Este documento describe las propiedades químicas de los metales pesados y su impacto ambiental. Los metales pesados son elementos químicos densos que son tóxicos y representan un riesgo ambiental. Se clasifican en tres categorías dependiendo de su toxicidad y disponibilidad. Además, se explican factores como el pH, potencial redox, temperatura y otros que afectan la especiación química de los metales pesados. Finalmente, se detallan pruebas como el test ABA y SPLP para caracterizar la generación potencial de ácid

1. Asignatura: Tratamiento de Relaves y Desechos
Mineros
II Unidad: PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS METALES PESADOS
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUEZ
Ingeniería Sanitaria y Ambiental
MSc. Roger Poccohuanca Aguilar

2.  metales pesados se refieren a un tipo de elementos químicos
que tienen como particularidad que sus densidades son altas
en comparación con otros materiales.
 Son tóxicos y representan riesgo ambiental
 La toxicidad total anual de los metales movilizados excede la
toxicidad total de los residuos radiactivos y orgánicos
generados por el hombre (Nriagu 1998).
 Aparentemente la actividad minera afecta áreas pequeñas, sin
embargo; tienen mayores impactos a nivel de otras áreas
sobre el medio ambiente.

3. Propiedades de los Metales Pesados
La toxicidad depende en primer lugar de la propia
naturaleza del metal y de su disponibilidad en el
ambiente. Atendiendo a estos dos factores Wood (1974)
clasifico los metales en tres categorías:
No críticos: Na, K, Mg, Ca, H, N, C, P, Fe, S, Cl, Br, F, Li, Rb, Sr,
Si, Mn y Al; siendo esta última toxico para la biota, tanto terrestre
como acuática, cuando se moviliza a un pH bajo (Forstner 1989).
Tóxicos pero muy insolubles: Ti, Hf, Zr, W, Nb, Ta, Re, Ga, Os,
Rh, Ir, Ru y Ba.
Muy tóxicos y relativamente disponibles: Be, Co, Ni, Cu, Zn, Sn,
Cr, As, Se, Te, Pd, Ag, Cd, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Sb y Bi.
Sus diferentes especies moleculares o especies químicas
pueden suponer distintos grados de bioacumulación o
toxicidad

4. Acción Toxica de los Metales Pesados
Bioquímicamente, el mecanismo de su acción tóxica de los metales
pesados proviene de la fuerte afinidad de los cationes por el azufre.
Así, los grupos “sulfidrilos”, -SH, los cuales están presentes
comúnmente en las enzimas que controlan la velocidad de las
reacciones metabólicas críticas en el cuerpo humano, se enlazan
fácilmente a los cationes metálicos ingeridos o a las moléculas que
contienen los metales. Debido a que el enlace resultante metal-azufre
afecta a toda la enzima, este no puede actuar normalmente y la salud
humana queda afectada adversamente, y a veces en forma fatal
(Juárez et al. 2009).

5. Factores Fisicoquímicos Ambientales que
intervienen en la especiación quimica
El pH
• El pH afecta a la especiación química y a la movilidad de muchos
metales pesados
• La mayoría de los metales tienden a estar mas disponibles a pH
acido.
• El pH, es un parámetro importante para definir la movilidad del
catión, debido a que en medios de pH moderadamente alto se
produce la precipitación como hidróxidos. En medios muy
alcalinos, pueden nuevamente pasar a la solución como
hidroxicomplejos. Si el pH es elevado entonces puede bajar la
toxicidad metálica por precipitación como carbonatos e
hidróxidos.

6. El Potencial Redox o potencial de oxidación –
reducción
• El potencial de oxidación –reducción, es el responsable
de que el metal se encuentre en estado oxidado o
reducido. Los equilibrios redox están controlados por la
actividad de electrones libres en el agua.
• El potencial redox de un ambiente dado influye sobre los
fenómenos de especiación metálica
• A altos valores de Eh se asocian fenómenos oxidantes;
mientras que a bajos valores del mismo lo hacen los
reductores.

7. La temperatura
La temperatura afecta la concentración de oxígeno
disuelto de un cuerpo de agua natural y el oxigeno afecta
el potencial redox.
La temperatura influye sobre la solubilidad de los metales
y al igual que el contenido de oxígeno disuelto afecta de
forma decisiva tanto a la distribución como al estado
fisiológico de la biota del sistema acuático del que va a
depender la respuesta frente al toxico (Rosas 2001).

8. Caracterización de relaves mineros
Una adecuada caracterización es base para la prevención.
Un muestreo representativo se hace necesaria
Las pruebas estáticas (ej. ABA, NAG, SPLP) y cinéticas
(humedad, NAG cinético, pruebas de campo).

9. Caracterización geotécnica y química de relaves
Toma de muestra
Para la toma de muestras se debe tener en cuenta la distribución
granulométrica del relave, teniendo en cuenta el tipo de mineral beneficiado o
por beneficiar; ya que; el comportamiento de las zonas de oxidación es
dependiente del tamaño de grano. La muestra deberá ser representativa.
Propiedades físicas y químicas de los relaves
Densidad
Para conocer el tonelaje total de los desechos requiere de
la necesidad antes que nada del cálculo de la densidad
promedio del material.
Para el cálculo del tonelaje solo se convierten las unidades
arrojadas por el densímetro expresadas en gramos por
centímetro cubico en toneladas por metro cubico.
Volumen real cuantificado de relave = 1505633.08 m3
Densidad promedio estimado = 2.2 g/cm3
Tonelaje = 3 312 392.8 Ton.

10. Caracterización geotécnica y química de relaves
Resistencia al Corte
La resistencia al corte o esfuerzo de corte de un suelo, se define
como la resistencia interna por área unitaria, que una masa de suelo
ofrece para resistir la falla y el deslizamiento a lo largo de cualquier
plano dentro de él. El esfuerzo de corte en un depósito de relaves,
determinará la pendiente de acopio, que asegure una máxima
capacidad de almacenaje.
Se debe entender la naturaleza de la resistencia al corte para analizar
los problemas de capacidad de carga, estabilidad de taludes y presiones
laterales sobre estructuras de contención de tierra.
http://www.youtube.com/watch?v=AsbQk131x2w

11. Caracterización geotécnica y química de relaves
Prueba de análisis granulométrico
Consiste en determinar la proporción relativa en peso de los diferentes tamaños de granos
definidos por la abertura de mallas utilizada. Determina por lo tanto, la distribución del tamaño de
las partículas ó granos que constituyen un material. Esta distribución se analiza en base a su
porcentaje de su peso total.
Malla %
Peso
Ac(+)
+50 4,86 4,86
+70 5,95 10,81
+100 10,84 21,65
+140 10,56 32,21
+200 9,70 41,91
-200 58,09 100,00
Tabla 8: Análisis Granulométrico del
Relave Final de la Unidad de Producción
de la Compañía Minera Raura S.A.
(CMRSA). 2007
http://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM
http://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM

12. Caracterización geotécnica y química de relaves
Permeabilidad
La permeabilidad indica la facilidad con la que un fluido puede atravesar el espacio poroso
(Guéguen y Palciauskas, 1994).
la distribución de la porosidad, los parámetros texturales, las características de las gargantas de
poros y la presión capilar.
La permeabilidad es directamente proporcional al tamaño de partículas, es decir, a menor
tamaño de partículas corresponde una permeabilidad mas lenta, de manera contraria, a mayor
tamaño de las partículas corresponde una permeabilidad mas rápida.
http://www.youtube.com/watch?v=981HT9FexA0

13. Caracterización geotécnica y química de relaves
Humedad
El contenido de humedad en el relave es la
cantidad de agua que el relave contiene en el
momento de ser extraído.
Una forma de conocer el contenido de humedad es
pesar la muestra cuando se acaba de extraer, y
después de haberla mantenido durante 24 horas en
un horno a una temperatura de 110 °C se hace lo
siguiente:
Porcentaje de Humedad = ((m1 – m2)/m2)*100
m1 = Masa de la muestra recién extraída.
m2= Masa de la muestra después de estar en el
horno.
Para la relavera de Yauricocha, la humedad media
calculada del relave fue de 9.2 %, Para este cálculo
se usaron horno eléctrico, termómetro y balanza
electrónica pesando la muestra antes y después
del secado.

14. Predicción de la producción de acido/ pruebas de
movilidad
 Las predicciones de DAR se pueden hacer usando
pruebas estáticas y/o cinéticas.
 Las pruebas estáticas nos indican la cantidad de
ácido producido y el potencial de neutralización,
mientras que las pruebas cinéticas nos presentan
una evaluación de la velocidad de neutralización y
producción de ácido.

15. pH en pasta
 Se realiza midiendo el pH a una pasta preparada con la muestra
sólida y agua.
 Se realiza en el sobrenadante de la solución de agua desionizada y
muestra, en proporción 1:1 (p/p) (Chopantarat et al., 2010).
 Valores bajos de pH (menores que 6) indican que la muestra ya está
oxidada, y por lo tanto tienen una disponibilidad limitada de potencial
de neutralización, mientras que valores mayores sugieren que la
muestra cuenta con un cierto potencial de neutralización (Caballero
2009).

16. Caracterización geotécnica y química de relaves
Test ABA
El test estático para medir el potencial de generación ácida, denominado Acid-Base Account
(ABA), se basa en un balance entre los componentes de la muestra potencialmente generadores
de ácido (Potencial de Acidificación, PA) y los componentes neutralizantes de ácidos (Potencial
de Neutralización, PN).
La determinación del Potencial de
Acidificación, se realiza principalmente
basándose en el análisis químico de la
muestra por azufre total y azufre como
sulfato, de esta manera se calcula por
diferencia el azufre como sulfuro, que sirve
de base para el cálculo del PA.
El Potencial de Neutralización representa la
cantidad total de minerales neutralizantes
presentes en el material, principalmente
carbonatos, se determina mediante una
digestión ácida de una porción de muestra
durante 24 horas, a temperatura controlada y
posterior titulación.
Obtenidos ambos potenciales se determina el Potencial Neto de Neutralización por diferencia
empleando la siguiente fórmula:
PNN = PN – PA

17. El test estático permite categorizar los materiales en tres grupos:
Potencial representado Criterio de interpretación
Bajo o nulo potencial de generación de
acido
PNN>20 y PN/PA>3
Potencial marginal de generación de
acido
PNN<20 y 1<PN/PA<3
Alto potencial de generación de acido PNN<0 y PN/PA<1
Si el resultado de la caracterización geoquímica del relave, muestra que si el PNN del relave
es de –32.81 nos indicara que es generador de acidez.

18. Los resultados obtenidos de la Evaluación del Potencial de Generación Ácida, a las muestras
de Relave y Suelos de compañía minera Linderos (Chile), a través del Test ABA, se
presentan en la Tabla Nº 5.1
Tabla 9: Resultados Test ABA
Muestras S SO4=
SSO4 S Total
calculado
Kg CO3 equiv./ton material
% % % % PN PA PNN PN/PA
M-1 Cubeta
tranque N° 1
1,59 0,22 0,07 1,52 164,78 47,39 117,39 3,48
M-2 Talud
tranque N° 2
0,95 0,02 0,01 0,94 129,27 29,48 99,79 4,39
M-3 Suelo
tranque N° 1
0,01 0,03 0,01 -0,00001 13,35 -
0,00004
13,35 -34205
De acuerdo a los resultados presentados en la Tabla 9 y considerando el criterio de
interpretación indicado en lo párrafos precedentes, se concluye que:
•Las muestras de relaves presentan de bajo a nulo potencial de generación de acidez.
•La muestra de suelo por no contener azufre no presenta potencial de generación de
acidez

19. En Sayapullo ubicada en el distrito de Sayapullo, provincia de Gran Chimu, Region La
Libertad; se caracterizó los pasivos ambientales (depósitos de relaves), con el propósito de
evaluar el Plan de Cierre de Pasivos Ambientales.
Se puede observar que ninguna de las muestras presenta potenciales de
neutralización. En las muestras de relaves de Vista Bella son las que tienen un mayor
potencial de generación de acidez.

21. Test SPLP
El procedimiento consiste básicamente en una lixiviación a temperatura y agitación controlada
(25ºC y 30 rpm) por un tiempo de 18 + 2 h con un fluido preparado con una mezcla de ácido
sulfúrico y ácido nítrico.
El extracto líquido obtenido después de la lixiviación es analizado por los parámetros As, Ba, Cd,
Cr, Pb, Hg, Se y Ag, para determinar si presenta cualquiera de estos elementos considerados
como peligrosos, en concentraciones superiores a los valores establecidos por la EPA.

22. Los resultados obtenidos de la aplicación del Test SPLP a muestras
de relaves y suelos de compañía minera Linderos (Chile), a través del
Test SPLP, se presentan en el Cuadro 7.
Conforme con los resultados presentados en el Cuadro 7, las muestras
evaluadas, no presentan característica de toxicidad por lixiviación
ya que no se superan las concentraciones máximas permisibles.
Cuadro 7: Resultados del Test SPLP de muestras de relave y suelos - Compañía
Minera Linderos – Chile.

23. GRACIAS