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Vol.5, Issue N°13, (pp. 38-46)
Feijoo P. et al. Uso de la zeolita cálcica como agente de absorción de arsénico y plomo en relaves mineros
https://doi.org/10.47460/minerva.v5i13.150
Uso de la zeolita cálcica como agente de
absorción de arsénico y plomo en relaves
mineros
Recibido (12/11/2023), Aceptado (16/01/2024)
Patricio Feijoo
https://orcid.org/0000-0001-6901-7933
pfeijoo@uazuay.edu.ec
Universidad del Azuay
Cuenca-Ecuador
Eduardo Luna
https://orcid.org/0000-0002-3875-8998
eluna@uazuay.edu.ec
Universidad del Azuay
Cuenca-Ecuador
Resumen: En procesos metalúrgicos en plantas de beneficio, generan grandes cantidades de desechos
denominados relaves mineros, estos son perjudiciales para el medio ambiente y la salud, por los metales
pesados presentes. Dichos relaves algunas veces son depositados en efluentes hídricos, cercanos a las
zonas de producción minera. Por ello, el propósito de la presente investigación fue proponer una
remediación parcial del problema expuesto, con el uso de zeolita, depositando este mineral sobre y debajo
del relave minero, efectuando 10 ensayos, con variación de la cantidad de zeolita, desde 100 hasta 500
gramos. Los ensayos fueron sometidos a un tiempo de acción de 30 días. Los resultados obtenidos en la
experimentación demuestran que el ensayo con 500 gramos, colocado en la parte inferior al relave, fue el
más eficiente para la absorción de metales pesados, específicamente con resultados de 43% en plomo y
51% en arsénico, lo cual beneficia al medio ambiente.
Palabras clave: relave minero, zeolita, remediación, arsénico, plomo.
Abstract.- Metallurgical processes in beneficiation plants, generate large quantities of waste called mining
tailings, which are harmful to the environment and health due to the heavy metals present. These tailings are
sometimes deposited in water effluents, close to mining production areas. Therefore, the purpose of the
present investigation was to propose partial remediation of the exposed problem, with the use of zeolite,
depositing this mineral on and under the mining tailings, carrying out 10 tests, with variation in the amount of
zeolite, from 100 to 500 grams. The trials were subject to an action time of 30 days. The results obtained in the
experimentation show that the test with 500 grams, placed at the bottom of the tailings, was the most efficient
for the absorption of heavy metals, specifically with results of 43% in lead and 51% in arsenic, which benefits
to the environment.
Keywords: mining tailings, zeolite, remediation, arsenic, lead.
Use of calcium zeolite as an absorption agent for arsenic and lead in mine
tailings
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I. INTRODUCCIÓN
Luego del proceso de explotación y tratamiento de minerales, en especial en minas polimetálicas, como las
específicas para extracción de oro, se generan una gran cantidad de los denominados relaves mineros, los
cuales en su mayoría tienen presentes metales pesados, los cuales son contaminantes hacia el medio
ambiente. La minería del oro, propone una serie de actividades de beneficio y transformación, para esto
requiere usar cantidades cuantiosas de agua y aditivos, además de llevar a cabo ciertos procesos
fisicoquímicos para la extracción del oro. La composición de los relaves varía dependiendo de su origen y del
método de beneficio de la actividad minera, también, pueden tener un alto contenido de metales pesados
como níquel, cobre, arsénico, cadmio, zinc, plomo, etc., que pueden generar afectaciones a la salud de los
seres vivos [1].
Bioquímicamente, la acción tóxica de los metales pesados se manifiesta por la fuerte afinidad de las formas
catiónicas de estos metales por el sulfuro presente de los grupos sulfhídricos R-SH presentes en las enzimas.
Las enzimas son las macromoléculas encargadas de catalizar numerosas reacciones en los organismos [2]. El
arsénico es un elemento químico de número atómico 33, unidad de masa atómica 74.92 y de color gris
metálico. A pesar de ser un metaloide, entra en la categoría de metal pesado debido a su densidad atómica.
Se encuentra en aguas naturales en cuatro estados oxidativos: arsenato (AsO43), arsenito (H3AsO3),
arsénico (As0) y arsano (AsH3), ya sea a modo de compuesto inorgánico u organometálico. Estas alteraciones
químicas están sujetas al pH en el que se encuentre, siendo de 0-2 arsenito, 3-6 arsenato, de 7-11 arsénico y
de 12-14 arsano. Es importante mencionar que el arsénico es un elemento químico que sufre complejas
interacciones en soluciones acuosas. Los principales estados en los que se encuentra el arsénico son en
soluciones acuosas como arsenito y arsenato, donde el arsenito es el compuesto más tóxico, debido a sus
propiedades que permiten ser más móviles. Además, por sus propiedades químicas el arsénico es casi
similar al fosforo, por lo que puede introducirse en plantas comestibles [3]. Es por ello que hay una gran
posibilidad de que la intoxicación por arsénico sea debido a fuentes alimenticias o por consumo de agua
dando como resultado enfermedades como cáncer, diabetes, cirrosis y problemas de la piel [4].
El plomo es un elemento químico con un número atómico de 82, unidad de masa atómica de 207,2 y su
densidad de 11,4 g/cm3, es de una tonalidad gris azulada, de baja temperatura de fusión alrededor de los
327,5 °C, rara vez se lo encuentra en la naturaleza en la forma de metal, por lo general se lo encuentra
combinado con dos o más elementos. El plomo es un metal pesado resistente a la corrosión por aire o agua,
es de maleabilidad fácil, ya que se puede modelar y tallar, este metal puede combinarse con otros metales
para formar aleaciones. El plomo es un contaminante ambiental muy tóxico y se presenta en el ambiente por
actividades antropogénicas como la minería y la fundición. En el suelo contaminado por plomo se
encuentran también cadmio y zinc, generando una barrera de suelo-planta, limitando el crecimiento de la
corteza vegetal en algunas especies [5]. En condiciones estándares el plomo no reacciona con el agua, pero
al estar en contacto con el aire húmedo, la reactividad con el agua aumenta, en la superficie del metal se
forma una capa de óxido de plomo (PbO), en presencia de oxígeno y del agua, el plomo se transforma a
hidróxido de plomo (Pb(OH)2), generando contaminantes tóxicos, las sales de plomo tienen en el agua un
peligro de clase 2, y por lo tanto son dañinas, lo mismo se aplica a otros compuestos como el acetato de
plomo, óxido de plomo, nitrato de plomo y carbonato de plomo [6]. Las zeolitas fueron descubiertas por Axel
F. Cronstedt en 1756, pero fue hasta 1925 que Weilgel y Steinhoff reportaron su capacidad absorbente. La
Zeolita cálcica es una descomposición de una roca sedimentaria, la cual está constituida por silicatos de
aluminio hidratados y su pureza se determina según la coloración presente desde blanco (pura) hasta rojo
anaranjado. Tiene una alta capacidad de absorción e intercambio iónico, baja permeabilidad, capacidad de
expansión, estabilidad físico-química y elevada área superficial [7].
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Generalmente, las zeolitas naturales son de origen volcánico o de rocas metamórficas. Las de origen
volcánico principalmente forman cristales finos que se encuentran dentro de las rocas ígneas o basálticas.
Las zeolitas se encuentran en todo el mundo, pero debido a las diferentes regiones geográficas y diferentes
condiciones se han generado variaciones en la estructura cristalina, dando como consecuencia un cambio a
sus capacidades físico - químicas [8]. Cabe recalcar que la zeolita, en las últimas décadas, se ha encontrado
que es eficaz para eliminar metales como Pb (II), Cd (III), Cr (III), Cu (II), Mn (II), Zn (II), Ni (II) y As (V) [9]. Entre
las zeolitas naturales tenemos alrededor de 67 especies, entre ellas tenemos la Mordenita; la Chabazita,
entre otros. Por otra parte, la necesidad de desarrollar nuevos materiales ha llevado a los investigadores, a
sintetizar más de 231 estructuras de zeolitas, a las cuales se nombran con letras: Tipo A, X, Y, ZSM, entre
otros [10]. La zeolita tiene la capacidad de remover metales pesados, posee propiedades de intercambio
iónico, por lo cual pueden remover iones metálicos, se la implementa en procesos metalúrgicos, drenaje
ácido y de relaves. La composición de la zeolita se forma por precipitación de fluidos que se hallan en poros,
alteración del vidrio volcánico, etc. Tiene un bajo costo de extracción y son neutros en procedimientos
químicos - físicos y térmicos [11]. Estudios demuestran la utilidad de las zeolitas naturales en la remediación
de plomo en pasivos mineros, en los cuales se logró remover hasta el 90% del metal tóxico por mecanismos
de absorción e intercambio iónico [12]. Otros estudios con zeolitas naturales en soluciones impactadas con
varios metales pesados reportan un porcentaje de remoción de plomo de hasta el 72,45% [13].
II. DESARROLLO
La minería del oro propone una serie de actividades de beneficio y transformación, para esto requiere usar
cantidades cuantiosas de agua y aditivos, además de llevar a cabo ciertos procesos fisicoquímicos para la
extracción del oro. El relave minero es un sólido molido, originado de las operaciones mineras, es una
mezcla de desechos procedentes de dichas actividades en la concentración de minerales, pasa por un
proceso de molienda de sólidos dando un material triturado muy fino y su composición varía dependiendo
de su origen, contiene rocas molidas, agua y ganga, solo una pequeña fracción representa al elemento de
interés económico que se desea recuperar (cerca del 1%), el resto se lo denomina relave y se deposita de
una forma segura y ambientalmente responsable [14]. Uno de los principales problemas de la mala gestión
de los residuos mineros es la generación de drenaje, especialmente el drenaje ácido minero, provocado por
la oxidación de grandes cantidades de minerales sulfurados expuestos al medio ambiente durante la
explotación de ciertos yacimientos, como la pirita, la cual al entrar en contacto con el agua, oxígeno y
bacterias, dan como resultado la generación del drenaje ácido minero y la producción de ácido sulfúrico, que
afecta a otros minerales disolviéndolos y creando elementos tóxicos que se liberan al medio ambiente
contaminado las aguas superficiales como subterráneas [15].
Los relaves pueden alterar la composición del suelo adyacente, la flora y fauna además pueden producir
cambios a nivel de microclima, que se traducen en una variación del paisaje. La mayoría de los impactos
ambientales se genera por las grandes dimensiones de los depósitos de relaves, la vulnerabilidad a la
erosión eólica e hídrica, la alteración que producen en los cauces de aguas naturales y a la composición
física y química de los residuos, que, entre otros, pueden llevar a la acidificación del medio [16].
Bioquímicamente, la acción tóxica de los metales pesados se manifiesta por la fuerte afinidad de las formas
catiónicas de estos metales por el sulfuro presente de los grupos sulfhídricos R-SH presentes en las enzimas.
Las enzimas son las macromoléculas encargadas de catalizar numerosas reacciones en los organismos [17].
Por una parte, el arsénico puede transportarse a distancias cortas en aguas subterráneas y superficiales,
altera la flora, la producción de biomasa, calidad de suelo y agua, genera cáncer de pulmón y piel por
ingestión. Por otra parte, el plomo está presente en suelos y agua, pero no es esencial para el crecimiento de
animales y plantas, afecta la actividad biológica de los suelos y afecta el sistema nervioso, riñones, sistema
reproductor.
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Feijoo P. et al. Uso de la zeolita cálcica como agente de absorción de arsénico y plomo en relaves mineros
La zeolita es una descomposición de una roca sedimentaria, la cual está constituida por silicatos de
aluminio hidratados y su pureza se determina según la coloración presente desde blanco (pura) hasta rojo
anaranjado. Tiene una alta capacidad de absorción e intercambio iónico, baja permeabilidad, capacidad de
expansión, estabilidad físico-química y elevada área superficial [18]. La zeolita tiene la capacidad de remover
metales pesados, posee propiedades de intercambio iónico, por lo cual pueden remover iones metálicos, se
la implementa en procesos metalúrgicos, drenaje ácido y de relaves. Este trabajo es una base teórica
importante y el respectivo análisis propuso la elaboración de muestras con la presencia de relave minero y
zeolita. En la parte metodológica se hace una explicación de esta variación. Los resultados obtenidos
presentan un rango interesante de absorción de arsénico y plomo, lo que nos demuestra la validez de la
teoría. Las conclusiones evidencian lo expuesto anteriormente.
III. METODOLOGÍA
El trabajo inició con la obtención de material de relave minero de una mina ubicada en el cantón Zaruma,
provincia de El Oro. Este material se tomó de tal manera que en laboratorio se obtuvo una muestra
representativa de 5 kg, la cual se homogenizó y cuarteó para obtener 200 g y esta parte fue enviada para la
ejecución de un análisis químico mediante absorción atómica, específicamente para la determinación de
arsénico y plomo presentes. El relave minero se puede observar en la figura 1. Inicialmente se realizó una
caracterización, tanto del relave minero como de la zeolita, y se determinaron su humedad inicial, porosidad,
granulometría, densidad, peso específico, mineralogía.
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Figura 1. Relave minero en estado húmedo.
Los resultados de este análisis previo, generalmente denominado análisis de cabeza, los podemos observar
en la tabla 1.
Tabla 1. Valores de arsénico y plomo iniciales en el relave minero.
Feijoo P. et al. Uso de la zeolita cálcica como agente de absorción de arsénico y plomo en relaves mineros
La cantidad de relave minero en cada muestra fue constante y fue de 500 g. Las cantidades de zeolita,
tanto en la parte superior como en la parte inferior, variaron desde los 100 g a los 500 g. Estas muestras se
las dejaron reposar a temperatura ambiente por 30 días. La proposición fue experimentar qué cantidad de
arsénico y plomo es capaz la zeolita de absorber simplemente con colocar capas de este mineral sobre y
debajo del relave minero. La consistencia en la cantidad de relave minero en cada muestra es un punto
crucial en este estudio. Esta decisión metodológica garantiza la comparabilidad de los resultados y refuerza
la confiabilidad de las conclusiones obtenidas. La estandarización de esta variable de control permite aislar
los efectos de la zeolita, proporcionando resultados más precisos y aplicables. La gestión de relaves mineros
es una preocupación constante, y comprender cómo la zeolita puede modular las propiedades del relave
abre nuevas posibilidades para la optimización de procesos en la minería y la mitigación de impactos
ambientales.
IV. RESULTADOS
Luego de ejecutar los ensayos, se presentan los resultados en la tabla 2, se han establecido los diferentes
valores de remoción de arsénico y plomo en porcentajes, respecto del análisis de cabeza, para los ensayos
con zeolita ubicada tanto en la parte superior como inferior.
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La propuesta consistió en ejecutar 10 ensayos, los cuales se dividen en dos grupos. El primer grupo fueron
realizados con la colocación de relave minero de 500 g en la base, en 5 muestras y sobre cada una de estas,
una capa de zeolita de 100 g, 200 g, 300 g, 400g y 500 g. El otro grupo de ensayos se ejecutaron con las
mismas cantidades de relave y zeolita, pero con la diferencia que el estrato de zeolita estuvo ubicado en la
parte inferior, es decir sobre la zeolita colocamos el relave minero. Una imagen de estas preparaciones se la
puede observar en la figura 2.
Figura 2. Valores de arsénico y plomo iniciales en el relave minero.
Tabla 2. Valores de remoción de arsénico y plomo del relave minero.
Feijoo P. et al. Uso de la zeolita cálcica como agente de absorción de arsénico y plomo en relaves mineros
Se puede observar que los resultados muestran una variación para la relación relave-zeolita y también por
grupos. En las figuras 3 y 4 podemos observar que la presencia de plomo y arsénico disminuyó y
dependiendo de la ubicación de la zeolita, específicamente en la parte inferior, se logró una mayor absorción
de los elementos, así mismo, en dependencia de la cantidad usada de zeolita se consiguió obtener una
mayor absorción de plomo y arsénico. Esto podemos visualizar de mejor forma en las figuras 3 y 4.
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Figura 3. Porcentajes de remoción de arsénico.
En primer lugar, se evidencia una disminución sustancial en la concentración de plomo y arsénico en
presencia de zeolita, indicando un potencial efecto de mitigación de estos elementos tóxicos por parte de
este mineral. Este resultado es de suma importancia en el contexto ambiental y de salud pública, donde la
reducción de la presencia de metales pesados como el plomo y el arsénico en los relaves mineros podría
tener implicaciones directas en la prevención de la contaminación del suelo y del agua subterránea. Al
analizar la ubicación específica de la zeolita en las muestras, se destaca un fenómeno interesante: la parte
inferior muestra una mayor absorción de plomo y arsénico en comparación con la parte superior. Este
hallazgo podría atribuirse a procesos de sedimentación y filtración, donde la zeolita en la parte inferior actúa
como una barrera más eficiente para capturar estos contaminantes, sugiriendo posibles estrategias de
diseño en la disposición y gestión de relaves mineros para maximizar la eficacia de la zeolita como agente
adsorbente.
La influencia directa de la cantidad de zeolita utilizada en la absorción de plomo y arsénico es evidente en
las figuras 3 y 4. A medida que la cantidad de zeolita aumenta, se observa un incremento proporcional en la
capacidad de absorción de estos elementos. Este comportamiento podría estar relacionado con la
disponibilidad de sitios activos de adsorción en la zeolita, destacando la importancia de optimizar la cantidad
de zeolita en procesos de remediación para maximizar su eficacia. Desde un enfoque técnico y científico,
estos resultados subrayan la complejidad de las interacciones entre el relave minero y la zeolita, ofreciendo
valiosa información para el diseño de estrategias de remediación ambiental. Además, invitan a la reflexión
sobre la aplicabilidad industrial de estos descubrimientos, sugiriendo posibles mejoras en los métodos
actuales de gestión de relaves mineros para minimizar su impacto ambiental.
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Continuando con el análisis de los resultados, es crucial destacar la implicación de estos hallazgos en el
desarrollo de tecnologías sostenibles y eficaces para la gestión de relaves mineros. La capacidad de la zeolita
para modular la presencia de metales pesados no solo resalta su potencial aplicación en la remediación
ambiental, sino que también sugiere la posibilidad de incorporar este mineral como parte integral de
procesos mineros y metalúrgicos para prevenir la liberación de contaminantes desde el inicio. La
investigación abre una ventana hacia la innovación en la ingeniería de procesos, donde la zeolita podría ser
considerada no solo como un agente de remediación sino como un componente estratégico en la
planificación y ejecución de operaciones mineras sostenibles.
Desde un punto de vista técnico, es esencial ahondar en los mecanismos específicos que subyacen a la
interacción entre la zeolita y los elementos contaminantes. La caracterización detallada de las propiedades
superficiales y la estructura porosa de la zeolita podría proporcionar una comprensión más profunda de los
procesos de adsorción y los factores que influyen en la eficacia de este mineral como agente mitigador.
Investigaciones adicionales podrían explorar la cinética de adsorción, la capacidad de regeneración de la
zeolita y su estabilidad a largo plazo en condiciones realistas, aportando datos fundamentales para la
aplicación práctica de estos resultados en escenarios industriales y medioambientales. Estos avances no solo
fortalecerían la base científica de la investigación, sino que también contribuirían al desarrollo de estrategias
más efectivas y personalizadas para la gestión sostenible de relaves mineros en distintos contextos
geográficos y geológicos.
CONCLUSIONES
Una vez evaluados los resultados se puede observar que los ensayos de las muestras con zeolita en la
parte superior reflejaron una remoción del 30% al 34% de arsénico y del 19% al 22% de plomo, y las
muestras con zeolita en la parte inferior una remoción del 44% al 51% en arsénico y del 35% al 43% en
plomo. Finalmente se deben hacer pruebas de la zeolita con la absorción de arsénico y plomo para verificar
su deposición final en el ambiente. Además, durante la investigación se demostró que la relación 5:5 (parte
inferior), es la óptima de los ensayos de absorción, con una remoción del 43% de plomo y 51% de arsénico.
Cabe indicar que la temperatura ambiente podría afectar los resultados, en este caso dicho valor de
temperatura estuvo alrededor de los 16° C.
Se debe tomar en consideración que, en este trabajo, el relave tiene un tamaño de partícula mayor en
comparación a la zeolita, y menor porosidad, lo cual, si estos parámetros varían para otro estudio, la
granulometría y/o porosidad como variables a investigar, los porcentajes de remoción podrían también
variar. Además, la capacidad de absorción que posee la zeolita puede ser utilizada en la remediación de
plomo y arsénico en relaves mineros. Pero se debe evaluar la viabilidad técnica y económica y así permitir su
uso permanente en las minas que generan este tipo de relave.
Figura 4. Porcentajes de remoción de plomo.
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LOS AUTORES
Patricio Feijoo Calle, Ingeniero en Minas, egresado de la Universidad del Azuay
(Cuenca-Ecuador), con estudios y pasantías en: Bolivia, Brasil, España, Australia en
áreas de geología, geofísica y desarrollo de actividades mineras. Está vinculado a la
docencia e investigación en la Universidad del Azuay desde 1991.
Eduardo Luna Méndez, Ingeniero en Minas, egresado de la Universidad del Azuay
(Cuenca-Ecuador), con estudios y pasantías en: Colombia en áreas del Tratamiento
de Minerales. Posee un Master en Recursos Minerales. Está vinculado a la docencia
e investigación en la Universidad del Azuay desde 2019.
Feijoo P. et al. Uso de la zeolita cálcica como agente de absorción de arsénico y plomo en relaves mineros
