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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
Rev. Int. Contam. Ambient. 24 (2) 43-54, 2008
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS QUE DETERMINAN LA PELIGROSIDAD Y EL
IMPACTO AMBIENTAL DE JALES MINEROS
Francisco Martín ROMERO
1
, María Aurora ARMIENTA
2
, Margarita Eugenia GUTIÉRREZ
3
y
Guadalupe VILLASEÑOR
1
1
Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Geología, Ciudad Universitaria, México DF 04510,
México. Correo electrónico: fmrch@geologia.unam.mx
2
Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Geofísica, Ciudad Universitaria, México DF 04510,
México
3
Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto de Geografía, Ciudad Universitaria, México DF 04510,
México
(Recibido noviembre 2007, aceptado febrero 2008)
Palabras clave: jales mineros, drenaje ácido, factores geológicos y climáticos
RESUMEN
Se realizó un estudio geoquímico comparativo en jales oxidados ubicados en las regiones
mineras de Nacozari-Sonora (depósito de sulfuros de Cu tipo pórFdo 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 sulfu-
ros de Pb-Zn). Estos residuos mineros se estudiaron con el Fn 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. Consecuente
con la mineralogía de los yacimientos explotados, los jales de Nacozari contienen
concentraciones totales bajas de As (8.9 mg
kg
-
1
), Pb (< 20 mg
kg
-
1
) y Zn (91 mg
kg
-
1
)
y concentraciones totales altas de Cu (535 mg
kg
-
1
) y Fe (6.8 %); mientras que los jales
de Santa Bárbara se caracterizan por contener concentraciones totales altas de As (1140
mg
kg
-
1
), Pb (6669 mg
kg
-
1
), Zn (12531 mg
kg
-
1
) y Cu (851 mg
kg
-
1
). Sin embargo, en
los jales de Santa Bárbara se determinaron las concentraciones totales más bajas de Fe
(3.4 %). En los jales de Zimapán se determinaron las mayores concentraciones totales
de As (12735 mg
kg
-
1
) y Fe (16.5 %) y altas concentraciones totales de Pb (2034 mg
kg
-
1
), Zn (2982 mg
kg
-
1
) y Cu (600 mg
kg
-
1
). Finalmente, las concentraciones totales
de elementos potencialmente tóxicos (EPT) en los jales de Taxco son 585 mg
kg
-
1
As,
1479 mg
kg
-
1
Pb, 460 mg
kg
-
1
Zn, 72 mg
kg
-
1
Cu y 9.4 % Fe. Las concentraciones totales
altas de Fe en los jales de Nacozari, Zimapán y Taxco indican la abundancia relativa
de sulfuros de ±e, principalmente pirita. La oxidación de la pirita y la insuFciencia
de minerales con potencial de neutralización ha producido valores bajos de pH en los
lixiviados de estos jales: pH
Zimapán
= 2.6, pH
Taxco
= 2.8 y pH
Nacozari
= 3.0.
En los jales
de Nacozari se forman lixiviados ácidos con sulfatos, Cu, Zn y Fe disueltos, mientras
que en los jales de Zimapán y Taxco los lixiviados ácidos adicionalmente contienen
As y Pb disueltos. Estos resultados indican que en Zimapán y Taxco existe un mayor
riesgo ambiental, ya que los lixiviados ácidos con EPT disueltos drenan a los arroyos
del entorno y, aunque no afectan la calidad de las aguas superFciales, provocan la
acumulación de EPT en los sedimentos. Los resultados químicos y mineralógicos en
los jales de Santa Bárbara indican la abundancia de calcita y bajo contenido de pirita.
Los valores de pH en los lixiviados de estos jales son ligeramente superiores al neutro
F.M. Romero
et al.
44
(pH = 8.4) y se caracterizan por las bajas concentraciones de EPT disueltos, lo que
indica que la capacidad de neutralización ha sido sufciente para consumir la acidez
generada por la oxidación de los sulfuros metálicos. Los resultados de este estudio
permiten 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 son determinantes en los procesos que provocan la
dispersión de estos residuos y sus lixiviados al entorno.
Key words: mine tailings, acid drainage, geological and climatic factors
ABSTRACT
A comparative geochemical study was conducted within oxidized tailings in mining
regions oF Nacozari-Sonora (Cu-sulfde oF porphyry copper deposits), Santa Bárbara-
Chihuahua (Pb-Zn-Cu hydrothermal veins), Zimapán-Hidalgo (Pb-Zn-Ag skarn) and
Taxco-Guerrero (Pb-Zn-Cu hydrothermal veins). These mining wastes were studied in
order to evaluate the capacity of acid drainage generation and to evaluate the importance
of geological and climatic factors in their potential hazard and environmental impact.
Consequent with the main mineralogy of the exploited ore bodies, the Nacozari’s tail-
ings contain low total concentrations of As (8.9 mg
kg
-
1
), Pb (< 20 mg
kg
-
1
) and Zn (91
mg
kg
-
1
)
and high total concentrations of Cu (535 mg
kg
-
1
) and Fe (6.9 %); whereas
tailings from Santa Bárbara are characterized by the high total concentrations of As
(1140 mg
kg
-
1
), Pb (6669 mg
kg
-
1
), Zn (12531 mg
kg
-
1
) and Cu (851 mg
kg
-
1
). However,
the lowest concentration of Fe (3.4 %) was measured in the Santa Bárbara’s tailings. In
tailings from Zimapán were determined the highest total concentrations of As (12735
mg
kg
-
1
) and Fe (16.5 %), and high total concentrations of Pb (2034 mg
kg
-
1
), Zn (2982
mg
kg
-
1
) and Cu (600 mg
.
kg
-1
). Finally, total concentrations of potentially toxic elements
(PTE) in tailings from Taxco are 585 mg
kg
-
1
As, 1479 mg
kg
-
1
Pb, 460 mg
kg
-
1
Zn, 72
mg
kg
-
1
Cu and 9.4 % Fe. The high total Fe concentrations in tailings from Nacozari,
Zimapán and Taxco indicate the relative abundance oF ±e-sulfdes, mainly pyrite.
Oxidation oF pyrite and insuFfciency oF acid-neutralizing minerals have produced low
pH values in tailing leachates: pH
Zimapán
= 2.6, pH
Taxco
= 2.8 and pH
Nacozari
= 3.0. Acidic
leachates of Nacozari’s tailings contain high concentration of dissolved SO
4
2
-
, Fe, Cu
and Zn. The acidic leachates of tailings from Zimapán and Taxco additionally contain
dissolved As and Pb. These results indicate that in Zimapán and Taxco there is a greater
environmental risk because the acidic leachates that contain high concentrations of
PTE drain to streams of the surroundings and although they do not affect the quality
of waters, cause the accumulation of PTE in sediments. Chemical and mineralogical
results of tailing from Santa Bárbara indicate the abundance of calcite and low pyrite
content in these tailings. The pH values of leachates from Santa Bárbara’s tailings are
slightly above neutral (pH = 8.4) and are characterized by the lowest concentrations of
dissolved PTE, which indicates that the acid-neutralizing capacity of the tailings has
been suFfcient to consume the acidity generated by sulphide oxidation. The results oF
this study allow to conclude that the mineralogy of the exploited ore bodies is the main
Factor that in²uences the acid drainage generation From the studied tailings impound
-
ment, and climatic factors are determining in the processes that cause the dispersion
of these mine waste and its leachates to the surroundings.
INTRODUCCIÓN
El proceso de benefcio de yacimientos minerales
sulFurados por ²otación selectiva produce residuos
de granulometría fna denominados jales. Gene
-
ralmente, estos jales contienen sulfuros metálicos
residuales como pirita (FeS
2
), pirrotita ((Fe
1-x
S), ga-
lena (PbS), esfalerita (ZnS), calcopirita (CuFeS
2
) y
arsenopirita (FeAsS), que son la fuente de elementos
potencialmente tóxicos (EPT) como el As, Cd, Pb,
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS Y LA PELIGROSIDAD DE JALES
45
Cu, Zn, Fe, etc. (Romero
et al
, 2007).
El principal problema ambiental asociado a los
jales se relaciona con la dispersión de los mismos
hacia su entorno. En las zonas lluviosas, esta proble-
mática ambiental está relacionada con la generación
de drenaje ácido y su dispersión a través de los escu-
rrimientos superfciales (dispersión hídrica), mientras
que en las zonas áridas se relaciona con la dispersión
provocada por el viento (dispersión eólica).
El drenaje ácido se genera por la oxidación de los
sulfuros metálicos y son soluciones que se caracte-
rizan por tener valores bajos de pH y altas concen-
traciones de EPT disueltos (Lin 1997, Johnson
et al.
2000, Roussel
et al
. 2000,
Moncur
et al.
2004) que,
al transportarse, pueden convertirse en un problema
ambiental severo al contaminar suelos, sedimentos,
aguas superfciales y subterráneas (Bain
et al
. 2000,
Armienta
et al.
2001, Jung 2001).
Para que ocurra la oxidación en los jales es necesa-
rio que contengan sulfuros metálicos reactivos y que
existan las condiciones climáticas apropiadas (aire y
agua o atmósfera húmeda); por lo que la oxidación es
generalmente muy limitada durante la operación y se
desarrolla lentamente a lo largo del tiempo, después
de que cesa la acumulación de jales en el depósito y
la porosidad en el mismo permite la difusión del oxí-
geno atmósferico. Sin embargo, la oxidación de los
sulfuros metálicos no siempre produce drenaje ácido,
ya que la tendencia de los jales para generarlo es una
función del balance entre los minerales productores
de ácido (sulfuros metálicos) y los minerales con
capacidad de neutralización (carbonatos, hidróxidos
y aluminosilicatos). En general, cuando la capacidad
de neutralización excede al potencial de generación
de ácido, se consumirá toda la acidez generada y las
soluciones que drenen del depósito de jales tendrán
un pH cercano al neutro.
Por otro lado, el desarrollo de otros procesos
geoquímicos y físicos puede controlar la acidez, la
movilidad y la dispersión de los EPT en los depósitos
de jales.
La disolución y alteración de algunos minerales
como calcita, wollastonita, gibsita goetita, feldespa-
tos, etc., involucra el consumo de protones, lo que
contribuye de manera determinante en el proceso de
neutralización de las soluciones ácidas generadas por
la oxidación de sulfuros metálicos en los jales (Lin
1997, Holmstron
et al
. 1998, Morin y Hutt 2001). Los
oxihidróxidos de hierro tienen una gran capacidad
para la adsorción y coprecipitación de arsénico y
metales pesados. Muchos autores han reportado que
la sorción de los EPT en los oxihidróxidos de hierro
es el principal control de su movilidad (Levy
et al
.
1997, Lin 1997, Foster
et al
. 1998, McGregor
et al
.
1998, Savage
et al
. 2000, Dold y Fontbote 2001,
Holmstrom y Ohlander 2001, Ljungberg y Ohlander
2001, Courtin-Nomade
et al.
2003, Fukushi
et al
.
2003, Moncur
et al
. 2004). Otros autores reportan
que la precipitación de minerales secundarios como
anglesita, beudantita y escorodita, es un control
importante en la movilidad de los EPT liberados
durante la oxidación de los sulfuros metálicos en
los jales (Foster
et al.
1998, Roussel
et al
. 2000,
Courtin-Nomade
et al
. 2002, Paktunc
et al
. 2004,
Romero
et al.
2007).
Se realizó un estudio geoquímico comparativo en
jales oxidados de cuatro regiones mineras de México
con diferentes condiciones geológicas y climáticas
con los objetivos de: i) Evaluar la peligrosidad de los
jales en función de su capacidad para la generación
de drenaje ácido. ii) Relacionar la peligrosidad de
los jales con las particularidades geológicas de cada
sitio. iii) Valorar el impacto potencial al ambiente
considerando las particularidades climáticas de cada
zona.
MATERIALES Y MÉTODOS
Descripción de los sitios de estudio
Se seleccionaron jales oxidados de depósitos in-
activos que provienen de la explotación de diferentes
yacimientos minerales de cobre, plomo y zinc y que
se ubican en las regiones mineras de Nacozari-So-
nora, Santa Bárbara-Chihuahua, Zimapán-Hidalgo y
Taxco-Guerrero (
Fig. 1
). En las zonas de estudio exis-
ten condiciones geológicas y climáticas diferentes.
La región de Nacozari se localiza en el estado
de Sonora, en la parte noroeste de México, donde el
clima es cálido seco con temperatura media anual
de 18.3 °C. Los registros históricos indican un pro-
medio anual de 400 mm de precipitación pluvial y
2800 mm de evaporación potencial (CNA 2002a). La
precipitación máxima ocurre en el mes de julio con
valores de 150 mm y la precipitación mínima sucede
en el mes de abril con valores menores a 10 mm. Los
yacimientos minerales importantes son de cobre del
tipo pórfdo cupríFero, siguiéndole en importancia las
chimeneas brechoides. Los estudios reportan calco-
pirita (FeCuS
2
) y calcosita (CuS) como los sulfuros
metálicos de interés comercial, y lutitas, andesitas y
dioritas como la roca encajonante. Este yacimiento
se caracterizó por la presencia de pirita (FeS
2
) y
contenido bajo de esfalerita (ZnS) (COREMI 1999).
No se reporta la presencia de otros sulfuros metálicos
como galena (PbS) y arsenopirita (FeAsS).
F.M. Romero
et al.
46
La región de Santa Bárbara se encuentra en
el estado de Chihuahua, en la parte norcentral de
México, donde el clima es semiárido con tempe-
ratura media anual de 17.2 °C. Los registros his-
tóricos indican un promedio anual de 507 mm de
precipitación pluvial y 2292 mm de evaporación
potencial (CNA 1997). La precipitación máxima
tiene lugar en julio con valores de 122 mm y la
precipitación mínima en marzo con valores de 2.2
mm. Los yacimientos minerales importantes de la
región son vetas hidrotermales con sulfuros de Pb-
Cu-Zn. Los minerales se encuentran encajonados
en lutitas calcáreas del cretácico. Los sulfuros me-
tálicos reportados en este yacimiento son: esfalerita
(ZnS), galena (PbS), calcopirita (FeCuS
2
), pirita
(FeS
2
) y arsenopirita (FeAsS). Entre los minerales
transparentes más abundantes se reportan el cuarzo
y la calcita, y en menor proporción fuorita, epído
-
ta, ortoclasa y clorita (IMMSA 1995).
La región de Zimapán se encuentra en la parte
central de México, donde el clima es semiseco y
semiseco templado, con temperatura media anual de
17 °C. Los registros históricos indican un promedio
anual de 500 mm de precipitación pluvial y 1500
mm de evaporación potencial (CNA 2002b). La
precipitación máxima ocurre en junio con valores de
80 mm y la precipitación mínima sucede en marzo
con valores de 2.2 mm. Los yacimientos minerales
importantes de la región son polimetálicos de Pb-Zn-
Ag del tipo “skarn”, chimeneas, mantos y vetas. La
mineralización está encajonada en rocas calizas del
cretácico. Los sulfuros metálicos reportados son pi-
Fig. 1.
Regiones mineras donde se localizan los jales de estudio:
1 = Nacozari-Sonora, 2 = Santa Bárbara-Chihuahua
3 = Zimapán-Hidalgo, 4 = Taxco-Guerrero
Clima árido
Clima templado
Clima tropical
subhúmedo
Clima tropical
húmedo
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS Y LA PELIGROSIDAD DE JALES
47
rita (FeS
2
), pirrotita (Fe
1-x
S), esfalerita (ZnS), galena
(PbS), calcopirita (FeCuS
2
) y arsenopirita (FeAsS).
Los minerales transparentes más abundantes son
cuarzo, calcita, feldespatos y wollastonita (COREMI
1992).
La región de Taxco se localiza en el estado de
Guerrero, en la parte suroeste de México, con un
clima tropical subhúmedo y temperatura promedio
anual de 28 °C. El registro histórico de precipitacio-
nes indica un promedio anual del orden de los 1000
mm (INEGI 1999). En zonas cercanas al sitio de
estudio se reportan valores de evaporación potencial
anual de 1806 mm (CNA 2002c). La precipitación
máxima ocurre en septiembre con valores de 300
mm y la precipitación mínima sucede en febrero
con valores de 1.2 mm. Los yacimientos minerales
importantes de la región son vetas hidrotermales con
sulfuros de Pb-Zn encajonadas en lutitas, calizas y
areniscas del cretácico. Los sulfuros metálicos repor-
tados son pirita (FeS
2
), esfalerita (ZnS), galena (PbS)
y arsenopirita (FeAsS). Los minerales transparentes
más abundantes son cuarzo, calcita y feldespatos
potásicos (IMMSA 1973).
Muestras y análisis de laboratorio
Se colectaron un total de 48 muestras de jales
oxidados. En los jales de Nacozari fueron 18 muestras
en el denominado “Depósito III”, en Santa Bárbara
se obtuvieron 6 muestras en el depósito “Colorados”;
en Zimapán se colectaron 10 muestras en el depósito
“Cia Zimapán”. Finamente, en la región de Taxco
se colectaron 14 muestras en el depósito de jales
denominado “Guerrero”.
En todas las muestras se determinaron el pH y la
conductividad eléctrica (CE), para lo cual se prepa-
raron suspensiones de las muestras homogenizadas
en una relación sólido: agua de 1:5. Se determinaron
las concentraciones totales de arsénico, plomo, zinc,
cobre y hierro, para lo cual las muestras se pulveri-
zaron hasta obtener una granulometría inferior a la
malla 200 y fueron digeridas con ácido nítrico en
horno de microondas. Asimismo, se determinaron
las concentraciones geodisponibles de los EPT de
interés de acuerdo con el procedimiento establecido
en la Norma Ofcial Mexicana NOM-141 (2003), que
consiste en obtener extractos para análisis químicos
a partir de la agitación de las muestras sólidas con
agua en equilibrio con la atmósfera (pH = 5.5
±
0.2)
en una relación sólido:líquido de 1:20. Estos extractos
representan los lixiviados que se formarían en los
jales al contacto con agua de lluvia.
Los análisis de las concentraciones totales y
geodispoinbles de los EPT de interés se realizaron
por espectroscopía de absorción atómica con gene-
ración de hidruros (AAGH) en el caso del arsénico
y espectroscopía de emisión atómica inductivamente
acoplada a plasma (ICP-AES) para los otros ele-
mentos. La calidad de los resultados de los análisis
químicos se controló a través de análisis de mues-
tras duplicadas (precisión del método) y análisis
del material de referencia para jales mineros RTS-3
Canadian Certifed ReFerence Materials
(exactitud
del método). Los análisis de las muestras duplicadas
indicaron que la
repetibilidad varía entre 3 y 8 % y
se obtuvo entre 92 y 116 % de recuperación de los
EPT en las muestras del material de referencia, es
decir de exactitud del método.
El análisis mineralógico se realizó por difracción
de rayos X utilizando un difractómetro Philips mode-
lo 1130/96 (generador) y PW 1050/25 (goniómetro)
utilizando radiación CuK
α
.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El método de construcción de los cuatro depósitos
de jales estudiados permitió la formación del denomi-
nado “vaso” en el centro de los depósitos, donde se
almacenaron los jales de granulometría fna (lamas),
y la formación del denominado “talud”, que conforma
la cortina contenedora, en la periferia de los depósi-
tos, donde se depositaron los jales de granulometría
gruesa. Los cuatro depósitos de jales estudiados han
estado inactivos desde hace más de 30 años.
La composición mineralógica de los jales estu-
diados se presenta en el
cuadro I
. La mineralogía
de estos jales oxidados está dominada por el cuarzo
(SiO
2
) y el yeso (
CaSO
4
.
2H
2
O
), que es el mineral
secundario más común que caracteriza a los jales
oxidados (McGregor
et al.
1998, Johnson
et al.
2000, Romero
et al.
2007). En los jales de Zimapán y
Taxco se identifcó una mayor variedad de minerales
secundarios de Fe como lepidocrocita (
γ
FeOOH),
jarosita (KFe
3
[SO
4
]
2
[OH]
6
), rosenita (FeSO
4
.
4H
2
O)
y beundantita (PbFe
3
[SO
4
][AsO
4
][OH]
6
). Asimismo,
en los jales de Taxco se identifcó caolinita que es
un mineral secundario que proviene de la alteración
de los feldespatos potásicos en ambientes ácidos.
Esta variedad de minerales secundarios en los jales
de Taxco y Zimapán indica que el proceso de oxi-
dación/neutralización ha sido intenso y reFejan la
abundancia relativa de los elementos potencialmente
tóxicos como el Fe, As y Pb que forman parte de la
composición de los minerales identifcados.
Por otro lado, en los jales oxidados de Zimapán
también se observó pirita, que es el mineral cuya
F.M. Romero
et al.
48
oxidación se considera como la principal fuente de
generación de acidez (Balistrieri
et
al
. 1999, Dold
y Fontbote 2001). La presencia de pirita en los
jales oxidados de Zimapán sugiere su abundancia
relativa, lo que implica que estos jales aún tienen po-
tencial para seguir oxidándose y en consecuencia,
para seguir generando acidez. En los jales oxidados
de Santa Bárbara, además de los oxihidróxidos de Fe
(goetita [
α
FeOOH] y hematita [Fe
2
O
3
]) se identifcó
calcita, que es el principal mineral con capacidad
de neutralización (Lin 1997, Morin y Hutt 2001) lo
que indica que los jales oxidados de Santa Bárbara
aún poseen minerales con alto potencial de neutra-
lización.
En los jales de Nacozari, adicional al cuarzo
(SiO
2
) y al yeso (CaSO
4
.
2H
2
O), se identifcaron le
-
pidocrocita (
γ
FeOOH) y sulfato de cobre (CuSO
4
),
lo que reFeja la abundancia relativa de los elemen
-
tos potencialmente tóxicos como el Fe y el Cu que
forman parte de la composición de estos minerales
secundarios.
En el
cuadro II
se presentan los resultados de
los valores de pH, conductividad eléctrica (CE) y
concentración total de los elementos potencialmente
tóxicos analizados (As, Pb, Cu, Zn y Fe).
Los resultados de los valores de pH indican que la
capacidad de generación de drenaje ácido en los jales
de los diferentes sitios de estudio descienden en el
siguiente orden: Zimapán (pH = 2.6) > Taxco (pH =
2.8) > Nacozari (3.0) > Santa Bárbara (pH = 8.4). En
general, se puede observar que los valores más bajos
de pH (ácidos) determinados en los jales oxidados
de Zimapán, Taxco y Nacozari se corresponden con
las mayores concentraciones de Fe. En cambio, en
los jales de Santa Bárbara, donde las concentracio-
nes de Fe son relativamente bajas, el pH es neutro y
ligeramente básico (
Cuadro II, Fig. 2
).
Los valores más altos de conductividad eléctrica
se determinaron en los jales de Nacozari (CE = 2490
- 12025
µ
S/cm) y le siguen en orden descendente los
jales de Taxco (CE = 2210 - 7310
µ
S/cm), Zimapán
(2570 - 4130
µ
S/cm) y Santa Bárbara (CE = 55 - 1592
µ
S/cm). Estos valores relativamente altos de CE en
los jales de Nacozari, Zimapán y Taxco indican la
presencia de minerales solubles en el medio ácido
como el yeso y oxihidróxidos de Fe que fueron
identifcados por DRX. Los valores más altos de
CE en Nacozari y Zimapán se pueden explicar por
la presencia adicional de sulfato de cobre y sulfato
de hierro, respectivamente.
De acuerdo con la composición mineralógica,
los valores de pH y la conductividad eléctrica de
los jales oxidados de Nacozari, Zimapán y Taxco,
se puede concluir que la oxidación de los sulfuros
metálicos liberó protones, con lo cual se dieron las
condiciones necesarias para la generación de drenaje
ácido. En cambio, en Santa Bárbara, la capacidad
de neutralización ha sido sufciente para consumir
la acidez generada por la oxidación de los sulfuros
metálicos.
En general, los valores de las concentraciones
totales de los elementos potencialmente tóxicos en
los jales de los diferentes sitios de estudio (
Cuadro
II, Fig. 2
) decrecen en el siguiente orden: Zimapán
> Santa Bárbara > Taxco > Nacozari.
Los jales de Zimapán se caracterizan por presen-
tar las mayores concentraciones totales de arsénico
(3815 - 40853 mg
kg
-
1
) y concentraciones totales
relativamente altas de plomo (1444 - 4056 mg
.
kg
-
1
),
zinc (2218 - 17430 mg
kg
-
1
) y cobre (489 - 3476
CUADRO I.
COMPOSICIÓN MINERALÓGICA
DE LOS JALES OXIDADOS DE
LOS DIFERENTES SITIOS DE ESTUDIO
Mineralogía de jales oxidados
Nacozari
Santa Bárbara
Zimapán
Taxco
Cuarzo (SiO
2
)
X
X
X
X
Pirita (FeS
2
)
X
Calcita (CaCO
3
)
X
Yeso (CaSO
4
.
2H
2
O)
X
X
X
X
Lepidocrocita (γ±eOOH)
X
X
X
Goetita (α±eOOH)
X
Hematita (Fe
2
O
3
)
X
Jarosita (KFe
3
[SO
4
]
2
[OH]
6
)
X
X
Rosenita (FeSO
4
.4H
2
O)
X
Beundantita (PbFe
3
[SO
4
][AsO
4
][OH]
6
)
X
X
Anglesita (PbSO
4
)
X
Sulfato de cobre (CuSO
4
)
X
Caolinita (Al
2
Si
2
O
5
[OH]
4
)
X
X
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS Y LA PELIGROSIDAD DE JALES
49
mg
kg
-
1
). Estos resultados son congruentes con el
hecho de que en el yacimiento mineral de Pb-Zn-
Ag del “skarn” de Zimapán se reportan, entre los
principales sulfuros metálicos de la mena, la galena
(PbS), la esfalerita (ZnS), la arsenopirita (FeAsS) y
la calcopirita (FeCuS
2
) (COREMI 1992).
Los jales de Santa Bárbara se caracterizan por pre-
sentar las mayores concentraciones de plomo (2836
- 16881 mg
kg
-
1
) y zinc (10336 - 21059 mg
kg
-
1
) y
concentraciones relativamente altas de arsénico (651
- 2754 mg
kg
-
1
) y cobre (716 - 1578 mg
kg
-
1
), lo que
es congruente, con el hecho de que en las vetas poli-
metálicas de Pb-Zn-Cu de Santa Bábara se reporta que
entre los principales sulfuros metálicos de la mena es-
tán la galena (PbS), la esfalerita (ZnS), la arsenopirita
(FeAsS) y la calcopirita (FeCuS
2
) (IMMSA 1995).
Los jales de Taxco se caracterizan por las siguien-
tes concentraciones totales de elementos potencial-
mente tóxicos: arsénico = 190 - 800 mg
kg
-
1
, plomo =
378 - 4932 mg
kg
-
1
, zinc = 58 - 2949 mg
kg
-
1
y cobre
= 25 - 122 mg
kg
-
1
. Estos resultados son congruentes
con el hecho de que en las vetas polimetálicas de Pb-
Zn-Ag de Taxco se reporta que entre los principales
sulfuros metálicos de la mena están la galena (PbS),
la esfalerita (ZnS), la arsenopirita (FeAsS) y no se
reportan sulfuros de cobre (IMMSA 1973).
En los jales de Nacozari se determinaron concen-
traciones totales de arsénico relativamente bajas (3
- 31 mg
.
kg
-
1
) y las de plomo son inferiores al límite
de detección (LD) de la técnica de análisis (LD del
plomo = 20 mg
kg
-
1
). Por otro lado, se determinaron
concentraciones totales de zinc entre 10 y 619 mg
kg
-
1
y cobre entre 144 y 4758 mg
kg
-
1
. Estos resultados
son consistentes con el hecho de que en el yacimiento
cuprífero de Nacozari los sulfuros metálicos más
importantes son la calcopirita (FeCuS
2
) y la calcosita
CUADRO II.
CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS, VALORES DE pH, CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA (CE) Y CON-
CENTRACIÓN TOTAL DE ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS (EPT)
Características geológicas de los yacimientos minerales de las regiones de estudio
Zona de estudio
Nacozari
Santa Bárbara
Zimapán
Taxco
Tipo de yacimiento
Pórfdo cupríFero (Cu)
Vetas Pb-Zn-Cu
“Skarn” Pb-Zn-Ag
Vetas Pb-Zn
Principales sulfuros
metálicos de la mena
Calcopirita
(FeCuS
2
),
Galena (PbS),
Esfalerita (ZnS),
Galena (PbS),
Esfalerita (ZnS),
Galena
(PbS),
Calcosita
(CuS),
Calcopirita
(FeCuS
2
),
Calcopirita (FeCuS
2
),
Pirita (FeS
2
)
Esfalerita
(ZnS),
Pirita
(FeS
2
),
Pirita
(FeS
2
)
Pirrotita
(Fe1-x S),
Pirita
(FeS
2
),
Esfalerita
(ZnS)
Arsenopirita
(FeAsS)
Arsenopirita
(FeAsS)
Arsenopirita
(FeAsS)
Roca caja
Lutita, andesita
y diorita
Lutita calcárea
Caliza
Lutita, caliza y arenisca
Valores de pH, conductividad eléctrica (CE) y concentración total de EPT en los jales estudiados
Mediana ± Desv. Est.
(intervalo)
Mediana ± Desv. Est.
(intervalo)
Mediana ± Desv. Est.
(intervalo)
Mediana ± Desv. Est.
(intervalo)
Jales Depósito III
(n = 18)
Jales Colorados
(n = 6)
Jales Cía. Zimapán
(n = 10)
Jales Guerrero
(n = 14)
pH
3.0 ± 0.4
(2.2 - 3.4)
8.4 ± 0.5
(7.8 - 9.0)
2.6 ± 0.2
(2.4 - 2.8)
2.8 ± 0.6
(2.4 - 4.2)
CE, uS/cm
4752 ± 2764
(2490 - 12025)
377 ± 600
(55 - 1592)
3250 ± 640
(2570 - 4130)
3325 ± 1499
(2210 - 7310)
As, mg
kg
-
1
8.9 ± 7.5
(2.6 - 31)
1140 ± 739
(650 - 2754)
12735 ± 17188
(3815 - 40853)
585 ± 189
(190 - 800)
Pb, mg
kg
-
1
BLD
6669 ± 5002
(2836 - 16681)
2034 ± 1152
(1444 - 4056)
1479 ± 1172
(378 - 4932)
Cu, mg
kg
-
1
535 ± 1142
(144 - 4758)
851± 324
(716 - 1578)
600 ± 1458
(489 - 3476)
72 ± 26
(25 - 122)
Zn, mg
kg
-
1
91± 206
(10 - 619)
12531 ± 4163
(10336 - 21059)
2982 ± 7367
(2218 - 17430)
460 ± 927
(58 - 2949)
Fe, %
6.8 ± 2.3
(1.6 - 10.9)
3.4 ± 0.9
(2.8 - 5.1)
16.5 ± 4.5
(14.0 - 24.4)
9.4 ± 3.2
(3.1 - 14.0)
BLD = bajo el límite de detección, mg kg
-
1
: As = 4, Pb = 20,
Cu = 3.5, Fe = 10 y
Zn = 5
F.M. Romero
et al.
50
(CuS) y se caracteriza por el bajo contenido de otros
sulfuros metálicos como la esfalerita y la ausencia de
galena y minerales de arsénico (COREMI 1999).
El medio ácido en los jales de Zimapán, Taxco
y Nacozari favorece la disolución de minerales
que contienen EPT, por lo que las concentraciones
geodisponibles de los EPT en los lixiviados acuosos
de estos jales son mayores que las determinadas en
los jales de Santa Bárbara, donde las condiciones de
neutralidad y ligeramente básicas no favorecen la
disolución de las fases sólidas que contienen EPT
(
Cuadro II
).
En el
cuadro III
se presentan las concentraciones
de elementos potencialmente tóxicos disueltos en
los lixiviados acuosos de los jales (concentraciones
geodisponibles). Estos resultados indican que la
peligrosidad del drenaje que podría formarse en los
jales de los diferentes sitios de estudio descienden
en el siguiente orden: Zimapán > Taxco > Nacozari
> Santa Bárbara.
En los jales oxidados de Zimapán se determina-
ron las mayores concentraciones geodisponibles de
sulfatos (1508 - 3625 mgL
-
1
), arsénico (0.4 - 48.7
mgL
-
1
), plomo (No detectado - 1.8 mgL
-
1
), cobre
(2.5 - 25.5 mgL
-
1
), hierro (71.3 - 897.7 mgL
-
1
) y zinc
(22.5 -400 mgL
-
1
). En orden descendiente, siguen las
concentraciones geodisponibles en los lixiviados de
los jales oxidados de Taxco donde se determinaron las
siguientes concentraciones geodisponibles: sulfatos =
781 - 4002 mgL
-
1
, arsénico = 0.04 - 3.2 mgL
-
1
, plomo
= No detectado - 0.5 mgL
-
1
, cobre
= No detectado
- 4.7 mgL
-
1
, hierro = No detectado - 130.2 mgL
-
1
y
zinc = 2.4 - 185.5 mgL
-
1
.
La naturaleza mineralógica y química de los jales
de Zimapán y Taxco, donde el promedio de las pre-
cipitaciones pluviales es de 500 y 1000 mm anuales,
respectivamente, son los factores que determinan
que en estos sitios se favorezca la formación de
soluciones ácidas con EPT disueltos (drenaje ácido)
en época de lluvias. Es importante destacar que en
Zimapán y Taxco el régimen de evaporación es 3.75
y 1.8 veces mayor que el de las precipitaciones,
respectivamente, lo que indica que la escorrentía
superfcial que se Forma en épocas de lluvia podría
Fe, %
As, mg/kg
Pb, mg/k
g
Cu, mg
/kg
Zn, mg/kg
pH
0
2
4
6
8
10
N
SB
Z
T
1
10
100
1000
10000
N
SB
Z
T
-2
4
10
16
22
28
N
SB
Z
T
10
100
1000
10000
N
SB
Z
T
10
100
1000
N
SB
Z
T
1
10
100
1000
10000
N
SB
Z
T
Min-Max
25%-75%
Median value
Fig. 2.
Comportamiento de los valores de pH y concentración total de los elementos potencialmente tóxicos en los jales de los diferen-
tes sitios de estudio: N = Nacozari, SB = Santa Bárbara, Z = Zimapán y T = Taxco
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS Y LA PELIGROSIDAD DE JALES
51
ser más importante que la infltración, 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 superfciales y sedimentos.
Sin embargo, Armienta
et al
. (2004) reportan
valores de pH básicos en el agua del arroyo
-
al cual
drenan los lixiviados ácidos de los jales oxidados de
Taxco
-
debido a la presencia de rocas calizas del en-
torno. Estos mismos autores reportan que aunque las
concentraciones de As, Pb, Zn y Fe en los sedimentos
de este arroyo son relativamente altas, las concen-
traciones solubles en el agua, en época de lluvia, no
superan los límites permisibles para agua de consumo
humano indicados por las autoridades ambientales
mexicanas y concluyen que los EPT en el agua de este
arroyo son transportados, principalmente, en forma
de partículas. Asimismo, estudios realizados en este
arroyo por LAFQA (2006) indican que la calidad del
agua superfcial no ha sido aFectada por los EPT del
drenaje ácido de los jales estudiados, lo cual se debe
a que los lixiviados ácidos, al entrar en contacto con
las aguas superfciales del arroyo, se neutralizan por
el efecto de dilución, y bajo las condiciones neutras
o ligeramente básicas los metales como el Fe, Cu, Pb
y Zn tienden a separarse de la fase acuosa y pueden
precipitar como carbonatos, óxidos e hidróxidos que
limitan su movilidad. Igualmente, el arsénico puede
ser retenido en las superfcies de los oxihidróxidos de
Fe por fenómenos de sorción. Los estudios de LAFQA
(2006) concluyen que el impacto ambiental de los jales
oxidados de Taxco se ha limitado a que los EPT se han
concentrado en los sedimentos.
La dispersión eólica de los jales oxidados de
Zimapán y Taxco no representa un riesgo de consi-
deración para el ambiente, ya que, debido a las altas
concentraciones de Fe total, durante el proceso de
oxidación/neutralización precipitan muchos minera-
les 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. Estudios anterio-
res, realizados en jales oxidados de Taxco (Romero
et
al
. 2007), señalan que las capas cementadas también
sirven como una barrera química donde se retienen
los elementos potencialmente tóxicos por procesos
de sorción y precipitación.
En los jales de Nacozari, la concentraciones geodis-
ponibles de los elementos de naturaleza tóxica (As y
Pb) en los lixiviados acuosos no fueron detectados por
la técnica de análisis; en cambio, las concentraciones
de otros metales analizados fueron relativamente al-
tas: sulfatos (3.5 - 4300 mgL
-
1
), Fe (0.2 - 203 mgL
-
1
),
Cu (1.2 - 173 mgL
-
1
) y Zn (0.2 - 25.6 mgL
-
1
). Estos
resultados son congruentes con el hecho de que en las
muestras sólidas de los jales de Nacozari, las concen-
traciones de As fueron muy bajas y las de plomo no
fueron detectadas (
Cuadro II
); en cambio, las de Fe,
Cu y Zn fueron relativamente altas.
Considerando que en los jales oxidados de Naco-
zari los valores de pH son ácidos y las precipitaciones
pluviales son del orden de los 400 mm anuales, se
propicia la formación de soluciones ácidas en épocas
de lluvia; pero debido a las bajas concentraciones
totales de As y Pb este drenaje ácido no contiene
estos elementos tóxicos disueltos, por lo que el riesgo
ambiental que representan para el entorno disminuye
sustancialmente. Sin embargo, es posible la forma-
ción de lixiviados ácidos con sulfatos, hierro, cobre
y zinc disueltos.
CUADRO III.
CARACTERÍSTICAS CLIMATOLÓGICAS DE LAS ZONAS DE ESTUDIO Y CONCENTRACIÓN GEODIS-
PONIBLE DE ELEMENTOS POTENCIALMENTE TÓXICOS (EPT) EN LOS LIXIVIADOS DE LOS JALES
OXIDADOS
Sitio
Clima
Temperatura
°C
Precipitación
anual, mm
Evaporación
anual, mm
Intervalo de la concentración geodisponible de EPT
en el lixiviado de jales, mg L
-
1
Sulfatos
As
Pb
Cu
Fe
Zn
Nacozari
cálido
seco
18.3
400
2800
3.5 - 4300 BLD - 0.06
BLD
1.2-172.8
0.2-202.8
0.2-25.6
Santa
semiárido
17.2
507
2292
3.1 - 304
BLD - 0.02
BLD
BLD
BLD
BLD-0.3
Bárbara
Zimapán
semiseco
templado
17
500
1500
1508 - 3625 0.4 - 48.7
BLD-1.8
2.5-25.5
71.3-897.5 22.5-400
Taxco
tropical
subhúmedo
28
1000
1806
781 - 4002
0.04 - 3.2
BLD-0.5
BLD-4.7 BLD-130.2 2.4-185.5
BLD = bajo el límite de detección, mg L
-
1
: As = 0.05, Pb = 0.06,
Cu = 0.04, Fe = 0.26
y
Zn = 0.06
F.M. Romero
et al.
52
En Nacozari, el régimen de evaporación es hasta
siete veces mayor que el de las precipitaciones, lo
que indica que la escorrentía superfcial que se Forma
en épocas de lluvia podría ser más importante que la
infltración; por tanto, el mayor riesgo ambiental que
representan estos jales es la dispersión del lixiviado
ácido hacia los arroyos de la zona, con la subsecuente
aFectación de aguas superfciales y sedimentos. Es
-
tudios realizados en los arroyos de la zona (LAFQA,
2005) indican que la calidad del agua superfcial no
ha sido alterada y que la afectación de los lixiviados
ácidos de estos jales se limita a los sedimentos. Esta
afectación diferenciada se debe a que, al entrar los
lixiviados ácidos en contacto con las aguas superf
-
ciales, se neutralizan por efectos de dilución, y bajo
condiciones neutras o ligeramente básicas los meta-
les tienden a separase de la fase acuosa y precipitar
como carbonatos, óxidos e hidróxidos que limitan
su movilidad.
Debido a que el depósito estudiado de jales en
Nacozari está rodeado de montañas, su dispersión
eólica no representa un riesgo de consideración para
los suelos del entorno. Por otro lado, las concentra-
ciones relativamente altas de Fe total propician la
precipitación de minerales secundarios de Fe que le
dan estabilidad física a los jales de este depósito, lo
que disminuye la posibilidad de su dispersión debido
a la erosión eólica.
En los jales de Santa Bárbara, a pesar de las altas
concentraciones totales de los elementos potencial-
mente tóxicos (
Cuadro II)
, al no haber condiciones
de acidez, éstos no se liberan al ambiente debido a
que en el medio neutro, el Fe liberado precipita en
forma de oxihidróxidos. Los oxihidróxidos de Fe
precipitados, debido a su gran capacidad para retener
tanto aniones como cationes a través de procesos de
sorción (Dzombak and Morel 1990, Blowes
et al
.
1991, McGregor
et al
. 1998), pueden retener As, Pb,
Cu y Zn. Por lo tanto, se puede afrmar que los jales
estudiados de Santa Bárbara no representan un riesgo
ambiental de consideración para el entorno, como lo
corrobora el hecho de que las concentraciones geo-
disponibles de los elementos de naturaleza tóxica son
muy bajas e inferiores a los límites señalados en la
Norma Ofcial Mexicana en Materia de jales NOM-
141 (2003). Las concentraciones de EPT en los lixi-
viados fueron bajas (As = no detectado – 0.02 mgL
-
1
;
Pb no detectado). Asimismo, las concentraciones de
Fe y Cu en los lixiviados fueron inferiores al límite de
detección (LD) de la técnica de análisis (LD
Fe
= 0.05
mgL
-
1
y LD
Cu
= 0.02 mgL
-
1
), las concentraciones de
Zn variaron entre no detectado y 0.3 mgL
-
1
y las de
sulfatos variaron entre 3.1 y 304 mgL
-
1
. Estos valores
permiten inferir la existencia de sales solubles de
sulfatos-Zn, que pueden ser producto de la oxidación
de los sulfuros de Zn ó de los reactivos residuales
utilizados en el proceso de benefcio.
En Santa Bárbara el régimen de evaporación
es hasta cuatro y media veces mayor que el de las
precipitaciones, lo que indica que la escorrentía su-
perfcial que se Forma en épocas de lluvia podría ser
más importante que la infltración; pero al no haber
condiciones para la formación de drenaje ácido en
estos jales, no hay un riesgo ambiental de conside-
ración para los arroyos del entorno. Es importante
recalcar que las bajas concentraciones de Fe total
–y en consecuencia poco contenido de pirita– en
estos jales y la abundancia de calcita son los factores
determinantes para que en los jales de Santa Bárbara
no exista la posibilidad de formación de drenaje
ácido. Sin embargo, las bajas concentraciones de Fe
no propiciaron la formación de capas compactas en
el depósito, por lo que la erosión de estos jales por
la acción de las escorrentías superfciales y el viento
pueden provocar su dispersión con la subsecuente
afectación de suelos y sedimentos de los arroyos del
entorno, por lo que se requiere implementar medidas
para evitar su dispersión hídrica y eólica.
CONCLUSIONES
Los resultados de este estudio indican que, en la
generación de drenaje ácido en los jales mineros, el
factor más importante es el geológico, especialmente
la mineralogía de la mena y de la roca encajonante
del yacimiento del cual provienen. Por su parte, los
factores climáticos son determinantes en los pro-
cesos que provocan la dispersión de estos residuos
y sus lixiviados al entorno. La abundancia relativa
de sulfuros de hierro –cuya oxidación produce aci-
dez– y calcita –cuya disolución consume la acidez
generada– en los jales inalterados es la que determina
su capacidad para la generación de drenaje ácido
(peligrosidad) una vez que han ocurrido los fenó-
menos de oxidación/neutralización (jales oxidados).
Asimismo, la presencia de los sulfuros de Fe y calcita
es determinante en la precipitación de minerales
secundarios que se forman como producto de los
procesos geoquímicos que ocurren. La presencia
de otros sulfuros metálicos y otros minerales con
potencial de neutralización no parece ser determi-
nante en la generación de drenaje ácido en los jales
mineros; pero su contribución es importante en la
formación de los minerales secundarios. El papel de
los minerales secundarios que se forman en los jales
FACTORES GEOLÓGICOS Y CLIMÁTICOS Y LA PELIGROSIDAD DE JALES
53
es muy importante desde el punto de vista ambiental,
ya que de ellos depende la estabilidad química de los
EPT en los jales oxidados y además contribuyen a la
estabilidad física del depósito.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a G. González-Hernández,
O. Cruz del Instituto de Geofísica y H. Hernández,
H. Rivas y P. Fernández del Instituto de Geografía
por su asistencia en la preparación de muestras y
análisis de laboratorio.
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