Valorización de residuos no peligrosos para la elaboración de tecnosuelos aplicados a la recuperación de espacios mineros abandonados

• Autores: Sandra Fernández Landero
• Directores de la Tesis: Juan Carlos Fernández Caliani (dir. tes.), Pablo José Hidalgo Fernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Número de páginas: 186
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Industrial y Ambiental por la Universidad de Huelva
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias del suelo
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
• Resumen
  • español

    La tesis se enmarca en el ámbito de la economía circular y el desarrollo sostenible, proponiendo el uso de tecnosuelos como una estrategia de remediación ambiental para recuperar suelos degradados por la minería metálica. Los tecnosuelos son mezclas formuladas a partir de residuos no peligrosos (RNP), tanto orgánicos como inorgánicos, con el objetivo de neutralizar la acidez, inmovilizar metales pesados y mejorar las condiciones edáficas para permitir el crecimiento vegetal. Se estudiaron cinco emplazamientos contaminados por drenaje ácido de minas (DAM) y metales pesados en Riotinto, Tharsis y el estero Domingo Rubio (estuario de Huelva). La caracterización de los suelos incluyó análisis físico-químicos, geoquímicos y mineralógicos, revelando condiciones extremadamente ácidas (hasta 663 mmol H⁺ kg⁻¹), deficiencia de nutrientes y elevadas concentraciones de elementos potencialmente tóxicos (EPT) como As, Pb, Cd, Cu, Zn y Tl, asociados a partículas de sulfuros, sulfatos y óxidos de hierro. El diagnóstico ambiental evidenció que estos suelos han agotado su capacidad amortiguadora y actúan como fuentes activas de efluentes contaminantes. En este contexto, se seleccionaron RNP para formular tecnosuelos destinados a la restauración ambiental de los suelos afectados, y se evaluaron sus parámetros electroquímicos, contenidos de C, S y nutrientes esenciales (N, K, P), así como las concentraciones de EPT e hidrocarburos totales del petróleo. Se formularon ocho tecnosuelos combinando 60% de residuos orgánicos y 40% inorgánicos, y se mezclaron con diferentes proporciones de suelo contaminado (95, 85, 80, 75, 70, 60 y 50%). Las mezclas se sometieron a ensayos de lixiviación y análisis químicos, mostrando mejoras significativas: el pH de los lixiviados aumentó hasta 7,6 y la fracción móvil de los metales pesados disminuyó a menos del 0,10%, debido a la formación de compuestos menos solubles como hidróxidos y carbonatos. También se observó una mejora en la disponibilidad de cationes básicos y nutrientes esenciales. De las formulaciones evaluadas, se seleccionaron 15 mezclas con mayor eficacia neutralizante y capacidad de inmovilización para una segunda fase experimental en macetas, en la que se cultivaron plántulas de Brassica juncea. Tras un periodo de incubación de 14 días y cinco meses de seguimiento en invernadero, se evidenció la estabilidad química de los tecnosuelos y una significativa disminución en la concentración de EPT disueltos en el agua de poro, así como un aumento en los niveles de Ca, Mg, K, bicarbonato, nitrato y fósforo asimilable. Brassica juncea mostró una alta tasa de germinación y crecimiento en los suelos tratados. Los indicadores de crecimiento vegetal, como la altura de la planta, el número de hojas y la biomasa producida, confirmaron la mejora en las condiciones edáficas. En conclusión, la aplicación de tecnosuelos representa una alternativa viable y sostenible para la valorización de residuos industriales y la rehabilitación de áreas impactadas por la minería. Su eficacia, sin embargo, debe confirmarse mediante pruebas piloto antes de su aplicación a escala real.

  • English

    This research is framed within the scope of circular economy and sustainable development, proposing the use of technosols as an environmental remediation strategy to restore soils degraded by metal mining. Technosols are engineered mixtures formulated from non-hazardous wastes (NHW), both organic and inorganic, with the aim of neutralizing acidity, immobilizing heavy metals and improving soil conditions to support plant growth. Five sites affected by acid mine drainage (AMD) and heavy metals contamination were studied in Riotinto, Tharsis and Domingo Rubio tidal creek (Huelva estuary). Soil characterization included physico-chemical, geochemical and mineralogical analyses, revealing extremely acidic conditions (up to 663 mmol H⁺ kg⁻¹), severe nutrient deficiencies, and elevated concentrations of potentially toxic elements (PTEs) such as As, Pb, Cd, Cu, Zn, and Tl. These contaminants were primarily associated with sulfides, sulfates, and iron oxides derived from abandoned mine wastes. The environmental assessment indicated that these soils have lost their buffering capacity and now act as active sources of contaminant effluents. In response, NHW materials were selected to formulate technosols for environmental restoration. Their electrochemical properties, contents of carbon, sulfur and essential nutrient (N,K, P), as well as concentrations of PTEs and total petroleum hydrocarbons (TPH), were thoroughly evaluated. Eight technosol formulations were prepared by combining 60% organic and 40% inorganic residues, and mixed with varying proportions of contaminated soil (95, 85, 80, 75, 70, 60, and 50%). These mixtures underwent standardized leaching tests and chemical analyses, showing significant improvements: leachate pH increased up to 7.6 and the mobile fraction of heavy metals dropped to below 0.10%, attributed to the formation of less soluble compounds such as hydroxides and carbonates. An improvement in the availability of basic cations and essential nutrients was also observed. From the tested formulations, 15 mixtures with the highest neutralizing capacity and contaminant immobilization efficiency were selected for a second experimental phase in potted trials, where Brassica juncea seedlings were planted. Following a 14-day incubation period and five months of monitoring under greenhouse conditions, the tehnosols showed a significant reduction of PTE concentrations dissolved in pore water and an increased levels of Ca, Mg, K, bicarbonate, nitrate and available phosphorus. Brassica juncea showed high germination rates and robust growth in the treated soils. Plant growth indicators, including height, leaf count and biomass production, confirmed substantial improvements in soil quality. In conclusion, the application of technosols offers a viable and sustainable alternative for the valorization of industrial wastes and the rehabilitation of mining-impacted areas. However, the technosol effectiveness should be further validated through pilot-scale tests prior to large-scale implementation.