La geodisponibilidad y biodisponibilidad de metales

técnico
técnico
geodisponibilidad y
biodisponibilidad de metales
La
pesados en la actividad minera
Por: Harold T. Paredes Delgado
CESEL Ingenieros
E
ste 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.
216
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), expresada 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.
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.
El control de estos vertimientos se ha expresado,
principalmente, en nuevas disposiciones respecto a los
límites máximos permisibles de de elementos químicos
contenidos en efluentes líquidos (LMP) que son descargados a cuerpos receptores (quebradas, ríos, etc.), y/o a
los estándares de calidad ambiental (ECA); precisando
que dichos límites respecto a la concentración total de
iones o iones disueltos de los metales pesados no indican sobre la especiación física y/o química en las que se
encuentran los iones de los metales pesados en el agua.
Sin embargo, la especiación química proporciona
información sobre la biodisponibilidad en determinadas
condiciones ambientales de las diferentes especies químicas de los metales pesados.
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 de la 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 el Perú y por tanto a la remediación
y conservación del ambiente.
Es en ese sentido, el presente trabajo muestra el procedimiento de evaluación de la biodisponibilidad de dos
pasivos ambientales mineros de la República Argentina,
realizados por la empresa CESEL S.A., que es parte de
los dos estudios realizados:
• 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 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.
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).
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.
• 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.
• Meteorización física.- Es la alteración 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.
• Meteorización química.- Es el cambio en la composición química. Ejemplo que una roca de granito pase
a arcillas y cuarzo debido a las reacciones químicas.
• Meteorización Biológica.- Es la ruptura de las rocas
por la actividad de animales y plantas.
• 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 espacios
en 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.
• 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.
217
técnico
técnico
1980
1970
1960
1950
1940
218
1930
Formación
complejos
1920
Reacción
ácido-base
1910
Reacción
redox
1900
Concentración
metal libre en
solución del suelo
Precipitación y
disolución de
sólidos
1890
Intercambio
iónico y
adsorción
Gráfico N°2
Cronología de los principales indicadores de contaminación a partir de estudios de sedimentos,
(Muller 1981)
1880
Transferencia
de masa
dos que se encuentran principalmente, en efluentes de
la actividad minera.
1870
Gráfico N°1
Principales reacciones químicas que controlan
los metales pesados en la solución del suelo.
De los tres tipos de especiación, la más usada es la
especiación operacional, pues tiene las técnicas necesarias para el desarrollo de la misma y está al alcance
de prácticamente de todos los países.
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”.
Los metales pesados tienen importancia en el medio
ambiente por su trascendencia en 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.
Objetivos
Explicar los fundamentos y mecanismos de la biodisponibilidad asociada a residuos mineros y sedimentos de las masas
de agua dulce superficial y subterránea que sirvan para:
• 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 vías 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.
1860
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.
• 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).
• La especiación.- 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:
a) Especiación química: distingue el grado de oxidación del elemento. Así una especiación de As
puede conducir a conocer su grado de oxidación,
As+3 o As+5.
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.
1850
• 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 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 biodisponibilidad de
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 biodisponibilidad puede 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.
Metales pesados
Hidrocarburos
policiclicos
aromáticos
Cenizas de carbón
Hidrocarburos
derivados
del petróleo
PBC
DDT
Lindano
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:
• 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 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 la magnitud de su riesgo ambiental en
función de la concentración de los elementos traza
y la geodisponibilidad 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
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 reducir la geodisponibilidad
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.
Desarrollo y colección de datos
Los indicadores de la contaminación ambiental debido
al desarrollo industrial desde los años 1950 a la fecha
se incrementó sustancialmente, como los metales pesa-
Radionucleidos
artificiales
Nutrientes
(P.N)
Phialetes
Emisiones de CO
y SO a la atmósfera
Mal de la piedra en
atmósfera industrial
Coprosnatol
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 mayor conocimiento de metales en la salud humana
se ha adquirido en los últimos cien años, sin embargo, la
evidencia de efectos adversos para la salud atribuidos a la
exposición a metales data de las primeras civilizaciones.
Metales pesados y elemento
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 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 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.).
Otras investigaciones, consideran 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 hu Los elementos traza
en los suelos pueden ser geogénicos o antropogénicos
primeros dependen en gran medida de lo que se llama
geodisponibilidad.
219
técnico
técnico
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.
• Cationes (Ag+, Cd+2 Hg+2, Ni+2, Pb+2, Zn+2).
• Metales nativos (Hg, V)
• Óxianiones (AsO4-3, CrO4 HSeO-3, SeO4-2).
• Halogenuros (F-, Cl-, Br
• Órganocomplejos (Ag, As, Hg, Se, Te, Tl).
Gráfico N°3
Función biológica de los elementos traza y macronutrientes y su toxicidad
Los elementos traza están presentes, relativamente,
en bajas concentraciones (mg.kg-1) 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°
1, Figura N° 3), 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).
Tabla Nº 1
Micronutrientes y macronutrientes para el buen
funcionamiento de los organismos vivos.
Función de los elementos traza
Elementos
Micronutrientes esenciales
(unos pocos mg o µg/día).
Otro micronutrientes esenciales.
As, Co, Cr, Cu, Fe, Mn,
Mo, Se, V, Zn
F, I, Si
Be, Cd, Hg, (Ni), Pb,
Sb,(Sn), Ti
Ca, Cl, Mg, P, K, Na, S
Metales pesados no esenciales*.
Macronutrientes (100mg o más por día)
Tabla Periódica de elementos en la biósfera. a). Clasificación de los elementos
químicos en: a) elementos mayoritarios, elementos minoritarios, elementos
traza, elementos traza esenciales, gases nobles según Selinus et al., (2005).
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).
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 trazados siguientes: Sb, As, Be, Cd,
Cr, Cu, Hg, Ni, Ag, Pb, Se, Tl y Zn, introduciendo al
berilio, respecto a las listas anteriores de los más
tóxicos y disponibles.
220
Los metales en paréntesis pueden ser esenciales.
Fuente: Siegel, 2002.
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En la Figura N° 3 se pueden ver dos clasificaciones
de los elementos químicos en función de su toxicidad o
función biológica. 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.
La mayoría de los estudios realizados por investigadores en biodisponibilidad coinciden con el criterio en
que más del 90% de la 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.
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.
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 simultáneamente.
221
técnico
técnico
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).
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 absorbidas por las plantas y por lo tanto puedan ser
consideradas biodisponibles (2-5).
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 ambiental producto de la dispersión de metales
pesados en sedimentos.
Disponibilidad relativa de los metales retenidos en
el suelo por las plantas.
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° 2.
Tabla Nº 2
Disponibilidad relativa de los metales retenidos
en el suelo por las plantas.
Forma del metal en el suelo
Movilidad - Disponibilidad
relativa
Iones simples o complejos en
solución acuosa.
Fácil.
Cationes de intercambio.
Media.
Metales quelatados por
Menos disponibles.
compuestos orgánicos.
Metales absorbidos sobre
Menos disponibles.
partículas del suelo.
Compuestos metálicos precipitados
Disponibles cuando se disuelve
sobre partículas del suelo.
el compuesto.
Metales asociados o incorporados a Disponibles cuando se descomuna matriz biológica
pone.
Metal asociado o formando parte de la Disponible cuando se meteoriza
estructura de un mineral.
y/o destruye el mineral.
Método de trabajo
De una manera sintética se presenta el método seguido
en el desarrollo de los 2 estudios realizados:
222
• 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 de
los 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).
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 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 áreas a 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.
Trabajo de campo
Cartografía inventario de pasivos ambientales, muestreo de
residuos, aire, suelos, agua y sedimentos de agua dulce.
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 correspondiente para cada
caso.
• Evaluación de la biodisponibilidad de los metales en
los sedimentos del agua superficial de la zona con el
uso de una extracción con EDTA.
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.
Presentación y discusión de resultados
Métodos de evaluación de resultados
Caracterización petrológica
El estudio por microscopia electrónica se enfoca para
la determinación de los minerales 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.
Caracterización mineralógica
Se debe llevar a cabo los análisis mineralógicos semi
cuantitativos 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 detecció n es de aproximadamente 15%. Este análisis es básico para conocer la naturaleza geológica del
mineral y las diferentes asociaciones que lo integran.
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/metalúrgicos. 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.
Caracterización de Residuos de los
Procesos Químicos.
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 líquido sólido ha sido eliminada. La diferencia fundamental entre las dos pruebas se
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 residuos
domésticos 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).
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.
Criterios de clasificación utilizados de residuos.
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.
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:
223
técnico
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.
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
224
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).
Gráfico N°4
Respuesta de los organismos a la
concentración de metales en el caso de
metales esenciales y no esenciales
Crecimiento
Metal Esencial
Deficiencia
Óptimo
Tóxico
Letal
Concentración de metal
Metal No Esencial
Crecimiento
a) Los residuos no sufrirán ninguna desintegración
o disolución importantes ni ningún otro cambio significativo susceptible de provocar efectosambientalesnegativosodedañarlasalud
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 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 tratamientoquepuedandañarelmedioambiente
o la salud humana.
técnico
Tolerable
Tóxico
Letal
Conclusiones
• Labiodisponibilidadeselgradoenqueuncontaminante 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
algún 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 biodisponibilidad
ambiental puede 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.
• Lageodisponibilidadylabiodisponibilidadpermite establecer la magnitud del riesgo ambiental en función de la concentración iónica y estados de oxidación de los elementos pesados.
• Lasnormasrespectoaloslímitesmáximospermisibles 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 ambiental (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.
• EnelPeru,lospocosestudiosrealizadossobre
sedimentos en ríos y mares son evaluados con
normas internacionales, ya que aun no se tienen dichos dispositivos.
• Labiodisponibilidadambientalaunnoseutiliza
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.
Concentracíon de metal
Fuente: (modificado de Harding, 2005).
Para poder hacer un análisis de la problemática
ambiental de la zona de estudio se analizarán dos
casos concretos donde se dispone de una información
adecuada que permite analizar el riesgo ambiental y el
grado de contaminación de un determinado
Fracción soluble en EDTA respecto al total de metal
en el sedimento en ríos.
Existe una relación directa 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 metales
son bioasimilable de acuerdo con la concentración en
el lixiviado con EDTA.
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 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.
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