10 minerales, metales, comp quimicos, seres vivos. convivencia.doc

7/25/2019 10 Minerales, metales, comp quimicos, seres vivos. convivencia.doc

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Minerales, metales,compuestos qumicos, y seres

vivos: una difcil peroinevitable convivencia

R. Oyarzun & P. Hiueras

!ntroducci"n

No es nuestra intencin realizar aqu sin ms un recuento y unadescripcin de los "horrores"que pueden derivarse de lacontaminacin por metales pesados. Eso es fcil, pero no lleva aninguna parte por una razn simple: no existen formas alternativasde mantener lo que llamamos "civilizacin" en el mundo occidentalsin estos metales. Por otra parte, resulta ineludible tratar el problemapor una razn elemental: porque ste e!iste.

"omo la actitud natural en el ser #umano es casi siempre la desolucionar los problemas por eliminacin de los mismos, proponemosaqu el siguiente e$ercicio mental: pensemos por un instante que serade nuestra vida cotidiana si eliminsemos la actividad minera. Entremuc#os e$emplos %y slo se&alaremos los relacionados con los

denominados metales pesados', los edi(cios se vendran aba$o%eliminamos el acero', no podramos tener acceso a la electricidad%eliminamos los cables de cobre', los coc#es no se podran fabricar%eliminamos el acero, el aluminio, el cobre', las bateras y pilas seraninviables %eliminamos el plomo, el nquel, el cadmio, el mercurio', losaparatos electrodomsticos no e!istiran %eliminamos el acero, elcobre', y lo mismo vale para el material cient(co y mdico.

No cabe duda que la minera constituye un riesgo ambiental, pero nopor esto, vamos a eliminarla sin ms. )lternativamente, se puedetrasladar la actividad minera a otros pases, normalmente a los ms

pobres, pero esto, de alguna manera, implica grandes dosis de"hipocresa ambiental".

E!isten soluciones para estos problemas * s, de(nitivamente las #ay,porque #oy por #oy e!iste una tecnologa que permite minimizar elriesgo ambiental derivado de la actividad minera. E!istenlegislaciones, y sobre todo, #oy en da, e!iste una genuina voluntadpor parte de las grandes compa&as mineras internacionales de"hacer las cosas bien".

+ntentaremos en este captulo estudiar el grado de "peligrosidad"delos metales liberados al medioambiente, y se&alaremos algunas de


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las consecuencias %ambientales, salud #umana' que se derivan de lasdiferentes interacciones. ambin insistiremos en algunos casos en eltema de especiacin, ya que ste es un concepto clave para estimarla peligrosidad real de un determinado contaminante.

Primero analizaremos el tema ba$o una perspectiva amplia, paraluego concentrar nuestros esfuerzos en cuatro elementos qumicosconcretos, que por su "bien ganada mala reputacin", merecen untratamiento espec(co. Nos referimos al arsnico, plomo, mercurio, ycadmio.

-inalmente queremos se&alar que el enfoque de este captulo estarcentrado %aunque no e!clusivamente' en las interacciones entre laactividad minera %minera propiamente dic#a y metalurgia' y lossistemas acuticos %uviales, lacustres, estuarinos, y marinos'. /arazn es simple: 0' el medio acuoso es esencial para que los cationespuedan ser solubilizados1 y 2' el medio acutico act3a como un"dispersante"natural de los contaminantes. )s, mientras en unsistema rido los contaminantes tienden a quedar retenidos 4in situ4,en regiones #3medas, stos sern rpidamente incorporados a lossuelos, para pasar por lavado total o diferencial a las aguassubterrneas, ros, lagos, o mares, e!tendiendo as el problema.

#ransferencia de la contaminaci"n por metales pesados apartir de actividades mineras y metal$ricas al medioacu%tico, en este caso un ro y auas subterr%neas, si no seadoptan medidas correctoras.

Metales pesados


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5e #abla muc#o de los metales pesados, sin indicarse sin embargo,qu son, y espec(camente, el cmo y por qu son peligrosos. 5edenomina metales pesados a aquellos elementos qumicos queposeen un peso atmico comprendido entre 67.88 %"u' y 299.8 %;g',y que presentan un peso espec(co superior a < %g cm=7'. "abe

destacar que en esta categora entran prcticamente todos loselementos metlicos de inters econmico, por tanto, de intersminero.

/o que #ace t!icos a los metales pesados no son en general suscaractersticas esenciales, sino las concentraciones en las que puedenpresentarse, y casi ms importante aun, el tipo de especie queforman en un determinado medio. "abe recordar que de #ec#o losseres vivos "necesitan"%en peque&as concentraciones' a muc#os destos elementos para funcionar adecuadamente. E$emplos de metalesrequeridos por el organismo incluyen el cobalto, cobre, #ierro, #ierro,manganeso, molibdeno, vanadio, estroncio, y zinc. El caso del #ierroes notable entre stos, siendo vital para la formacin de #emoglobina.

odos los metales pesados se encuentran presentes en los mediosacuticos %el agua qumicamente pura no e!iste en la naturaleza',aunque sus concentraciones %en ausencia de contaminacin' son muyba$as. /os metales pesados se encuentran en estas aguas comocoloides, partculas minerales %slidos en suspensin', o fasesdisueltas %cationes o iones comple$os'. /as formas coloidales suelendar lugar a la formacin de #idr!idos, mientras que las partculas

slidas incluyen una gran variedad de minerales. /as fases disueltaspueden a su vez ser capturadas por adsorcin o absorcin en arcillaso #idr!idos. )dicionalmente, los compuestos orgnicos puedenconstituir fases con gran capacidad de captura de cationes metlicos,que en ocasiones dan lugar a fases e!tremadamente t!icas %p.e$.,metilmercurio: ";7;g'.

) su vez la qumica del sistema acuoso regula las tasas de adsorcin=absorcin en el sistema agua=sedimento. /a adsorcin remueve elmetal de la columna de agua1 la desorcin lo incorpora nuevamente asta. /os parmetros que regulan el sistema son: la salinidad, el

potencial redo! %E#', y el p;:

>n incremento de la salinidad conlleva una competencia, entremetales pesados y metales grupos + y ++, por los sitios de ligazn%p.e$., espaciado interlaminar en las arcillas', lo que se traduceen la e!pulsin de los metales pesados, y su devolucin a lacolumna de agua.

>n incremento del E# genera la inestabilidad de los compuestosreducidos %p.e$., sulfuros', poniendo el metal en solucin.

>n decrecimiento del p; tiene dos efectos: 0' induce la

disolucin de compuestos metal=carbonato %p.e$., cerusita:Pb"?7'1 y 2' aumenta la solubilidad de los metales disueltos.


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El decrecimiento del p; puede ligarse directamente a la serie defenmenos fsico=qumicos que se derivan de la o!idacin de especiessulfuradas %particularmente la pirita: -e52'. /a consecuencia directaes la formacin del denominado drena$e cido. El sistema seencuentra as fuertemente regulado por: 0' las cantidades iniciales de

pirita en el yacimiento %de sulfuros o carbones piritosos' o laescombrera %mineral dump'1 2' por la presencia de bacteriaso!idantes %p.e$., . ferrooxidans'1 y 7' los niveles de o!geno.

rena'e %cido de mina, producto de la li(iviaci"n encondiciones o(idantes de pirita. )parte del *ierro el drena'e%cido puede transportar otros metales en soluci"n.

+mites de to(icidad

/a )gencia de Proteccin )mbiental %EP)' de los Estados >nidos #adeterminado una serie de lmites para las concentraciones de metalespesados. Por encima de stos los metales pueden causar gravestrastornos en los eres vivos, y (nalmente ocasionar la muerte. )continuacin mostraremos dic#os lmites en distintos medios y lasdosis m!imas para la ingesta en los #umanos.

- ida acu%tica en sistema de aua dulce /ros laos-:

Metal Dureza del agua (mg/l) Lmite mximo (g/l)

As

50

Be

130 (+)


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Cd 50 0.66 (*)

150 1.10 (*)

200 2.00 (*)

Cu 50 6.50 (*)

150 12.00 (*)

200 21.00 (*)

Hg

0.012 (*)

Ni 50 56.00 (x)

150 96.00 (x)

200 160.00 (x)

Pb 50 1.30 (*)

150 3.20 (*)

200 7.70 (*)

Zn 50 180.00 ()

150 320.00 ()

200 570.00 ()

@: concentracin promedio por 0 #ora1 !: concentracin promedio

en 2< #oras1 A: concentracin promedio en < das1 B: niveles que no

pueden e!cederse en ning3n lapso de tiempo.


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0- ida acu%tica estuarina o en zonas de costas:

Metal Lmite mximo (g/l)

As 50

Cd 8 (*)

Cu 2.9 (+)

Hg 0.025 (*)

Ni 7.10 (x)

Pb 5.8 (*)

Zn 76.6 (*)

@: concentracin promedio por 0 #ora1 !: concentracin promedio

en 2< #oras1 A: concentracin promedio en < das.

1- 2onsumo por los seres *umanos:

As 0.05 !g"# (+)

Cd 10 $g"# (*)

C% 0.05 !g"# (+)

Cu 1.0 $g"# ()

Hg 1&& ng"# (*)

Ni 632.0 $g"# (*)

Pb 50.0 $g"# (*) ('du#s)


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Zn 5.0 $g"# (*)

A: criterios para el agua1 @: m!imo nivel de contaminacin1

B: nivel que $ams debe ser superado.

3fectos ambientales

/os organismos pueden verse severamente afectados por peque&asconcentraciones de elementos pesados %ver tablas anteriores'. En elcaso de los organismos acuticos, puede que unos determinadosvalores no induzcan su muerte, sin embargo desarrollarn una seriede problemas (siolgicos y metablicos %a estas dosis se lesdenomina subletales'. Entre estos problemas podemos mencionar:

"ambios #istolgicos o morfolgicos en los te$idos. "ambios en la (siologa como supresin del crecimiento y

desarrollo, torpeza para nadar, etc.

"ambios en la bioqumica del organismo, tales como en laactividad enzimtica, y qumica de las sangre.

rastornos del comportamiento. "ambios en la reproduccin.

)lgunos organismos pueden regular las concentraciones de metalespresentes en su te$idos. Por e$emplo, los peces y crustceos puedene!cretar metales esenciales para su metabolismo %p.e$., "u, Cn, -e',siempre y cuando stos superen las dosis requeridas.Desgraciadamente otros metales %no esenciales' tales como elmercurio o el cadmio son e!cretados con mayor di(cultad.

/as plantas acuticas %algas' y los bivalvos %p.e$., me$illones, ostras'no son capaces de regular con !ito las concentraciones de metalespesados, y de a# puede derivarse una serie de problemas. )s por

e$emplo, el mercurio puede #acer decrecer dramticamente lacapacidad de fotosntesis de un alga %p.e$., Macrocystes'. /os bivalvospor su parte acumulan los metales pesados, pudiendo pasar stosdirectamente al ser #umano por ingesta. De a# que se deban tomarprecauciones e!tremas para el consumo en zonas su$etas altosniveles de contaminacin %zona de vertidos industriales, metal3rgicos,mineros'.

/as vas de incorporacin de los metales pesados a los organismosacuticos son las siguientes:


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"ationes metlicos libres que son absorbidos a travs de losrganos respiratorios e!ternos %agallas', los cuales pasandirectamente a la sangre.

"ationes metlicos libres que son adsorbidos por el cuerpo yluego pasivamente difundidos al torrente sanguneo.

etales que son adquiridos durante la ingesta de organismos%otros peces, bivalvos, o algas' contaminados. En el caso de las algas, el proceso ocurre por absorcin a travs

de las paredes celulares y difusin posterior.

2asos concretos

) continuacin nos centraremos en el estudio de los problemas

ambientales y de salud #umana relacionados con cuatros casosconcretos: plomo, arsnico, mercurio, y cadmio. "abe destacar que noanalizaremos todas la fuentes de contaminacin, sino que solamenteaquellas relacionadas con la actividad minera.

Plomo

El plomo se encuentra presente en un gran numero de minerales,siendo la forma ms com3n el sulfuro de plomo %galena: Pb5'.

ambin son comunes, aunque en orden decreciente, la cersusita%Pb"?7' y la anglesita %Pb5?


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portuarias %pertenecientes a Iolivia', para su posterior envo. Esto noslleva a encaminar nuestra mirada no solo a las fundiciones, sinotambin a las zonas donde se acumulan minerales o concentrados deplomo.

El particulado fino de plomo %09=099 Jm' puede ser e!tremadamentepeligroso por las siguientes razones:

5e ad#iere ms fuertemente a la piel. Es ms soluble que el particulado grueso en el tracto

gastrointestinal.

Es fcilmente absorbible a travs del sistema respiratorio.

El plomo es un metal carente de valor biolgico, es decir, no esrequerido para el funcionamiento normal de los seres vivos. Debido asu tama&o y carga, el plomo puede substituir al calcio %Pb2@: 9.H< K1"a2@: 9. K', y adems de manera preferente, siendo su sitio deacumulacin, los te$idos seos. Esta situacin es particularmentealarmante en los ni&os, que debido a su crecimiento incorporan altascantidades de calcio. )ltas dosis de calcio #acen que el plomo sea"removido"de los te$idos seos, y que pase a incorporarse al torrentesanguneo. >na vez a# puede inducir nefroto!icidad, neuroto!icidad,e #ipertensin. Niveles de plomo en sangre de 9.


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Da&o en el tracto gastrointestinal. Da&o en el sistema reproductor. Da&o en los rganos productores de sangre. Da&os neurolgicos. )bortos.

Arsnico

El arsnico se encuentra presente en ms de 299 especies minerales,siendo la arsenopirita %-e)s5', la enargita %"u7)s5


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recuperar al menos una parte importante del arsnico quepotencialmente sera emitido. En "#uquicamata el proceso se realizaen una planta #idrometal3rgica que recupera el cobre, y precipita elarsnico como arsenato frrico. ) partir del 2997 las cifras de emisinno podrn e!ceder las


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/a vida acutica y terrestre muestra una amplia gama desensibilidades a las distintas especies arsenicales. En general lasformas inorgnicas son ms t!icas que las orgnicas, y el arsenitoms peligroso que el arsenato. /os arsenitos pueden ($arse a lasproteinas, mientras que el arsenato afecta a la fosforilizacin

o!iditaviva %en relacin con "iclo de rebs'.

/os organismos marinos contienen residuos arsenicales que vandesde Q 0 a 099 mg =0, los cuales se encuentran comoarsenoaz3cares %en las algas' o arsenobetaina %en invertebrados ypeces'. /as plantas terrestres pueden acumular arsnico porcaptacin a travs de las races, o por adsorcin de arsnicoaerotransporatado, en las #o$as.

Mercurio

/a forma principal de mercurio en la naturaleza es el cinabrio %;g5',el que constituye la mena principal para la obtencin de este metal.?tras formas minerales incluyen la corderoita %;g752"l2', lalivingstonita %;g5b


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%especialmente en los antiguos procesos de tratamiento', esdepositado en los suelos que rodean a las instalaciones metal3rgicascomo ;g2@. Esto puede ocurrir por depositacin directa de emisin de;g2@o por conversin de vapores de ;g9to ;g2@%p.e$., 2 ;g9S ;g22@@ 2e=E9S @9.H9', proceso este 3ltimo mediado por el ozono. >na vez

depositado el ;g2@ste puede formar comple$os con la materiaorgnica de los suelos %cido f3lvico yLo #3mico'.

De todas las especies de mercurio conocidas, la ms peligrosa es sinduda el metilmercurio %";7;g'. )unque la forma e!acta en que seproduce la metilacin del mercurio se desconoce, se sabe que en elproceso intervienen bacterias que participan en el ciclo 5?


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Procesos de metilaci"n7demetilaci"n del mercurio8 vidaacu%tica y la cadena tr"9ca /;


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Esta reaccin pone en solucin al mercurio, el que puede as puedeformar comple$os con la materia orgnica %peligrosidad'. No obstante,en un medio alcalino o!idante el mercurio precipitar como !ido:

;g @ 2 ?;=F ;g? @ ;2? @ 2e=

lo que en principio parece una forma ms o menos estable, mientrasel sistema mantenga la alcalinidad y condiciones o!idantes.

Cadmio

/os minerales de cadmio, no se encuentran en concentraciones ycantidades su(cientes como para $usti(car una actividad mineraespec(ca por el elemento. Entre los minerales de cadmio, lagreenocita %"d5' es el ms com3n. Este mineral se encuentra casisiempre asociado con la esfalerita %Cn5'. De esta manera, el cadmiose recupera principalmente como un subproducto de la minera,fundicin, y re(nacin del zinc, y en menor grado de la del plomo ycobre. En promedio se recuperan unos 7 g de cadmio por toneladade zinc.

Debido a su to!icidad, el cadmio se encuentra su$eto a una de laslegislaciones ms severas en trminos ambientales y de salud#umana. En la vida acutica, el cadmio puede incorporarse a los

peces a travs de dos rutas principales: +ngestin +ntroduccin en las agallas.

El cadmio as adquirido se acumula en el #gado, ri&ones, y en eltracto gastrointestinal. 5us efectos son los siguientes:

Problemas en las agallas y ri&ones. Pobre mineralizacin de los #uesos. )nemia. "recimiento retardado.

)normalidades del desarrollo y comportamiento.

En el caso de los #umanos, el cadmio se puede adquirir por dos vas:ingestin e in#alacin. 5us efectos pueden ser divididos en doscategoras:

)udos: (ebre de vapores de metal %metal fume fever'causada por una e!posicin severa1 los sntomas sonequivalentes a los de la gripe1 en 2< #oras se desarrolla

generalmente un edema pulmonar agudo, el que alcanza su


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m!imo en 7 das1 si no sobreviene la muerte por a(!ia, elproblema puede resolverse en una semana.

2r"nicos: la consecuencia ms seria del envenenamiento porcadmio es el cncer. /os efectos crnicos que primero seobservan son da&o en los ri&ones. 5e piensa que el cadmio es

tambin el causante de en(semas pulmonares yenfermedaddes de los #uesos %osteomalcia y osteoporosis'. /osproblemas seos #an sido observados en Rapn %recordartambien el problema con metilmercurio1 +ncidente inamata',donde se les denomin como la enfermedad "itai-itai"%porconsumo de arroz contaminado con cadmio1 causa: irrigacin'.?tros problemas incluyen anemia, decoloracin de los dientes,y prdida del sentido del olfato %anosmia'.

=uentes de informaci"n

Libros:

rausopf, .I. T Iird, D.. 08. +ntroduction to Ueoc#emistry.acUraV=;ill, NW, 6


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