Definición de un modelo geoambiental de los yacimientos

Transcripción

XV SEMANA
VI CONGRESSO IBÉRICO
Definición de un modelo geoambiental de los yacimientos
epitermales del SE de la Península Ibérica
Determination of a geoenvironmental model of the epithermal
deposits of SE Iberian Peninsula
1,2
Navarro, A. ; Domènech, L.M.
1
1,2
Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), ETSEIAT, Colón 7-11, 08222-Terrassa (Barcelona)
2
Grupo de Geología Económica, Ambiental e Hidrología, UPC-UB
Abstract
“Geoenvironmental models” are defined as a compilation of geological, geochemical, geophysical, hydrological and
engineering data related to the environmental effects intimately associated with mineral deposits of the same typology.
These effects should be related to the prior mining situation and to the environmental impacts caused by the mining
activities, the ore processing and the ore smelting.
Epithermal deposits (high, low and intermediate sulphidation) of SE Iberian Peninsula (mainly at Sierra Almagrera
and Rodalquilar) show high amounts of Ag, As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V and Zn in the mining wastes, soil s
and sediments. The environmental results have been the contamination of soils and sediments around the mine waste
accumulations and the mobilization of As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, V and Zn to the saturated zone, causing
groundwater contamination in pH conditions near the neutrality, because the presence of carbonates. Under semiarid
climate conditions, the mobility of contaminants is due to dissolution of secondary mineral phases of low solubility
(jarosite, natrojarosite, alunite) and, mainly, to the presence of “efflorescent salts” which dissolve in wet periods.
The uncontrolled slag dumps from the old mining district of Sierra Almagrera led to the contamination of soils and
groundwaters. Geochemical and mineralogical analyses show that smelting slags and soils in the vicinity of Sierra
Almagrera contain high contents of Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb, Sb and Zn, except Ag and Sb which present low amounts in
the soil. In the groundwater below the slag deposits, high amounts of Fe, Pb and Zn were detected. Hence, the source
of Pb could be related to the dissolution of anglesite and cotunnite, whereas Fe might be related to the dissolution of
jarosite and other Fe-sulfates and oxides resulting from the oxidation of pyrrhotite and Fe-Pb-Zn alloys existing in the
slags.
The available data shows the possibility of heavy metal and metalloid mobilization, conditioned by precipitationdissolution phenomena of secondary phases, thus suggesting the need of mine waste deposits control and of aquifer
remediation presently contaminated by means of passive and low-cost technologies.
Keywords: geoenvironmental model, heavy metals, soil and groundwater contamination.
Resumen
Se definen los “modelos geoambientales” de depósitos minerales como el conjunto de datos geológicos, geofísicos,
hidrológicos e ingenieriles relacionados con los efectos ambientales de determinados yacimientos minerales,
geológicamente similares. Dichos efectos o impactos estarían relacionados con la situación anterior a la realización de
actividades mineras, y con los que se derivan de dichas actividades, así como del procesamiento de los minerales y de
la metalurgia (fundición).
En el caso de los yacimientos epitermales (de alta, baja y sulfuración intermedia) como los existentes en el SE
peninsular (Sierra Almagrera y Rodalquilar, fundamentalmente), se detectan elevadas concentraciones en los residuos
mineros, suelos y sedimentos, de elementos como: Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V y Zn. El resultado,
desde un punto de vista ambiental, ha sido la contaminación de los suelos y sedimentos en el entorno de los depósitos
de residuos y la movilización del As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, V y Zn hacia la zona saturada, dando lugar a problemas
de contaminación de las aguas subterráneas, en unas condiciones de pH próximas a la neutralidad a causa de la
presencia de carbonatos. La existencia de un clima semiárido condiciona la movilidad de los contaminantes,
produciéndose ésta por la disolución de fases minerales secundarias poco solubles (jarosita, natroj arosita, alunita) y
sobre todo por la existencia de “sales eflorescentes” bastante solubles (calcantita, melanterita, goslarita, langita) que se
disuelven en periodos húmedos.
En relación con el efecto de las escorias de fundición, los datos procedentes de Sierra Almagrera indican
cantidades significativas de Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb, Sb y Zn en los residuos, que también han afectado a los suelos,
salvo en el caso de la plata y el antimonio que presentan concentraciones relativamente pequeñas. En las aguas
subterráneas existentes bajo los depósitos de escorias se han detectado altas concentraciones de Fe, Pb y Zn,
estimándose que la disolución de anglesita, y cotunnita sean la fuente de Pb en el agua subterránea, pudiendo
provenir el Fe de las jarositas y otros sulfatos de Fe y de la oxidación de la aleaciones de Fe-Pb-Zn y pirrotina
presentes en las escorias.
Todo ello indica la posibilidad de movilización de diferentes metales pesados y metaloides, muy condicionada por
los fenómenos de precipitación-disolución de fases secundarias y por tanto, la necesidad de controlar los depósitos de
todo tipo de residuos y de “remediar” los acuíferos ya contaminados mediante tecnologías pasivas y de bajo coste
económico.
Palabras clave: modelo geoambiental, metales pesados, contaminación de suelos y aguas subterráneas
14. Geoquímica de jazigos minerais/Geochemistry of mineral deposits
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XV Semana – VI Congresso Ibérico de Geoquímica
Introducción
Se definen los modelos geoambientales de
depósitos minerales como el conjunto de datos
geológicos,
geofísicos,
hidrológicos
e
ingenieriles relacionados con los efectos
ambientales de determinados yacimientos
minerales, geológicamente similares. Dichos
efectos, o impactos, estarían relacionados con
la situación anterior a la realización de
actividades mineras, y con los que se derivan de
dichas actividades, así como del procesamiento
de los minerales y de la metalurgia (fundición).
Uno de los objetivos fundamentales de la
definición de los modelos geoambientales está
en
establecer
relaciones
entre
los
condicionantes geológicos de un yacimiento, las
condiciones climáticas y ambientales, su historia
minera y el comportamiento de los posibles
contaminantes. Todo ello puede permitir
conocer el tipo de contaminantes asociados a
un tipo de yacimientos, el grado de afección
producido en el entorno, los mecanismos de
movilidad de los diversos contaminantes y fruto
de todo ello, puede ayudar al establecimiento
de las posibles medidas de control y/o
eliminación de la contaminación.
Para el caso de yacimientos epitermales se
ha establecido con detalle el modelo asociado a
los yacimientos de Hg de tipo “hot spring” y
“silica-carbonate” y, de forma preliminar, el de
los yacimientos epitermales de Au-Ag de alta y
baja sulfuración.
En el caso de los yacimientos epitermales
(epitermales de alta, baja y sulfuración
intermedia) como los existentes en el SE
Peninsular, se detectan con frecuencia en los
residuos mineros, suelos y aguas, elementos
como: Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se,
Sb, V y Zn, sin que exista hasta la fecha un
modelo de carácter geoambiental. Dichos
yacimientos se ubican, fundamentalmente, entre
las zonas mineras de Sierra Almagrera y
Rodalquilar, ambas pertenecientes al arco
metalogénico Cartagena-Cabo de Gata (Fig. 1).
También es preciso destacar la existencia de
yacimientos de sulfuración intermedia en el área
de Mazarrón (San Cristóbal, Los Perules,
Pedreras Viejas, etc.) y la Sierra de Cartagena
(Cabezo Rajado, etc.) que constituyen el
extremo Norte del arco antes mencionado, pero
que no serán objeto de estudio en la presente
comunicación. En cualquier caso, parece de
gran interés evaluar la potencial incidencia de
estos focos potenciales de contaminación y
establecer un modelo geoambiental epitermal de
carácter global, más aún cuando se trata de
zonas próximas a núcleos habitados, áreas
agrícolas que emplean el agua subterránea y
zonas de gran desarrollo urbanístico que
también está utilizando las aguas subterráneas
y/o se ubican junto a depósitos de residuos.
Fig. 1 – Mineralizaciones de la zona Cartagena-Cabo
de Gata.
Materiales
Para caracterizar estas antiguas zonas
mineras se han llevado a cabo distintas
campañas de muestreo realizadas entre 1996 y
2006. En los residuos mineros, suelos y
sedimentos, tras su cuarteado, secado y
molienda, se determinaron mediante activación
neutrónica (INAA) los siguientes elementos: Au,
Ag, As, Ba, Br, Ca, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Hg, Ir,
Mo, Na, Ni, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Ta, Th, U,
W, Zn, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu.
Mediante
digestión
ácida
y
posterior
espectrometría de emisión atómica con plasma
acoplado por inducción (ICP-AES), se
determinaron: Ag, Cd, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn,
Al, Be, Bi, Ca, K, Mg, P, Sr, Ti, V, Y y S.
En las aguas subterráneas se tomaron dos
muestras, en la primera y después de
acidificarla a pH=2, se determinaron mediante
ICP-AES e ICP-MS: K, Ca, Mg, Fe, Ba, Li, Sr,
Ni, Cr, Na, P, S, Si, Al, Pb, Zn, Ti, Sn, V, U, Cu,
Mn, Cd, Mo, Co, Be, Au, Bi, Ag, Ga, Ge, Y, Zr,
Ru, Pd, In, Te, Cs, Pt, Sb, Hg, As y Se . En
algunos casos y a partir de una segunda
muestra, no acidificada, se analizaron mediante
cromatografía iónica los aniones fundamentales.
Para estudiar la posible movilización de los
contaminantes desde los residuos mineros se
han realizado diversas experiencias de
lixiviación en columna. Los fluidos procedentes
de las distintas lixiviaciones se han analizado
mediante ICP-MS, con el fin de determinar los
siguientes elementos: Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca,
Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se,
Br, Rb, Sr, Y, Zr, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, I, Cs, Ba,
Hg, Pb, así como los aniones mayoritarios
mediante las técnicas habituales.
Rodalquilar (alta sulfuración)
En el caso de yacimientos epitermales de
Au-Ag-Cu de alta sulfuración, como el explotado
en Rodalquilar de forma mayoritaria (Cerro
Cinto), la mineralización se caracteriza por la
asociación geoquímica Au-Ag-Cu-As-Bi-Te-Sn,
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elementos que pueden movilizarse hacia los
suelos, sedimentos, aguas superficiales y aguas
subterráneas. Los drenajes de explotaciones
auríferas de estas características suelen
presentar valores de pH que oscilan entre 2,0 y
8,9, concentraciones de Fe entre 0,01 y 50000
mg/L, de Al entre 0.001 y 5000 mg/L,
concentraciones de sulfatos de 0,8 a 100000
mg/L y cantidades significativas de Al, Cu, Zn,
Co, Ni, Cd y As. En casos similares, la
migración de contaminantes como As, Cu, Zn,
Pb y Cd está controlada por la existencia de
fases secundarias, que para el caso del As
pueden ser sulfo-arseniatos de hierro más o
menos amorfos, o la asociación del metaloide
con jarosita-beudantita, schwertmanita u oxihidróxidos de Fe (Blowes et al., 2003; Jambor et
al., 2000).
En Rodalquilar, el tratamiento del mineral
mediante cianuración durante el periodo 19431966 (Empresa Nacional Adaro), produjo la
mayor parte de la actual masa de “tailings” y que
supone un volumen de más de 3.000.000 de
metros cúbicos de residuos. Los resultados
obtenidos a partir del análisis de las muestras
de los residuos mineros (“tailings”), suelos y
sedimentos fluviales del Valle de Rodalquilar,
indican una importante contaminación debida a
la presencia de metales y metaloides. Las
concentraciones de As, Cu, Pb y Sb superan los
valores de intervención para suelos de
normativas conocidas, presentándose también
valores elevados de Ag, Bi, Se, V y Zn, así
como de Hg de forma puntual.
Sierra Almagrera (sulfuración
intermedia)
En el caso de Sierra Almagrera nos
encontramos con un conjunto de yacimientos
filonianos de carácter epitermal, y posiblemente
de sulfuración intermedia, caracterizados por la
existencia de cuerpos mineralizados ciegos y
que no afloran en superficie y constituidos,
mayoritariamente,
por
galena,
esfalerita,
sulfosales de Pb, calcopìrita, pirita y con barita y
siderita como minerales dominantes en la ganga
(Collado, 2002; Navarro et al., 1998).
La contaminación en los suelos y
sedimentos, fundamentalmente debida al vertido
incontrolado de residuos procedentes de la
flotación, se caracteriza por la presencia de
cantidades elevadas de Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb,
Sb y Zn, y que superan los valores máximos
establecidos en algunas legislaciones como la
holandesa, y también los valores medios del
suelo “no contaminado”, en esta zona (Navarro
et al., 2004).
Por otro lado, en las aguas subterráneas
únicamente se detectan cantidades apreciables
de metales y metaloides en las aguas de
drenaje minero (pozo Encarnación), mientras
que en el acuífero aluvial y deltaico sólo
aparecen niveles apreciables de Fe y Sr, y
valores muy bajos de Ba, Cu, Pb y Zn, no
detectándose Ag, As y Sb.
En el caso de Sierra Almagrera también se
generaron grandes cantidades de escorias de
fundición que están mayoritariamente situadas en
la zona costera de la sierra. La producción de
residuos del conjunto de fundiciones no se conoce
con precisión, aunque es posible realizar una
cierta estimación a partir de los datos existentes
de producción de plata y plomo de los
establecimientos de esta región y que puede
haber originado del orden de 2 Mt de escorias.
Las características geoquímicas de las
escorias de fundición muestran cantidades
significativas de Ag, As, Ba, Cu, Pb, Sb y Zn,
que también han afectado a los suelos, salvo en
el caso de la plata y el antimonio que presentan
concentraciones relativamente pequeñas. Por
otro lado, se ha determinado mediante
difracción de rayos X (DRX) la composición
mineralógica de las escorias, destacando las
siguientes fases sólidas: galena, natrojarosita,
celestina, jarosita, flogopita, hidroniojarosita,
parabutlerita, magnetita, cotunnita, glaucodota,
itoita,
anglesita,
lepidolita,
moscovita,
estroncianita y metales en forma elemental (Ag,
Fe y Pb). La presencia de diferentes sulfatos,
más o menos solubles, sugiere la posible
movilización de contaminantes como el Fe y Pb
hacia las aguas subterráneas, en las que se
detectan altas concentraciones de dichos
elementos.
Valle del Azogue ( baja sulfuración)
La mineralización consiste en una brecha
compuesta de estibnita, cinabrio, rejalgar,
oropimente, esfalerita, siderita, calcopirita, pirita,
cuarzo, calcita y barita, emplazada en rocas
metamórficas permo-triásicas y mármoles de los
complejos Nevado-Filábride y Alpujárride. Las
labores mineras se desarrollaron en cortas a
cielo abierto (open pit) en una zona alargada de
dimensiones aproximadas de 1 kilómetro de
largo y unos 400 metros de ancho. El método de
procesamiento de la mena era el de tostación en
horno, aprovechándose un material con un
contenido medio en mercurio del orden del 1.3%
(Navarro et al., 2006).
De acuerdo con el estudio de las
alteraciones
(cuarzo-sericita,
argílica
y
hematítica) y la temperaturas proporcionadas
por las inclusiones fluidas (170-253 ºC), se
trataría de un yacimiento epitermal de baja
sulfuración, y con una geoquímica similar a los
sistemas de tipo “hot spring” en cuanto a su
contenido en algunos elementos traza. Los
análisis geoquímicos de los residuos y suelos
indican concentraciones muy altas de Hg, As,
Au, Ag, Pb, Zn y Ba. La determinación de las
especies de Hg se realizó por medio de rayos x,
en SERNAGEOMIN (Chile), y por análisis de
“solid-phase-Hg-thermo-desorption”(SPTD), en
la Universidad de Heidelberg (Alemania). Los
datos de los residuos (calcinados y
escombreras) y suelos proporcionan valores
muy elevados de As, Ba, Hg, Pb, Sb y Zn, y
valores significativamente altos de Au, Ag, Cd,
Cr y V. En relación con las normas de calidad de
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suelos se superarían los niveles de intervención
para As, Ba, Cd, Cr, Hg, Pb, Sb y Zn,
destacando los altísimos niveles detectados de
Hg y Sb.
Conclusiones
La
explotación
de los
yacimientos
epitermales del SE Peninsular (Sierra Almagrera
y Rodalquilar, principalmente) ha provocado la
aparición de contenidos anómalos de metales
pesados y metaloides en suelos, sedimentos y
aguas subterráneas (Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe,
Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V y Zn), y un cierto grado
de contaminación en el entorno de los depósitos
de residuos y de las labores mineras más
importantes.
En todos los casos la movilidad de los
contaminantes parece condicionada por la
existencia de un clima semi-árido, con escasas
precipitaciones anuales (200-300 mm/año) y, a
veces, localizadas en periodos de tiempo muy
cortos. Ello ha provocado una escasa
producción de aguas ácidas de mina (AMD) y la
movilización de los contaminantes en épocas
lluviosas y sobre todo por la disolución de las
fases minerales secundarias más solubles
(sales eflorescentes).
El posible modelo “geoambiental” preliminar
que explicaría las implicaciones ambientales
más importantes de este tipo de yacimientos
contemplaría, además de los aspectos ya
comentados, los siguientes: contaminación de
suelos y sedimentos por dispersión mecánica
dominante, neutralización de las aguas ácidas
por la abundancia de carbonatos (siderita y
calcita) y atenuación de la contaminación hacia
los acuíferos por la existencia de una zona no
saturada de elevado espesor, en la mayor parte
de casos.
Los contaminantes que se movilizan en
mayor concentración en fase acuosa son: As,
Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Sb y Zn. Por el contrario,
metales como Ag y Hg no presentan una gran
movilidad, salvo para el caso del mercurio y en
los ensayos de lixiviación realizados.
Mineralogy & Geochemistry, vol. 40, pp. 303350.
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Mineralogical Society of America, Reviews in
|| 588

Definición de un modelo geoambiental de los yacimientos

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