Recuperación de suelos acidificados y contaminados por minería metálica: ensayos en columnas

• Autores: Dora María Carmona Garcés
• Directores de la Tesis: Ángel Faz Cano (dir. tes.), José Alberto Acosta Avilés (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Roque Ortiz Silla (presid.), Pedro Martínez Pagán (secret.), Joselito M. Arocena (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias del suelo
      • Química de suelos
      • Conservación de suelos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
• Resumen

  • La importancia de las zonas mineras metálicas en España, en explotación o abandonadas, hace que la contaminación medioambiental derivada de estas actividades constituya un problema de indudable importancia. Este es el caso de los Distritos Mineros de Cartagena-La Unión y Mazarrón, en la Región de Murcia, donde se han llevado a cabo actividades minero-metalúrgicas desde hace más de 2500 años. Como consecuencia, se produce una gran alteración del paisaje, incluyendo procesos erosivos intensos y procesos de acidificación acelerados, lo cual deriva en una gran acumulación de metales pesados en el medio físico y biótico. Del mismo modo en estos espacios alterados existe una deficiencia de nutrientes, ausencia de cobertura vegetal, pérdida de la estructura física del suelo, y lixiviación de metales y sales solubles hacia fuentes de agua superficiales y subterráneas.

    Además de las explotaciones mineras, en la Región de Murcia existen otras actividades industriales generadoras de residuos, los cuales se convierten en una problemática para su eliminación final. Entre ellas destacan tanto la industria de la explotación de mármol, la cual genera lodos inertes del orden de 135 000 toneladas por año, como en el sector productivo de ganado porcino, el cual genera 8 millones de m3 de purín líquido por año. El lodo de mármol es un residuo considerado como inerte que presenta características fuertemente alcalinas, lo que le permite ser considerado como una enmienda potencial en la recuperación de suelos mineros; constituyendo de esta forma una alternativa para la minimización de riesgos tanto para el medio ambiente como para la salud humana. En el caso del purín de cerdo (líquido/sólido) representa un gran potencial como enmiendas orgánicas en suelos, ya que son fuente de materia orgánica, nutrientes, microorganismos, etc. Es por esto por lo que pueden significar una alternativa sostenible en la recuperación de suelos degradados, siempre que se usen en unas dosis de aplicación basadas en los requerimientos del código de buenas prácticas agrarias de la Región de Murcia y de la legislación existente.

    Los ensayos de lixiviación en columnas de suelo a escala de laboratorio han sido una herramienta de gran utilidad para los científicos del suelo. Las columnas de suelo inalterado se utilizan como pequeños modelos experimentales que permiten un acercamiento de las condiciones reales del suelo en el laboratorio. No obstante, tienen sus limitaciones, especialmente aquellas derivadas de las dificultades de escalar los resultados. A pesar de esto, muchas investigaciones se han apoyado en estos experimentos de lixiviación para conocer en detalle los procesos del suelo, y cómo el suelo y la solución del mismo se ven afectados por los cambios ambientales. De forma particular en zonas mineras, estas columnas constituyen una herramienta básica para el estudio y evaluación de la movilidad de constituyentes presentes en los residuos mineros, mediante ensayos de lixiviación en condiciones intermitentes del flujo, lo que permite analizar tanto los procesos que ocasionan la contaminación de aguas de escorrentía y subterráneas, como las actividades de remediación que limiten dichos procesos.

    En esta tesis, se realizaron ensayos del potencial de lixiviación de contaminantes de suelos mineros mediante columnas de suelo inalterado (15 cm de diámetro y 60 cm de longitud) para evaluar el efecto de la aplicación de enmiendas orgánicas (purín de cerdo) y enmiendas alcalinas (lodo de mármol) sobre el transporte y lixiviación de elementos a través del suelo, la química del suelo y los lixiviados, y el estudio de balances de masa, lo que permitió evaluar el uso potencial de estos residuos en la rehabilitación de suelos degradados por minería.

    En las zonas de estudio se presentan condiciones geoquímicas muy heterogéneas, superando los niveles de referencia de metales pesados de acuerdo con la normatividad tanto para considerar un suelo ¿contaminado¿ como para realizar tareas de intervención inmediata. De acuerdo con las concentraciones de metales estos suelos pueden ser calificados como contaminados donde son de destacar especialmente las concentraciones de Pb, con una media de 8400 mg kg-1, y de Zn con una media de 3700 mg kg-1. Atendiendo a la distribución espacial del contenido de metales, los mayores riesgos de transporte y movilidad de los mismos (Cd, Cu, Pb y Zn) se identificaron en las zonas que presentan mayor acidez y condiciones oxidantes, con pHs < 3,7 y 600 mV, y en las que los metales pueden ser fácilmente movilizados por arrastre en las aguas de escorrentía y por infiltración hacia aguas subterráneas.

    Los resultados del estudio de eflorescencias salinas realizado en el Distrito de Mazarrón mostraron que se encuentran enriquecidas por minerales de sulfatos hidratados de Fe, Mg, Mn, Al y Zn (o halotricitas), siendo los más observados en las muestras analizadas el sulfato hidratado de zinc (Zn), la apjohnita (Mn, Al), copiapita (Fe), y hexahidrita y estarkeita (Mg), por lo que podrían ser las responsables del almacenamiento los elevados niveles de estos elementos metálicos en las aguas de disolución de las costras salinas.

    De acuerdo con la evolución de la cantidad acumulativa de metales en las columnas con purín se encontró una secuencia de mayor movilidad en el orden Fe>Zn>Mn>Cu>Pb~Cd>As para Mazarrón y Zn>Mn>Pb>Fe>Cu>Cd>As en El Descargador. Las concentraciones obtenidas para Cd y As fueron muy próximas a los valores de calidad en agua pre-potables, mientras que para Zn y Pb se superan en varios órdenes de magnitud. Con la adición del purín se logra una reducción del contenido de Zn>Cu>Pb en comparación con la columna control, en tanto que Cd y As no tienen cambios significativos.

    Los ensayos de lixiviación en columnas enmendadas con lodo de mármol con una dosis de 12% y una doble aplicación (24%) muestran que una incorporación del 12% es suficiente para incrementar el pH desde valores de 2,5 a 7,5 y mantenerlo por un período de 21 semanas sometidos a eventos de lluvia.

    De la evolución de la cantidad acumulativa de metales se encontró una secuencia de movilidad en el orden Fe>Zn>Mn>Cu>Pb>As>Cd para Mazarrón y Zn>Mn>Fe>Pb>Cd~Cu>As en El Descargador.

    Finalmente resaltar, de acuerdo a los ensayos de esta tesis, que para la recuperación de suelos degradados por minería debe desarrollarse una primera etapa de estabilización química con materiales alcalinos para reducir la oxidación de sulfuros metálicos, neutralizar la acidez real y potencial por la oxidación y dar lugar a la inmovilización de metales disueltos mediante procesos de adsorción o co-precipitación. Sin embargo, la efectividad de estos materiales puede verse limitada por homogenización de los materiales y por la precipitación de yeso e hidroxisulfatos de hierro sobre las partículas del suelo, reduciendo así la capacidad de disolución de los CaCO3. De forma complementaria, la aplicación de materiales orgánicos también puede prevenir la oxidación de sulfuros y adicionalmente favorecer la acumulación de materia orgánica para la formación gradual de un nuevo suelo con la adición de nutrientes y microorganismos que potencian el establecimiento de vegetación.

    http://repositorio.bib.upct.es/dspace/