Comportamiento de las tierras raras en los drenajes ácidos de mina de la Faja Pirítica Ibérica

Resumen

La exposición de sulfuros (principalmente pirita) a la acción del agua, oxígeno y microorganismos, genera un lixiviado ácido cargado en sulfatos y metal(oid)es que puede afectar seriamente las aguas superficiales y/o subterráneas con las que se mezclan. El contexto más propicio para la generación de estos lixiviados se da en áreas mineras históricas de sulfuros o carbón donde, fruto de una escasa o nula gestión de residuos, han quedado abandonadas una gran cantidad de escombreras, balsas de lodos, galerías, o cortas inundadas, entre otros, que favorecen la exposición de los sulfuros. En estos casos el proceso es conocido como Drenaje Ácido de Mina (AMD), y genera una gran preocupación a nivel mundial debido a su longevidad, manteniéndose durante cientos e incluso miles de años tras cesar la actividad antrópica. Por todo esto, el tratamiento del AMD supone una necesidad ambiental, impulsada por normativas europeas, pero, también supone una oportunidad de revalorización por las altas concentraciones de elementos de interés económico que presentan. Entre los elementos más destacados, se encuentran las tierras raras (REE), un grupo de elementos con una importancia creciente, debido a la gran cantidad de aplicaciones que presentan y al riesgo de suministro derivado de un mercado fuertemente monopolizado. En este sentido, en los últimos años se ha motivado la estrategia de la búsqueda de nuevas fuentes y sustitutos a estos elementos. Como se ha comentado, una de estas fuentes secundarias puede ser los AMD. Además de las altas concentraciones en REE que contienen, al normalizar su patrón a valores corticales, se encuentran típicamente enriquecidos en algunas de las REE más valiosas. Sin embargo, a pesar de la mencionada importancia de estos elementos, aún no está claro el origen de estos en el AMD. En este marco, el objetivo principal de esta tesis doctoral es analizar las posibles fuentes de REE que enriquecen el lixiviado. Para alcanzar este objetivo, en primer lugar, se tomaron muestras de dichos lixiviados en la Faja Pirítica Ibérica (FPI), una región minera histórica situada en el suroeste de la península Ibérica y gravemente afectada por AMD. A partir de las muestras de los diferentes vertidos de AMD en la región y de determinadas series de datos temporales de vertidos particulares, se ha logrado determinar la variabilidad hidrogeoquímica y de patrones de REE en la FPI, además de establecer ciertas relaciones entre las REE y otros elementos característicos de la roca encajante. Además, se pudo estimar el potencial económico de dichos AMD en la FPI (4,2-10,3 M$/año), que si bien, no puede competir con la magnitud de la minería convencional, supone una opción interesante debido a la longevidad de la generación de estos lixiviados y los requerimientos ambientales para su tratamiento. Por otro lado, una vez estudiada la variabilidad en los AMD y observada la posible relación de origen de las REE con la roca encajante, se realizaron estudios de detalle geoquímicos y mineralógicos en dos áreas mineras representativas de dicha variabilidad: mina Perrunal y mina Poderosa (ambas en la FPI). Se desarrollaron ensayos de lixiviación ácida que simulan la interacción en condiciones de generación del AMD entre dichos lixiviados y las diferentes litologías representativas. La comparación de patrones de REE y anomalías de Ce y Eu entre estos lixiviados y la roca original, parece establecer la relación del origen de las REE con la lixiviación de rocas volcánicas y pizarras del entorno de ambas minas. Por otro lado, la mineralogía ha confirmado la existencia de minerales fosfatados y carbonatados con altas concentraciones de REE en las rocas de ambas zonas de estudio, además de la existencia de evidencias de la lixiviación preferencial de alguno de estos minerales. Finalmente, para apoyar las hipótesis obtenidas, se ha realizado un estudio combinado de isótopos de Sr y Nd, a las muestras de roca, en ensayos de lixiviación similares a los descritos anteriormente, y en una selección representativa de los AMD de la FPI. Estos datos isotópicos son muy útiles para estudiar procesos que controlan la movilidad y la fuente de REE en sistemas ácidos cómo el del AMD. En este sentido, dichos datos concuerdan con la hipótesis de la disolución preferencial de las REE procedentes de minerales contenidos en diferentes rocas de la FPI, como son las pizarras y las rocas volcánicas.