UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO PROGRAMA DE POSGRADO EN CIENCIAS DE LA TIERRA DISTRIBUCIÓN Y FITODISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS (Sb, Hg, As) EN LOS JALES DE LA MINA DE ANTIMONIO DE WADLEY, ESTADO DE SAN LUIS POTOSÍ. T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: M A E S T R O E N C I E N C I A S DE LA TIERRA P R E S E N T A MARÍA GUADALUPE LÓPEZ DOMÍNGUEZ JURADO EXAMINADOR DR. GILLES PIERRE R. LEVRESSE DR. GILBERTO HERNÁNDEZ SILVA DR. JORDI TRITLLA I CAMBRA DR. LUIS GERARDO HERNÁNDEZ SANDOVAL MC GUSTAVO PEDRAZ ABOYTES . AGOSTO 2009 DEDICATORIA A Dios. A mis padres, a quienes agradezco todo el apoyo que me han brindado en este logro más en mi vida. A quienes les debo lo que soy, porque todo ello me lo han dado. A mis hermanos: Ana, Carlos, Mónica y Pablo, quienes quiero y valoro. A mis sobrinos: Dafne, Oscar e Iván, que me caen rebien. A todos los amigos y compañeros del CGEO y CFATA que contribuyeron a mi formación académica y personal en el Posgrado. A Caro y Janet que me apoyaron por gran parte del camino de este trayecto. Porque… ¿A caso no es suerte? En un mar de gente Haberme encontrado a mí misma… AGRADECIMIENTOS Al Lic. José Cerrillo Chowell, Director General de Negociación Minera Santa María de La Paz y Anexas, S.A. de C.V por permitirnos trabajar en sus minas y facilitar la redacción de este documento. Inmensamente al Dr. Gilles Levresse por haberme dirigido y asesorado en ésta tesis. A mis sinodales, Dr. Gilberto Hernández, Dr. Jordi Tritlla, Dr. Luis Hernández y Mtro. Gustavo Pedraza, por sus valiosos comentarios y aportaciones. Al Laboratorio de Geoquímica Ambiental, especialmente a Carolina Muñoz, Ofelia Pérez y a Fabián por el apoyo en el trabajo en el análisis de muestras. Al Dr. Esteve Cardellach de la Universidad de Barcelona, por facilitarnos los análisis de jales y de sedimentos. Así como a los Drs. Alejandro Carrillo Chávez, Soler y Corbella por su participación en las campañas de muestreo. A los profesores, administrativos, investigadores y vigilantes con los quienes llegué a conversar y no recibí más que palabras de motivación para concluir este trabajo. Este trabajo de investigación fue financiado por los proyectos PAPIIT IN100707, IN114106 y Conacyt 49234-F, 81584, y AECI. Igualmente un agradecimiento por el apoyo de la emisión del documento de tesis por la Coordinación de Estudios y de Posgrado, a Conacyt, y al Centro Geociencias. Resumen El presente estudio está enfocado a conocer la absorción en plantas de metales pesados, principalmente antimonio, que se encuentran contenidos en suelo, sedimentos y jales, en los alrededores y jales de desperdicio de la mina de antimonio de Wadley en el Estado de San Luis Potosí, México. Existen muy pocos trabajos acerca de la absorción de metales en plantasenzonasconcaracterísticascomolasquecuentalaminadeWadleyenelmunicipio de Real de Catorce (clima semiseco, baja precipitación y temperaturas templadas) para lo que este trabajo marca un precedente. Se estudiaron las características físico químicas de muestras de jales, sedimentos de arroyo, suelo y de agua en el lugar y alrededores de la mina, para conocer indicadores del potencial de contaminación en la zona debido a los metales pesados contenidos en los jales. Se determinaron niveles de metales pesados totales en estructuras de plantas endémicas y de crecimiento natural en la región en el área de jales y en los alrededores. El contenido de metales pesados en los jales y sedimentos de arroyo se determinó por MS-ICP, excepto hierro y antimonio que se empleó ICP-OES. La granulometría se llevó acabo por FP-XRF. Los elementos mayores y menores en las muestras de agua fueron determinados por MS-ICP y su isotopía por medio de Multiflow- MS. La fitodisponibilidad del antimonio se estima a través de las condiciones de especies solubles por medio de diagramas de Eh-pH; teniendo que la movilidad del antimonio se da por medio de la valentinita y la cervantita (Sb O ; Sb O ); se encontraron también espe- 2 3 2 4 cies de cinc que a las condiciones de Eh y pH del lugar, pueden ser igualmente captadas por las plantas y ser absorbidas. En el tratamiento de la muestras de plantas se utiliza se- cado de temperatura ambiente (25°C) en condiciones de oscuridad, a diferencia del secado convencional a temperatura de 40°C hasta sequedad. Para conocer el lugar de la planta donde se tiene la mayor absorción de metales, se separaron por estructuras de hojas, tallo y raíz y se analizaron por medio de MS-ICP. Los rangos de las concentraciones de metales en los jales fueron hasta de 13 743 ppm de antimonio. y en sedimentos de arroyo hasta de 5 779 ppm de antimonio, los cuales son niveles mucho mayores a lo reportado en la biblio- grafía. La habilidad de las plantas para acumular en específico antimonio, fue estimada por medio de radios de acumulación (RA). Del análisis de metales se encontró que los niveles de antimonio de mayor a menor en las plantas analizadas es SOLANACEAE Nicotiana glauca (112 ppm de antimonio)> CUPRESSASEAE Junipesus aff. Montañus (96 ppm de antimonio) > ASPHODELOCEAE Asphodelus fistulosus (79 ppm de antimonioSb) > MYRTACEAE Eucalyptus aff. Globulus (27 ppm de antimonioSb) > AGAVEACEA yucca y CACTACEA Echinocactus platyacabthus (13 ppm de antimonio) > PINACEAE Pinus sp.(10ppmdeantimonio)>BUDDLEJACEAE Buddleja sp.(4,7ppmdeantimonio).Los radios de acumulación de planta SOLANACEAE Nicotiana glauca fue para el antimonio 1,44 en raíz y en hojas 3,05 para el mercurio; 3,50 para arsénico y de 1,80 para cinc. Esta última es la especie que muestra tener la más alta acumulación de metales pesados por lo que se plantea con gran potencial para ser empleada en la fitorremediación en áreas contaminadas por extracción minera en climas semidesérticos. Palabras clave: fitodisponibilidad, antimonio, metales pesados, mineria. 2 3 4 Índice general I INTRODUCCIÓN GENERAL 15 1. INTRODUCCIÓN 17 2. LOS METALES PESADOS 21 2.1. El Antimonio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.2. Movilidad y Sorción de Metales en el ambiente . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.3. Residuos de mina como fuente de contaminación . . . . . . . . . . . . . . 27 3. MECANISMOS DE ACUMULACIÓN Y ASIMILACIÓN EN PLAN- TAS 31 3.1. Flujo de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.2. Difusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.3. Intercepción con la raíz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.3.1. Zonas de absorción de la raíz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.4. Descontaminación con plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.4.1. Caso historicos de fitorremediacion. . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4. OBJETIVOS 41 II RESULTADOS 43 5. PRESENTACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 45 6. METODOLOGÍA 51 6.1. Jales y sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6.2. Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 6.3. Plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7. JALES Y SEDIMENTOS 61 7.1. Granulometría de las muestras de jales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 7.2. Metales pesados en las muestras de jales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 7.3. Contenido de metales en sedimentos de arroyo . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5 8. AGUA 73 8.1. Datos en campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 8.2. Elementos mayores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 8.3. Elementos trazas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 8.4. Datos isotópicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 8.5. Metales pesados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 8.6. Diagramas Eh-pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 9. PLANTAS 83 9.1. Caracterización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 9.1.1. BUDDLEJACEAE Buddleja sp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 9.1.2. RUSCACEAE (nolinaceae) Dasylirion sp . . . . . . . . . . . . . . 89 9.1.3. ASTERACEAE Compositae Gymnosperm glutinosum . . . . . . . . 90 9.1.4. PINACEAE Pinus sp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 9.1.5. ASPHODELOCEAE Asphodelus fistulosus . . . . . . . . . . . . . . 91 9.1.6. SOLANACEAE Nicotiana glauca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 9.1.7. CUPRESSACEAE Juniperus aff. Montañes . . . . . . . . . . . . . 98 9.1.8. MYRTACEACE Eucalyptus aff. Globulus . . . . . . . . . . . . . . . 99 9.1.9. AGAVACEAE Yucca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.1.10. ANACARDIACEAE Schinus molle . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.1.11. CACTACEAE Echinocactus platyacanthus . . . . . . . . . . . . . . 105 9.1.12. BERBERIDACEAE Berberis trifolioata . . . . . . . . . . . . . . . 107 9.1.13. ZYGOPHYLLACEAE Larrea tridentata . . . . . . . . . . . . . . . 108 9.1.14. CACTACEAE Opuntia leptocaulis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 9.2. Análisis elemental de las plantas recolectadas . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 9.2.1. Muestra 5: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 9.2.2. Muestra 20: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 9.2.3. Muestra 27: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 9.2.4. Muestra 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 9.2.5. Muestra 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 9.2.6. Muestra 3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 9.2.7. Muestra 4: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 9.2.8. Muestra 6: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 9.2.9. Muestra 9: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 9.2.10. Muestra 12: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 9.2.11. Muestra 13: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 9.2.12. Muestra 14: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 9.2.13. Muestra 16: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.2.14. Muestra 17: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.2.15. Muestra 18: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.2.16. Muestra 19: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.2.17. Muestra 21: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.2.18. Muestra 22: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6 9.2.19. Muestra 24: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.2.20. Muestra 29: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.2.21. Muestra 32: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.2.22. Muestra 34: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.2.23. Muestra 35: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.3. Comparacion entre las concentraciones de una misma especie de planta en diferentes muestras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 9.4. Radios de acumulación Planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 III DISCUSIÓN Y CONCLUSIÓN 141 10.DISCUSIÓN 143 10.1.Jales y sedimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 10.2.Agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 10.3.Plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 10.4.Jales, sedimentos, agua y plantas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.CONCLUSIÓN 149 7