Evaluación de la distribución espacial de concentración total de arsénico y su relación con propiedades fisicoquímicas en la zona minera El Bote

Abstract

RESUMEN: En las actividades minero-metalúrgicas, la contaminación del suelo por elementos potencialmente tóxicos (EPT) presentes en los residuos generados, es uno de los impactos ambientales más significativos, por lo que la caracterización del suelo en sitios donde se han desarrollado actual o antiguamente estas actividades es de especial interés. El presente estudio se realizó en jales abandonados y suelos contiguos de la mina inactiva “El Bote” en la ciudad de Zacatecas, con el objetivo de evaluar la distribución espacial de la concentración total de arsénico, pH y conductividad eléctrica a través del método de interpolación espacial por kriging ordinario; así como la relación entre estas variables, el tamaño de partícula y densidad real. Además de determinar el grado de contaminación por As mediante el índice de geoacumulación. Todo esto partiendo de un muestreo exploratorio zonificado con base en lo establecido en la NMX-AA-132-SCFI-2006. La zona de estudio abarcó una extensión de 86 hectáreas, con 45 puntos de muestreo superficiales (0-5 cm) distribuidos en 6 zonas: jales A, B y C, zona aledaña a jales, UPIIZ y Quantum. La determinación del tamaño de partícula se realizó por tamizado, la densidad real de las muestras se obtuvo siguiendo el método AS-04 descrito en la NOM-021SEMARNAT-2000 y se realizó la medición de pH y conductividad eléctrica del suelo medio en agua (1:1), siguiendo el método de la NOM-147–SEMARNAT/SSA1-2004. La concentración total de As fue determinada mediante espectrofotometría de emisión con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), luego de una digestión ácida en microondas (método EPA 3051A). El método analítico proporcionó la precisión y exactitud necesaria para garantizar la confiabilidad de los resultados, ogrando valores de repetibilidad %RPD <20% y recuperación >89%. Obteniendo que la concentración total de arsénico en las muestras analizadas presenta un rango de14.0659 mg kg-1 a 1569.8421 mg kg -1, con las concentraciones más altas en los jales B, con un promedio de 692.4919 mg kg -1, mientras que la concentración promedio más baja se obtuvo en la zona de la UPIIZ con 21.8391 mg kg -1. Se encontró que en las zonas clasificadas como residenciales (zona aledaña a jales, UPIIZ, Quantum) el 73.1% de las muestras sobrepasa el valor de referencia establecido en la NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004 con concentraciones hasta 7 veces mayores para ese uso de suelo (22 mg kg-1), y obteniendo un pH moderadamente ácido en Quantum y zona aledaña a jales, y medianamente alcalino en UPIIZ. Por su parte en la zona clasificada como industrial (jales A, B y C) el 31.6% de las muestras sobrepasa el valor de referencia de 260 mg kg -1, presentando valores hasta 6 veces mayores, con pH neutro en jales A, moderadamente ácido en jales C y fuertemente alcalino en jales B. El pH obtenido indica que en las zonasmoderadamente ácidas/neutras, se favorece la inmovilidad o baja movilidad del As, mientras que en UPIIZ y jales B, el pH alto favorece la movilidad o solubilidad del contaminante. Por su parte el índice de geoacumulación refleja la influencia antropogénntropogénica sobre la concentración total de As en la zona estudiada, resultando que el suelo aledaño a los jales mineros, la UPIIZ y Quantum presentan de moderada a alta contaminación. Los mapas de predicción se generaron luego de la comparación de tres modelos teóricos, eligiendo el que presentó mejor ajuste, permitiendo evaluar la distribución espacial del pH, CE y As. Estos mapas y el conjunto de resultados obtenidos en el estudio evidenciaron que los jales son una fuente potencial de contaminación de los suelos colindantes, y representan un riesgo para la salud pública. ABSTRACT: In the mining-metallurgical activities, the contamination of the soil by potentially toxic elements present in the generated debris and waste is one of the most significant environmental impacts, that is why the characterization of the soil in places where these activities are or have been developed is of special interest. The present study was conducted on abandoned mine tailings and contiguous soils of the inactive mine “El Bote” in the city of Zacatecas, with the objective of evaluating the spatial distribution of the total concentration of arsenic, pH and electrical conductivity through the spatial interpolation method by ordinary kriging; as well as the relationship between these variables, the particle size and real density. In addition, determine the degree of arsenic contamination by the geoaccumulation index. All this based on an exploratory sampling zoned based on what is established in the NMX-AA-132-SCFI2006. The study area covered a surface of 86hectares, with 24 sampling points (05cm) distributed in 6 zones; mine tailings A, B and C, surrounding areas of mine tailings, UPIIZ and Quantum. The determination of the particle size was made by sieving, the real density was obtained following the S-04 method described in NOM-021-SEMARNAT-2000 and the measurement of the pH and electrical conductivity of the soil was made in water (1:1), following the method of NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004. The total concentration of As was determined by emission spectrophotometer with inductively coupled plasma, after acidic microwave digestion (EPA method 3051A). The analytical method provided the precision and accuracy necessary to guarantee the reliability of the results, achieving values of repeatability %RPD<20%, and %Recovery>89%. Obtaining that the total concentration of arsenic in the samples analyzed presents a range of 14.0659 mg kg-1 to 1569.8421 mg kg-1, with the highest concentration in the B-mine tailings, with an average concentration of 692.4919mgkg−1 while the lowest average concentration was obtained in the UPIIZ area with 21.8391 mg kg-1. It was found that in zones classified as residential (mine tailings surroundings, UPIIZ, Quantum) 73.1% of the samples exceed the reference value established in NOM147-SEMARNAT/SSA1-2004 with concentrations up to 7 times greater than the recommended for the use of that soil (22 mg kg), and obtaining moderately acidic pH in Quantum and the area adjacent to the mine tailings, and moderately alkaline in UPIIZ. In the area classified as industrial (mine tailings A, B and C) 31.6% of the samples exceed the value reference of 260 mg kg, presenting values up to 6 times greater, with a moderately neutral pH in mine tailings A, moderately acid in mine tailings C and strongly alkaline in mine tailings B. The pH obtained indicates that in zones where it is moderately acid/neutral, the immobility or low mobility of As is favored, while in UPIIZ and mine tailing B, the high pH favors the mobility or solubility of the pollutant. On the other hand, the geoaccumulation index reflects the anthropogenic influinfluence on the total concentration of As in the studied area, resulting in the soil adjacent to the mine tailings, the UPIIZ and Quantum presenting moderate to high contamination. The prediction maps where generated after the comparison of three theoretical models, it was chosen the one with best adjustment, allowing to evaluate the spatial distribution of pH, electrical conductivity and As concentration. These maps and the set of results obtained in the study showed that the mine tailings are a potential source of contamination of adjoining soils, and a risk to the public health.