Evaluación de la reducción de la movilidad de plomo de un relave de plantas de beneficio de oro mediante la adición de enmiendas minerales
DOI:
https://doi.org/10.32685/0120-1425/bol.geol.52.2.2025.756Palabras clave:
zeolitas, TCLP, lixiviación, inmovilización.
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Resumen
Se evaluó la reducción de la movilidad de plomo de relaves procedentes de minería aurífera de la zona de sur de Bolívar, Colombia, los cuales tenían una concentración de plomo de 11113 mg/kg cuantificado mediante espectrofotometría de absorción atómica, contenidos de minerales como la galena y la plumbojarosita los cuales se cuantificaron mediante difracción de rayos X. Se emplearon dos enmiendas minerales provenientes de rocas volcánicas de composición básica con minerales de alteración hidrotermal como zeolitas y carbonatos, las cuales se agregaron en, experimentos independientes, al relave en proporciones de 1%, 5% y 10% y se sometieron a un ensayo de lixiviación en columnas. El nivel de plomo en el lixiviado fue de 1,84 mg/L y se midieron mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente, igualmente se cuantificó el plomo luego de los tratamientos.
Los resultados indican que la enmienda mineral 1 compuesta por calcita (27%) y zeolita (2%) contribuye al objetivo de esta investigación, reduciendo la movilidad de plomo en un 97,8% al aplicar la concentración de 10%. De acuerdo con los diagramas de Pourbaix, esto se hizo a través de mecanismos de precipitación en forma de cerusita, favorecido por la alcalinidad de la enmienda (13,5 unidades de pH) y por valores de Eh positivos, cuantificados con equipos multiparamétricos de laboratorio. Por su parte la enmienda mineral 2 demostró eficiencia de 51,6% y se atribuye a mecanismos de adsorción e intercambio iónico asociado a la concentración de zeolitas (18%). El procedimiento de lixiviación característico de toxicidad (TCLP) indicó que el relave sin tratamiento presentaba una lixiviación de plomo de 107 mg/L, después del tratamiento con las enmiendas 1 y 2 se redujo a 61,5 mg/L y a 61,3 mg/L, respectivamente.
Referencias bibliográficas
Agencia de Protección Ambiental (EPA) (1992). Method 1311 Toxicity characterictics leaching procedure. USA Norm
Alloway, B.J. (1995) Heavy Metals in Soils. Blackie Academic and Professional, Chapman and Hall, London, 368 p. https://doi.org/10.1007/978-94-011-1344-1
Arguello Rodríguez, D. D. (2023). Determinación de las isotermas y cinéticas de adsorción de metales pesados (Zn, Cr, Pb, Ni, Cu) so-bre adsorbentes de zeolita y piroclasto volcánico para el tratamien-to de aguas residuales de lavadoras automotrices del cantón Amba-to (Bachelor's thesis, Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología. Carrera de In-geniería Bioquímica).
ASTM. (2021). Standard Test Method for Column Percolation Extraction of Mine Rock by the Meteoric Water Mobility Procedure. ASTM Int.
Belashchenko, D. K. (2023). The relationship between electrical conduc-tivity and electromigration in liquid metals. Dynamics, 3(3), 405-424.
Belviso, C. (2020). Zeolite for potential toxic metal uptake from contam-inated soil: A brief re-view. Processes, 8(7), 820.
Bolan, N., Kunhikrishnan, A., Thangarajan, R., Kumpiene, J., Park, J., Makino, T., y Scheckel, K. (2014). Remediation of heavy metal (loid) contaminated soils–to mobilize or to immobilize. Journal of hazardous materials, 266, 141-166.
Cadar, O., Dincă, Z., Senilă, M., Torok, A. I., Todor, F., y Levei, E. A. (2021). Immobilization of potentially toxic elements in contami-nated soils using thermally treated natural zeolite. Materials, 14(14), 3777. https://doi.org/10.3390/ma14143777
Cao, P.L., Qiu, K.Y., Zou, X.Y., Lian, M.M., Liu, P.S., Niu, L.Y., Yu, L.G., Li, X.H., Zhang, Z. J. (2020). Mercap-to propyltrimethox-ysilane- and ferrous sulfate-modified nano-silica for immobiliza-tion of lead and cadmium as well as arsenic in heavy metal con-taminated soil. Environ. Pollut. 266 (Part 3), 115152. https://doi.org/10.1016/j. envpol.2020.115152.
Carmona, L. G., Whiting, K., Valero, A., y Valero, A. (2015). Colombian mineral resources: An analysis from a Thermodynamic Second Law perspective. Resources Policy, 45, 23-28.
Chen, H., Teng, Y., Lu, S., Wang, Y., y Wang, J. (2015). Contamination features and health risk of soil heavy metals in China. Science of the total environment, 512, 143-153.
Clever, H. L., y Johnston, F. J. (1980). The solubility of some sparingly soluble lead salts: an evaluation of the solubility in water and aqueous electrolyte solution. NIST. Journal of Physical and Che-mical Reference Data, 9(3), 751-784.
Organización mundial de la salud (2022). Intoxicación por plomo y salud.
Curi, A., Granda, W. J., Lima, H. M., y Sousa, W. T. (2006). Las zeolitas y su aplicación en la descontaminación de efluentes mineros. In-formación tecnológica, 17(6), 111-118.
Darma, A., Ibrahim, S., Sani, A., Zandi, P., y Yang, J. (2022). Appraisal of lead (Pb) contamination and potential exposure risk associated with agricultural soils and some cultivated plants in gold mines. Environmental Systems Research, 11(1), 14.
Dolega, P., Degreif, S., Buchert, M., y Schüler, D. (2016). Outlining environmental challenges in the non-fuel mining sector. Strateg. Dialogue Sustain. Raw Mater. Eur., 1-11.
Du, Y., Tian, Z., Zhao, Y., Wang, X., Ma, Z., y Yu, C. (2024). Exploring the accumulation capacity of dominant plants based on soil heavy metals forms and assessing heavy metals contamination character-istics near gold tailings ponds. Journal of Environmental Manage-ment, 351, 119838.
Elzinga, E. J., Grinsven, J. M. y Swarties, F. A. (1999). General purpose Freundlich isotherms for cadmium, cooper and zinc in soils. Eu-ropean Journal of Soil Science 50:139-149.
Etchegoyen, M. A., Marino, D. J. G., y Capparelli, A. L. (2020). Tópicos de química y fisicoquímica ambiental: Agua, atmósfera y suelo, transferencia entre compartimientos y transformaciones.
Generalic, Eni. "Constantes del producto de solubilidad." EniG. Tabla periódica de los elementos. KTF-Split, 18 Jan. 2024. Web. 16 Nov. 2024. <https://www.periodni.com/es/constantes_del_producto_de_solubilidad.html>.
Godelitsas, A., Astilleros, J. M., Hallam, K., Harissopoulos, S., y Putnis, A. (2003). Interaction of calcium car-bonates with lead in aqueous solutions. Environmental science y technology, 37(15), 3351-3360.
Herrejón, M. L., Limón, B., y Martínez, V. (2008). Cinética e isotermas de adsorción de Pb (II) en el suelo de Monterrey. Ingenierías, 11(41), 24-31.
Hettiarachchi, G. M., y Pierzynski, G. M. (2004). Soil lead bioavailability and in situ remediation of lead-contaminated soils: A review. Envi-ronmental Progress, 23(1), 78-93. doi: 10.1002/ep.10004
Hong, M., Yu, L., Wang, Y., Zhang, J., Chen, Z., Dong, L., y Li, R. (2019). Heavy metal adsorption with zeolites: The role of hierar-chical pore architecture. Chemical Engineering Journal, 359, 363-372.
Huanca, P. K., Corrales, L. T., Paredes, B., Almirón, J. J., y Gonzales, D. P. (2019). Estudio de la modificación hidrotermal de un mineral Ignimbrítico para obtener zeolita sintética de alta capacidad de in-tercambio catiónico. Revista Boliviana de Química, 36(4), 173-180.
Huang, Q., Wang, W., Lai, W., Liang, B., Xiao, B., Gu, J., y Yuan, W. (2024). Preparation of Zeolite A from Ion-Adsorbing Rare Earth Tailings for Selective Adsorption of Pb2+: An Innovative Ap-proach to Waste Valorization. Molecules, 29(21), 5065.
Kalbe, U., Berger, W., Eckardt, J., y Simon, F. G. (2008). Evaluation of leaching and extraction procedures for soil and waste. Waste Management, 28(6), 1027-1038.
Kastury, F., Tang, W., Herde, C., Noerpel, M. R., Scheckel, K. G., y Juhasz, A. L. (2021). Plumbojarosite for-mation in contaminated soil to mitigate childhood exposure to lead, arsenic and antimony. Journal of hazardous materials, 418, 126312.
Kiventerä, J., Sreenivasan, H., Cheeseman, C., Kinnunen, P., y Illikainen, M. (2018). Immobilization of sulfates and heavy metals in gold mine tailings by sodium silicate and hydrated lime. Journal of en-vironmental chemical engineering, 6(5), 6530-6536.
Klein, C., y Dutrow, B. (2007). Manual of mineral science. John Wiley y Sons.
Klein, C., y Cornelius Jr, S. (2018). Manual de mineralogía. Volumen 2. Editorial Reverté.
Kravchenko, E., Yan, W. H., Privizentseva, D., Minkina, T., Sushkova, S., Kazeev, K.,y Wong, M. H. (2024). Hydrochar as an adsorbent for heavy metals in soil: A meta-analysis. Sustainable Materials and Technologies, e01057.
Kumar S, Prasad S, Yadav KK, Shrivastava M, Gupta N, Nagar S, Bach QV, Kamyab H, Khan SA, Yadav S, Malav LC. (2019) Hazardous heavy metals contamination of vegetables and food chain: Role of sustainable re-mediation approaches - A review. Environ Res. 2019 Dec;179(Pt A):108792. doi: 10.1016/j.envres.2019.108792.
Kyowe, H. A., Awotoye, O. O., Oyekunle, J. A. O., y Olusola, J. A. (2024). Index of Heavy Metal Pollution and Health Risk Assess-ment with Respect to Artisanal Gold Mining Operations in Ibodi-Ijesa, Southwest Nige-ria. Journal of Trace Elements and Minerals, 100160.
Londoño, J., Mojica, J., Duarte, P., Abueta, F., Ramírez, F., Pantoja, G., Ruíz, V., Pérez, V., González, O., Franco, L. y Marentes, Y. (2019). Guía metodológica para el mejoramiento productivo del beneficio de oro sin el uso de mercurio. Santa Rosa (Sur de Bolí-var). Servicio Geológico Colombiano. https://doi.org/10.32685/9789585231795.
Londoño, J., Mojica, J., Duarte, P., Abueta, F., Ramírez, F., Pantoja, G., Ruíz, V., Pérez, V., González, O., Franco, L. y Marentes, Y. (2020). Guía metodológica para el mejoramiento productivo del beneficio de oro sin el uso de mercurio. Sur de Bolívar. Servicio Geológico Colombiano. https://doi.org/10.32685/9789585313125.
Mai, X., Tang, J., Tang, J., Zhu, X., Yang, Z., Liu, X., ... y Tang, L. (2024). Research progress on the environmental risk assessment and remediation technologies of heavy metal pollution in agricul-tural soil. Journal of Environmental Sciences.
Martínez, D. E. M., y Marrugo, J. (2021). Efecto de la adición de en-miendas en la inmovilización de metales pesa-dos en suelos mine-ros del sur de Bolívar, Colombia. Ciencia y Tecnología Agropecua-ria, 22(2).
Menéndez, J., y Muñoz, S. (2021). Contaminación del agua y suelo por los relaves mineros. Paideia XXI, 11(1), 141-154.
Minambiente (2015). Decreto 1076 de 2015. Decreto Único Nacional del sector Ambiente y Desarrollo. Ministerio de ambiente y Desarrollo Sostenible. Colombia.
Moreno Tovar, R., Téllez Hernández, J., y Monroy Fernández, M. G. (2012). Influencia de los minerales de los jales en la bioaccesibili-dad de arsénico, plomo, zinc y cadmio en el distrito minero Zima-pán, México. Revista internacional de contaminación ambiental, 28(3), 203-218.
Musiige, D., Mundike, J., y Makondo, C. (2024). Evaluation of poten-tially toxic metals in tailings from Busia gold mine fields of eastern Uganda. Journal of Cleaner Production, 469, 143222.
Nguyen, T. T. N., Tateyama, H., Okumura, M., Tabelin, C. B., Park, I., y Ito, M. (2020). Immobilization of lead and zinc leached from min-ing residual materials in Kabwe, Zambia: Possibility of chemical immobilization by dolomite, calcined dolomite, and magnesium oxide. Minerals, 10(9), 763. https://doi.org/10.3390/min10090763
Okrusch, M., y Frimmel, H. E. (2020). Mineralogy: An introduction to minerals, rocks, and mineral deposits. Springer Nature.
Omoregie, A. I., Ouahbi, T., Basri, H. F., Ong, D. E. L., Muda, K., Ojuri, O. O., ... y Ammami, M. T. (2024). Heavy metal immobilisation with microbial-induced carbonate precipitation: a review. Geotech-nical Research, 11(4), 188-212.
Organizatión Mundial de la Salud (OMS) (2024). Intoxicación por plo-mo. El línea. https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and-health
Padmesh T., Vijayaraghavan, K., Sekaran, G., Velan, M. (2006). Appli-cation of two and three parameter isotherm models: Biosorption of acid red 88 onto Azolla microphylla. Bioremediation Journal 10 (1-2):37-44.
Rojas Reyes, N. R., Echeverry Vargas, L., y Sierra Pérez, S. (2018). Termo-cinética de la lixiviación de plomo a partir de baterías reci-cladas. Ingeniería y desarrollo, 36(1), 155-171.
Szerement, J., Szatanik-Kloc, A., Jarosz, R., Bajda, T., y Mierzwa-Hersztek, M. (2021). Aplicaciones contemporáneas de zeolitas na-turales y sintéticas a partir de cenizas volantes en la agricultura y la protección ambiental. Journal of Cleaner Production, 311, 127461.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127461
Schock, M. R., Scheckel, K. G., DeSantis, M., y Gerke, T. L. (2005). Mode of occurrence, treatment, and monitoring significance of tet-ravalent lead. Proc. 2005 AWWA WQTC, Quebec City, Quebec, 1-15.
Shi, Y., Li, Z., Liang, M., Hu, H., Chen, S., Duan, L., y Cai, J. (2024). Experimental study on the stabilization and anti-seepage treatment of lead and zinc elements in heavy metal tailings pond using ce-ment slurry containing heavy metal stabilizing agent. Construction and Building Materials, 425, 135964.
Shichalin, O. O., Papynov, E. K., Ivanov, N. P., Balanov, M. I., Dran’kov, A. N., Shkuratov, A. L., Zarubina, N. V., Fedorets, A. N., Mayorov, V. Yu., Lembikov, A. O., Shi, Y., Tananaev, I. G., y Ivanets, A. I. (2023). Study of ad-sorption and immobilization of Cs⁺, Sr²⁺, Co²⁺, Pb²⁺, La³⁺ ions on Na‑Faujasite zeolite transformed in solid state matrices. Separation and Purification Technology, 332, Article 125662. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125662
Shu, X., Zhang, D., Zhang, Q., Ai, T., Zhang, X., y Liu, J. (2024). Impact of Acid Rain on Release Characteristics of Heavy Metals in Low-Sulfur Tailings with Strong Acid Neutralization Capacity: A Case Study from Northern Guangxi, China. Processes, 12(11), 2492.
Sowers, T. D., Bone, S. E., Noerpel, M. R., Blackmon, M. D., Karna, R. R., Scheckel, K. G., y Bradham, K. D. (2021). Plumbojarosite re-mediation of soil affects lead speciation and elemental interactions in soil and in mice tissues. Environmental science y technology, 55(23), 15950-15960.
Vizcaíno Mendoza, L., Fuentes Molina, N., y González Fragozo, H. (2017). Adsorción de plomo (II) en solución acuosa con tallos y hojas de Eichhornia crassipes. Revista U.D.C.A.: Actualidad y Di-vulgación Científica, 20(2), 435–444. https://doi.org/10.31910/rudca.v20.n2.2017.400
Volke, S. T., Velasco T. J., y De la Rosa, P. D. (2005). Suelos contami-nados por metales y metaloides, muestreo y alternativas para su remediación. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Instituto Nacional de Ecología. México D.F
Vuong, T. X., Nguyen, D. P., Nguyen, V. H. N., Pham, T. T. H., y Ngu-yen, T. T. T. (2025). Immobilization of lead and zinc in contami-nated soil using taro stem‑derived biochar and apatite amend-ments: A comparative study of application ratios and pyrolysis temperatures. RSC Advances, 15, 11975–12000. https://doi.org/10.1039/D5RA00912J
Wan, Q., Rao, F., Song, S., Morales-Estrella, R., Xie, X., y Tong, X. (2018). Chemical forms of lead immobilization in alkali-activated binders based on mine tailings. Cement and concrete composites, 92, 198-204.
Wang, P., Sun, Z., Hu, Y., y Cheng, H. (2019). Leaching of heavy metals from abandoned mine tailings brought by precipitation and the as-sociated environmental impact. Science of the Total Environment, 695, 133893.
Wang, S., y Peng, Y. (2010). Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment. Chemical engineering journal, 156(1), 11-24.
Warr, L. N. (2021). IMA–CNMNC approved mineral symbols. Mineralogical Magazine, 85(3), 291–320. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.43
Xu, D. M., Fu, R. B., Wang, J. X., Shi, Y. X., y Guo, X. P. (2021). Chem-ical stabilization remediation for heavy metals in contaminated soils on the latest decade: Available stabilizing materials and asso-ciated evaluation methods-A critical review. Journal of Cleaner Production, 321, 128730.
Yang, H., Zhang, G., Fu, P., Li, Z., y Ma, W. (2020). The evaluation of in-site remediation feasibility of Cd-contaminated soils with the addition of typical silicate wastes. Environmental Pollution, 265, 114865.
Yasutaka, T., Naka, A., Sakanakura, H., Kurosawa, A., Inui, T., Takeo, M., ... y Ogawa, S. (2017). Reproducibility of up-flow column per-colation tests for contaminated soils. PLoS One, 12(6), e0178979.
Yuan, S., Zhang, J., y Tan, Z. (2022). Adsorption effect and the removal mechanism of silicate composite biochar particles on cadmium in soil. Chemosphere, 303, 134970.
Yuan, X., Xiong, T., Wang, H., Wu, Z., Jiang, L., Zeng, G., y Li, Y. (2018). Immobilization of heavy metals in two contaminated soils using a modified magnesium silicate stabilizer. Environmental Sci-ence and Pollution Re-search, 25, 32562-32571.
Zhou, J., Liu, Z., Li, Z., Xie, R., Jiang, X., Cheng, J., Chen, T., Yang, X. (2024). Heavy metals release in lead-zinc tailings: Effects of weathering and acid rain. Journal of Hazardous Materials, 136645, 0304-3894.
Zijun, Z., Effeney, G., Millar, G. J., y Stephen, M. (2021). Synthesis and cation exchange capacity of zeolite W from ultra-fine natural zeo-lite waste. Environmental Technology y Innovation, 23, 101595.
