air rain estuarine water sea waterriver water oceanic sedimentsoil estuarine sedimentfluvial...
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AIR
RAIN
ESTUARINE WATER
SEA WATERRIVER WATER
OCEANIC SEDIMENTSOIL
ESTUARINE SEDIMENTFLUVIAL SEDIMENT
Movement of trace metals in the hydrological cycle (Salomons, Förstner, 1984)
INGEOMINAS - G. Prieto, 1998
VEGETATIONMAN
SUSPENDEDMATTER
INTERSTITIALWATERSEDIMENT
GROUNDWATER
SOIL
BIOTA
SURFACEWATER
TERRESTRIALSTUDIES
AQUATIC STUDIES
Schematic presentation of metal reservoirs and their interaction in aquatic andterrestrial systems (Salomon, Förstner, 1984)
INGEOMINAS - G. Prieto, 1998
•Ions or inorganic/organiccompounds in solution•Exchangeable ions inorganic or inorganicexchange complexes (e.g. Humic mayerialsand clay perticles)•Complexes or chelateswith organic materials
•Precipitated insolublecompounds andcoprecipitated on solids
•Incorporated in solidbiological materials
•Incorporated in thecrystalline structuresof primary and/orsecondary minerals
Pasive/active bondingto the cell walls/surfaces, translocationinside cell/body
Ingestion as “food”,passage throughoutdigestive system,adsorption andincorporation intotissues/organs
Easily available
Avalaible
Less available
Available onlyaltered chemicalconditions
Available onlyafter decomposition
Available onlyafter weathering
Metal pool Aquatic organismsExcretion of metal formsboth in the liquidand solid forms
Excretion of complexantsLeaching and decay
Feed-back mechanisms
Availability of metal forms for biological uptake (Solomons, Förstner, 1984) (After Baudo 1982, reproduced with permission of the Author)
INGEOMINAS - G. Prieto, 1998
Factors Influencing the Toxicity of Heavy Metals in Solution (Bryan, 1976)
Form of metal in water
Inorganic organic
soluble
particulate
Ion
complex ion chelate ion molecule
Colloidal precipitated adsorbed
Presence of other metals or poisons
Joint action no interaction antagonism
More-than-additiveadditiveless-than-additive
Factors influencing physiology of organisms and possibly form of metal in water
Temperature pH
dissolved oxygen light salinity
Condition of organism
Behavioral response
Stage in life history (egg, larva, etc.)changes in life cycle (e.g. Moulting reproduction)age and size sexstarvation activityadditional protection (e.g. shell)adaptation to metals
Altered behavior
INGEOMINAS, G.Prieto, 1998
Minerals of natural rock debris e.g. heavy minerals
Heavy metal• hydroxides• carbonates • sulfides
Hydroxides and oxides of Fe/Mn
Bitumen, lipids Humic substances Residual organics
Calcium carbonate
Metal bonding predominantly in inert positions
Precipitation as a result of exceeding the solubility product in the area of the water course
Physico-sorption
Chemical sorption (exchange of H+ in fixed positions) Coprecipitation as a result of exceeding solubility product
Physico-sorption
Chemical sorption (exchange of H+ in COOH-, OH- groups) Complexes
Physico-sorption
Pseudomorphosis (dependent on supply and time)
Coprecipitation (incorporation by exceeding the solubility product)
INGEOMINAS, G.Prieto, 1988)
Carrier Substances and Mechanisms of Heavy Metal Bonding (Forstner & Patchineelam,1976)
pH - dependant
pH - dependant
pH - dependant
SorptionSorption Sorption SorptionCoatings
SedimentationResuspension
DEPOSITED SEDIMENTS
Ageing effects, redistribution of trace metals over sedimentary phasesRelease of components to the interstitial waters
IRONMANGANESE
HIGH MOLECUALR WEIGHTORGANICS
INORGANIC LIGANDSLOW MOLECULAR WEIGHT
ORGANIC LIGANDS
METALS n+
METALCOLOID
COMPLEXES
METAL(IN)ORGANICCOMPLEXES
SUSPENDED MATTER(particulate metal speciation)
Summary of major processes and mechanisms in the interactions between
disolved an solid metals species in surface waters (Salomons, Förstner, 1984)
INGEOMINAS - G. Prieto, 1998
AIRincinerationsmeltgingexhaust
OCEAN
TERRESTRIAL SYSTEMS
FRESH WATER
ESTUARIES
land aplication of sewage sludge
fallout
Leaks effluents
dumping
evapotranspiration wind erotion
biota fluxirrigation
leaching erosion
river flow
biota flux
mixing Biota flux
dre
dg
ing
Routes of metals pollutants into the environment (Nisbet and Sarofin in Goldberg 19769)
INGEOMINAS, G. Prieto, 1998
Geochemical EngineeringGeochemical Engineering
Atmosphere
Water
Sediment/Soil
Mineral Ore
Magma/Rock
Atmosphere
Water
Sediment/Soil
Mineral Ore
Magma/Rock
EnvironmentalGeochemistry
MineralExploration
EnvironmentalGeochemistry
MineralExploration
Waste Materials
Products
Production
Raw Materials
Waste Materials
Products
Production
Raw Materials
Geochemistry Applied Technology Geochemistry Economics
Geochemistry Applied Technology Geochemistry Economics
New Developments in Environmental Geochemistry(Salomons, Förstner. Mader, 1995)
INGEOMINAS - G. Prieto, 1998
Trituração Primária
Trituração SecundáriaMoenda
Concentração
Gravimetría
Rejeitos de Moenda Médios Concentrados
Rejeitos Sólidos Separar Bateia Remoenda
Ouro Livre Lavagem com águaEliminação sais
e óxidos
Adição de CaOpH>10.5
Rejeitos Cianetação AlcalinaSólidos 15g NaCN:10K solução
Solução Residual
Recuperação de Au e Ag Precipitação com Zn Processo Merril Crowe
TostaçãoCalcinação
Solução residual RejeitosEsgotada Sólidos
RefinaçãoFundição
DM1Drenagem mineração Zona Alta
pH 3.2T°C 25Cond.µScm-1(ions solução) 5383CN- mgl-1(cianeto total) 0.13COT ppm(CN- y orgânicos) 4.3DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 8.93ST (mat.suspensão) 10648
E1Efluente processo Zona Alta
pH 6.1T°C 25.1Cond.µScm-1(íons solução) 115CN- mgl-1(cianeto total) 1.21COT ppm(CN- y orgânicos) 7.7DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 42.33ST (mat.suspensão) 13405
DM2Drenagem mineração Zona BaixapH 4.4T°C 25.6Cond.µScm-1(ions solução) 2820CN- mgl-1(cianeto total) 0.39COT ppm(CN- y orgânicos) 2.7DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) <0.1ST (mat.suspensão) 3571
E2Efluente processo Zona Baixa
pH 7.2T°C 26.8Cond.µScm-1(íons solução) 2920CN- mgl-1(cianeto total) 3.82COT ppm(CN- y orgânicos) 17.9DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 177.9ST (mat.suspensão) 81010
AGUAS CLARASNatural e antropogênico doméstico
Água apta para consumopH 7.5T°C 21.6Cond.µScm-1(íons solução) 250CN- mgl-1(cianeto total) 0.29COT ppm(CN- y orgânicos) 11.5DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 7.16ST (mat.suspensão) 199Caudal m3s-1 0.0053
CASCABELMineração Zona Alta
Água não apta para consumopH 5.1T°C 23.4Cond.µScm-1(íons solução) 1707CN- mgl-1(cianeto total) 0.29COT ppm(CN- y orgânicos) 2.8DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 33.1ST (mat.suspensão) 9422Caudal m3s-1 0.0253
PANTANOSMineração Zona Baixa
Água não apta para consumopH 6.3T°C 26.6Cond.µScm-1(íons solução) 2505CN- mgl-1(cianeto total) 1.56COT ppm(CN- y orgânicos)DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 22.96ST (mat.suspensão) 39952Caudal m3s-1 0.0300
MARMATOZona mineira Alta e Baixa
Água não apta para consumo humano, vida aquática, agricultura,industria
pH 6.7T°C 24.9Cond.µScm-1(íons solução) 1950CN- mgl-1(cianeto total) 0.33COT ppm(CN- y orgânicos) 2.5DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 54.94ST (mat.suspensão) 26099Caudal m3s-1 0.0796
MARMATOZona mineira Alta e Baixa
Água não apta para consumo humano, vidaaquática, agricultura, industria
pH 6.7T°C 24.9Cond.µScm-1(íons solução) 1950CN- mgl-1(cianeto total) 0.33COT ppm(CN- y orgânicos) 2.5DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 54.94ST (mat.suspensão) 26099Caudal m3s-1 0.0796
ARQUIAZona mineira
Água não apta para consumo
pH 7.5T°C 24.4Cond.µScm-1(íons solução) 152CN- mgl-1(cianeto total) 0.31COT ppm(CN- y orgânicos) 4.1DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 15.2ST (mat.suspensão) 873Caudal m3s-1 0.669
CHIRAPOTOnatural e antrópogênico doméstico
Água apta para consumo
pH 7.9T°C 25.3Cond.µScm-1(íons solução) 221CN- mgl-1(cianeto total) 0.25COT ppm(CN- y orgânicos) 1.6DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) <0.5ST (mat.suspensão) 163Caudal m3s-1 0.0375
RCaMA montante de Marmato
pH 7.2T°C 26.9Cond.µScm-1(íons solução) 196CN- mgl-1(cianeto total) 0.27COT ppm(CN- y orgânicos) 2.5DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 8.32ST (mat.suspensão) 219Caudal m3s-1 605.3
RCdMA jusante de Marmato
pH 3.2T°C 25Cond.µScm-1(iones solução) 5383CN- mgl-1(cianeto total) 0.13COT ppm(CN- y orgânicos) 4.3DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 8.93ST (mat.suspensão) 10648
RCdChi (inverno)A jusante de Chirapotó
pH 3.2T°C 25Cond.µScm-1(íons solução) 5383CN- mgl-1(cianeto total) 0.13COT ppm(CN- y orgânicos) 4.3DQO mg/lO2(CN- y oxidáveis) 8.93ST (mat.suspensão) 10648Caudal m3s-1 641.8
RIO CAUCAÁgua apta para consumo humano, vida aquática, agricultura e industria
DM1Drenagem de mineração Zona Alta
Solução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvel (suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
E1Efluente processo Zona Alta
Solução (verão) Cu,ZnAsSolução (inverno)Sedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Bi,SbAu,HgMóvel (sedimento) Pb,Bi,Cd,Zn,Ag,Cu,AsMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvil (suspensão) Bi,Pb,Ag,Zn,Cd,Cu,As
DM2Drenagem de mineração Zona Baixa
Solução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno)Sedimento (total) Zn,As,Pb,Cu,Cd,Sb,Ag,Bi,Hg,AuMóvel (sedimento) Ag,Zn,Cd,Cu,Bi,Pb,AsMat.suspensãoMóvel (suspensão)
E2Efluente processo Zona Baixa
Solução (verão) Cu,Zn,Pb,Cd,SbSolução (inverno) Cu,Pb,Zn,Cd,SbSedimento (total) Pb,Zn,As,Cu,Bi,Ag,Cd,Sb,Au,HgMóvel (sedimento) Pb,Zn,Cd,Bi,As,Ag,CuMat.suspensão Zn,As,Pb,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (suspensão) Bi,Pb,Zn,Cd,Ag,Cu,As
AGUAS CLARASNatural e antropogênico doméstico
Valores base local MarmatoSolução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvel (suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
CASCABELMineração Zona Alta
Mineralização (sulfetos), rejeitos de processo, estéreisSolução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvil (suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
PANTANOSMineração Zona Baixa
Mineralização (sulfetos), rejeitos de processo, estéreisSolução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvel (suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
MARMATOzona mineira Alta e Baixa
Mineralização (sulfetos), rejeitos de processo, estéreis, antrópogênicodoméstico
Solução (verão) Zn,Cu,AsSolução (inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento (total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel (sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvel (suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
MARMATOAltamente enriquecida em metais
Mineralização (sulfetos), rejeitos de processo, estéreis,antropegênico doméstico
Solução (verão) Zn,Cu,AsSolução(inverno) Zn,Cd,Cu,As,Hg,Pb,AgSedimento(total) Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,Au,HgMóvel(sedimento) Cd,Zn,Ag,Cu,Bi,As,PbMat.suspensão Zn,Pb,As,Cu,Cd,Ag,Sb,Bi,HgMóvel(suspensão) Zn,Ag,Bi,As,Cu,Pb
ARQUIAEnriquecida em metais
Mineralização (sulfetos), rejeitos de processo, estéreis,antrópogênico doméstico
Solução (verão) Cu,CdSolução(inverno)Sedimento(total) Zn,As,Pb,Cu,Sb,Cd,Bi,Ag,Au,HgMóvel(sedimento) Ag,Cd,Zn,Cu,Pb,,AsMat.suspensão Zn,As,Pb,Cu,Sb,Cd,Bi,Ag,Hg,AuMóvel(suspensão) Ag,Cd,Zn,Cu,Pb,As
CHIRAPOTOnatural e antropegênico doméstico
Valores base regionalSolução (verão) CuSolução(inverno)Sedimento(total) Zn,Cu,Pb,As,Bi,Sb,Cd,Au,HgMóvel(sedimento) Ag,Cd,Pb,Cu,ZnMat.suspensãoMóvel(suspensão)
RCaMA montante de Marmato
Solução (verão) Zn,Cu,CdSolução(inverno) Pb,Cu,CdSedimento(total) Zn,Cu,Pb,As,Sb,Cd,HgMóvel(sedimento) Cu,ZnMat.suspensãoMóvel(suspensão)
RCdMA jusante de Marmato
Solução (verão) Cu,Cd,SbSolução (inverno) Zn,Pb,Cd,CuSedimento(total) Zn,As,Pb,Cu,Cd,Sb,Ag,Bi,Au,HgMóvel(sedimento) Pb,Zn,Ag,Cu,As,CdMat.suspensãoMóvel(suspensão)
RCaArm (inverno)28.5 Km A jusante de Marmato
Solução (verão)Solução(inverno)Sedimento(total) Zn,Cu,As,Pb,Cd,Bi,Sb,Hg,AuMóvel(sedimento) Pbn,Cu,ZnMat.suspensãoMóvel(suspensão)
RIO CAUCAAntropogênico doméstico, agricultura, industria, estrada, zonas mineiras Não enriquecido em metais
pesados
MARMATO - SedimentHighly enriched in metals
Mineralization (sulfides), tailings, barren rocks,anthropic domestic
Fraction Mobility ElementF1(exchangeables) High Cd,Zn,Bi,PbF2(Carbonates) High Sb,Bi,Pb,Cd,ZnF3(reducibles) Medium Bi,Pb,Zn,Cd,Cu,SbF4(sulfides, organics) Low Zn,Cd,Sb,Bi,Cu,PbF5(residuals) Very low
baixaCu,Cd,Sb,Zn,Pb,Bi
MARMATO –Suspended matterHigh enrichment in metals
Mineralization (sulfides), tailings, barren rock, anthropic domesticFraction Bioavailability ElementF1(exchangeables) Available Cd,Pb,ZnF2(Carbonates) Available Sb,Bi,Cd,Pb,ZnF3(reducibles) Changing chemical conditions Pb,Bi,Zn,Cd,Sb,CuF4(sulfides, organics) Changing chemical conditions Zn,Cd,Cu,PbF5(residuals) Available by metheorization Cu,Sb,Pb,Cd,Bi,Zn
ARQUIAEnriched in metals
Mineralization (sulfides), tailings, barren rock,anthropic domestic
Fraction ElementF1(exchangeables) Cd,Zn,PbF2(Carbonates) Bi,Cd,Sb,ZnF3(reducibles) Zn,Cu,Bi,Pb,CdF4(sulfides, organics) Cd,Zn,Cu,PbF5(residuals) Pb,Sb,Cu,Zn,Cd,Bi
RCaMUpstream Marmato
Fraction ElementF1(exchangeables) Cd,Cu,Pb,ZnF2(Carbonates) Zn,CuF3(reducibles) Pb,Bi,Zn,CuF4(sulfides, organics) Cu,Zn,Cd,PbF5(residuals) Sb,Cd,Cu,Zn,Bi
RCdMDownstream Marmato
Fraction ElementF1(exchangeables) PbF2(Carbonates) Bi,Zn,Cd,SbF3(reducibles) Pb,Zn,Cu,CdF4(sulfides, organics) Zn,Cu,PbF5(residuals) Sb,Cd,Bi,Cu,Zn
RCaArm (winter)28.5 Km downstream Marmato
Fraction ElementF1(exchangeables) PbF2(Carbonates) Bi,Sb,ZnF3(reducibles) Pb,Zn,Cu,BiF4(sulfides, organics) Cu,Zn,PbF5(residuals) Cd,Sb,Cu,Zn,Bi
CAUCA RIVERAntrhopogenic domestic, agriculture, industry, roads, mining zone Not enriched in heavy metals
pesados
RCdMDownstream Marmato
Fraction ElementF1(exchangeables) Cd,PbF2(Carbonates) Bi,Sb,Zn,CdF3(reducibles) Pb,Zn,Cu,Bi,CdF4(sulfides, organics) Zn,Cu,PbF5(residuals) Cd,Sb,Cu,Zn,Bi
AGUAS CLARAS Natural enrichment in metals
Fraction ElementF1(exchangeables) Cd,Zn,Cu,Bi,PbF2(Carbonates) Sb,Bi,Cu,Cd,Zn,PbF3(reducibles) Bi,Pb,Zn,Cu,Cd,SbF4(sulfides, organics) Zn,Cd,Cu,PbF5(residuals) Pb,Cu,Sb,Cd,Zn,Bi
E2 –Suspended matterProcessing effluent - Low zone
Fraction ElementF1(exchangeables) Cd,Bi,Zn,PbF2(Carbonates) Bi,Sb,Cd,Zn,PbF3(reducibles) Pb,Bi,Cu,Zn,Cd,SbF4(sulfides, organics) Zn,Cd,Cu,PbF5(residuals) Cu,Sb,Cd,Pb,Zn,Bi
Mine drenage High and Low MarmatoMain source Mineralization- sulfidesWaters Not suitable for domestic useMetals Solution
Enriched in sedimentsEnriqched in sispended matter
Processing effluents High and Low ZoneMain source Mineralization - sulfidesos
TailingsWaters Not suitable for domestic useMetals Solution
Enriched in sedimentsEnriched in suspended matter
AGUAS CLARASNatural and anthropogenic domestic
Local base values in MarmatoMain source Natural - mineralization –sulfidesWaters Suitable for domestic useMetals Solution
Sediments
CASCABEL - PANTANOSMining High and Low Marmato
Mineralization (sulfides), tailings, barren rocksMain source Mineralization - sulfides
TailingsBarren rock
Waters Not suitable for domestic useMetals Solution
Eniched in sedimentsEnriched in suspended matter
MARMATOHigh and Low Mining zone
Mineralization (sulfides), rwastes (tailings, raw rocks), anthropogenicdomestic
Main source Mineralization- sulfidesTailingsBarren rockDomestic
Waters Not suitable for domestic useMetals Solution
High enrichement en sedimentsAltamente enrriquecidos en mat. suspensión
CAUCA RIVERAporte Anthropogenic
Domestic, Agriculture, industry, roads, mining zonesMetals Waters, sediments, Suspended matter
System NOT enriched in heavy metals
ARQUIAEnriched in metals
Mineralization (sulfides), tailings, barren rocks,anthropogenic domestic
Main source Mineralization - sulfidesTailingsBarren rocks
waters Not suitable for domestic useMetals Solution
Enriched in sedimentsEnriched in suspended matter
CHIRAPOTONatural and anthropogenic domestic
Base regional valuesMain source Natural - mineralization - sulfidesWaters Suitable for domestic useMetals Solution
Sediments