RESUMEN : El grupo minero San Quintín abandonada (Ciudad Real) fue operado por la Sociedad Minero-Metalúrgica de Peñarroya, y 515.300 toneladas de concentrados de galena se obtuvieron entre 1888 y 1923. Dos estudios geofísicos, utilizando imágenes de resistividad eléctrica (ERI) y el radar de penetración de tierra, así como las técnicas mineralógicas y geoquímicas se han utilizado con el fin de obtener una caracterización geoambiental del estanque mío. El ERI ha permitido determinar tanto la geometría general del estanque? Sustrato y un espesor máximo de los residuos mineros de 12 m? S. Los relaves son materiales a medio y grano grueso compuestas principalmente por cuarzo, minerales de arcilla, yeso y feldespatos. Ni drenaje ácido de minas, ni la modificación de su estructura interna se han detectado. La cantidad de minerales de mineral en las colas se han reducido en gran medida debido a su reelaboración. Aplicación conjunta de técnicas geofísicas y geoquímicas ha revelado como muy útil para obtener una caracterización completa de los depósitos mineros abandonados, previamente a una futura recuperación de estos residuos peligrosos.

PALABRAS CLAVE : balsa de estériles, la tomografía de resistividad eléctrica, geoquímica, radar de penetración de tierra, San Quintín.

RESUMEN: El Grupo Minero de San Quintín (Ciudad Real), del de Me Sociedad Minero-Metalúrgica de Peñarroya extrajo 515.300 TONELADAS de Concentrados de galena Entre 1888 y 1923, sí ENCUENTRA ACTUALMENTE abandonado. Para la Caracterización geoambiental De Una balsa de lodos de Este Grupo Minero, sí de han utilizado dos Técnicas geofísicas someras, tomografía 2D Eléctrica y georadar, y Técnicas mineralógicas y geoquímicas. Se han de Determinado los Límites de la balsa, sin Espesor Máximo de relleno de la UNOS 12 m, y Que no está constituído porción Materiales De granulometría arenoso-arcillosa Formados PRINCIPALMENTE porción cuarzo, Minerales del Grupo de la arcilla, feldespatos Y Yeso. No sí de han detectado Indicios de drenaje ácido en la balsa ni de Modificacion de do internacional Estructura. Los Trabajos ULTIMOS de relavado de han REDUCIDO La CANTIDAD De Minerales Metálicos baño Los Lodos. El BSG Combinado de Técnicas en sí Muestra muy Útil en la Caracterización de Depósitos mineros abandonados, paso Previo a los Trabajos Futuros de Restauración ambiental of this pisos de Residuos Peligrosos medioambientalmente.

PALABRAS CLAVE : balsa de lodos, tomografía Eléctrica, geoquímica, georadar, San Quintín.

1. INTRODUCCIÓN

Residuos mineros son lodos acuosos compuestos de material de mediano a grano fino, como resultado de la molienda y el procesamiento de minerales (por ejemplo, galena, pirita, calcopirita, arsenopirita). Ellos se apilan como menos de 5 cm de espesor niveles sedimentarios, diferenciados por pequeñas diferencias granulométricas y / o de composición. Implican tanto una acumulación y una fuente potencial de emisión subsiguiente de oligoelementos (Cu, Fe, Pb, Zn,??) con la formación de drenaje ácido debido a la oxidación de los sulfuros presentes en los desechos de las minas, ya sea porque no fueron suficientemente beneficiaron o debido a la existencia de una tecnología de extracción deficiente por el momento en que fueron explotadas. Estanques mineros están, por lo tanto, un problema ambiental importante, tanto más si constituyen depósitos abandonados.Obras similares anteriores se han centrado en el estudio de metales potencialmente peligrosos (por ejemplo, [1]).

El área seleccionada, los desechos de las minas de San Quintín, se encuentra al norte de Puertollano, en la provincia de Ciudad Real, España ( . Fig. 1a, b ). Este estanque de lodo es atravesado por la Ruta de Don Quijote, un conjunto turístico de itinerarios que el gobierno local elaborado en 1995 con el fin de celebrar el IV Centenario de la publicación de? De El ingenioso hidalgo Don Quijote de la Mancha? ( Fig.. 1c ). Esta ruta, el camino ecoturístico más largo de Europa, que ya ha sido declarada como Itinerario Cultural del Consejo de Europa, y pronto podría alcanzar el rango de Patrimonio de la Humanidad por su bondad medioambiental y cultural. Estas características hacen que, por tanto, el grupo minero San Quintín un itinerario turístico ocupado. Esa es la razón por la cual es tan necesaria una caracterización ambiental de la misma con el fin de determinar su peligro potencial.

En este trabajo se han aplicado técnicas de caracterización mineralógica y geoquímica (difracción de rayos X y fluorescencia de rayos X) y las técnicas de poca profundidad, no destructivos geofísicos (imágenes de resistividad eléctrica y radar de penetración terrestre) para obtener una imagen detallada de la laguna de minas geometría, composición y el grosor de su llenura, posible existencia de flujos de agua en su interior y la presencia de ácido fugas de drenaje de minas. El estudio se ha llevado a cabo con el fin de caracterizar el estado actual del estanque previamente a la recuperación hipotética.

2. ÁREA DE ESTUDIO

La mina San Quintín se encuentra en el Ayuntamiento de Villamayor de Calatrava, al norte de Puertollano, provincia de Ciudad Real, España. Este grupo minero está compuesto por dos zonas mineras separadas unos 500 m de distancia: San Quintín Oeste y San Quintín del Este, en la que se encuentra el estanque minero estudiados en el presente trabajo. Las vetas de mineral fueron explotados a más de 700 m de profundidad y 2.500 m de longitud. Los primeros datos de trabajo son desde 1559, a pesar de la explotación intensiva comenzó en 1606.Esto fue Interrupciones por la Sociedad Minero-Metalúrgica de Peñarroya España (SMMPE) 1887-1934, fecha del cierre de la minería. En 1973, una nueva planta de flotación se instaló para volver a trabajar de cerca de tres millones de toneladas de mineral de las colas [2-3]. En la década de 1980, una evaluación de impacto ambiental preliminar se llevó a cabo. En ella, el mineral se describe como compuesta principalmente por la galena intensamente explotados y esfalerita como fases esenciales de un complejo de mineralización hidrotermal incluyendo pirita, marcasita, calcopirita, pyrrotine, siderita, Bournonita, Boulangerita y ankerita como minerales de mineral, y una ganga compuesta por cuarzo , barita y calcita. Por lo tanto, se espera que cantidades importantes de Cu, Fe, Pb y Zn se encuentran en los residuos metalúrgicos. En la actualidad, el grupo minero San Quintín es abandonado, y las ruinas de las estructuras de la mina, junto con varios desechos de las minas y los estanques se reconoce claramente. Los relaves resultantes de re-trabajo fueron objeto de dumping en los dos estanques.

3. METODOLOGÍA

Con el fin de caracterizar el estanque de la mina, se han utilizado dos técnicas geofísicas superficiales no destructivos: imágenes de resistividad eléctrica (ERI) y radar penetrante de tierra (GPR) ( Fig. 1d. ).

ERI técnica nos permite obtener el espesor y profundidad de los materiales geológicos del subsuelo de la medición de los valores de resistividad (por ejemplo, [4-5]). Un método iterativo de inversión se utiliza con el fin de convertir los valores de resistividad aparente en resistividad verdadera y profundidad. ERI es una técnica útil tanto para determinar la ubicación de la tabla de agua y para localizar las plumas de contaminación. En cuanto a los estanques de las minas, existe un fuerte contraste de resistividad entre el relleno de la laguna y los materiales que constituyen el sustrato, obteniendo buenos resultados para definir el estanque mío?? S sustrato. Se ha utilizado con éxito en los estanques de las minas ubicadas tanto en Rio Tinto [6-7] y los distritos mineros de Cartagena-La Unión [8]. En este trabajo, un Syscal Júnior Interruptor 48 equipos de resistividad se ha utilizado. El arreglo Wenner-Schlumberger ha sido elegido debido a su buena relación entre la profundidad y la resolución de la investigación (por ejemplo, [9]). Cuatro perfiles ERI ( . Fig. 1a ), con longitudes que van desde 94 hasta 235 m y espaciado de los electrodos del 2 al 5 m respectivamente, se han llevado a cabo. La profundidad máxima de la investigación ha sido alcanzado 25 m. La inversión de los valores de resistividad aparente se ha realizado con el software RES2DINV.

GPR es una técnica basada en la propagación de (EM) ondas electromagnéticas a través de diferentes materiales.Una antena situada en la superficie del suelo genera pulsos de ondas que se propagan, reflejan y / o difractan en los límites entre diferentes materiales. Estos límites representan los cambios en los valores de permitividad dieléctricas. Los tiempos de dos vías-viajes se pueden convertir en valores de profundidad por medio de la velocidad de propagación de las ondas EM. Las reflexiones de las ondas EM se deben a cambios en las propiedades eléctricas de los materiales, las variaciones en su contenido de agua o de densidad de cambios, así como límites estratigráficas y vacíos. Por lo tanto, el éxito de la técnica de GPR estará vinculada a la aparición de las fronteras que separan las zonas con fuertes contrastes de los valores de permitividad dieléctricas. Tanto la profundidad y la resolución de la penetración son principalmente función de dos parámetros: la longitud de onda del pulso de transmisión y la constante dieléctrica de los materiales. Estos parámetros dependen en gran medida el contenido de agua de los materiales geológicos (por ejemplo [10, 4]). GPR se utiliza principalmente para localizar los límites o fracturas litológicas, caracterizar los suelos y determinar la profundidad de la capa freática.En este trabajo, el equipo GSSI SIR-3000 se ha utilizado junto con una antena de 200 MHz blindado. El espaciamiento de los datos horizontal de los perfiles es de 0,10 m, y la ventana de tiempo de dos vías de recorrido es de 160 ns.

Las muestras de los residuos mineros fueron recogidos con un suelo muestreador Eijkelkamp de muestras inalteradas con un volumen y diámetro conocido ( . Fig. 1e ). El muestreo fue secuencial con una separación constante vertical de 25 cm. Se llevó a cabo mediante la profundización por debajo de la superficie del estanque mío, haciendo a un lado la parte correspondiente al sellado superficial y evitar la caída del material de las paredes de perforación. Con este procedimiento, un total de 23 muestras fueron tomadas en tres puntos a una distancia diferente desde el punto de volcado: SQ-2 y SQ-3 de hasta 2 m de profundidad y SQ-1 hasta sólo 1 m. Técnicas geoquímicas aplicadas en el presente estudio son las habituales para este tipo de residuos. Caracterización mineralógica de los desechos de las minas se realizó mediante Difracción de Rayos X (DRX), utilizando un Philips X? Dispositivo de polvo Pert con Cu anticátodo y condiciones estándar de velocidad de 2 º 2Ɵ/min entre 2 º y 70 º a 40 mA y 45 KV. El estudio de las muestras se realizó por difracción de polvo cristalino (polvo no orientado) en un soporte de muestra de carga lateral. Los análisis de DRX se han realizado en el Centro de Apoyo Tecnológico (CAT Universidad Rey Juan Carlos). Los elementos más importantes fueron analizadas por fluorescencia de rayos X (XRF) en los laboratorios del IGME en Madrid (a excepción de Na, que se analizó mediante Absorción Atómica).Elementos metálicos y potencialmente tóxicos fueron analizadas por fluorescencia de rayos X (XRF) con un equipo de SHIMADZU EDX-900HS en la Escuela Universitaria Politécnica de Almadén (Ciudad Real).

4. RESULTADOS

4.1 Geofísica 
perfiles Cuatro ERI han obtenido ( fig. 1a ). Tres de ellos, aproximadamente el SW-NE orientado, son transversales a la laguna de minas, mientras que uno de ellos, de tendencias WE, es longitudinal a la misma.Figura 2 muestra las secciones de resistividad invertida obtenidos.

 
. Figura 1 a) Situación de los perfiles ERI y los sitios de muestreo realizadas en el estanque de la mina; b) Vista general de la laguna de minas; c) Ruta de Don Quijote hito en la mina de San Quintín; d) la ubicación del perfil de ERI 1 ; e) punto de muestreo SQ-1

 
Figura 2. invertida perfiles de resistividad obtenidos a partir de las cuatro secciones ERI llevaron a cabo

ERI perfil 1 es de 94 m de largo y corre paralela a la contención de la presa del estanque de la mía. Tres unidades diferentes se distinguen: una superficial con valores de resistividad altos (80-130 ohm.m), alcanzando una profundidad de 2 m, y se encuentra principalmente en la primera mitad del perfil; una intermedia de baja (5-20 ohm. m)

Los valores de resistividad situados a lo largo de todo el perfil a una profundidad que oscila de 2 a 7 m, y una unidad inferior con una mayor (20-80) ohm.m valores de resistividad distribuidos a lo largo de todo el perfil a profundidades mayores de 7 m. Unidades 1 y 2 corresponden a los materiales arcillosos de arena que constituyen el relleno de la laguna de minas, lo que representa una zona menos profunda con contenidos en agua inferiores (Unidad 1) y, una zona saturada de agua más profunda (Unidad 2). Unidad 3, con los más altos valores de resistividad, representa los materiales metamórficos que constituyen el estanque mío?? S sustrato.

Perfil ERI 2 235 m de largo y se extiende transversalmente al estanque de la mía, con salida y llegada en los diques de contención laterales. Dos (10 a 45) ohm.m zonas moderadamente alta resistividad situados en los extremos del perfil corresponden a los materiales que constituyen las presas de contención. Dos unidades diferentes se pueden distinguir: una superficial con bajo (5-20) ohm.m valores de resistividad, distribuidos homogéneamente a lo largo de todo el perfil, que corresponde a los materiales de relleno del estanque, y una unidad inferior, con valores de resistividad que van desde 20 a 145 ohm.m, asociada al estanque mío?? s sustrato.Este último muestra algunos pasos verticales y alcanza una profundidad de aproximadamente 12 m.

ERI perfil 3 tiene la misma longitud y la tendencia de que el perfil 2, pero se ejecuta a lo largo de la parte central de la laguna mina. La estructura observada es similar al perfil 2: dos unidades principales que representan la plenitud del estanque (5-20 ohm.m) y los materiales metamórficos del sustrato (unidad inferior con valores de resistividad que van de 20 a 80 ohm.m). Una zona discreta de (> 60) ohm.m valores moderadamente altos de resistividad situados en el comienzo de perfil todavía se corresponde con los materiales de la presa de contención. Sustrato El estanque mío?? S es subhorizontal y se encuentra a una profundidad máxima de unos 12 m.

Perfil ERI 4 es 235 m de largo y se extiende transversal a los perfiles 1, 2 y 3, con el fin de obtener la geometría del estanque mina?? S sustrato a lo largo de su eje longitudinal. Los resultados obtenidos son muy similares al perfil 1: una unidad de poca profundidad llegando a una profundidad de alrededor de 2 m, que se encuentra sólo en el primer semestre del perfil (15-30 ohm.m); una unidad intermedia homogéneamente distribuida a lo largo de todo el perfil con baja (5-15) ohm.m valores de resistividad, y una inferior, unidad, correspondiente al material metamórfico que define el estanque mina de sustrato s, situado a una profundidad de alrededor de 12-13 m (30-100 ohm.m)?? .

Con el fin de obtener más detalles de la estructura superior del estanque mina cerca de ERI perfil 1, una encuesta GPR de 12 perfiles se llevó a cabo. Después de la calibración utilizando una barra de refuerzo metálico enterrado a una profundidad conocida, un 0,05 m.ns ^-1 se obtuvo promedio de velocidad de las ondas electromagnéticas.Teniendo en cuenta que el relleno de la laguna es bastante homogéneo, este valor de velocidad se puede adoptar como constante en todo el estanque. Teniendo en cuenta que el tiempo de la ventana utilizada es 160 ns, la profundidad de la investigación de alrededor de 4 m. Esta baja velocidad se relaciona con los bajos valores de resistividad de los materiales que constituyen el relleno de la laguna mía. Como resultado, la profundidad de investigación es pequeña y la atenuación de las ondas EM es alta. En consecuencia, este método sólo proporciona información sobre la estructura de la primera metros de profundidad de la laguna de minas, lo que demuestra menos útil que el método ERI. Por lo tanto, sólo una radargrama se muestra ( . Fig. 3 ). Dos unidades principales se han distinguido, llegando a 0,5-1 m y 2-2,5 m de profundidad, respectivamente, mostrando una fuerte atenuación de las ondas EM. Esto está relacionado con un aumento progresivo en el contenido de agua de 1 m de profundidad hacia abajo que provoca la atenuación de la energía de las ondas EM. Por lo tanto, se puede inferir que la unidad superficial está constituida por materiales de bajo contenido de agua mientras que el más profundo se define por una alta porosidad, agua saturados.

 
Figura 3. perfil GPR que muestra el límite entre las dos unidades principales identificados

4.2 Mineralogía 
Una composición mineralógica compone de cuarzo e illita como minerales principales, y Na-Ca feldespato,-clorito esmectita y yeso como fases minerales accesorios, se puede definir a partir del estudio de difracción de rayos X en todas las muestras estudiadas ( Tabla 1 ) .

Tabla 1. composición mineralógica semi-cuantitativa (% en peso) de las muestras estudiadas 

Esta asociación mineralógica se puede encontrar en los tres puntos de muestreo realizadas. Dolomita también ha sido identificado en cantidades traza en SQ-2. De los análisis semi-cuantitativos, se puede observar que el cuarzo y minerales de arcilla se suman a 80-90% de minerales totales.

Clorito esmectitas y de yeso se han identificado en porcentajes de 5-15% y 10% respectivamente. El yeso también está presente en todas las muestras abajo para 1,5 m de profundidad, mientras que los feldespatos se han identificado sólo en una proporción menor (5%). Una característica a la esperada de la ONU de todas las muestras es la ausencia de cualquier sulfuro de la paragénesis mineral en estos relaves mineros. Los minerales como la galena, blenda, pirita o calcopirita no han sido identificados por Difracción de Rayos X

4.3 Geoquímica 
Fe ₂ O _3total y oligoelementos concentraciones a diferentes profundidades de muestreo se muestran en la Tabla 2. Todos los elementos muestran contenidos significativos y porcentajes similares en los tres puntos de muestreo.Elementos que representa las concentraciones más altas son: Cu (hasta 1164 ppm), Fe (hasta 7,95% en peso), Pb (hasta 24.040 ppm), Sb (hasta 1059 ppm) y Zn (hasta 30.344 ppm). Estas son cantidades importantes en todos los casos, aunque predecible debido al tipo de mineralización que fue explotado, que se compone fundamentalmente de la galena (PbS), esfalerita (ZnS), pirita (FeS ₂ ), marcasita (FeS ₂ ) y calchopyrite (CuFeS₂ ) [4]. Pb y Zn muestran contenidos especialmente notables. Ag, Co y Ni contenidos no exceden de 350, 643 y 321 ppm, respectivamente, y la mayoría de las muestras muestran comparativamente bajos contenidos de As <12 ppm y Cd <10 ppm.

Tabla 2. Contenido en elementos traza de las muestras procedentes de la balsa de residuos de San Quintín (valores en ppm excepto Fe ₂ O _3total "en% en peso") 

Todos los elementos analizados muestran variaciones significativas en sus contenidos como una función de la profundidad. Tal variación define un patrón con dos niveles de profundidad que muestra diferentes contenidos de metal: las más altas se producen entre 0,25 y 1,5 m (muestras 2 a 7), mientras que los más bajos se encuentran entre 1,75 y 2,0 m (muestras 8 y 9) (Fig. . 4). Dentro del primer intervalo de profundidad, la concentración preferente de Pb y Zn en 1,25 m de profundidad se define en SQ-3, mientras que la misma se produce en SQ-2 a 1,50 m de profundidad ( Tabla 2 ; . Fig. 4 ).

 
. Figura 4 Distribución con profundidad los perfiles de: a) Ag, Co, Cu, Ni y Sb de SQ-2 punto de muestreo; b) Pb y Zn de SQ-2 punto de muestreo; c) Ag, Co, Cu, Ni y Sb de SQ-3 punto de muestreo; d) Pb y Zn de SQ-3 punto de muestreo

5. Discusión y conclusiones

Un geofísico integrado, estudio geoquímico y mineralógico ha permitido obtener información sobre la geometría del estanque mina sustrato?? S, el espesor del relleno, su contenido en agua y su composición mineralógica.

Toda esta información se ha puesto de manifiesto la estructura interna de la laguna mina y sus propiedades físico-químicas, que constituye una herramienta valiosa para evaluar su potencial como fuente de la contaminación y el diseño de las medidas de recuperación que se adopten en el futuro.

El estudio geofísico ha proporcionado la geometría del estanque mina sustrato?? S que alcanza una profundidad máxima de unos 12 m. Además de esto, dos unidades diferentes se han definido para la llenura del estanque: una superficial, lateralmente discontinua, correspondiente a los materiales con bajo contenido de agua de los poros, y una unidad más profunda, más gruesa que la primera uno y siempre presente en todos los perfiles estudiados, que se interpreta como materiales saturados de agua que definen la llenura del estanque mina. A medida que estos materiales producen una fuerte atenuación de la señal de GPR, la técnica de ERI se revela como el método más útil para desentrañar la estructura interna de este tipo de depósitos de minas.

La composición mineralógica obtenida en este trabajo es similar al descrito en una anterior [11]. En ambas obras, no hay minerales metálicos, ya sea desde el cuerpo de mineral o de vertederos tratados posteriormente, fueron identificados por difracción de rayos X, debido a la reanudación de los relaves realizadas por la empresa propietaria de la mina (SMMP), que redujo drásticamente la presencia de este tipo de minerales en los estanques de las minas y la presencia de sulfatos como un producto de la meteorización de los sulfuros. Se tiene que tener en cuenta que Difracción de Rayos X sólo es capaz de detectar la aparición de fases minerales presentes en cantidades superiores a 5% en peso. Por lo tanto, este sería el límite superior de la concentración para cada fase mineral para las muestras analizadas, lo que representa una cantidad importante de elementos metálicos que constituyen un peligro potencial. Altos contenidos de elementos potencialmente tóxicos, como el As, Cd, Cu, Pb, Sb y Zn, son claramente superiores a los valores permitidos máximos para suelos agrícolas definidos en la Directiva de la Comunidad Europea [12]. Algunos ejemplos de valores de concentración superiores a los permitidos son: 300 ppm de Pb y Zn, 140 ppm de Cu y 3 ppm para CD. Este hecho es frecuente en todos los estanques de las derivadas de la extracción de sulfuros, constituyendo depósitos con un alto grado de contaminación, sobre todo si se acompaña de drenaje ácido de mina que puede afectar a los cursos de agua cercanos. Sin embargo, la llenura estanque mina presenta valores de pH que van desde 6,2 hasta 8,1, lo que parece indicar que no hay drenaje ácido de minas se está generando en el San Quintín?? S estanque mío.

Diferentes niveles de relleno de la laguna de minas presentan diferentes concentraciones de elementos metálicos.Esto puede explicarse por el desarrollo de técnicas de extracción más eficientes, junto con el tratamiento de los cuerpos minerales con diferentes concentraciones y, principalmente, el retrabajo de los depósitos de colas. Figura 4 muestra claramente que los niveles con las concentraciones de elementos metálicos más altos se encuentran en 1.25 -1,5 m de profundidad, con una diferencia en la topografía entre SQ-2 y SQ-3 de 0,25 m, probablemente debido a la diferente distancia de estos puntos hasta el punto de descarga de originales.

Por último, pero no menos importante, se puede destacar que este grupo de minas abandonadas es visitado por un gran número de turistas, ya que forma parte de la Ruta de Don Quijote [13]. Aunque este tipo de iniciativas turísticas son notables en términos de patrimonio geológico, es sorprendente que una caracterización y recuperación de trabajos anteriores no ha sido otorgada con anterioridad a la aplicación de este nuevo uso.

REFERENCIAS

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