Aplicación combinada de técnicas espectroscópicas y de separación para la caracterización y la especiación de elementos tóxicos en vectores coloidales de interés geoquímico
- Autores: Miguel Ángel Gómez González
- Directores de la Tesis: Fernando Garrido Colmenero (dir. tes.), Francisco Laborda García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Ramon Castillo Suarez (presid.), Esther Álvarez Ayuso (secret.), Juan José Lucena Marotta (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Tanto el contenido como la distribución y forma química de algunos elementos traza del suelo han sido modificados, directa o indirectamente, por distintas actividades antropogénicas. Estas alteraciones ocasionan un aumento de su concentración en el suelo o en sus lixiviados, pudiendo conducir a la contaminación de las reservas hídricas superficiales o subterráneas.
Los residuos producidos en fundiciones y diversas actividades mineras que, en ocasiones, quedan acumulados en la superficie del suelo son uno de los focos principales de contaminación del sistema suelo-agua por metales y metaloides. Las precipitaciones y la erosión de dichos residuos pueden conducir a la movilización de dichos metal(oid)es de distintas maneras. Una forma de movilización importante, y no suficientemente estudiada, es la que se produce por asociación de los metal(oid)es a sistemas coloidales. Con el fin de proteger la degradación del sistema suelo-agua es necesario disponer de modelos que permitan prevenir los efectos de este proceso dinámico, que estén validados con medidas directas del mismo, y que estén articulados sobre la base del conocimiento de las transformaciones y reacciones que estos elementos sufren en la matriz de suelo y en los coloides dispersados en condiciones naturales. Sin embargo, los modelos actuales no alcanzan el nivel de eficacia deseable debido al escaso conocimiento que existe sobre diversos fenómenos naturales, como es la asociación de elementos tóxicos a coloides y su papel como vectores de especies contaminantes. El escaso desarrollo de técnicas analíticas apropiadas añade una dificultad extra al estudio de estos procesos naturales.
Dos zonas contaminadas por arsénico como consecuencia de antiguas explotaciones mineras en la Comunidad Autónoma de Madrid (España) fueron estudiadas: La mina ‘El Verdugal’ en Guadalix de la Sierra que presenta residuos de procesamiento ricos en escorodita [FeAsO4•2H2O] ([As] = 19 g kg-1) y la mina ‘Mónica’ en Bustarviejo que contiene residuos principalmente compuestos por arsenopirita [FeAsS] ([As] = 0.2 g kg-1). En este trabajo se estudió la movilización del arsénico y otros metales en zonas colindantes a los residuos.Con este fin, se ha propuesto una estrategia basada en el análisis complementario de los minerales del suelo y del sedimento así como de su fracción coloidal dispersable con tamaño menor de 1000 nm. Esta estrategia se basa en la combinación de técnicas de análisis tales como: (1) Fraccionamiento en flujo por campo de flujo asimétrico acoplado a plasma de acoplamiento inductivo con espectrómetro de masas (AF4-ICP-MS) y detección de partículas individuales mediante espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (SP-ICP-MS), con las que se obtiene la distribución por tamaños de la fracción coloidal y de los metal(oid)es asociados, así como (2) Espectroscopía de absorción de rayos X (XAS) sobre la transición electrónica ‘K’ del arsénico y del hierro, que ofrece información relativa ala especiación química directa de los elementos en fase sólida. Asimismo, el empleo de otras técnicas de análisis tales como la difracción de rayos X (XRD) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM) permitió complementar a las técnicas anteriores.
Adicionalmente, se evaluó la presencia y distribución de talio en los mismos escenarios estudiados. El talio es un metal que presenta una mayor toxicidad que otros elementos como arsénico, mercurio, cadmio o plomo, para la mayor parte de los organismos vivos. Por lo tanto, resulta fundamental conocer los mecanismos geoquímicos que operan en su movilización desde fuentes naturales hasta su acumulación en los suelos. La aplicación de la microscopía electrónica de barrido en combinación con la espectrometría de dispersión de energía de rayos X y la catodoluminiscencia (SEM-EDS-CL) permitió estudiar la distribución de talio en suelos afectados por residuos mineros, así como evaluar el papel de los coloides y de las fases microscópicas en la retención y el transporte del talio dentro del sistema suelo-agua.
Mediante la combinación de las técnicas de análisis indicadas, se pretende investigar los mecanismos fundamentales que determinan el transporte, retención y distribución de elementos tóxicos en suelos afectados por residuos tóxicos abandonados de explotaciones mineras.
