Edafología

Aguas

            Se denomina anomalías hidrogeoquímicas a los patrones anómalos presentes en las aguas superficiales y subterráneas. La importancia de la migración de los elementos químicos y complejos en el agua está controlada por movilidad geoquímica (Tabla 4).

Movilidad relativa	Condiciones de Eh-pH
	Oxidante, pH> 4	Reductor, ausencia de H2S	Reductor, Con H2S
Muy móvil	S, Cl, Br, I, B	Cl, Br, I, B, Rn	Cl, Br, I, B, Rn
Móvil	Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo, V, Se, Te, Re	Ca, Na, Mg, F, Sr, Mn2+, Fe2+, Zn, Cu, Ni, Pb, Cd	Ca, Na, Mg, F, Sr
Ligeramente móvil	Si, K, Mn, P, Ba, Li, Rb, Cs, Pb, Ni, Cu, Co, As, Cd, Tl, Hg	Co, Hg, Ag, Si, K, P, Ba, Li, Rb, Cs, As, Tl, Ra, Hg, Ag	Si, K, P, Ba, Li, Rb, Cs, Tl, Ra
Inmóvil	Fe, Al, Ga, Cr, Ti, Zr, Hf, Y, REE, Nb, Ta, Be, Th, Sn, PGE, Au		S, V, Mo, Se, Te, U, Re, Mn, Cu, Ni, Pb, Cd, Fe, Co, Hg, Ag

Tabla 4: Movilidades relativas de diferentes elementos químicos en función del Eh y pH.

            La aplicabilidad de la hidrogeoquímica a los elementos que se encuentran en baja concentración depende de los medios analíticos de que se dispone. Cabe hacer notar que la mayoría de los metales se encuentran en concentraciones muy bajas en las aguas naturales, en el orden de las partes por billón o partes por trillón (micro o nanogramos por litro). La persistencia de las anomalías hidrogeoquímicas es un factor determinante y está condicionado por: 1) el contraste inicial; 2) la dilución; 3) la precipitación. El contraste inicial depende de la solubilidad de los elementos químicos en la fuente, la fisiografía y el clima. La dilución se debe al efecto de las aguas de afluentes con contenidos metálicos más bajos. Por último, la precipitación de los elementos está condicionada por las fases minerales de los sedimentos, el Eh, y el pH. Muchos metales divalentes (e.g. Cu, Zn, Ni, Co, Cd, Pb) y trivalentes (Fe, Al) muestran correlación una inversa con el pH, es decir su solubilidad aumenta a medida que disminuye éste. El aumento del Eh también puede condicionar la precipitación de los cationes, así como ayudar a la formación de oxihidróxidos de Fe (e.g. goethita: FeO(OH)) que pueden substraer metales del agua (e.g. As, Pb). Por otra parte las condiciones oxidante pueden incrementar la movilidad de un elemento, como en el caso del uranio (ión uranilo: UO₂²⁺), el cual precipita en condiciones reductoras.

            Las anomalías hidrogeoquímicas dependen mucho de las variaciones climáticas (precipitaciones, temperatura) y por lo tanto de los cambios estacionales. De ahí que los resultados que podamos obtener de las aguas de un río en verano e invierno puedan diferir fuertemente. La lluvia genera un aumento del caudal y por ende de la dilución. Sin embargo, si esto sucede después de un período seco las aguas podrán lixiviar materiales ricos y transportar los metales, generando de esta manera una elevación en la concentración de estos. Esto puede ser notable en regiones semiáridas del planeta, y uno de los ejemplos más notables vienen dado por las inundaciones del año 1997 en el Río Carson (Nevada, USA), las que ayudaron a remover y poner en solución grandes cantidades de mercurio presentes en antiguas escombreras abandonadas (hasta 61 ppm Hg en las aguas).

            Las muestras de agua se guardan en botellas o botes de polietileno de un cuarto o medio litro (dependiendo del número de elementos a analizar). Con el objeto de evitar posteriores oxidaciones del Fe²⁺ disuelto que pudieran originar su precipitación y la consecuente remoción de ortos metales, es conveniente llenar el recipiente, y si es posible, acidularlo ligeramente. El análisis de las muestras se puede realizar también en el campo, aunque con algunas obvias limitaciones. Aunque los métodos de campo son menos precisos y consumen tiempo de trabajo tienen la ventaja de que no hay que transportar las muestras y que se pueden tomar decisiones inmediatas.

Mineralogía y Residuos mineros

P. Higueras¹ y R. Oyarzun²

¹: Departamento de Ingeniería Geológica y Minera, Escuela Universitaria Politécnica de Almadén, Universidad de Castilla-La Mancha, Plaza M. Meca 1, 13400 Almadén, España.

²: Departamento de Cristalografía y Mineralogía, Facultad de Ciencias Geológicas, Universidad Complutense, 28040 Madrid, España.

Drenaje ácido proveniente de las escombreras en la mina abandonada de San Quintín (Ciudad Real, España)

Durante los procesos mineros se originan importantes residuos de origen y composición muy variables. Estos van desde el polvo (particulado fino) que se origina durante las labores de explotación, pasando por los efluentes líquidos que se generan durante el proceso minero (la propia mina, los lavaderos, las escombreras), hasta los residuos sólidos que se acumulan en las escombreras, y claro está, los gases liberados por los procesos mineros y metalúrgicos. Cada uno de estos residuos presenta problemas ambientales importantes, que describiremos en el presente tema.

 El polvo

Como veremos con más detalle en el tema de minerales y salud humana, las características del polvo que afectan a ésta son fundamentalmente la composición y granulometría. La composición afecta porque determinados minerales contienen metales que a su vez pueden tener efectos tóxicos. Por otra parte, la granulometría es muy importante puesto que las partículas de polvo de tamaño inferior a 10 micras (las denominadas PM10) entran en el sistema respiratorio alcanzando los pulmones, donde pueden quedar acumuladas y generar graves daños al sistema respiratorio (e.g. silicosis). Las partículas menores de 2.5 micras (denominadas PM2.5) son aun más peligrosas, ya que se mantienen en suspensión en al aire, lo que permite que se desplacen muy largas distancias.

El polvo generado por los procesos mineros puede proceder de distintas fuentes:

-                           Voladura y arranque. Es una fuente muy importante de este contaminante, puesto que normalmente se lleva a cabo sobre roca seca, lo que facilita aún más el desprendimiento del polvo.

     

Emisiones polvo causadas por voladura de roca en minas a cielo abierto

-                           Carga. En este caso es más sencillo de evitar o controlar, puesto que durante el proceso se puede proceder al regado del material.

Operaciones de carga de mineral. Mina de cobre Zaldivar (Chile).

-                           Transporte. Si se realiza mediante cinta transportadora el viento podrá levantar y arrastrar un volumen significativo de polvo, si no se evita mediante el humedecimiento del material transportado, o utilizando cintas cerradas. Si el transporte es en vehículos, se puede producir una doble emisión e polvo: la relacionada con el escape de polvo procedente de la propia carga, y el polvo levantado durante la rodadura del vehículo. Ambos son relativamente sencillos de controlar, en un caso recubriendo la carga, en el otro regando las pistas de rodadura.

Polvo levantado por un camión durante el transporte de minerales.

-                           Molienda. Es otra de las fuentes más importantes de este elemento, puesto que como el arranque (voladura de roca) por lo general se realiza en seco. Por otra parte, se puede llevar a cabo dentro de edificaciones realizadas al efecto, lo que permite evitar la dispersión generalizada del polvo que se genera.

Operaciones de molienda primaria.

-                           Disposición en escombreras. El volcado del estéril (u otros productos) en escombreras produce una emisión inmediata, durante el propio proceso de descarga, y un riesgo potencial de emisión, si la escombrera no se trata de alguna forma para prevenir que el viento levante polvo de la misma.

Descarga de minerales.

-                           Metalurgia. El tratamiento metalúrgico de menas puede llevarse a cabo de distintas maneras, siendo las más comunes la pirometalugia (descomposición térmica de los minerales o tostación) y la hidrometalurgia (descomposición del mineral en medio acuoso, mediante reactivos específicos que permiten la separación del elemento de interés minero). En el primer caso se suelen emitir a la atmósfera gases y partículas, mientras que en el segundo caso las emisiones pueden ser de aerosoles que contienen reactivos más o menos tóxicos (e.g. cianuro, ácido sulfúrico), y se puede levantar polvo de las pilas de lixiviación. El particulado emitido por las chimeneas puede ser muy importante en algunos casos, como en Chuquicamata (ver siguiente figura) donde por ejemplo el año 2002 se emitieron unas 1040 t toneladas de este tipo de material.

Pirometalurgia, fundición de cobre de Chuquicamata (Chile).

Hidrometalurgia: cianuración en pila en la mina El Soldado (Chile).

En  cuanto a la naturaleza del polvo generado, puede ser de distintas tipologías:

-                           Polvo mineral. Es el más común, y puede ser muy variado en sus características: su composición dependerá de la del material minero explotado, mientras que su granulometría dependerá por una parte de la composición, y por otra del proceso minero que lo genere: será más grueso el levantado durante las voladuras, y más fino el procedente de procesos de molienda y subsecuentes.

Fragmentos de cuarzo fácilmente inhalables (imagen SEM).

-                           Polvo de rodadura. Dependerá de la naturaleza del firme de rodadura sobre el que se muevan los camiones.

-                           Cenizas. Son las partículas procedentes de procesos de pirometalurgia o de combustión de productos mineros, como el carbón. También podrán tener composiciones variadas, en función de la naturaleza del proceso y de los productos afectados por el mismo. La granulometría será por lo general muy fina, muy inferior a la característica de los procesos mineros propiamente dichos.

Emisiones de humo con cenizas desde una planta generadora de electricidad por combustión de carbones.

Los minerales que podemos encontrar en forma de partículas en el aire, pueden ser muy variados: los más comunes son el cuarzo, por su gran abundancia y resistencia a la alteración meteórica, y las arcillas, que son también muy comunes en medio exógeno, y que por su morfología plana y su pequeño tamaño de grano suelen constituir la fracción más fina del polvo en suspensión.