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XV SEMANA

VI CONGRESSO IBRICO

Definicin de un modelo geoambiental de los yacimientos epitermales del SE de la Pennsula Ibrica

Determination of a geoenvironmental model of the epithermal deposits of SE Iberian Peninsula

Navarro, A.

1,2; Domnech, L.M.

1,2

1 Universidad Politcnica de Catalua (UPC), ETSEIAT, Coln 7-11, 08222-Terrassa (Barcelona)

2 Grupo de Geologa Econmica, Ambiental e Hidrologa, UPC-UB

Abstract

Geoenvironmental models are defined as a compilation of geological, geochemical, geophysical, hydrological and engineering data related to the environmental effects intimately associated with mineral deposits of the same typology.

These effects should be related to the prior mining situation and to the environmental impacts caused by the mining activities, the ore processing and the ore smelting.

Epithermal deposits (high, low and intermediate sulphidation) of SE Iberian Peninsula (mainly at Sierra Almagrera

and Rodalquilar) show high amounts of Ag, As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V and Zn in the mining wastes, soils and sediments. The environmental results have been the contamination of soils and sediments around the mine waste accumulations and the mobilization of As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, V and Zn to the saturated zone, causing

groundwater contamination in pH conditions near the neutrality, because the presence of carbonates. Under semiarid climate conditions, the mobility of contaminants is due to dissolution of secondary mineral phases of low solubility (jarosite, natrojarosite, alunite) and, mainly, to the presence of efflorescent salts which dissolve in wet periods.

The uncontrolled slag dumps from the old mining district of Sierra Almagrera led to the contamination of soils and groundwaters. Geochemical and mineralogical analyses show that smelting slags and soils in the vicinity of Sierra Almagrera contain high contents of Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb, Sb and Zn, except Ag and Sb which present low amounts in

the soil. In the groundwater below the slag deposits, high amounts of Fe, Pb and Zn were detected. Hence, the source of Pb could be related to the dissolution of anglesite and cotunnite, whereas Fe might be related to the dissolution of jarosite and other Fe-sulfates and oxides resulting from the oxidation of pyrrhotite and Fe-Pb-Zn alloys existing in the

slags. The available data shows the possibility of heavy metal and metalloid mobilization, conditioned by precipitation-

dissolution phenomena of secondary phases, thus suggesting the need of mine waste deposits control and of aquifer

remediation presently contaminated by means of passive and low-cost technologies.

Keywords: geoenvironmental model, heavy metals, soil and groundwater contamination.

Resumen

Se definen los modelos geoambientales de depsitos minerales como el conjunto de datos geolgicos, geofsicos, hidrolgicos e ingenieriles relacionados con los efectos ambientales de determinados yacimientos minerales, geolgicamente similares. Dichos efectos o impactos estaran relacionados con la situacin anterior a la realizacin de

actividades mineras, y con los que se derivan de dichas actividades, as como del procesamiento de los minerales y de la metalurgia (fundicin).

En el caso de los yacimientos epitermales (de alta, baja y sulfuracin intermedia) como los existentes en el SE

peninsular (Sierra Almagrera y Rodalquilar, fundamentalmente), se detectan elevadas concentraciones en los residuos mineros, suelos y sedimentos, de elementos como: Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V y Zn. El resultado, desde un punto de vista ambiental, ha sido la contaminacin de los suelos y sedimentos en el entorno de los depsitos

de residuos y la movilizacin del As, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, V y Zn hacia la zona saturada, dando lugar a problemas de contaminacin de las aguas subterrneas, en unas condiciones de pH prximas a la neutralidad a causa de la presencia de carbonatos. La existencia de un clima semirido condiciona la movilidad de los contaminantes,

producindose sta por la disolucin de fases minerales secundarias poco solubles (jarosita, natrojarosita, alunita) y sobre todo por la existencia de sales eflorescentes bastante solubles (calcantita, melanterita, goslarita, langita) que se disuelven en periodos hmedos.

En relacin con el efecto de las escorias de fundicin, los datos procedentes de Sierra Almagrera indican cantidades significativas de Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb, Sb y Zn en los residuos, que tambin han afectado a los suelos, salvo en el caso de la plata y el antimonio que presentan concentraciones relativamente pequeas. En las aguas

subterrneas existentes bajo los depsitos de escorias se han detectado altas concentraciones de Fe, Pb y Zn, estimndose que la disolucin de anglesita, y cotunnita sean la fuente de Pb en el agua subterrnea, pudiendo provenir el Fe de las jarositas y otros sulfatos de Fe y de la oxidacin de la aleaciones de Fe-Pb-Zn y pirrotina

presentes en las escorias. Todo ello indica la posibilidad de movilizacin de diferentes metales pesados y metaloides, muy condicionada por

los fenmenos de precipitacin-disolucin de fases secundarias y por tanto, la necesidad de controlar los depsitos de

todo tipo de residuos y de remediar los acuferos ya contaminados mediante tecnologas pasivas y de bajo coste econmico.

Palabras clave: modelo geoambiental, metales pesados, contaminacin de suelos y aguas subterrneas

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Introduccin

Se definen los modelos geoambientales de depsitos minerales como el conjunto de datos geolgicos, geofsicos, hidrolgicos e ingenieriles relacionados con los efectos ambientales de determinados yacimientos minerales, geolgicamente similares. Dichos efectos, o impactos, estaran relacionados con la situacin anterior a la realizacin de actividades mineras, y con los que se derivan de dichas actividades, as como del procesamiento de los minerales y de la metalurgia (fundicin).

Uno de los objetivos fundamentales de la definicin de los modelos geoambientales est en establecer relaciones entre los condicionantes geolgicos de un yacimiento, las condiciones climticas y ambientales, su historia minera y el comportamiento de los posibles contaminantes. Todo ello puede permitir conocer el tipo de contaminantes asociados a un tipo de yacimientos, el grado de afeccin producido en el entorno, los mecanismos de movilidad de los diversos contaminantes y fruto de todo ello, puede ayudar al establecimiento de las posibles medidas de control y/o eliminacin de la contaminacin.

Para el caso de yacimientos epitermales se ha establecido con detalle el modelo asociado a los yacimientos de Hg de tipo hot spring y silica-carbonate y, de forma preliminar, el de los yacimientos epitermales de Au-Ag de alta y baja sulfuracin.

En el caso de los yacimientos epitermales (epitermales de alta, baja y sulfuracin intermedia) como los existentes en el SE Peninsular, se detectan con frecuencia en los residuos mineros, suelos y aguas, elementos como: Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V y Zn, sin que exista hasta la fecha un modelo de carcter geoambiental. Dichos yacimientos se ubican, fundamentalmente, entre las zonas mineras de Sierra Almagrera y Rodalquilar, ambas pertenecientes al arco metalognico Cartagena-Cabo de Gata (Fig. 1). Tambin es preciso destacar la existencia de yacimientos de sulfuracin intermedia en el rea de Mazarrn (San Cristbal, Los Perules, Pedreras Viejas, etc.) y la Sierra de Cartagena (Cabezo Rajado, etc.) que constituyen el extremo Norte del arco antes mencionado, pero que no sern objeto de estudio en la presente comunicacin. En cualquier caso, parece de gran inters evaluar la potencial incidencia de estos focos potenciales de contaminacin y establecer un modelo geoambiental epitermal de carcter global, ms an cuando se trata de zonas prximas a ncleos habitados, reas agrcolas que emplean el agua subterrnea y zonas de gran desarrollo urbanstico que tambin est utilizando las aguas subterrneas y/o se ubican junto a depsitos de residuos.

Fig. 1 Mineralizaciones de la zona Cartagena-Cabo de Gata.

Materiales

Para caracterizar estas antiguas zonas mineras se han llevado a cabo distintas campaas de muestreo realizadas entre 1996 y 2006. En los residuos mineros, suelos y sedimentos, tras su cuarteado, secado y molienda, se determinaron mediante activacin neutrnica (INAA) los siguientes elementos: Au, Ag, As, Ba, Br, Ca, Co, Cr, Cs, Fe, Hf, Hg, Ir, Mo, Na, Ni, Rb, Sb, Sc, Se, Sn, Sr, Ta, Th, U, W, Zn, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu. Mediante digestin cida y posterior espectrometra de emisin atmica con plasma acoplado por induccin (ICP-AES), se determinaron: Ag, Cd, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn, Al, Be, Bi, Ca, K, Mg, P, Sr, Ti, V, Y y S.

En las aguas subterrneas se tomaron dos muestras, en la primera y despus de acidificarla a pH=2, se determinaron mediante ICP-AES e ICP-MS: K, Ca, Mg, Fe, Ba, Li, Sr, Ni, Cr, Na, P, S, Si, Al, Pb, Zn, Ti, Sn, V, U, Cu, Mn, Cd, Mo, Co, Be, Au, Bi, Ag, Ga, Ge, Y, Zr, Ru, Pd, In, Te, Cs, Pt, Sb, Hg, As y Se . En algunos casos y a partir de una segunda muestra, no acidificada, se analizaron mediante cromatografa inica los aniones fundamentales.

Para estudiar la posible movilizacin de los contaminantes desde los residuos mineros se han realizado diversas experiencias de lixiviacin en columna. Los fluidos procedentes de las distintas lixiviaciones se han analizado mediante ICP-MS, con el fin de determinar los siguientes elementos: Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, I, Cs, Ba, Hg, Pb, as como los aniones mayoritarios mediante las tcnicas habituales.

Rodalquilar (alta sulfuracin)

En el caso de yacimientos epitermales de Au-Ag-Cu de alta sulfuracin, como el explotado en Rodalquilar de forma mayoritaria (Cerro Cinto), la mineralizacin se caracteriza por la asociacin geoqumica Au-Ag-Cu-As-Bi-Te-Sn,

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elementos que pueden movilizarse hacia los suelos, sedimentos, aguas superficiales y aguas subterrneas. Los drenajes de explotaciones aurferas de estas caractersticas suelen presentar valores de pH que oscilan entre 2,0 y 8,9, concentraciones de Fe entre 0,01 y 50000 mg/L, de Al entre 0.001 y 5000 mg/L, concentraciones de sulfatos de 0,8 a 100000 mg/L y cantidades significativas de Al, Cu, Zn, Co, Ni, Cd y As. En casos similares, la migracin de contaminantes como As, Cu, Zn, Pb y Cd est controlada por la existencia de fases secundarias, que para el caso del As pueden ser sulfo-arseniatos de hierro ms o menos amorfos, o la asociacin del metaloide con jarosita-beudantita, schwertmanita u oxi-hidrxidos de Fe (Blowes et al., 2003; Jambor et al., 2000).

En Rodalquilar, el tratamiento del mineral mediante cianuracin durante el periodo 1943-1966 (Empresa Nacional Adaro), produjo la mayor parte de la actual masa de tailings y que supone un volumen de ms de 3.000.000 de metros cbicos de residuos. Los resultados obtenidos a partir del anlisis de las muestras de los residuos mineros (tailings), suelos y sedimentos fluviales del Valle de Rodalquilar, indican una importante contaminacin debida a la presencia de metales y metaloides. Las concentraciones de As, Cu, Pb y Sb superan los valores de intervencin para suelos de normativas conocidas, presentndose tambin valores elevados de Ag, Bi, Se, V y Zn, as como de Hg de forma puntual.

Sierra Almagrera (sulfuracin intermedia)

En el caso de Sierra Almagrera nos encontramos con un conjunto de yacimientos filonianos de carcter epitermal, y posiblemente de sulfuracin intermedia, caracterizados por la existencia de cuerpos mineralizados ciegos y que no afloran en superficie y constituidos, mayoritariamente, por galena, esfalerita, sulfosales de Pb, calcoprita, pirita y con barita y siderita como minerales dominantes en la ganga (Collado, 2002; Navarro et al., 1998).

La contaminacin en los suelos y sedimentos, fundamentalmente debida al vertido incontrolado de residuos procedentes de la flotacin, se caracteriza por la presencia de cantidades elevadas de Ag, As, Ba, Cu, Fe, Pb, Sb y Zn, y que superan los valores mximos establecidos en algunas legislaciones como la holandesa, y tambin los valores medios del suelo no contaminado, en esta zona (Navarro et al., 2004).

Por otro lado, en las aguas subterrneas nicamente se detectan cantidades apreciables de metales y metaloides en las aguas de drenaje minero (pozo Encarnacin), mientras que en el acufero aluvial y deltaico slo aparecen niveles apreciables de Fe y Sr, y valores muy bajos de Ba, Cu, Pb y Zn, no detectndose Ag, As y Sb.

En el caso de Sierra Almagrera tambin se generaron grandes cantidades de escorias de fundicin que estn mayoritariamente situadas en la zona costera de la sierra. La produccin de residuos del conjunto de fundiciones no se conoce con precisin, aunque es posible realizar una cierta estimacin a partir de los datos existentes de produccin de plata y plomo de los establecimientos de esta regin y que puede haber originado del orden de 2 Mt de escorias.

Las caractersticas geoqumicas de las escorias de fundicin muestran cantidades significativas de Ag, As, Ba, Cu, Pb, Sb y Zn, que tambin han afectado a los suelos, salvo en el caso de la plata y el antimonio que presentan concentraciones relativamente pequeas. Por otro lado, se ha determinado mediante difraccin de rayos X (DRX) la composicin mineralgica de las escorias, destacando las siguientes fases slidas: galena, natrojarosita, celestina, jarosita, flogopita, hidroniojarosita, parabutlerita, magnetita, cotunnita, glaucodota, itoita, anglesita, lepidolita, moscovita, estroncianita y metales en forma elemental (Ag, Fe y Pb). La presencia de diferentes sulfatos, ms o menos solubles, sugiere la posible movilizacin de contaminantes como el Fe y Pb hacia las aguas subterrneas, en las que se detectan altas concentraciones de dichos elementos.

Valle del Azogue ( baja sulfuracin)

La mineralizacin consiste en una brecha compuesta de estibnita, cinabrio, rejalgar, oropimente, esfalerita, siderita, calcopirita, pirita, cuarzo, calcita y barita, emplazada en rocas metamrficas permo-trisicas y mrmoles de los complejos Nevado-Filbride y Alpujrride. Las labores mineras se desarrollaron en cortas a cielo abierto (open pit) en una zona alargada de dimensiones aproximadas de 1 kilmetro de largo y unos 400 metros de ancho. El mtodo de procesamiento de la mena era el de tostacin en horno, aprovechndose un material con un contenido medio en mercurio del orden del 1.3% (Navarro et al., 2006).

De acuerdo con el estudio de las alteraciones (cuarzo-sericita, arglica y hemattica) y la temperaturas proporcionadas por las inclusiones fluidas (170-253 C), se tratara de un yacimiento epitermal de baja sulfuracin, y con una geoqumica similar a los sistemas de tipo hot spring en cuanto a su contenido en algunos elementos traza. Los anlisis geoqumicos de los residuos y suelos indican concentraciones muy altas de Hg, As, Au, Ag, Pb, Zn y Ba. La determinacin de las especies de Hg se realiz por medio de rayos x, en SERNAGEOMIN (Chile), y por anlisis de solid-phase-Hg-thermo-desorption(SPTD), en la Universidad de Heidelberg (Alemania). Los datos de los residuos (calcinados y escombreras) y suelos proporcionan valores muy elevados de As, Ba, Hg, Pb, Sb y Zn, y valores significativamente altos de Au, Ag, Cd, Cr y V. En relacin con las normas de calidad de

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suelos se superaran los niveles de intervencin para As, Ba, Cd, Cr, Hg, Pb, Sb y Zn, destacando los altsimos niveles detectados de Hg y Sb.

Conclusiones

La explotacin de los yacimientos epitermales del SE Peninsular (Sierra Almagrera y Rodalquilar, principalmente) ha provocado la aparicin de contenidos anmalos de metales pesados y metaloides en suelos, sedimentos y aguas subterrneas (Ag, As, Ba, Cd, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Se, Sb, V y Zn), y un cierto grado de contaminacin en el entorno de los depsitos de residuos y de las labores mineras ms importantes.

En todos los casos la movilidad de los contaminantes parece condicionada por la existencia de un clima semi-rido, con escasas precipitaciones anuales (200-300 mm/ao) y, a veces, localizadas en periodos de tiempo muy cortos. Ello ha provocado una escasa produccin de aguas cidas de mina (AMD) y la movilizacin de los contaminantes en pocas lluviosas y sobre todo por la disolucin de las fases minerales secundarias ms solubles (sales eflorescentes).

El posible modelo geoambiental preliminar que explicara las implicaciones ambientales ms importantes de este tipo de yacimientos contemplara, adems de los aspectos ya comentados, los siguientes: contaminacin de suelos y sedimentos por dispersin mecnica dominante, neutralizacin de las aguas cidas por la abundancia de carbonatos (siderita y calcita) y atenuacin de la contaminacin hacia los acuferos por la existencia de una zona no saturada de elevado espesor, en la mayor parte de casos.

Los contaminantes que se movilizan en mayor concentracin en fase acuosa son: As, Cd, Cu, Fe, Mn, Pb, Sb y Zn. Por el contrario, metales como Ag y Hg no presentan una gran movilidad, salvo para el caso del mercurio y en los ensayos de lixiviacin realizados.

Referencias

Blowes, D.W. ; Ptacek, C.J. and Jurjovec, J., 2003. Mill Tailings: Hydrogeology and Geochemistry. En: Environmental Aspects of Mine Wastes, Mineralogical Association of Canada, Short Course Series, vol. 31, pp. 95-116.

Collado, D., 2002. Movilizacin de contaminantes en el terreno a partir de Suelos Contaminados. Tesis Doctoral, Universidad de Granada-UPC, indita, 328 pp.

Jambor, J.L.; Nordstrom, D.K. and Alpers, C.N., 2000. Metal-sulfate Salts from Sulfide Mineral Oxidation. En: Sulfate Minerals Crystallography, Geochemistry, and Environmental Significance-, ed.: Alpers, C.N.; Jambor, J.L. y Nordstrom, D.K.; Mineralogical Society of America, Reviews in

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Navarro, A.; Collado, D. y Snchez, J.A., 1998. Anlisis de la contaminacin por actividades mineras de los suelos de la cuenca baja y delta del ro Almanzora. Boletn Geolgico y Minero, vol. 109, pp.69-87.

Navarro, A.; Collado, D.; Carbonell, M. and Snchez, J.A., 2004. Impact of Mining Activities in a semi-arid environment: Sierra Almagrera district, SE Spain. Environmental Geochemistry and Health, 26 (4), 383-393.

Navarro, A., Biester, H., Mendoza, J.L. y Cardellach, E., 2006. Mercury speciation and mobilization in contaminated soils of the valle del azogue Hg mine (SE, Spain). Environmental Geology, 49, 1089-1101.