TIERRA Y TECNOLOGÍA Nº 46 | Autores: MARÍA JOSÉ MARTÍNEZ-SÁNCHEZ. Departamento de Química Agrícola, Geología y Edafología. Universidad de Murcia. CARMEN PÉREZ-SIRVENT. Departamento de Química Agrícola, Geología y Edafología. Universidad de Murcia. MARI LUZ GARCÍA-LORENZO. Departamento de Petrología y Geoquímica. Universidad Complutense de Madrid | La Sierra Minera de Cartagena-La Unión ha sido históricamente un distrito minero de gran envergadura. El desarrollo tecnológico hizo que la producción se elevara durante la segunda mitad del siglo XX, provocando un aumento de escombreras y de los lavaderos, y produciendo, para entonces, uno de los mayores desastres ecológicos de la costa mediterránea, principalmente en la bahía de Portmán. Los trabajos de remediación ambiental que se llevan a cabo tratan de recuperar ambientalmente la zona.
La dispersión espacial de minerales de Pb y Zn en la Sierra Minera de Cartagena-La Unión es muy antigua y está relacionada con la evolución de la minería en el sureste español durante más de 2.500 años. La historia de cada emplazamiento es compleja, con varios ciclos de explotación a través de casi 3.000 años, por lo que las escombreras que quedan son un registro de todas las actividades que han afectado a cada uno de ellos.
Historia de la minería en la Sierra Minera de Cartagena (La Unión)
En el sector minero de La Unión se pueden distinguir dos etapas de la actividad; en primer lugar, una etapa de desarrollo y agotamiento del proceso entre los años 1842 y 1950, que a su vez supuso un importante impacto demográfico en la zona y el desarrollo de infraestructuras como redes viarias, el ferrocarril y el acondicionamiento de los fondeaderos de Cartagena, Escombreras y Portmán (Navarro-Hervás, 2004). Entre las décadas de los cincuenta y noventa del siglo XX se produce una nueva etapa de recuperación con el desarrollo de nuevas bases tecnológicas, tras la cual, cesa la actividad. De la Sierra Minera de La Unión se obtenían hasta 1991 minerales de plomo, plata, cinc y otros contenidos en las piritas, que suponían una aportación a la producción nacional del 40% de plomo, el 60% de plata, el 12% de cinc y 130.000 t/año de piritas (Dirección General del Medio Natural, Región de Murcia, 1998).
De la importancia de los yacimientos minerales del distrito minero de Cartagena-La Unión existen estimaciones orientativas (Manteca y Ovejero, 1992) de la magnitud original de los yacimientos contenidos, a partir de criterios geológicos, apoyados con la gran cantidad de información minera, en los datos estadísticos de producciones, etc. Según tales estimaciones, la cuantía original de estos depósitos minerales en sus diversos tipos, estratiformes o mantos, filones, diseminaciones y stockworks, monteras o gossan, superaría los 240 M.t de mineral bruto, con un contenido en elementos del orden de 64 millones de toneladas de Fe, 3.2 M.t. de Pb, 3.8 M.t. de Zn, y 4.000 toneladas de Ag, cifras que los destacan netamente de otros distritos mineros (Martínez Sánchez y Pérez Sirvent, 2008).
Siendo evidente su importancia como acumulación de elementos traza, en cambio a nivel de leyes o contenido metálico relativo se le puede considerar como un distrito pobre, casi marginal, con las excepciones muy localizadas de ciertos enclaves o filones, como el caso del Cabezo Rajao (Martínez-Sánchez et al., 1998). Ello explica en buena medida el carácter cíclico y discontinuo de la actividad minera en la zona.
Bahía de Portmán
La bahía de Portmán se encuentra al sureste de la Comunidad Autónoma de Murcia, entre cabo de Palos y Cartagena, en el término municipal de La Unión. Portmán fue desde antiguo Portus Magnus, “puerto grande”, y de ahí deriva su nombre. Esta zona tuvo cierto esplendor comercial y como refugio tiempo atrás. Iberos, fenicios, cartagineses y romanos fueron los pioneros de las explotaciones mineras de la sierra y utilizaron la bahía para el transporte por todo el Mediterráneo. Es a partir del año 1957 cuando comienza la minería con explotaciones a cielo abierto y con ella la fase del gran vertido, cuando la sociedad Peñarroya España pone en funcionamiento el lavadero Roberto, uno de los lavaderos de flotación de los sulfuros: galena, esfalerita y pirita, más grandes del mundo, que trataba 1.000 Tm/día (Martínez Sánchez et al., 2008).
En el transcurso del tiempo tuvo numerosas modificaciones, constituyendo, una de las más importantes, la de emplear el agua del mar en todo el proceso de tratamiento del mineral, para lo que se instaló una estación de bombeo en la misma playa. En el año 1966 se amplía la capacidad del lavadero y, por tanto, en el plano negativo, los vertidos al mar, que no cesarían hasta 1990, habiéndose producido para entonces, uno de los mayores desastres ecológicos de la costa mediterránea.
Los elementos principales con los que contaba el lavadero Roberto en su primera etapa eran la tolva de descarga de los vagones de mineral, la trituración secundaria (ya que venía triturado de la cantera a menos de 200 mm) mediante un sistema de molinos, cribas, cintas hasta un tamaño menor de 17 mm. De ahí pasaba al edificio del lavadero mediante dos cintas transportadoras de 200 m de longitud que descargaban en una gran tolva. A continuación, mediante una batería de molinos de barras y después molinos de bolas, en contacto con el agua de mar, se llevaba a cabo la molienda hasta un tamaño de diámetro menor de 180 μm (González-Ciudad, 2014).
Llegados a este punto, el material pasaba a flotación, donde la pulpa del mineral seguía tres tratamientos (preconcentración, remolienda y diferenciación). Para ello hacían uso de cianuros, xantatos, sulfatos de cobre y otros reactivos que son los que actualmente hacen que la bahía sea una gran balsa de materiales reactivos, ya que parte de ellos están a la intemperie y varias reacciones están sucediendo (Oyarzun et al., 2013).
Una vez que los minerales recuperables se habían separado, junto con los restos de sustancias utilizadas en el proceso de flotación diferencial (600 kg/día de cianuro sódico; ácido sulfúrico, xantatos, sulfato de cobre, etc.) eran vertidos al mar a través de dos tuberías de más de 2 km de longitud, que recorrían todo el perfil de la bahía original atravesando el Monte de Punta Galera (figura 1). El vertido fue autorizado por la Administración con fecha de 18 de febrero de 1959. La concesión estaba condicionada a que no afectara las características fundamentales y naturales de la bahía, e incluía la obligación de dragarla para recuperar los calados naturales que se viesen afectados (Baños Páez, 2012). En más de treinta años se han vertido al mar 60 millones de toneladas de estériles de minería lo que ha provocado la colmatación y el aterramiento de 75 hectáreas de la bahía de Portmán (figura 2), además de sepultar buena parte de la plataforma marina frente a las costas de la bahía (Pérez-Espinosa, 2014).
Los vertidos modificaron profundamente la dinámica litoral, debido al finísimo material en suspensión, que interfería con la dinámica normal del plancton y de los peces (César et al., 2009; Martínez Gómez et al., 2012).
Materiales de la bahía
Los materiales que constituyen hoy día los suelos de la bahía de Portmán están formados por: contaminación primaria por ser una zona de vertido directo de estériles de lavadero de flotación mineral y drenajes de ramblas con pH ácidos y alta carga metálica soluble, contaminación secundaria (aportes de sedimentos mineros por la acción de la dinámica litoral) y contaminación terciaria (escorrentías y aguas de otras ramblas y ramblizos que desembocan en la bahía y aportan materiales de atenuación natural) (Martínez Sánchez y Pérez Sirvent, 2013). Concretamente, los materiales más representativos son aquéllos que tienen su origen en la actividad del lavadero Roberto (González-Ciudad, 2014).
Caracterización de materiales
Aunque tras el cese de los vertidos se ha podido alcanzar un cierto estado de equilibrio (Martínez Sánchez y Pérez Sirvent, 2008), los sedimentos están sometidos a la dinámica marina, especialmente los más próximos a la línea de mar, y a los efectos de las lluvias, escorrentías y otros vertidos. Esto implica una heterogeneidad muy alta en los sedimentos. La granulometría define el origen del sedimento; la textura fina corresponde a estériles sin lavar y la textura gruesa a estéril lavado depositado por la acción del agua del mar, lo que ha llevado consigo una granoselección, dando como resultado un enriquecimiento en partículas gruesas.
Caracterización de materiales de profundidad
Se realizó a partir de los sedimentos extraídos en doce sondeos alineados a tres distancias diferentes de la línea de playa, obteniendo datos de granulometría, composición química y mineralógica con una precisión de metro en metro.
Los materiales estudiados presentan mayoritariamente una textura arenosa, salvo cuando ha existido vertido directo a la bahía, como en el sondeo situado en la zona interna frente al lavadero Roberto, en donde la textura es más fina (franco arenosa a arenosa franca hasta los 10 m estudiados). Lo mismo sucede en los materiales de los sondeos, situados en la parte derecha de la bahía, más próxima a la zona de vertido directo en el mar.
Es interesante señalar los contenidos de determinadas fracciones granulométricas de los sedimentos, por las aplicaciones que tienen en el análisis de riesgos para la salud y los ecosistemas. Estos sedimentos tienen un contenido en partículas tamaño arcilla (<2 micras) muy escaso, con un valor de fondo (mediana) de 0,14%. El contenido en partículas tamaño <5 micras también es muy escaso, con un valor de fondo (mediana) de 1,35 y un contenido en partículas tamaño <250 micras, algo más elevado, presentando un valor de fondo (mediana) de 44,2.
Los valores de pH en agua son neutros a ligeramente básicos; presenta un valor de fondo (mediana) de 7,70. El valor mínimo es 6,18, siendo frecuente que en la parte superior de los sondeos estén por debajo del nivel de fondo. El contenido en metales pesados de los sedimentos es muy elevado y siguen el orden de concentración siguiente: zinc> plomo> arsénico>cobre> cadmio.
Caracterización de materiales de superficie
La superficie de la bahía fue muestreada en 30 puntos, realizando calicatas y tomando muestras de perfiles a diferentes profundidades. Al igual que los sedimentos de profundidad, las muestras fueron caracterizadas y analizadas, obteniendo la composición química y mineralógica. La figura 3 muestra los valores obtenidos para los elementos potencialmente tóxicos (EPTs) analizados y su distribución estadística.
Evaluación de riesgos para la salud de las personas y para los ecosistemas
El objetivo de la evaluación de riesgos que un suelo contaminado comporta al medio es proporcionar la información y útiles necesarios para la evaluación de la probabilidad de ocurrencia de los efectos identificados. Se realiza a partir de la estimación cuantitativa o cualitativa de los riesgos presentes y futuros. Este proceso ha de servir de base para la toma de decisiones sobre la aceptabilidad del riesgo y las medidas a adoptar, es decir, la “gestión del riesgo”.
Modelo conceptual de la contaminación en la bahía de Portmán
En el análisis de riesgos de la bahía se han calculado/estimado los riesgos para la salud de las personas y los ecosistemas según el modelo conceptual recogido en la figura 4. Se han realizado siguiendo las recomendaciones propuestas en la Guía Técnica de aplicación del RD 9/2005, de 14 de enero (MMA, 2007). También se han seguido las recomendaciones de USEPA (2011) aunque adaptándolas a los materiales tan complejos existentes en la bahía, lo que ha llevado a considerar un gran número de muestras. Las metodologías existentes y recomendadas incluso por el Ministerio de Medio Ambiente se aplican a medios terrestres continentales, no contemplándose otros ambientes como los litorales salinos, con área de influencia marina. Por ello, ha sido imprescindible poner a punto métodos in vitro, comparables a los in vivo, más rápidos y baratos (Martínez Sánchez y Pérez Sirvent, 2008, 2009, 2010; BOE, 2011). Esta adaptación es posible siempre que se tenga un conocimiento profundo de los materiales y de su comportamiento físico, químico y mineralógico (Navarro et al., 2006).
Para evaluar la toxicidad en los ecosistemas se han aplicado test para organismos terrestres y acuáticos (Microtox®, Phytotoxkit®, Ostratoxkit®), y de ecotoxicidad marina con especies como erizos de mar (Paracentrotus lividus), anfípodos (Gammarus aequicauda), doradas (Sparus aurata).
Las tecnologías de recuperación van encaminadas a eliminar la fuente contaminante o bien a eliminar las vías de transferencia. En cualquiera de los dos casos se elimina el riesgo. En Portmán se actúa sobre las vías de transferencia para minimizar el riesgo hasta límites aceptables.
Se han evaluado las fases preoperacional y postoperacional de la recuperación de la bahía de Portmán y en función del amplio estudio de caracterización de los materiales superficiales y en profundidad, así como de la movilidad de los diferentes EPTs y de los ensayos de bioasimilabilidad por las plantas y de bioaccesibilidad para las personas, se han estimado los elementos críticos más importantes.
Riesgos más importantes en la situación preoperacional de la bahía
Los mayores riesgos que se presentan están en los materiales superficiales, sujetos a procesos de alteración supergénica, de textura fina, con pH ácido (arenas de color amarillento generalmente ricas en sales solubles y jarosita), y el riesgo mínimo en las arenas negras de playa. Los receptores más afectados por el uso de la bahía, en esos momentos, eran las personas, niños en primer lugar, seguidos de adultos, en materiales amarillentos.
La vía de exposición más importante es la de ingesta de partículas sólidas, dadas las características del material, seguida de la dérmica y la de inhalación.
La arena que queda sumergida en la playa presenta un menor riesgo al ecosistema por encontrarse en condiciones reductoras, no presentando movilización apreciable de metales. Las condiciones oxidantes son las de mayor situación de riesgo, y las que llevan consigo mayor incertidumbre.
Otro aspecto importante es el de los procesos de lavado ascendente que deben ser controlados, ya que es una de las rutas importantes de metales solubles. La capa superficial (<1 m) es la que más metales solubles aporta a las aguas subterráneas, por lo que es fundamental impedir su oxidación.
Propuesta de recuperación de la bahía y proyecto piloto de Portmán
Gestión del riesgo y propuesta tecnológica
Los emplazamientos contaminados exigen técnicas de tratamiento para su recuperación que, en líneas generales, consisten en alterar materiales contaminados, destruyéndolos o modificándolos, con objeto de que sean menos peligrosos o dejen de serlo. Se pueden llevar a cabo por diferentes vías de actuación, como reducir la cantidad de material contaminado, recuperar o retirar un componente que confiera al material sus propiedades peligrosas o inmovilizarlo. Para ello, deben seleccionarse mecanismos que sean capaces de eliminar o reducir a niveles tolerantes un determinado contaminante, y plantearse objetivos como proteger la salud y el medio ambiente, cumplir con la legislación, coste reducido y que constituya una solución permanente.
Otro aspecto fundamental es la participación ciudadana, no hay un proyecto de recuperación de emplazamientos contaminados con éxito si no existe una conformidad del mismo por los ciudadanos, por lo que la información y difusión del proyecto es una labor muy importante entre los habitantes de Portmán.
En función de las características del material, de los riesgos inaceptables/aceptables encontrados y de las mejores técnicas disponibles para llevar a cabo la gestión del riesgo, se realizó una propuesta para la recuperación de los suelos contaminados por metales pesados basada en varias tecnologías de recuperación in situ, combinadas, como más adecuadas para una solución permanente. Se trata de técnicas de inmovilización, solidificación/estabilización con la utilización de enmiendas de materiales calizos como áridos y filler de las canteras de áridos de construcción, usando una tecnología aportada por las investigaciones previas realizadas en el laboratorio (Pérez Sirvent et al., 2007; Pérez Sirvent et al, 2011). También se completó con tecnologías de barreras activas permeables y muros de tratamiento. Además, se aplicó una fitoestabilización en superficie para frenar la erosión.
Tecnología de descontaminación propuesta para el proyecto de recuperación de la bahía de Portmán
Las tecnologías de descontaminación in situ por precipitación química/estabilización desarrolladas de forma experimental en el proyecto piloto consisten fundamentalmente en la fabricación de un Tecnosol en función del uso del suelo. En la figura 5 se muestra una propuesta simplificada de un corte vertical de las capas de tratamiento.
Las zonas pueden ser cultivadas con vegetación autóctona y regadas por goteo o por aspersión en las primeras etapas según las necesidades de la vegetación. En el proyecto piloto, la experiencia se ha llevado a cabo en las dos parcelas (figura 6).
MONITORIZACIÓN DEL PROYECTO Y OPTIMIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA
Con el objetivo de cubrir las incertidumbres derivadas del análisis de riesgos, y comprobar la eficiencia de la tecnología aplicada y de su optimización, se ha realizado durante los años 2009 a 2012 un plan de trabajo distribuido en cuatro grandes bloques expuestos seguidamente.
Evaluación del uso de las arenas negras como arena de playa
Ha sido un punto clave en la investigación para proponer su uso en la nueva playa. Para asegurar la estabilidad de las arenas frente a la alteración atmosférica, se han llevado a cabo ensayos de alteración forzada en cámara climática sobre muestras de arena negra y sus mezclas con filler calizo a diferentes proporciones. Según se deduce de los resultados, las arenas negras y sus mezclas con filler calizo permanecen inalteradas en las condiciones ambientales extremas (90% humedad y temperaturas de 2 ºC en ciclo frío, 55 ºC en ciclo caliente, tanto en agua dulce como en agua de mar) (Veiga del Baño, 2012).
Por otra parte, se ha estudiado el comportamiento de las mezclas de arena negra con filler calizo y con arena silícea en diferentes proporciones, mediante experiencias en contenedores en nave cerrada. Los resultados de la monitorización llevada a cabo durante dos años, con riegos periódicos y recogida y análisis de lixiviados, indican que no se presenta toxicidad en ninguno de los casos, no existiendo diferencias entre la arena negra y sus mezclas, lo que confirma su posible utilización en la futura playa sin necesidad de mezclarla con ningún aditivo.
Optimización de la tecnología de descontaminación con respecto al proyecto
En la construcción de las parcelas del proyecto piloto se utilizó una mezcla del material contaminado con filler calizo al 50%, lo que plantea la posibilidad de optimizar la tecnología y utilizar otra mezcla con menor proporción de filler calizo sin que se pierda efectividad. Para ello, se realizan unas experiencias en nave cerrada que consisten en la fabricación de diferentes unidades de Tecnosol (solum) en contenedores. Las variables para la construcción de dichos suelos son:
- El número de horizontes.
- El espesor de gravas del horizonte 2.
- Las proporciones de mezcla de sedimento y filler calizo.
En total se obtienen 64 tipos diferentes de Tecnosoles que se someten a diferentes ciclos de humedad y sequía (figura 7).
Los resultados mediante la monitorización analítica y ecotoxicológica de lixiviados y ascensión capilar han puesto de manifiesto que a partir de las mezclas con 10% de filler calizo y 20 cm de espesor del horizonte 2, los suelos no tienen toxicidad. Aún así, la recomendación para el proyecto definitivo de recuperación ha sido de una mezcla del 30% de filler/sedimento y un espesor del horizonte 2 de 30 cm con grava caliza, por el principio de precaución que se debe tener por las dificultades de ejecución en la puesta en obra.
Experiencias en medios acuáticos
Con objeto de completar las propuestas de recuperación de la bahía, se han realizado unas experiencias de recuperación de humedales con distintos sustratos enmendados y con diferentes plantas acuáticas (Phragmites australis Iris pseudacorus. Juncus effusus). También se ha ensayado y puesto a punto una metodología específica con test de ecotoxicidad marina.
Control y monitorización de las parcelas del proyecto piloto
Se ha realizado un control analítico y mineralógico en las parcelas del proyecto piloto, que ha permitido validar el método de ejecución de la fabricación de los Tecnosoles en campo (tabla 1).
Las conclusiones de los resultados obtenidos de la monitorización de las parcelas experimentales del proyecto piloto han sido, en resumen, las siguientes:
Aislamiento y frenado de la producción de fases móviles en los procesos de alteración supergénica, por lo que una vez ejecutadas las obras, se elimina la exposición directa a la atmósfera y el contacto directo con el agua del mar.
Eliminación del lavado ascendente de sales solubles.
Reducción de la erosión de las capas de tratamiento superiores, mediante la regulación de pendientes y el aporte de vegetación adecuado.
Optimizado de los espesores de las capas de tratamiento y proporciones del agente de inmovilización empleado, aplicable al proyecto de construcción definitivo.
Control y monitorización de contaminantes.
Dada la trascendencia y novedad del tema desarrollado en el proyecto piloto se deduce que ha servido, entre otros muchos aspectos, para comprobar la eficiencia de la tecnología, optimizar los recursos y, lo más importante, proporcionar un escenario en donde se aplica una evaluación de riesgos que permite modelizar sobre el proyecto de construcción definitivo. Los datos obtenidos del proyecto piloto y de los estudios previos realizados sobre la caracterización, movilidad y alteración forzada de los materiales han sido utilizados en la declaración de impacto ambiental sobre el proyecto de recuperación de la bahía de Portmán (BOE, 2011) y en establecer las medidas correctoras oportunas. La optimización de la tecnología de recuperación ha provocado un ahorro importante sobre el proyecto definitivo.
Proyecto de recuperación de la bahía de Portmán
Según consta en la página web del Ministerio de Agricultura, Agua y Medio Ambiente (http://www.magrama.gob.es), en el proyecto definitivo se pretende un retranqueo de 250 m respecto a la línea de playa actual y un dragado, secado y transporte a la corta minera San José de 185.000 m3 de estériles. El secado del material dragado se realizará en unos recintos de 40 Ha construidos sobre la plataforma de la bahía. Se creará un frente de playa con arenas negras y aportación de 150.000 m3 de arena de cantera para conseguir un diámetro medio de 50 mm. Se instalará una cinta transportadora carenada de la bahía a la corta San José de 2.700 m de longitud. La corta está siendo acondicionada mediante estabilización y saneo de taludes, impermeabilización del vaso (con 550.000 m3 de material arcilloso), y con mejora de accesos. Se construirá una balsa de lixiviados drenados y se procederá al sellado y restauración ambiental del vertedero.
Consideraciones finales
En su situación preoperacional, es un punto singular de contaminación por EPTs en el Mediterráneo. Hasta ahora se han tomado medidas muy interesantes de consenso en la recuperación ambiental de la bahía. Se podría decir que a partir de un problema contaminante, en el que las soluciones planteadas sólo contemplaban el traslado de los sedimentos con un coste de recuperación inasequible, se ha obtenido una solución ecoeficiente que incorpora la valorización de residuos calizos y un tratamiento in situ que cumple con los requisitos exigidos en el principio de máxima precaución ambiental. A partir de ahora puede ser un ejemplo en la solución de problemas contaminantes.
El Centro Experimental en Suelos Contaminados de Portmán, en el que se han desarrollado la mayoría de estas experiencias, ha sido un laboratorio de investigación y un centro de encuentro, intercambio y difusión del conocimiento, que puede ser la base en la organización de programas de formación y foros de debate. Será el centro de control y seguimiento de la ejecución de las obras y monitorización del proyecto de recuperación de la bahía de Portmán. Puede constituirse en un futuro como referente en el Mediterráneo, de investigación, análisis y desarrollo de tecnologías innovadoras de recuperación de suelos y aguas.
Sería conveniente extrapolar los resultados obtenidos de las experiencias desarrolladas en el proyecto piloto y aplicar medidas similares para la recuperación de la Sierra Minera.
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