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INTRODUCCIÓN
La minería es una actividad esencial que provee de minerales y metales a una amplia variedad de industrias y actividades, además de ser imprescindible para la fabricación de numerosos dispositivos tecnológicos que facilitan el estilo de vida de las sociedades modernas (Herrmann y Zappettini 2014). El incremento exponencial que ha demostrado el consumo de metales en el mundo durante el último siglo ha promovido, por un lado, la reducción de las leyes (contenido metálico) de los yacimientos primarios que se explotan, y por el otro, el incremento de los volúmenes de desechos mineros que se generan (Kossoff et al. 2014). Anualmente, millones de toneladas de menas se procesan para producir metales, de las cuales más del 95% son dispuestas en forma de desechos (Falagán, Grail & Johnson 2017). La acumulación de desechos mineros supone riesgos de contaminación ambiental, a partir de la generación de drenajes ácidos, infiltraciones de soluciones hacia el suelo y aguas naturales, transporte eólico de material particulado, entre otros (Tayebi-Khorami et al. 2019; Agboola et al. 2020).
Desechos mineros
Los principales desechos mineros sólidos son las escombreras (sitios donde se disponen los fragmentos de rocas que se extraen durante la explotación del mineral de interés) y los relaves (presas donde se dispone material constituido por mezclas de minerales molidos y en ocasiones soluciones de procesos, que conforman residuos luego de la extracción económica del metal desde su mena). Desde el punto de vista ambiental, los relaves son considerados más peligrosos; dado que, se caracterizan por contener metales, metaloides y reactivos químicos, los cuales podrían dispersarse por medios eólicos y procesos hídricos hacia sistemas terrestres y acuáticos; y provocar severos daños ambientales (Anawar 2015). La presencia de minerales sulfurados, como pirita, podría dar origen a la generación de drenajes ácidos de mina (DAM). Los DAM son considerados como uno de los mayores problemas que tiene la actividad minera y es por ello que para prevenir su generación siempre es recomendable tomar las previsiones necesarias en la disposición y almacenamiento de minerales de desecho.
El futuro de los desechos mineros
En los últimos años la conversión de desechos en productos de valor económico ha recibido gran importancia, dado que podría contribuir a conseguir una minería sostenible en términos ambientales, sociales y económicos (Gorman & Dzombak 2018; Singh, Sukla & Goyal 2020). La presencia de un elemento valioso en concentraciones similares o mayores a los que se explotan hoy en día, y un alto precio de mercado de dicho elemento, son factores que podrían facilitar que este tipo de desechos sea utilizado como materia prima de los procesos de metalurgia extractiva para la obtención de metales (Tripodi et al. 2019). Muchos de los trabajos de investigación focalizados en la reutilización de estos desechos se han centrado en la recuperación de metales (Li et al. 2018; Tunsu et al. 2019) y en la incorporación, como materia prima, para la fabricación de hormigones (Pyo et al. 2018). En cualquier caso, lo primero que se requiere para evaluar alternativas de reutilización, es conocer las características físicas y químicas de estos desechos.
Sitio de estudio
El distrito minero Andacollo se ubica en el Departamento Minas, al noroeste de la provincia del Neuquén, Argentina. Este distrito alberga depósitos hidrotermales de oro, plata y polimetálicos de plomo, zinc y cobre, principalmente en forma de vetas, con desarrollo de brechas y stockworks así como también oro diseminado de baja ley en los pórfidos cuarcíferos (Rovere et al. 2004). Si bien son diversos los recursos minerales del lugar, la producción de oro y plata es la principal actividad extractiva metalífera.
A partir del año 1998, CORMINE SEP, se hizo cargo de la explotación sistemática de Andacollo. Inicialmente, el laboreo se focalizó en las vetas Julia y Sofía, estratos ricos en sulfuros (hasta 30% del volumen total de roca) cuyos minerales identificados en orden de abundancia fueron: pirita, marcasita, esfalerita, galena, pirrotina, calcopirita, arsenopirita, oro nativo, argentita, molibdenita, bornita, covellina, digenita y como minerales de ganga: cuarzo, calcita, sericita, clorita, dolomita, ankerita, epidoto, trazas de rutilo, titanita, albita y alúmino-fosfatos de elementos de tierras raras (Pons, Mendieberri y Arce 2019).
El procesamiento de estos minerales permitió obtener un concentrado de oro y relaves que fueron dispuestos directamente sobre el suelo, en depresiones naturales limitadas por tres taludes. Este recinto (dique) no presenta estructura de confinamiento y ocupa un área aproximada de 1,41 ha.
El presente trabajo se ocupó de determinar las características físicas, químicas y mineralógicas que tienen los relaves almacenados en el dique antiguo de Andacollo. La información obtenida intenta contribuir a vislumbrar opciones para la reutilización de estos desechos mineros.
MATERIALES Y MÉTODOS
El muestreo se realizó sobre tres taludes (TA, TB y TC) que conforman los relaves antiguos. Inicialmente se definió una malla sobre cada talud y se seleccionaron puntos aleatorios en cada uno de ellos para realizar el muestreo. En total se tomaron muestras de 15 puntos, a razón de cinco muestras por talud. En cada punto se extrajeron, desde la superficie hasta unos 30 cm de profundidad y utilizando herramientas manuales, aproximadamente 2 kg de muestra. El material obtenido, fue colocado en bolsas de plástico rotuladas, sin agregar aditivos para su conservación.
En el laboratorio, las muestras fueron homogeneizadas mediante cuarteo, y secadas a temperatura ambiente. Posteriormente, se formaron tres compósitos a partir de las muestras individuales, a fin de obtener una muestra representativa por cada talud. Las muestras compuestas fueron tamizadas a un tamaño de partícula inferior a 74 µm utilizando un tamiz malla Nº 200 ASTM. Se realizaron los estudios que se describen a continuación:
Determinación de pH y Eh en pasta saturada. Una muestra de 10 g se vertió en un vaso de precipitados de 100 ml, luego se añadió agua destilada hasta conseguir una pasta saturada; se selló el vaso y se agitó 30 min. Finalmente, se registró el pH y la conductividad eléctrica utilizando un medidor de pH marca Orion 420-A equipado con electrodos adecuados.
Determinación de densidad real, densidad aparente y porosidad, de acuerdo con el protocolo de Richards & Cockroft (1974).
Análisis por difracción de rayos X (DRX). Una muestra de mineral molido (<74 (m) se utilizó para la caracterización que se llevó a cabo en un equipo Rigaku modelo DII-Max, CuK( filtro de Ni. Para obtener los difractogramas, las muestras fueron corridas desde 10 hasta 70 2(, modo por pasos.
Análisis químico por espectroscopia de emisión atómica (ICP-MS). La muestra fue sometida inicialmente a un ataque con agua regia; los metales disueltos fueron determinados en el laboratorio privado Alex Stewart de la ciudad de Mendoza, Argentina.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Durante el muestreo, los taludes presentaron una capa superior de aspecto compacto y duro (duripán), de coloración grisácea y amarillenta, cuyos espesores variaron entre 10 cm y 30 cm. Este material actúa como una cubierta que aísla los residuos y los protege del avance rápido de la oxidación (Kirschbaum et al. 2012). En los taludes no se evidenció agua acumulada, posiblemente porque el muestreo fue realizado en verano, estación caracterizada por las bajas o nulas precipitaciones en esta región, y por la pendiente dominante que favorece el escurrimiento superficial y subsuperficial hacia las zonas más bajas de los taludes.
Los valores de pH en pasta resultaron ser levemente mayores a 7, indicando una baja probabilidad de generación inmediata de drenajes ácidos. Los valores de Eh fueron del orden de los 200 mV, los cuales denotan presencia de oxígeno, pero no revelan alta oxidación en las especies presentes en solución.
Los valores de densidad aparente variaron de 1,3 g.cm-3 a 1,5 g.cm-3. Este parámetro depende fundamentalmente de las densidades de las partículas del suelo (arena, arcilla, limo y materia orgánica) y del tipo de empaquetamiento que este presenta; suele utilizarse como indicador de la compactación y de las restricciones al crecimiento de raíces; los valores usuales se encuentran entre 1,0 g.cm-3 y 1,7 g.cm-3. Los suelos compactados, en general, tienen densidades aparentes altas que restringen el crecimiento de las raíces e inhiben el movimiento del aire y el agua a través del suelo (Arshad, Lowery & Grossman 1997). Asimismo, en todas las muestras pudo constatarse porcentajes de porosidad mayores al 50%, valores que admiten la percolación del agua pluvial en los taludes. En consecuencia, estos tecnosuelos presentan condiciones apropiadas que permitirían el normal desarrollo de raíces de plantas nativas.
Las fases cristalinas identificadas por DRX fueron: cuarzo (Cz), feldespatos alcalinos y plagioclasas (Fd), calcita (Ca), yeso (Ye), galena (Ga), pirita (Py), sulfato de hierro (Su), además de minerales arcillosos como esmectita (Sm), illita (I) y caolinita (Cao) asociados a mica (Figura 1). En general se observó una composición similar entre las muestras compósito, y la intensidad de los picos mostró una mayor proporción de algún componente en particular, siendo en todos los casos el contendido de Cz (cuarzo) el de mayor abundancia.
La muestra correspondiente al talud TA presentó una mayor cantidad de pirita. La exposición de pirita a condiciones atmosféricas genera drenajes ácidos; estos drenajes se caracterizan por tener bajos valores de pH y al entrar en contacto con otros minerales sulfurados, óxidos, silicatos y carbonatos pueden liberar y disolver metales como el Cu, Zn, Pb, Ni, Cd, Co, Hg, Al, Mn y U, además de metaloides como el As, Sb, Se (Jamieson, Walker & Parsons 2015). La presencia de sulfato de hierro, asociada a minerales secundarios, sugiere que podría haber ocurrido la oxidación de pirita y/o movilización del hierro desde algún mineral primario. El hallazgo de calcita en los relaves demuestra que existen minerales con capacidad de neutralizar la eventual ocurrencia de drenajes ácidos. También, la disolución de otros minerales, como los silicatos primarios y aluminosilicatos (cuarzo y feldespatos), podrían favorecer la neutralización de las aguas ácidas, aunque generalmente su aporte está limitado por las bajas velocidades de reacción (Jamieson, Walker & Parsons 2015).
Figura 1 Difractogramas correspondientes a las muestras compósito de los taludes TA, TB y TC de los relaves antiguos de Andacollo.
La Tabla 1 muestra los resultados del análisis químico elemental realizado mediante ICP-MS. Los datos informados corresponden a valores promedios obtenidos para los tres taludes (TA, TB y TC). En la tabla se han incorporado valores de referencia para diversos metales y su permisibilidad en base al uso del suelo, establecidos en la Ley Nacional Nº 24.051 de residuos peligrosos y su decreto reglamentario 831/98.
Tabla 1 Concentraciones promedio de elementos químicos peligrosos en muestras de taludes del antiguo relave de Andacollo y valores permisibles de referencia para metales y metaloides en base al uso del suelo, según legislación nacional
Al analizar los resultados se observa que la mayoría de los elementos (Ba, Co, Cu, Cr, Mo, Ni y V) tiene una concentración inferior a los valores permisibles para los diferentes usos del suelo. Otros elementos (Cd, Zn, Ag y Pb) presentan concentraciones superiores o inferiores a los valores de referencia, para algún uso específico del suelo.
Vale destacar que la concentración de As en las muestras excedió los valores permisibles en los tres taludes y para los usos analizados. La concentración promedio de este elemento, estimada en 15 muestras del relave, fue de 93 mg.kg-1. Este valor es cuatro veces superior a las concentraciones permisibles para suelos de uso agrícola, tres veces mayor para uso residencial y más del doble para uso industrial, de acuerdo con la legislación vigente antes mencionada.
Muchos países, incluido Argentina, carecen de legislación específica en cuanto a los valores permisibles de contaminantes en suelos y sedimentos (Vareda, Valente & Durães 2019). Por ello, en ocasiones es útil recurrir a herramientas que permitan determinar la calidad de suelos desde otra perspectiva. Müller (1986) propuso el índice de geoacumulación para evaluar la movilidad de elementos traza en suelos y sedimentos. Este índice ha sido aplicado en diferentes estudios (Bergues-Garrido 2011; Sulaiman, Salawu & Barambu 2019) de sitios mineros.
El índice de geoacumulación (Igeo) se define como (1):
(1)
Donde:
Cn: concentración del metal en la muestra de suelo.
Bn: concentración de fondo del elemento o valor de referencia geoquímico.
Factor 1,5: se introduce para minimizar el efecto de posibles variaciones en el valor de fondo del suelo.
En función del valor de Igeo la contaminación del suelo se clasifica de la siguiente manera: Igeo<0 corresponde a suelo no contaminado; 0≤Igeo<1 de no contaminado a poco contaminado; 1≤Igeo<2 medianamente contaminado; 2≤Igeo<3 entre medianamente y fuertemente contaminado; 3≤Igeo<4 fuertemente contaminado; 4≤Igeo<5 muy fuertemente contaminado; Igeo>5 extraordinariamente contaminado. (Bergues-Garrido 2011).
En este estudio se aplicó el índice de geocontaminación para evaluar el comportamiento del As al revelarse para este elemento, en los tres taludes, concentraciones superiores a los valores de referencia estipulados para diferentes usos. El valor de concentración de fondo que se tomó para efectuar el cálculo fue 4,7 mg.kg-1, que es la concentración promedio mundial de As en suelo (Huang et al. 2009).
Los valores de Igeo obtenidos fueron: 3,23; 4,01 y 3,83 para los taludes TA, TB y TC, respectivamente. De acuerdo con la clasificación propuesta por Müller, estos suelos presentan un fuerte grado de contaminación por As. En general, los valores de Igeo reportados en la literatura consultada presentan una importante dispersión para el As; un ejemplo es la mina de antimonio más grande del mundo, ubicada en China, que registró para este elemento valores de Igeo entre 1,07 y 7,03 (Long et al. 2018). El hallazgo de valores acotados de Igeo para el As en los relaves de Andacollo resulta beneficioso para plantear estrategias de remoción que permitan eliminar este contaminante utilizando un esquema de tratamiento relativamente sencillo.
En principio, los metales contenidos en las muestras analizadas del relave antiguo no presentan concentraciones suficientes para proponer la recuperación económica de los mismos. No obstante, esta posibilidad podría quedar supeditada a las condiciones de mercado venideras con respecto a los elementos presentes, como también a estudios futuros más detallados que permitan incrementar la información y el conocimiento que se tiene hasta el momento de estos residuos.
CONCLUSIONES
Las características físicas y químicas de las muestras de los taludes en los antiguos relaves de Andacollo indican baja probabilidad de generación de drenajes ácidos (pH pasta ligeramente superior a 7 y Eh cercano a 200 mV). No obstante, el hallazgo de pirita a través de DRX, hace recomendable que se realicen ensayos específicos de movilidad de metales para determinar si estos desechos constituyen fuentes potenciales de contaminación ambiental.
No existen en los antiguos relaves de Andacollo cantidades significativas de minerales metalíferos que justifiquen su recuperación con fines económicos.
Los valores de densidad aparente y porosidad señalan que es propicio el crecimiento normal de raíces de plantas y que el agua pluvial puede percolar a través de las partículas presentes en los taludes de estos depósitos; estos resultados son favorables para desarrollar a futuro un plan de restauración de estos pasivos ambientales mineros.
El hallazgo en estos tecnosuelos de contenidos de As en concentraciones superiores a los límites normados por la legislación argentina (Decreto 831/98), para cualquier tipo de reutilización (agrícola, residencial o industrial), indica que cualquier proyecto con alguno de estos propósitos deberá contemplar un proceso previo de remoción para disminuir el contenido del metaloide hasta valores permisibles.
