Atenuación natural en un sistema con drenaje ácido asociado a la mina La Mejicana, Famatina, La Rioja.

MAZA, SANTIAGO; LECOMTE, KARINA; COLLO, GILDA

Neuquén

Congreso; XVIII Congreso Geológico Argentino; 2011

El río Amarillo, ubicado sobre el faldeo oriental del Cinturón de Famatina, drena en sus nacientes al distrito minero Nevados de Famatina, el cual cubre un área de ~35 Km2. Posee yacimientos tipo pórfidos de Cu (Mo-Au) y venas del tipo “high sulfidation” de Cu-Au (Ag-As-Sb-Te), siendo La Mejicana la principal mina explotada desde el siglo XIX hasta 1925 (Pudack et al. 2009). Los procesos de oxidación y lixiviación de pirita (ec. 1) y otros sulfuros (calcopirita, arsenopirita, etc) generan aguas ácidas con la capacidad de transportar grandes cantidades de elementos metálicos en solución (Dold, 2010). El río Amarillo con valores de pH bajos (2,9 - 4,5) y elevada concentración de sulfatos y elementos metálicos disueltos (Fe, Mn, As, Cu, Zn, Pb, Co, Cr, Ni, Cd, Mg entre otros) permiten interpretarlo como un sistema de drenaje ácido (Fig. 1A). El estudio geoquímico de las aguas y sedimentos asociados al curso del río Amarillo, y de su interacción con cursos afluentes y con las rocas de la cuenca, permitirá comprender los procesos, reacciones y mecanismos que intervienen en la inmovilización de elementos tóxicos. El muestreo consistió de 7 estaciones, desde las nacientes del río hasta la cuenca baja, en las cercanías de la localidad de Famatina. En este trabajo se presenta un análisis de la composición físico-química de las aguas y de resultados mineralógicos (determinados por difracción de rayos-X) y geoquímicos (a través de fluorescencia de rayos-X) de los sedimentos asociados al cauce actual del río Amarillo. Los cationes y elementos traza disueltos se determinaron mediante ICP-OES. El río Amarillo, con un caudal de ~1 m3/s en periodo seco (Fig. 1B), presenta valores de pH ~3 y sólidos totales disueltos (STD) >5 g/L en las cabeceras, alcanzando valores de pH de 4,5 y concentraciones de STD de ~1g/L aguas abajo de la confluencia con los ríos del Marco y Achavil (con similares caudales que el río Amarillo y aguas neutras a alcalinas). La cantidad de sólidos suspendidos es muy baja a lo largo de todo el cauce. Las concentraciones de hierro disuelto alcanzan un máximo >1.200 ppm aguas abajo de la mina La Mejicana, disminuyendo hasta valores de 0,12 ppm en la cuenca baja, luego de las confluencias. El azufre tiene un comportamiento similar con concentraciones de ~3300 (previo a la mina) y ~160 ppm, en la cuenca baja. Los elementos traza antes mencionados, también presentan altas concentraciones y disminuyen aguas abajo. Con respecto a la acidez calculada para el río Amarillo - Acidezcalc =(50 [2Fe2+/56 + 3Fe3+/56 + 3Al/27 + 2Mn/55 + 1000(10-pH)]), expresada como mg/l de equivalentes de CaCO3- presenta valores de 2.277 mg/L antes de la mina, el río luego se infiltra y aflora después de la mina con valores de 5.358 mg/L, mientras que en la cuenca baja su valor disminuye a 180 mg/L. Por su parte, en la cuenca media, el aporte de un arroyo lateral genera una elevación local del pH (de 2,9 a 3,4) y una disminución de la acidezcalc (de 4.500 a 3.360 mg/L). Sin embargo, un par de metros aguas abajo de la confluencia, los valores de pH se restablecen. Los depósitos que se desarrollan a lo largo de la cuenca actual del río Amarillo involucran: 1-Eflorescencias salinas de coloraciones verdosas y celestes asociadas al tramo superior de la cuenca y blanquecinas aguas abajo, compuestas por hidrosulfatos: epsonita (Mg2+), melanterita (Fe2+) y piqueringita-halotrichita (Mg2+-Fe2+-Al+3); 2-Sedimentos de fondo, formados principalmente por precipitados ferruginosos (sulfatos e hidrosulfatos) de color amarillo-verdoso de consistencia blanda a esponjosa, con proporciones variables de material detrítico siliciclástico. En el tramo superior únicamente se identificó jarosita (sulfato de Fe3+, K+), mientras que en la cuenca media aparece además, la schwertmanita (hidrosulfato de Fe3+), mineral que predomina aguas abajo (Fig. 1B y 1C). El análisis geoquímico de los sedimentos de fondo del río Amarillo muestra altas concentraciones de Fe2O3 y SO3 a lo largo de todo el cauce. El hierro aumenta desde ~28% en las cabeceras hasta ~44% en el tramo inferior, por el contrario, el azufre disminuye aguas abajo a medida que nos alejamos de la zona de alteración (desde ~25% hasta ~15%). Los contenidos de SiO2, Al2O3, MgO, Na2O y CaO son muy bajos y variaciones leves pueden explicarse por la presencia de diferentes proporciones de material detrítico. En los sedimentos de fondo algunas concentraciones de elementos traza son muy elevadas (e.g., Cu, Zn, As y Mo). Estos elementos alcanzan concentraciones extremadamente altas en las eflorescencias (e.g., >14.000 ppm Zn, >5.000 ppm Cu y >1.300 ppm As). En la cuenca del río Amarillo existen 2 mecanismos principales de atenuación natural relacionados con el drenaje ácido: 1) los procesos de precipitación mineral, que incluyen al Fe y otros metales y 2) aporte de ríos y arroyos relativamente neutros, que generan dilución de las concentraciones. En estos sistemas ácidos el contacto de Fe+2 con oxígeno disuelto en el agua genera la rápida oxidación a Fe+3 (ec. 2). Además, la presencia de bacterias acidófilas (eg. Acidithiobacillus ferrooxidans; Leptospirillum ferrooxidans) actúan como catalizadores de esta reacción acelerando a casi un millón de veces (España et al. 2005; Díez-Ercilla, et al. 2006) y facilitando la formación de ocres de hierro. El primer mecanismo de atenuación está dado por la hidrólisis de Fe+3 en la cuenca alta, que genera la precipitación de jarosita a pH ~3, mientras que en la cuenca media-inferior precipita la schwertmanita a pH 3-4,5 facilitando la retención de SO4-2 y Fe+3 disuelto. Además, estos minerales actúan como depuradores naturales de elementos metálicos como As Mo, Pb, Cu, y Zn mediante la adsorción y/o co-precipitación mineral. La competencia en el balance de H+ por los efectos de oxidación de Fe+2 (consumiendo H+) y precipitación mineral (liberación de H+) genera una situación de tamponamiento del pH manteniendo el carácter ácido del río. El segundo mecanismo de atenuación está dado por la mezcla con aguas relativamente neutras que generan la dilución de las concentraciones de metales. En la cuenca media puede observarse cómo un arroyo lateral no modifica significativamente el pH, sin embargo sí se altera el valor de acidez del río (de 4.162 a 3.115mg/L), generando en la confluencia estelas de precipitados. De esta manera, vemos que la influencia de estos mecanismos sobre la evolución geoquímica del río desde la cuenca superior a la inferior, provoca la disminución en las concentraciones de elementos como el Fe (de 1.200 a 0,12 ppm), S (de 3.330 a 160 ppm), acidez (de 5.358 a 180 mg/L), STD (de 5 a 1 g/L), entre otros. Este comportamiento geoquímico del río Amarillo se ve reflejado en el aumento aguas abajo de las concentraciones de los metales en los sedimentos de fondo, por ejemplo el Fe,   asociados a la precipitación de jarosita y schwertmanita en la cuenca. La disminución del SO3 en los sedimentos de la cuenca baja puede deberse a la rápida transformación mineral “aging” generando que minerales como la schwertmanita pase a fases más estables como la goethita (Bigham et al. 1996; Acero et al. 2006). Acero, P., Ayora, C., Torrento, C., Nieto, J.M. 2006.The behavior of trace elements during schwertmannite precipitation and subsequent transformation into goethite and jarosite. Geochimica et Cosmochimica Acta 70 (2006) 4130–4139. Bigham JM, Schwertmann U, Traina SJ, Winland RL, Wolf M (1996). Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters. Geochim Cosmochim Acta 60(12):2111–2121. Díez-Ercilla, M. López-Pamo, E.,  Santofimia, E.,  Sánchez-España, F. 2006. Foto-reducción de Fe (III) en aguas ácidas de mina de la Faja Pirítica. Boletín Geológico y Minero, 117 (Núm. Monográfico Especial): 551-556. ISSN: 0366-0176. Dold, B. 2010. Basic concepts in Enviromental Geochemistry of Sulfidic Mine-Waste Management. ISBN 978-953-7619-84-8. pp. 232. España, J.S., Pamo, E.L., Pastor, E. S.,  Reyes, J., Rubi, J. A. M. 2005.The natural attenuation of two acidic effluents in Tharsis and La Zarza-Perrunal mines (Iberian Pyrite Belt, Huelva, Spain). Environ Geol (2005) 49: 253–266.