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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambie. 28 (3) 203-218, 2012
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD DE
ARSÉNICO, PLOMO, ZINC Y CADMIO EN EL DISTRITO MINERO ZIMAPÁN, MÉXICO
Raúl MORENO TOVAR
1,2*
, Jesús TÉLLEZ HERNÁNDEZ
1
y Marcos G. MONROY FERNÁNDEZ
1
1
Instituto de Metalurgia, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Sierra Leona No. 550, Col. Lomas 2ª.
Sección, 78210 San Luis Potosí, S.L.P., México
2
Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Cd.
Universitaria, Carr. Pachuca-Tulancingo km 4.5, 42184, Pachuca, Hgo., México
*Autor responsable: morenot@uaeh.reduaeh.mx
(Recibido diciembre 2011, aceptado mayo 2012)
Palabras clave: presa de jales, mineralogía, bioaccesibilidad, caracterización mineralógica, gástrica, intestinal
RESUMEN
El estado de Hidalgo ha sido durante siglos un importante productor de oro, plata,
plomo, zinc y cobre en México gracias a la explotación minera de recursos metálicos
de yacimientos tipo skarn. Estos han generando un gran volumen de residuos (jales)
depositados en presas durante más de 450 años, las cuales no han sido rehabilitadas o
restauradas. Los jales presentan una mineralogía variable y compleja constituida por
calcosilicatos, sulfuros y sulfosales. Elementos como el As, Sb, Se, Zn, Cu, Pb, Cd,
Bi y Mn, destacan por sus altas concentraciones, los cuales pueden ser considerados
elementos potencialmente tóxicos (EPT), desde el punto de vista ambiental. La carac-
terización mineralógica por microscopia óptica de polarización (MOP), microscopia
electrónica de barrido (MEB) y microsonda electrónica (ME) permitió determinar la
mineralogía primaria y secundaria de los jales. Se identi±có la formación de hidróxidos
y sulfatos férricos como producto de la alteración preferencial de la pirrotita, de arse-
niatos férricos (escorodita y simplesita) resultado de la alteración a través de bordes
de la arsenopirita. Se determinó el contenido bioaccesible de arsénico, plomo, cadmio
y zinc empleando el método PBET (Physiologically Based Extraction Test) para las
fases gástrica (pH 1.3) e intestinal (pH 7.0). Se concluyó que la bioaccesibilidad y el
porcentaje de bioaccesibilidad del arsénico y el plomo es mayor en la fase gástrica,
mientras que el zinc y el cadmio son variables en ambas fases.
Key words: tailing dams, mineralogy, bioaccessibility, mineralogic characterization, gastric, intestinal
ABSTRACT
The state of Hidalgo has been, through centuries, an important producer of gold, silver,
lead, zinc and copper in Mexico, thanks to the exploitation of metallic resources of
deposits of the skarn type, generating a great volume of residues (tailings) deposited
in dams for over 450 years, which have not been rehabilitated or restored. The tail-
ings present variable and complex mineralogy constituted by calcosilicates, sul±des
and sulfosalts. Also, the concentrations of As, Sb, Se, Zn, Cu, Pb, Cd, Bi and Mn, are
notable, considered potentially toxic elements (PTE). The mineralogic characterization
R. Moreno Tovar
et al.
204
by polarized optical microscope (POM), scanning electronic microscope (SEM) and
microprobe (Mp), allowed determination of the primary and secondary mineralogy of
the tailings. Additionally, the formation of ferric hidroxides and sulfates as products
of the preferential alteration of pyrrhotite was identiFed, as well as ferric arsenates
(scorodite and symplesite) as a result of border alterations of arsenopyrite. The bioac-
cessible content of arsenic, lead, cadmium and zinc was quantiFed using the PBET
(Physiologically Based Extraction Test) method, for the gastric (pH 1.3) and intestinal
(pH 7.0) phases. The bioaccessibility and percentage of bioaccessibility of arsenic and
lead is highest in the gastric phase, while zinc and cadmium are variable in both phases.
INTRODUCCIÓN
La producción y uso de metales base (cobre,
plomo, zinc) y preciosos (plata, oro, platino) han
servido históricamente para sostener la economía y
el progreso de las regiones y naciones. Sin embar-
go, la exploración, explotación y beneFcio de estos
metales ha provocado daños al ambiente principal-
mente por el manejo inadecuado y la disposición de
residuos mineros (UNEP 2000). Entre los principales
problemas asociado a los sitios mineros se puede
mencionar la generación de drenaje ácido de roca
(DAR) acompañado de la lixiviación de elementos
potencialmente tóxicos (EPT), principalmente en
climas húmedos (±reeze y Cherry 1979, Blowes y
Ptacek 1994). Además de la contaminación de suelos
por la dispersión eólica de contaminantes, en climas
semiáridos (Caldwell y Welsh 1982).
En México la minería es una de las actividades
económicas de mayor tradición, la cual se ha desa-
rrollado por casi cinco siglos, por lo que existe una
gran acumulación de residuos mineros (jales y esté-
riles) que se han producido durante todo ese tiempo
(Moreno 1998). Los yacimientos económicos se
encuentran distribuidos en el país bajo un patrón de
franjas metálicas de dirección NW-SE, subparalelas
a la paleotrinchera de México (Damon,
et al
. 1981).
Estas franjas conocidas como provincias metalogé-
nicas se caracterizan por asociaciones mineralógicas
características por tipo de yacimiento. De estas pro-
vincias, las correspondientes a la asociación Cu-Mo
y Zn-Pb-Ag (Cu) han sido las que han aportado los
yacimientos más grandes y económicos de México,
y por ende el mayor volumen de residuos mineros
asociados a la explotación y beneFcio de estas mi-
neralizaciones.
Para este estudio se seleccionó un sitio minero
explotado extensivamente durante el último siglo, un
yacimiento tipo skarn de paragénesis Zn-Pb-Ag(Cu)
localizado en el distrito minero Zimapán, estado de
Hidalgo, México. En este sitio minero se cuenta
con antecedentes de contaminación por arsénico de
aguas naturales y suelos. La generación de drenaje
ácido de mina es evidente en los residuos mineros
del sitio, reportándose concentraciones de As en agua
subterránea de 0.3 mg/L (Armienta
et al
. 2001). Sin
embargo, un estudio hidrogeoquímico realizado en
el agua subterránea del sitio señala que las altas con-
centraciones de As están relacionadas a su disolución
natural a partir de la matriz del acuífero cercano a las
zonas mineralizadas (Ongley
et al
. 2001). En cambio,
Méndez y Armienta (2002), proponen mediante el
estudio de la movilidad del As en cuatro presas de
jales del sitio que la ocurrencia de los minerales de
As en los jales de Zimapán, es la causa de su alta
concentración en las aguas subterráneas; además de
que los contenidos de As de las fases solubles e inter-
cambiables hacen de los jales una fuente importante
de contaminación en la zona.
Martínez
et al.
(2000), realizó un estudio del
comportamiento químico de metales pesados (±e,
Mn, Pb y Zn) en los jales de una mina en Zimapán,
y concluye que existe un halo de contaminación en
el suelo superFcial del área por partículas minerales
Fnas, ocasionado por la dispersión eólica de partícu-
las desde la presa de jales. Señala además (Martínez
et al.
2000), que la lixiviación ácida simulada en
celdas húmedas a escala de laboratorio, mostró la
liberación de concentraciones importantes de Pb y
Zn en solución.
Un estudio sobre el potencial riesgo para la sa-
lud asociado a la concentración natural del As en
la región de Zimapán, señaló que el As en el agua
subterránea proviene de tres diferentes fuentes.
Las concentraciones más altas hasta de 1.09 mg/L
resultan de la interacción de las rocas encajonantes
del acuífero con el agua subterránea, principalmente
a consecuencia de la oxidación y disolución de los
minerales con arsénico dentro de matrices calcáreas
(Armienta
et al.
1997). En cambio, los contenidos
menores de As son atribuidos a la lixiviación de
los jales (aproximadamente 0.437 mg/L) y a la
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
205
percolación de los gases de altos hornos, con un
cierto contenido en arsénico, que se depositaron en
los años 40 (arriba de 0.10 mg/L). Por lo tanto, la
población que vive en zonas aledañas a Zimapán
ha sido expuesta a elevadas concentraciones de As
en el agua de consumo humano, hasta de 1.0 mg/L
(Armienta
et al.
1997). Esto fue con±rmado por un
análisis del contenido de arsénico en pelo, realizado
en 120 muestras de habitantes de Zimapán (Armienta
et al.
1997), el cual reportó un contenido de As de
3.13 a 9.22 mg/kg (los niveles normales de As en
pelo están entre 0.3 a 1.75 mg/kg, Galvao y Corey
1987), además de que se observaron problemas en
la piel como hiperpigmentación, hipopigmentación
e hiperqueratosis en habitantes de la región.
A pesar de estas evidencias de contaminación
atribuida parcialmente a los jales, no existen estudios
sobre la relación entre las características de los resi-
duos y su mineralogía con los potenciales impactos
en el ambiente y riesgos en salud asociados. Por lo
anterior, el objetivo de este estudio fue determinar la
bioaccesibilidad como un indicador de la biodispo-
nibilidad (
in vitro
) de los elementos potencialmente
tóxicos (EPT) contenidos en muestras de jales proce-
dentes de distintas presas de jales del sitio, con el ±n
de relacionar la bioaccesibilidad con la mineralogía
de los residuos.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
En la
fgura 1
se delimita
el distrito minero Zi-
mapán, el cual se sitúa en la porción occidental del
estado de Hidalgo a 200 km al noroeste de la ciudad
de México. Sus coordenadas geográ±cas son 20º 44’
00’’ de latitud norte y 99º 23’ 00’’ de longitud oeste.
Este distrito está situado en una región con un clima
sub-cálido, con una precipitación media anual de
1070 mm y una temperatura promedio de 21º C. Las
primeras minas fueron descubiertas en 1575, lo que
originó que este distrito se poblara y posteriormente
se levantaron algunas haciendas de bene±cio, fundán-
dose el poblado de Zimapán en 1576. En el siglo XVII
aumentó su importancia, al ser descubierta la mina
Lomo de Toro en 1632, con lo cual inicia el esplendor
de este distrito. Durante la Guerra de Independencia
(1810) la explotación fue interrumpida por un período
de trece años, después de 1823 se tuvo otra época de
esplendor (60 minas). En 1945 fueron descubiertos
nuevos cuerpos de óxidos en la mina Lomo de Toro
y en esa misma década la compañía Fresnillo S.A. de
C.V. inició sus actividades. Actualmente el distrito
está en operación, pero con relativa baja producción.
El distrito minero Zimapán cuenta con varias presas
de jales (antiguas y recientes), siendo la principal por
su volumen la presa El Monte localizada a 9.5 km
aproximadamente hacia la parte noreste del poblado
de Zimapán, con ocho presas de jales que ocupan
9.58 hectáreas, donde la octava presa de jales estuvo
en operación constante hasta el año 2000. Además,
existen presas antiguas en la periferia noroeste del
poblado de Zimapán (presas San Miguel y Santa
María), las cuales tienen aproximadamente 50 años
de depósito (
Fig. 1
).
La composición y morfología del yacimiento, así
como su relación de contacto con los intrusivos, di-
ques y diquestratos, ubican al depósito como un skarn
proximal cálcico de tipo Pb-Zn-Ag (Einaudi 1981).
En las minas El Carrizal y El Monte está constituida
principalmente por sulfuros y sulfosales: galena
(PbS), esfalerita (ZnS), pirita (FeS
2
), calcopirita
N
San Miguel
20º 44 00
99º 23 00
Presa El Monte
Presa San Miguel
Presa Santa María
Zimapán
Fig. 1.
Plano de localización del distrito minero Zimapán y de las presas de jales San Miguel, Santa María y El Monte
R. Moreno Tovar
et al.
206
(CuFeS
2
), arsenopirita (AsFeS
2
), pirrotita (Fe
1-x
S),
bornita (Cu
5
FeS
4
), estibina (Sb
2
S
3
) y boulangerita
(Pb
5
Sb
4
S
11
). Entre los minerales no metálicos se
encuentra una variedad de minerales de calcosilicatos
entre los cuales se observa wollastonita, tremolita,
actinolita, augita, granates, hedenbergita, entre otros.
Específcamente, en la chimenea Las Ánimas se ha
reconocido wollastonita (CaSiO
3
), andradita (3CaO.
Fe
2
O
3
•3SiO
2
), diópsida [CaMg(SiO
3
)
2
], idocrasa
[Ca
6
(Al(OH,F))Al
2
(SiO
4
)
5
], piroxeno-manganeso
[(FeMn)SiO
3
], salita [CaFe(SiO
3
)
2
], magnetita
(Fe
3
O
4
), scheelita (CaWO
4
), es±alerita (ZnS), galena
(PbS), calcopirita (CuFeS
2
), pirita (FeS
2
), arseno-
pirita (AsFeS
2
), pirrotita (Fe
1–x
S), galenobismuti-
na (PbS.Bi
2
S
3
), cuarzo (SiO
2
), calcita (CaCO
3
) y
sul±osales de plomo; meneghinita (Pb
13
CuSb
7
S
24
),
boulangerita (Pb
5
Sb
4
S
11
), jamesonita (Pb
4
FeSb
6
S
14
),
±reibergita [(Ag,Cu,Fe)
12
(AsSb)
4
S
13
], pirargirita
(Ag
3
SbS
3
), proustita (Ag
3
AsS
3
) y bindheimita
[Pb
2
Sb
2
O
6
(O,OH)] de carácter supergénico (Villase-
ñor
et al.
1987). La textura cataclástica es común en
el yacimiento y se re²eja en el ±racturamiento de la
pirrotita y de la calcopirita (Gemmell 1983).
Muestreo
Se realizó un muestreo de orientación en los ta-
ludes de las presas, el cual permitió conocer el tipo
de mineralogía en las presas de jales, así como su
comportamiento durante los procesos de alteración
causado por agentes externos que ±avorecen la alte-
ración meteórica. Se colectaron 38 muestras de las
presas Santa María (12), San Miguel (7) y El Monte
(19). El muestreo sobre los taludes de las presas ±ue
de tipo canal con una longitud de 1.0 a 1.50 m por
0.30 m de espesor, con un peso aproximado por mues-
tra de 1.5 kg. La re±erencia del punto de muestreo se
realizó mediante un posicionador geográfco satelital
(GPS). El manejo de las muestras ±ue cuidadoso por
los e±ectos de contaminación que puedan ocurrir
durante su colección, transporte y manipulación para
los di±erentes análisis. La preparación de muestras
de jales consistió en secado a temperatura ambiente
(de manera natural), en un cuarto cerrado y libre de
corrientes de aire para evitar el contacto con el mismo
y el polvo, así como la contaminación de partículas
de una muestra a otra. Para obtener estas condiciones
las muestras se colocaron en recipientes de plástico
(palanganas) aproximadamente por 25 días.
Análisis químico
El análisis químico cuantitativo de elementos
traza y mayores calculados con base en óxidos
se llevó a cabo por espectrometría de plasma de
inducción acoplada de emisión (ICP), previa diges-
tión de las muestras en horno de microondas marca
CEM, empleando una mezcla (HCl+HNO
3
, con una
relación 3:1). Las muestras ±ueron analizadas en un
espectrómetro de plasma Termo Jarrel Ash. El control
de calidad de los análisis se aseguró mediante el em-
pleo de estándares 1595-006, 1595-004 y 1595-005
High Purity, por cada 10 muestras leídas. Los límites
de detección para las muestras sólidas ±ueron: Pb y
Zn=0.02, Cd=0.005, Cu=0.01, As=0.0004, Bi=0.003,
Sb=0.05, Se=0.0007, Fe=0.03, Cr=0.05, Ni=0.01,
Mg=0.02, Mn=0.04, Na=0.08, Al=0.02, Ba=0.02 y
K=0.05; todas las concentraciones expresadas en mg/
kg. El análisis químico por sul±ato se determinó por
el método gravimétrico, precipitando el sul±ato con
cloruro de bario al 10%, y el carbonato por volumetría
(IICT 1999).
Análisis mineralógico
Para los análisis de microscopía óptica de polari-
zación (MOP), electrónica de barrido (MEB) y mi-
crosonda electrónica (ME), se prepararon secciones
pulidas embebidas en resina epóxica, trabajadas con
abrasivos y pasta de diamante para obtener superf-
cies de espejo, en las cuales se observaron texturas,
asociaciones mineralógicas, intercrecimientos y halos
de alteración (±ases secundarias en el MOP). Para los
microanálisis al MEB y la ME después de su pulido
se procedió a recubrirlas con una capa de carbón.
Los análisis por microscopia óptica y electrónica de
barrido, se realizaron con el siguiente equipo: mi-
croscopios ópticos de polarización marca Olympus
modelo BH y Leica modelo DC300 y microscopio
electrónico de barrido marca Phillips modelo XL30 y
los análisis por microsonda electrónica en un equipo
marca CAMECA modelo SX50. El tiempo de conteo
para el microanálisis ±ue de 10 segundos para cada
elemento (S, Fe, As, Zn, Cd, Cu, Ni, Pb, Co, Mn, Sb,
Ag y Bi). Se utilizaron estándares naturales y sintéticos
para elementos como el S, Fe, Ni (pirita natural), para
el As, Zn, Cd y Pb (arsenopirita, es±alerita, galena
sintéticas) y para el Sb (estibina natural), entre otros;
con variación en los límites de detección dependiendo
del tiempo de conteo y voltaje (20 kv) en las líneas
kα, Lα y Mα con una corrección de iteraciones ZAF.
Análisis para bioaccesibilidad
Se estudiaron nueve muestras de treinta y ocho
de las tres presas de jales (Santa María, San Miguel y
El Monte), las cuales se seleccionaron por presentar
las más altas concentraciones de los elementos como
el As, Pb, Zn y Cd. Para la determinación de la bio-
accesibilidad de elementos químicos potencialmente
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
207
tóxicos se utilizó aproximadamente 5 g de muestra
homogeneizada no clasifcada (no se cribó). En este
estudio se utilizó el Método de Extracción de Base
Fisiológica PBET (Physiologically Based Extrac-
tion Test; Ruby
et al.
1993, Ruby
et al.
1996), para
determinar la bioaccesibilidad del As, Pb, Zn y Cd
en las muestras seleccionadas. El método PBET es
un sistema de prueba
in vitro
que permite predecir
la bioaccesibilidad de EPT como As, Pb, Zn y Cd
de naturaleza inorgánica contenidos en una matriz
sólida. Este método establece parámetros repre-
sentativos del tracto gastrointestinal de los seres
humanos tales como pH del estómago, temperatura,
composición química y tiempo de residencia, simi-
lares a los procesos de digestión humana. El método
PBET ±ue diseñado en relación a los parámetros del
tracto gastrointestinal de niños de 2 a 3 años, ya
que se cree que el mayor riesgo de exposición a los
metales es por la ingestión accidental de suelo. La
comparación y validación de este método es especí-
fcamente para pruebas realizadas en animales, pero
su utilidad se basa en la predicción a la exposición
humana y en la extrapolación de datos en animales
a los seres humanos. Para el Pb, los resultados del
método PBET son correlacionados linealmente con
los resultados del modelo Sprague-Dawley en ratas;
para el As, los resultados son estimados con resul-
tados del estudio de biodisponibilidad en conejos
y primates (Ruby
et al.
1996) y para el Cd con los
resultados de los estudios de biodisponibilidad de
la ingesta de suelos contaminados por lechones
(Schroder
et al
. 2003) y ratones (Juhasz
et al.
2010;
2011). El método involucra el empleo de un equipo
(compartimientos que semejan el tracto gástrico o el
intestinal) y condiciones (atmós±era y temperatura
similares a las del cuerpo humano) que simulan el
tracto gastrointestinal una vez que el material ha
sido ingerido. La atmós±era inerte es asegurada por
el constante burbujeo de gas argón en el medio y
la temperatura a 37 ºC, la cual se mantiene a través
de un baño de agua con temperatura controlada por
termostatos. Los parámetros seleccionados para este
estudio (tiempo y pH) se basaron en los estudios
de incubación estomacal, donde se señala que a
un tiempo de 1 hora y a un pH de 1.3 se obtiene la
mayor bioaccesibilidad (Ruby
et al.
1996). De igual
manera se realizó a 4 h como tiempo de tránsito
intestinal ya que es el seleccionado por Ruby
et al.
(1996), aunque ellos encuentran una mejor corre-
lación entre los experimentos de bioaccesibilidad a
pH de 2.5 en los experimentos con ratas, se decidió
emplear un pH de 1.3 porque la disolución de Pb
disminuye notablemente al aumentar el pH, por lo
que se prefrió sobreestimar ya que la concentración
de plomo es baja. La solución gástrica se ajustó a un
pH de 1.3, mientras que para la solución intestinal,
se incrementa el pH de la pulpa a 7.0, agregando una
solución saturada de NaHCO
3
, como la reportada
por Rodríguez
et al.
(1996). El As ±ue analizado
en ambas soluciones extraídas, gástrica e intestinal
utilizando el espectrómetro Perkin Elmer Analyst
100 acoplado al FIAS 100 HGS. Las concentra-
ciones de Pb, Zn y Cd en las soluciones extraídas
±ueron analizados en un espectrómetro de absorción
atómica Varian Spectra AA 220 acoplado a un horno
de grafto Varian GTA-100. La bioaccesibilidad es
expresada como el porcentaje de la concentración
total que ±ue extraída tanto en la ±ase gástrica como
la intestinal.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Composición química de los residuos mineros
Los resultados obtenidos de los valores de pH
de pasta en las muestras de las tres presas presentan
ligeras variaciones en su valor promedio. El valor
de pH promedio es de 6.3, lo que indica que las
muestras están cerca del límite de la neutralidad
y sólo algunas tienden hacia la alcalinidad con un
valor de pH superior a 7. El análisis químico de
las muestras de jales mostró que poseen un alto
contenido de EPT. Destacando la concentración en
arsénico, plomo y cadmio, aunque también tiene
un signifcado ambiental la concentración de Bi,
Se, Sb, Zn, Cu, Cr y Ni. En el
cuadro I
se reportan
los valores en concentración mínima, máxima, pro-
medio y mediana de 38 muestras que corresponden
al conjunto de las tres presas de jales. A partir del
análisis de estas muestras se confrmó que la con-
CUADRO I.
ELEMENTOS TRAZA EN mg/kg, EN MUESTRAS DE JALES DEL DISTRITO MINERO ZIMAPÁN
Muestra
Pb
Zn
Cd
Cu
As
Bi
Sb
Se
Fe
Cr
Ni
Mínimo
1 300
3 500
31.6
261
119
12.0
91.6
0.1
21 300
57
22
Máximo
16 000
32 400
1 752.2
2 008
38 700
379.1
3 884
65.8
3 00 000
399
173
Promedio
3 934.2
11 363.2
609.4
912.7
13 134.8
127.1
565.5
19.3
1 22 273.7
196.8
85.4
Mediana
3 600
10 450
567.15
850.5
11 105
104.5
496.7
17.03
1 04 550
159.5
67.5
R. Moreno Tovar
et al.
208
centración de todos estos elementos es heterogénea
de una muestra a otra y de una presa de jales a otra.
El arsénico es relevante por su concentración
con valores que van desde 119 hasta 38700 mg/
kg, con un valor promedio y mediana de 13135 ±
11105 mg/kg. Las concentraciones más altas de este
elemento se obtuvieron en la presa San Miguel. El
zinc y el plomo son otros elementos con signifca-
do ambiental en mayor concentración después del
arsénico. El Zn varía en concentración desde 3500
a 32 400 mg/kg, con un promedio y mediana de
11 363 ± 10 450 mg/kg, mientras que el Pb varía
de 1300 a 16 000 mg/kg con promedio y mediana
de 3934 ± 3600 mg/kg. Las concentraciones de
Zn y Pb son mayores en la presas San Miguel y El
Monte, aunque con una cierta tendencia a mayor
homogeneidad para el Pb en esta última, como tam-
bién reporta Moreno
et al.
(2003). La concentración
de Cd a pesar de ser menor que aquellas de As, Zn
y Pb, podría tener un mayor signifcado ambiental,
ya que el cadmio presenta una movilidad ambiental
más elevada que la mayoría de los metales pesa-
dos, debido a la relativa solubilidad de sus sales e
hidróxidos, lo que lo convierte en un contaminante
común (Moreno 2003). Se presenta en concentra-
ciones de 31 hasta 1752 mg/kg con promedio y
mediana de 609 ± 567 mg/kg. Las concentraciones
reportadas para Cu, Sb, Bi, Se, Cr y Ni, aun cuando
son heterogéneas para cada muestra, se presentan
en concentraciones características para este tipo de
depósitos.
Con respecto a los elementos mayores calculados
con base en óxidos (los cuales son expresados como
sus respectivos óxidos) (
Cuadro II
), se observaron
valores más altos y más o menos homogéneos de
CaO y SiO
2
, con valores promedio y mediana de 14.2
± 13.23 % y 19.50 ± 18.80 %, respectivamente. El
MgO presenta valores homogéneos con un promedio
y mediana de 1.08
±
1.16%, así como las concen-
traciones menores de MnO (0.18 ± 0.16 %) y TiO
2
(0.17 ± 0.12 %), los cuales representan a la química
característica de los depósitos de metasomatismo de
contacto (calcosilicatos y carbonatos). La presencia
de los carbonatos se confrma por el análisis de CO
3
2–
,
que también presenta valores altos y homogéneos
(6.68 ± 6.51 %). Los elementos como el Na
2
O y P
2
O
5
presentan cierta homogeneidad en sus valores, con
un promedio de 0.61 % y 0.12 %, respectivamente,
características de la composición química del intru-
sivo, Fuente de minerales sódico-cálcicos y apatito.
El SO
4
=
presenta valores heterogéneos que van desde
0.21 hasta 12.50%, con un promedio de 4.2 %. La
presencia del sulFato se atribuye a la oxidación Férrica
y precipitación de minerales sulFurosos primarios
(pirita, pirrotita, arsenopirita, calcopirita) que Forman
minerales secundarios (yeso, anglesita, cerusita e
hidroxisulFatos de hierro).
Presencia de minerales en los residuos mineros
En las presas de jales del distrito de Zimapán los
minerales metálicos son abundantes y complejos.
Los minerales metálicos representan aproxima-
damente entre 20 y 50 % del total de minerales
que constituyen las muestras de jales estudiadas.
En el
cuadro III
se presentan los minerales me-
tálicos determinados de manera cualitativa por
microscopía óptica de polarización en las nueve
muestras que Fueron seleccionadas por sus altos
valores en concentración. En orden de abundancia
relativa, estos corresponden a sulFuros (pirita, pi-
rrotita, marcasita, arsenopirita, calcopirita, galena,
esFalerita) y algunas sulFosales (boulangerita) que
contienen elementos potencialmente tóxicos. Por
medio de la combinación de la microscopía óptica
de polarización, microscopía electrónica de barrido
y microsonda electrónica se identifcaron algunas
partículas con minerales oxidados con contenidos
metálicos (óxidos, sulFatos y arseniatos). Estos
minerales corresponden a Fases secundarias por al-
teración de los compuestos primarios reportados en
el
cuadro III.
Los principales elementos presentes
en los minerales identifcados en Forma cualitativa
(
Cuadro III
) coinciden con los cuantifcados quími-
camente (
Cuadro I
). Con respecto a los minerales
no metálicos, identifcados también por microscopia
óptica de polarización, se observó abundante calcita
(CaCO
3
), algunos calcosilicatos, como diópsida
[CaMg(SiO
3
)
2
], hedenbergita [Ca²e
3
(SiO
3
)
2
], au-
CUADRO II.
ELEMENTOS MAYORES EN %, EN MUESTRAS DE JALES DEL DISTRITO MINERO ZIMAPÁN
Muestra
Al
2
O
CaO
K
2
O
MgO
MnO
Na
2
O
P
2
O
5
TiO
2
SiO
2
CO
3
SO
4
Mínimo
0.661
7.093
0.12
0.132
0.038
0.039
0.034
0.050
1.732
0.50
0.021
Máximo
9.088
28.347
4.818
1.674
0.374
0.916
0.206
0.433
30.399
17.38
12.50
Promedio
3.682
14.196
1.985
1.083
0.182
0.617
0.120
0.176
19.486
6.684
4.197
Mediana
2.834
13.229
1.210
1.161
0.167
0.606
0.136
0.125
18.804
6.515
3.890
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
209
gita (CaMgSi
2
O6) y wollastonita (CaSiO
3
), cuarzo
(SiO
2
) en menor proporción. La presencia de estos
minerales confrma por otra parte el análisis químico
reportado en el
cuadro II.
A continuación se describen los minerales de los
elementos potencialmente tóxicos, identifcados por
la combinación de microscopía óptica de polariza-
ción, electrónica de barrido y microsonda electrónica.
Arsénico
El arsénico se identifcó principalmente como
arsenopirita (FeAsS). Ésta se encuentra normalmente
incluida o asociada con silicatos (
Fig. 2
) y asociada
a pirita (FeS
2
) y a marcasita (FeS
2
). La arsenopirita
también se encuentra liberada y en ocasiones pre-
senta sus bordes alterados a óxidos o arseniatos de
hierro (
Fig. 3
). Los datos del microanálisis puntual
al microscopio electrónico de barrido permitieron
establecer composiciones estequiométricas calcu-
ladas con base en tres átomos que corresponden a
la ±órmula teórica de la arsenopirita: Fe
(0.99)
As
(0.99)
S
(1.13)
, Fe
(1.0)
As
(1.0)
S
(1.0)
, Fe
(1)
As
(1)
S
(1)
= FeAsS.
Otros microanálisis realizados en di±erentes partí-
culas presentan una composición compleja y hete-
rogénea. El
cuadro IV
presenta cinco microanálisis
puntuales en ±ases precipitadas, características de
los bordes de alteración de la arsenopirita, siendo
di±ícil calcular la estequiometría para asignar a estas
composiciones una ±ase secundaria determinada.
Sin embargo, las composiciones reportadas de los
microánalisis uno y tres parecen corresponder a arse-
niatos ±érricos
(Fig. 3
), los microanálisis dos y cuatro
a sul±o-arseniatos ±érricos y el microanálisis cinco a
complejos arseniato-antimoniatos ±érricos. Los aná-
lisis por microsonda electrónica en los bordes de la
arsenopirita confrmaron la presencia de arseniatos
de hierro como la escorodita (FeAsO
4
•2H
2
O) y la
simplesita [Fe
3
(AsO
4
)
2
•8H
2
O], (
Fig.3
). El análisis
Fig. 2.
Fotomicrografa al MOP mostrando arsenopirita (Aspy)
asociada o incluida en silicatos (Sil), nicoles paralelos,
objetivo 20x, campo horizontal de la ±otomicrogra±ía
0.45 mm, muestra ZIM6 de la presa de jales San Miguel
CUADRO III.
COMPOSICIÓN MINERALÓGICA CUALITATIVA EN MUESTRAS DE JALES
DEL DISTRITO MINERO ZIMAPÁN
Muestra
Py
Po
Mc
Aspy
Cpy
Gl
Sph
Boul
ZIM 06
+++
+
+
+++
++
+
+
+
ZIM 07
++
+
+++
++
+
+
++
-
ZIM 11
++
++
+
+++
+
+
+
²
ZIM 17
+++
+++
++
++
+
++
++
+
ZIM 24
+
++
++
+
++
+
+
-
ZIM 32
++
++
+
+
+
+
+
²
ZIM 33
++
++
+
+
+
+
+
-
ZIM 35
++
++
++
+++
+
+
+
-
ZIM 63
+++
++
++
+
+
+
+
+
Pirita=Py Pirrotita=Po, Marcasita=Mc, Arsenopirita=Aspy, Calcopirita=Cpy, Galena=Gl,
Es±alerita=Sph, Boulangerita=Boul; +++ Abundante (>5%); ++ Mediana (1-5%); + Menor (0.1-1%);
² Traza (<0.1%); - No existe
CUADRO IV.
ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS
EN CRISTALES DE ARSENOPIRITA
Elemento
1
2
3
4
5
W% del microanálisis
O
36.96
24.72
28.57
10.37
21.15
As
27.07
30.11
25.59
40.60
18.17
Si
8.86
-
7.73
-
7.83
Fe
27.11
29.2
31.73
32.32
5.79
S
-
9.36
-
16.71
-
K
-
6.62
-
-
-
Ca
-
-
6.38
-
-
Sb
-
-
-
-
42.96
Cu
-
-
-
-
4.09
1, 2, 3, 4 y 5 = bordes de alteración
R. Moreno Tovar
et al.
210
elemental reporta valores porcentuales para el Fe y As
muy cercanos a los establecidos en la formula teórica
de ambas especies secundarias, así como los cálculos
normalizados en FeO
3
y As
2
O
5
. Sin embargo, estos
resultados estequiométricos sólo fueron óptimos para
algunos puntos analizados. Los análisis por micro-
sonda electrónica en partículas de pirita y boulange-
rita (Pb
5
Sb
4
S
11
)
mostraron la presencia de arsénico
como solución sólida en concentraciones que van de
0.02 a 1.10 % wt para la pirita, mientras que para la
boulangerita, este se presenta como elemento traza
en la mayoría de los cristales analizados, con valores
en concentración que varían de 0.30 a 0.65 % wt.
Plomo
La galena (PbS) es el principal mineral portador
de Pb, es un mineral primario que se encuentra ge-
neralmente asociado a la pirita, sea en inclusiones,
siguiendo fracturamiento o en contacto con la misma
(
Fig. 4
). En ocasiones, se encuentra asociada a esfale-
rita y arsenopirita. Las fases secundarias con Pb fueron
identi±cadas principalmente en los bordes de la galena
en forma de alteración y de composición muy variada.
El análisis por difracción de rayos x permitió determi-
nar las fases minerales de anglesita (PbSO
4
), cerusita
(PbCO
3
), plumbojarosita [Pb((Fe
3
(OH)
6
(SO
4
)
2
)
2
] y
muy escaso el antimoniato complejo con Pb-Fe-Cu.
Por otra parte, el microanálisis al microscopio elec-
trónico de barrido con±rmó la presencia de anglesita
(
Fig. 5
), así como la de la cerusita (
Fig. 6
). Otros
minerales de Pb presentes en los jales, aunque en
menor proporción que la galena son las sulfosales de
plomo (boulangerita, jamesonita). Estas se presentan
en asociación con sulfuros (pirita-calcopirita-sulfosal,
esfalerita-arsenopirita-galena-sulfosal y arsenopirita-
sulfosal). El
cuadro V
presenta los resultados de los
microanálisis 1, 2, 3, 4, que permitieron identi±car a la
especie mineral boulangerita, con variación en su con-
tenido elemental de plomo (rangos de incertidumbre de
error que van variando en concentración con respecto
al Pb), por medio de su cálculo estequiométrico con
base en veinte átomos que corresponden a su fórmula
teórica Pb
5
Sb
4
S
11
. En otros microanálisis se observa
que es la misma especie mineral (muy similar), pero
con la presencia de otros elementos como el Si y O
(microanálisis 5 y 6), que representarían al cuarzo que
está como constituyente en las vetillas dentro de la
mena. También se observan otros elementos como el
Fe, As y el Cu (microanálisis 4, 5 y 6), los cuales son
constituyentes de estas especies minerales, así como
la plata. Sin embargo, los cálculos estequiométricos
no permitieron asignar para estas composiciones una
fase mineral determinada. Esto puede ser debido a que
Fig. 3.
Fotomicrogra±a al MEB con electrones retrodispersados
y su espectro de EDS, mostrando arsenopirita con bordes
de alteración a un arseniato férrico (?), muestra ZIM35
de la presa de jales Santa María
Fig. 4.
Fotomicrogra±a al MOP mostrando galena (Gl) incluida
en pirita (Py), nicoles paralelos, objetivo 20x, campo ho-
rizontal de la fotomicrografía 0.45 mm, muestra ZIM06
de la presa de jales San Miguel
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
211
las partículas presentan bordes y fracturas alteradas
(
Fig. 7
), causadas por procesos de meteorización y
por factores antrópicos, como son los reactivos que se
utilizan en la ±otación y la aereación intensa a que se
sujetan los minerales durante este proceso.
Zinc
La esfalerita (ZnS) es la principal especie mi-
neral portadora de Zn en los jales, es relativamente
abundante, aunque menos que la pirita, pirrotita y
arsenopirita. Normalmente se encuentra asociada a
pirita, pirrotita y calcopirita (
Fig. 8
), y en menor pro-
porción a marcasita y galena. En ocasiones se observa
con inclusiones de pirita y calcopirita en desorden o
siguiendo un alineamiento sobre sus clivajes, además
de fracturada y alterada en sus bordes. El
cuadro
VI
presenta los microanálisis realizados en cristales de
esfalerita (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), los cuales mostraron
valores de hierro que varían desde 5.3 hasta 13.77
en peso porcentual, por lo que correspondería a la
especie mineral marmatita (esfalerita ferrífera, con
contenidos de hierro hasta de 36.5 %).
Fig. 5.
Fotomicrogra²a al MEB con electrones retrodispersados
y su espectro de EDS, mostrando galena con bordes de
alteración a sulfato de plomo (anglesita), muestra ZIM06
de la presa de jales San Miguel
CUADRO V.
ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS
EN CRISTALES DE SULFOSALES
Elemento
1
2
3
4
5
6
W % del microanálisis
S
17.36
15.46
16.43
15.51
1.73
-
Sb
21.64
17.59
18.44
17.39
27.49
42.96
Pb
61.00
65.75
65.13
67.10
37.39
-
Cu
-
1.19
-
-
2.7
4.09
As
-
-
-
-
-
18.17
Fe
-
-
-
-
6.44
5.79
O
-
-
-
-
18.27
21.15
Si
-
-
-
-
5.97
7.83
1, 2, 3, 4 y 5 = bordes de alteración
Fig. 6.
Fotomicrogra²a al MEB con electrones retrodispersados
y su espectro de EDS, mostrando galena con bordes
de alteración a carbonato de plomo (cerusita), muestra
ZIM17 de la presa de jales El Monte
R. Moreno Tovar
et al.
212
Cadmio
Los principales compuestos minerales son la
greenockita (CdS), la otavita (CdCO
3
) y la montepo-
nita (CdO), además, el Cd, Mn, Fe y Hg pueden ser
constituyentes traza dentro de la estructura cristalo-
química de la esfalerita. Sin embargo, el estudio de la
mineralogía por las diferentes técnicas mencionadas,
no permitió determinar alguna especie mineral con
contenidos de cadmio en porcentajes signi±cativos. El
cadmio se identi±có solamente como un elemento en
forma de impureza (valor en concentración de 0.97 en
peso porcentual) dentro de la estructura cristalina de
la esfalerita, microanálisis 2 del
Cuadro
VI
.
Hierro
A diferencia de los minerales primarios con
arsénico, plomo y zinc, los minerales sulfurosos
de hierro presentes en las muestras de jales (pirita,
FeS
2
; pirrotita, Fe
1–X
S; marcasita, FeS
2
), presentan
un mayor grado de alteración a través de fracturas y
bordes con presencia de minerales secundarios tipo
oxihidróxidos y sulfatos de hierro. La pirrotita es el
sulfuro más afectado, se observa como una transfor-
mación que pudiera ser progresiva, ya que algunos
cristales están completamente modi±cados, sobre
todo en las presas de jales más antiguas del distrito
(
Fig. 9
). Los microanálisis puntuales de los productos
de alteración de la pirrotita indican la presencia de
oxihidróxidos y sulfatos férricos característicos de
los procesos de alteración (Jambor 1994).
Pruebas de bioaccesibilidad
Se determinó la bioaccesibilidad de EPT en nueve
muestras seleccionadas de jales, haciendo énfasis
en el análisis de As, Pb, Cd y Zn. Se consideró la
importancia de determinar la bioaccesibilidad de
los tres primeros EPT, dado que su contenido en las
muestras de jales es superior a las concentraciones de
referencia totales para la Norma O±cial Mexicana. La
cual establece los criterios de remediación de suelos
contaminados por metales tóxicos en diferentes usos
de suelos y por ende aplicable a la industria minera:
260 mg/kg para As; 800 mg/kg para Pb y 450 mg/kg
para Cd (NOM-147-SEMARNAT/SSA1 2004). El
Zn a pesar de no estar considerado como un elemento
potencialmente tóxico por esta Norma O±cial Mexi-
cana, ya que es considerado un nutrimento esencial
en el desarrollo del ser humano, es tóxico cuando su
concentración supera un cierto límite. Además, se
analizó debido a su típica asociación mineralógica
con el cadmio. De acuerdo a Ruby
et al.
(1996), la
biodisponibilidad absoluta de los valores de As y de
Pb es de±nida como la fracción de Pb y As ingeridos
Fig. 7.
Fotomicrogra±a al MEB con electrones retrodispersados
y su espectro de EDS, mostrando boulangerita con bordes
y fracturas alteradas, muestra ZIM39 de la presa de jales
Santa María
Fig. 8.
Fotomicrogra±a al MOP mostrando esfalerita (Sph)
asociada a pirita (Py) y pirrotita (Po), nicoles paralelos,
objetivo 20x, campo horizontal de la fotomicrografía
0.45 mm, muestra ZIM39 de la presa de jales Santa María
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
213
y que es absorbida dentro del sistema circulatorio,
mientras que la biodisponibilidad relativa es la bio-
disponibilidad del As y Pb en residuos mineros (jales)
o en el suelo con respecto al Pb y As disuelto en agua.
El término bioaccesibilidad es utilizado para defnir
la ±racción de Pb y As disueltos en el estomago y
está disponible para la absorción durante su tránsito
a través del intestino delgado (Ruby
et al.
1996). Por
otra parte, es di±ícil la comparación de los resultados
de bioaccesibilidad obtenidos en el presente estudio
con otros ya reportados sobre el tema, ya que cada
EPT requiere de condiciones particulares para que el
ensayo de bioaccesibilidad pueda estimar su biodis-
ponibilidad correspondiente. De acuerdo con Juhasz
et al.
(2010; 2011), en los modelos de regresión lineal
desarrollados para determinar pruebas in vitro ideales
para predecir la biodisponibilidad relativa de As, Cd
y Pb, la correlación entre bioaccesibilidad y biodis-
ponibilidad relativa varía dependiendo del método
utilizado, por lo tanto un sólo método in vitro no es
adecuado para predecir la biodisponibilidad de estos
contaminantes.
En este trabajo los porcentajes de bioaccesibilidad
de As, Pb, Zn y Cd se obtuvieron a partir del mismo
experimento (método PBET), ya que el objetivo de
este estudio es determinar la bioaccesibilidad como
indicador de la biodisponibilidad de los elementos
potencialmente tóxicos contenidos en la mineralogía
de los residuos.
Arsénico
El interés en determinar la bioaccesibilidad del As
es que se considera uno de los metales más tóxicos.
Se seleccionó el pH de 1.3 porque es de esperar que la
solubilidad de los elementos aumente a pH menores.
Como la solubilidad preliminar medida para el As en
los jales ±ue baja, a pesar que su concentración total en
los jales es elevada, el pH de 1.3 proporciona el mayor
porcentaje de As bioaccesible. A pesar de que el arsé-
nico se encuentra presente en altas concentraciones en
estas nueve muestras, su porcentaje de bioaccesibilidad
tanto en la ±ase gástrica como en la ±ase intestinal en to-
das las muestras es menor de 5 % (
Cuadro VII
). Esto
implica que el contenido de arsénico biodisponible en
el tracto gastrointestinal es notablemente in±erior al
arsénico total inicialmente disponible. Esto parece ser
un comportamiento normal para este tipo de muestras
puesto que la principal ±ase portadora de arsénico es
CUADRO VI.
ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS EN CRIS-
TALES DE ESFALERITA
Elemento
1
2
3
4
5
6
7
W % del microanálisis
S
42.11
39.44
35.31
34.32
34.89
34.60
33.71
Fe
5.3
12.53
11.0
10.83
10.54
12.66
13.77
Zn
52.6
47.07
5369
54.85
54.57
52.73
52.52
Cd
-
0.97
-
-
-
-
-
1, 2, 3, 4 Y 5= bordes de alteración
Fig. 9.
Fotomicrografa al MEB con electrones retrodispersados
y su espectro de EDS, mostrando pirrotita con bordes
de alteración a sul±ato ±érrico (?), muestra ZIM17 de la
presa de jales El Monte
R. Moreno Tovar
et al.
214
la arsenopirita. La cual tiene una limitada disolución
bajo las condiciones del tracto gastrointestinal (Ruby
et al.
1999). También se observa que los bordes de las
partículas de arsenopirita están alterados a arseniatos
y que la baja concentración de estos puede ser un
factor determinante para que el porcentaje de bioac-
cesibilidad del arsénico se mantenga relativamente
bajo. Aunque estos tienen una mayor bioaccesibilidad
que la arsenopirita, ya que un porcentaje muy alto
de arsénico presente en una muestra puede pasar
inofensivamente a través del sistema digestivo sin
ser absorbida por el cuerpo. Esto debido a la baja
solubilidad de la arsenopirita, su estructura cristalina
e incapacidad de ser disuelta en los Fuidos gastro-
intestinales (Meunier
et al.
2010). En este estudio
se observó que el porcentaje de bioaccesibilidad
del As medido a un pH de 1.3 después de 1 hora es
considerablemente menor, el porcentaje promedio
es de 1.5 % (Cuadro VII), contra 34 % - 55 % (con
variación del pH de 1.3 a 2.5) determinado por
Ruby
et al.
(1996). Por lo tanto, a un pH de 2.5 se
esperaría un promedio menor, alrededor de 1.3 % en
este trabajo, contra un 40 % promedio en el caso del
estudio de Ruby
et al.
(1996).
Plomo
El plomo es considerado también como otro
de los metales tóxicos y al igual que el arsénico se
seleccionó un valor de pH de 1.3 en este estudio,
ya que la solubilidad de estos elementos aumenta
a valor de pH menor. El plomo presenta, en seis de
las nueve muestras seleccionadas, un porcentaje de
bioaccesibilidad signi±cativo en la fase gástrica, en
intervalos que varían entre 50 y 75 %. Sólo en las
muestras ZIM6, ZIM7 y ZIM32 se observó que la
bioaccesibilidad del Pb es menor de 5 %, aunque las
muestras proceden tanto de presas de jales antiguas
como recientes. Por lo que el contenido de Pb bioac-
cesible en estas tres muestras es signi±cativamente
inferior al resto incluso para la muestra ZIM6 que
tiene la mayor concentración de Pb total. Por otra
parte, la bioaccesibilidad del Pb en la fase intestinal
disminuye hasta valores menores de 14%, por lo que
los contenidos de Pb bioaccesible en esta fase no
sobrepasan valores de 700 mg/kg (
Cuadro VIII
). Al
valor de pH seleccionado de 1.3, el porcentaje de Pb
bioaccesible se sobreestima, si se considera que el
pH más apropiado para estimar la biodisponibilidad
de Pb es de 2.5, de acuerdo al estudio de Ruby
et al.
(1996). Sin embargo, es posible tener una aproxima-
ción del porcentaje de bioaccesibilidad a este valor
de pH, si se conoce la bioaccesibilidad a un valor de
pH de 1.3, partiendo de la disminución de la bioac-
cesibilidad reportada entre valores de pH 1.3 y 2.5
(Ruby
et al.
1996). Para el Pb, los datos reportados
a 1 h muestran que el porcentaje de bioaccesibilidad
a valor de pH 2.5 fue entre 60 % y 27 % menor del
medido a un valor de pH 1.3, con un promedio de
44 %. Ruby
et al.
(1996) reportan valores entre 9.5
hasta 83 % de bioaccesibilidad, contra 1 a 75 % en
este estudio, y a un valor de pH 2.5 reportaron por-
centajes de bioaccesibilidad menores de 3.8 hasta
24 %, mientras que en este estudio se esperarían
valores menores de uno hasta 33 %, considerando
un promedio de disminución en la bioaccesibilidad
de 44 %. La relación entre los minerales y la bioac-
cesibilidad del Pb es más signi±cativa en estos jales.
El incremento de la bioaccesibilidad del Pb en la fase
gástrica está asociada al mayor grado de alteración
de la galena al carbonato de plomo (muestras ZIM
11, 17, 24, 33, y 35), mientras que una limitada
bioaccesibilidad del plomo en la fase gástrica está
asociada al predominio de galena y su alteración a
sulfatos (anglesita y plumbojarosita) en las muestras
ZIM 06, 07, 32 y 63. Los resultados obtenidos para
las muestras con carbonato de plomo son acordes a
los reportados por Ruby
et al.
(1999), no así los de
los sulfatos de Pb, con los que se esperaría un mayor
CUADRO VII
. CONCENTRACIÓN TOTAL, BIOACCESIBILIDAD Y PORCENTAJES DE BIOACCESIBILIDAD DE
ARSÉNICO EN ²ASES GÁSTRICA (²G) E INTESTINAL (²I)
Muestra
As total
(mg/kg)
As bioaccesible en ²G
(mg/kg)
As bioaccesible en ²I
(mg/kg)
As bioaccesible
en ²G (%)
As bioaccesible
en ²I (%)
ZIM6
38 720
491
288
1.27
0.75
ZIM7
28 200
459
304
1.63
1.07
ZIM11
29 000
465
363
1.60
1.25
ZIM17
14 680
225
175
1.54
1.19
ZIM24
11 240
150
135
1.34
1.20
ZIM32
15 040
251
201
1.67
1.33
ZIM33
14 560
248
163
1.70
1.18
ZIM35
20 200
521
275
2.58
1.36
ZIM63
11 020
180
298
1.63
2.70
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
215
porcentaje de bioaccesibilidad, según lo reportado
por los mismos autores.
Zinc
El zinc está considerado como un elemento po-
tencialmente tóxico sólo en altas concentraciones, sin
embargo el sulfuro de zinc (esfalerita) puede contener
concentraciones de cadmio (típica asociación mine-
ralógica esfalerita-greenockita), hierro, manganeso y
mercurio entre otros. El
cuadro IX
presenta los valores
en concentración total, bioaccesibilidad y porcentaje
de bioaccesibilidad del zinc, donde se observa que
la bioaccesibilidad de este elemento es variable de
una muestra a otra para ambas fases (gástrica e in-
testinal) y con porcentajes que van desde menos de
10 % hasta casi 80 %. Debido a los altos porcentajes
de bioaccesibilidad y altas concentraciones de Zn en
las muestras, sus contenidos bioaccesibles son rela-
tivamente elevados y similares a los reportados para
el arsénico. Por otra parte la comparación entre los
contenidos bioaccesibles de Zn en las fases gástrica
e intestinal, demostró que existe una alta correlación
entre ambos contenidos con una pendiente cercana a
uno (
Fig. 10
). Lo cual signi±caría que este elemento
no cambia su bioaccesibilidad con el cambio de con-
diciones ±sicoquímicas en el tracto gastrointestinal, al
menos para las especies portadoras de zinc presentes
en estos residuos, las cuales pueden estar presentes
bajo la forma de sulfuros, óxidos, carbonatos, silicatos
e hidróxidos; una explicación al hecho de que no cam-
bia su biodisponibilidad con el pH posiblemente esté
relacionado con las propiedades anfotéricas del zinc.
Para el Zn los reportes relacionados con la bioaccesi-
bilidad de este elemento se re±eren principalmente a
temas nutricionales y agrícolas.
Cadmio
Generalmente el cadmio está presente en la estruc-
tura cristalina de la esfalerita o como inclusiones en
forma de sulfuro de cadmio (greenockita) y contrario
al zinc éste si es considerado como un elemento con
potencial tóxico. Los resultados demostraron que no
existe una relación entre la concentración total de
cadmio con sus contenidos biodisponibles en las fases
gástrica e intestinal y contrario a lo observado para el
zinc, tampoco existe una relación entre los porcentajes
de bioaccesibilidad de cadmio obtenidos para ambas
fases (
Cuadro X
). En cambio, si existe una alta corre-
CUADRO VIII
. CONCENTRACIÓN TOTAL, BIOACCESIBILIDAD Y PORCENTAJES DE BIOACCESIBILIDAD
DE PLOMO EN FASES GÁSTRICA (FG) E INTESTINAL (FI)
Muestra
Pb total
(mg/kg)
Pb bioaccesible en FG
(mg/kg)
Pb bioaccesible en FI
(mg/kg)
Pb bioaccesible
en FG (%)
Pb bioaccesible
en FI (%)
ZIM6
11 040
68
0
1
Nd
ZIM7
5 060
104
0
2
Nd
ZIM11
8 040
6 086
685
76
9
ZIM17
4 140
2 191
313
53
8
ZIM24
3 828
2 701
408
71
11
ZIM32
4 074
109
55
3
1
ZIM33
1 860
1 358
121
73
7
ZIM35
1 980
1 459
285
74
14
ZIM63
5 904
1 958
649
33
11
CUADRO IX
. CONCENTRACIÓN TOTAL, BIOACCESIBILIDAD Y PORCENTAJES DE BIOACCESIBILIDAD DE ZINC EN
FASES GÁSTRICA (FG) E INTESTINAL (FI)
Muestra
Zn total
(mg/kg)
Zn bioaccesible en FG
(mg/kg)
Zn bioaccesible en FI
(mg/kg)
Zn bioaccesible en FG
(%)
Zn bioaccesible en FI
(%)
ZIM6
22 400
1 581
2 443
7
11
ZIM7
3 040
550
352
18
12
ZIM11
14 790
11 821
11 894
80
80
ZIM17
14 340
657
1 016
5
7
ZIM24
7 440
1 075
1 627
14
22
ZIM32
7 392
1 841
648
25
9
ZIM33
9 900
4 619
6 841
47
69
ZIM35
10 980
5 127
5 158
47
47
ZIM63
8 580
904
1 834
11
21
R. Moreno Tovar
et al.
216
lación entre las concentraciones y la bioaccesibilidad
en fase gástrica para Zn y Cd (
Fig. 11
), esto conFrma la
asociación geoquímica existente entre ambos elemen-
tos en depósitos polimetálicos (Moreno
et al.
2003).
El porcentaje de bioaccesibilidad en fase gástrica es
heterogéneo variando desde 6 hasta 68 %, similar en
cuanto a la heterogeneidad de resultados de las prue-
bas realizadas en suelos contaminados por Schroder
et al.
(2003), que reportan valores entre 11 y 96 %
de cadmio bioaccesible, determinado por el método
in vitro gastrointestinal (IVG). Juhasz
et al.
(2010),
señala que debido al bajo valor de pH del entorno de
la fase gástrica, se produce la liberación de As, Cd y
Pb como resultado de los procesos de disolución que
dependen de la mineralogía, aunado al pH de la fase
gástrica del método in vitro.
CONCLUSIONES
En el distrito Zimapán los minerales están consti-
tuidos por sulfuros, sulfosales y calcosilicatos. Presen-
ta minerales secundarios característicos de alteración y
oxidación de sulfuros de hierro bajo condiciones ácidas
(Jambor 1994, Cruz
et al.
2005). Los jales muestran
concentraciones importantes, siendo el arsénico el más
abundante. Los análisis por microscopía electrónica
de barrido y microsonda electrónica confirmaron
la presencia de arseniatos (escorodita y simplesita),
sulfatos (anglesita y plumbojarosita) y carbonatos
(cerusita). Los resultados de los análisis para deter-
minar la bioaccesibilidad mostraron que el contenido
de As biodisponible en la fase gástrica es inferior al
As total inicialmente disponible, debido a su limitada
capacidad de disolución o a la baja solubilidad de la ar-
senopirita en los ±uidos gastrointestinales. Para el Pb,
el incremento de la bioaccesibilidad está en función de
los minerales secundarios (producto de la alteración),
la cual es mayor en carbonatos y menor en sulfatos. El
Zn presentó una bioaccesibilidad heterogénea y alta
correlación entre las fases gástrica e intestinal, debido
quizá a sus propiedades anfotéricas. El Cd mostró una
alta correlación con el Zn en la fase gástrica debido a
su asociación geoquímica.
CUADRO X
. CONCENTRACIÓN TOTAL, BIOACCESIBILIDAD Y PORCENTAJES DE BIOACCESIBILIDAD DE CADMIO
EN ²ASES GASTRICA (²G) E INTESTINAL (²I)
Muestra
Cd total
(mg/kg)
Cd bioaccesible en ²G
(mg/kg)
Cd bioaccesible en ²I
(mg/kg)
Cd bioaccesible en ²G
(%)
Cd bioaccesible en ²I
(%)
ZIM6
154
13
22
8
14
ZIM7
22
5
6
24
28
ZIM11
110
75
26
68
24
ZIM17
119
8
12
6
10
ZIM24
60
9
12
15
20
ZIM32
55
15
11
28
19
ZIM33
46
25
29
55
64
ZIM35
48
28
18
59
38
ZIM63
73
10
12
14
17
Fig. 10.
Correlación entre los contenidos biodisponibles de zinc
en fase gástrica e intestinal de las muestras de jales del
distrito minero Zimapán
(Zn) disponible en FI, mg/kg
(Zn) disponible en FG, mg/kg
Fig. 11.
Correlación entre los contenidos biodisponibles de zinc
y cadmio en la fase gástrica para las muestras de jales
del distrito minero Zimapán
(Zn) disponible en FI, mg/kg
(Zn) disponible en FG, mg/kg
INFLUENCIA DE LOS MINERALES DE LOS JALES EN LA BIOACCESIBILIDAD
217
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
(UAEH) a través de sus programas de superación per-
sonal (PROMEP) y al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (CONACyT) por el apoyo brindado para
la realización de estudios de Posgrado.
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