Estudio cinético de adsorción de cobre sobre relaves mineros estabilizados con enmiendas orgánicas y su efecto en carpobrotus chilensis

Abstract

Los relaves mineros generados por la extracción, beneficio y procesamiento de diferentes minerales explotados por la industria, representan una de las principales preocupaciones para las comunidades cercanas debido a los posibles impactos ambientales en el ecosistema circundante. La fitoestabilización es una de las técnicas más estudiadas para contener física y químicamente estos depósitos. Es así como este trabajo tiene por objetivo estudiar la cinética de adsorción de cobre en relaves tratados con enmiendas orgánicas de origen vegetal en diferentes dosis, evaluando su fitoestabilización mediante ensayos en invernadero con individuos de Carpobrotus chilensis (Doca). Para ello, se diseñaron cinco tratamientos experimentales: T0 (control sin enmiendas), T1 y T2 (15 y 30 ton ha-1 de compost, respectivamente) y, T3 y T4 (15 y 30 ton ha-1 de vermicompost, respectivamente). Tanto los tratamientos como las enmiendas se caracterizaron fisicoquímicamente, observándose un aumento en varios de los parámetros medidos con la adición de vermicompost. La cinética de adsorción se estudió mediante un sistema Batch, utilizando un Espectrofotómetro de Absorción Atómica para determinar la concentración de cobre. Se encontró que, tanto para las enmiendas como para los tratamientos, el equilibrio se alcanzó entre las 10 y 15 horas, donde la capacidad máxima de adsorción experimental (Qmáx (exp)) para el relave fue de 0,321±0,029 mg g-1, 1,197 ± 0,004 mg g-1 para el vermicompost y 1,153 ± 0,010 mg g-1 para el compost, relacionándose con el mayor contenido de materia orgánica y capacidad de intercambio catiónico de las enmiendas. Los datos experimentales fueron ajustados a los modelos cinéticos de pseudo primer y pseudo segundo orden, obteniéndose un mejor ajuste (mayor R2 ) para enmiendas y tratamientos con el modelo de pseudo segundo orden que describe la presencia de dos tipos de sitios de adsorción. También se aplicaron los modelos de transporte de soluto de Difusión Intrapartícula (DIP) y la Ecuación de Elovich, encontrándose que la cinética en los tratamientos con vermicompost está dominada por dos etapas, mientras que en los tratamientos con compost la Difusión Intrapartícula es la etapa determinante. En cuanto a los ensayos en invernadero, se realizaron por quintuplicado para cada tratamiento, con un ensayo adicional en suelo Antumapu como testigo. Las plantas se cosecharon a los 85 días. Se determinó la biomasa seca del tejido aéreo y radicular, la concentración de cobre en cada tejido, el Índice de Translocación (Ti) y el Factor de Bioconcentración (FBC). Todos los tratamientos mostraron un Ti < 1, indicando que Carpobrotus chilensis absorbe e inmoviliza el cobre en la raíz en lugar de translocarlo a la parte aérea. Por otro lado, los FBC en tejido aéreo y radicular fueron < 1, sugiriendo que Doca no acumula cobre en hojas o raíces. Los resultados obtenidos demuestran que la adición de enmiendas orgánicas al relave genera un impacto positivo en su fertilidad y capacidad de adsorber cobre. De las enmiendas evaluadas, vermicompost, en ambas dosis, fue el acondicionador que más efectivamente mejoró las propiedades del sustrato, por lo que se recomienda su uso en la remediación de sitios contaminados.

Mining tailings generated by the extraction and processing of various minerals represent a major concern for nearby communities due to potential environmental impacts on the surrounding ecosystem. Phytostabilization is one of the most studied techniques to physically and chemically contain these deposits. This study aims to investigate the kinetics of copper adsorption in tailings treated with organic plant-based amendments at different doses, evaluating their phytostabilization through greenhouse trials with individuals of Carpobrotus chilensis (Doca). To achieve this, five experimental treatments were designed: T0 (control without amendments), T1 and T2 (15 and 30 tons per hectare of compost, respectively), and T3 and T4 (15 and 30 tons per hectare of vermicompost, respectively). These treatments and the amendments were physically and chemically characterized, observing a significant increase in the measured parameters with the addition of vermicompost. The adsorption kinetics were studied using a Batch System, employing an Atomic Absorption Spectrophotometer to determine the copper concentration. Equilibrium was reached between 10 and 15 hours for both the amendments and the treatments. The maximum experimental adsorption capacity (Qmax (exp)) was 0,321 ± 0,029 mg g1 for the tailings, 1,197 ± 0,004 mg g-1 for the vermicompost, and 1,153 ± 0,010 mg g-1 for the compost. These results correlate with the higher organic matter content and cation exchange capacity of the amendments. The experimental data best fitted the pseudo-second-order kinetic model (major R2), which describes the presence of two types of adsorption sites. The Intraparticle Diffusion (IPD) model and the Elovich equation were also applied, finding that the kinetics in treatments with vermicompost were dominated by two stages, while in treatments with compost, intraparticle diffusion was the determining stage. Greenhouse trials were conducted in quintuplicate for each treatment, with an additional control in Antumapu soil. The cuttings were harvested after 85 days. The dry biomass of aerial and root tissues, the copper concentration in each tissue, the translocation index (Ti), and the bioconcentration factor (BCF) were determined. All treatments showed a Ti<1, indicating that Carpobrotus chilensis absorbs and immobilizes copper in the roots rather than translocating it to the aerial parts. The BCFs in aerial and root tissues were <1, suggesting that Doca does not accumulate copper in leaves or roots. The results obtained demonstrate that the addition of organic amendments to the tailings generates a positive impact on its fertility and capacity to adsorb copper. Of the amendments evaluated, vermicompost, in both doses, was the conditioner that most effectively improved the properties of the substrate, so its use is recommended in the remediation of contaminated sites.