuo
inerte y que han sido descritos en el
apartado anterior.
Fuente:(modificado de Harding, 2005).
4.4. Geodisponibilidad,
bioacumulación
y
riesgo ambiental
Para considerar la geodisponibilidad, la
bioacumulación y el riesgo ambiental es
necesario tener en cuenta la abundancia local
y regional del contaminante, el hecho de que
pueda estar disponible y susceptible a la
meteorización. Además, deben existir los
mecanismos de dispersión física y química
que lo transporten a los cuerpos receptores
(masas de agua, suelo, aire). En esto deben
existir animales y plantas que experimenten
cierto grado exposición. Estos organismos
(plantas y animales) permitan cierto tiempo
de residencia entre su incorporación y
eliminación, debido a que muchos metales
pueden ser esenciales y desarrollar cierta
función orgánica o ser no esenciales, lo cual
al superar cierto umbral puede desarrollar en
plantas y animales efectos adversos, llegando
a ser tóxicos (Figura 4.4-1).
Figura 4.4-1 Respuesta de los organismos a la
concentración de metales en el caso de metales
esenciales y no esenciales
Para poder hacer un análisis de la
problemática ambiental de la zona de estudio
se amnalizarán dos casos concretos donde
se dispone de una información adecuada
que permite analizar el riesgo ambiental y el
grado de contaminación de un determinado
4.5. Fracción soluble en EDTA respecto al
total de metal en el sedimento en ríos.
Existe un relacióndirecta de que esta medida
se aproxima bastante a la cantidad que en
general las plantas (terrestres o acuáticas)
pueden absorber de un suelo o sedimento en
condiciones normales (Ure et al. 1995). Esta
fracción de metal es la que se incorpora a la
cadena trófica. La porción de metales que es
liberada en este ensayo se considera como
la porción de esos metalesson bioasimilable
de acuerdo con la concentración en el
lixiviado con EDTA.
4.6. Composición química de los sedimentos
del lecho en ríos.
Según la SedimentQuality of Ontario Ministry
of the Environment and Energy for Nutrients
and Metals, adaptado de OMEE (1992)
existen los criterios de evaluación del Nivel de
Efecto Medio (NEM) y el Nivel de
9
• En el Peru, los pocos estudios realizados
sobre sedimentos en ríos y mares son
evaluados con normas internacionales, ya
que aun no se tienen dichos dispositivos.
• La biodisponibilidad ambiental aun no se
utiliza como una herramienta de
evaluación y control del grado de
afectación al agua, suelos, etc. por la
actividad minera del Perú, y por tanto para
su remediación correspondiente.
EfectoSevero (NES) y los valores Guía para
Calidad Sedimentaria (ISQG) y son inferiores
al Nivel de Efectos Probables (PEL), todos
ellos expresados en mg/kg.
5. CONCLUSIONES.
•
La biodisponibilidad es el grado en que un
contaminante de una fuente potencial
dada está libre (disponible) para moverse
hacia (entrar) o desde (salir) de un
organismo y depende de factores
fisiológicos y exógenos simultaneamente.
• La
biodisponibilidadambientalde
los
metales pesados es un buen indicador
para caracterizar principalmente, la
calidad
de
agua,
suelo,
sedimentos;porque la concentración total
de algun elemento pesado no tiene
relación alguna con su absorción por los
seres vivos, (biota), ya que la
biodisponibilidadambiental depende en
gran medida de las especies o estados de
oxidación geoquímicas en que se
encuentre la sustancia en el medio.
• El
comportamiento
de
la
biodisponibilidadambientalpuede
variar,
por ejemplo para el suelo, por sus
propiedades químicas como el pH, la
concentración
y
tipo
de
arcilla,
concentración de materia orgánica, óxidos
de Fe, Al y Mn, potencial redox, capacidad
de intercambio catiónico, cationes y
aniones solubles, etc.
• La biodisponibilidad ambiental permite
diferenciar los factores naturales de los
antropogénicos de los metales pesados,
que pueden afectar a los residuos
mineros, sedimentos, suelo, agua, aire,
plantas y animales.
• La geodisponibilidad y la biodisponibilidad
permite establecer la magnitud del riesgo
ambiental en función de la concentración
iónica y estados de oxidación de los
elementos pesados.
• Las normas respecto a los límites
máximos permisibles de los elementos
químicos contenidos,como por ejemplo,en
efluentes líquidos (LMP) que son
descargados a cuerpos receptores y/o a
los estándares de calidad ambiemtal
(ECA), en el Perú no indican las variables
con sus parámetros correspondientes de
los metales pesados más representativos
en el ambiente que sirvan para efectuar
evaluaciones sobre la biodisponibilidad
ambiental y su relación con la biota.
6. BIBLIOGRAFÍA
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Diseño del Plan de Remediación de las
Áreas Impactadas por la Actividad de la
Ex-Fundicón
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Perú, Noviembre 2010.
• CESEL S.A., Evaluación Detallada y
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Calingasta, Provincia de San Juan.
Perú, Febrero 2011.
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para
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10