MOVILIDAD DE METALES DE JALES MINEROS Moisés Pedro Gutiérrez Valtierra, Irene Cano Rodríguez DCNyE Departamento de Ingeniería Química, moisesgv@ugto.mx, irene@ugto.mx RESUMEN La ciudad de Guanajuato, donde la producción minera se ha desarrollado desde época de la colonia hasta la actualidad, ha traído como consecuencia la generación de desechos mineros llamados jales, los cuales son depositados en cañadas o en lugares planos formando presas de jales o cerros. En este trabajo se estudió la movilidad de metales, como plomo y cadmio, de jales del Monte de San Nicolás del Distrito Minero de Guanajuato. La lixiviación de Pb y Cd se realizó en dos columnas empacadas con jales a un flujo de 0.1 y 0.5 ml/min, utilizando agua acidulada y una solución de bicarbonato de sodio 0.5 M. En las columnas lixiviadas con agua acidulada no se detectó la presencia de Pb ni de Cd, mientras que el Pb y Cd lixiviado con una solución de bicarbonato de sodio 0.5 M, la lixiviación es mayor a mayor flujo pero no supera los límites permisibles establecidos para su concentración en agua potable. El Pb y Cd total determinados en las muestras de jales no superan las concentraciones para la remediación de suelos contaminados según la normatividad. PALABRAS CLAVES: Jales, lixiviación, cadmio, plomo, carbonatos. INTRODUCCIÓN Las presas de jales son depósitos de desechos de las minas vertidos en las cañadas de la periferia de las misma para formar presas de jales o bien son depositados en planicies formando montículos y que además son una fuente de elementos potencialmente tóxicos (EPT) que pueden ser lixiviados y transportados en diversas condiciones. Por ejemplo, el rango de concentración de plomo que presentan algunas presas de jales están entre 13-179 mg/kg [1]. El estudio de movilidad de metales en la presa de jales del Monte de San Nicolás del Distrito Minero de Guanajuato es importante porque los lixiviados pueden interactuar con las corrientes que abastecen la presa de Mata que actualmente suministra agua potable a parte de la ciudad de Guanajuato. Adicionalmente, se tiene un desgaste de 20-25% del material depositado originalmente. El Monte de San Nicolás se encuentra al Noreste de la ciudad de Guanajuato, ubicado en la Sierra de Guanajuato en una zona minera entre la comunidad de Santa Rosa y la comunidad de El Cubo [1]. En la Figura 1 se presenta una fotografía del sitio de muestreo de los jales en estudio. Figura 1. Depósito de jales en el Monte de San Nicolás.
En estudios previos se concluyó que no existía lixiviación de metales como Zn, Cu, Se y Sb, en los depósitos de jales en estudio empacados en columnas y operadas durante un periodo de cinco meses bajo determinadas condiciones [3]. Por otra parte, los desechos mineros han permitido hacer estudios de estratigrafía del Río Guanajuato encontrándose plomo en concentraciones de 8-511 mg/kg en profundidades del rio de 177 a 300 cm, respectivamente [4]. En este contexto, el objetivo general de este trabajo es determinar las condiciones en las que el Pb y Cd pueden ser mayormente lixiviados de columnas empacadas con de jales. MATERIALES Y MÉTODOS Lixiviación de Pb y Cd de jales en sistemas continuos. Muestra de 5.5 g de jales tamizadas en malla 100 se empacaron en dos columnas de vidrio de diámetro 0.90 cm y de una altura 4 veces el diámetro de la misma (3.60 cm) como se muestra en la Figura 2. A estas columnas se les hizo pasar agua acidulada y a otro juego de columnas una solución de bicarbonato de sodio 0.5 M, ph 9.4, a 0.1 y 0.5 ml por minuto y de forma ascendente, columnas A y B respectivamente. Figura 2. Columna empacada de jales con flujo ascendente para la lixiviación de Pb y Cd. Se tomaron las muestras de las columnas mediante un colector de fracciones Bio-Rad Modelo 2110 (Figura 3) en función del volumen lixiviante en donde se determinaron las concentraciones de Pb y Cd en un Espectrofotómetro de Absorción Atómica de Flama (AAF) Perkin Elmer Analyst 100, previa curva de calibración con un coeficiente de correlación superior a 0.99. Figura 2. Colector de fracciones de columna para la lixiviación de Pb y Cd.
Determinación de la concentración total de Pb y Cd en jales. Para la determinación de la concentración total de Pb y Cd, los jales en estudio se sometieron a una digestión con agua regia en un horno de microondas Perkin Elmer Multiware 3000 de acuerdo al método 3051 de la Agencia de Protección al Ambiente de Estados Unidos (EPA) [5], así como sin calentamiento y con una solución de bicarbonatos. Las concentraciones de Pb y Cd se determinaron por AAF [6]. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Lixiviación de Pb de jales en sistemas continuos. Los resultados de las concentraciones de Plomo en las muestras eluídas ascendentemente con una solución de bicarbonato de sodio a 0.1 y 0.5 ml/min, columna A y B respectivamente, se muestran en la Figura 3. Figura 3. Plomo lixiviado en la columna A y Columna B en funcion del volumen de lixiviación. Como se muestra en esta Figura para la columna A, la concentracion de plomo lixiviado es superior a 0.1 ppm cuando el volumen de la solucion de bicarbonato es de 30 ml en un tiempo de 4.5 h. A partir de ese momento la concentracion de plomo disminuye hasta llegar a cero cuando el volumen de la solucion que pasó por la columna fue de 60 ml y un tiempo de operación de 9 h. En la columna B con una velocidad de flujo mayor se observa algo similar al inico de la operación y posteriormente se detecta un incremento de la concentracion de Pb hasta un máximo de 0.35 ppm con un volumen de 400 ml y un tiempo de 14.5 h. Después de este punto la concentración de Pb se mantiene constante en 0.25 ppm siendo el flujo a traves de la columna de 1 L en 38 h, punto en el cual nuevamente se incrementa la concentracion de Pb a 0.35 ppm con un volumen de 1.2 L hasta un tiempo de 43.3 h. Cabe mencionar que en las fracciones de las columnas eluídas con agua acidulada no se detectó presencia de Pb lixiviado. Lixiviación de Cd de jales en sistemas continuos. Los resultados de las concentraciones de Cadmio en las muestras eluídas ascendentemente con una solución de bicarbonato de sodio a 0.1 y 0.5 ml/min, columna A y B respectivamente, se muestran en la Figura 4. Figura 4. Cadmio lixiviado en la columna A y Columna B en funcion del volumen de lixiviación.
El comportamiento del cadmio en la columna A es muy similar al presentado por el plomo ya que se presenta en una concentracion inical de 0.01 ppm con 50 ml y 7.5 h, posteriormente la concentacion disminuye a cero manteniéndose hasta 240 ml y 36 h. En la columna B para el cadmio lixiviado se tiene al inicio una concentracion de 0.1 ppm con 5 y 10 ml, posteriormente disminuye a cero manteniendose hasta 150 ml y 5 h. A partir de este punto hay un incremento en la concentracion a 0.01 ppm a 605 ml y 20.2 h. Posteriormente se presenta un incremento en la concentracion de cadmio de 0.02 ppm durante un volumen entre 786-1086 ml, finalmente se observa un incremento de la cocentración a 0.03 ppm hasta un volumen de 1.2 L y 43.8 h aproximadamente. Determinación de la concentración total de Pb y Cd en jales. Los resultados del análisis de las muestras de jales digeridas para determinar la concentración total de plomo y cadmio, se realizó empleando tres métodos diferentes con la finalidad de obtener una mejor extracción. Los resultados se presentan en la Tabla 1. Tabla 1. Plomo y cadmio en las muestas digeridas por diferentes métodos. Método empleado mg/kg de Plomo mg/kg de Cadmio 3051 de la EPA en Horno de 92 1.3 microondas 3050 B de la EPA modificado 69 1.7 con bicarbonato 3050 B de la EPA 69 0.7 Estos resultados no superan las concentraciones para la remediación de suelos contaminados según la normatividad [7]. CONCLUSIONES De acuerdo a los resultados de la columna A para la lixiviación de plomo, se concluye que operar una columna empacada a un flujo de 0.1 ml por minuto no es conveniente ya que la concentración de plomo se extrae haciendo pasar por la columna un flujo de 30 a 50 ml. Esto se apoya en los resultados de la Columna B pues esta se operó a 0.5 ml por minuto y al paso de 10 a 20 ml se lixivió plomo, y nuevamente lo lixivia cuando se pasa por la columna un volumen mayor a 200 ml de una solución de bicarbonato de sodio 0.5 M. Esto hace suponer que el Plomo y cadmio lixiviados están asociado a oxi-hidróxidos y que a mayor flujo, mayor lixiviación. En lo que respecta a la lixiviación de cadmio también se presenta al inicio un fenómeno similar al de la lixiviación de plomo ya que al inicio se libera el cadmio y posteriormente llega a ser cero para luego lixiviarse de manera escalonada. En las columnas lixiviadas con agua acidulada no se detectó la presencia de Pb ni de Cd. El Pb y Cd lixiviado en estas condiciones no supera los límites establecidos para su concentración en agua potable [8]. El Pb y Cd total determinados en las muestras de jales no superan las concentraciones para la remediación de suelos contaminados según NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004 que marca las concentraciones de referencia totales para plomo 400 mg/kg y Cadmio 37 mg/kg [7]. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la UG por el apoyo brindado. REFERENCIAS [1] Ramos-Arrollo Y. R. Siebe-Garbach C. D., (2006), Estrategia para identificar jales con potencial de riesgo ambiental en un distrito minero: estudio de caso en el distrito minero de Guanajuato. México, Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, vol 23, num 1, pp 54-74.
[2] Cano-Aguilera I., Rubio-Campos B. E., De la Rosa G., y Aguilera-Alvarado a. F. (2008), Arsenic Mobility from Mining Tailings of Monte San Nicolas to Presa de Mata in Guanajuato, Mexico, International Journal of Chemical and Biological Engineering, vol 1, num 4, pp 181-184. [3] Mendoza-Amézquita E., Armienta-Hernández M.A., Ayora C., Soler y A. Ramos-Ramírez E., (2006), Potencial lixiviación de elementos traza en jales de las minas La Asunción y Las Torres, en el Distrito Minero de Guanajuato, México, Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, vol 23, num 1, pp 75-83. [4] Miranda-Avilés R., Puy-Alquiza M.J. y Caudillo-González M. (2009), Evidencias estratigráficas y geoquímicas de la variación temporal de sedimentos naturales y antropogénicos en la planicie aluvial del río Guanajuato, Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, vol 26, num 3, pp 564-574. [5] Micro wave assisted acid digestion of Sediments, Sludges, Soils and Oils U.S. Environmental Protection Agency, 3051 Method On line www.epa.gov/waste/hazard/testmethods/index.htm [6] Perkin Elmer (2000), Analitical methods for atomic absorption spectrometry, Perkin Elmer Instruments, p 53 y p 96. [7] D.O.F. NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004, Que establece los criterios para determinar las concentraciones de remediación de suelos contaminados con arsénico, barrio, berilio, cadmio, cromo hexavalente, mercurio, níquel, plata, plomo, selenio, talio y/o vanadio. [8] D.O.F. NOM-127-SSA1-1994, Salud Ambiental, agua para uso y consumo humano- Límites permisibles de calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización.