INFLUENCIA DEL PASIVO MINERO SULFOMETALES...

UNIVERSIDAD DE PINAR DEL RÌO

"HNOS SAIZ MONTES DE OCA"

FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

INFLUENCIA DEL PASIVO MINERO SULFOMETALES SOBRE EL

DRENAJE ÁCIDO Y ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS

EN EL MANGLAR

Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Geología.

(Mención Geología Ambiental)

Autor: Lic. Ileana Cabrera Díaz

Tutor(es): Dr. C. José F. Lastra Rivero

MSc. José Antonio Alonso Pérez

Pinar del Río

2015

DECLARACIÓN DE AUTORIDAD.

Los resultados que se exponen en la presente tesis se han alcanzado como consecuencia del

trabajo realizado por el autor y asesorado y/o respaldado por el Centro de Investigaciones

para la Industria metalúrgica (CIPIMM) y la Universidad de Pinar del Río. Por tanto, los

resultados en cuestión son propiedad del autor y de estas instituciones y solo ellas podrán

hacer uso de los mismos de forma conjunta y recibir los beneficios que se deriven de su

utilización.

PENSAMIENTO

Y el único camino abierto a la prosperidad constante y fácil es el de conocer, cultivar y

aprovechar los elementos inagotables e infatigables de la naturaleza.

José Martí

"Maestros Ambulantes", publicación La América,

Nueva York, mayo de 1884.

DEDICATORIA

A mi madre querida presente en cada momento de mi vida, siempre me inculcó la

disciplina y el amor al estudio en beneficio de la sociedad, donde estés te sentirás orgullosa

de mí.

A mi tutor y gran amigo por el aliento que me daba en los momentos de tristeza y

desesperación.

AGRADECIMIENTOS

Toda meta presupone un nuevo comienzo de nuevos desafíos y nuevos esfuerzos. Pero en

este día donde culmina una etapa de sacrificios y trabajo arduo, atravesando tormentas y en

otras ocasiones navegando en mar tranquila, es justo agradecer a muchos de los que me

ayudaron y contribuyeron al logro de este tan deseado objetivo. En este sentido, guardo un

agradecimiento infinito para mis tutores el Dr. C. José Francisco Lastra y el MSc. José

Antonio Alonso Pérez.

Quiero agradecer al CIPIMM por ser mi segunda casa y proporcionarme la posibilidad de

crecer como investigadora. Por cada desafío y cada resultado, pero sobre todo por las

personas que contribuyeron con este ejercicio que me otorga el grado de Máster en

Ciencias.

Agradezco primeramente a los compañeros del departamento de Gestión del Conocimiento

e Informática: Ismaris Salgado, Cristina Vigoa, Tania Vigoa, Roberto Rodriguez, Ivis

Barranco, Ana María Lorenzo y Roydelis Rodriguez. Agradezco también el apoyo brindado

por las compañeras de la dirección. A la directora Nayda Hernández, a la subdirectora

Blasa Delgado y a las compañeras Magda Arriaga y Norma Roque. Agradezco además la

importante contribución brindada por los compañeros Anolan Díaz, Emilio Montejo,

Marcela Figueredo, Zuleidys Rosa Soler y María Stuar.

Por último, y no menos importante, agradezco especialmente a mi equipo del laboratorio

de análisis de fases, quienes han viajado junto a mí por este encumbrado camino. A Roxana

Trueba, Lucía Canel, Antonio Águila, José Carlos Rodríguez, Miladys Aróstegui, Asor

María Martinez y Abdel Casanova.

Y por último le agradezco a mí familia incluyendo mi querida nieta y amigos el apoyo

incondicional para que yo pudiera terminar esta tesis tan añorada con éxito.

RESUMEN

Se expone el trabajo investigativo basado en el estudio de las asociaciones mineralógicas

de elementos potencialmente tóxicos (EPT) en menas primarias, residuales (sólidos,

líquidos) y sedimentos costeros, colectadas en el Pasivo Minero (PAM) del complejo

industrial Sulfometales, que se localiza en el municipio de Minas de Matahambre, provincia

de Pinar del Río, a través del empleo de Técnicas Analíticas de Avanzada (DRX, ICP, AA,

MEB), dado el alto índice de contaminación por aporte de elementos tóxicos

geodisponibles (ETG) solubles a los sistemas hidrográficos de la región por los intensos

procesos de drenaje ácido de mina (DAM) que allí tienen lugar.

Se confirma en el complejo industrial Sulfometales, por la continua acumulación de cenizas

del antiguo proceso de tostación de la pirita y que contienen: hematita, maghemita, pirita,

plumbojarosita y azufre elemental como principales fases que aportan elementos

potencialmente tóxicos(EPT) y elementos tóxicos geodisponibles (ETG), provocaron por

procesos intensos de drenaje ácido minero (DAM) y la acción combinada de bacterias

acidófilas, el aerosol marino y el agua del canal que penetra en los mangles del pasivo

minero (PAM), la formación de las oxisales blanquecinas: rozenita, szomolnokita y

finalmente la precipitación de natrojarosita (NaFe6(SO4)4(OH)12), acompañada de halita

(NaCl) en menor cuantía, en todos los sedimentos de los manglares, los cuales se

encuentran seriamente afectados parcial o totalmente, lo que provoca a consecuencia de

ello la peligrosa situación medioambiental de la zona, dada la agresividad de estas sales y

en consecuencia la pérdida acelerada de la vegetación de mangles con el consiguiente

avance de este proceso en dirección a la costa; de ahí la necesaria y urgente toma de

decisiones por las autoridades ambientales en las zonas impactadas.

Los resultadosque se logran con la culminación de la investigación de la zona del manglar

la cual se encuentra dentro proyecto "Principales asociaciones mineralogicas de

elementos contaminantes presentes en residuales de la industria minero-metalúrgica del

CIPIMM, se insertan dentro de los objetivos del programa de desarrollo del Grupo

Empresarial GEOMINSAL hasta el año 2015 y presentan salidas de alto valor económico y

social para el país.

ABSTRACT

The investigating job based in the study of associations exposes mineralógicas of

potentially toxic elements (PTE ) in primary, residual ores ( solids, liquids ) and coastal

sediments itself, collected in the Mining Passive ( EMP ) of the industrial complex

Sulfometales, that he locates in the Municipality of Matahambre Mines, Pinar del Rio,

through the job of Analytical Técnics front-line ( DRX, ICP, AA, MEB ), given the tall

index of contamination for contribution of toxic elements (PTE) soluble geodisponibles to

the hydrographic systems of the region for the intense processes of acid drainage (AMD).

Confirms him at the industrial complex Sulfometales, for the continuous accumulation of

ashes of the ancient process of tostation of pyrite and the fact that they contain: Hematite,

maghemite, pyrite, plumbojarosite and essential sulphur like main phases that

geodisposables contribute potentially toxic elements (PTE ) and geodisposables toxic

elements (GTE ), they provoked for intense processes of acid mining drainage (AMD ) and

the action combined of bacteria acidófilas, the marine aerosol and the water of the canal

that penetrates into the mangles of the mining passive (AMP ), the formation of the whitish

oxysalts: Rozenite, szomolnokite and finally the precipitation of

natrojarosite(NaFe6(SO4)4(OH)12), accompanied of halite ( NaCl ) in minor quantity, in all

the sediments of the mangroves, which find themselves seriously affected, what provokes

as a consequence of it the dangerous situation environmental of the zone, once the

aggressiveness of these salts was given and in consequence the accelerated loss of the

vegetation of mangles with the resulting advancement of this process toward the coast;

from there the necessary and urgent photo of decisions for the environmental authorities at

the impacted zones partial or totally.

The results that achieve with the culmination of the investigation of the zone of the

mangrove which themselves project meets inside " Main associations mineralogicas of

contaminating present elements in residual of the industry mining-metallurgic of the

CIPIMM, 2015 insert within the objectives of the development program of the

Entrepreneurial Group GEOMINSAL to the year themselves and show exits of high cost-

reducing and social value for the country.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 1

Capítulo I. Marco teórico-referencial. ............................................................................ 8

I.1. Generalidades acerca de Pasivos Ambientales Mineros (PAMs) ............................... 8

I.2. Consideraciones generales acerca de los procesos de drenaje ácido de mina

(DAM) ......................................................................................................................... 10

I.3. Factores que determinan la velocidad de oxidación de sulfuros de hierro

reactivos durante la formación de procesos DAM ......................................................... 19

I.3.1. Potencial de hidrógeno (pH) y concentraciones de dioxígeno. ......................... 20

I.3.2. Solubilidad de fases secundarias (oxisales) ...................................................... 22

I.3.3. Granulometría de menas y residuos. ................................................................ 26

I.3.4. Actividad de bacterias acidófilas. ................................................................... 26

I.3.5. Composición mineralógica de menas primarias y rocas encajantes. ................. 28

I.4. Factores climáticos que determinan los procesos DAM .......................................... 29

I.5. Determinación del grado de peligrosidad de los procesos DAM en PAMs .............. 30

I.6. Antecedentes históricos de la zona de estudio......................................................... 32

Capítulo II. Características físico–geográficas, socio-económicas y geológicas de

la zona de Santa Lucía. .................................................................................................. 37

II.1.Características físico-geográficas y socio-económicas ........................................... 37

II.1.1. Ubicación geográfica ..................................................................................... 37

II.1.2. Relieve y geomorfología ................................................................................ 38

II.1.3. Clima ............................................................................................................. 40

II.1.4. Red hidrográfica e hidrogeología ................................................................... 40

II.1.5. Actividad económica ...................................................................................... 41

II.2. Características geológicas ..................................................................................... 41

II.2.1 Estratigrafía .................................................................................................... 42

II.2.2. Tectónica ....................................................................................................... 43

II.2.3. Yacimientos y minerales útiles. ...................................................................... 43

II.3. Características geográficas de la zona de manglar ................................................. 43

II.3.1. El ecosistema de manglar en Cuba ................................................................. 45

II.3.2 Características del manglar de Santa Lucía ...................................................... 48

Capítulo III. Materiales y métodos. .............................................................................. 51

III.1. Selección, preparación y descripción de las muestras ........................................... 51

III.2. Equipos y parámetros de operación seleccionados .............................................. 54

III.2.1. Difractometría de polvos de rayos-X (DRX) ................................................. 54

III.2.2. Análisis térmico ............................................................................................ 55

III.1.3. Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) - Espectrometría de

Fluorescencia de rayos-X (variante Dispersiva en Energía; EDS) ............................. 57

III.1.4. Espectrometría de Absorción Atómica (EAA) ............................................... 58

III.2 Ensayos físico-químicos que se empelaron para la evaluación ambiental de

residuos sólidos y líquidos............................................................................................ 59

III.3. Determinación de microorganismos en aguas de la laguna de oxidación de

Sulfometales. ............................................................................................................... 60

Capítulo IV. Análisis y discusión de los resultados. ...................................................... 63

IV.1 Análisis de cenizas de tostación en los depósitos artificiales ................................. 63

IV.2 Influencia de la granulometría de los residuos de cenizas en el proceso DAM ...... 74

IV.3. Análisis de sales y precipitados formados en los sedimentos que rodean los

depósitos de cenizas. Redistribución de EPT ................................................................ 75

IV.4. Análisis de los sedimentos contaminados del manglar. Redistribución de EPT .... 85

IV.5. Influencia de la actividad biológica de los microorganismos en el proceso

DAM ........................................................................................................................... 89

IV.6 Análisis químico de aguas residuales. Conversión de EPT en formas

geodisponibles (EGD) .................................................................................................. 91

CONCLUSIONES.......................................................................................................... 96

RECOMENDACIONES ................................................................................................ 98

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 99

INDICE DE FIGURAS

Figura I.1. Proceso de enriquecimiento supergénico (Glader et al., 1996). .................... 11

Figura I.2. Etapas de formación del DAM (INAP, 2009). ............................................. 13

Figura I.3. Resumen de procesos biogeoquímicos DAM en menas primarias y

residuos de PAMs con mineralización pirito-polimetálica (INAP, 2009). ..................... 14

Figura I.4. Velocidad de oxidación en función del pH. ................................................. 15

Figura I.5. Velocidad de oxidación de sulfuros de hierro (versus) tiempo de

exposición a la atmósfera. ............................................................................................ 20

Figura I.6. Velocidad de oxidación de la pirita en función de la relación (Fe3+/ Fe2+) .... 21

Figura I.7. Diagrama Eh (pε) vs. pH del sistema Fe-K-S-O-H por procesos DAM. ....... 24

Figura I.8. Solubilidad de jarositas y sus respectivas mezclas con goethita como

función del pH en las soluciones de lavado de los residuos DAM (Swaize et al.,

2008)............................................................................................................................ 25

Figura I.9. Velocidad de oxidación biológica de sulfuros de hierro (vs.)

Temperatura (0C). ........................................................................................................ 27

Figura I.10. Bacterias Thiobacillus Ferrooxidans en reacción catalítica con la pirita

en la que se indica la interacción del microorganismo con un cristal de pirita

(Higueras y Oyarzún, 2010). ........................................................................................ 28

Figura I.11. Diagrama concentraciones de EPT disueltos (mg/L) en función del pH

que determinan el grado de intensidad de los procesos DAM (Ficklin y Mosier,

1999)............................................................................................................................ 31

Figura I.12. Depósitos de azufre elemental (en color amarillo) y de cenizas pardo-

negruzcas de tostación que proceden del antiguo proceso industrial de la fábrica

Sulfometales. ............................................................................................................... 34

Figura I.13. Muestra de sedimentos arenosos castaños claro tomados en la zona del

manglar que ha sido arrasada por la fuerte contaminación que produce la

escombrera de cenizas de mineral tostado de Santa Lucía ............................................. 34

Figura I.14. Mapa de peligro ambiental de la región Santa Lucía. En el mismo se

señalan las zonas críticas y vulnerables de contaminación. Al noreste se ubica la

UEB Sulfometales. ....................................................................................................... 35

Figura II.1. Mapa administrativo de la localidad de Santa Lucía escala 1: 1 000

000 ............................................................................................................................... 38

Figura II.2. Mapa geológico (escala 1: 50 000) de la región “Santa Lucía” donde se

observa la vinculación del PAM Sulfometales a sedimentos cuaternario-palustres

(pQ2). ........................................................................................................................... 42

Figura II.3. Ubicación de los principales asentamientos humanos asociados al

ecosistema de manglar en Cuba (Menéndez y Guzmán, 2010). .................................... 47

Figura II.4. Mapa de distribución del ecosistema de manglar en Cuba (Menéndez y

Guzmán, 2010). ............................................................................................................ 48

Figura II.5. Vista de la zona de manglar cercano a Cayo Jutías. .................................... 49

Figura III.1. Vista satelital del área de muestreo del manglar detrás de la UEB

Sulfometales ................................................................................................................ 51

Figura III.2. Diagrama de preparación de muestras sólidas (residuos) para

diferentes análisis ......................................................................................................... 53

Figura III.3. Difractómetro de polvos, marca Philips, modelo PW-1710 (CIPIMM) ..... 54

Figura III.4. Termoanalizador NETZSCH (Alemania), modelo STA 449 F3

(CIPIMM) .................................................................................................................... 56

Figura III.5. Microscopio Electrónico de Barrido de la firma Philips, modelo XL30

acoplado a un analizador de Fluorescencia de rayos-X dispersivo en energía de

INTEMIN-SEGEMAR (Argentina) .............................................................................. 58

Figura III.6. Equipo de Espectrometría de Absorción Atómica (EAA), marca

VARIAN, modelo AA240. ........................................................................................... 59

Figura III.7. Etapas para aislamiento y selección de microorganismos mediante el

método de diluciones sucesivas. ................................................................................... 62

Figura IV.1. Difractograma de una muestra representativa de un depósito de

cenizas de tostación acumuladas en la parte trasera de la Planta Sulfometales, etapa

de muestreo 2009-2010; Cabrera-Díaz et al., 2011). ..................................................... 65

Figura IV.2. Difractograma de la muestra DC-1 del depósito de cenizas de

Sulfometales ................................................................................................................ 67


Sulfometales ................................................................................................................ 67


Sulfometales ................................................................................................................ 68


Sulfometales ................................................................................................................ 68


Sulfometales ................................................................................................................ 69

Figura IV.7. Depósitos de cenizas actuales acumuladas en el PAM Sulfometales ......... 70

Figura IV.8.Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-1del depósito de

cenizas ......................................................................................................................... 72

Figura IV.9. Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-2 del depósito de

cenizas ......................................................................................................................... 72

Figura IV.10.Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-3 del depósito de

cenizas ......................................................................................................................... 73


cenizas ......................................................................................................................... 73


cenizas ......................................................................................................................... 74

Figura IV.13. Vista general que muestra la precipitación de oxisales coloreadas con

tonalidades verde-amarillentas, formadas alrededor de los depósitos de cenizas

hasta el muro de contención del PAM .......................................................................... 76

Figura IV.14. Difractograma del sedimento arenoso rico en cuarzo, donde no se

detectaron oxisales de hierro hidratadas (muestreo próximo al muro de contención

(muestra SM-12) .......................................................................................................... 77

Figura IV.15. Difractograma de oxisales verde-amarillentas de melanterita

(FeSO4.7 H2O) y rozenita (FeSO4. 4H2O), formadas por procesos de precipitación

DAM en Sulfometales (punto de muestreo cercano al muro de contención (muestra

SM-13) ........................................................................................................................ 78

Figura IV.16. Difractograma que evidencia la presencia de oxisales blanquecinas:

zsomolnokita (FeSO4.H2O) en mezcla con rozenita (FeSO4.4H2O), formadas desde

la base de los sedimentos de los depósitos de cenizas hasta el muro de contención

del PAM (muestra SM-16) ........................................................................................... 79

Figura IV.17. Difractograma que evidencia la composición típica de fases del

sedimento del palustre holocénico (p1Q2) que prevalece en el pasivo (muestra SM-

17) ............................................................................................................................... 80

Figura IV.18. Micrografía MEB-EDS de la muestra SM-12, donde abundan

microcristales de tamaños de partículas menores de 100 µm en una matriz de

oxisales y arcillas (micas) e irregulares brillantes de plumbojarosita (variante MEB

de electrones retrodispersados). .................................................................................... 81

Figura IV.19. Difractograma de la fracción enriquecida en rozenita entrecrecida a

su vez con el mineral bianchita (muestra SM-13) ......................................................... 82

Figura IV.20. Espectro EDS y microfotografía MEB que identifica un cristal de

rozenita en asociación con agregados de melanterita (muestra SM-13) ......................... 83

Figura IV.21. Espectro EDS y microfotografía MEB que identifican las diferentes

oxisales coloreadas hidratadas de Fe (II) formadas por mecanismos de

precipitación-coprecipitación DAM (muestra SM-13) .................................................. 83

Figura IV.22. Zona de sedimentos contaminados en dirección a la costa hasta la

última barrera de manglares. ........................................................................................ 84

Figura IV.23. Difractograma de polvos de sedimento del manglar (muestra SM-1) ...... 86




Figura IV.27. Difractograma de polvos de sedimento del manglar (muestra SM-11)..... 88

Figura IV.28. Curva de bio-oxidación del Fe2+ ............................................................. 90

Figura IV.29. Microorganismos acidófilos (Thiobacillus Ferrooxidans) aislados en

aguas de la laguna de Sulfometales............................................................................... 91

Figura IV 30. Diagrama de Ficklin y Mosier (1999) para la clasificación de

intensidad de procesos DAM. ....................................................................................... 94

INDICE DE TABLAS

Tabla I.1 Factores y clasificación que determinan la velocidad de oxidación de

sulfuros de hierro reactivos y formación del DAM asociados a PAMs (Nordstrom,

2003; Romero et al., 2008). .......................................................................................... 19

Tabla I.2. Principales sulfuros primarios y fases que se forman por procesos

secundarios de DAM (Alpers et al., 2000; Bigham y Nordstrom, 2000). ...................... 23

Tabla II.1. Indicadores climáticos de la zona de Santa Lucía. ....................................... 40

Tabla III.1. Muestras de residuales líquidos seleccionadas en diferentes puntos de

muestreo en el PAM Sulfometales para la determinación de los ensayos químico-

ambientales (Delgado et al., 2009; Delgado et al., 2015; Cabrera-Díaz et al., 2011). .... 52

Tabla III.2. Parámetros de operación de los difractómetros de polvos de rayos-X. ....... 55

Tabla III.3. Parámetros de operación del termoanalizador NETZSCH. ......................... 56

Tabla III.4. Composición del medio de cultivo (solución No. 1; 70 %). ........................ 61

Tabla III.5. Composición del medio de cultivo (solución No. 2; 30 %) ......................... 61

Tabla.IV.1 Análisis químico típico de dos muestras tipo de cenizas de Sulfometales

(M-14 y SM-15; etapas de muestreo 2009 y 2010; Cabrera-Díaz et al., 2011) .............. 64

Tabla IV.2. Valores de pH obtenidos para las soluciones de lavado en muestras de

cenizas de los cinco depósitos de cenizas evaluados ..................................................... 71

Tabla IV.3. Resultados del análisis granulométrico de los depósitos artificiales de

cenizas ......................................................................................................................... 75

Tabla IV.4. Análisis químicos de elementos mayores en muestras de oxisales

precipitadas sobre los sedimentos que rodean al PAM Sulfometales. ............................ 76

Tabla IV.5. Microcomposición elemental por EDS de las micropartículas de

jarosita (Pb-K) y melanterita (muestra SM-12) ............................................................. 81

Tabla IV.6. Resultados de EDS para las micropartículas de bianchita y rozenita en

la muestra SM-13 ......................................................................................................... 84

Tabla IV.7. Determinaciones de pH en muestras de sedimentos del PAM

Sulfometales ................................................................................................................ 85

Tabla IV.8. Valores de pH de las muestras de sedimentos del manglar ......................... 89

Tabla IV.9. Resultados de los análisis químicos de muestras de aguas residuales

con presencia de EPT en el manglar, canal y laguna de Sulfometales (Cabrera-

Díaz et al., 2011) .......................................................................................................... 92

Tabla IV.10. Concentraciones máximas permisibles de EPT en aguas residuales de

vertimiento según establece la norma cubana (NC 27/2012) ......................................... 93

Tabla IV.11. Resultados de los análisis químicos de muestras de aguas residuales

de la laguna de Sulfometales con presencia de EPT tomadas en época de seca y

lluvia (Delgado et al., 2014) ......................................................................................... 93

INDICE DE ANEXOS

Anexo 1. Muestreo de residuos realizado en manglares, sedimentos y los depósitos

de cenizas de tostación del PAM Sulfometales. .......................................................... 104

Anexo 2. Identificación cualitativa de fases mineralógicas en muestras de los

depósitos de cenizas de Sulfometales por técnicas termoanalíticas combinadas

(CDB-TG-DTG) ........................................................................................................ 109

1

INTRODUCCIÓN

Como parte de la política ambiental cubana, a partir del otorgamiento de rango

constitucional al medio ambiente, y al ser incluído en la constitución de la República en el

año 1976 (artículo 27), la posterior promulgación de la ley 33 de enero 1981, acerca de: “La

protección del medio ambiente y del uso racional de los recursos naturales” y de las

resoluciones que se emiten con posterioridad hasta la aprobación de la Leyes de Minas en

1994 y la 81 del Medio Ambiente 1997, el Grupo Empresarial GEOMINSAL, en

correspondencia con la política y estrategia del nuevo Ministerio de Energía y Minas

(MINEM), desarrolla su propia estrategia ambiental para el desarrollo sostenible de la

actividad geólogo-minera en el país, con el propósito de establecer mejoras continuas de la

gestión, en especial la ejecución de proyectos de investigación que se relacionan con la

temática de la contaminación ambiental en pasivos mineros que provocan problemas de

drenaje ácido de mina (DAM).

Los PAMs de esta zona minero-industrial, se localizan en las cercanías del municipio

Minas de Matahambre, provincia de Pinar del Río, en áreas cercanas al poblado Santa

Lucía en la parte norte del occidente de Cuba. En las menas y residuos polimetálicos

asociados a los antiguos depósitos, tienen lugar intensos procesos de drenaje ácido de mina

(DAM), con participación de microorganismos biológicos que catalizan la reacción de los

sulfuros primarios: pirita, esfalerita y galena, disminuyendo de forma significativa a valores

extremos el pH (<3,0) de los efluentes, que provienen de las escorrentías y vierten sus

cudales a los ríos más importantes de los depósitos polimetálicos y a la costa de “Santa

Lucía”.

Como caso particular se menciona el complejo industrial UEB Sulfometales, el cual se

construyó en 1959 por la firma francesa Krebs con la finalidad de producir ácido sulfúrico

(grado técnico), a partir del balance de la mena de pirita y azufre elemental, recuperándose

de forma paralela los metales preciosos (Au, Ag), Pb y por último el Zn. Comenzó sus

operaciones en el año 1961, con la explotación de las menas pirito-polimetálicas del

yacimiento “Julio A. Mella” para lo planta se diseñó. Dicho complejo industrial se localiza

en la parte más antigua del poblado de Santa Lucía, muy cercano al canal del mismo

nombre que comunica la bahía con el puerto.

2

La recuperación de Pb, Zn, Au y Ag, nunca llegó a materializarse de manera estable,

debido a problemas en el abastecimiento de la materia prima idónea, y por deficiencias en

la operación de los equipos, principalmente de los hornos de tostación, lo que conllevó que

a finales de 1964, fuera paralizada la recuperación de metales, limitándose solamente al

procesamiento de la pirita para la producción de ácido sulfúrico. Esto provocó el

almacenamiento de una gran cantidad de residuos (cenizas), procedentes de los hornos de

tostación, en un área que se ubica contigua a la planta, además de pilas de azufre elemental

que se utilizaban para el balance de dicho elemento durante el proceso de producción

continuo de la fábrica. A partir del año 1980 la fábrica comienza a procesar pirita del

yacimiento “Santa Lucía”, debido al cierre de la mina Julio A. Mella -por autocombustión

del mineral- y hundimiento progresivo de la misma. Desde 1983 hasta 1993, la fábrica

estuvo fuera de operación por reparación, reanudando sus operaciones en 1994 hasta el

2003 en que finalmente concluyeron.

En los patios de la UEB Producciones Industriales (antigua Planta Sulfometales), se

encuentran depositadas alrededor de 800,000 toneladas de cenizas, donde predomina los

minerales de hierro y la presencia del sulfuro pirita, provenientes del antiguo proceso de

producción de ácido sulfúrico. Estas cenizas de tostación del mineral pirítico de las Minas

“Julio A. Mella “y la Mina “Santa. Lucía”, la primera con contenidos predominantes de

hierro, azufre, cobre, plomo y metales preciosos, la segunda contienen hierro, azufre,

plomo, los metales preciosos además, el cinc. Estas cenizas se fueron acumulando por más

de 35 años en áreas del complejo industrial y se distribuyen dentro del área de la UEB, muy

cercanas a la costa.

Tales cenizas se agrupan en cinco depósitos. El depósito 1 se encuentra agotado, ya que el

mismo fue utilizado por la fábrica de cemento Mariel como corrector de hierro dentro de su

proceso. Como se aprecia, todos los depósitos de cenizas han sido sometidos durante años a

un proceso de lixiviación natural y época de lluvias los licores ácidos generados por el

drenaje son arrastrados hacia los alrededores, aportando a los suelos y sedimentos

contenidos de azufre hasta del 8 %.

Los arrastres lixiviados de esta ceniza en algunos casos han pasado al manglar cercano,

ejerciendo efectos dañinos sobre el mismo y su subsuelo, los cuales se pueden apreciar

visualmente, pero cuya magnitud no ha sido evaluada en todas sus dimensiones.

3

Es bueno detallar que los depósitos 3 y 5 pertenecen en la actualidad a la UEB

Producciones Industriales de Geominera Pinar y los depósitos No. 1, No. 2 y No. 4

pertenecen a la empresa liquidadora de Sulfometales (Serviquímica) del Grupo Empresarial

de la Química del Ministerio de Industrias.

De lo anterior se evidencia que en el PAM Sulfometales, en lo que concierne a la gestión de

desechos sólidos, existieron graves inconvenientes que propiciaron, la ocurrencia de

intensos procesos de drenaje de forma sobre la superficie de lotes de cenizas acumuladas de

fina granulometría, expuestas a la acción del agua (precipitaciones, mar) y la acción eólica

combinada del aire y aerosol marino.

Como lo demuestra la visita de campo in situ que se realizó en tres etapas diferentes, el

vertimiento de residuales líquidos en el antiguo complejo industrial Sulfometales generó los

siguientes problemas ambientales:

Degradación de los ecosistemas acuáticos (agua de mar del canal)

Impacto de la flora (manglares) y fauna autóctona de la zona

Daños a estructuras metálicas y de hormigón del antiguo pasivo minero

Problemas en la restauración de los terrenos al fin de la vida útil de la planta

El impacto paisajístico.

Por otra parte, la transferencia de metales pesados desde los residuos de cenizas a los

sedimentos y suelos del PAM Sulfometales, aparte de las propiedades químicas intrínsecas

de cada EPT, y de ahí al drenaje subterráneo (hacia el manto freático) o superficial,

dependen además de la forma mineralógica de las fases que constituyen tales residuos, la

superficie de interacción sólido/agua y el nivel (superficial o subterráneo) de la interacción,

los que determinan de conjunto las propiedades físico-químicas de las aguas residuales y de

infiltración en dicho pasivo.

Por todo lo anterior y teniendo en cuenta estudios realizados por autores cubanos, en el que

se abordó la caracterización de los residuos sólidos y líquidos de los pasivos mineros de

“Santa Lucía”, “Castellanos” y la Planta Sulfometales donde se encuentra la zona de

Mangle objeto de interés fundamental para nuestro proyecto y las correspondientes

asociaciones con elementos geodisponibles de interés, se plantea la necesidad de la

realización de un muestreo que incluye el análisis químico y mineralógico de los

sedimentos, escorrentías y efluentes en toda el área del manglar que rodea a la Planta

4

Sulfometales, las cuales presentan afectaciones muy serias, pérdida sensible de la

vegetación autóctona y la contaminación severa del suelo, una vez que las cenizas del

proceso de tostación de la pirita y las pilas acumuladas de azufre elemental se fueron

depositando durante años en diferentes zonas aledañas a la planta y se lixiviaron por la

acción del agua meteórica y otros agentes del intemperismo químico favorables, una

cuestión de vital interés y poco abordada en la actividad científico geólogo-minera en el

país.

Por ello, las investigaciones de mineralogía y geoquímica ambiental que se realizan en la

etapa de inventario y caracterización de pasivos mineros polimetálicos, es importante, no

solo para determinar la estabilidad de los diferentes minerales frente al ataque químico, sino

además porque la presencia de minerales activos como el sulfuro pirita, puede dar lugar a la

generación de drenaje ácido lixiviante. La superficie de interacción es importante también

porque su extensión dependerá la efectividad del traspaso y, por último, la fracturación de

las rocas tiene un efecto similar, especialmente cuando las fracturas abiertas facilitan el

paso de las soluciones. En el caso de depósitos que generan residuos, la granulometría del

material tiene además un efecto decisivo según opinan diversos autores.

Los argumentos expuestos, indican que la actual situación problémica del trabajo consiste

en la necesidad de realizar valoraciones científico-técnicas que ayuden a la comprensión de

tales procesos de drenaje ácido en el pasivo minero de referencia como son: (1)

composición mineralógica de menas primarias y residuos sólidos, (2) procesos de alteración

de las fases primarias, (3) granulometría de residuos sólidos, y (4) composición química de

elementos potencialmente tóxicos (EPT) en residuales líquidos, las cuales determinarán en

gran medida como las diferentes transformaciones mineralógicas que transcurren entre las

fases que conforman la composición sustancial en Sulfometales, dieron paso a los procesos

de lixiviación de los EPT en estos residuos sólidos, generándose los serios deterioros

ambientales en toda la barrera de manglares costeros.

Atendiendo a estas consideraciones preliminares se concibió el diseño de investigación

siguiente:

Problema científico: “¿Cuáles son las transformaciones mineralógicas que determinan los

procesos de drenaje ácido en el pasivo minero Sulfometales y cómo influyen en la

sostenibilidad ambiental del ecosistema de mangles costeros aledaños?

5

Objeto: Composición química y mineralógica de los residuos sólidos (cenizas de tostación

acumuladas, sedimentos, sales precipitadas y suelos) y de los drenajes líquidos altamente

contaminados que se generan en el pasivo minero Sulfometales.

Campo de acción: Mineralogía Aplicada a los Pasivos Ambientales Mineros.

Objetivo general:

Determinar los efectos nocivos de elementos potencialmente tóxicos y de los procesos de

drenaje ácido de mina vinculados a los residuales del pasivo minero Sulfometales en las

áreas circundantes.

Objetivos específicos:

- Identificar el tipo(s) de población(es) de microorganismos que predominan en las aguas

y escurrimientos líquidos que se generan en el pasivo minero.

- Caracterizar los residuos sólidos (cenizas y sedimentos), a través del empleo de diversas

técnicas instrumentales de análisis de fases y mineralógico.

- Determinar la relación existente entre la composición cuantitativa de elementos

potencialmente tóxicos del pasivo minero y el drenaje ácido de mina.

- Clasificar la intensidad del proceso del drenaje ácido de mina a tráves de los resultados

de los análisis químicos de elementos geodisponibles (EGD).

Hipótesis:

La evaluación de los elementos potencialmente tóxicos (EPT) y procesos de drenaje ácido

de mina resultantes de las diversas formas mineralógicas generadas en el pasivo minero

Sulfometales, permitirá finalmente esclarecer el comportamiento biogeoquímico y los

efectos que estos tienen sobre las áreas circundantes.

Tareas:

- Fundamentación científica, mediante revisión de la literatura científica disponible en

diferentes fuentes bibliográficas, a fin de confeccionar el marco teórico de la

investigación.

6

- Toma de muestras puntuales -con ubicación en coordenadas GPS-, en épocas de seca

(Febrero) y lluvia (Junio), en diferentes zonas según Norma ISO 5667-3/2003, donde se

localizan: (1) cenizas de tostación; (2) residuos de diferente coloración (sales,

precipitados); (3) suelos contaminados y sedimentos que circundan el pasivo; (4)

escurrimientos con sus respectivas mediciones de flujo (L/min); (5) agua de mar de

entrada del canal.

- Caracterización mineralógica y química de elementos mayoritarios y minoritarios en

menas, desechos sólidos y sedimentos, mediante empleo de las siguientes técnicas

instrumentales: (1) Difracción de rayos-X (DRX), (2) Análisis Térmico (ATD, TG,

DSC), (3) Espectroscopía IR y (4) Microscopía Electrónica de Barrido acoplado a un

espectrómetro de fluorescencia dispersivo en energía de rayos-X (MEB-EDAX), (5)

Espectrometrías de: Absorción Atómica (EAA) y Plasma Acoplado por Inducción (ICP).

- Cálculo de la composición química de elementos mayoritarios y trazas en residuales

líquidos (escurrimientos), aguas y sedimentos, a través del empleo de las siguientes

técnicas instrumentales: Espectrometría de Absorción Atómica (EAA) y de Plasma

Acoplado por Inducción (ICP).

- Determinación del pH a muestras de cenizas, sedimentos y agua.

El incremento del nivel de conocimiento de los procesos redox que transcurren en las

cenizas de tostación acumuladas en el pasivo Sulfometales, sus respectivas

transformaciones biogeoquímicas en sedimentos y precipitados, así como la explicación por

vez primera del correspondiente mecanismo y las asociaciones geoquímicas que se

establecen entre los minerales y elementos potencialmente tóxicos, constituyen de conjunto

la novedad del trabajo que se presenta.

En el trabajo se utiliza como método científico, el dialéctico-materialista del nivel teórico

histórico-lógico, pues a través del estado del arte que existe en el país y el mundo actual

sobre los procesos de drenaje ácido en sulfuros polimetálicos, se logra argumentar y

esclarecer los mecanismos físico-químicos redox personalizados que transcurren en dicho

pasivo objeto de evaluación.

Por último, el anteproyecto de tesis de maestría generó a su vez varias salidas, una de

carácter internacional y dos a nivel nacional ramal, además se presentó un trabajo en el

7

evento científico GEOCIENCIAS-2011 y una publicación en la revista INFOMIN de

Ciencia, Tecnología y Minería, las que a continuación se relacionan:

Principales asociaciones mineralógicas de elementos contaminantes presentes en residuales

de la industria minero-metalúrgica: Pasivos mineros polimetálicos “Santa Lucía” y

“Castellanos”, Autores: Alonso Pérez J.A (J. Proyecto), Pinto A, I, Cozzi G y otros; código:

Proyecto argentino-cubano INTEMIN-CIPIMM; MINCYT-CITMA, 2009-2010, código

CU/08/10).

Principales asociaciones mineralógicas de elementos contaminantes presentes en residuales

de la industria minero-metalúrgica: Pasivo minero Sulfometales, Autores: Cabrera I (J.

Proyecto), Alonso Pérez J.A, Pinto A, Cozzi G y otros; código: Proyecto ramal MINBAS,

2009-2010)

Identificación de pasivos ambientales mineros y remediación ambiental del drenaje ácido

en la región de “Santa Lucía” (Autores: Delgado B (J. Proyecto), Lubián T, Del Río M,

Cortés N, Milián E; código: 60202, proyecto ramal MNBAS, 2009)

Caracterización microestructural por MEB-EDAX de reacciones de drenaje ácido de mina

en el pasivo minero “Santa Lucía”, Autores: Pinto A. E, Alonso J.A, Cabrera I, Cozzi G y

otros, Memorias GEOCIENCIAS-2011, Palacio de las Convenciones, La Habana, Cuba,

Marzo 2011)

“Mineralogía ambiental de procesos de drenaje ácido de mina en residuales del pasivo

minero “Santa Lucía” y su vinculación con elementos potencialmente tóxicos y

geodisponibles”, Autores: J. A. Alonso, I Cabrera, A Pinto , G. Cozzi , B. Delgado, D.

Gallardo, G. Valdivia, A. Casanova, A. Díaz). Boletín INFOMIN de Ciencia, Tecnología y

Minería, ISSN 1992- 4194, pag. 4 - 14, Vol. 1, No. 3, 2011.

8

Capítulo I. Marco teórico-referencial.

I.1. Generalidades acerca de Pasivos Ambientales Mineros (PAMs)

La minería genera desarrollo económico y social, sin embargo esta no se encuentra exenta

de enfrentar riesgos, los cuales se asocian principalmente con laboreo minero y dado por:

(1) la sobre-explotación de recursos, (2) la inexistencia de gestores y sistemas de

tratamiento de residuos y (3) utilización de tecnologías obsoletas, entre otros factores de

interés a considerar; por tal motivo, la sostenibilidad ambiental de ecosistemas

(hidrográficos, suelos y vegetación autóctona) que se ubiquen en regiones cercanas donde

se explotan yacimientos minerales, se convierten en una pérdida patrimonial en el tiempo y

un problema latente donde se requiere encontrar soluciones tecnológicas económicamente

factibles a mediano y/o corto plazo para lograr el desarrollo sostenible de la actividad

minera (Falero, 2009; Rodríguez, 2009).

Los reportes del Banco Mundial de Desarrollo, plantean que las actividades mineras y

metalúrgicas descargan anualmente, como promedio, alrededor de 10 a 13 billones de

metros cúbicos de efluentes a los diferentes sistemas hidrográficos; por ello, resulta

necesario darle estricto cumplimiento a las prácticas regulatorias de apertura y cierre de

depósitos según las leyes ambientales vigentes de cada país, como se pudiera mencionar el

caso particular de Cuba (Ley de Minas, 1994; Ley 81 de Medio Ambiente 1997).

Un ejemplo de lo anterior, lo constituyen las minas abandonadas (fuera de explotación), las

cuales se definen como Pasivos Mineros que son: “Aquel estado alterado de las condiciones

iniciales naturales del medio ambiente, que por causas antrópicas (actividades económicas

y sociales abandonadas o inactivas realizadas por el hombre), ocasiona o pudiera provocar

daños a los ecosistemas”. Los efectos ambientales que de estos se derivan se mitigan

mediante la ejecución de programas de manejo y aplicación de medidas (correctoras y/o

preventivas), que disminuyen el peligro de ocurrencia de afectaciones y vulnerabilidad de

los ecosistemas impactados.

Por otra parte, la Ley No. 28271 aprobada en Perú, precisa y define a su vez los Pasivos

Ambientales Mineros (PAMs) como: “….todas las instalaciones, efluentes, emisiones,

restos o depósitos de residuos producidos por operaciones mineras, en la actualidad

9

abandonadas o inactivas que constituyen un riesgo permanente y potencial para la salud de

la población, el ecosistema circundante y la propiedad” (citado en Delgado et al., 2009).

Como un caso particular de estudio, se señalan aquellos Pasivos Ambientales Mineros

(PAMs) que presentan en su composición sustancial mineralización del tipo pirito-

polimetálica (sulfuros de Fe, Pb, Zn y barita). En ellos tienen lugar procesos de Drenaje

Ácido de Roca o Mina (DAR, DAM) que incrementan la acidez y cargas contaminantes de

suelos, sedimentos, aire, vegetación, aguas y descargan de forma continua y/o a intervalos

sus flujos contaminantes a las cuencas hidrográficas que circundan dichos PAMs.

Salvadó (2009) y Delgado et al. (2009) plantean que en estos pasivos se genera por cada

tonelada de pirita, alrededor de 1,5 toneladas de ácido sulfúrico, o sea, soluciones

fuertemente corrosivas (pH ≤ 3,0) que lixivian e incorporan especies metálicas

potencialmente tóxicas; EPT (Pb, Cu, Zn, Fe, S, Cd y As), en altas concentraciones a los

escurrimientos. Por otro lado, una parte de los EPT que se identifican, se convierten en sus

formas geodisponibles (EGD) solubles en las escorrentías siempre y cuando sus

concentraciones sobrepasan los límites máximos permisibles según establecen las normas

internacionales vigentes, por lo que se afecta la química de las aguas superficiales y

subterráneas con consecuencias medioambientales adversas, entre las que se mencionan las

siguientes:

Contaminación y degradación de los cuerpos de agua cercanos a los acuíferos

Impactos sobre la flora y fauna del lugar

Imposibilidad de uso agrícola y consumo humano del agua

Daño a estructuras metálicas y de hormigón

Problemas en la restauración de terrenos al fin de la vida útil de las minas

Deterioro del impacto paisajístico

Por todo lo anterior, dado los elevados costos que se invierten en la minería para mitigar

procesos DAM en estos pasivos mineros, la Red Internacional para la Prevención del

Drenaje Ácido de Mina (International Network for Acid Prevention; INAP 2009), elaboró

una guía metodológica conceptual con la finalidad de incentivar acciones que involucren al

personal minero en sus diferentes esferas productivas (operadores, supervisores,

comunidades y consultores), sobre la predicción, prevención y manejo de estos

perjudiciales procesos asociados a menas con minerales sulfurosos de hierro (pirita,

10

marcasita, pirrotina), todo mediante la aplicación de diferentes variantes tecnológicas

correctoras que con tales fines se adecuen a cada pasivo particular.

Por su parte, INAP (2009) señala además que uno de los principales países afectados por

procesos DAM es sin dudas los Estados Unidos, donde se estiman costos aproximados del

orden de los diez mil millones de dólares por acciones de remediación ambiental durante la

etapa de post-cierre de minas, debido fundamentalmente a la no implementación de

tecnologías preventivas de manejo que se encaminen a reducir los efectos de Demanda

Química de Oxígeno (DQO) en menas primarias y residuos sulfurosos, la atenuación de

procesos continuos de precipitación-lixiviación de fases secundarias solubles portadoras de

EPT en sedimentos y suelos, lo que conlleva a minimizar la acción catalítica de

microorganismos que participan en las reacciones de oxidación-reducción redox que se

producen, tal y como señalan Fernández (1986) y Mend Associate Project (1995).

I.2. Consideraciones generales acerca de los procesos de drenaje ácido de mina (DAM)

El drenaje ácido de roca o mina (DAR, DAM), constituye un proceso que se conoce desde

hace tiempo y transcurre de forma natural ya sea en yacimientos o PAMs donde prevalecen

diversos ambientes geológicos.

El DAM se define como aquel proceso supergénico provocado por el flujo de aguas

descendentes y/o enriquecimiento descendente, en minas donde prevalecen sulfuros de

hierro reactivos al DAM (ejemplo: pirita, marcasita, pirrotina). Al respecto, Glader et al.

(1996) plantea que el DAM se caracteriza porque en la superficie de los depósitos existe

abundancia de óxidos de hierro (III), hidroxisulfatos mixtos de hierro III y otros metales

alcalinos, además de aluminosilicatos laminares (arcillas) que generan escurrimientos con

valores muy ácidos de pH y elevadas concentraciones de elementos potencialmente tóxicos

(EPT). En la figura I.1 se muestra de forma esquemática dicho proceso.

11

Figura I.1. Proceso de enriquecimiento supergénico (Glader et al., 1996).

Tal enriquecimiento supergénico que transcurre en menas sulfurosas, se produce por

ruptura y disociación de los enlaces Fe-S presentes en los enrejados cristalinos de los

sulfuros de hierro (pirita, marcasita, pirrotina) en sus respectivas formas iónicas (Fe2+) y

bisulfuros (S22-), ocupando ambos la zona lixiviada. Más tarde, los cationes Fe2+ se

transportan en solución acuosa hacia la parte superior del corte geológico oxidándose a

Fe3+, acumulándose más tarde en la capa gozzan (sombrero de hierro), rellenando las partes

superiores de las vetas y la cubierta superficial de las masas de pirita, generalmente con

óxidos de hierro (III) e hidroxisulfatos del grupo de la jarosita. Del mismo modo, el resto de

los metales se movilizan por debajo del nivel del manto freático hasta la zona mineralizada

(Glader et al., 1996).

Es importante señalar que el fenómeno DAM se asocia básicamente a minas abandonadas

(PAMs), menas y residuos de minerales sulfurosos de hierro que se depositan en terrenos, o

durante la explotación de minas (Ej. carbón) con altos contenidos de azufre, produciéndose

la oxidación natural de los sulfuros. Como consecuencia de ello, el DAM provoca la

contaminación de las aguas que se encuentran alrededor de los pasivos en arroyos de aguas

superficiales, ríos, lagos, etc. y contienen muchas especies químicas en concentraciones

geodisponibles, las que resultan perjudiciales para diferentes ecosistemas. Además de los

procesos mencionados, se incluyen también los de meteorización en yacimientos metálicos

12

y rocas ricas en metales (pirito-polimetálicos), así como las erupciones volcánicas y zonas

mineralizadas que provocan acidez de manera natural (Nordstrom y Alpers, 1999).

Por último, el DAM también resulta de acontecimientos naturales o por combinación de

fuentes antropogénicas y fenómenos naturales, por ejemplo: la construcción de las

carreteras, minas, canteras, obras civiles y tala de árboles, entre otras (Nordstrom y Alpers,

1999).

Los numerosos estudios que se abordan en la literatura alrededor de la temática de

geoquímica ambiental relacionada con procesos DAM, señalan que la oxidación de los

sulfuros de hierro es un proceso muy complejo y consta de varias reacciones, cada una de

ellas tiene un tenor de oxidación diferente, por lo que sus efectos varían con el tiempo y de

un pasivo minero a otro, mostrando además fuerte dependencia de las condiciones

geológicas y climáticas especificas de cada lugar (Romero et al., 2007, 2008).

Como aspecto de interés se señala que las menas piríticas, antes de ser minadas, se

encuentran poco expuestas al drenaje ácido, es decir no es un proceso que instantáneo o

inmediato, sino que se desarrolla en el período de tiempo necesario para que se produzcan

las reacciones químicas de oxidación de la pirita, así como otros procesos biogeoquímicos

relacionados. Si por el contrario, entran en contacto con el dioxígeno atmosférico y el agua

meteórica, se forma un frente de avance de oxidación que ocurre de forma natural y de

manera lenta (Nordstrom y Alpers, 1999).

El agua contaminada que se produce por el drenaje ácido, se lleva a cabo por procesos de

infiltración del agua de lluvia en el material de desecho desde los sitios de oxidación de la

mina, reaccionando con el suelo y rocas que se encuentran en los alrededores, con lo cual

ocurre la disminución del pH y se generan altas concentraciones de EPT contaminantes en

las escorrentías del drenaje ácido (Nordstrom y Alpers, 1999).

Stumm y Morgan (1981) y Singer y Stumm (1970) proponen la secuencia general de

reacciones de oxidación de la pirita (FeS2), que transcurren por acción del dioxígeno

atmosférico del aire y el agua.

Principales reacciones de DAM:

1) FeS2 (s) + 7/2 O2 (g) + H2O→Fe2+ (ac)+ 2 SO4

2-(ac) + 2 H+

(ac)

2) FeS2(s) + 14 Fe3+ (ac) + 8 H2O →15 Fe2+

(ac) + 2 SO42-

(ac) + 16 H+ (ac)

3) Fe2+ (ac) + ¼ O2 (g) + H+

(ac)→Fe3+ (ac) + ½ H2O

13

4) Fe2+ (ac) + ¼ O2 (g) + 5/2 H2O → Fe (OH) 3(s) + 2 H+

(ac)

La combinación de reacciones redox de generación ácida conducen a un desarrollo cíclico

por etapas, que se determinan por la acción reguladora de pH (buffer) de los minerales

neutralizantes de acidez (carbonatos). En la figura I.2 se muestra el esquema simplificado

de las etapas, que incluye las reacciones correspondientes (INAP, 2009).

Figura I.2. Etapas de formación del DAM (INAP, 2009).

Tales etapas transcurren mediante procesos físico-químicos combinados de: (1) oxidación

de los sulfuros metálicos que generan acidez y liberan especies metálicas potencialmente

tóxicas (EPT); (2) formación de soluciones contaminantes con EPT; (3) precipitación-

coprecipitación-disolución de fases secundarias (oxisales); (3) adsorción-elución de la

materia orgánica que se va acumulando in situ; (4) reacciones complementarias de

intercambio iónico por reacciones de meteorización a partir de arcillas y silicatos primarios

con dichas soluciones, (5) reacciones paralelas de disolución-neutralización de carbonatos

(calcita, dolomita y ankerita) y (6) reducción de hidróxidos de Fe (III) amorfos y/o goethita.

14

En la figura I.3 se presenta el esquema simplificado con el conjunto de procesos

mencionados.

Figura I.3. Resumen de procesos biogeoquímicos DAM en menas primarias y residuos de

PAMs con mineralización pirito-polimetálica (INAP, 2009).

Las principales características de estas etapas son las siguientes:

1.-Oxidación de sulfuros - producción de acidez.

Elevadas concentraciones de sulfatos y liberación de metales pesados a la fase acuosa, se

encuentran como ya se mencionó en las estructuras cristalinas de los sulfuros de hierro

reactivos generadores de acidez, la que se controla directamente a través del balance entre

sulfuros, el agua y dioxígeno del aire.

La primera etapa (reacción 1, figura 2) del DAM presenta en su comportamiento cinético

de generación ácida dos componentes en función del pH: químico y biológico (Figura 1.4).

15

Figura I.4. Velocidad de oxidación en función del pH.

Cuando se consumen los minerales portadores de alcalinidad, se favorecen las reacciones

de oxidación biológica, dado el incremento del efecto catalítico de los microorganismos

acidófilos. Dicha velocidad disminuye cuando se consumen los minerales sulfurosos, lo

cual se comprueba mediante la caída de la velocidad de oxidación (Nordstrom y Alpers,

1999).

La oxidación de los cationes Fe2+ se produce entonces cuando estos reaccionan con el

dioxígeno para formar cationes Fe3+, produciéndose la reacción cuando hay suficiente

actividad (en términos de concentración) de esta especie gaseosa disuelta, o cuando el agua

se expone al suficiente dioxígeno atmosférico del aire, como se indica en la reacción 3.

Espinosa-Rodríguez et al. (2010) plantean que la reacción de oxidación del Fe2+ se produce

de forma rápida a valores de pH iguales o superiores a 7,0 unidades. A pH más bajos la

reacción transcurre de manera más lenta y la producción general de iones Fe3+ a partir del

Fe2+ se convierten entonces en la etapa limitante del proceso total de oxidación. En esta

etapa, la calidad del agua se caracteriza por los niveles elevados de aniones sulfatos, con

valores de pH cercanos a la neutralidad, el ácido sulfúrico que se produce se neutraliza,

mientras que el ión Fe3+ precipita como Fe(OH)3 (reacción 4) u oxihidróxido férrico (α-

FeOOH) insoluble, con lo cual se pudieran absorber partículas de otros minerales que no

participan en la reacción química, llegando a formar costras duras de gran espesor en el

fondo de los ríos y lagos, destruyendo la fauna bentónica.

16

A medida que la generación de ácido continúa, se consumen o no son accesibles los

minerales carbonatados a las soluciones ácidas, el pH del agua disminuye y el proceso se

encamina hacia la segunda etapa.

Cuando el pH se encuentra por debajo de 4.5 y por arriba de 3.5 unidades, ocurren

reacciones de oxidación tanto química como biológica, las cuales son más rápidas debido a

la presencia de bacterias capaces de catalizar la velocidad de reacción, generando un

aumento en la tasa de producción ácida. En este rango de pH la oxidación biológica del

hierro se cataliza por variedades de bacterias acidófilas del género Thyobacillus

Ferrooxidans. En esta etapa la oxidación por el hierro III (Fe3+) se convierte en el proceso

de oxidación dominante.

En el rango de pH que corresponde a la segunda etapa, se pueden presentar niveles de pH

relativamente constantes, modulados por la acción buffer o reguladora de algunos minerales

neutralizantes de acidez (Ej: gibbsita y ferrihidrita. Si la oxidación continúa, hasta el punto

que se agota todo el material alcalino, se presentarán valores de pH por debajo de 3.5

unidades. Conforme la velocidad de generación de ácido se acelera en esta etapa II, el pH

disminuye de forma progresiva y gradual (INAP, 2009).

Ya en la tercera y última etapa se inicia la actividad de los iones Fe3+, la cual es muy

significativa a un pH de 2.5 unidades. En esta etapa los minerales alcalinos se consumen, se

recubren, o bien, se produce acidez a mayor velocidad que alcalinidad, por lo que el pH es

muy ácido. El ácido sulfúrico disuelve el carbonato de algunos metales pesados y los

minerales de óxidos, pero tiene poco efecto sobre los sulfuros reactivos de metales pesados,

sin embargo, los iones Fe3+ son capaces de disolver otros minerales de sulfuro de metales

pesados (calcopirita, galena, arsenopirita y esfalerita) según las siguientes ecuaciones

secundarias colaterales (Higueras y Oyarzun, 2010):

(5) CuFeS2 (s) + 16Fe3+ (ac) + 6H2O + O2 (g)→Cu2+ + 2SO4

2-(ac)+ 17Fe2+

(ac) + 12H+ (ac)

(6) 2PbS(s) + 4Fe3+ (ac) +3O2 (g) + 2H2O →2PbSO4 (s) + 4 Fe2+

(ac) + 4 H+ (ac)

(7) 2FeAsS(s) + Fe2(SO4)3 (s)→ 2H3AsO4 + 4FeSO4 (s) + H2SO4

(8)Zn1-xCdxS(s)+14Fe3+(ac)+4H2O →8H+

(ac)+(1-x)Zn2+(ac)+(x)Cd2+

(ac)+SO42-

(ac)+ 14Fe2+(ac)

17

A partir de las reacciones anteriores, se obtienen concentraciones (actividades)

significativas de los EPT en solución acuosa (Cu2+, Pb2+, As3+, Zn2+ y Cd2+)

transportándose a las escorrentías por efectos del DAM.

En esta etapa III y a pH menor de 3,0 unidades, tiene lugar un aumento de la actividad de

iones Fe3+ y de forma inversa disminuye la precipitación de Fe(OH)3. Las reacciones se

transforman de oxidación química a biológica, se produce el ion Fe2+, el cual se oxida

biológicamente a Fe3+ reemplazando al dioxígeno como el oxidante principal. En esta etapa

la velocidad de oxidación es considerablemente más rápida en algunos órdenes que en la

primera etapa, el descenso del pH incrementa la velocidad de oxidación.

Cuando las actividades del ion férrico (Fe3+) y dioxígeno disueltos en solución son

suficientes, el ión Fe3+ puede promover la oxidación química de los minerales sulfurosos, y

se lleva a cabo el ciclo de reacciones (3) y (4). Si el ion Fe3+ que se produce en la ecuación

(3) entra en contacto con la pirita, puede generar la reacción 2, que constituye la de mayor

acidez del sistema. El agua de drenaje es generalmente ácida, y se caracteriza por altos

niveles de sulfatos e iones metálicos disueltos. Debido a la relativa insolubilidad del ion

Fe3+, la mayor parte del hierro en solución a valores de pH mayores de 3.5 se encuentran

presentes como iones Fe2+, y a valores menores de pH de 3.5 pueden presentarse mayores

cantidades de iones Fe3+, cerrándose de esta forma el ciclo de oxidación de la pirita según

el modelo de Stumm y Morgan (1981).

2. Disolución de carbonatos y fases que neutralizan la acidez

Tales reacciones controlan las condiciones ácido-base en menas primarias y/o residuos. Si

existe neutralización por presencia de especies minerales que al disolverse aporten

alcalinidad, las condiciones de pH se mantienen entre valores neutros y alcalinos,

favoreciéndose la adsorción de los metales disueltos en las diferentes especies minerales de

óxidos de hierro presentes.

Las reacciones de neutralización de acidez por efectos DAM, juegan un papel importante

en la determinación de las características de composición e intensidad que se originan por

oxidación de sulfuros. En cuanto a minerales sulfurosos, la reactividad, y en consecuencia

la eficacia de los minerales neutralizantes, son de naturaleza variable.

18

La mayoría de los carbonatos reactivos (calcita, dolomita, ankerita), son capaces de

lixiviarse y producir dióxido de carbono (CO2) rápidamente, por este motivo, se convierten

en efectivos consumidores de ácido, proceso que se representa a través de siguiente

reacción química de neutralización de la calcita:

9) 4FeS2(s) +8CaCO3(s) +15O2 (g) +6H2O → 4Fe(OH)3 (s) +8SO42-(ac)+ 8Ca2+

(ac)+ 8CO2(g)

Sin embargo, la posterior precipitación de minerales secundarios también generan acidez, la

que se neutraliza por presencia de otros minerales reguladores a menores valores de pH

(gibbsita, ferrihidrita, arcillas), aunque se debe señalar que todas las especies minerales que

se mencionan son menos reactivas en su acción reguladora o buffer que los carbonatos de

metales alcalino-térreos. Se conoce que los silicatos de calcio-magnesio estabilizan los

efluentes de la mina a valores neutros de pH, siempre y cuando los índices de oxidación de

sulfuros sean muy bajos (Jambor, 2003).

3.- Formación de especies metálicas potencialmente tóxicas (EPT) en solución

Los componentes de mayor presencia en solución, son los controladores del equilibrio

ácido-base y de precipitación-disolución, así como la naturaleza de las especies disueltas de

los metales (libres o formando compuestos de coordinación metal-ligando; M-L). La

materia orgánica que se acumula como resultado de la colonización vegetal, puede eluirse y

formar complejos (M-L) con los metales.

4.- Redistribución de especies metálicas potencialmente tóxicas (EPT) en las diferentes

fases sólidas

El destino de los metales que originalmente se encontraban como sulfuros, se controla por

varios factores tales como: (1) condiciones redox, (2) actividad de metales en solución y su

estado de saturación respecto a fases secundarias que puedan precipitar, (3) adsorción sobre

óxidos de hierro, así como también por la materia orgánica que se acumula y (4) por

procesos de intercambio catiónico en las arcillas (esmectitas, cloritas, vermiculitas y

interestratificados de mica-esmectitas y clorita-esmectitas) (Nordstrom y Alpers, 1999).

19

I.3. Factores que determinan la velocidad de oxidación de sulfuros de hierro reactivos

durante la formación de procesos DAM

Nordstrom (2003) y Romero et al. (2007, 2008) abordan la influencia que ejercen los

factores físico-químicos, geológicos, geográficos y microbiológicos, durante la formación

del drenaje ácido de mina asociados a PAMs, los cuales se resumen en la tabla I.1.

Tabla I.1 Factores y clasificación que determinan la velocidad de oxidación de sulfuros de

hierro reactivos y formación del DAM asociados a PAMs (Nordstrom, 2003; Romero et al.,

2008).

Factores Físico-

químicos

Físico-

mecánicos

Geográf. Geológ. Biológ.

1. pH (menas, residuos y

escorrentías) y

concentración de dioxígeno

X

2. Solubilidad de fases

secundarias (oxisales)

X

3. Granulometría de

residuos en suelos y

sedimentos

X

4. Actividad de bacterias

acidófilas (meso y

termofílicas)

X

5. Composición

mineralógica de menas

primarias y rocas

encajantes

X

6. Climáticos (temperatura,

humedad relativa,

velocidad de evaporación

del agua y el viento,

promedio de lluvia)

X

20

I.3.1. Potencial de hidrógeno (pH) y concentraciones de dioxígeno.

La cinética de oxidación de sulfuros que producen drenaje ácido y lixiviación de metales en

aguas superficiales, demuestra de que el mismo es un proceso lento en función del tiempo

(figura I.5), como lo demuestran los experimentos realizados a nivel de laboratorio y de

campo, pudiéndose extender este por semanas, meses y años dependiendo de las

condiciones geológicas y geográficas (Nordstrom y Alpers, 1999).

Figura I.5. Velocidad de oxidación de sulfuros de hierro (versus) tiempo de exposición a la

atmósfera.

Como aspecto de interés se señala que la concentración de dioxígeno disuelto y las

concentraciones de iones [H+], afectan la velocidad de oxidación de la pirita. Williamson y

Rimstidt (1992) obtuvieron la expresión de velocidad de reacción en función de las

actividades del dioxígeno y el pH de la solución:

10) - d (FeS2) / dt = K [O2]0.5 / [H+]

donde:

K = 10-8.19 ------ constante de velocidad de la reacción

[O2] ------------- concentración de dioxígeno disuelto en solución

[H+] -------------- concentración de iones hidronio disueltos en la solución

21

También demostraron que la velocidad de oxidación de la pirita en presencia de iones Fe3+,

es directamente proporcional a la concentración de dioxígeno en solución. Si la relación

(Fe3+/ Fe2+) aumenta en presencia de dioxígeno, la velocidad de oxidación se incrementa

también tal y como se aprecia en la figura I.6.

Figura I.6. Velocidad de oxidación de la pirita en función de la relación (Fe3+/ Fe2+)

Espinosa-Rodríguez et al. (2010) obtuvieron mediante pruebas realizadas en muestras de

residuos (jales mineros) del DAM en una mina fuera de explotación de México, la

expresión de velocidad de oxidación de iones Fe2+ → Fe3+ para el proceso de oxidación de

la pirita:

11) - d (Fe2+) / dt = K [Fe2+] [O2] [OH-]2

La expresión anterior indica que existe proporcionalidad entre las concentraciones de iones

Fe2+ y dioxígeno disueltos, así como del pH de la solución ácida hasta que se alcanza un

valor de 6,5 unidades (ligeramente ácido).

La constante de velocidad, se determinó mediante el gráfico de (log [Fe2+] vs. tiempo) y es

de primer orden respecto a las concentraciones de iones Fe2+ y dioxígeno disueltos, resulta

22

menor cuando las concentraciones de cualquiera de las especies involucradas en la

expresión cinética (11) disminuyen.

La expresión es además de segundo orden con respecto a la concentración de iones

hidroxilos (OH-) necesarios para alcanzar valores de pH mayores de 6,0 unidades. De esta

manera, la velocidad de oxidación de iones Fe2+ → Fe3+, transcurre de la siguiente forma:

(1) extremadamente lenta a pH < 3,0 unidades; (2) lenta (pH 3,0 - 6,0 unidades); (3)

moderadamente rápida (pH 6,0 - 8,0 unidades) y (4) rápida por encima de pH > 8,0

unidades.

Si el pH de la solución acuosa es menor que 3,5 unidades, se incrementan las

concentraciones de iones Fe3+, precipitando hidroxisulfatos de hierro (III) del grupo de la

jarosita y/o coquimbita, oxisales solubles en medio ácido, lo que se justifica en las

respectivas constantes del producto de solubilidad (Kps) que se reportan, por dicho motivo

en las escorrentías se incrementan las concentraciones de aniones sulfatos. Si los valores de

pH se elevan a valores de pH entre 6,0 y 6,5, los iones Fe3+ precipitan en forma de

hidróxidos de hierro III (amorfos) y/o goethita.

I.3.2. Solubilidad de fases secundarias (oxisales)

La presencia de sales secundarias eflorescentes, indican la movilidad del Al, Ca, Fe, K, Mg,

Na y S en el ambiente de intemperismo. En ese sentido, Alpers et al. (2000) y Bigham y

Nordstrom (2000) caracterizaron minerales secundarios pseudoestables de la pirita que

precipitan durante procesos DAM mediante el empleo de técnicas instrumentales de

microscopía óptica y difractometría de polvos de rayos-X (DRX). En la tabla I.2 se

presentan las principales fases que se forman por procesos DAM.

Eppinger et al. (2007) realizaron la evaluación geoquímico-ambiental de un depósito (Red

Mountain) en Alaska de sulfuros masivos vulcanogénicos (VMS) con mineralización de

pirita sin explotar, e identificaron a través del empleo de la técnica de difracción de rayos-

X, diferentes fases cristalinas secundarias asociadas a procesos DAM tales como: yeso,

schwertmannita y jarosita en contenidos másicos >25%; alunógeno, halotrichita,

hexahidrita, kalinita, melanterita, pentahidrita, pickeringita y goethita, entre (5-25%);

además de hidroniojarosita y natrojarosita como componentes minoritarios (<5%). Dichos

autores concluyen que las reacciones secundarias de formación de oxisales, transcurren

23

principalmente en la zona de alteración cuarzo-sericita-pirita sobre la superficie de las

menas, mediante mecanismos de oxidación de la pirita (precursor inicial de acidez), la

posterior precipitación de estas fases secundarias con EPT y su posterior disolución.

Tabla I.2. Principales sulfuros primarios y fases que se forman por procesos secundarios de

DAM (Alpers et al., 2000; Bigham y Nordstrom, 2000).

Mineral Fórmula

Hidroxisulfatos (fases secundarias DAM)

Alunógeno Al2(SO4)3.17H2O

Goslarita ZnSO4. 7 H2O

Yeso CaSO4. 2H2O

Halotrichita Fe2+ Al2 (SO4)4. 22H2O

Hexahidrita MgSO4. 6 H2O

Hidronio-Jarosita (H3O+)Fe3(SO4)2(OH)6

Jarosita K Fe3(SO4)2(OH)6

Plumbojarosita Pb Fe3(SO4)2(OH)6

Kalinita K Al(SO4)2.11 H2O

Melanterita Fe SO4.7H2O

Natrojarosita NaFe3(SO4)2(OH)6

Pentahidrita MgSO4. 5 H2O

Pickeringita MgAl2(SO4)4.22 H2O

Schwertmannita (Fe3+)16 O16OH12 (SO4)2

Slavikita NaMg2(Fe3+)5 (SO4)7(OH)6 .33 H2O

Oxihidróxidos (fases secundarias DAM)

Goethita α-FeOOH

Ferrihidrita 5 Fe2O3.9 H2O

Hidróxido de Fe III (amorfo) Fe (OH)3

Existe consenso general entre investigadores de que el predominio de sales secundarias que

precipitan en sedimentos y residuos, fundamentalmente los hidroxisulfatos del grupo de la

jarosita (hidronio, natrojarosita, jarosita), determinan en gran medida la producción de

acidez en PAMs asociados a sulfuros de hierro reactivos.

24

Alpers et al. (1989) (citado por Nordstrom y Alpers (1999)) obtuvieron el diagrama de

potencial redox para el sistema Fe-S-K-O-H en función del pH (figura I.7), con la finalidad

de determinar el campo de estabilidad de las principales fases secundarias que aportan

acidez e incrementan las concentraciones de EPT solubles durante los procesos DAM.

Figura I.7. Diagrama Eh (pε) vs. pH del sistema Fe-K-S-O-H por procesos DAM.

Mediante el empleo del diagrama se establecen los respectivos campos de estabilidad,

destacándose que la jarosita resulta estable en condiciones fuertemente ácidas de oxidación

(valores de pε positivos), al igual que los sulfatos de hierro II pero en un rango más amplio

de acidez (pH 1,0 - 5,5). Del mismo modo se observa que la goethita, constituye el

oxihidróxido de hierro III más estable en función del pH bajo condiciones oxidantes y/o

reductoras (valores de pε negativos). Finalmente la pirita resulta estable bajo condiciones

reductoras y oxidantes de potencial redox en amplios intervalos de pH.

Gasharova et al. (2005) y Desborough et al. (2006) llevaron a cabo estudios in situ en

muestras de jarositas sintéticas, con la finalidad de esclarecer el comportamiento de

muestras naturales residuales con presencia de jarosita formadas por procesos DAM.

Dichos autores demuestran que según el tipo de especie de jarosita que prevalezca en el

sustrato sólido, así será su tenor de solubilidad en medio acuoso (pH ácido) durante la

ocurrencia de tales eventos.

25

Swaize et al. (2000, 2008) demostraron mediante la evaluación de muestras frescas de

residuos DAM, presencia de mezclas de jarositas no-estequiométricas (K+, H3O+, Na+,

Pb2+)n Fe3-n (SO4)3n (OH) 6-3n de comportamiento inestable dada su elevada solubilidad en

medio acuoso (pH ácido), y le confieren a las soluciones residuales que se generan

concentraciones elevadas de metales potencialmente tóxicos (Zn, Cu, Cd, Pb, Co y Ni)

como lo muestra la figura I.8, donde se observa mayores concentraciones de EPT asociadas

a jarositas propiamente dichas (pH 2,5 - 3,0) que aquellas donde se identifican mezclas de

jarosita-goethita (pH 3,0 - 3,5) y/o goethitas (pH 4,5 – 6,0), respectivamente.

Figura I.8. Solubilidad de jarositas y sus respectivas mezclas con goethita como función del

pH en las soluciones de lavado de los residuos DAM (Swaize et al., 2008).

Dichos autores concluyen que en ambientes lacustres salinos, la presencia de

hidroxisulfatos del grupo de la jarosita, constituye un criterio mineralógico diagnóstico que

resulta muy útil para detectar áreas contaminadas de suelos, sedimentos y residuos mineros

con elevada acidez y concentraciones elevadas de EPT.

26

I.3.3. Granulometría de menas y residuos.

Nicholson et al. (1994) consideran este parámetro como uno de los más importantes para el

control de la velocidad de oxidación de la pirita. Al respecto dicho autor señala que a

menor tamaño de partícula, se incrementa el área superficial del sólido y por ende crece la

velocidad de oxidación en forma directamente proporcional, es decir, se establece la

correlación lineal entre esta variable y la velocidad de reacción de la pirita.

I.3.4. Actividad de bacterias acidófilas.

Las bacterias tanto de los géneros Thiobacillus y Thiobacillus Ferrooxidans, propias de

ambiente ácido, presentan una fisiología donde se produce la fijación de carbono a partir

del CO2 atmosférico, utilizando la variación exotérmica de energía de los iones Fe2+ → Fe3+

; S2- → SO42- y S8 → SO4

2- durante su metabolismo, según las siguientes reacciones redox

(Higueras y Oyarzun, 2010):

12) Fe2+ (ac) + ¼ O2 (g) + H+

(ac) → Fe3+ (ac) + ½ H2O (Thiobacillus Ferrooxidans)

13) H2S(g) + 2 O2 (g) → SO42-

(ac) + 2 H+(ac) (Thiobacillus Thiooxidans)

14) S8(S) + 12 O2 (g) + 8 H2O → 8 H2SO4 (Thiobacillus Thiooxidans)

Se señala que ambos genus de bacterias, no oxidan de forma directa los sulfuros de hierro,

sin embargo estos si participan en la ruptura y disociación de los enlaces (Fe-S) a sus

respectivas especies reducidas: S22- y Fe2+, acelerando la posterior velocidad de oxidación

de iones Fe2+→ Fe3+ (reacción 3), hecho que guarda relación con el consumo de energía

metabólica de oxidación biótica, que se considera mayor (en varios órdenes) si se comparan

con sus respectivos consumos abióticos (Nordstrom, 2003).

La figura I.9 muestra las velocidades de oxidación (biológica y química) señalándose que la

generación de energía por oxidación biológica se disipa por conducción térmica o

convección (Barán, 1995).

27

Figura I.9. Velocidad de oxidación biológica de sulfuros de hierro (vs.) Temperatura (0C).

En la figura aparecen dos máximos de diferente magnitud en la curva de velocidad de

oxidación biológica, que corresponden al efecto de cada población de bacterias durante su

desarrollo metabólico en función de la temperatura.

Al respecto, Barán (1995) plantea que tales poblaciones bacterianas se clasifican en tres

grupos, teniendo en cuenta los intervalos de temperatura en que las mismas crecen más

eficientemente como son: a) las de temperaturas medias o mesofílicas (30ºC, pH 1,0-3,0; ej.

Thiobacillus thiooxidans; 30-40ºC, pH 1,6-2,8 Thiobacillus ferrooxidans), b) temperaturas

moderadas o termófilicas(45-50ºC; ej: Sulfobacillus Thermosulfidooxidans) y (c)

extremadamente termófilas, donde se alcanzan temperaturas cercanas a los 70ºC (ej.

Sulfolobus).

Pesci et al. (1989) determinan la relación entre la velocidad de oxidación de iones Fe2+ y la

concentración de poblaciones bacterianas, y arriban a la conclusión de que a mayor

concentración de bacterias se incrementa de forma lineal la velocidad de oxidación de los

sulfuros de hierro. La figura I.10 muestra un cultivo de bacterias del genus Thiobacillus

Ferrooxidans en interacción catalítica con cristales de pirita.

28

Figura I.10. Bacterias Thiobacillus Ferrooxidans en reacción catalítica con la pirita en la que

se indica la interacción del microorganismo con un cristal de pirita (Higueras y Oyarzún,

2010).

I.3.5. Composición mineralógica de menas primarias y rocas encajantes.

La composición de las menas primarias pirito-polimetálicas con pirita, galena, esfalerita y

barita, así como la variedad cristalina en que la pirita se presenta en las mismas, constituye

también un factor geológico de gran importancia en la producción de drenaje ácido en

residuos mineros.

Nordstrom y Alpers (1999) y Eppinger et al. (2007) consideran que si los agregados

cristalinos de pirita presentan hábitos en los que predominan las formas framboidales, estos

resultarán ser mucho más reactivos durante el proceso de destrucción supergénica del

mineral durante la producción de ácido sulfúrico, que en otras menas donde los agregados

presentan hábitos euhedrales, y aún menor si estos cristales son cúbicos, lo cual se relaciona

de manera directa con la disminución del área superficial efectiva del mineral frente al

ataque ácido.

Por otra parte, si en la composición sustancial de las menas primarias y rocas encajantes, la

proporción entre sulfuros y carbonatos no es favorable a los minerales neutralizantes de

acidez, se produce entonces y con mayor intensidad la producción de drenaje ácido con

lixiviación de metales potencialmente tóxicos (Nordstrom y Alpers, 1999).

29

Mendoza-Amézquita et al. (2006) caracterizaron residuos mineros de la mina activa “Las

Torres” en México, constituidos mayoritariamente por cuarzo, feldespatos, calcita (en

menor cuantía) y pirita, por lo que la producción de drenaje ácido resultó ser poco

significativa en los mismos.

Del mismo modo, Méndez-Ortiz et al. (2007) obtuvieron resultados contrarios en productos

involucrados en desechos mineros derivados de la explotación de una mineralización tipo

skarn de Pb, Zn, Ag, ya que en estos residuos la fase principal más abundante es la pirita,

pirrotitta (Fe1-xS) y arsenopirita (FeAsS), con menores contenidos de calcita y ankerita

[Ca(Fe, Mg)(CO3)2], e indicaron que en las pruebas cinéticas realizadas de conteo ácido-

base que tanto los residuos (jales mineros recientes y antiguos) tenían potencial generación

de drenaje ácido, lo que se explica por la proporción favorable de sulfuros respecto a de

carbonatos en tales residuos mineros.

I.4. Factores climáticos que determinan los procesos DAM

En cuanto a los factores climáticos, se señala que el clima (temperatura, humedad relativa,

régimen de lluvia, velocidad de evaporación del agua y viento) favorecen de forma directa

la producción de DAM en los PAMs.

Al respecto, Romero et al. (2008) realizaron un estudio geoquímico comparativo en jales

oxidados (residuos de la minería), ubicados en las regiones mineras de Nacozari-Sonora

(depósito de sulfuros de Cu tipo pórfido cuprífero), Santa Bárbara-Chihuahua (vetas

hidrotermales con sulfuros de Pb-Zn-Cu), Zimapán-Hidalgo (“skarn” con sulfuros de Pb-

Zn-Ag) y Taxco-Guerrero (vetas hidrotermales con sulfuros de Pb-Zn), a fin de valorar su

capacidad para la generación de drenaje ácido y evaluar la importancia de las

particularidades geológicas y climáticas en su peligrosidad e impacto para el ambiente.

Los resultados de este estudio permitieron concluir que la mineralogía de los yacimientos

minerales explotados es el principal factor que determina la generación de drenaje ácido en

los jales estudiados y que las características climáticas eran determinantes en los procesos

que provocan la dispersión de estos residuos y sus lixiviados al entorno.

Dichos autores concluyen que en el caso de las características climáticas, el que se

presenten mayores regímenes de lluvia promedio (en mm), favorecen la formación de

soluciones ácidas y EPT disueltos en época de lluvia. Del mismo modo, se destaca que en

30

Zimapán y Taxco el régimen de evaporación es 3.75 y 1.8 veces mayor que el de las

precipitaciones, respectivamente, lo que indicó que la escorrentía superficial que se

formaba en épocas de lluvia podría ser más importante que la infiltración, por lo que el

mayor riesgo ambiental que representan estos jales oxidados es la dispersión del drenaje

ácido hacia los arroyos de la zona con la subsecuente afectación de aguas superficiales y

sedimentos. La dispersión eólica de los jales oxidados de Zimapán y Taxco no representa

un riesgo de consideración para el ambiente, ya que, debido a las altas concentraciones de

Fe total, durante el proceso de oxidación/neutralización precipitan muchos minerales

secundarios de Fe que favorecen la formación de capas cementadas que le dan estabilidad

física a los jales de los depósitos, por lo que el arrastre de estos jales por erosión eólica es

limitado.

I.5. Determinación del grado de peligrosidad de los procesos DAM en PAMs

Ficklin y Mosier (1999) obtienen mediante un procedimiento gráfico el grado de intensidad

de procesos DAM en muestras de aguas con presencia de EPT de diferentes orígenes,

utilizando para ello el diagrama de sumatoria de concentraciones de metales disueltos en

función del pH de los residuos, el cual se muestra en la figura I.11.

31

Figura I.11. Diagrama concentraciones de EPT disueltos (mg/L) en función del pH que

determinan el grado de intensidad de los procesos DAM (Ficklin y Mosier, 1999).

La magnitud de los procesos DAM se clasifican en: (1) ultra acidez (pH 1,0) y

concentraciones de metales disueltos (10,000 – 100,000 mg/L); (2) alta acidez (pH 1,0 -

3,0) y concentraciones extremadamente altas de EPT (10,000 – 100, 000 mg/L); (3) alta

acidez (pH 1,0 -3,0) y extremas concentraciones de metales disueltos (100 -10, 000 mg/L);

(4) alta acidez (pH 1,0 - 3,0) y elevadas concentraciones de metales disueltos (1,0-100

mg/L); (5) alta acidez (pH 1,0-3,0) y bajas concentraciones de metales disueltos (0,01-1,0

mg/L); (6) ácidos (pH 3,0-5,5) y extremas concentraciones de metales (100,0- 10,000

mg/L); (7) ácidos ( pH 3,0-5,5) y altas concentraciones de metales (1,0 -100 mg/L); (8)

ácidos (pH 3,0 - 5,5) y bajas concentraciones de metales disueltos (0,0001- 1,0 mg/L).

Como aspecto de interés se señala que el desarrollo y velocidad de los procesos físicos y

químicos DAM, los cuales influyen en la liberación y retención de especies potencialmente

tóxicas, dependen de la composición mineralógica original de las menas y las condiciones

climáticas (temperatura, humedad relativa, promedio de lluvia en épocas de seca y lluvia)

de cada región donde estos procesos tienen lugar.

32

I.6. Antecedentes históricos de la zona de estudio.

El proyecto de tesis centra su atención en la región de Santa Lucía, donde se ubica la Unión

de Empresas Básicas (UEB) y Producciones Industriales (antigua Planta Sulfometales),

municipio de Minas de Matahambre, provincia de Pinar del Río.

Las operaciones mineras que se relacionan con la Mina Matahambre, se iniciaron a

mediados de la segunda década del siglo pasado (1913), y movilizó hacia el municipio la

afluencia de campesinos de toda la región y oleadas de ciudadanos chinos, japoneses,

alemanes, italianos y de otras nacionalidades con el interés de trabajar en las operaciones

relacionadas con la mina (Delgado et al., 2009).

Santa Lucía, pequeño poblado que se ubica a unos 11,0 km al norte de Matahambre, sufrió

también la influencia directa en su transformación económica y ambiental por el desarrollo

de tan importante proyecto. Por esta época se construyeron las obras que permitieron la

ampliación y dragado del canal de Santa Lucía para el embarque por mar de los

concentrados de cobre de Matahambre, el funicular (o transportador aéreo), que se

construyó en 1917 para trasladarse con mineral desde Minas a Santa Lucía, pasando por el

flanco oeste del yacimiento Santa Lucía. Por esa época se construyeron también un

pequeño aeropuerto y la planta termoeléctrica (Delgado et al., 2009).

A partir de 1959, se construye la Planta Sulfometales por la firma francesa Krebs, con la

finalidad de producir ácido sulfúrico y recuperar de forma paralela metales preciosos (oro,

plata), plomo, zinc. Comenzó sus operaciones en el año 1961 con la explotación de las

menas pirítica-polimetálicas del yacimiento “Julio Antonio Mella” para lo cual se diseñó la

planta (Delgado et al., 2015).

La recuperación de cobre, zinc, oro y plata no llegó nunca a materializarse de forma estable

debido a problemas en el abastecimiento de la materia prima idónea y las consecuentes

deficiencias en la operación de los equipos, principalmente de los hornos de tostación, lo

que conllevó que a finales de 1964, fuera paralizada la recuperación de metales limitándose

solamente al procesamiento de la pirita para la producción de ácido sulfúrico,

almacenándose los residuos (cenizas), de los hornos de tostación en un área contigua a la

planta (Delgado et al., 2015).

A partir del año 1980 la fábrica comienza a procesar pirita del yacimiento Santa lucía

debido al cierre de la Mina Julio A. Mella por autocombustión del mineral y hundimiento

33

de la misma. De 1983 a 1993 la fábrica estuvo parada por reparación, reanudando sus

operaciones en 1994 (Delgado et al., 2015).

La fábrica se sitúa en un área que corresponde a la parte más vieja del poblado de Santa

Lucía, cercano al canal del mismo nombre que comunica la bahía con el puerto. La fábrica

disponía de una instalación para la producción de ácido sulfúrico a partir de azufre, lo que

disminuyó la contaminación del aire resultado del antiguo proceso a partir de la tostación

de la pirita (Delgado et al., 2015).

Actualmente en los patios de la UEB (Producciones Industriales) se depositaron alrededor

de 800,000 toneladas de cenizas de tostación de la pirita, provenientes del antiguo proceso

de producción de ácido sulfúrico. Estos residuos de extremadamente fina granulometría,

provienen de las minas “Julio A. Mella “ y “Santa Lucía”, la primera con contenidos

predominantes de hierro, azufre, cobre, plomo y metales preciosos, en la segunda el hierro,

azufre, plomo, los metales preciosos y el cinc. Estas menas de piritas se procesaron con el

objetivo de extraerle el azufre necesario para la producción de ácido sulfúrico, mientras que

el resto de los metales quedó en estos residuos y se fueron acumulando por más de 35 años

(Delgado et al., 2015).

En todos los patios de la UEB se distribuyeron las cenizas en cinco depósitos enumerados

del l al 5. El depósito 1 se encuentra agotado y fue utilizado por la fábrica de cemento del

Mariel como corrector de hierro dentro de su proceso. Tales depósitos artificiales han sido

sometidos durante años a un proceso de lixiviación natural, y en la época de lluvias los

licores ácidos generados por el drenaje son arrastrados hacia los alrededores, portando un

alto contenido de azufre y pasaron al manglar cercano, ejerciendo efectos dañinos sobre el

mismo y su subsuelo, los cuales se pueden apreciar visualmente (figuras I.12 y I.13), sin

embargo, su magnitud e intensidad no han sido evaluadas en todas sus dimensiones

(Delgado et al., 2015).

Es oportuno señalar también que los depósitos 3 y 5 pertenecen en la actualidad a la UEB

Producciones Industriales de Geominera (Pinar) y los depósitos 1, 2 y 4 a la empresa

liquidadora de Sulfometales (Serviquímica) del Grupo Empresarial de la Química del

Ministerio de Industrias.

34

Figura I.12. Depósitos de azufre elemental (en color amarillo) y de cenizas pardo-negruzcas de

tostación que proceden del antiguo proceso industrial de la fábrica Sulfometales.

Figura I.13. Muestra de sedimentos arenosos castaños claro tomados en la zona del manglar

que ha sido arrasada por la fuerte contaminación que produce la escombrera de cenizas de

mineral tostado de Santa Lucía

Diferentes autores han realizado una evaluación del impactos ambientales generados por la

actividad minero-metalúrgica por efectos del DAM en los PAMs “Santa Lucía”,

“Castellanos” y la UEB Sulfometales, según considera Gallardo (2010), el pronóstico y

análisis de impactos ambientales significativos en PAMs, dependen en gran medida del

conocimiento de los procesos que pueden verse afectados por la acción propuesta. Dado el

carácter significativo de los impactos en la región de estudio, es crucial para incorporarlos

en el pronóstico la atención principal que se le dedicó a los de carácter irreversible o que se

consideren importantes para los componentes ambientales estudiados.

Por otra parte, para la identificación y cuantificación de impactos se emplea comúnmente

diferentes metodologías de análisis bien estructuradas, las que se orientan a extrapolar y

caracterizar las condiciones ambientales previstas en la implementación de la acción. Estas

van desde listas simples para analizar relaciones causa-efecto, hasta modelos matemáticos

35

computacionales de simulación. Tales metodologías siempre se orientan a conocer el

significado de los impactos potenciales y por lo tanto, varían dependiendo de los elementos

analizados.

Los impactos ambientales fueron evaluados mediante la matriz de identificación y

calificación causa-efecto de Leopold (Gallardo, 2010).

En la relación cuantitativa entre las acciones y los impactos Ambientales negativos para las

diferentes variables afectadas, se definen los impactos ambientales para cada etapa de

trabajo de los yacimientos mineros y la UEB Sulfometales.

Como resultado de la aplicación de la matriz de evaluación de impacto ambiental de

Leopold y los estudios mineralógicos de caracterización en la etapa de inventario de los tres

PAMs mencionados, se confeccionó el correspondiente mapa de riesgo ambiental de la

región (figura I.14), señalándose las zonas de contaminación crítica y vulnerables de la

región.

Figura I.14. Mapa de peligro ambiental de la región Santa Lucía. En el mismo se señalan las

zonas críticas y vulnerables de contaminación. Al noreste se ubica la UEB Sulfometales.

36

Los resultados obtenidos por estos autores demostraron que una propuesta exhaustiva de

acciones de manejo ambiental y en particular para el PAM Sulfometales, precisa de

acciones preventivas inmediatas, pues reduciría riesgos y costos para la industria minera, el

gobierno municipal de Minas de Matahambre y el poblado de Santa Lucía

37

Capítulo II. Características físico–geográficas, socio-económicas y

geológicas de la zona de Santa Lucía.

II.1.Características físico-geográficas y socio-económicas

II.1.1. Ubicación geográfica

La zona de Santa Lucía se localiza a unos 14 km al nor-noroeste de la cabecera municipal,

en los 22º40' (latitud norte) y los 83º 58' (longitud oeste) se encuentra ubicado en el

Municipio Minas de matahambre en la provincia de Pinar del Río. Como límites

geográficos presenta: al norte, el Golfo de México; al sur, el consejo popular de Minas, al

este, el Consejo Popular de La Sabana; y al oeste, la circunscripción independiente de Río

del Medio.

El asentamiento Santa Lucía surge y se desarrolla a partir del descubrimiento del

yacimiento de cobre Matahambre en 1912 y dada la necesidad de trasladar el mineral por

una vía económica, hacia los Estados Unidos de América para su procesamiento, se

construye un canal de acceso al puerto y al embarcadero. En 1913 comenzaron a desarrollar

obras portuarias por este litoral, y en 1931, próximo al embarcadero se termina la planta

eléctrica que recibe el combustible por vía marítima y sería capaz de abastecer a la mina, al

embarcadero y a la población existente, a ello se suma que con el auge constructivo, hubo

un florecimiento del comercio, y a partir de la cual comienza a desarrollarse lo que es hoy

el casco urbano o zona más antigua del pueblo. Tiene un área de 47,98 km2 con una

población de 4 488 habitantes para una densidad de 94 habitantes por km2 (censo 2002),

cuenta con 1467 viviendas para un índice de 3,05 habitantes por viviendas. No es hasta la

nueva división político - administrativa en 1976 que se establece como un Consejo Popular.

Desde el punto de vista urbanístico, Santa Lucía se cataloga como un núcleo urbano con

dos funciones que la caracterizan: la residencial, a partir de su concentración de población y

la de centro Industrial, Minero Metalúrgico, por la radicación de instalaciones de ese sector.

Se encuentra a 46 km de la capital provincial, con la cual se comunica a través de varias

carreteras asfaltadas.

El área de estudio está limitada por las coordenadas Lambert (sistema Cuba Norte) (Figura

II.1).

38

X = 183 000 Y = 304 500, X = 202 800 Y = 304 500

X = 183 000 Y = 319 460, X = 202 800 Y = 319 460

Figura II.1. Mapa administrativo de la localidad de Santa Lucía escala 1: 1 000 000

II.1.2. Relieve y geomorfología

El área está constituida por colinas suaves, con una dirección NE-SW, con alturas absolutas

que alcanzan hasta 183 m. Las pendientes septentrionales son suaves, desarrollándose en

ellas depósitos diluviales formados fundamentalmente por fragmentos de la zona de

oxidación. La génesis del relieve es tectono-erosiva con edades que oscilan entre el

Mioceno y Cuaternario. Este tipo de relieve presenta dos variedades elaboradas en

secuencias terrígenas de la Formación San Cayetano: las aplanadas, ocupan la mayor parte

del territorio. Sus cotas absolutas oscilan entre 50 - 200 m; la elevación relativa de las

divisorias de agua respecto a las bases de erosión varían entre 50 - 100 m y el sistema de

drenaje superficial es denso (2 - 2,5 km /km2).

183000 185000 187000 189000 191000 193000 195000 197000 199000311000

313000

315000

317000

319000

321000

323000

BAHÍA DE SANTA LUCÍA

SANTA LUCÍA

CAYOJUTÍAS

Leyenda

Sedimentos terrestres

Aguas, biota y sedimentos marinos

Radiología

Aguas superficiales

Aguas subterráneas

Calidad del aire

Presa Nombre de DiosRío

delMedio

0 1000 2000

YACIMIENTOCASTELLANO

YACIMIENTOSANTA LUCÍA

Calidad sonora

39

En el área de estudio se encuentran tipos de relieve de carácter lito-estructural también

clasificado como tectono-litológico, elaborado sobre las secuencias carbonatadas del

Jurásico y del Cretácico Inferior. Se caracterizan por el amplio desarrollo superficial y

subterráneo de los procesos cálcicos, fundamentalmente destructivos o degradacionales que

cuentan como factor pasivo condicionante con la litología y la presencia de un complejo

sistema de estructuras disyuntivas que atraviesan el macizo carbonatado, llegando a

establecer separación por bloques.

Está ubicada, según la Regionalización Geomorfológica adoptada en el Nuevo Atlas de

Cuba (1989), en la Mega-Región Cuba, Macro-Región Pinar del Río, en el Grupo de

Regiones Cordillera de Guaniguanico, Subgrupo Los Órganos, Regiones Alturas de

Pizarras del Norte y Sierra de los Órganos.

Las particularidades de la evolución geológica de la Cordillera de Guaniguanico,

específicamente su tectónica, que incluye la ocurrencia de grandes movimientos en

dirección horizontal, que provocaron múltiples sobrecogimientos hasta el eoceno y una

etapa posterior, caracterizada por movimientos verticales en bloques, acrecentados durante

la etapa neotectónica más reciente, individualizan en la región bloques que involucran a las

estructuras antiguas reordenadas, las cuales a pesar de su expresión pasiva ejercen

determinadas implicaciones en los procesos exógenos modeladores del relieve y en los

resultados de los mismos.

En tal sentido, el estilo neotectónico como proceso genético activo y las deformaciones

antiguas como estructura interna inactiva, determinan las morfoestructuras y los distintos

tipos de relieve, tanto elevaciones, como llanuras y terrazas, que se asientan en un sistema

de bloques y horst, en mantos de sobrecorrimiento. De ahí, pueden ser diferenciados los

siguientes tipos:

- Llanura fluvial - marina, abrasivo - acumulativa de edad Pleistoceno Superior al

Holoceno.

- Llanura fluvial marina, abrasiva y abrasivo-acumulativa del Pleistoceno Medio al

Holoceno.

- Llanura fluvial-marina, abrasivo-erosiva de edad Pleistoceno Inferior al Holoceno.

- Llanuras fluviales, erosivo - denudativa y erosivo - cársicas, parcialmente acumulativas

de edad Plioceno-Cuaternario.

40

II.1.3. Clima

Según la regionalización climática de Cuba tomado de Gallardo (2010), del área de estudio

corresponde con el tipo climático de llanuras y alturas con humedecimiento estacional

relativamente estable y se caracteriza por un clima tropical. Los indicadores climáticos

fueron obtenidos de las estaciones Santa Lucía y Minas de Matahambre. En la tabla

siguiente se resume los principales indicadores climáticos que caracterizan el área de

estudio.

Las frecuentes lluvias que tienen lugar en la región por el microclima típico de la zona,

arrastran hacia el mar las partículas finas del mineral, lo que provoca el enturbiamiento de

las aguas marinas.

Tabla II.1. Indicadores climáticos de la zona de Santa Lucía.

Indicadores

Santa Lucía Matahambre

(1966-1995) (1966-1995)

Precipitación media anual (mm) 1201-1400 1837

Coeficiente de variación de las precipitaciones 0.24-0.27 ----

Precipitaciones medias en el período lluvioso, (mm) 1200 1400

Temperatura media del aire (ºC) ---- ----

Anual 24-26 24-26

Enero 22-24 20-22

Julio 26-28 26-28

Velocidad del viento (m/s) 3-2.3 1.7-1.8

Anual 3 (N) 1.7 (E)

Enero 2.3 (E-SE) 1.8 (E)

Fuente: Centro Meteorológico Provincial. Pinar del Río, 2007.

II.1.4. Red hidrográfica e hidrogeología

La red fluvial de forma general se puede catalogar de escasa y poco densa, tiene una forma

dendrítica, aunque los ríos entre sí adoptan una forma paralela y subparalela a la zona de

estudio, corren de sur a norte. Las corrientes más importantes están representadas por los

ríos Malas Aguas (Peña Blanca), Nombre de Dios, Río del Medio, Veguita y Santa Lucía.

41

En la hidrogeología se constata la presencia de cuatro horizontes acuíferos, los que se

relacionan a continuación:

Horizonte acuífero de los depósitos del Cuaternario.

Complejo semi-impermeable del Paleógeno.

Complejo acuífero del Cretácico-Jurásico.

Complejo impermeable del Jurásico.

II.1.5. Actividad económica

Las actividades económicas fundamentales del área están centradas en la producción

industrial (metales, ácido sulfúrico), agropecuaria y forestal, y en menor cuantía el turismo

y los servicios.

Durante más de 60 años estuvo orientada a la actividad minera, la cual se ha visto afectada

sensiblemente después del año 1997, fundamentalmente asociado al agotamiento de los

recursos minerales de interés económico. Actualmente, se prevé el desarrollo de nuevas

inversiones, para la recuperación de valores metálicos, contribuyendo a la reanimación de

la actividad minero – metalúrgica en la zona.

Las actividades industriales que aún se mantienen están vinculadas con diferentes

empresas; entre ellas las más representativas son: UEB Planta Sulfometales “Patricio

Lumumba” y la Geominera Pinar, las cuales aportaron sustancias contaminantes al medio

ambiente, alterando el suelo, las aguas superficiales y subterráneas, la atmósfera, la flora, la

fauna y el litoral costero en general.

II.2. Características geológicas

El área de estudio se ubica en los límites de la zona estructuro-facial Guaniguanico que se

caracteriza por una complicada historia del desarrollo geológico (Figura II.2).

42

Figura II.2. Mapa geológico (escala 1: 50 000) de la región “Santa Lucía” donde se observa la

vinculación del PAM Sulfometales a sedimentos cuaternario-palustres (pQ2).

II.2.1 Estratigrafía

Los depósitos estratificados que forman el territorio investigado se representan,

generalmente, por los sedimentos terrígeno-carbonatados que abarcan un amplio diapasón

de edades, desde el Jurásico Inferior hasta acumulaciones actuales tomado de Gallardo

(2010)(referencia de Burov et al., 1986). La configuración de la geología regional de la

zona describe las siete formaciones sedimentarias que componen la zona estudiada

representadas en el mapa geológico a escala 1: 50 000 estas son:

Formación San Cayetano (J1-2 sc).

Miembro Castellano (J3 ct).

Formación Artemisa (J3-K1 ar)

Formación Esperanza (J3-K1 es)

Formación Manacas (P2 mn)

Acumulaciones actuales del Cuaternario medio- Superior (Q3-4)

Acumulaciones actuales (Q4)

182000 184000 186000 188000 190000 192000 194000 196000 198000

31

10

00

31

30

00

31

500

03

17

00

03

19

00

03

21

00

03

230

00

6030

5040

30

30

70

60

65

70

20

50

80

6070

60

5050

50

40

80

50

60

70

45

60

20

20

5070

45

8030

50

50

70

40

30

50

40

50

40

35

5045

30

60

65

55

40

35

45

30

50

mQ

mQ

pQ

pQ

pQpQ

pQpQ

pQ

pQpQ

pQ

K -K st

pQ

pQpQ

pQ

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pQJ -K ez

J ct

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J -K ezecQ

ecQ

mnc

ezpQ

P -P mnc

J -K ez

mnc

J -J sc

J ctJ -K ezmQ

b

P -P mnc

J -K ezecQ 1-2

1 2

3 a1

t ne

13

o

2

2

cll-ox

3

1 3

ox

t

3

ne

1

a3

1 2

cll-ox

3

ec

22 2

1-2

1-2

13

t ne

32

st

1-2

2

st

st

st3

t ne

1

cll-ox

cma

1 2

2

22

22

2

2

2

2

2

2

2

2

Santa Lucia

Castellanos

Contacto tectónico

Falla de Sobrecorrimiento

Ríos

(alQ ). Arenas y arenas arcillosas de estratificación horizontal.y a veces inclinada. Espesor 5-6 m.

2

2(mQ ). Arenas de playa y camellones de tormenta. Espesor 5 m.

(pQ ). Arcillas y limos carbonatados. Espesor 3 m.2

Fm. Esperanza (J -K ez). Calizas con areniscas cuarzosas, limolitas carbonosas, esporádicos lentes de pedernal. Espesor 1200 m.

ne

1t

3

Mbr. Castellanos.( J -J ct) Limolitas, esquistos arcillosos, calizas.32

Fm. Santa Teresa (K -K st). Pedernales radioláricos con lutitas silicificadas,cm

21

a

calizas y areniscas. Espesor 2-40 m.

( ) Diques paralelos de diabasas.ob

Fm. San Cayetano. (J -J sc) Areniscas de variada composición, cuarzosas,cuarzo-feldespáticas, arcillas carbonosas, conglomerados, esquistos, filitas,calizas, areniscas calcáreas y esquistos carbonosos.

ox

1 3

1-2ecQ . Depósitos eluvio-coluvio-proluviales.

Fm. Manacas (P -P mnc). areniscas, limolitas, calcarenitas, pedernal,conglomerados polimícticos y brechas. En su parte superior abundan los depósitos caóticos, con bloques y fragmentos en una matriz areno-arcillosa.

2

12

1

Escala 1: 60 000

Leyenda

Otros Símbolos

Centro de coordenadas de los yacimientosSanta Lucía y Castellano.

43

II.2.2. Tectónica

La tectónica del área se incluye dentro de los límites de la zona estructuro – facial

Guaniguanico, se caracteriza por el desarrollo de las escamas tectónicas. De acuerdo con la

historia del desarrollo durante el cual se conformó la estructura geológica de la región, se

destacan 3 pisos estructurales: Jurásico-Cretácico, Paleógeno-Orógeno y Paleógeno-

Cuaternario del Orógeno Superior.

II.2.3. Yacimientos y minerales útiles.

En el área de estudio están presentes varios yacimientos y manifestaciones de minerales

metálicos y no metálicos.

Los yacimientos pirítico-barítico polimetálicos más importantes se encuentran en Santa

Lucía, Sur, Castellano y los de cobre-polimetálicos y pirito-polimetálicos en Matahambre y

Nieves. También existen diferentes manifestaciones como: Santa Lucía Este, Malas Aguas

I, Suroeste, Sureste, Polvorín y Ceja de Hilario. También se encuentra en el área el

yacimiento de fosforita La Pimienta.

Los minerales dominantes son la pirita y, en menor ocurrencia, la esfalerita; la galena está

en proporciones inferiores. Como minerales acompañantes se encuentran la pirrotita,

marcasita, melnicovita-pirita y calcopirita. Se reportan como trazas la arsenopirita,

magnetita y bornita; pero no se detectó durante el desarrollo de los trabajos.

II.3. Características geográficas de la zona de manglar

El manglar es un tipo de ecosistema formado por árboles muy tolerantes a la sal que

ocupan la zona intermareal cercana a las desembocaduras de cursos de agua dulce de las

costas de latitudes tropicales de la Tierra. Así, entre las áreas con manglares se incluyen

estuarios y zonas costeras. Tienen una enorme diversidad biológica con alta productividad,

encontrándose tanto gran número de especies de aves como de peces, crustáceos, moluscos,

etc.

Los manglares conforman extensas áreas de bosques costeros localizados en las zonas

tropicales y subtropicales del planeta, estos ecosistemas se desarrollan principalmente

donde existen deltas importantes que desembocan en el mar produciéndose acumulaciones

de fango como sustrato y variaciones permanentes de salinidad; por tanto los principales

44

factores abióticos son: la mezcla continua de aguas continentales y marinas, con

variaciones en la salinidad, acumulación de fango en la ribera de los ríos y en la faja

costera, lluvias elevadas y temperaturas altas y poco variables (mayores de 25ºC), así como

una considerable humedad ambiental (Menéndez y Guzmán, 2010).

A nivel mundial los bosques de manglares están formados por numerosas especies

vegetales, los manglares están conformados por más de 50 especies pertenecientes a 12

familias botánicas, para la Dra. Leda Menéndez especialista en ecosistemas de manglares

del Instituto de Ecología y Sistemática (Menéndez y Guzmán, 2010). Basó su estudio de la

diversidad de los manglares en Mepham y Mepham (1985) sobre la existencia de cerca de

100 especies botánicas de mangle en el sureste asiático y en el planteamiento de otros

científicos en relación con el conocimiento de más de 69 especies catalogadas como

manglares, de ellas 3 helechos, una palma y 65 entre árboles y arbustos, agrupados en 24

géneros y 19 familias botánicas. Sin embargo, para los manglares de las Américas solo se

reportan 11 especies de plantas, de de las cuates cuatro pertenecen al género Rhizophora, y

cuatro al género Avicennia, una a cada uno de losgéneros Laguncularia, Pelliciera y

Conocarpus.

Las superficies ocupadas por manglares son consideradas áreas de elevada fragilidad

geoecológica y constituyen sistemas de transición entre el medio terrestre y marino lo que

le confiere una importante función ecológica. De manera general se pueden considerar

desde el punto de vista funcional como paisajes colectores ya que reciben todo el aporte

proveniente de las cuencas tierra adentro y los del medio marino, por ello en las áreas

donde se desarrollan, se encuentran con alta frecuencia mezclas de sedimentos marinos,

biógenos, fluviales, lacustres y terrígenos, arrastrados por el escurrimiento superficial. Se

caracterizan por presentar condiciones extremas en los componentes abióticos de los

paisajes, por ello las actividades socioeconómicas desarrolladas en zonas circundantes

pueden tener afectaciones en mayor o menor grado.

A diferencia de los bosques pluviales tropicales donde existen ciclos de elementos muy

cerrados y la pérdida o exportaciones se reducen al mínimo, los bosques de manglares

constituyen un sistema abierto que importa y exporta materiales; precisamente la alta

productividad y la alta tasa de exportación son los aspectos que le confieren al manglar

tanta importancia en la ecología de las zonas costeras. Los manglares constituyen

45

ecosistemas altamente especializados que mueren bruscamente cuando uno de los

parámetros de su entorno se modifica, es por eso que en las costas tropicales, son los

primeros en detectar las variaciones del régimen hídrico, por pequeñas que estas sean

(Menéndez y Guzmán, 2010).

II.3.1. El ecosistema de manglar en Cuba

En Cuba, dada su condición de insularidad, el ecosistema de manglar tiene una gran

importancia económica, ecológica y estratégica, ocupando el 4,8 % de la superficie del país

(Menéndez y Guzmán, 2010). El archipiélago cubano, con una extensión de 110922 km2,

está formado por la Isla de Cuba, la Isla de la Juventud y un sinnúmero de cayos e isletas,

lo que aumenta sensiblemente la extensión de las costas y la importancia de los manglares.

Los manglares cubanos ocupan de manera general las costas biogénicas, acumulativas,

cenagosas y con esteros, donde el efecto de las mareas y los escurrimientos de agua dulce

determinan su presencia; y constituyen una reserva forestal muy valiosa, representando el

26% de la superficie boscosa del país y conformando extensas masas boscosas, ocupando

por su extensión, el noveno lugar en el mundo, están entre los de mayor representación en

el continente americano y ocupan el primer lugar entre los países del Caribe Los bosques

de mangles constituyen una parte importante de los humedales costeros con importantes

funciones ecológicas dada la configuración larga y estrecha de la isla de Cuba y la gran

representatividad de las formaciones cársicas, así como el resto del archipiélago cubano

(Menéndez y Guzmán, 2010).

El papel protector que tienen los manglares en Cuba es de vital importancia para la

economía nacional. El ecosistema de manglar presta múltiples servicios ambientales lo que

se magnifica en territorios insulares como el Archipiélago Cubano (Menéndez y Guzmán.,

2010). Entre las principales funciones ambientales se pueden citar las siguientes:

Constituyen una franja de bosque protectora de las costas con función ecológica,

económica y estratégica.

Contribuyen a la conservación de la biodiversidad, a través de servir de hábitat

permanente o temporal para especies importantes, ya sea por ser endémicas, raras,

amenazadas o en peligro de extinción.

46

Apoyan el mantenimiento de pesquerías locales a través de proteger el hábitat de

especies comerciales capturadas in situ.

Permiten el mantenimiento de las pesquerías costeras o de altura, a través de servir de

refugio a especies comerciales durante sus etapas juveniles.

Constituyen fuentes de recursos no pesqueros, como madera de construcción, carbón,

leña, tanino y productos no maderables.

Participan en la captura y almacenamiento de carbono atmosférico con efectos globales.

Constituyen sitios de valores escénicos con importancia para el turismo.

La distribución del ecosistema de manglar cubano está condicionada en gran medida por la

geomorfología, las características de la red hidrográfica de los territorios y por los

regímenes climáticos.

Un aspecto de gran relevancia para los manglares lo construyen las condiciones hídricas,

Cuba no posee ríos caudalosos que favorezcan un gran desarrollo estructural de estos

bosques, los ríos son pequeños y de escaso caudal, dada las características de la isla de

Cuba, larga, estrecha y con abundancia de procesos cálcicos. A esto se une la

estacionalidad de las precipitaciones reportadas para nuestro país, lo que condiciona un

periodo seco y otro lluvioso, y por lo tanto diferencias en los valores de salinidad y aporte

de agua lluvia, para un mismo sitio en diferentes periodos, con repercusión en la estructura

y funcionamiento del manglar.

Las especies vegetales arbóreas que conforman los bosques de mangles cubanos son

fundamentalmente cuatro: Rhizophora mangle (mangle rojo), Avicennia germinans(mangle

prieto), Laguncularia racemosa (patabán) y Conocarpus erectus (yana),catalogada esta

última especie como pseudo mangle o especie periferal. Se han identificado otras especies

vegetales asociadas al manglar como Thespesiapopulnea, (majagua de la florida), Hibiscus

tiliaceus (majagua), Bontia daphnoides,(aceituna americana), Haematoxylum

campechanum (palo de campeche), etc.

Un aspecto de importancia a señalar es la existencia de numerosos asentamientos humanos

en la zona costera cubana relacionados de alguna manera con las áreas de manglares,

algunas de las cuales datan desde la época de la colonización española (Figura II.3).

47

Figura II.3. Ubicación de los principales asentamientos humanos asociados al ecosistema de

manglar en Cuba (Menéndez y Guzmán, 2010).

Las áreas de mayor distribución de los manglares de nuestro país se localizan

fundamentalmente en los siguientes tramos: del Cabo de San Antonio a Bahía Honda y de

la Península de Hicacos a Nuevitas, en la costa norte; de Cabo Cruz a Casilda y de Bahía de

Cochinos a Cayo Francés por el sur, donde las condiciones ecológicas más favorables

(Menéndez et al., 2010).

Los manglares están también fuertemente relacionados con las cuencas hidrográficas, a

través de las cuales les llegan nutrientes y energía, y con las bahías, que brindan protección

y propician el establecimiento de amplias zonas con bosques de mangles, como es el caso

de las bahías de Mariel, Nuevitas, Nipe, Cienfuegos, Cárdenas, entre otras.

Los manglares están ampliamente distribuidos en las zonas costeras cubanas, las que son

representadas por Menéndez y Guzmán (2010) (Figura II.4).

48

Figura II.4. Mapa de distribución del ecosistema de manglar en Cuba (Menéndez y Guzmán,

2010).

II.3.2 Características del manglar de Santa Lucía

Los manglares de Guanahacabibes incluyendo el de la zona de estudio localidad de Santa

Lucía presentan una diversidad estructural no reconocida adecuadamente hasta el presente

donde se destacan tres variantes arbóreas: Manglar de franja de Rhizophora mangle,

Manglar mixto y Manglar de Laguncularia racemosa y dos arbustivas: Manglar

achaparrado de Rhizophora mangley Manglar achaparrado de Conocarpus erectus (López-

Kramer, 2007). Esta formación vegetal, entre las tantas funciones que posee, garantiza el

perfecto funcionamiento de las redes tróficas del ecosistema y proporciona todo un

engranaje ecológico que fomenta la perpetuación de la diversidad biológica del área.

Los bosques de mangles se encuentran afectados en su zonación característica,

especialmente las franjas de Conocarpus erecta (Yana) y Laguncularia racemosa

(Pataban), mientras que la de Avicennia germinans (Mangle prieto), presenta afectaciones

parciales por desmonte para el cultivo de arroz y la utilización de la madera.

El área cuenta con abundancia faunística asociada al complejo Manglar-Seibadal-Arrecife.

Los manglares, constituyen por excelencia, refugios faunísticos de gran valor y posibilitan

49

condiciones óptimas para que un elevado número de especies, muchas de ellas migratorias,

se establezcan transitoriamente en determinadas épocas del año (Figura II.5).

Figura II.5. Vista de la zona de manglar cercano a Cayo Jutías.

El manglar que se encuentra ubicado al norte del área terrestre de estudio en la llanura

marina, acumulativa y parcialmente pantanosa del Cuaternario, más o menos inundada, con

suelos de ciénaga costeros y cenagosos. El complejo de vegetación de costa arenosa se

presenta al norte y noroeste de Cayo Jutías y menos desarrollado en la llamada Playita de

Santa Lucía en la llanura costera con relieve Plioceno-Cuaternario; con depósitos arenosos

carbonatados marinos, fluvio-marinos, arcillosos y limo-carbonatados (pQ2) cuyos

espesores alcanzan hasta los 3 metros.

La explotación del sombrero de hierro del yacimiento Castellanos desde mediados de los

años ´90 del pasado siglo, junto a la cantera de Santa Lucía y la Planta Sulfometales, son

los principales generadores de drenaje ácido y fuertes contaminantes por metales pesados

en suelos, ríos, sedimentos y aguas marinas, además, de las afectaciones por la redeposición

de los escombros.

50

Esta unidad ha sido influenciada localmente por vertimientos de drenajes ácidos

provenientes de los depósitos de cenizas de la Planta Sulfometales y las frecuentes lluvias

que tienen lugar en la región por el microclima típico de la zona, arrastran hacia el mar las

partículas finas del mineral, lo que provoca el enturbiamiento de las aguas marinas.

El sistema costero, en general se ha afectado por los arrastres de sedimentos como

consecuencia de las lluvias y los movimientos de tierra de las diferentes operaciones

mineras. El fondo marino ha recibido una carga considerable de sedimentos arcillosos que

han sustituido los sedimentos originales arenosos. Estos sedimentos arcillosos aportan una

amplia carga contaminante de metales pesados disueltos y no disueltos afectando tanto a los

sedimentos marinos, como al agua del mar.

51

Capítulo III. Materiales y métodos.

III.1. Selección, preparación y descripción de las muestras

Se seleccionaron muestras de residuos que proceden de la Planta Sulfometales (incluyen 17

muestras de sedimentos de diversas tonalidades y 5 de los depósitos de residuos de cenizas

de tostación), las cuales se tomaron de forma puntual y en época de seca durante la

campaña realizada por Cabrera-Díaz et al. (2011) y Delgado et al. (2015) en diferentes

puntos de muestreo con localización geodiferenciada, teniendo en cuenta como factor

predominante para la selección, la extensión de la contaminación que se observó “in situ”

en cada zona de interés (Figura III.1).

Figura III.1. Vista satelital del área de muestreo del manglar detrás de la UEB Sulfometales

De forma paralela, se tomaron 5 muestras de agua a fin de comparar el grado de

contaminación en diferentes puntos de muestreo (tabla III.1), donde se incluyen dos

complementarias tomadas en la laguna del pasivo en época de seca y lluvia, ambas alejada

de los depósitos de cenizas y así determinar la extensión del grado de contaminación en el

PAM para ambas épocas. Con posterioridad todas las muestras se manipularon de manera

tal que las propiedades físico-químicas de los elementos potencialmente tóxicos (EPT)

constituyentes de la matriz no sufrieran alteraciones y cambios sensibles antes de ser

52

analizadas. Con tal propósito se realizaron entonces las determinaciones de pH a las

soluciones acuosas y aquellas que proceden de las muestras sólidas (sedimentos y suelos)

que se colectaron.

Tabla III.1. Muestras de residuales líquidos seleccionadas en diferentes puntos de muestreo en

el PAM Sulfometales para la determinación de los ensayos químico-ambientales (Delgado et

al., 2009; Delgado et al., 2015; Cabrera-Díaz et al., 2011).

Muestra Procedencia Coordenadas GPS

Manglar - 2 Sedimento del manglar

N22º 39,982' W83º 58,686'

Altitud: 32 pies

Manglar - 4 Sedimento del manglar N22º 39,979' W83º 58,714'

Altitud: 28 pies

Manglar -8 Sedimento del manglar

N22º 39,972’ W83º 58,797’

Altitud: 34 pies

Canal Agua canal tomada cerca del muro

de contención

N22º 39,972’ W83º 58,804’

Altitud: 34 pies

Laguna

Agua de la laguna situada detrás del

Pasivo

Baja carga del GPS

Todas las muestras de residuos sólidos que se seleccionaron se describen en el Anexo 1,

adjuntándose además las coordenadas de cada punto de muestreo, excepto la muestra de

agua de la laguna por baja carga de la batería del GPS.

Con posterioridad, los sólidos se secaron hasta temperatura ambiente en el laboratorio de

Mineralogía del DCM-CIPIMM y más tarde se pulverizaron al 100% por debajo del tamiz

de 0,074mm (200 mallas) con el objetivo de realizar análisis químicos y mineralógicos

correspondientes. En el diagrama de flujo (figura III.2) se presenta el esquema de

preparación de las muestras para los diferentes análisis realizados.

53

Figura III.2. Diagrama de preparación de muestras sólidas (residuos) para diferentes análisis

Los depósitos de cenizas se localizan dentro del área de la UEB Sulfometales, cuatro de

ellos muy cercanos a la costa, distribuyéndose en cinco depósitos con códigos que van

desde el DC-1 al DC-5.

Se señala que el depósito No. 1 se encuentra agotado y fue utilizado por la fábrica de

Cemento del Mariel como corrector de hierro dentro de su proceso fabril. Los depósitos No.

2 y No. 4 pertenecen a la Empresa Liquidadora de Sulfometales (Serviquímica) del Grupo

SECADO A 105 °C (hasta peso constante)

PESAJE DE LA MUESTRA SECA

PULVERIZADOR DE ANILLOS

HOMOGENIZACIÓN Y CUARTEO

MUESTRA PARA A. QUÍMICO:(realizar por duplicado

independientes)

- 0.074 mm (malla 200)

Equipos empleados: Molino de quijada - TM - ENG. Pulverizador de anillos - TM -ENG.

En este paso se determina la Humedad de la muestra.

MUESTRAS PARA A.Q. ( 5 Kg).

.

CLASIFICACION a 1 mm

TRITURACIÓN

HOMOGENIZACION

CUARTEO

- 1 mm.

+ 1 mm.

Por cuarteador de John RESTO

TESTIGO - 1 mm

Identificación:MUESTRA SF-VII (13)TESTIGO A.Q.GRANULOM: - 1 mm200 g

PESAJE DE LA MUESTRA HÚMEDA

100 g

TESTIGO - A.Q.

Identificación:MUESTRA SF-VII (13)TESTIGO A.Q.GRANULOM: - 0.074 mm

54

Empresarial de la Química del Ministerio de Industrias. Los depósitos No. 3 y No. 5

pertenecen en la actualidad a la UEB Producciones Industriales de Geominera Pinar.

III.2. Equipos y parámetros de operación seleccionados

III.2.1. Difractometría de polvos de rayos-X (DRX)

Los registros de polvos se obtuvieron en dos difractómetros de la marca Philips, modelos

X’Pert y PW-1710, de las instituciones del Servicio Geológico-Minero de la República de

Argentina (SEGEMAR), adjunto al Instituto Tecnológico Minero (INTEMIN) y del Centro

de Investigaciones para la Industria Minero-Metalúrgica (CIPIMM), el cual se muestra en

la figura III.3.

Figura III.3. Difractómetro de polvos, marca Philips, modelo PW-1710 (CIPIMM)

Para ello se utilizaron los siguientes parámetros instrumentales de operación, los cuales se

presentan en la tabla III.2.

55

Tabla III.2. Parámetros de operación de los difractómetros de polvos de rayos-X.

Goniómetro Vertical (PW) Horiz. (X’Pert)

Sistema de focalización Bragg-Brentano

Radiación K Fe ; Cu

Filtros Mn ; Ni

Diferencia de potencial aplicada 30 kV; 40 kV

Corriente anódica 20 mA; 30 mA

Calibración del equipo Silicio (pastilla)

Registro angular 6-800; 4-900 (2)

Todos los registros se obtuvieron según la variante de medición punto a punto; paso

angular de 0,050 y tiempo de medición en cada posición angular de 3 segundos. Los

registros de fases cristalinas monofásicas se realizaron a un paso angular menor (0,020),

aumentándose el tiempo de medición en cada posición a 5 segundos.

Los resultados numéricos de intensidades relativas y ángulos de difracción, se convirtieron

en difractogramas continuos con el empleo del programa X’Pert High Score de

PAnalytical.

El análisis cualitativo de fases se realizó con el empleo de la Base de Datos PCPDFWIN

versión 1.30, JCPDS-ICDD/2003, compatible con Windows para Office.

Para ambos análisis en el CIPIMM se emplearon la Instrucción de Operación (IO-14):

“Manejo del difractómetro de rayos-X Philips PW-1710” y el Procedimiento Técnico PT-

10-002): “Análisis cualitativo de fases mediante DRX”.

III.2.2. Análisis térmico

Los termogramas simultáneos de Calorimetría Diferencial de Barrido (CDB),

Termogravimetría (TG) y velocidad de cambio de masa (DTG), se obtuvieron en un equipo

de la firma alemana NETZSCH, modelo STA 449 F3 (figura III.4).

56

Figura III.4. Termoanalizador NETZSCH (Alemania), modelo STA 449 F3 (CIPIMM)

Para las mediciones en el termoanalizador se utilizaron los siguientes parámetros de

operación (tabla III.3).

Tabla III.3. Parámetros de operación del termoanalizador NETZSCH.

Régimen de calentamiento Dinámico

Masa de muestras 83 mg

Masa del material de referencia 60.20 mg (Al2O3)

Tipo de crisoles Al2O3 (tamaño estándar)

Material del horno SiC (T amb. – 15000C)

Gas de la cámara de calentamiento aire

Flujo gas protector 200 ml/min (Ar)

Velocidad de calentamiento 10.0 K /min

Sensibilidad de la termobalanza 0.001 mg – 35.0 g

Sensibilidad de las curvas DSC y TG - 0.001 - 5000 µV/mg

Tiempo total de medición 1h 37 min y 10 s

Rango de temperatura de trabajo 27-10000C

57

Los datos de las curvas calorimétricas de barrido (CDB) y termogravimétricas (TG), se

convirtieron en termogramas continuos con el empleo del programa “Proteus” para el

procesamiento de datos termoanalíticos, versión 5.2.1/07.04.2001, que suministra el

fabricante del equipo, compatible a su vez con Windows para Office, obteniéndose además

por esta misma vía los termogramas DTG (primera velocidad de cambio de masa; dm/dt).

Los resultados finales de por cientos de pérdidas de masa así como los termogramas que se

logran, se muestran en los correspondientes anexos gráficos. El error relativo del análisis

cuantitativo TG es ± 2.00 %.

III.1.3. Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) - Espectrometría de Fluorescencia

de rayos-X (variante Dispersiva en Energía; EDS)

A las muestras sólidas se les realizó la observación microestructural en un Microscopio

Electrónico de Barrido (MEB) de tipo ambiental de la firma Philips (imagen 21), modelo

XL30 del Servicio Geológico Argentino (SEGEMAR) adjunto al Instituto Tecnológico

Minero (INTEMIN). La composición química elemental puntual se analizó mediante un

analizador de rayos- X dispersivo en energía con detector de electrones secundarios y retro-

dispersados (EDS). Las condiciones experimentales se consignan en cada microfotografía y

espectro particular (figura III.5).

58

Figura III.5. Microscopio Electrónico de Barrido de la firma Philips, modelo XL30 acoplado a

un analizador de Fluorescencia de rayos-X dispersivo en energía de INTEMIN-SEGEMAR

(Argentina)

III.1.4. Espectrometría de Absorción Atómica (EAA)

Los análisis químicos de elementos mayoritarios y trazas (Al, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni,

Pb, Zn, SO4) se determinaron mediante el Procedimiento Técnico (PT-09-001) del

Departamento de Caracterización de Materiales (DCM) del CIPIMM, para minerales con

alto contenido de hierro. Para las mediciones se utilizó el espectrómetro de absorción

atómica marca VARIAN, modelo AA240 (figura III.6).

59

Figura III.6. Equipo de Espectrometría de Absorción Atómica (EAA), marca VARIAN,

modelo AA240.

Para las lecturas de los analitos se emplearon los siguientes parámetros instrumentales de

operación: (1) modo de medición del instrumento: absorbancia; (2) modo de muestreo:

manual; (3) modo de calibración: concentración; (4) modo de medida: integración; (6)

número de réplicas de patrones: 3; (7) número de réplica de muestras: 3; (8) factor de

expansión: 1.0; (9) cifras decimales de concentración: 3; (10) algoritmo de calibración:

lineal; (11) tiempo de medición: 3,0 segundos; (12) tipo de llama: aire/acetileno; (13) flujo

de aire: 13,50 mL/min y (14) flujo de acetileno: 2,0 mL/min.

III.2 Ensayos físico-químicos que se empelaron para la evaluación ambiental de

residuos sólidos y líquidos

Las determinaciones de los valores de pH se realizaron mediante el empleo de la

potenciometría de electrodo selectivo en el DCM del CIPIMM.

Para ello se pesa (1,0 g ± 0,0001g) de muestra en balanza analítica -para cenizas,

sedimentos y suelos-. A continuación el contenido se trasvasa a un vaso de precipitados

(250 mL de capacidad) y se le adiciona 100 ml de agua destilada y se homogeniza con el

60

empleo de un agitador magnético durante un tiempo de 2 minutos. Por último, las lecturas

se realizan (por triplicado) en el potenciómetro.

En el caso de los residuales líquidos, las lecturas de pH se realizaron de forma directa en el

propio potenciómetro, para lo cual se toma siempre el mismo volumen de muestra (100

mL).

III.3. Determinación de microorganismos en aguas de la laguna de oxidación de

Sulfometales.

Las valores de acidez y metales disueltos en las muestras de agua del drenaje de la laguna

de oxidación de Sulfometales, representan sin dudas los indicadores reales que señalan la

presencia de microorganismos en los procesos catalíticos redox de drenaje ácido,

característicos en los yacimientos de minerales sulfurosos (pirita, arsenopirita, pirrotina y

troilita), como se demostró en el Marco Teórico Conceptual de la tesis.

a) Medio de cultivo

A partir de una muestra del agua de la laguna de Sulfometales, se realizó el aislamiento de

microorganismos acidófilos. Se utilizó el medio 9k desarrollado por Silverman y Lundgren

(1959), aplicando para ello el método de las diluciones sucesivas o seriadas (end point) en

el que se encuentran presentes los nutrientes energéticos y la acidez requerida para el

crecimiento del microorganismo. Está formado por la mezcla de dos soluciones; número 1

que contiene varias sales y constituye el 70 % del medio, el que se esteriliza en autoclave y

la solución número 2 de sulfato ferroso que representa el 30 % restante, la cual se esteriliza

por filtración. Una vez preparadas las soluciones se mezclan y se ajusta la acidez con ácido

sulfúrico a pH 2.0. (tablas III.4 y III.5).

61

Tabla III.4. Composición del medio de cultivo (solución No. 1; 70 %).

Tabla III.5. Composición del medio de cultivo (solución No. 2; 30 %)

b) Equipos

Se utilizó una zaranda orbital termostatada de la firma Gallenkamp, con velocidad máxima

de rotación de 400 rpm/min y temperatura máxima de 80ºC.

c) Método de aislamiento y selección por diluciones sucesivas o seriadas

Para realizar el aislamiento se prepararon tres juegos de 9 tubos de ensayos, que se

esterilizan y se identifican con números consecutivos. En cada tubo de ensayo se vierten 9

mL de medio 9k. Se toma 1 mL de agua de la mina y se mezcla con los 9 ml de medio del

primer tubo de ensayos, se agita, burbujeando ligeramente y se extrae 1ml de esta primera

dilución que se deposita en el segundo tubo de ensayos, se repite la operación anterior de

mezcla y burbujeo y se extrae 1 mL de la segunda dilución que se deposita en el tercer tubo

de ensayos y así sucesivamente hasta llegar al último tubo de ensayo. Con cada juego de

tubos se repiten las mismas operaciones.

A cada uno de los tubos de ensayos de los tres juegos de tubos conteniendo las diluciones

se le sitúa un tapón de gasa y algodón y se colocan en la zaranda orbital termostatada, con

una frecuencia de rotación de 60rpm y temperatura de 30 oC. Las muestras se mantienen

en la zaranda durante el período de duración de la prueba, se realiza el control y la

observación diaria.

Sales Fórmula Contenido (g/L)

Sulfato de amonio NH4SO4 3,0

Cloruro de potasio KCl 0,1

Fosfato dibásico de potasio KH2PO4 0,5

Sulfato de magnesio heptahidratado MgSO4. 7 H2O 0,5

Cloruro de calcio CaCl2 0,01

Ácido sulfúrico H2SO4 2

Sal Fórmula Contenido (g/L)

Sulfato ferroso

heptahidratado

Fe SO4.7H2O 44

62

A continuación se presenta un esquema simplificado con los pasos a seguir durante el

aislamiento y selección de microorganismos con la aplicación del método de diluciones

sucesivas (Figura III.7).

Figura III.7. Etapas para aislamiento y selección de microorganismos mediante el método de

diluciones sucesivas.

e) Método de adaptación del microorganismo

Para la adaptación del microorganismo al concentrado, se añadió 1g de mineral a 10 mL de

medio 9k con 1 mL del cultivo del microorganismo aislado.

63

Capítulo IV. Análisis y discusión de los resultados.

A continuación se presentan y discuten los resultados obtenidos de la caracterización

química y de fases, con el apoyo de los ensayos físico-químicos de los potenciales de

hidrógeno (pH) y el análisis granulométrico en las muestras seleccionadas en el PAM

Sulfometales, las cuales a su vez se relacionan con aquellas áreas donde se observaron los

mayores impactos ambientales durante el muestreo in situ que se realizó en las campañas

del 2009, 2010 y 2014 tales como: (1) los cinco depósitos actuales de cenizas de tostación

de la pirita, (2) sales precipitadas sobre los sedimentos que rodean a los depósitos y se

extienden hasta el muro de contención, (3) sedimentos del manglar arrasado por el DAM y

(4) aguas residuales en diferentes puntos de muestreo, todo mediante el empleo de técnicas

instrumentales combinadas de fases y ensayos físico-químicos, a fin de proponer como se

comportó el proceso personalizado de drenaje ácido que tiene lugar en el pasivo, teniendo

en cuenta los argumentos que se exponen en el Marco Teórico Conceptual de la tesis, que

se relacionan con las etapas y factores (físico-químicos, mecánicos, geológicos,

geográficos, biológicos) que determinan el grado de intensidad (peligrosidad) de los

procesos DAM asociados a PAMs.

IV.1 Análisis de cenizas de tostación en los depósitos artificiales

La composición química de elementos mayores de los depósitos de cenizas de

Sulfometales, se caracteriza por presencia de altos contenidos de hierro (III), con aportes

adicionales de SiO2, Al2O3, K2O, PbO, ZnO y BaO, presentes en la composición sustancial

de óxidos de silicio, arcillas y minerales polimetálicos que procedían de las menas

primarias del yacimiento “Santa Lucía”. En la tabla IV.1 se muestra el análisis químico

típico de dos muestras de estos depósitos.

64

Tabla.IV.1 Análisis químico típico de dos muestras tipo de cenizas de Sulfometales (M-14 y

SM-15; etapas de muestreo 2009 y 2010; Cabrera-Díaz et al., 2011)

Las investigaciones realizadas por un grupo de investigadores cubanos de diversas

instituciones del CITMA y el Grupo Empresarial Geominsal que en diferentes etapas

evaluaron la situación ambiental de Sulfometales, entre los que se mencionan a López-

Kramer et al. (2007), Delgado et al. (2009), Cabrera-Díaz et al. (2011), Gallardo et al.

(2009) y Delgado et al. (2015), señalan que la generación de acidez en los depósitos de

cenizas acumuladas en los sedimentos y suelos de Sulfometales, se produce a partir de la

reacción inicial de los dos precursores fundamentales: (1) el depósito artificial de azufre

acumulado en el pasivo y (2) la pirita residual del proceso fabril, tal como lo confirma el

difractograma de polvos de rayos-X que se presenta (figura IV.1).

%

SiO2

%

Al2O3

%

FeO

%

MnO

%

PbO

%

ZnO

%

BaO

%

K2O

%

Na2O

%

Fe2O3

%

CaO

%

MgO

%

PPI Muestra

5.09 1.02 2.53 0.17 3.65 6.36 4.65 1.30 2.15 49.90 1.12 1.32 20.83 M-14

45,16 4.74 1,40 0,086 0,75 0,64 0,50 0,68 0,24 38,31 0,07 0,38 7,36 SM-15

65

Figura IV.1. Difractograma de una muestra representativa de un depósito de cenizas de

tostación acumuladas en la parte trasera de la Planta Sulfometales, etapa de muestreo 2009-

2010; Cabrera-Díaz et al., 2011).

Leyenda: M – Maghemita (γ-Fe2O3), H – Hematita (α- Fe2O3), Q – Cuarzo (SiO2), Pj –jarosita

enriquecida en plomo(Pb, K) Fe3(SO4)2O10 (OH)2), B- (BaSO4), S8 – azufre elemental, Hal.-halita

(NaCl), G- Goethita (α- FeOOH), P – Pirita (FeS2), Mont- montmorillonita, M.A - Material

Amorfo, Sf- Esfalerita (ZnS)

Lo expuesto, justificaría en primer lugar la producción inicial de acidez durante la primera

etapa DAM (figura I.2) como plantean Stumm y Morgan (1981); Singer y Stumm (1970),

proceso redox que se representa según la siguiente reacción:

FeS2 (s) + 7/2 O2 (g) + H2O → Fe2+ (ac)+ 2 SO4

2-(ac) + 2 H+

(ac)

De forma paralela en la tabla, se muestran los valores de los potenciales de hidrógeno (pH)

que se logran para estos depósitos. Los mismos denotan la elevada acidez que proviene de

las soluciones de lavado de estos residuos. En este sentido, Swaize et al. (2000, 2008) y

Alpers et al. (1989) (citado por Nordstrom y Alpers (1999) confirmaron que tales valores se

66

vinculan fundamentalmente a la hidrólisis ácida de los hidroxisulfatos complejos del grupo

de la jarosita (figura I.7).

Los resultados de la composición de fases que muestran los difractogramas de polvos en las

cenizas de tostación (figuras IV.2, IV.3, IV.4, IV.5 y IV.6), corroboran asimismo los altos

tenores de acidez que se reportaron, dado que en todas ellas se identificó una fase que

según Swaize et al. (2000, 2008) se puede asignar a la jarosita (no-estequiométrica), que le

confiere concentraciones elevadas de metales potencialmente tóxicos (Zn, Cu, Cd, As, Pb,

Co y Ni) a las soluciones residuales que se generan. Este hecho explicaría las variaciones

de intensidades experimentales medidas que se observan para los principales máximos de

difracción a las distancias interplanares: 5,92; 3,10 y 3,09 Ǻ en los difractogramas de

polvos de las muestras de cenizas de Sulfometales (figuras IV.5 y IV.6), las cuales no

coinciden con sus respectivas especies individuales: jarosita, hidronio-jarosita, natrojarosita

y plumbojarosita que se reportan en los patrones de polvos de la Base de Datos de DRX

(PCPDFWIN), sin embargo, se enfatiza que dada la mayor intensidad del primer máximo

(d = 5,92 Ǻ) se propone que el caso de estudio se acerca más a la variante no-

estequiométrica rica en plomo, con sustitución isomórfica de iones potasio y sodio, la cual

se representa a través de la fórmula siguiente:

[(Pb2+x, K

+y)x + y =1Fe3-n (SO4)3n (OH) 6-3n]

67

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

500

1000

1500

2000

2500

3000

J J

Leyenda:

H - Hematita; - Fe2O

3

Q - Cuarzo; - SiO2

M - Magnetita; Fe3O

4

J- Jarosita; KFe3(SO

4)2(OH)

6

B - Barita; BaSO4

Gosl. - Goslarita; ZnSO4.7H

2O

R - Romboclasa; H5O

2 Fe(SO

4)2.(H

2O)

2

F - Ferrierita (FeOOH)K - Krausita; KFe(SO

4)2.H

2O

RR

RR

K

+ JQH

M

H

M

Go

sl.

Q

FMQJ+M

Q

HH

Q

Go

sl.

B

Q

B

M

H + M

H

J

JB

Q

H

Go

sl.

Q

F

J

DC-1IN

TE

NS

IDA

D R

EL

AT

IVA

(N

.CO

NT

EO

S)

DISPERSIÓN ANGULAR (2)

Figura IV.2. Difractograma de la muestra DC-1 del depósito de cenizas de Sulfometales


68


0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

500

1000

1500

2000

2500

J JJ

J

J

J J

SS S M

Leyenda:

Q - CuarzoH - HematitaJ - JarositaM - MagnetitaB - BaritaGos - GoslaritaS - Azufre elemental

MCrM

M

M

M

M

GosB

BBBJ

J

JJ H

H

HH

H

H

H

H

Q QQ

Q

Q

Q

QQ

Q

Q

INT

EN

SID

AD

RE

LA

TIV

A (

N.

CO

NT

EO

S)


DC - 4


69


Se puede plantear que en los depósitos artificiales de cenizas evaluados, al no existir

concentraciones suficientes de minerales que controlen la acidez (carbonatos, gibbsita y

ferrihidrita) (figura IV.7), el proceso DAM continuó directamente hacia la tercera y última

etapa, y dada las elevadas concentraciones de iones Fe2+ en solución, se favorece entonces

la reacción catalítica de oxidación a iones Fe3+ en presencia de bacterias acidófilas según:

Fe2+ (ac) + ¼ O2 (g) + H+

(ac) → Fe3+ (ac) + ½ H2O

70

Figura IV.7. Depósitos de cenizas actuales acumuladas en el PAM Sulfometales

Finalmente, las elevadas concentraciones de iones sulfatos y el aporte biogénico de los

microorganismos acidófilos (Thiobacillus Ferrooxidans), provocan la precipitación del

hidroxisulfato jarosita y le confiere a los residuos la elevada acidez que se reporta, tal y

como demostraron Swaize et al. (2000, 2008) en sus estudios de solubilidad de metales

potencialmente tóxicos (figura I.8) realizados en sedimentos contaminados por procesos

DAM en presencia de jarosita y goethita.

A continuación, tienen lugar otras reacciones sucesivas que provocan la asociación de EPT

(Pb, Zn, Cd) y su posterior lixiviación e incorporación a las aguas residuales según:

6) 2 PbS(s) + 4 Fe3+ (ac) +3 O2 (g) + 2 H2O → 2 PbSO4 (s) + 4 Fe2+

(ac) + 4 H+ (ac)

8)Zn1-xCdxS(s)+ 14 Fe3+(ac)+ 4 H2O → 8 H+

(ac)+ (1-x)Zn2+(ac)+ (x)Cd2+

(ac)+ SO42-

(ac)+ 14 Fe2+(ac)

Se señala que las muestras de los depósitos 2, 3 y 5 corresponden a los depósitos que se

encuentran cercanos a los manglares, los que manifestaron a su vez mayor acidez (tabla IV

.2) y elevados contenidos de jarosita según se observa en los difractogramas (figuras IV.2,

IV.3 y IV.5), como se corrobora a través de las intensidades relativas de sus tres principales

máximos de difracción: d(Ǻ) = 5,92; 3,10 y 3,09.

71

Tabla IV.2. Valores de pH obtenidos para las soluciones de lavado en muestras de cenizas de

los cinco depósitos de cenizas evaluados

Muestra pH

DC – 1 (depósito # 1) 1,67

DC – 2 (depósito # 2) 1,42

DC – 3 (depósito # 3) 1,63

DC – 4 (depósito # 4) 1,74

DC – 5 (depósito # 5) 1,51

A lo anterior se añade otro resultado adicional importante; la identificación de sulfatos del

tipo krausita [KFe(SO4)2H2O] y romboclasa [H5O2Fe(SO4)2(H2O)2] en los difractogramas

que también aportan acidez al pH de las cenizas.

Lo expuesto confirma que la acidez que se genera por procesos DAM en estos depósitos de

residuales, se explica por la mayor o menor contribución de oxisales complejas del grupo

de la jarosita de naturaleza no-estequiométrica.

Por su parte, los resultados de composición sustancial que se lograron en todas las muestras

de residuos, mediante el empleo de la técnica instrumental de Análisis Térmico, corroboran

aquellos que se obtuvieron por DRX.

En las figuras IV.8-IV.12 se presentan los termogramas combinados (CDB-TG-DTG) con

las correspondientes asignaciones de las temperaturas pico de los efectos térmicos y la

naturaleza de los procesos energéticos asociados (anexo 2).

72

Figura IV.8.Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-1del depósito de cenizas

Figura IV.9. Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-2 del depósito de cenizas

73

Figura IV.10.Termogramas CDB-TG-D1TG de la muestra DC-3 del depósito de cenizas


74


Como aspecto de interés se plantea la presencia de otras especies del tipo hidroxisulfatos de

aluminio no detectados por la técnica de DRX, reportadas por Ivanova et al. (1974), como

son: la lovigita KAl3 (SO4)2.1,5 H2O y alunita KAl3 (SO4)2 (OH)6 y goslarita ZnSO4.7H2O,

formadas por procesos de intemperismo químico de las rocas en combinación con los

procesos DAM que se sucedieron de forma continua en las cenizas a expensas de los

arcillas (hidromicas) y esfalerita presentes en la composición mineralógica de las menas

polimetálicas primarias, por lo que aportan también acidez adicional a los residuos.

IV.2 Influencia de la granulometría de los residuos de cenizas en el proceso DAM

Otro aspecto importante se relaciona con la granulometría de las menas y residuos ya que

ha menor tamaño de las partículas mayor exposición a los procesos de desintegración y

lixiviación, en ese sentido se realizaron análisis granulométricos de los depósitos de cenizas

cuyos resultados se muestran en la tabla IV.3.

75

Tabla IV.3. Resultados del análisis granulométrico de los depósitos artificiales de cenizas

Fracciones

M-1

Acumulado

(%)

M-2

Acumulado

(%)

M-3

Acumulado

(%)

M-4

Acumulado

(%)

M-5

Acumulado

(%)

+ 2 mm 21.687 46.552 39.2415 39.9155 57.4815

+1mm 15.9055 21.5015 14.933 16.487 14.031

+ 0.212 mm 34.71 18.835 23.9855 28.09 15.122

+ 0.106 mm 11.5245 4.045 7.738 5.6595 4.3115

0.0074 mm 6.1555 3.0515 4.3955 2.734 2.946

-0.0074 10.0175 6.015 9.7065 7.114 6.108

Total 100% 100% 100% 100% 100%

IV.3. Análisis de sales y precipitados formados en los sedimentos que rodean los

depósitos de cenizas. Redistribución de EPT

En el pasivo objeto de evaluación la contaminación se observa que los procesos DAM en

los residuos de cenizas, provocan la disociación de especies metálicas en las soluciones de

lavados cargadas con EPT: Fe, S y Zn fundamentalmente, las que más tarde precipitan en

forma de mezclas de diferentes oxisales coloreadas en medio acuoso (pH 1-3),

distribuyéndose de forma irregular sobre los sedimentos que cubren las áreas aledañas de

los cinco depósitos de residuos hasta el muro de contención (figura IV.13).

76

Figura IV.13. Vista general que muestra la precipitación de oxisales coloreadas con

tonalidades verde-amarillentas, formadas alrededor de los depósitos de cenizas hasta el muro

de contención del PAM

En la tabla IV.4 se ofrecen los resultados de análisis químicos en los sedimentos que rodean

al PAM Sulfometales, evidenciando estos la elevada contaminación por oxisales de hierro,

responsables inmediatas de la generación de acidez del proceso DAM general que

transcurre en el pasivo.

Tabla IV.4. Análisis químicos de elementos mayores en muestras de oxisales precipitadas

sobre los sedimentos que rodean al PAM Sulfometales.

Muestra %

Fe2O3

%

S

%

SiO2

%

Al2O3

%

K2O

%

Na2O

%

MgO

%

ZnO

%

PbO

%

MnO

%

CuO

%

PPI

SM-12 8.76 3.50 60.44 4.10 2.18 2.31 0.75 0.89 0.13 0,06 0.011 12.10

SM-13 24.59 18.38 20.78 4.10 0.19 3.24 2.48 4.67 0.17 0.28 0.088 44.31

SM-16 25.16 16.92 13.42 3.84 0.53 2.17 3.23 4.76 0.23 0.29 0.011 47.53

SM-17 21.01 4.79 32.20 3.84 3.12 5.59 0.87 0.27 0.51 0.010 0.030 21.04

77

En la muestra SM-12 se constata que el quimismo se inclina a la asociación de minerales

con altos contenidos de óxido de silicio libre (cuarzo y típico para estos sedimentos

palustres holocénicos), acompañado de otras especies que aportan hierro (III), azufre (en

forma de sulfatos y óxidos de hierro), aluminio, potasio (en sulfatos y arcillas hidromicas),

(figura IV.14) y por último el sodio que justifica la presencia de halita respectivamente.

Figura IV.14. Difractograma del sedimento arenoso rico en cuarzo, donde no se detectaron

oxisales de hierro hidratadas (muestreo próximo al muro de contención (muestra SM-12)

Sin embargo, en el caso de las muestras SM-13 y SM-16 la composición química de

mayores se favorece hacia los sulfatos, dada la proporción que se establece entre los óxidos

de hierro, azufre total y la pérdida por ignición (PPI), acompañado de otros minerales

portadores de silicio (hidromicas, cuarzo). Se confirma además el aporte significativo del

EPT (Zn), asociado probablemente a sulfatos de hierro, en particular la fianchita (figuras

IV.15 y IV.16).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Ha - Halita

Leyenda:

QJ

J - Jarosita; (K,Na)Fe3(SO

4)2(OH)

6

Q

Q

Q

Q

Q - Cuarzo

JJGHM

HMHM

HM - Hidromica

J

JJHa

GG

GG

J

J

JJ

J

J

HaHa

Ha

INT

EN

SID

AD

RE

LA

TIV

A (

N. C

ON

TE

OS

)


SM-12

78

Figura IV.15. Difractograma de oxisales verde-amarillentas de melanterita (FeSO4.7 H2O) y

rozenita (FeSO4. 4H2O), formadas por procesos de precipitación DAM en Sulfometales (punto

de muestreo cercano al muro de contención (muestra SM-13)

En el difractograma de la muestra de sedimento SM-16 (figura IV.16) se identifica la oxisal

szomolnokita (FeSO4.H2O), primera que precipita a partir de las escorrentías cargadas con

iones SO42- y Fe2+ de los depósitos de cenizas. Con posterioridad, esta adquiere -por

mecanismos de hidratación- 3 moles adicionales de agua, transformándose en rozenita y

bianchita rica en los iones EPT (Zn).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

J

Leyenda:

M - Melanterita FeSO4.6H

20

R - Rozenita; FeSO4 . 4 H

2O

S8 - Azufre elemental

Sz - Szomolnokita; FeSO4.H

2O

J - JarositaQ - Cuarzo

RRR

RRRRR

RRR

R

MRM

R

R Sz

J

Sz

R

Q

R

R

Sz

M

S8

R

+ S

z

M

M

R

RR

R

RS8

INT

EN

SID

AD

RE

LA

TIV

A (

N.

CO

NT

EO

S)


SM - 13

79

Figura IV.16. Difractograma que evidencia la presencia de oxisales blanquecinas:

zsomolnokita (FeSO4.H2O) en mezcla con rozenita (FeSO4.4H2O), formadas desde la base de

los sedimentos de los depósitos de cenizas hasta el muro de contención del PAM (muestra SM-

16)

Como aspecto de interés se señala que tanto la zsomolnokita como la rozenita no se

reportaron dentro de la composición de fases secundarias formadas por procesos DAM

según Alpers et al. (2000) y Bigham y Nordstrom (2000) (tabla I.2).

Por último, en la muestra SM-17 la composición química responde sin dudas a la

asociación de las fases minerales: cuarzo, hidromica y sulfatos en baja cuantía.

Con la finalidad de obtener el análisis mineralógico de una muestra de comparación de

sedimentos poco o no contaminados por procesos DAM, se realizó el difractograma de

rayos-X a esta muestra que corresponde a un punto de muestreo alejado del muro de

contención (cercano al canal), donde no se apreció contaminación evidente de oxisales

coloreadas (figura IV.17).

80

Figura IV.17. Difractograma que evidencia la composición típica de fases del sedimento del

palustre holocénico (p1Q2) que prevalece en el pasivo (muestra SM-17)

Los resultados obtenidos demuestran que la composición de fases cristalinas es típica de

sedimentos palustres holocénicos (p1Q2) del área objeto de estudio, con presencia de cuarzo

(fase principal) y arcilla hidromica, sin embargo, a pesar de que a simple vista no se aprecia

contaminación de oxisales de hierro II, se demuestra la aparición de jarosita, lo que indica

los inicios del proceso de contaminación ácida de estos sedimentos cercanos a la planta.

Por su parte, el análisis de la composición de fases cristalinas en la muestra SM-12 a través

de su difractograma de polvos, confirma los resultados del quimismo de mayores,

identificándose cuarzo como fase fundamental, jarosita rica en sodio-potasio, arcilla

hidromica y halita (NaCl) correspondientemente.

La figura IV.18 exhibe la micrografia MEB de la muestra SM-12, donde se distingue una

micropartícula de alta reflectividad (brillantez) a los electrones retrodispersados del MEB,

por lo que corresponde a un mineral que presenta elementos metálicos de elevado masa

atómica.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

1000

2000

3000

4000

Leyenda:

Q - CuarzoHM - HidromicaJ - Jarosita

JJJJJ J

JJQ Q

QQQ

Q

Q

HMHMHM

INT

EN

SID

AD

RE

LA

TIV

A (

N.

CO

NT

EO

S)


SM - 17

81

Figura IV.18. Micrografía MEB-EDS de la muestra SM-12, donde abundan microcristales de

tamaños de partículas menores de 100 µm en una matriz de oxisales y arcillas (micas) e

irregulares brillantes de plumbojarosita (variante MEB de electrones retrodispersados).

La tabla IV.5 reporta, por su parte, la composición microelemental EDS de dos

micropartículas características que se observan en el campo del MEB, verificándose que

estas corresponden con la variedad de plumbojarosita (no–estequiométrica), dada la

asociación de iones sodio y potasio (Pb,K)Fe3(SO4)2(OH)6 que proviene de los depósitos de

cenizas, así como la oxisal melanterita entrecrecida con los sulfatos de aluminio (lovigita y

alunita) ya identificados por Análisis Térmico.

Tabla IV.5. Microcomposición elemental por EDS de las micropartículas de jarosita (Pb-K) y

melanterita (muestra SM-12)

Micropartícula %

O

%

Al

%

Si

%

S

%

Fe

%

Zn

%

Mg

%

Pb

%

K

Melanterita +

Sulfatos de Al 43,7 6.5 0,3 22,0 25,0 1,6 0,6 ------ 0,99

Jarosita

(Pb-K) 38,2 2,7 0.8 21,62 21,5 1,2 1,7 33,8 4,0

82

En el difractograma de la muestra SM-13 se identificaron mezcla de las siguientes oxisales

de hierro (II) cristalinas, formadas a partir de mecanismos de precipitación-coprecipitación

DAM: (1) melanterita (fase más estable, soluble en medio acuoso de elevada acidez); (2)

rozenita y (3) szomolnokita. También se identificaron, azufre elemental (proviene de las

pilas de cenizas acumuladas en el pasivo), trazas de jarosita y cuarzo. Se pudo comprobar la

presencia de rozenita entrecrecida con bianchita (figura IV.19).

Figura IV.19. Difractograma de la fracción enriquecida en rozenita entrecrecida a su vez con

el mineral bianchita (muestra SM-13)

En la micrografía MEB de esta muestra se identifica un cristal con forma de listón con

caras prismáticas de rozenita (FeSO4.4H2O), alterada a bianchita (Zn, Fe2+)SO4.6 H2O en la

superficie de las caras, la que presenta una textura microgranular y constituye la principal

especie portadora del EPT Zn2+. En la micrografía se identifican agregados de melanterita

(figura IV.20).

83

Figura IV.20. Espectro EDS y microfotografía MEB que identifica un cristal de rozenita en

asociación con agregados de melanterita (muestra SM-13)

De forma paralela y en otra zona del campo del MEB de la muestra SM-13 se observa en

mayor proporción la población de cristales en forma de listones de rozenita con algunas

agujas de szomolnokita y los agregados de melanterita (figura IV.21).

Figura IV.21. Espectro EDS y microfotografía MEB que identifican las diferentes oxisales

coloreadas hidratadas de Fe (II) formadas por mecanismos de precipitación-coprecipitación

DAM (muestra SM-13)

En la tabla IV 6 se presentan los resultados semi-cuantitativos obtenidos por EDS para las

micropartículas de bianchita y rozenita detectadas por el MEB en la muestra SM-13.

84

Tabla IV.6. Resultados de EDS para las micropartículas de bianchita y rozenita en la muestra

SM-13

Micro-

partícula

%

O

%

Al

%

Si

%

S

%

Fe

%

Zn

%

Mg

%

Pb

%

Ba

%

Cl

%

K

Bianchita 18,2 6,5 0,2 13,4 8,1 53,0 0,3 ---- ---- ---- ----

Rozenita 40,2 2,8 7,1 22,0 21,0 6,1 1,0 ---- ---- ---- ----

A continuación, dichas oxisales se lixivian en medio acuoso y sus soluciones de elevada

acidez y cargadas con iones: Fe3+, SO42-, Zn2+, Na+, K+, Cl- (las tres últimas provenientes

del agua de mar y por meteorización de las arcillas), penetran a los sedimentos de los

manglares a través de las roturas del muro de contención provocadas por acciones

antrópicas negativas, y precipitan finalmente en forma de hidroxisulfatos complejos del

grupo de la jarosita generándose ácido sulfúrico como producto de la hidrólisis ácida, hecho

que provocó la severa devastación del ecosistema de manglares, proceso que avanza en

dirección a la costa donde se sitúa la línea costera final de manglares (Figura IV.22).

Figura IV.22. Zona de sedimentos contaminados en dirección a la costa hasta la última

barrera de manglares.

85

Corresponde entonces en este momento analizar cuál es el aporte real de estos sedimentos a

la generación de acidez del proceso DAM en general. Para ello se realizaron las

determinaciones de pH de los lavados de las muestras de sales precipitadas y sedimentos

cuyos resultados se presentan en la tabla. IV.7.

Tabla IV.7. Determinaciones de pH en muestras de sedimentos del PAM Sulfometales

Los valores de pH indican que dichos sedimentos generan también acidez significativa,

hecho que se justifica en la hidrólisis ácida que experimentan estas oxisales, las cuales

resultan ser estables hasta valores de pH = 5,0 según se observa en el diagrama de

estabilidad (Eh vs. pH) que se muestra en la figura I.7.

IV.4. Análisis de los sedimentos contaminados del manglar. Redistribución de EPT

Por su parte, en los difractogramas de sedimentos del manglar, el patrón de máximos de

difracción de sus tres máximos característicos no coinciden con las intensidades de los

patrones que se reportan en la Base de Datos, por ello se trata de otra variedad no-

estequiométrica de jarosita, pero en este caso rica en iones sodio y potasio, cuya fórmula

general es la siguiente: (Na+x K

+y) Σ x + y=1,00 Fe3-n (SO4)3n (OH) 6-3n.

En las figuras IV.23-IV.27 se muestran los difractogramas de polvos representativos de las

muestras de suelos del manglar.

Muestra pH

SM-12 3.00

SM-13 2.91

SM-16 2.96

SM-17 3,30

86

Figura IV.23. Difractograma de polvos de sedimento del manglar (muestra SM-1)


87



88


Del análisis de los difractogramas, podemos inferir de forma general que la contaminación

por hidrólisis ácida de la jarosita no-estequiométrica rica en sodio, crea un frente de

devastación que avanza en dirección vertical hacia la costa. Por otro lado, en la figura 20

satelital del manglar se constata como la extensión de la devastación, ocupa un área total

aproximada de 500 x 1,500 metros, este hecho crea sin dudas una situación de peligro

inminente que atenta contra la vida de este ecosistema costero de no tomarse a tiempo las

medidas correctoras que correspondan.

La composición de la jarosita de estos sedimentos del manglar y su distribución, responde

sin dudas al proceso DAM que se produce a partir de las soluciones ácidas, cargadas con

Fe3+, Zn2+ y SO42- que provienen de la lixiviación de las sales asociadas a los sedimentos y

el aporte específico de los iones Na+ y K+ del agua de mar a través del canal de entrada al

PAM.

Corresponde en este momento discutir los resultados de las determinaciones del pH de los

sedimentos del manglar, para así comprobar el grado de acidez que estos generan. En la

tabla IV.8 se presentan los resultados obtenidos.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Leyenda:

J - JarositaQ - CuarzoHa - Halita

HaQ

JJ

J

J

JJ

JQ

Ha

Ha

JJ

J

J

J J

J

Q

J

Q

Q

SM - 11

INT

EN

SID

AD

RE

LA

TIV

A (

N.

CO

NT

EO

S)

DISPERSSIÓN ANGULAR (2)

89

Tabla IV.8. Valores de pH de las muestras de sedimentos del manglar

Muestra pH

SM-1 3.2

SM-5 3.0

SM-8 2.8

SM-9 2.8

SM- 11 3.1

Los resultados de la tabla IV.10 indican que la acidez de los sedimentos se incrementa en la

misma dirección que aumentan los contenidos de jarosita rica en sodio en el manglar, es

decir, crece hacia la costa cercano a la última barrera de manglares.

IV.5. Influencia de la actividad biológica de los microorganismos en el proceso DAM

La detección de acidez y EPT disueltos en las muestras de agua del drenaje de

Sulfometales, constituyen indicadores de la presencia de microorganismos característicos

en los yacimientos de minerales sulfurosos secundarios tales como la pirita, el sulfuro de

cobre y el sulfuro de zinc.

A partir de una muestra del agua de la laguna de Sulfometales, se realizó el aislamiento de

microorganismos acidófilos, utilizando el medio 9K desarrollado por Silverman y

Lundgren (1959) aplicando el método de las diluciones sucesivas o seriadas (end point).

La presencia de microorganismos acidófilos en el agua de la laguna de Sulfometales

mostró al cabo de 8 días el cambio de coloración del licor de verde a pardo rojizo,

evidenciando la presencia de hierro (III), producto de la oxidación. Se aisló entonces la

bacteria autótrofa, aerobia, quimiolitotrófica, mesófila y acidófila Acidithiobacillus

Ferrooxidans anteriormente conocida como Thiobacillus Ferrooxidans identificada como

AFSL1-09 con una concentración en estas aguas de 105 células/mL. El crecimiento de los

microorganismos se siguió por el análisis del contenido de ión Fe3+ presentes en el medio

de cultivo como detectaron Karavaiko et al. (1972).

La curva de la figura IV.28 muestra el resultado de la prueba realizada con 10 % de sólido,

pH 2.0 y 2 g/L de ion ferroso.

90

Figura IV.28. Curva de bio-oxidación del Fe2+

Durante los primeros días, correspondientes a la fase de latencia en la curva de crecimiento

bacteriano no hay variación del contenido de Fe2+, las bacterias se adaptan al medio

circundante; seguidamente el contenido de hierro oxidado crece rápidamente, refleja la

fase de crecimiento exponencial en la cual las células aumentan de tamaño, su resistencia

al medio externo y su número aumenta en progresión geométrica y junto con ellas el

contenido de Fe 3+ en los licores. La concentración de Fe+3 alcanza valores cercanos a los 4

g/L y tras un período de oscilaciones alrededor y muy próximos a este valor, la curva se

mantiene lineal que corresponde en la curva de crecimiento bacteriano a la fase

estacionaria.

Con esta prueba se corrobora lo anteriormente explicado sobre la ocurrencia de los

procesos DAM en Sulfometales, y el papel tan importante de los microorganismos en este

caso sobre la fase mineral pirita por ser en este caso la fase más sensible a la acción de los

agentes microbiológicos.

Lo anterior justifica la acción catalítica importante de las siguientes reacciones:

12) Fe2+ (ac) + ¼ O2 (g) + H+

(ac) → Fe3+ (ac) + ½ H2O

14) S8(S) + 12 O2 (g) + 8 H2O → 8 H2SO4

0 2 4 6 8 10

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

Fe III (

g/L

)

Días

91

Dichas reacciones aceleran la oxidación de los iones Fe2+ - Fe3+, lo que demuestra el

importante papel de estos microorganismos, en especial su decisiva influencia en el

depósito de azufre del pasivo que genera ácido sulfúrico de manera directa.

En la figura IV.29 se muestra la población de microorganismos observados en el

microscopio.

Figura IV.29. Microorganismos acidófilos (Thiobacillus Ferrooxidans) aislados en aguas de la

laguna de Sulfometales

IV.6 Análisis químico de aguas residuales. Conversión de EPT en formas

geodisponibles (EGD)

El análisis de muestras de aguas residuales en diferentes puntos de muestreo en las áreas de

sulfometales, se considera como el destino final del proceso DAM, pues determina la

distribución de los EPT a sus formas geodisponibles (EGD), los cuales representan, al

encontrarse estos en solución, los que inciden directamente en el impacto de los

ecosistemas de vertimiento; por ello, su análisis permitirá finalmente clasificar la intensidad

del proceso en el pasivo objeto de evaluación, y en consecuencia, establecer el grado de

peligrosidad que prevalece en el mismo, lo que permitirá proponer la estrategia de

mitigación de los impactos ambientales para estos ecosistemas, a través de las acciones

92

correctivas y de gestión de desechos que correspondan al menor corto plazo de ejecución

posible.

En la tabla IV.9 se observa como las concentraciones de especies potencialmente tóxicas

(Pb, Zn y S total) así como el pH, se encuentran muy por encima de los valores máximos

permisibles según establece la Norma Cubana 27/2012 (tabla IV.10), elementos que se

vinculan a las menas polimetálicas utilizadas como fuente de materia en el antiguo proceso

fabril. Por otro lado, los resultados demuestran en todas ellas el predominio del sodio, el

cual se relaciona con el ambiente marino que prevalece en dichas aguas y su importante

contribución a la formación de la oxisal jarosita (rica en sodio) en los sedimentos de los

manglares.

Como aspecto de interés se señala que la muestra de agua del canal presenta los mayores

índices de contaminación.

Tabla IV.9. Resultados de los análisis químicos de muestras de aguas residuales con presencia

de EPT en el manglar, canal y laguna de Sulfometales (Cabrera-Díaz et al., 2011)

Ubicación

pH

Stotal

mg/L

Fe

mg/L

Mn

mg/L

Pb

mg/L

Zn

mg/L

K

mg/L

Na

mg/L

Ca

mg/L

Mg

mg/L

Manglar - 2 2.97 2,420 250 20 54 21 740 20,970 650 2,910

Manglar - 4 2.99 2,180 170 18 62 40 670 14,940 500 2,560

Manglar - 8 3.37 1,180 100 20 57 36 480 11,740 630 1,490

Laguna 2.51 3,400 390 20 21 240 1,030 28,250 900 4,040

Canal 1.45 47,420 44,510 10 16 6,007 200 19,690 520 8,320

93

Tabla IV.10. Concentraciones máximas permisibles de EPT en aguas residuales de

vertimiento según establece la norma cubana (NC 27/2012)

Elemento

Concentraciones

máximas permisibles

Aluminio 10,0 mg/L

Arsénico 0,5 mg/L

Cadmio 0,3 mg/L

Cianuro 0,5 mg/L

Cobre 5,0 mg/L

Cromo(VI) 0,5 mg/L

Cromo (total) 2,0 mg/L

Plomo 1,0 mg/L

Zinc 5,0 mg/L

Sulfuros 5,0 mg/L

pH 6,0 - 9,0

De forma paralela se realizó un estudio a dos muestras con un mayor número de

determinaciones analíticas de EPT en diferentes campañas de muestreo (seca y lluvia),

(tabla IV.11) con vistas a determinar la magnitud global de la contaminación y determinar

así la intensidad del proceso DAM en el pasivo mediante el empleo del diagrama de Ficklin

y Mosier (1999).

Tabla IV.11. Resultados de los análisis químicos de muestras de aguas residuales de la laguna

de Sulfometales con presencia de EPT tomadas en época de seca y lluvia (Delgado et al., 2014)

Ubicación

Zn

(mg/L)

Ni

(mg/L)

Cd

(mg/L)

Cu

(mg/L)

Pb

(mg/L)

Co

(mg/L)

Laguna-S 96 0,37 0,46 5,76 6,54 0,4

Laguna – LL 220 0,68 1,0 10,0 10,0 0,7

Leyenda: S- época de seca; LL – época de lluvia

94

Los resultados de la tabla anterior indican las serias afectaciones de las concentraciones de

EPT (Σ Zn, Ni, Cd, Cu, Pb y Co) en función del pH según el diagrama de clasificación de

intensidad de procesos DAM que propone Ficklin y Mosier (1999) (figura IV.30). Se

verifica así que todas se encuentran por encima de los valores máximos permisibles que

establece la NC 27/2012, donde se incluyen también el As, Cr total, Mn y Al que se

incrementan aún más en época de lluvia y cuyos resultados fueron los siguientes: Época

seca: As – 0,21 mg/L; Cr total – 0,20 mg/L; Mn- 7,50; Al – 16,7 mg/L; Época de lluvia: As

– 1,0 mg/L; Cr total – 10,0 mg/L; Mn- 20,0; Al – 67 mg/L.

Figura IV 30. Diagrama de Ficklin y Mosier (1999) para la clasificación de intensidad de

procesos DAM.

Leyenda: Muestras de agua tomada de la laguna de Sulfometales (etapa de muestreo 2014): Σ

[Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn]: época de seca (109,53 mg/L); época de lluvia (242,38 mg/L); pH = 2,5

La aplicación del diagrama de Ficklin y Mosier (1999) corrobora que la muestra de la

laguna que se tomó en época de seca presenta una concentración total de EPT (Cd, Co, Cu,

95

Ni, Pb y Zn) 2,2 veces mayor en la etapa lluviosa, sin embargo, ambas se ubican en la

cuadrícula que corresponde a la zona de alta acidez y extrema lixiviación de metales EPT,

destacándose que el índice de contaminación en las aguas residuales de Sulfometales en

presencia de EGD se considera en general de alta intensidad.

Lo anterior se confirma también con las concentraciones que se reportan en la muestra de

agua del canal (tabla), donde se obtuvieron valores de pH = 1,5 y concentraciones de 6,070

mg/L solo para el EGD Zn, estos de conjunto con los valores de Pb (16 mg/L) y el resto

que se consideran en el diagrama de Ficklin y Mosier (1999), acentuaría la elevada

intensidad de generación de EGD en el pasivo ambiental minero objeto de evaluación.

Como aspecto de interés se señala además que en evaluaciones realizadas por Álvarez-

Alonso et al. (1991) en una muestra representativa del yacimiento “Santa Lucía”, la cual se

procesó mediante la tecnología de tostación sulfatante a diferentes temperaturas en pruebas

realizadas en el CIPIMM, donde se obtuvieron contenidos anómalos de interés para los

elementos raros y dispersos tales como: Ga, Ge, In y Tl, por ello se recomienda realizar

nuevas evaluaciones analíticas en los cinco depósitos de cenizas de tostación y aguas

residuales (en diferentes puntos de muestreo), dada la probable presencia de estos,

conjuntamente con la Ag que también se reporta, y con vistas a definir el proceso

tecnológico de beneficio apropiado y el destino final de los residuos que se generan.

96

CONCLUSIONES

1. En los cinco depósitos de cenizas de tostación del antiguo proceso fabril de

Sulfometales, la generación inicial de acidez se produjo mediante la reacción de

oxidación de la pirita residual, fase que aparece en la composición sustancial que se

determinó por DRX, acompañada de galena, esfalerita (fases primarias portadoras de

los EPT Pb y Zn), con predominio fundamental de los óxidos de hierro hematita y la

espinela maghemita-magnetita, cuarzo, barita, hidromica y azufre elemental.

2. En la composición sustancial de los residuos actuales de cenizas de todos los depósitos,

se identificó por DRX un tipo particular de hidroxisulfato complejo del grupo de las

jarositas, el que corresponde a la variedad no-estequiométrica rica en plomo [(Pb2+x,

K+y) x + y =1 Fe3-n (SO4)3n (OH) 6-3n], dado por la intensificación del máximo d(Å)= 5,92;

fase que resultó ser la responsable principal de generación de acidez en estos residuos

(pH = 1,42-1,74) y portadora del EPT (Pb).

3. En los depósitos actuales de cenizas, la generación de acidez se favorece debido a la

ausencia de minerales amortiguadores (buffers) del pH tales como carbonatos (calcita,

etc.), gibbsita y ferrihidrita, ausentes de la composición mineralógica de estos residuos,

por lo que el proceso DAM avanzó hasta la tercera y última etapa.

4. Por Análisis Térmico se determinaron tres fases no reportadas por DRX en los residuos

de cenizas; lovigita KAl3 (SO4)2. 1,5 H2O, alunita KAl3 (SO4)2 (OH)6y goslarita

ZnSO4.7H2O, las dos primeras aportan el aluminio soluble a las soluciones de lavado y

generan acidez adicional a los depósitos de cenizas.

5. El análisis granulométrico de las cenizas actuales acumuladas en Sulfometales,

demuestra que el proceso continuo de DAM se favorece por el fino tamaño de partícula

de sus minerales constituyentes, lo que provoca el incremento del Área Superficial

total del sólido y su posterior interacción con los agentes químicos de meteorización

(agua, dioxígeno).

6. Las muestras de sales precipitadas sobre los sedimentos que se distribuyen desde los

depósitos de cenizas hasta el muro de contención, están constituidas por mezclas de

oxisales hidratadas coloreadas de hierro (II) tales como: szomolnokita (FeSO4.H2O);

rozenita (FeSO4.4H2O), melanterita (FeSO4.7H2O) y bianchita (Fe, Zn)SO4.6H2O y

que aporta el EPT Zn con un tenor adicional de acidez (pH= 2,91-3,30).

97

7. En los sedimentos que cubren el área de los manglares, la fase principal que provoca la

generación de acidez (pH 2,8-3,2) y devastación de los mismos se produce a partir de

la hidrólisis ácida de la variedad no-estequiométrica de jarosita; (Na+x K+

y) Fe3-n

(SO4)3n (OH) 6-3n, demostrándose que el incremento de la contaminación avanza en

dirección vertical desde el muro de contención hacia la costa en un área aproximada de

500 x 1,500 m, creándose una grave situación para la supervivencia de este ecosistema

costero.

8. En muestras de agua de la laguna de Sulfometales, se aisló y determinó el

microorganismo Thiobacillus Ferrooxidans, que participa de forma activa (como

catalizador de la reacción de oxidación de iones Fe2+ → Fe3+), con producción

adicional de ácido sulfúrico a partir del depósito de azufre elemental que permanece

aún en áreas cercanas al manglar.

9. Las concentraciones de EGD (Pb y Zn) así como el pH en aguas residuales, se

encuentran muy por encima de los valores máximos permisibles según establece la

Norma Cubana 27/2012, elementos que constituyen las principales fuentes de EPT de

las menas polimetálicas primarias, confirmándose que la muestra de agua del canal

presentó los mayores índices de contaminación.

10. A través del empleo del diagrama de Ficklin – Mosier (1999) y los resultados del

muestreo adicional de agua que se realizó en la laguna de Sulfometales (en época de

seca y lluvia), el proceso DAM se corresponde con una elevada acidez y extremas

concentraciones de EGD disueltos, dada las concentraciones de: Zn, Ni, Cd, Cu, Pb,

Co y Cd, que alcanzan valores entre 109,53 mg/L (seca) y 242,38 mg/L (lluvia), por lo

que el proceso DAM se clasifica como de gran intensidad.

98

RECOMENDACIONES

1. A partir de la información y utilidad metodológica de los resultados que se obtuvieron

en la tesis, se recomienda incluir en los proyectos I+D geoambientales que se ejecuten

en el país, las evaluaciones de Mineralogía Ambiental en pasivos mineros que generan

procesos DAM, con el empleo de las técnicas instrumentales de análisis químico y de

fases combinada con ensayos físico-químicos.

2. Se recomienda adoptar de inmediato las acciones correctivas pertinentes en las áreas

contaminadas del pasivo con el empleo de especies químicas neutralizantes de acidez:

Ca(OH)2 (cal apagada), cal viva (CaO) y/o CaCO3.

3. Teniendo en cuenta las evaluaciones tecnológicas realizadas en el CIPIMM en las

menas de “Santa Lucía”, donde se obtuvieron contenidos anómalos significativos de

elementos raros y dispersos (Ga, Ge, In y Tl), se recomienda realizar un nuevo

muestreo y determinaciones analíticas en los cinco depósitos de cenizas de tostación

del antiguo proceso industrial, así como de las aguas residuales que se generan en

diferentes puntos del pasivo Sulfometales, dada la probable presencia de estos

importantes elementos de interés (industrial y/o ambiental), e incluyendo la Ag que

también se reporta en estos residuos sólidos, todo con vistas a incrementar el valor

agregado de los mismos lo que permitirá definir su destino final.

99

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104

ANEXOS

Anexo 1. Muestreo de residuos realizado en manglares, sedimentos y los depósitos de cenizas

de tostación del PAM Sulfometales.

Número

muestra

Ubicación Tipo

muestra

Descripción

Observaciones Posición

y altitud GPS

SM – 1

Tomada a

10 metros

de la barrera

contención

en dirección

aproximada

Oeste

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

claro, con

delgadas

costras

blanquecinas

Muestreo en

dirección Oeste

desde la barrera

de contención

cercana a los

escoriales de

plomo (Pb) y

corresponde a la

zona del

manglar que ha

sido arrasada

Punto 003

N22º 39,883'

W83º 58,681'

Altitud:

32 pies

SM – 2

Tomada a 20

metros de la

barrera de

contención en

dirección

aproximada

Oeste

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

claro.

Se toma además

muestra de agua

SM 2 - AGUA

Punto 004

N22º 39,982'

W83º 58,686'

Altitud:

32 pies

SM – 3

Tomada a 30

metros de la

barrera de

contención en

dirección

aproximada

Oeste

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

claro.

Punto 005

N22º 34,981'

W83º 58,692'

Altitud:

27 pies

SM - 4 Tomada a 65 Sedimento Se toma además Punto 006

105

metros de la

barrera de

contención en

dirección

aproximada

Oeste

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo claro

muestra de agua

SM 4 - AGUA

N22º 39,979'

W83º 58,714'

Altitud:

28 pies

SM – 5

Tomada a 105

metros de la

barrera

contención en

dirección

aproximada

Oeste

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo claro.

Punto 007

N22º 39,973'

W83º 58,737'

Altitud:

30 pies

SM – 6

Tomada a 145

metros de la

barrera

contención en

dirección

Oeste

aproximada

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

amarillento

rojizo.

Punto 008

N22º 39,971'

W83º 58,762'

Altitud:

27 pies

SM – 7

Tomada a 225

metros de la

barrera de

contención en

dirección

Oeste

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo claro

A 3 metros

más adelante

en la misma

dirección,

comienza el

manglar con

vegetación

Punto 009

N22º 39,972'

W83º 58,788'

Altitud

23 pies

SM – 8

Tomada a 241

metros de la

barrera de

contención en

dirección

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo claro

Manglar

vegetado, a

orillas de un

canal con agua.

Se toma

Punto 010

N22º 39,972'

W83º 58,797'

Altitud

34 pies

106

aproximada

Oeste

muestra de

agua SM-8

AGUA

SM – 9

Desde

el punto GPS

correspondient

e al punto 010,

muestra SM-8,

a135 metros

en dirección

aproximada N,

sub-paralelo al

manglar

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo

A pocos metros

del manglar

vegetado

Punto 011

N22º 40,039'

W83º 58,758'

Altitud

29 pies

SM - 10

Desde el punto

GPS,

correspondient

e al punto 010,

muestra SM8,

a 185 metros

en dirección

aproximada N,

sub-paralelo al

manglar

Sedimento

Sedimento

arenoso color

castaño

rojizo en

superficie,

por debajo de

10 cm

amarillo-

arcilloso

intercalado

con arcillas

A pocos metros

del manglar

vegetado

No se pudo

tomar posición

con GPS por

batería con baja

carga

SM – 11

A 25 metros al

NW del

vértice (Punto

012), aprox. N,

de la pileta de

contención con

inicio en punto

GPS Punto

Sedimento

Sedimento

castaño

amarillento

en superficie,

a 20 cm

castaño

oscuro

Punto 012

N22º 40,057'

W83º 58,684'

Altitud

28 pies

107

003.

SM – 12

A 5 metros al

NW del

vértice de la

barrera de

contención,

GPS TRACK

013.

Sedimento

Sedimento

castaño

rojizo

amarillento

Punto 013

N22º 40,056'

W83º 58,525'

Altitud 24

24 pies

SM - 13

Depósito

artificial de

cenizas de

mineral

tostado de

mina Santa

Lucía

Costra

cristalina

de 5 mm

de espesor

Agregados

de cristales

celeste-

verdosos

(melanterita?

)

Distribuidos

irregularmente

en el contacto

entre las cenizas

y el agua en el

área de

contención

Punto 015

N22º 40,056'

W83º 58,505'

Altitud

23 pies

SM - 14

Depósito

artificial de

cenizas de

mineral

tostado de

mina Santa

Lucía

Sedimento

Arcillas

amarillentas

Distribuidos

regularmente en

el contacto entre

las cenizas y el

agua en el área

de contención

Punto 016

N22º 40,064'

W83º 58,505'

Altitud

23 pies

SM - 15

Depósito

artificial de

cenizas de

mineral

tostado de

mina Santa

Lucía

Mineral

tostado

Roca color

castaño

oscuro a

negro con

escasas

pátinas

blanquecinas

a celeste

verdosas de

Conforman

cerca de las 3/4

partes del área

que ocupa la

pileta de

contención con

una altura

comprendida

entre 2 y 4

N22º 40,056'

W83º 58,505'

N22º 40,064'

W83º 58,505

Altitud

23 pies

108

distribución

irregular

metros.

SM - 16

Depósito

artificial de

cenizas de

mineral

tostado de

mina Santa

Lucía

Alteración

superficial,

costras

Costras de 2

a5 mm de

espesor de

coloración

verde

grisácea

Distribución

heterogénea e

irregular y de

poco desarrollo

areal.

N22º 40,056'

W83º 58,505'

N22º 40,064'

W83º 58,505

Altitud

23 pies

SM - 17

Frente a Planta

Sulfometales,

vértice entrada

canal marino,

a 700 metros

al E de la

pileta de

contención

Sedimentos

y arena

Gravas y

arena con

poca arcilla ,

vegetación

de costa

Toda la orilla

del canal

N22º 40,088'

w83º 58,349'

Altitud

97 pies

109

Anexo 2. Identificación cualitativa de fases mineralógicas en muestras de los depósitos de

cenizas de Sulfometales por técnicas termoanalíticas combinadas (CDB-TG-DTG)

Muestra Número

depósito

cenizas

Temperaturas de los efectos térmicos en los termogramas (CDB) e

identificación del proceso energético asociado

DC-1 1

T1= 105.10C(endotérmico, humedad natural de la muestra); T2= 272.30C

(endotérmico, pérdida de agua de hidratación goslarita, ZnSO4.7 H2O); T3=

396.00C (endotérmico, pérdida de agua estructural jarosita); T4 = 524.00 C

(endotérmico), pérdida de agua estructural lovigita; K Al3(SO4)2.1, 5 H2O)

T5 = 572.00C (endotérmico, transformación estructural α- cuarzo); T6 =

664.50C (endotérmico, pérdida de SO2 de jarosita); T7 = 841.60C (endotérmico,

evolución del SO2 gaseoso de la lovigita). Se observa además la elevación de la

línea base del termograma CDB por presencia de la espinela magnetita-

maghemita)

DC-2 2

T1= 102.50CT2= 120.40C y T3 = 155.30 C (endotérmicos, pérdidas de humedad

y agua de hidratación del yeso); T4 = 318.70C (endotérmico, pérdida de agua

estructural de la plumbojarosita); T5 = 352.30C (endotérmico, pérdida de agua

estructural de la jarosita); T6= 475.80C (endotérmico, pérdida de agua

estructural alunita, KAl3 (SO4)2 (OH)6); T7 = 525.50C (endotérmico, pérdida de

agua estructural alunita, KAl3 (SO4)21,5 H2O, lovigita); T8= 965.70C

(endotérmico, evolución del SO2 gaseoso). Se observa además la elevación de

la línea base del termograma CDB por presencia de la espinela magnetita-

maghemita)

DC-3 3

T1 =167.0 y T2 185.60C(endotérmicos, pérdida de 2 moles de agua de

hidratación del yeso); T3=263.60C (endotérmico, salida del agua estructural de

la goethita); T4 =399.00C (endotérmico, pérdida de agua estructural de la

jarosita); T5=529.00C(endotérmico, pérdida de agua estructural alunita, KAl3

(SO4)21,5 H2O, lovigita)

DC-4 4

T1 =91.70C (endotérmico, humedad natural de la muestra); T2= 252.50C

(endotérmico, pérdida de agua de hidratación goslarita, ZnSO4.7 H2O); T3 =

412.90C (endotérmico, pérdida de agua estructural jarosita); T4 = 571.40C

(endotérmico, transformación estructural α- cuarzo); T5 = 662.40C

110

(endotérmico, pérdida de SO2 de jarosita); T5= 927.70C(endotérmico,

evolución del SO2 gaseoso). Se observa además la elevación de la línea base

del termograma CDB por presencia de la espinela magnetita-maghemita)

DC- 5

5

T1= 95.70C (endotérmico, humedad natural de la muestra); T2= 297.40C

(endotérmico, pérdida de agua estructural de la plumbojarosita); T3 = 348.40C

(endotérmico, pérdida de agua estructural jarosita); T4 =473.60C(endotérmico,

pérdida de agua estructural alunita K Al3(SO4)2 (OH)6); T5= 926.70C

(endotérmico, evolución del SO2 gaseoso de hidroxisulfatos). Se observa

además la elevación de la línea base del termograma CDB por presencia de la

espinela magnetita-maghemita)

INFLUENCIA DEL PASIVO MINERO SULFOMETALES...

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