Utilización de lodos de corte y pulido del mármol en la recuperación de escombreras de mármol

 

J. A. Sánchez ¹ , I. García¹, F. del Moral¹, S. de Haro¹, V. González¹, M. Simón¹, F. Martín² & A. Iriarte³

¹ Dpto. de Edafología y Química Agrícola. Universidad de Almería. Carretera Sacramento s/n, 04120. Alme­ría. España. e-mail: jasanche@ual.es;

² Dpto. de Edafología y Química Agrícola, Universidad de Granada. España;

³ Estación Experimental del Zaidín (Granada). Consejo Superior Investigaciones Científicas. España.

 

RESUMEN

En la regeneración de las escombreras de las explotaciones de Mármol de Macael (Almería), las elevadas pendientes (> 60%) y el marcado contraste textural entre los fragmentos de estériles (Φ medio ≈ 2 cm) y el suelo aportado en superficie (Φ medio ≈ 30 µm), condiciona que los gruesos poros de los estériles carezcan de capacidad de succión, lo que hace que se comporten como impermeables, y en el suelo adiciona­do se origina un flujo en embudo que, cuan­do aflora en superficie, erosiona y rompe la manta orgánica de protección. Para evitar dicha erosión, los gruesos poros de la escombrera se rellenaron con lodo de corte y pulido del mármol. El nuevo sistema incrementó la succión y el agua retenida por unidad de superficie, y disminuyó el déficit hídrico de la vegetación implantada y el flu­jo en embudo y, por tanto, los procesos de erosión.

Palabras-clave: Flujo en embudo, infiltra­ción, lodo, regeneración de escombreras de mármol, retención de humedad.

 

Making use of mud from marble cutting and polishing to recuperate rubble marble

ABSTRACT

In the regeneration of the rubble marble quarrying in the region of Macael (Almería), the steep slopes (>60%) and marked textural contrast between the pores of the sterile fragments (average Φ≈ 2 cm) and those of the superficial soil (average Φ ≈ 30 µm), determine that the extremely large pores of the sterile materials lack suc­tion capacity and are therefore impermeable. As a result, in the superficial soil funnel flow occurs, causing erosion when it comes to the surface, and breaking the organic protection. To avoid this phenomenon, the large pores of the slag heap are filled with the sludge arising from marble cutting and polishing. This new system increased suction capacity and water retention by surface unit, and di­minished the hydric deficit of the vegetation and the funnel flow effect, thus reducing the erosion process.

Key-words: Funnel flow, infiltration, mud, marble rubble regeneration, water retention.

 

INTRODUCCIÓN

Los criterios de restauración ecológica en las zonas degradadas por actividades mine­ras implican la utilización de sus propios residuos (Jordán et al., 1998; Tedesco et al., 1999; Ram et al., 2006; Sánchez et al., 2007; Jordán et al., 2008), especialmente después del desarrollo de la legislación des­tinada a mejorar y conservar el medio ambiente (Philip et al., 2000). Los residuos mineros no tienen las condiciones de fertili­dad que garantice el éxito de cualquier res­tauración ecológica, y es necesaria la incor­poración de enmiendas orgánicas para obte­ner un sustrato que presente propiedades físicas, químicas y físico-químicas adecua­das para el desarrollo vegetal (Diosdado et al., 2007; Sánchez et al., 2007; Jordán et al., 2008.)

Los residuos de la explotación del már­mol en la Comarca de Macael tienen un tamaño relativamente grande y dejan entre ellos poros muy gruesos que no son capaces de retener humedad, por lo que es imposible que sobre ellos prospere cualquier tipo de regeneración vegetal. Esto ha hecho que, en las restauraciones que están llevando a cabo el Centro Tecnológico Andaluz de la Piedra (CTAP), se ordenen en primer lugar los grandes fragmentos rocosos construyendo un muro basal y, a continuación, se cubran dichos fragmentos de unos 20 cm de tierra vegetal (suelo) procedente de las labores de desmonte previas a la extracción del már­mol. Asimismo, para el control de la ero­sión, se han utilizado mantas (esparto) y redes (coco) orgánicas (Diosdado et al., 2007; Sánchez et al., 2007).

Estos taludes se caracterizan por presen­tar, además de una pendiente muy acusada (superan el 60 % de inclinación), un marca­do contraste textural entre los gruesos frag­mentos de los estériles y el suelo que se aporta en superficie. Los primeros dejan entre ellos grandes poros muy superiores a 2 cm de diámetro y, los segundos, tienen una porosidad mucho más fina, con diámetros que pueden oscilar desde milimétricos hasta escasas micras (Figura 1).

 

Figura 1. Representación esquemática de las laderas y del comportamiento del agua.

 

Los poros extremadamente gruesos que quedan entre los fragmentos de estériles carecen de capacidad de succión, lo que hace que este material se comporte como impermeable (Miller & Gadner, 1962). En estas condiciones, el agua que se infiltra a través de los 20 cm de suelo depositado sobre los estériles tiende a acumularse en su parte inferior y a circular a favor de la pen­diente. Dado que la anchura del flujo que circula en la base del suelo tiende a incre­mentarse conforme se desciende en la pen­diente, se suele llamar flujo en embudo (Kung, 1990a, 1990b) y, cuando aflorara en la superficie del suelo, origina un proceso de erosión que puede llegar a romper la manta orgánica de protección (Figura 1).

Por tanto, las partes altas de las laderas serían relativamente secas, el agua retenida se incrementaría progresivamente a lo largo de la ladera (aunque siempre sería escasa debido al pequeño espesor del suelo aporta­do), hasta que el flujo en embudo saliese a la superficie iniciando la erosión del suelo (zona de difícil implantación de la vegeta­ción). Ladera abajo, la erosión del suelo se incrementaría hasta llegar a romper la manta orgánica de protección. Por último, el suelo erosionado y el agua tenderían a acumularse en la base de la ladera, donde mejorarían las condiciones del crecimiento vegetal. En la Figura 2 se puede ver el resultado de estos procesos en las laderas de la Solana restau­radas en 2004.

 

Figura 2. Zona de salida del flujo en embudo (línea contínua), máxima erosión del suelo y ruptura de la manta orgánica (línea discontínua).

 

Por otra parte, en el proceso de corte y pulido del mármol se genera un lodo fino que se vierte de forma incontrolada y ocasiona importantes problemas ambientales. En la actualidad, la mayor parte de la producción se almacena en balsas, pero el elevado volumen que está alcanzando hace prever que, en un futuro más o me-nos cercano, llegue a representar un grave problema ambiental. En este sentido, el objetivo fundamental de este trabajo es estudiar el comportamiento de estos lodos en la regeneración ambiental y, de este modo, poder transformar un residuo po­tencialmente contaminante en un recurso.

 

MATERIAL Y MÉTODOS

En junio de 2007, el CTAP acondicionó, en la Comarca del Mármol de Macael (Almería, España), los bloques de una par­cela de aproximadamente 1000 m² de super­ficie y 72% de pendiente. En esta parcela se colocaron 23 barras de acero de diámetro equivalente al de los tubos de acceso de sondas de humedad PR1 (Delta-T Profile Probe). Esta parcela se dividió en dos zonas, la central en la que no se adicionó lodos de corte y pulido, y los laterales en los que los poros de la escombrera se rellenaron con dichos lodos hasta una profundidad aproxi­mada de 20-25 cm. En julio de 2007 la escombrera se cubrió con unos 20 cm de tierra vegetal. A finales de julio se extraje­ron las barras de acero y se introdujeron los 23 tubos de acceso de 50 y 100 cm de longi­tud. A primeros de septiembre procedimos a realizar las primeras medidas de humedad en los 23 tubos de acceso que se repitieron de forma periódica.

La textura del lodo se determinó por el método de la pipeta previa eliminación de materia orgánica con H2O2 y dispersión con hexametafosfasto sódico (Lovelland & Whalley, 1991); el pH se midió en una sus­pensión lodo:agua de 1:2,5; el contenido en carbonato cálcico equivalente se estimó por el método de Barahona (1984); la materia orgánica según Tyurin (1951); la densidad aparente según Santos (1979); el agua útil se calculó a partir del agua retenida a 33 y 1500 kPa; la conductividad eléctrica se estimó a partir del extracto de saturación siguiendo el método de Bower & Wilcox (1965); los elementos minoritarios se midie­ron por ICP-MS en un equipo Hewwlet Packard, 4500 series, previa digestión ácida de la muestra con HNO3+HF, mientras que el contenido total de elementos mayoritarios se determinó por Fluorescencia de RX con el equipo Bruker S4 Pioneer.

La caracterización hídrica de las laderas (infiltración, escorrentía superficial y ero­sión) y la comprobación del flujo en embudo en el contacto entre el suelo aportado y los materiales gruesos de la escombrera, se lle­vó a cabo utilizando un simulador de lluvia de intensidad variable, con un superficie de experimentación de 0,25 m² (Simón et al., 1998) en cuyo centro se colocó una sonda de humedad PR1 (Delta T-Profile Probe) para evaluar las variaciones de humedad en profundidad.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las experiencias con el simulador de llu­via pusieron de relieve que la tasa de infil­tración decreció en función del tiempo de experimentación y, por tanto, del grado de humedad del suelo, hasta alcanzar un valor constante conocido como tasa de infiltra­ción final (If). Por otra parte, If no tuvo un valor constante, ya que se incrementó signi­ficativa (p < 0,001) y linealmente en función de la intensidad de lluvia (I) (Figura 3).

 

Figura 3. Tasas de infiltración final (If) de la escombrera en función de la intensidad de lluvia (I).

 

La tasa de escorrentía (Es), se incrementó significativa (p < 0,001) y linealmente con la intensidad de lluvia (I) de acuerdo con la ecuación:

Es (mm h^-1) = -11,42 + 0,523 I (mm h^-1) r² = 0,998 (1)

A partir de la Eq (1) se estimó la intensi­dad de lluvia crítica (Ic) a partir de la cual se inició la erosión, que fue de 21,8 mm h^-1 .

Las tasas de erosión (Er) se incrementó significativa (p < 0.001) y linealmente con la intensidad de lluvia a través de la ecuación:

Er (Mg ha^-1 h^-1 = 0,0095 I (mm h^-1) – 0,2502 r² = 0,995 (2)

La Eq (2) indica que la erosión se inicia a una intensidad de lluvia relativamente ele­vada (para Er = 0, I = 26,3 mm h^-1) y que, incluso con altas intensidades de lluvia (I = 50 mm h^-1), la erosión es relativamente baja (0,225 Mg ha^-1 h^-1)

Del mismo modo, se comprobó que el flu­jo en embudo se iniciaba en el contacto en­tre los materiales gruesos de la escombrera y el suelo aportado, que es donde tiende a acumularse el agua que se infiltra en el sue-lo (Figura 4).

 

Figura 4. Acumulación de agua en la interfase suelo – escombrera en la parcela de experimentación en función de la cantidad de lluvia adicionada.

 

En el proceso de corte y pulido del már­mol se genera un lodo fino con textura franco arcillosa, constituido casi exclusi­vamente por carbonatos, pH alcalino, bajo contenido en sales solubles, alta capacidad de retención de agua útil para las plantas y concentraciones en metales pesados infe­riores a las de los suelos naturales (Tabla 1).Todas estas características lo convierten en un material apto para rellenar los poros gruesos de la escombrera, aumentar su ca­pacidad de succión de agua y hacer que el flujo en embudo no alcance la superficie de la ladera; al tiempo que incrementaría el agua retenida en la ladera y reduciría el dé­ficit hídrico de la vegetación implantada.

 

Tabla 1. Datos analíticos de los lodos de corte y pulido

 

Las variaciones del contenido en hume­dad en la escombrera están claramente dife­renciadas entre los sectores con lodo y sin lodos. Los datos obtenidos en el sector donde no se adicionaron lodos sólo detectó humedad en los primeros 20 cm, y la acu­mulación de humedad en profundidad está condicionada por la existencia o no de intercalaciones de materiales más finos de desmontes entre los grandes fragmentos rocosos (Figura 5).

 

Figura 5. Evolución en el tiempo y en profundidad de la humedad en el sector sin lodo.

 

En el sector donde se adicionaron lodos se detectó humedad hasta los 50 cm (Figura 6) en unos casos y hasta 80 en otros, rete­niendo mayores cantidades de humedad y aumentando considerablemente el agua disponible en relación con el sector sin lodos (Figura 5); lo que dio lugar a una reducción el periodo de déficit hídrico y favoreció el desarrollo de la vegetación implantada. En este caso, el flujo en embu­do se inició a la profundidad de 40-45 cm (Figura 6), de forma que, antes de salir a la superficie, la carga hidráulica de esos pri­meros 40-45 cm haría que el agua se infiltrase en el interior de la escombrera (infiltración en dedos), lo que limitaría el proceso de erosión superficial.

 

Figura 6. Evolución en el tiempo y en profundidad de la humedad en el sector con lodo

 

CONCLUSIONES

La adición de lodo a las escombreras antes de la incorporación de los 20 cm de tierra vegetal mejora la retención de agua por parte de las laderas, al tiempo que incrementa la succión del agua que se infil­tra en la escombrera.

El flujo en embudo se inicia a mayor pro­fundidad (≈ 40-45 cm), de forma que, antes de salir a la superficie, la carga hidráulica infiltra el agua en el interior de la escombre­ra (flujo en dedos), lo que presumiblemente frenaría el proceso de erosión superficial.

 

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo se ha financiado por el con­trato de investigación F08/2006, llevado a cabo entre el CTAP y la Universidad de Almería y el Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía “Reutilización de lodos residuales en la industria del mármol” (RNM 033003).

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Barahona, E. 1984. Determinación de carbo­natos totales y caliza activa (Grupo de trabajo de normalización de métodos ana­líticos). I Congreso Nacional de la Cien­cia del Suelo, Vol I. pp. 53-67. Madrid.

Bower, C.A & Wilocx, L.V. 1965. Methods of soils analysis. Am. Soc. Of Agron. Part 2: pp. 935-940.

Diosdado, J.C., Bendala, C., Cruz, F.J., Mar­tínez, F.J. & Pozo, E. 2007. Restauración de la cubierta vegetal en los taludes de estériles de la Comarca del Mármol de Macael (Almería). Libro de actas del 1º Congreso Internacional “Retos ambienta­les en el sector de la Piedra Natural”, pp 279-288. Cáceres (España).

Jordán, M.M., Mateu, J. & Boix, A. 1998. A classification of sediment types based on statistical multivariate techniques. Water Air Soil Pollut., 107:91–104.

Jordán, M.M., Pina, S., García-Orenes, F., Almendro-Candel, M.B. & García-Sánchez, E. 2008. Environmental risk evaluation of the use of mine spoils and treated sewage sludge in the ecological restoration of limestone quarries. Environ Geol, 55:453–462.

Kung, K., 1990a. Preferential flow in a sandy vadose zone 1. Field observation. Ge­oderma, 46:51-58.         [ Links ]

Kung, K., 1990b. Preferential flow in a sandy vadose zone 2. Field observation. Ge­oderma, 46:59-71.

Loveland, P.J. & Whalley, W.R. 1991. Parti­cle size analysis. In Smith KA, Mullis CE, editors. Soil analysis: Physical Meth­ods. pp. 271–328. Marcel Dekker, New York.

Marañés, A., Sánchez, J.A., de Haro, S., Sán­chez, S.T. & del Moral, F. 1998. Análisis de Suelos. Metodología e Interpretación. Serv. Publ. Univ. Almería. Almería. 183 pp.

Miller, D.E. & Gadner, W.H., 1962. Water infiltration into layered soil. Soil Sci. Am. Proc., 26: 115-119.

Philip, C., Rod, W. & Bell, J. 2000. Spider communities as tools in monitoring re­claimed limestone quarry Landforms. Landscape Ecology, 15: 401–406.

Ram, L.C., Srivasta, N.K., Tripathi, R.C., Jha, S.K., Sinha, A.K., Singh, G. & Manoharan, V. 2006. Management of mine spoils for crop productivity with lignite fly ash and biological amend­ments. J Environ Manag, 79(2):173–187.

Sánchez, J.A., García, I., del Moral, F., de Haro, S. & Simón, M. 2007. Propiedades hídricas de los taludes de estériles de la industria del mármol de Macael (Alme­ría). Libro de actas del 1º Congreso Inter­nacional “Retos ambientales en el sector de la Piedra Natural”, pp 303-308. Cáce­res (España).

Santos, F. 1979. Estudio geológico y edafo­lógico del sector Montiel -Alcaraz -Bienservida. Tesis Doctoral. Universidad de Granada.

Simón, M., Iriarte, A., Guardiola, J.L., Bara­hona, E. & García, I. 1998. Soil-Infiltration rate under different vegetation cover using a rain simulator of variable intensity. In Rodríguez Rodríguez, A., Jiménez Mendoza, C.C. & Tejedor Sal­guero M.L., eds. The soil as strategic re­source: degradation processes and con­servation measures, pp 177-188. Geo­forma Ediciones. Logroño.

Tedesco, M.J., Teixeira, E.C., Medina, C. & Bugin, A. 1999. Reclamation of spoil and refuse material produced by coal mining using bottom ash and lime. Environ Technol, 20(5):523–529.

Tyurin, I.V. 1951. Analitical procedure for a comparature study of soil humus. Trudy Pochr. Inst. Dokuchaev.