2.1. Área de estudio

La Región Minera Cananea-Nacozari se localiza en la porción norte del estado de Sonora (SGM, 2021SGM (2021). Servicio Geológico Mexicano. Panorama minero del estado de Sonora. http://www.sgm.gob.mx/pdfs/SONORA.pdf
), abarcando parcialmente los municipios de Aconchi, Arizpe, Bacoachi, Banámichi, Baviácora, Cananea, Cumpas, Divisaderos, Fronteras, Huásabas, Huépac, Ímuris, Moctezuma, Naco, Nacozari de García, Nogales, San Pedro de la Cueva, Santa Cruz, Tepache y Villa Hidalgo (Figura 1). El marco geológico de esta región minera es muy diverso, en este contexto y con base en la cartografía geológico-minera a escala 1: 250000 (SGM, 1998SGM (1998). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 14 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/26_H12-6_GM.pdf
, 1999aSGM (1999a). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 14 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/17_H12-5_GM.pdf
, 1999bSGM (1999b). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 13 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/18_H12-8_GM.pdf
, 1999cSGM (1999c). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 13 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/27_H12-9_GM.pdf
, 2000SGM (2000). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 15 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/16_H12-2_GM.pdf
), la geología del área de estudio es la siguiente (Figura 1): al norte de la región predominan rocas sedimentarias como grava, arena, arenisca, lutita, conglomerado polimíctico y caliza; rocas ígneas extrusivas, como riolita, toba riolítica, andesita, ignimbrita, basalto; ígneas intrusivas, como granito, granodiorita, cuarzomonzonita, diorita y metamórficas como esquisto. Al centro se encuentran rocas sedimentarias, arenisca, lutita, conglomerado y caliza, rocas ígneas extrusivas como riolita, toba riolítica, dacita, andesita, toba andesítica, ignimbritas, basalto e ígneas intrusivas como granito, granodiorita y cuarzo monzonita, y rocas metamórficas como esquisto. Al sur, afloran principalmente rocas sedimentarias como arenisca, conglomerado polimíctico, lutita y caliza, rocas ígneas extrusivas como riolita, toba riolítica, brecha dacítica, andesita, basalto e ígneas intrusivas como granito, granodiorita y cuarzomonzonita.

Los principales tipos de yacimientos minerales metálicos en la región, corresponden al tipo de pórfido cuprífero, donde la mineralización se presenta en chimeneas brechadas, diseminaciones y en vetillas formando stockworks. Siguen en importancia los depósitos de reemplazamiento metasomático y las estructuras vetiformes de relleno en fallas y fracturas (SGM, 1998SGM (1998). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 14 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/26_H12-6_GM.pdf
, 1999aSGM (1999a). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 14 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/17_H12-5_GM.pdf
, 1999bSGM (1999b). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 13 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/18_H12-8_GM.pdf
, 1999cSGM (1999c). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 13 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/27_H12-9_GM.pdf
, 2000SGM (2000). Servicio Geológico Mexicano. [Cartas geológico mineras escala 1: 250,000 GEOINFOMEX]. Recuperado el 15 de diciembre de 2023 de https://mapserver.sgm.gob.mx/Cartas_Online/geologia/16_H12-2_GM.pdf
). Los principales metales que se producen en la región son Cu, Mo, Au, Ag, Pb y Zn. Los municipios de Cananea y Nacozari de García son los principales productores de cobre y es en estos donde se localizan las minas de cobre más grandes de México (SGM, 2021SGM (2021). Servicio Geológico Mexicano. Panorama minero del estado de Sonora. http://www.sgm.gob.mx/pdfs/SONORA.pdf
).

2.2. Inventario de pasivos ambientales mineros (PAM)

El inventario de los PAM presentes en la región minera Cananea-Nacozari fue realizado por el Servicio Geológico Mexicano (SGM), siguiendo una metodología adaptada del “Manual para el inventario de minas abandonadas o paralizadas” (Guzmán-Martínez et al., 2020bGuzmán-Martínez, F., Arranz-González, J.C., Smoll, L., Collahuazo, L., Calderón, E., Otero, O., & Arceo y Cabrilla, F. (2020b). Pasivos ambientales mineros: Manual para el inventario de minas abandonadas o paralizadas. Asociación de Servicios de Geología y Minería Iberoamericanos, Madrid, España.
) y del “Catastro de faenas mineras abandonadas o paralizadas y análisis preliminar de riesgo” (SERNAGEOMIN, 2007SERNAGEOMIN (2007). Servicio Nacional de Geología y Minería. Catastro de faenas mineras abandonadas o paralizadas y análisis preliminar de riesgo. Santiago, Chile.
).

Para la identificación preliminar de los PAM, se consultó información vectorial de la cartografía geológica-minera del SGM a escalas 1: 50 000 y 1: 250 000 (SGM, 2023aSGM (2023a). Servicio Geológico Mexicano. Cartas geológico mineras escala 1:50,000 y escala 1:250,000. GEOINFOMEX. https://www.sgm.gob.mx/CartasPdf/GeologicasL.jsp
) y, también, se consultó el sistema de información geográfica de pasivos ambientales de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT, 2023SEMARNAT (2023) Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales. Inventario homologado preliminar de presa de jales. https://geomaticaportal.semarnat.gob.mx/arcgisp/apps/webappviewer/index.html?id=95841aa3b6534cdfbe3f53b3b5d6edfa
).

La verificación de los sitios se realizó en campo durante los meses de marzo a julio del 2023, inventariando los que tuvieron las características de un PAM, es decir, aquellos sitios con indicios de abandono. Posteriormente, se procedió a la elaboración de la ficha descriptiva del sitio. Esta ficha incluye información tanto del PAM como de su entorno, misma que se requiere para la evaluación preliminar del riesgo y de las muestras colectadas en cada sitio.

2.3. Muestreo de los residuos mineros

En los sitios donde se identificaron residuos mineros como, estériles de mina o de planta, se tomaron muestras de acuerdo con la metodología propuesta por Smith et al., (2000)Smith, K.S., Ramsey, C.A., & Hageman, P.L. (2000). Sampling strategy for the rapid screening of mine-waste dumps on abandoned mine lands. Open-File Rep., p. 1453-1461.
, es decir, se tomó una muestra compuesta del residuo, la cual se conformó de al menos 30 submuestras colectadas de manera aleatoria. Cada muestra se colectó a una profundidad de 10-20 cm ya que los residuos superficiales influyen en la calidad del agua circundante como resultado de los procesos de erosión y meteorización a largo plazo. Las muestras se tamizaron en campo con un tamiz de luz de malla de 2 mm, cada una de las muestras compuestas se colocó en bolsas de polietileno y fue almacenada a temperatura ambiente. De cada sitio inventariado solo se muestreo el emplazamiento del residuo que se estimó con mayor volumen.

2.4. Identificación y cuantificación de los elementos presentes en los residuos mineros abandonados

Los elementos potencialmente tóxicos, críticos, estratégicos y preciosos presentes en los residuos mineros (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, V, Zn, Ag y Au), fueron identificados y cuantificados de manera preliminar con un equipo portátil de fluorescencia de Rayos-X Thermo Scientific Niton XL3t955 Ultra, que tiene un tubo de Rayos-X de ánodo de Au con intensidad de corriente de 50 kV. Para disminuir el rango de error del equipo y de los resultados de cada muestra, se tomaron 3 lecturas y para cada elemento se tomó el valor intermedio (mediana). La exactitud y precisión fueron determinadas usando el estándar de referencia de suelos BGS Guidance Material 102® del Servicio Geológico Británico (BGS, por sus siglas en inglés); los resultados estuvieron dentro del rango de exactitud y precisión aceptables (±20%; Harvey, 2000Harvey, D. (2000). Modern Analytical Chemestry, vol 1. McGraw-Hill, New York.
).

2.5. Evaluación del potencial económico de los residuos mineros

Para este trabajo, se contempló un enfoque conservador, es decir, se emplearon parámetros que no sobrevaloraran el potencial económico de los residuos. En cada sitio inventariado solo se evaluó el emplazamiento de mayor volumen, siendo que en varios sitios existía más de un residuo, lo que es importante desde el punto de vista económico, pues si un residuo llega a ser interesante para su reaprovechamiento, sería altamente probable que el cálculo estimado de recursos económicos realizado en este estudio sea conservador y, por lo tanto, el potencial económico real sea mayor.

En campo, en los emplazamientos de residuos seleccionados, se tomaron las medidas de ancho (m), largo (m) y alto (m), así se obtuvo el volumen estimado(V) de los mismos. Posteriormente, se consultó la densidad específica de los estériles de planta y de los diferentes tipos de roca encontrados en cada sitio (Tabla 2), para posteriormente sustituir valores y obtener el tonelaje del mineral por elemento de interés a partir de la siguiente expresión:

Donde,

Una vez que se obtuvo el tonelaje del mineral por elemento de interés, se aplicó un filtro a los emplazamientos de residuos que tuvieron concentraciones de importancia económica para cada elemento, es decir, aquellos que igualaban o superaban los valores mínimos explotables (Tabla 3). De esta manera, Au, Ag, Cu, Mo, Pb, Sb y Zn son los elementos que presentaron concentraciones de interés económico en los residuos mineros y, por lo tanto, los elementos de interés para el presente trabajo. Para la valoración económica, en septiembre del 2023 se consultó el precio de los metales en diferentes fuentes, tales como, London Metal Exchange (LME, 2023LME (2023). London Metal Exchange. Quarterly report-Q2 2023 https://www.lme.com/Market-data/Reports-and-data/LME-quarterly-report/2023-Q2
), Servicio Geológico Mexicano (SGM, 2023bSGM (2023b). Servicio Geológico Mexicano. Sistema Integral sobre Economía Minera (SINEM) https://www.sgm.gob.mx/SINEMGobMx/precio_metales.jsp
) y Antimony Market, una vez se obtuvieron todos los datos (Tabla 4), se remplazaron en la siguiente formula:

Donde,

3.1. Características de los residuos mineros abandonados

De los 101 PAM inventariados, 97 presentaron emplazamientos de residuos mineros, que corresponden a estériles de mina y planta, pilas de lixiviación, escorias, stocks de mineral, desmonte y otros tipos de acopios. De cada sitio inventariado, se registró la información del residuo minero con mayor volumen y en este se registraron las medidas del largo (m), ancho (m) y alto (m) del depósito. El cálculo del volumen de los residuos se realizó considerando una figura regular, por lo que el empleo de un método que proporcione una mayor exactitud contribuirá aún más con el conocimiento del potencial económico real. Como se puede observar en la Figura 2, los volúmenes de los residuos mineros presentan amplia heterogeneidad, existiendo, en el área de estudio desde pequeños emplazamientos de residuos (1.33 m³) hasta emplazamientos de grandes dimensiones (12 413 333 m³). En cuanto a las medidas de tendencia central de los volúmenes de residuos mineros, se encontró que el promedio es de 216 427 m³, mientras que la mediana es de 232 m³, estos resultados sugieren que, en su conjunto, los datos de los volúmenes presentan una distribución asimétrica y que la mediana es una mejor representación de la distribución de los datos.

Por otro lado, las muestras fueron tomadas cerca de la superficie del residuo minero, por lo que pueden no ser completamente representativas del emplazamiento, siendo los resultados tentativos. Sin embargo, es conocido que, en residuos mineros, las concentraciones de los elementos en superficie suelen ser menores que las concentraciones en las partes más profundas (Dinis et al., 2020Dinis, M.D.L., Fiúza, A., Futuro, A., Leite, A., Martins, D., Figueiredo, J., Góis, J., & Vila, M.C. (2020). Characterization of a mine legacy site : an approach for environmental management and metals recovery. Environ Sci Pollut Res Int. 2020, 27(9), 10103-10114. doi: https://10.1007/s11356-019-06987-x
), lo cual le da un mayor soporte técnico al presente estudio, ya que no se estarían sobrevalorando las concentraciones de los elementos de interés.

Como se mencionó, un parámetro importante a considerar para la evaluación económica fue la concentración de los elementos de interés en los residuos, en este sentido, en el presente estudio se utilizó la técnica de fluorescencia de Rayos-X (FRX), que para fines exploratorios es una técnica muy útil. La FRX puede ser utilizada para medir concentraciones de manera precisa en los elementos, como, Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Sr y Pb pero que no se recomienda para elementos como Au, Ag, Cd y Cr (Liu et al., 2020Liu, G., Liu, B., Yang, L., Hu, W., Qu, M., Lu, F., & Huang, B. (2020). Using pXRF to assess the accumulation, sources, and potential ecological risk of potentially toxic elements in soil under two greenhouse vegetable production systems in North China. Environmental Science Pollution Research, 27, 11105-11115. https://doi.org/10.1007/s11356-020-07674-y
; Rouillon & Taylor, 2016Rouillon, M., & Taylor, M.P. (2016). Can field portable X-ray fluorescence (pXRF) produce high quality data for application in environmental contamination research? Environmental Pollution, 214, 255-264. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.03.055
; Tian et al., 2018Tian, K., Huang, B., Xing, Z., & Hu, W. (2018). In situ investigation of heavy metals at trace concentrations in greenhouse soils via portable X-ray fluorescence spectroscopy. Environmental Science Pollution Research. Int., 25, 11011-11022. https://doi.loi.org/10.1007/s11356-018-1405-8
). Se hace mención que, de acuerdo con los valores mínimos explotables (Geochemistry from all around the world, 2023Geochemestry from all around the world (2023). Sorted Lowest Minable Grades (V.2). Linkedin. https://www.linkedin.com/pulse/sorted-lowest-minable-grades-v2-geochemistry-from-all-around-the-w/?trackingId=RXgp1R9GRUOpGqKxCI%2Fuzg%3D%3D. Consultado el 18 de septiembre de 2023.
), de los 97 emplazamientos de residuos mineros, en 34 de ellos se encontraron concentraciones de importancia económica, siendo los elementos de interés económico Au, Ag, Cu, Mo, Pb, Sb y Zn. Como se puede observar en la Figura 3, los elementos de interés económico presentan concentraciones homogéneas en los residuos que van en promedio de 300, 16, 25000, 1800, 55000, 11000 y 56000 mg/kg para Au, Ag, Cu, Mo, Pb, Sb y Zn, respectivamente. Conforme se muestra en la Figura 3, la excepción es el Cu que presenta mayor variabilidad en cuanto a su concentración.

Por otra parte, no hay que perder de vista la componente ambiental, el presente estudio analizó a los residuos mineros, mismos que representan riesgo ambiental a la salud humana y a los recursos naturales, por lo tanto, analizarlos desde el punto de vista económico es una alternativa viable no solo para su reaprovechamiento, sino también para su eventual remediación, es decir, los recursos económicos para remediar estos PAM podrían obtenerse de los mismos residuos mineros y así reinsertarlos a la economía circular. Con esto se estaría contribuyendo al suministro de los minerales críticos y prioritarios, tan necesarios para la transición energética y ecológica. Asimismo, se estaría contribuyendo a la reducción del riesgo ambiental que representan los residuos mineros. En todo caso, ya el reaprovechamiento significaría someterlos a procesos de evaluación de impacto ambiental que necesariamente tendrían que cumplir a cabalidad con la regulación ambiental vigente.

3.2. Valoración económica de los minerales críticos y estratégicos presentes en los residuos mineros

Se identificaron 97 emplazamientos de residuos mineros, en cada uno se obtuvo el tonelaje del mineral por elemento de interés (ver apartado 2.5), posteriormente, se tomaron como referencia los valores mínimos explotables por elemento (Tabla 3) y, de esta manera, se obtuvieron 34 emplazamientos de residuos mineros con valores económicos de interés. Los 63 emplazamientos restantes se descartaron del análisis del presente trabajo debido a que su tonelaje por cada mineral de interés no superaba los valores mínimos explotables por elemento (Tabla 3), es decir, en condiciones normales la reutilización de estos emplazamientos de residuos no pagaría los costes de extracción de los minerales de interés. En la Tabla 5 se presentan los resultados de la evaluación económica de los elementos críticos y estratégicos presentes en esas 34 instalaciones de residuos mineros. Los resultados sugieren alto potencial económico para los residuos del área de estudio, ya que se encontraron residuos con valores económicos calculados que van desde los 2 383 USD hasta 598 551 803 USD. Sin embargo, estos cálculos no tienen en cuenta los elementos no considerados de interés en el presente proyecto. En función de los precios en los mercados y aspectos técnicos de su beneficio, estos elementos podrían incluirse como de interés, aportando mayor valor agregado a la valoración económica de los PAM.

Aspecto relevante que destaca del análisis de la Tabla 5, es que, de los 34 emplazamientos de interés, 6 corresponden a estériles de planta, 17 a estériles de mina y 11 a stock de mineral, esto es interesante desde el punto de vista económico pues si bien los valores económicos se refieren al valor que tendrían los residuos al día de hoy, es decir, a la cantidad del elemento considerado que hay en cada masa de residuos, y por lo tanto, el valor ideal de un producto tratado, generalmente tras un tratamiento costoso y complejo, como lo que sucede en la caracterización mineralógica y metalúrgica de estériles de planta, a diferencia de los stocks de mineral y los estériles de mina que por lo general requieren tratamientos menos complejos.

De la Tabla 5 también se puede concluir que los emplazamientos de residuos mineros que mayor potencial económico presentaron (> 30 000 000 USD) corresponden a estériles de planta de Au y Mo, lo cual no solo se debe a su volumen, sino a las importantes concentraciones que presentan en sus elementos de interés. Sin embargo, una restricción sería la inversión que debería realizarse en caracterización mineralógica y metalúrgica para la extracción del Au y Mo, lo que da pie a comentar que el siguiente paso en esta investigación, será realizar estudios de caracterización de detalle de los residuos mineros de interés, con muestreo en profundidad y con análisis químicos especializados, de tal manera que se pueda realizar una cubicación precisa de los minerales de interés contenidos en los residuos mineros. Este paso, crítico en la viabilidad del aprovechamiento de estos residuos, sería la principal línea de investigación futura.