USO DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN MINERÍA: …
Transcript of USO DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN MINERÍA: …
USO DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN
MINERÍA: CONCEPTOS Y APLICACIONES
Yordy Alejandro Bustos Contreras
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Departamento de materiales y minerales
Medellín, Colombia
2021
USO DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN MINERÍA
CONCEPTOS Y APLICACIONES
Yordy Alejandro Bustos Contreras
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ingeniería de Recursos Minerales
Director (a):
Ph.D. Oscar Jaime Restrepo Baena
Departamento de Materiales y Minerales Facultad de Minas
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Departamento de Materiales y Minerales
Medellín, Colombia
2021
Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
USE OF HYPERACUMULATOR
PLANTS IN MINING: CONCEPTS AND
APPLICATIONS
Yordy Alejandro Bustos Contreras
National university of Colombia
Faculty of Mines, Department of materials and minerals
Medellín Colombia
2021
USE OF HYPERACUMULATOR
PLANTS IN MINING: CONCEPTS AND
APPLICATIONS
Yordy Alejandro Bustos Contreras
Research work presented as a partial requirement to qualify for the title of:
Master of Engineering - Mineral Resources
Director (a):
Ph.D. Oscar Jaime Restrepo Baena
Department of materials and minerals
Faculty of Mines
National university of Colombia
Faculty of Mines, Department of materials and minerals
Medellín Colombia
2021
Dedicatoria
Este trabajo lo dedico especialmente a mi
señor padre Carlos Bustos y a mi señora madre
Yolanda Contreras por sus innumerables palabras de
motivación y su incondicional apoyo, esto es por y
para ustedes.
Declaración de obra original
Yo declaro lo siguiente:
He leído el Acuerdo 035 de 2003 del Consejo Académico de la Universidad Nacional.
«Reglamento sobre propiedad intelectual» y la Normatividad Nacional relacionada al
respeto de los derechos de autor. Esta disertación representa mi trabajo original, excepto
donde he reconocido las ideas, las palabras, o materiales de otros autores.
Cuando se han presentado ideas o palabras de otros autores en esta disertación, he
realizado su respectivo reconocimiento aplicando correctamente los esquemas de citas y
referencias bibliográficas en el estilo requerido.
He obtenido el permiso del autor o editor para incluir cualquier material con derechos de
autor (por ejemplo, tablas, figuras, instrumentos de encuesta o grandes porciones de
texto).
Por último, he sometido esta disertación a la herramienta de integridad académica, definida
por la universidad.
________________________________
Yordy Alejandro Bustos Contreras
Fecha 27/07/2020
Agradecimientos
Agradecimientos
En primer lugar le agradezco a mi familia por ser el soporte y apoyo en los momentos
difíciles vividos en este inimaginable 2020, A mis padres por sus innumerables palabras
de aliento. A mis hermanas Yuly, Cindy y Karen; que siempre fueron acertadas y
motivadoras con sus comentarios, las amo!
A mi esposa Delsy Opina por su apoyo y valiosos comentarios para la realización de este
documento.
Mi especial gratitud a mi director Oscar Jaime Restrepo, por ser el guía en este trabajo y
por sus valiosos comentarios que hicieron que una pequeña idea se convirtiera en un
proyecto de grado y un nuevo camino profesional. También le agradezco por los
conocimientos compartidos durante mi vida académica y por fomentar en mí los valores de
la Universidad, Trabajo y Rectitud.
Finalmente a lo que representa la Universidad Nacional de Colombia, a cada uno de los
docentes que intervinieron en la maestría, a los compañeros, por los diferentes puntos de
vista, al debate, por formar criterio profesional y personal. Muchas Gracias.
Resumen y Abstract
RESUMEN
El trabajo final de maestría que aquí se presenta es una revisión de literatura de los
avances en la extracción de metales mediante el uso de plantas, tema que ha tomado
relevancia actualmente dado el principio de sostenibilidad en el cual está enmarcado. Esta
tecnología usa la capacidad de algunas plantas de acumular metales para dar origen a
“bio-menas” que además de remediar ambientes contaminados inmovilizando o
capturando contaminantes, podría generar un beneficio económico adicional mediante la
extracción y posterior comercialización de los metales asimilados.
Así como la minería involucra diversos procesos para lograr la recuperación de los
diferentes metales, la fitominería involucra especies particulares de plantas con la
capacidad de acumular altas concentraciones de metales y generar biomasa que puede
ser incluida en varias etapas del ciclo minero, por ejemplo como herramienta para la
ubicación de objetivos en exploración, extracción de elementos con valor económico y en
la mitigación de impactos por contaminación en el cierre de minas o remediación de
pasivos ambientales.
Este trabajo pretende mostrar las ventajas de los desarrollos de esta aplicación en los
procesos de mayor relevancia dentro del ciclo minero e incentivar la investigación a nivel
nacional, ya que existen problemas reales de contaminación como pasivos ambientales
en pequeña minería metálica, presencia de metales pesados en fuentes hídricas,
productos de un crecimiento industrial y poblacional desordenado, que aportan al medio
ambiente metales tales como, cadmio, mercurio, plomo y arsénico los cuales podrían ser
tóxicos para los organismos vivientes y requieren ser controlados. De igual forma se
aportan otros iones metálicos como Ni, Au, Ag, Mn, Cu entre otros, los cuales pueden tener
un aprovechamiento económico con el uso de esta tecnología, además, esta tecnología
toma relevancia ya que es posible la existencia de las plantas identificadas por los autores
estudiados con especies endémicas en el país, con lo cual es posible diseñar proyectos
de interés económico con la aplicación de técnicas de fito-extracción y fito-estabilización
del cual se presenta un caso de estudio.
Palabras clave: Fitominería, Plantas hiperacumuladoras, Fitoextracción,
Fitoestabilización, Sostenibilidad Minera, Minería metálica
Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
ABSTRACT
The final master’s degree paper presented here is a literature review of the advances in
the extraction of metals through the use of plants, a topic that has now taken on relevance
given the principle of sustainability in which it is framed. This technology uses the capacity
of some plants to accumulate metals to give rise to "bio-ores" that in addition to remediating
contaminated environments by immobilizing or capturing pollutants, could generate
additional economic benefit through the extraction and subsequent marketing of the
assimilated metals.
Just as mining involves various processes to achieve the recovery of different metals, plant
health involves particular plant species with the ability to accumulate high concentrations
of metals and to generate biomass that can be included in several stages of the mining
cycle, for example as a tool for locating targets under exploration, extraction of elements
with economic value and in mitigation of pollution impacts in the closure of mines or
remediation of environmental liabilities.
This paper aims to show the advantages of the developments of this application in the most
relevant processes within the mining cycle and to encourage research at national level,
because there are real problems of pollution such as environmental liabilities in small metal
mining, presence of heavy metals in water sources products of a disorderly industrial and
population growth, which provide the environment with metals such as cadmium, mercury,
lead and arsenic to be toxic to living organisms and need to be controlled. Other metal ions,
such as Ni, Au, Ag, Mn, Cu, among others, which can be used economically with the
application of this technology, in addition, this technology takes on relevance since it is
possible the existence of the plants identified by the authors studied with endemic species
in the country, with which it is possible to design projects of economic interest with the
application of phyto-extraction and phyto-stabilization techniques, of which a case study is
presented.
Keywords: Phytomining, Hyperaccumulators Plants, Bio- ores, Phyto-stabilization,
Mining Sustainability, Metal Mining
Contenido
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN ......................................................................................................................... I
ABSTRACT ...................................................................................................................... II
CONTENIDO .................................................................................................................... III
Lista de figuras .............................................................................................................. VI
Lista de tablas .............................................................................................................. VII
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 1
1 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 5 1.1 Previo a 1975 ..................................................................................................... 5 1.2 Periodo entre el año 1975 y 1995 ....................................................................... 7 1.3 Periodo entre el año 1995 a la fecha .................................................................. 8
2 CONCEPTOS DE FITORREMEDIACIÓN ................................................................ 12 2.1 Tipos de contaminación.................................................................................... 15
2.1.1 Metales pesados ............................................................................................ 15 2.1.2 Fuentes de metales pesados ......................................................................... 15 2.1.3 Metal bio-disponible ....................................................................................... 16
2.2 Tipos de fitorremediación ................................................................................. 17 2.3 Plantas hiperacumuladoras .............................................................................. 18 2.4 Factores afectan la asimilación del metal por la planta ..................................... 20
2.4.1 Especie de planta .......................................................................................... 20 2.4.2 Granulometría del suelo ................................................................................. 20 2.4.3 Materia orgánica del suelo ............................................................................. 21 2.4.4 Capacidad de intercambio de cationes del suelo ........................................... 21 2.4.5 Humedad del suelo ........................................................................................ 21 2.4.6 Potencial de reducción y pH del suelo ........................................................... 22 2.4.7 Salinidad del suelo ......................................................................................... 22 2.4.8 Biología del suelo .......................................................................................... 22
2.5 Plantas hiperacumuladoras en corrientes de agua ........................................... 22 2.5.1 Humedal de flujo superficial ........................................................................... 23 2.5.2 Humedal de flujo Subsuperficial ..................................................................... 24 2.5.3 Humedal de flujo vertical ................................................................................ 25
3 APLICACIÓN DE LAS PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN MINERÍA ........... 26 3.1 Herramienta de exploración regional de yacimientos ....................................... 26
Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
3.2 Fitorremediación o fitoextracción pasiva ........................................................... 29 3.2.1 Remediación de residuos sólidos generados por minería .............................. 31 3.2.2 Contención y tratamiento de efluentes .......................................................... 33 3.2.3 Remediación de áreas degradadas o pasivos ambientales ........................... 34
3.3 Fitominería o fitoextracción ............................................................................... 34 3.3.1 Estrategia de fitoextracción ........................................................................... 35 3.3.2 Aprovechamiento de desechos industriales ................................................... 36 3.3.3 Suelos o efluentes de baja concentración ..................................................... 37
3.4 Procesamiento de la biomasa ........................................................................... 38 3.4.1 Secado .......................................................................................................... 39 3.4.2 Incineración ................................................................................................... 39 3.4.3 Fundición ....................................................................................................... 40 3.4.4 Lixiviación y electrobtención .......................................................................... 40 3.4.5 Otros procesos .............................................................................................. 40
3.5 Evaluación de proyectos aplicando fitominería ................................................. 41 3.5.1 Etapa de prefactibilidad ................................................................................. 41 3.5.2 Etapa de factibilidad e ingeniería básica ....................................................... 42 3.5.3 Evaluación económica del proyecto .............................................................. 42
4 TIPOS DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS .................................................... 44 4.1 Plantas acumuladoras de Aluminio ................................................................... 46 4.2 Plantas acumuladoras de Arsénico ................................................................... 46 4.3 Plantas acumuladoras de Boro ......................................................................... 46 4.4 Plantas acumuladoras de Calcio ....................................................................... 46 4.5 Plantas acumuladoras de Cadmio .................................................................... 47 4.6 Plantas acumuladoras de Cobalto .................................................................... 48 4.7 Plantas acumuladoras de Cobre ....................................................................... 48 4.8 Plantas acumuladoras de Cromo ...................................................................... 49 4.9 Plantas acumuladoras de Hierro ....................................................................... 49 4.10 Plantas acumuladoras de Magnesio ................................................................. 49 4.11 Plantas acumuladoras de Mercurio ................................................................... 49 4.12 Plantas acumuladoras de Manganeso .............................................................. 50 4.13 Plantas acumuladoras de Níquel ...................................................................... 50 4.14 Plantas acumuladoras de Oro ........................................................................... 53 4.15 Plantas acumuladoras de Potasio ..................................................................... 53 4.16 Plantas acumuladoras de Plomo ....................................................................... 53 4.17 Plantas acumuladoras de Selenio ..................................................................... 55 4.18 Plantas acumuladoras de Talio ......................................................................... 55 4.19 Plantas acumuladoras de Uranio ...................................................................... 55 4.20 Plantas acumuladoras de Zinc .......................................................................... 56 4.21 Potencial de especies en Colombia .................................................................. 56
5 CASO DE ESTUDIO ................................................................................................ 58 5.1 Preparación del experimento ............................................................................ 58 5.2 Montaje experimental ........................................................................................ 61 5.3 Desarrollo de la prueba ..................................................................................... 62 5.4 Resultados ........................................................................................................ 62
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 68 6.1 Conclusiones .................................................................................................... 68 6.2 Recomendaciones ............................................................................................ 70
Contenido
7 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 71
Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
Lista de figuras
Pág. Figura 1-1. Histórico del número de publicaciones para la clave “Contamination and
pollution” y “Remediation” entre el periodo de 1975 a 1995 .............................................. 8
Figura 1-2:Histórico del número de publicaciones para la clave “Remediation” y
“Phytorremediation” .......................................................................................................... 9
Figura 1-3:Histórico del número de publicaciones para las claves secundarias
“Hyperaccumulation” y “Phytomining” ............................................................................. 10
Figura 1-4:Tendencias de búsqueda bibliográfica en los últimos años ........................... 11
Figura 2-1. (A) Modelo esquemático de diferentes tecnologías de fitorremediación
involucrando remoción y contención de contaminantes; (B) Procesos fisiológicos que
toman lugar en la planta durante la remediación. ............................................................ 18
Figura 2-2. Humedal de flujo superficial ......................................................................... 24
Figura 2-3. Humedal de flujo Subsuperficial ................................................................... 24
Figura 2-4. Humedal de flujo superficial ......................................................................... 25
Figura 3-1:Máxima profundidad de raíces para diversos grupos de vegetación ............. 27
Figura 3-2:Toma directa de muestras ............................................................................ 28
Figura 3-3:Zonificación de anomalías para hierro usando análisis de vegetación .......... 28
Figura 3-4:Sección transversal de un sistema de tratamiento de efluentes .................... 33
Figura 3-5:Modelo propuesto original para un sistema de fitominería para metales” ...... 35
Figura 3-6:Implementación de cultivo piloto para fitominería de níquel. ......................... 38
Figura 3-7:Diagrama de flujo extracción del metal de la biomasa................................... 39
Figura 5-1:Montaje experimental con Salix spp .............................................................. 61
Figura 5-2: Montaje experimental con Salix spp ............................................................. 62
Figura 5-3:Percentiles para concentración para Aluminio .............................................. 63
Figura 5-4:Percentiles para concentración para Hierro .................................................. 63
Figura 5-5:Percentiles para concentración para Calcio .................................................. 64
Figura 5-6:Percentiles para concentración para Potasio ................................................ 64
Figura 5-7:Percentiles para concentración para Zinc ..................................................... 65
Figura 5-8:Percentiles para concentración para Manganeso .......................................... 65
Contenido
Lista de tablas
Pág.
Tabla 2-1:Ventajas y desventajas de la fitorremediación, parte 1. .................................. 12
Tabla 2-2:Ventajas y desventajas de la fitorremediación, parte 2. .................................. 13
Tabla 2-3:Contaminantes ambientales donde es posible usar fitorremediación ............. 14
Tabla 3-1. Casos de estudio de fitorremediación de metales, parte 1 ............................ 29
Tabla 3-2. Potencial anual de cultivos de plantas hiperacumuladoras, (Chaney y
Baklanov, 2017). ............................................................................................................ 43
Tabla 4-1. Especies de la familia Basicaceae con propiedad de hiperacumulación para
cada metal ...................................................................................................................... 44
Tabla 4-2. Familia principales con propiedad de hiperacumulación................................ 45
Tabla 4-3. Especies con hiperacumulación comprobada para Aluminio ......................... 46
Tabla 4-4. Especies con hiperacumulación comprobada para Arsénico ......................... 46
Tabla 4-5. Especies con hiperacumulación comprobada para Boro ............................... 46
Tabla 4-6. Especies con hiperacumulación comprobada para Calcio ............................. 46
Tabla 4-7. Especies con hiperacumulación comprobada para Cadmio .......................... 47
Tabla 4-8. Especies con hiperacumulación comprobada para Cobalto .......................... 48
Tabla 4-9. Especies con hiperacumulación comprobada para Cobre ............................. 48
Tabla 4-10. Especies con hiperacumulación comprobada para Cromo .......................... 49
Tabla 4-11. Especies con hiperacumulación comprobada para Hierro ........................... 49
Tabla 4-12. Especies con hiperacumulación comprobada para Magnesio ..................... 49
Tabla 4-13. Especies con hiperacumulación comprobada para Mercurio ....................... 49
Tabla 4-14. Especies con hiperacumulación comprobada para Manganeso .................. 50
Tabla 4-15. Especies con hiperacumulación comprobada para Níquel .......................... 50
Tabla 4-16. Especies con hiperacumulación comprobada para oro ............................... 53
Tabla 4-17. Especies con hiperacumulación comprobada para Potasio ......................... 53
Tabla 4-18. Especies con hiperacumulación comprobada para Plomo .......................... 53
Tabla 4-19. Especies con hiperacumulación comprobada para Selenio ......................... 55
Tabla 4-20. Especies con hiperacumulación comprobada para Talio ............................. 55
Tabla 4-21. Especies con hiperacumulación comprobada para Uranio .......................... 55
Tabla 4-22. Especies con hiperacumulación comprobada para Zinc .............................. 56
Tabla 4-23. Número de especies con potencial de hiperacumulación con presencia en
Colombia ........................................................................................................................ 57
Tabla 5-1:Matriz de experimentos .................................................................................. 59
Tabla 5-2:Caracterización del lixiviado ........................................................................... 59
Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
Tabla 5-3:Caracterización del suelo usado como sustrato .............................................. 60
Tabla 5-4: Contaminantes ambientales donde es posible usar fitorremediación ............. 61
Tabla 5-5:Resultados químicos promedios para cada una de las muestras .................... 66
Introducción 1
INTRODUCCIÓN
Este trabajo surge como alternativa sostenible a la presión que ejercen los mercados y las
comunidades sobre los proyectos de explotación de minerales, mezclado con la necesidad
de implementar nuevas tecnologías en la industria y que ha fomentado nuevamente la
observación de la naturaleza y los procesos que se desarrollan naturalmente, el caso
particular, la interacción entre las plantas y los iones metálicos en los suelos y efluentes,
en el escenario de altas concentraciones de estos.
Se ha podido establecer que algunas plantas presentan la habilidad de crecer
cómodamente en estas condiciones de concentración y con su crecimiento asimilan parte
de estos en su estructura física, esta capacidad es totalmente dependiente de la zona
geográfica donde se observe el fenómeno, ya sea por el clima particular de cada región o
por las características fisicoquímicas del suelo, sin embargo, lo interesante de estudiar este
comportamiento entre la planta y los iones metálicos radica en que se puedan usar con
diversos fines dependiendo del uso final de uso del suelo o el efluente, entonces es
importante conocer la presencia de plantas endémicas con esta propiedad en cada zona
geográfica del país, inicialmente se pretende verificar la existencia o la presencia de
aquellas familias que han demostrado tener esta capacidad en otras latitudes.
El alcance de este trabajo será realizar una revisión de literatura con las experiencias
desarrolladas con el uso de plantas hiperacumuladoras para la concentración de metales
pesados en diversos procesos de la industria minera, realizar un inventario de especies
con la propiedad de acumular metales y presentar una propuesta para la aplicación de
estas como tratamiento de los pasivos ambientales originados por la pequeña minería o
vertimientos industriales como se mostrará en el caso de estudio.
Si bien existen referencias orales que algunas culturas usaban plantas para facilitar la
metalurgia de sus joyas, no existe documentación científica el respecto (Neesse, 2013),
Los primeros pasos formales en este campo se dieron al finalizar el siglo XIX, cuando
2 Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
Lungwitz en sus observaciones describió como ciertos metales podían ser “consumidos”
por algunas plantas. Él fue el primero en sugerir que, en la naturaleza, el oro podía ser
disuelto y absorbido por la planta (Lungwitz, 1900).
En el primer cuarto del siglo XIX gracias al desarrollo científico en el estudio de la materia
y el perfeccionamiento de los métodos de medición y detección de pequeñas
concentraciones de metales, se dio inicio al campo de la geoquímica, Inicialmente con el
interés de conocer con más precisión la composición de rocas y minerales que con el pasar
del tiempo llevó a estudiar las plantas, animales y la atmosfera (Goldschmidt, 1929). Junto
con él, sentaron las bases en este campo de investigación, F. W. Clarck (1847 -1934)
destacado con su libro “Los datos de geoquímica”, V. I. Vernadski (1863 -1945) por sus
aportes en el campo de la geoquímica del carbón y elementos radioactivos (Fortescue,
1980). Para Goldschmidt el principal legado fueron los tomos del libro “Geochemistry”, los
cuales recopilan las principales contribuciones en esta área a lo largo de su vida y se
convirtió en el libro estándar de geoquímica por muchos años(Glasby, 2006).
Más adelante en los años 70’s del siglo XX (Wither y Brooks, 1.977), en su estudio sobre
la acumulación de níquel en las plantas, introdujeron el término hiper acumulación, para
describir el proceso natural por el cual ciertas especies de plantas podrían acumular el
metal hasta una concentración de 1.000 mg/kg en peso seco. Inicialmente lo introdujo para
acumulación de níquel, pero actualmente se han identificado plantas hiper acumuladoras
para Cd, Cu, Co, Mn, Se Tl y Zn. Esto de alguna manera dio origen a una rama de la
metalurgia extractiva que se ha ido ampliando dado el potencial de concentración de las
plantas y el precio de algunas materias primas y la cual es el foco de búsqueda de este
trabajo.
De igual forma, con este trabajo se pretende realizar una revisión de las últimas décadas
de investigación en esta área donde se han desarrollado aplicaciones de gran éxito como
la ubicación de anomalías geoquímicas para identificar objetivos de exploración,
repoblación forestal en sitios contaminados por metales pesados y el tratamiento de
desechos mineros (Christopher Anderson et al., 2005).
Finalmente se pretende analizar el uso de plantas hiperacumuladoras en la actualidad con
aplicaciones, de beneficio económico dado el precio de algunos metales como oro,
INTRODUCCIÓN 3
germanio y elementos de las tierras raras (REE) propuesto por Wiche (Wiche y Heilmeier,
2016) o en desechos de níquel propuesto por (Tognacchini et al., 2020) en desechos con
oro, plata y cobre propuesto por (González Valdez et al., 2018); de rehabilitación de suelos
contaminados propuesto por Pandey en su libro “Remediación de suelos contaminados”
(Pandey y Bauddh, 2018) o por Vara en su libro “Bio-Geotecnología para rehabilitación de
sitios de mina (Oyewo et al., 2018); por la optimización de la producción de biomasa por
ha y de estimulación al suelo propuesta por Chaney para la extracción de metales
pesados(Chaney y Mahoney, 2014), además se sigue investigando sobre la diversidad y
ubicación de plantas con estas propiedades en el mundo(Murphy et al., 2019).
Se espera que este trabajo sea un punto de convergencia entre dos campos como la
minería y la ecología enmarcada al interior del territorio nacional; desde el punto de vista
académico se buscará recopilar la mayor información que existe sobre plantas
hiperacumuladoras, debido a que existe gran cantidad de información aunque se ha
presentado de forma muy dispersa, además se considera importante identificar especies
exitosas con esta propiedad de otras regiones del planeta que podrían tener presencia en
el país, cabe resaltar que el uso de esta en tecnología en áreas de proyectos mineros en
climas tropicales está en pleno desarrollo y existe un gran desconocimiento de especies
con esta propiedad por lo que este trabajo hará un gran esfuerzo por recopilar esta
información que ha sido publicada y no se encuentra fácilmente asequible.
Además, se espera que con este trabajo se promueva el desarrollo e investigación de esta
tecnología, para usarla en los actuales focos de contaminación ya sea de operaciones
mineras abandonadas o de operaciones a pequeña escala donde ya exista la presencia
de metales pesados. Inclusive se presentará al lector los beneficios económicos de aplicar
estos conceptos versus aplicaciones estándar para el control de contaminantes.
El desarrollo y uso de fito-tecnologías continúa avanzando con un movimiento constante,
ahora más ecologistas, ingenieros y oficiales de diferentes gobiernos reconocen el
potencial de la fitoextracción como una herramienta sostenible para abordar algunos de
los desafíos ambientales en el mundo, aún existe un inmenso desconocimiento de
especies con estas capacidades en climas tropicales. Para un país como Colombia que
aún no ha desarrollado de forma importante los yacimientos mineros de gran escala se
4 Uso de plantas hiperacumuladoras en Minería: Conceptos y aplicaciones
convierte en una oportunidad de investigación con aplicación inmediata en los proyectos
por iniciar.
Se destaca en este documento la recopilación de al menos 222 especies, agrupadas en
52 familias con usos prácticos en el campo de la hiperacumulación de metales que se
reportan en diferentes publicaciones y que no habían sido agrupadas hasta la fecha. Se
documentan con la fuente de su autor y año lo que permite acudir a la fuente original para
su consulta más detallada.
Capítulo 1. Antecedentes 5
1 ANTECEDENTES
El campo de la ciencia de cual se desprende este documento es relativamente nuevo, pero
está cimentado en una larga historia de desarrollos, por lo cual se dará una breve
recopilación de los descubrimientos y desarrollos sobre los cuales está cimentada esta
temática. Para una mejor comprensión, el autor presenta la evolución de este campo en
tres periodos de tiempo. El primero toma lugar en aquellos adelantos antes del año 1975,
periodo que aborda el descubrimiento del fenómeno hasta cuando se acuña por primera
vez el término “hiperacumulación”. El segundo periodo abarca un lapso de 20 años
caracterizado por la baja actividad científica en donde no se hicieron significativos estudios
sobre el tema, aunque los pocos que se hicieron presentaron avances en el conocimiento
de la interacción ión – planta los cuales serían muy útiles para los futuros investigadores.
Finalmente, el tercer periodo comprende desde el año 1995 al presente donde se aprecia
un incremento en el interés de investigación sobre las diversas aplicaciones de las
propiedades de tolerar altas concentraciones de metales de estas plantas y en particular
el uso para el aprovechamiento económico en la extracción de metales con fines
industriales con la denominada “fitominería”.
1.1 Previo a 1975
Antes de 1975, el uso de plantas para trabajar metales tiene referencias en varias culturas
en todo el mundo desde antes del siglo XX (Neesse, 2013), aunque los primeros datos se
remontan hasta 1855 con el descubrimiento de la especie “Viola calaminaria” en los
reportes de Forchhammer y posteriormente confirmados en el año 1865 por Sachs, donde
incluye la especie “ Thlaspi alpestre” con concentraciones de zinc anormalmente altas en
materia vegetal seca.(R D Reeves, 2006)
Para la época los científicos incluyeron dentro de las alternativas de producción de cianuro
algunas plantas que al parecer podían disolver metales (Lungwitz, 1900), a medida que se
6 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
conocía más del fenómeno que sucedía al interior de las plantas, se realizaron hallazgos
de acumulación de otro tipo de metales como zinc y cobre que no podían ser descritos con
las técnicas disponibles en la época.
Con los avances en instrumentación que se dieron en las dos primeras décadas del siglo
XIX, se desarrollaron nuevos métodos de detección de elementos químicos que
potenciaron descubrimientos de fenómenos que anteriormente no habían podido ser
estudiados desde Lungwitz. En este periodo el estudio de la absorción de oro y metales
preciosos por plantas no tuvo grandes avances, aunque se mantuvo como un tema vigente
con la prospección de recursos minerales que realizaban las grandes compañías mineras,
no fue hasta 1929 con el desarrollo incipiente del espectrofotómetro, de la difracción de
rayos X y microscopia electrónica de barrido conocida como (MEB) cuando hubo una
explosión de investigación en las áreas de geociencias que se denominó “Geoquímica”, en
la cual se buscaba estudiar las distribuciones y cantidades de elementos químicos en los
minerales, rocas, suelos, plantas, aguas y atmosfera y como estos circulaban en la
naturaleza, sobre la base de sus átomos y iones (Goldschmidt, 1954).
Los pioneros y desarrolladores de los estudios sobre geoquímica fueron básicamente tres
personas F. W Clarck (1847 – 1934) quien recolectó, clasificó y sintetizó los datos de la
composición química de muchas rocas, minerales y agua, los cuales quedaron plasmados
en su libro “The data of geochemistry” publicado en 1924. Un segundo pionero fue el
científico ruso V.I Vernadsky (1863 – 1945), discípulo de Mendeleev en la universidad de
San Petersburgo, el cual concentró su investigación en el estudio de la composición de los
suelos, la biosfera y la atmósfera, Su reconocimiento lo logró con su libro “The Biosphera”
en el año de 1927, donde planteó temas como la geoquímica del carbón y los ciclos
geoquímicos del manganeso, bromo y yodo. El tercer pionero fue el noruego V.M.
Goldschmidt (1888 – 1947), el cual concentró su estudio en la clasificación geoquímica de
los elementos, de las tierras raras, del agua de los océanos, de las cenizas de carbón y en
el enriquecimiento de elementos en capas de humus en bosques caducifolios (Fortescue,
1980).
Aunque se estaban dando importantes avances en el conocimiento de la composición de
todo lo que nos rodeaba, toda la investigación científica se enfocó en el análisis de la
contaminación.
Capítulo 1. Antecedentes 7
1.2 Periodo entre el año 1975 y 1995
No fue hasta inicios de 1970 que se retomaron los estudios sobre descubrimientos
anteriores en particular la presencia de metales en plantas y bosques. Loa resultados más
destacados fueron realizados por Jaffre y sus colegas, ellos presentaron sus
observaciones sobre la acumulación masiva de níquel en la planta sebertia accuminata y
acuñaron por primera vez el término hiperacumulación (Jaffre et al., 1976), posteriormente
Brooks refinó el término donde se refiere a la concentración de metales de más de 1.000
mg/kg en peso seco (0,1%) en cualquier tejido de la planta, el cual está vigente
actualmente . Los resultados de estos estudios de Brooks sobre el Níquel condujeron la
atención sobre algunas anomalías sobre la presencia de Zinc y el plomo en las especies
thalaspi rotundifolium subsp. Cepaeifolium y alyssum wulfenianum creciendo sobre
rellenos de colas de minas en el norte de Italia reportando niveles hasta de 8.200 ug/g
(0,82%) de plomo y hasta de 17.300 μg/g (1,73%) de Zinc (R. D. Reeves & Brooks, 1983).
Otra especie con valores significativos fueron reportados por Kruckeberg cuando analizaba
la presencia de cobre en plantas presentes sobre desechos en minas de cobre en el estado
de California (USA), se reportó en Arenaria douglasi hasta 2.281 μg/g, en Bromous mollis
hasta 2.096 μg/g y en Vulpia microstachya hasta 3.075 μg/g de cobre
(Kruckeberg & Wu, 1992).
Al mismo tiempo, por esta época se había logrado un consenso entre los científicos al
reconocer la importancia de ciertos iones metálicos en la dieta de humanos, animales y en
los sustratos que soportaban el crecimiento de las plantas y que estos elementos eran
esenciales para la vida óptima de estos organismos, a su vez, se analizaba la respuesta
de estos organismos a altas concentraciones de otros metales producto de la
contaminación generada por el hombre y se definió el término “metal disponible”; el cual
hace referencia a la especie química del metal en la que el organismo lo puede asimilar
dentro de su estructura (Goughet al, 1979). Esto orientó las investigaciones para
establecer en primer lugar la forma en la que interactúan los diversos contaminantes como
agroquímicos, hidrocarburos, desechos industriales y residuos de minería en los suelos y
las aguas subterráneas, esto condujo al desarrollo de alternativas para el control y
detoxificación de estos ambientes, entre ellas el uso de plantas, con ello surgió el término
“fitorremediación” con lo que inició un nuevo periodo de investigación (V. Sheoran et al.,
2009), (Wagner y Gorelik, 1987) y (Ahlfeld et al., 1988)
8 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Con el uso de la cienciometría se puede establecer la evolución de las publicaciones en
los campos de contaminación y remediación, para lo cual se realizó la búsqueda mediante
la plataforma Scopus en el lapso de tiempo referenciado, se usó la combinación de
palabras “Contamination and Pollution” como clave principal resultando 29.679
documentos y con búsqueda secundaria con la palabra “Remediation” arroja 2.055
documentos, la variación anual se puede observar en la Figura 1-1.
Figura 1-1. Histórico del número de publicaciones para la clave “Contamination and pollution” y “Remediation” entre el periodo de 1975 a 1995
Fuente: Elaboración propia
1.3 Periodo entre el año 1995 a la fecha
En los años anteriores a 1995 los científicos ya habían identificado en la naturaleza algunas
plantas que toleraban altas concentraciones de metales pesados denominadas “plantas
hiperacumuladoras”, el paso siguiente fue usarlas con propósitos de descontaminación
tanto en suelos como en aguas, lo que se bautizó más adelante como “fitorremediación”
de metales pesados.
En los últimos 25 años ha surgido un interés sobre las técnicas de remediación.
Continuando con el uso de la herramienta de Scopus, se realizó la consulta desde 1995
hasta el presente, se usaron las palabras clave primarias “Remediation and Pollution”
encontrándose más de 131.400 resultados y junto con la palabra “Phytoremediation” como
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995
# d
e ar
ticu
los
po
r añ
o
Años
Contamination Remediation
Capítulo 1. Antecedentes 9
clave secundaria con 19.858 resultados respectivamente. La variación anual se puede
observar en las Figura 1-2.
Figura 1-2:Histórico del número de publicaciones para la clave “Remediation” y “Phytorremediation”
Fuente: Elaboración propia
Mas allá de un interés ecológico y fisiológico, las plantas en el proceso de remediación
tienen una considerable atención debido a la posibilidad de explotar económicamente su
capacidad de acumulación en aplicaciones prácticas. Lo cual dio origen al campo de la
fitominería, en (Rascio & Navari-Izzo, 2011). Por lo tanto, dentro de la tendencia de
“Phytoremediation” es posible consultar sobre estas temáticas. Las palabras secundarias
de búsqueda fueron “Hyperaccumulation” y “Phytomining”, los resultados fueron de 2.211
y 261 documento respectivamente. Estos resultados muestran claramente las tendencias
históricas de la investigación en los últimos años y son la materia prima para este trabajo.
La variación anual se puede observar en la Figura 1-3.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
# d
e ar
tícu
los
po
r añ
o
Años
Remediation Phytoremediation
10 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Figura 1-3:Histórico del número de publicaciones para las claves secundarias “Hyperaccumulation” y “Phytomining”
Fuente: Elaboración propia
De la gráfica anterior se evidencia un desarrollo tecnológico para la aplicación de estas
plantas en todos los campos de la industria donde existe presencia de metales disponibles
o iones metálicos como lo son suelos con baja o media presencia de mineralización, suelos
o efluentes para extraer o estabilizar un contaminante determinado y así evitar su
dispersión en el medio ambiente (Pandey y Bauddh, 2018);. para extraer elementos
radioactivos como uranio (Vasilescu et al., 2006), Cesio, arsénico y mercurio (Demkova et
al., 2017) en colas de procesos industriales, entre muchos otros.
Además con crecimiento en la demanda de algunas materias primas estratégicas,
jalonadas por el desarrollo de tecnologías de la comunicación y energías renovables el
precio de algunos metales como oro, germanio, cobre, níquel (González Valdez et al.,
2018), elementos de las tierras raras (REE), han hecho que las labores de fito-minería
fueran rentables (Wiche y Heilmeier, 2016).
En la actualidad se busca optimizar aquellas variables que aumentan la producción de
biomasa por hectárea y aquellas que estimulación al suelo para favorecer la extracción de
metales (Chaney & Mahoney, 2014); además se sigue investigando en la identificación
sobre diversidad y ubicación de plantas con estas propiedades en el mundo (Murphy et al.,
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1995 2000 2005 2010 2015 2020
# d
e ar
tícu
los
po
r añ
o
Años
Hyperaccumulation Phytomining
Capítulo 1. Antecedentes 11
2019), finalmente se presenta un resumen sobre la evolución de los tópicos que han
influido en la investigación de este campo de estudio, fueron listados y agrupados por Li
los cuales se presentan en la Figura 1-4.
Figura 1-4:Tendencias de búsqueda bibliográfica en los últimos años
Fuente: (Li et al., 2020)
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 12
2 CONCEPTOS DE FITORREMEDIACIÓN
La fitorremediación se puede definir como una rama de la remediación la cual usa la
vegetación para inmovilizar, acumular, transformar, extraer o volatilizar contaminantes
orgánicos e inorgánicos presentes en el aire, suelo y aguas tanto superficiales como
subterráneas (Delgadillo et al., 2011) o como una biotecnología económica y efectiva para
mejorar las condiciones fisicoquímicas del medio ambiente (McGrath et al., 2000).
La fitorremediación ofrece numerosas ventajas en relación con los métodos fisicoquímicos
tradicionales que se usan en la actualidad, la Tabla 2-1 muestra una comparación entre
las ventajas y desventajas para su aplicación a nivel industrial.
Tabla 2-1:Ventajas y desventajas de la fitorremediación, parte 1.
Ventajas Desventajas
Se puede realizar in-situ y exsitu Puede ser un proceso relativamente lento.
Se realiza sin la necesidad de transportar
el sustrato contaminado, con lo que
disminuye la diseminación de
contaminantes a través del aire o el agua
Se restringe a sitios de contaminación
superficial dentro de la rizosfera de la
planta
Es una tecnología sustentable y requiere
mínima energía
Los contaminantes pueden ser liberados
nuevamente al ambiente, como biomasa o
gas a la atmosfera
Se puede emplear en suelo, agua, aire y
sedimentos
La solubilidad de algunos contaminantes
puede incrementarse, resultando en un
mayor daño ambiental debido a la
migración de contaminantes.
Fuente: Modificado de Delgadillo et al., 2011
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 13
Tabla 2-2:Ventajas y desventajas de la fitorremediación, parte 2.
Ventajas Desventajas
Evita la excavación y el tráfico
pesado de maquinaria por
movimiento de masas
Se requieren áreas relativamente
grandes
Mejora las propiedades físicas y
químicas del suelo, debido a la
formación de una cubierta vegetal
En sistemas acuáticos se puede
favorecer la diseminación de
plagas, tales como vectores
Permite el reciclaje de recursos
(Agua, biomasa, metales)
No todas las plantas son
tolerantes o acumuladoras de
metales
Es estéticamente agradable, por
considerarse una cubierta verde
Requiere condiciones particulares
para el crecimiento de la planta
que va a ser trasplantada.
Fuente. Modificado de Delgadillo et al., 2011
Actualmente, la humanidad crece a un ritmo acelerado consumiendo materiales y
alimentos a una velocidad que está agotando cada vez más los recursos naturales y
llevando al límite el uso de los territorios para el desarrollo de la industria y las ciudades,
reduciendo a su vez las zonas de disfrute de la población y en general de un medio
ambiente sano.
Debido a este crecimiento desbordado se han generado puntos o fuentes de
contaminación dispersos por todo el territorio que requieren control de emisión del
contaminante. Por ejemplo, vertederos de basuras, plantas de tratamiento de residuos
sólidos, relaveras de industria y de minería, siderúrgicas, plantas de procesamiento de
alimentos, sistemas de captación de aguas lluvias en las ciudades con problemas de
contaminación ambiental entre muchas otras.
Estos puntos son los futuros objetivos para la aplicación de esta tecnología, de forma
general los grupos de contaminación según la clase de contaminante se muestran en la
Tabla 2-3.
14 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Tabla 2-3:Contaminantes ambientales donde es posible usar fitorremediación
Clase de
contaminante
Fuente común Constituyente
específico
Metales pesados Geología, Minería, Fundiciones Ag, Au, Cd, Cr, Cu, Mn,
Ni, Pb, Zn, DBO, SST
Metaloides Plantas de energía, Instalaciones de
tratamiento de madera, Agricultura
As, Hg, Se
Radionuclétidos Instalaciones de energía nuclear,
Residuos especiales.
137Ce, 239Pu, 90Sr,
234/238U, Tritium
Sales Agricultura, Producción de crudo y
gas, Procesamiento de Metales
Na, Ca, Mg, Cloruros
Agroquímicos Agricultura, Ganadería, Piscicultura Atrazina, Metolachlor,
(Pesticidas y
fertilizantes) Propanil,
2,4-D, NO3, TKN, F,
Organofosfatos
Hidrocarburos Industria del petróleo y gas BTEX, MTBE, ORG,
ORD, HPA, O&G, COV,
COSV, HTP
Componentes
Clorinados
Instalaciones industriales PCE, TCE, DCE, VC,
TCA, TCAA, PCP, PCB
Nitroaromáticos Instalaciones fabricación de
explosivos
Nitrobenzeno, TNT,
RDX, HMX
Desechos
sanitarios
Rellenos sanitarios, desechos
hospitalarios, alcantarillados
DBO, DQO, SDT, SST,
COT, fenol, E. coli,
Coliforme fecal,
Patógenos.
Fuente: Modificado de Delgadillo et al., 2011
Como se describió en la definición, para que ocurra la fitorremediación se requiere que la
especie vegetal tenga contacto con el agente contaminante, el cual para este trabajo se
refiere a los metales pesados y algunos no metales; muchos de ellos relevantes para la
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 15
industria y otros con características toxicas para el medio ambiente en bajas
concentraciones que deben ser tratados como arsénico y cadmio. A continuación, se
presenta una breve descripción de algunos conceptos de interés:
2.1 Tipos de contaminación
El grado de interacción entre el contaminante y la planta depende del tipo de contaminante,
las investigaciones han evidenciado que la aplicación de la vegetación para la
fitorremediación es hasta cierto grado selectiva del tipo de contaminante por lo cual la
caracterización del medio contaminado es la herramienta inicial para la aplicación de esta
tecnología. (Maluckov, 2015)
Dependiendo de la fuente del agente contaminante, en este caso de los metales pesados,
es posible diseñar una estrategia de fitoextracción que permita utilizar secuencialmente
determinadas especies, las cuales pueden incluir inicialmente pastos, continuar con
cultivos de herbáceas y culminar el proceso con árboles o con humedales que optimicen
la remoción del agente contaminante del medio siendo tratado.
2.1.1 Metales pesados
Si bien desde un punto de vista químico, el término de metal pesado esta estrictamente
asociado a los metales de transición con masa atómica con número mayor de 20 y
gravedad específica mayor a 5 g/cm3; en biología “pesado” se refiere a una serie de
metales y metaloides que pueden ser tóxicos para las plantas y animales incluso a bajas
concentraciones como Tl, Cr, Hg, Ag, Pb, U y Cd. y aunque algunos metales pueden ser
benéficos para el crecimiento de las plantas y organismos en bajas concentraciones como
Mn, Fe, Zn, Co, Cu, Mo y Ni, en altas concentraciones pueden ser tóxicos para el mismo
organismo. Además, se incluyen en esta categoría metaloides como Se y As por el efecto
tóxico sobre los organismos (Naila et al., 2019)
2.1.2 Fuentes de metales pesados
El contenido total de metales pesados en suelos y fuentes hídricas se puede considerar la
suma de las concentraciones de elementos derivados de cada una de las clases de
contaminantes, tenemos inicialmente los minerales en el material geológico parental sobre
16 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
el cual se ha desarrollado el suelo y una amplia gama de fuentes antropogénicas que
aportan metales según su grado de contaminación(Alloway, 2013) las más relevantes se
listan a continuación
• Depositación atmosférica de partículas aerosol (<30 μm de diámetro)
• Lluvia conteniendo elementos en forma gaseosa y metales pesados
• Degradación de fertilizantes y agroquímicos
• Desperdicios de comida
• Depositación de sedimentos
• Cenizas
• Lodos sanitarios
• Residuos de construcción
• Desechos industriales de minería y manufactura
2.1.3 Metal bio-disponible
Este concepto permite diferenciar la fracción de metal disponible para que pueda ser usado
por la plantas entre el contenido total del metal en el medio, este último corresponde a
todas las formas en las que el metal está presente como elemento en la estructura cristalina
de un mineral principal, adsorbido como ión en arcillas, presente como traza al interior de
un mineral, como iones libres o incorporado en complejos orgánicos solubles e insolubles
(Farago, 2008). El fenómeno de disponibilidad se dan principalmente por la interacción del
agua, el sustrato y la raíz, influenciada por las sustancias exudadas por la raíz y
microorganismos en la rizosfera, bajo estos mecanismos (Manara, 2012):
• Quelación del metal por ácidos orgánicos (Ácido mugenéico, avénico y la
nicotianamina): Soluciones que pueden ser secretadas por las raíces en la zona de
la rizosfera para “quelar” (Secuestrar) y solubilizar metales, esta secreción está
relacionados con respuesta a una deficiencia de Fe y Zn, con lo cual puede
movilizar Cu, Zn y Mn.
En las pruebas de laboratorio se ha estandarizado la utilización del Ácido dietileno-
triamino-pentaacético (DPTA), como indicador de la cantidad de metal que puede
estar disponible para la asimilación de la planta, aunque existen varias
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 17
aproximaciones de extracción secuencial usando agua, ácido acético, cítrico,
oxálico, tartárico y mezclas de ellos (Alloway, 2013).
• Acidificación: Las raíces puedes solubilizar metales mediante la acidificación del
ambiente mediante protones extruidos de las raíces bajando el pH de la rizosfera
alterando los equilibrios de la fase sólida del metal dando lugar a precipitación de
fases y liberación de iones que puedan ser asimilados por ellas.
• Reducción directa por reductasas usadas por microbios presentes en los suelos los
cuales usan los minerales como fuente de energía, transformándolos y permitiendo
la liberación y movilidad de iones metálicos al interior de la planta.
• Bio – disponibilidad inducida mediante la adición artificial de quelatos para
incrementar la capacidad de liberación de iones y mejorar la asimilación de metales
por la planta (Ghori et al., 2015).
2.2 Tipos de fitorremediación
Para diferenciar los procesos que se llevaban a cabo al exterior e interior de las plantas
ante la presencia de un componente tóxico se deben conocer los procesos fisiológicos
naturales que usa la planta para el normal crecimiento de esta, como la asimilación de
nutrientes, el metabolismo de nutrientes y la transpiración, un esquema de estos procesos
se muestra en la Figura 2-1.
En primer lugar, en la zona del sustrato donde interactúa el suelo y las raíces, pueden
ocurrir tres procesos, inmovilizar el contaminante en la zona de la raíces (fito-
estabilización), transformar el contaminante (fitodegradación) o incorporarlo al interior de
la planta, si sucede lo segundo el contaminante es trasportado a diversas zonas de la
planta donde puede ser acumulado (fito-acumulación) como lo son, el tallo, las hojas o
frutos lo que permite que pueda ser cosechado (fito-extracción); además de estos puede
que el contaminante en forma gaseosa pueda ser desechado por los estomas de las hojas
a la atmosfera (fito-volatilización), (Greipsson, 2011).
18 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Figura 2-1. (A) Modelo esquemático de diferentes tecnologías de fitorremediación involucrando
remoción y contención de contaminantes; (B) Procesos fisiológicos que toman lugar en la planta
durante la remediación.
Fuente: Modificado de (Greipsson, 2011)
2.3 Plantas hiperacumuladoras
Son aquellas plantas que tienen la propiedad para almacenar grandes cantidades de un
metal en alguna estructura de esta (raíz, tallo, hojas o frutos) o de inmovilizarlo en la región
próxima a la raíz, llamada también “rizosfera”. Para considerarse una planta
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 19
hiperacumuladora la concentración típica debe ser 100 veces mayor de la que presentaría
en un sustrato natural, esta se estima con respecto al peso seco de la biomasa de la planta,
(separadamente hojas, tallos y raíz) en términos de mg/kg, μg/g o %, para la mayoría de
metales industriales como Ni, Zn, Pb el rango de concentración típico es mayor de
1.000 mg/kg, μg/g ó 1% y para metales preciosos como Au, Ag y PGE mayor de 3 mg/kg
Desde los años 70’s, particularmente Brooks y sus asociados trabajaron en la investigación
de especies de plantas hiperacumuladoras de Níquel (Jaffre et al., 1976), a la fecha se han
reportado más de 320 especies con la capacidad de acumular diferentes metales y
alrededor de las dos terceras partes fueron encontradas en los climas tropicales (Reeves,
2003). En una revisión global, el número de plantas con concentraciones mayores a 100
mg/kg para cada uno de los metales fue de 30 para cobalto, 34 para cobre, 20 para selenio,
14 para plomo, 1 para cadmio, 2 para titanio, 11 para manganeso y al menos 4 especies
son conocidas para acumular arsénico. El detalle de la descripción de estas plantas se
retomará en el capítulo 4.
Los datos recolectados a la fecha sugieren que las plantas hiperacumuladoras pueden ser
divididas en tres grupos, básicamente por la tendencia de acumular grupos de metales
(Raskin et al, 1994), tenemos:
a. Grupo Cu/Co/Au
b. Grupo Zn/Cd/Pb
c. Grupo Ni/Pd
La escases de especies hiperacumuladoras mantiene vigente el estudio sobre los factores
de acumulación y en especial por que estas plantas solo se presentan en lugares con unas
condiciones muy particulares que difícilmente se replican en otros lugares. Por lo que se
hace necesario conocer al máximo la presencia de estas especies en los sitios susceptibles
de presentar altas concentraciones de metales para analizar los mecanismos que hacen
que tenga el potencial de incorporar metales en su estructura.
El nivel de acumulación de metales en la planta es afectado por la combinación de algunos
de los siguientes factores:
20 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
✓ Características fisicoquímicas del sustrato (pH, Eh, granulometría, compactación
composición química, salinidad, mineralogía, carbono orgánico)
✓ Ciclo hidrológico (Pluviosidad, transpiración, Nivel freático, infiltración).
✓ Condiciones climáticas (Temperatura máxima, mínima)
✓ Geología local
✓ Deficiencia de nutrientes
✓ Densidad de plantación
✓ Tipo y tasa de crecimiento de la planta
✓ Presencia de plagas endémicas
2.4 Factores afectan la asimilación del metal por la planta
Para extraer los iones metálicos presentes en el suelo, sin importar el origen de estos como
se ha descrito a lo largo del documento se requiere que el metal en estudio se transforme
a su especie bio-disponible y que en el suelo se brinden unas condiciones especiales que
favorezcan la asimilación y crecimiento de la planta (Sheoran et al., 2016).
Conocer a fondo cada uno de estos factores puede mejorar ampliamente la capacidad de
intercambio y de crecimiento que incide directamente en la viabilidad de los procesos de
fitoextracción. Los principales factores que afectan la asimilación de metales por las
plantas son (Tangahu et al., 2011):
2.4.1 Especie de planta
La selección de la especie de planta más indicada, según las características ambientales
donde esta va a ser cultivada o aplicado el proceso de fitoextracción, debido a que son
muy sensibles a la condiciones medioambientales de temperatura y humedad.
Actualmente existen relativamente pocas especies dependiendo de la zonificación
climática con la capacidad alta de asimilación de metales, este es un campo de estudio en
etapa inicial.
2.4.2 Granulometría del suelo
La granulometría del suelo tiene un impacto sobre las propiedades físicas y químicas de
este, afecta significativamente el grado de permeabilidad y las relacionas entre agua y aire
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 21
al interior del suelo. Además es importante caracterizar la fracción granulométrica menor
a 2 μm ya que determina la capacidad de sorción de iones metálicos disponibles. En
términos generales cuando la fracción de arcillas y limos es alta se correlaciona
directamente con una concentración de metales más alta, mientras más grueso el suelo
menor concentración de metales y contenido de materia orgánica.
2.4.3 Materia orgánica del suelo
Es un importante componente del suelo el cual afecta significativamente la movilidad de
los iones metálicos debido a las reacciones con el agua en la formación de complejos
insolubles, esta consiste en sustancias húmicas, azúcares, aminoácidos y grasas.
Generalmente altos contenidos de materia orgánica in el suelo y pH cercano a valores
neutros tiene efectos en la transformación de iones metálicos en formas inactivas
biológicamente, por el contrario, con ausencia de materia orgánica los suelos pueden
presentar altas concentraciones de metales.
2.4.4 Capacidad de intercambio de cationes del suelo
Esta capacidad esta correlacionada con la fracción de limos y de materia orgánica. En
general altos valores de capacidad de intercambio o CIC, tienen el potencial unir
fuertemente metales y retenerlos que evitan su movilidad, los metales de mayor valencia
tienen mayor afinidad siguiendo el siguiente orden: Cu+2>Cd+2>Fe+2>Ni+2>Mn+2>Zn+2, si
existen presencia arcillas del grupo de mormorillonita o illita esta capacidad aumenta.
Las reacciones de sorción y desorción son los procesos dominantes que controlan la
disponibilidad de los metales en suelo.
2.4.5 Humedad del suelo
La humedad es determinante sobre las condiciones de crecimiento de la planta y de los
procesos ocurriendo en el suelo, determinante en parámetros como pH y Eh, los cuales
afectan la movilidad de los metales y por ende la disponibilidad para las plantas, en general
plantas establecidas en un nivel de humedad alto tienen una producción de biomasa más
alta comparadas con otras en condiciones de humedad baja.
22 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
2.4.6 Potencial de reducción y pH del suelo
El pH del suelo es un factor determinante, no solo determina la movilidad y estado de los
iones metálicos, sino que influencia el balance entre el proceso de sorción y desorción de
los cationes H+. A bajo valor de pH, la solubilidad se incrementa y contribuye a la tasa de
acumulación de las plantas como Fe, Cu, Mn, B, Zn, en pH neutro o alcalino esta
solubilidad es baja, aunque elementos en forma aniónica podrían exhibir un incremento en
la solubilidad como As, Cr, Mo, Se. De igual forma el potencial de reducción es un
parámetro que da información del estado de oxigenación del suelo midiendo la actividad
de os electrones en la solución, un suelo con buena relación de oxígeno refleja 300 mV,
frecuentemente la movilidad de elementos como Cd, Cu, Cr, y Zn incrementa con baja
oxigenación del suelo mostrando picos en 200 mV.
2.4.7 Salinidad del suelo
Es el resultado de acumulación de sales inorgánicas solubles, principalmente cationes de
Ca+2, Mg+2, Na+ y K+ y aniones de NO-3, SO4-2, Cl- y (COO)2
-2 que exceden los
requerimientos de nutricionales de las plantas, tiene un efecto que limita el crecimiento de
biomasa y por consiguiente de la movilidad y asimilación de metales.
2.4.8 Biología del suelo
La biomasa biológica en el suelo tiene una significante participación en la producción de
humus y formar materia orgánica. Se compone de todos los microbios que son capaces de
vivir en las condiciones de alta concentración de metales en el suelo, su función está
focalizada en la producción de encimas, nueva biomasa, asimilación de oxígeno y emitir
CO2. Generalmente este parámetro se usa como indicador para evaluar el estado del suelo
en el ecosistema, para el caso en particular la función biológica incrementa el pH
induciendo la biodisponibilidad de metales además influencian procesos de metilación,
principalmente para elementos como Hg, As, Se, Te, Tl e In que influencia su asimilación
por las plantas.
2.5 Plantas hiperacumuladoras en corrientes de agua
Las plantas hiperacumuladoras en corrientes de agua son organismos adaptados a
ambientes acuáticos que crecen permanente o periódicamente sumergidas o flotando
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 23
sobre una superficie de agua. Este sistema de tratamiento se denomina “Humedal
artificial”, el cual consiste en forzar el contacto de un flujo controlado de agua con agentes
tóxicos por un sistema radicular de vegetación introducido para tratar, contener y extraer
contaminantes ambientales presentes en la corriente y sedimentos.
(Scheper & Tsao, 2003).
Esta área de las fito tecnologías es quizás las más antigua en términos de aplicación en el
campo y desarrollo técnico, muchos sistemas han estado en operación por décadas como
por ejemplo para el tratamiento industrial de desechos municipales de aguas negras vistos.
Adicionalmente estos sistemas están construidos con varios mecanismos físicos y
químicos que contribuyen al tratamiento del contaminante orgánicos e inorgánicos
presentes en las corrientes de agua, con un alto potencial de aplicación a metales
disueltos.
Estos mecanismos son volatilización, sedimentación, adsorción, precipitación química y
foto-oxidación. Los parámetros de diseño para tener en cuenta para el cálculo de estas
estructuras son, caudal del vertimiento, Área superficial, altura de nivel de agua, balance
hídrico, profundidad máxima de las raíces, pH, % de sólidos suspendidos, Concentración
de elementos a tratar y calidad de agua de salida. (Scheper & Tsao, 2003).
En general se desprenden tres tipos de “humedales” según la forma del flujo en la
estructura, los hay de flujo superficial, subsuperficial y vertical, estos modelos constructivos
se pueden combinar en diferentes etapas para potenciar las fortalezas de cada tipo. Una
breve descripción de cada sistema se presenta a continuación.
2.5.1 Humedal de flujo superficial
Este sistema consiste en forzar el transporte de un contaminante presente en una corriente
sobre un lecho cubierto de vegetación semi sumergida a profundidades que oscilan entre
0,5 y 1,5 metros. Un esquema de la operación se observa en la Figura 2-2.
La ventaja de este sistema incluye la relativa fácil construcción, diseño simple y menor
costos de mantenimiento, el cual permite un alto grado de control de flujo y del hábitat
sobre él, la desventaja podría incluir la generación de olores, vectores y la relativa poca
24 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
cantidad de especies que toleran las condiciones de concentración de los contaminantes
presentes en los procesos mineros.
Figura 2-2. Humedal de flujo superficial
Fuente: Modificado de (Scheper y Tsao, 2003)
2.5.2 Humedal de flujo Subsuperficial
Este sistema consiste en forzar el flujo continuo de una corriente con un contaminante por
un medio poroso artificial el cual permite el desarrollo del sistema radicular parcialmente
sumergido y el crecimiento de plantas sobre una superficie firme. Un esquema de la
operación se observa en la Figura 2-3.
Figura 2-3. Humedal de flujo subsuperficial
Fuente: Modificado de (Scheper y Tsao, 2003)
Capítulo 2. Conceptos de Fitorremediación 25
Estos sistemas son propensos a taponarse si existe un porcentaje alto de sólidos
suspendidos, por lo que requiere una calidad del efluente mayor que el anterior, lo cual
implica un costo mayor en cuanto al diseño, construcción y mantenimiento. Las ventajas
incluyen el control de olores, accesibilidad, reducción de vectores y permite una mayor
variedad de plantas en su operación.
2.5.3 Humedal de flujo vertical
Este sistema es una variante de los sistemas anteriores que involucra el uso de una tubería
sumergida usada para promover el flujo de la corriente de forma vertical para minimizar el
taponamiento por sedimentos. La principal ventaja consiste en aumentar el tiempo de
contacto con la rizosfera.
Figura 2-4. Humedal de flujo vertical
Fuente: Modificado de (Scheper y Tsao, 2003)
La principal desventaja es el costo adicional del sistema de bombeo y los costos
relacionados de mantenimiento durante la operación.
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 26
3 APLICACIÓN DE LAS PLANTAS HIPERACUMULADORAS EN MINERÍA
A medida que se conocen los efectos de cada uno de los factores por medio de los cuales
las plantas pueden hiperacumular metales, se han descrito aplicaciones prácticas en la
industria minera para la acumulación de Se, Fe, Cu, Au, Ag, Pd, Elementos del grupo del
platino, Elementos de las tierras raras, Co, La, Mn, Ni, Ti y Zn con fines económicos y para
As, Hg, Cu, Co, Cd, Cr, La y Pb más con fines ambientales. Los principales procesos en
minería que soportan la aplicación de esta tecnología son:
• Identificación regional de yacimientos minerales
• Extracción pasiva de metales
▪ Remediación de residuos sólidos generados por minería
▪ Remediación de efluentes generados por minería
▪ Remediación de pasivos ambientales
• Extracción activa de metales mediante cultivos intensivos
3.1 Herramienta de exploración regional de yacimientos
Las plantas pueden actuar como organismos muestreadores, transportadores y
concentradores de iones metálicos y otros no metales que son indicadores de
mineralizaciones profundas. Estos iones han migrado hacia la superficie a través de los
procesos hidrotermales donde al final son capturados por las raíces y acumulados en la
biomasa de la planta permitiendo ser muestreados más rápidamente que procesos
convencionales de muestreo en suelos.
Así como en terrenos áridos, las plantas pueden ser vistas como indicadores o
muestreadores de aguas subterráneas, en bosques densos, es posible que las plantas
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 27
puedan concentrar iones solubles que han migrando de una fuente principal de
mineralización, haciendo el muestro regional más rápido comparado con muestras de
suelos convencionales, conociendo los grupo de vegetación presentes, es posible
establecer la influencia de las raíces en profundidad, en general la profundidad de la raíz
depende del clima y de la disponibilidad de agua en el medio, la profundidad promedio de
la raíz se encuentra entre 3 y 4 metros de profundidad, aunque existen casos como los
bosques de Sclerophylious y coníferas logrando profundidades mayores de 20 metros o
de arbustos en terrenos semiáridos donde las raíces logran mayores profundidades, como
se muestra en la Figura 3-1 (Dunn y Heberlein, 2020)
Figura 3-1:Máxima profundidad de raíces para diversos grupos de vegetación
Fuente: Modificado de (Scheper & Tsao, 2003)
Dependiendo de la accesibilidad de los territorios, las muestras pueden tomarse
directamente de las copas de los árboles o arbustos, buscando recolectar entre 2 y 5
kilogramos de biomasa como se aprecia en la Figura 3-2, posteriormente secadas y
analizadas en base seca.
28 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Figura 3-2:Toma directa de muestras
Fuente: Modificado de (Dunn y Heberlein, 2020)
Los resultados de este tipo de aproximación permiten priorizar objetivos de exploración en
grandes áreas para aplicar otro tipo de técnicas más detalladas, lo cual se refleja en ahorro
de tiempo y por ende de costos. Como se muestra en la Figura 3-3. Los halos de color
corresponden a enriquecimiento en flúor como indicador de mineralización.
Figura 3-3:Zonificación de anomalías para hierro usando análisis de vegetación
Fuente: Modificado de (Dunn y Heberlein, 2020)
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 29
3.2 Fitorremediación o fitoextracción pasiva
La extracción pasiva corresponde a la implementación de plantas hiperacumuladoras con
el objetivo de estabilizar un metal tóxico en un medio contaminado, extraer un metal para
obtener un beneficio económico a largo plazo o inducir la recuperación de ecosistemas.
Comprende la aplicación en sólidos de granulometría gruesa que por el bajo contenido del
metal de interés fue acumulado en botaderos y se compone principalmente de rocas sin
mineralización, incluye el material que sufrió un proceso de beneficio y es dispuesto en
una relavera con una granulometría fina y alto porcentaje de sulfuros y efluentes líquidos
originados por la realización de los anteriores y del proceso de minado en general.
La fitorremediación también hace referencia al restablecimiento del ecosistema, a
promover el retorno de aspectos estructurales y funcionales que prestaba el ecosistema
antes de la intervención (Giraldo, 2017). Además, los sitios donde se aplica exitosamente
la fitorremediación pueden ser utilizados para el desarrollo de infraestructura agrícola y
civil como parques y centros deportivos, finalmente una aproximación de este tipo puede
ahorrar mucho dinero para el tratamiento de la contaminación por otros medios (Pandey y
Bajpai, 2018).
Tabla 3-1. Casos de estudio de fitorremediación de metales, parte 1
Ubicación Nombre de
planta (Familia)
Elemento Estimulante Duración
(meses)
Observaciones
(Autor)
Acerra plain,
Provincia de
Napoles, Italia
Arundo donax
(Poaceae)
Cd Compost
Trichoderma
Harzianum A6
7 Significante reducción
en los niveles de Cd,
Fertilización e
inoculación de AMF
incremento la
asimilación de Cd
hacia las hojas
(Fiorentino et al, 2013)
Lucknow,
Uthar Predesh,
India
Salvia sclarea
L(Lamiaceae)
Cr, Fe, Ni,
Pb
Lodo de
curtiembre
24 (Chand et al, 2015)
Fuente: Modificado de (Pandey y Bajpai, 2018)
30 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Tabla 3-1. Casos de estudio de fitorremediación de metales, parte 2
Ubicación Nombre de planta
(Familia)
Elemento Estimulante Duración
(meses)
Observaciones (Autor)
Hangzhou,
Provincia
Zheijiang,
China
Sedum
plumbizincicola, Zea
mays (Poaceae)
Cd, Zn Urea,
fertilizante
NPK
96 Disminución en Cd
(84%) y Zn (18%). (Deng
et al, 2016)
Bettwiesen,
Suiza
Nicotina tabacum
(Solanaceae)
Zn Fertilizante
NPK
60 Disminución en zinc
entre el 45% y 69% en el
suelo (Herzig et al, 2014)
Huanjiang
Provincia
maonan,
China
Pteris vittata
(Pteridaceae),
Sedum Alfredii
Hance
(Crassulaceae)
As, Cd,
Pb
Fertilizantes
orgánicos e
inorgánicos.
24 Significante reducción de
As (55%), Cd (86%) y Pb
(30%), productos
agrícolas creciendo
sobre el suelo remediado
(Wan et al, 2016)
Sardinia,
Italia
Pistacia lentiscus
(Anacardiaceae)
Pb, Zn Composta y
Zeolitas
24 Se observo
Fitoestabilización en la
raíz (Bacchetta et al,
2012)
Cartagena,
España
Atriplex halimus
(Amaranthaceae)
As, Cd,
Cu, Mn,
Pb, Zn.
Composta,
Estiércol de
cerdo.
24 Planta evita la erosión y
dispersión del
contaminante (Clemente
et al, 2012)
Delta,
Columbia
británica,
Canadá
Lolium perenne l
(Amaranthaceae)
Cu, Mn,
Pb, Zn
Polvo
dolomítico,
fosfatos
9 Dolomita 10 t ha-1 y
fosfato 135 kg P2O5 ha-1
(Padmavathiamma y Li,
2012)
Murcia,
España
Bituminaria
bituminosa
(Leguminosae)
As, Pb,
Zn, Cd,
Cu, Mn
Fertilizante
NPK,
Composta
24 Minimiza la erosión
(Pardo et al, 2014)
Fuente: Modificado de (Pandey y Bajpai, 2018)
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 31
Tabla 3-1. Casos de estudio de fitorremediación de metales, parte 3
Ubicación Nombre de
planta
(Familia)
Elemento Estimulante Duración
(meses)
Observaciones (Autor)
Distrito Mae
sot, Provincia
Tak,
Thailandia
Eucalyptus
camaldulensis
(Myrtaceae)
Cd Fertilizantes
orgánicos,
estiércol de
res y de
cerdo.
9 Acumulación en raíces y la
madera puede ser usada
para manufactura.
(Meeinkuirt et al, 2016)
Flander,
Bélgica
Zea mays
(Poaceae)
Cd, Pb,
Zn
Fertilizante
bajo en
nitrógeno
6 Producción de energía
(Meers et al, 2010)
Shapogang,
Provincia de
Gansu, China
Populus alba
(Silicaceae)
Cd, Cu,
Pb, Zn
84 Estabilización de Cu y Pb y
fitoextracción de Cd y Zn,
requiere gestión para
prevenir la reincorporación
de metales (Hu et al, 2013)
Jajmau
Kampur, Uttar
pradeh, India.
Vetiveria
zizanoides,
Chrysanthemun
coronarium,
Cymbopogon
Winterianus
Cr 16 (Sinha et al, 2013)
Fuente: Modificado de (Pandey y Bajpai, 2018)
3.2.1 Remediación de residuos sólidos generados por minería
Esta técnica puede ser de utilidad para recuperar sólidos con tenores bajos que se
descartan para ingreso a la planta de beneficio como por ejemplo el oro presente en bajas
concentraciones en el material dispuesto en botaderos o inclusive colas de procesos, la
estrategia se compone de un programa de revegetación y luego una estrategia de
biodegradación usando tiocianato de amonio, bicarbonato y sulfato, los cuales deben ser
estrictamente controlados para evitar migracion de metales que no puedan ser capturados
por la planta.
32 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Tabla 3-2. Casos de estudio de fitorremediación en actividades mineras
Ubicación Especie Sitio Referencia
Italia Brassicae spp Suelo contaminado de
metales
Vamerali et al,2014
España Sarcocornia fruticosa Desechos mineros
fuertemente ácidos
Gonzales et al. 2013
India Lasiurus scindicus Pb Sharma y pandey, 2017
Thailandia Avicennia marina
Pluchea indica
Metales pesado y
radionuclétidos
Kaewtubtim et al, 2018
France Poplar clones Suelo contaminado con
elementos trazas
Ciadamidaro et al, 2017
España Pinus halapensis Colas de mina Martinez-Oró et al, 2017
Nueva
zelanda
Populus spp Sitios contaminados con
boro
Robinson et al, 2007
España Populus alba Derrame de lodos mineros Dominguez et al, 2008
España Piptatherum miliaceum Colas Piriticas Moreno-Barriga et al,
2017
France Poplar clones Suelo contaminado con
Zn, Pb, Cd y Cu
Phanthavongsa et al,
2017
España Sarcocornia fruticosa Humedales contaminados
con metales
Gonzales-Alcaraz et al,
2013
España Brassica juncea Suelo en mina de cobre Rodriguez-vila et al,
2014
España Piptatherum miliaceum Colas de mina en área
semiáridas
Parraga-Aguado et al,
2015
España Helichrysum
decumbens, Pinus
halapensis
Colas enriquecidas en
metaloides
Parraga-Aguado et al,
2015
SE España Dorycnium
pentaphyllum,
Asteriscus maritimus
Cola de mina Kohler et al, 2016
Fuente: Modificado de (Pandey y Bajpai, 2018)
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 33
3.2.2 Contención y tratamiento de efluentes
Para este ítem se combinan la aplicación de las capacidades de la vegetación para
proporcionar un control hidráulico y que a la vez tenga la habilidad de tratar metales
disueltos. En efecto, en muchas aplicaciones la contención y tratamiento son difíciles de
separar, situación que se ve superada con el uso de fitotecnologías.
Como se mencionó en el literal 2.5, existen plantas con la habilidad de desarrollarse en
distintas condiciones de disponibilidad de agua, en este sentido es posible desarrollar
estrategias de gestión de vertimientos líquidos con la aplicación de cada uno de estos
conceptos, como se demuestra esquemáticamente en la
Figura 3-4.
Figura 3-4:Sección transversal de un sistema de tratamiento de efluentes
Fuente: Modificado de (Dunn y Heberlein, 2020)
34 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
3.2.3 Remediación de áreas degradadas o pasivos ambientales
Las áreas degradadas por minería y los pasivos ambientales asociados generalmente
corresponden a yacimientos donde hubo la explotación a pequeña escala principalmente
de oro y plata como elementos primarios, con evidencia de la presencia de otros metales
como PGE y REE (Warra & Prasad, 2018), los cuales por condiciones del mercado o de
ilegalidad fueron ejecutados y abandonados sin las respectivas medidas de control
ambiental y social.
3.3 Fitominería o fitoextracción
Fitominería es el término acuñado para la producción de un metal producido por el
crecimiento de biomasa mediante la acumulación de altas concentraciones del metal en
su estructura y que puede ser comercializado (McGrath et al., 2000).
El primer intento sobre la fitominería para níquel se llevó a cabo en Reno, Nevada por
Nicks y Chambers en 1995, mediante el uso de Streptanthus polygaloides, planta reportada
por Reeves en 1981 con 0,35% de Ni, Ellos sugirieron que se podía lograr un retorno neto
de 513 $USD/ha asumiendo una cosecha con 1% en peso seco, un precio del Ni de
7,65 $USD/kg y una producción de biomasa en 10 ton/ha, de igual forma se estudiaron las
plantas Alyssum bertoloni y Berkheya coddi, donde se estimó una producción de Níquel de
72 y 100 kg/ha (Anderson et al., 1999), estas experiencias permitieron concebir un proceso
industrial para la producción de biomasa rica níquel la cual es incinerada para producir una
bio-mena libre de sulfuros con alrededor de 11% en peso. Una alternativa del uso de
plantas hiperacumuladoras naturales es inducir la absorción mediante la solubilización
previa del metal y luego puesto en contacto con la planta. Esta aproximación se ha
desarrollado comercialmente para rehabilitación de suelo contaminados con plomo
En 2012 el concejo internacional de metales y minería (ICMM), destacó la continua
reducción de reservas globales de metales de yacimientos de alto tenor migrando a
yacimientos de bajo tenor, esto evidencia la generación de más volumen de desechos
incrementando los retos para la rehabilitación al final del proceso, por lo que se está
estudiando la aplicación industrial de plantas hiperacumuladoras como alternativa para
suplir esa demanda por el agotamiento de las fuentes primarias de producción.
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 35
El principal potencial de las plantas hiperacumuladoras es la producción sostenible de
metales a través de la cosecha de biomasa, la cual es secada posteriormente y/o
incinerada con el objetivo de obtener productos con alta concentración de metales para su
aplicación industrial (Ent et al., 2015).
3.3.1 Estrategia de fitoextracción
El modelo propuesto para aplicar la fitominería se basa en la caracterización fisicoquímica
inicial del sustrato y una preparación de este para la implantación de la especie
hiperacumuladora. Este proceso generalmente inicia en laboratorio buscando encontrar
los parámetros óptimos que favorecen el crecimiento de la planta e incrementar la
solubilidad del metal de interés para hacer disponible para la planta, ya sea por medio de
agentes químicos o microorganismos presentes en el suelo original (Maluckov, 2015).
Una vez las plántulas se hayan desarrollado en este ambiente se ejecuta la trasplantación
y se procede a manejar como un cultivo tradicional. La Figura 3-5 muestra el modelo para
la implantación de un sistema de
Figura 3-5:Modelo propuesto original para un sistema de fitominería para metales
Fuente: Modificado de (Ent et al., 2015)
36 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Las ventajas de la fitominería incluyen:
1. Ofrece la posibilidad de explotar menas o suelos mineralizados que no son
económicos por métodos convencionales de minería
2. Bio – menas son virtualmente libre de sulfuros y su fundición requiere menos
energía que menas sulfurosas
3. El contenido de metal de una bio-mena es usualmente mucho más grande que una
mena convencional y requiere menos espacio de almacenamiento aún la baja
densidad de la bio-mena
4. Es una tecnología verde que debería atraer los movimientos de conservación como
una alternativa la minería superficial de bajo tenor.
3.3.2 Aprovechamiento de desechos industriales
La fitoextracción de níquel ha sido el caballo de batalla para mostrar la utilidad y el beneficio
de las plantas con propiedades de hiperacumulación para el aprovechamiento de residuos.
Debido a que el níquel es usado en una variedad de procesos industriales, se generan
grandes cantidades de desechos sólidos y líquidos ricos en metales con presencia de Zn,
Cu, Cr y Cd e inclusive Ni en concentraciones más elevadas que las fuentes naturales
primarias. En los últimos años se han diseñado e implementado procesos industriales
alternativos que buscan recuperar esas fracciones de metales, los cuales se enfocan
principalmente en la pirometalurgia e hidrometalurgia, los cuales generan nuevos impactos
por desechos tóxicos y requieren un alto consumo de energía (Tognacchini et al., 2020),
con la implementación de tecnologías como la fitomineria estos impactos se ven
amortiguados como se desribirá más adelante.
La estrategía de implementación luego de la caracterización de los lodos galvánicos
consiste en la formulación de sustratos artificiales donde el criterio de concentración estaba
determinado por la relación de Zn:Ni y Cu:Ni entre la fracción extraible mediante Ácido
dietilen triamino penta acético (DPTA) y el contenido total. Se ha identificado que en valor
de 0,25 o inferior se evita la presencia de cobre tóxico en el sustrato y se reducen las
posibilidad de interferencia del zinc para la asimilación de níquel (Tognacchini et al., 2020).
La matrix granulometrica usada fue arena serpentítica, con caracteristicas ultramáficas
tipicas de hábitats de plantas hiperacumuladoras de níquel, además el aporte de materia
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 37
orgánica corresponde a compost obtenido de desechos orgánicos municipales, con
buenos resultados hasta el 2% del total del sustrato artificial. Para la aplicación practica lo
conveninte es iniciar con 5% de lodos galvánicos e ir aumentando la proporción a medida
que la planta se siga desarrollando e ir monitoreando los resultados (Tognacchini et al.,
2020)
3.3.3 Suelos o efluentes de baja concentración
Corresponde a zonas contiguas a los yacimientos principales o bancos proyectados para
cierre de operaciones que por la baja concentración del metal de interés no ingresan al
plan de explotación de la mina (Lateritas) y a efluentes líquidos constantes como lixiviados
de presas de relaves o botaderos. De forma resumida las razones de enriquecimiento para
cada etapa del proceso pueden ser del orden de 1 a 100 en el sustrato por la
hiperacumulación de las plantas, de 1 a 40 cuando existe una etapa de secado e
incineración y 1:10 en la fundición.
En la Figura 3-6 se ilustra la secuencia de implementación de la técnica de fitoextracción.
El recuadro 1) corresponde al terreno en el estado original, 2) Siembra de especies
aportantes de materia orgánica, 3) Siembra de plántulas de plantas hiperacumuladoras, 4)
Crecimiento del cultivo de las plantas, 5) Cosecha manual de la biomasa, 6) Cosecha
mecanizada de la biomasa, 7) Biomasa seca y pulverizada, 8) Obtención del metal por
fusión.
38 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Figura 3-6:Implementación de cultivo piloto para fitominería de níquel.
Fuente: Modificado de (Ent et al., 2015)
3.4 Procesamiento de la biomasa
L a extracción del metal de la biomasa es un aspecto importante en el desarrollo de esta
tecnología. Un diagrama de proceso simplificado se muestra en la Figura 3-7., el cual se
describe en cada una de las etapas.
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 39
Figura 3-7:Diagrama de flujo extracción del metal de la biomasa
Fuente: Modificado de (Ent et al., 2015)
3.4.1 Secado
Proceso que consiste en eliminar la humedad contenida en cada una de las estructuras
de la planta, generalmente se usa la energía solar para este fin o en la medida del
desarrollo tecnológico una fracción del calor generado por la incineración.
3.4.2 Incineración
Proceso que consiste someter a combustión la biomasa para eliminar parte de la materia
orgánica, sin volatilizar el metal, incrementa el contenido de metal hasta 10 o 20%. El calor
que sale producto de la reacción puede potencialmente ser reciclado en la etapa previa o
usado para otros fines. Con una temperatura mayor de 500°C los residuos sólidos
consisten principalmente de carbonatos y óxidos de el elemento metálico principal
presente en la planta. Como K, Ca, Mg y Ti. A temperatura menores el carbono estaría
presente en su forma reducida, la cual puede ser usada como combustible o un agente
reductor en posteriores procesos de pirometalurgia.
Dependiendo del metal de interés se sugiere un prelavado para solubilizar elementos como
calcio y potasio como proceso de pretratamiento para una posterior lixiviación o
electrobtención, este proceso debe ser estudiado con el fin de optimizar la recuperación
del metal.
40 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
3.4.3 Fundición
Este proceso puede realizarse directamente en el sitio de producción o en las industrias
primarias de producción, donde la ceniza sería un insumo comercializable. En el caso de
producción local se deben tener en control sobre los reactivos que optimizan la fundición
con el fin de lograr productos de alto porcentaje del metal. Se sugiere mayor del 90%.
3.4.4 Lixiviación y electrobtención
Es posible la obtención del metal producto de su lixiviación en medio acuoso, este proceso
puede ser dirigido a metales preciosos como Au, Ag, PGE, REE los cuales se encuentran
en más bajas concentraciones, con lo cual se logra obtener un licor rico que puede ser
recuperado de forma tradicional mediante precipitación o electrobtención. Para otros
metales como Ni, Cu y Pd el objetivo es formar complejos que precipiten y puedan ser
refinados posteriormente.
En el caso del níquel existe un proceso a escala piloto para recuperar hidróxidos con un
contenido mayor de 40% en base seca, las posibilidades son inmensas, ya que pueden
reciclarse los desechos y usarlos como macronutrientes en los sitios de crecimiento de la
biomasa.
3.4.5 Otros procesos
El uso del carbón presente que ha sido tomado del ambiente durante el crecimiento de la
planta puede hacer la producción del metal, neutral en carbono. Esta ventaja de la
presencia de materia orgánica en la biomasa brinda la posibilidad de otros procesos
pirometalúrgicos. En ellos el proceso Caron, el cual realiza una tostación a baja
temperatura para generar productos intermedios seguidos por un refinamiento
hidrometalúrgico.
Otro proceso alternativo es una tostación reductiva a baja temperatura en un horno
rotatorio donde el metal es separado por separación física similar a la operación en Nippon
Yakin Kogio y finalmente la tercera opción es convertir la biomasa seca directamente a
metal en un reactor de alta temperatura.
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 41
3.5 Evaluación de proyectos aplicando fitominería
Los proyectos de fitominería se deben enmarcar y desarrollar en tres etapas
principalmente, una primera etapa de planeamiento y de prefactibilidad en donde toma
lugar la idea y se analizan las diferentes alternativas que den viabilidad económica, una
segunda etapa de factibilidad donde se implementen las alternativas más efectivas en
campo mediante parcelas de referencia y se verifique la información encontrada en la
etapa previa, que permita ajustar el análisis costo – beneficio y finalmente una etapa de
diseño de ingeniería en donde se detallan cada una de las actividades y pasos para lograr
el objetivo planteado en el alcance del proyecto. La descripción de cada una de las etapas
se presenta a continuación.
3.5.1 Etapa de prefactibilidad
El análisis económico se debe enmarcar inicialmente en la realización de una prueba a
escala de laboratorio en donde se deben simular las características del suelo en estudio
luego de una caracterización intensiva de los factores mencionados en capítulos anteriores
del suelo que va a ser intervenido. Se debe llevar un seguimiento y control de las variables
principales sujetas de modificación como lo sería, granulometría del suelo, pH, salinidad,
% de materia carbonosa y calidad del agua entre otros (Ent et al., 2015).
Los parámetros de factibilidad que arrojan las pruebas piloto en la recuperación de metales
pesados y que serán usados para la simulación financiera de los proyectos son:
• Concentración del metal en el medio; (mg/l, mg/Kg, μg/g)
• Producción de biomasa por área; (Kg masa seca/ área)
• Concentración del metal absorbido: (g de metal por Kg de masa seca)
• Tasa de acumulación (g de metal acumulado por mes)
• Vida útil de la planta (Meses, años)
• Porcentaje de metal luego de incineración (g de metal por kg de ceniza)
• Consumo de agua (L/planta/día, L/m2//día)
• Consumo de aditivos por área
Con los resultados anteriores es posible simular escenarios de factibilidad para el diseño
de proyectos sostenibles con la introducción del precio del metal y la tasa de cambio de
la moneda en el momento.
42 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
3.5.2 Etapa de factibilidad e ingeniería básica
La segunda etapa es el análisis de factibilidad económica el cual tiene como base la etapa
previa y se debe complementar con un análisis más detallado de los siguientes factores:
(Ent et al., 2015).
➢ Desarrollo en escala piloto de todas las etapas de producción, secado, incineración,
lixiviación o fundición directa
➢ Control de la predicción de costos que deben incluir:
o Costos de mano de obra
o Costos de operación y mantenimiento de maquinaria
o Costo de insumos agroquímicos y combustibles
o Costos de sistemas de riego
o Costos de almacenamiento y cultivo de biomasa
o Costos de propiedad del terreno
o Costo de fundición y refinación
➢ Predicción de precios del metal en un periodo mínimo de 5 años
➢ Costo de oportunidad de otros usos del suelo
➢ Impuestos locales
➢ Medición del agotamiento de la concentración de metal o obras de renovación de
suelo.
3.5.3 Evaluación económica del proyecto
Finalmente la evaluación económica se resume en 4 ítems principalmente (Ent et al.,
2015).
➢ Los precios del metal a extraer
➢ La biomasa producida por hectárea por mes
➢ El área o volumen de líquido disponible con presencia del metal de interés
➢ Los costos de operación
De los parámetros mencionados, se observa que el único que depende de factores
externos es el precio de venta de los metales en el mercado y por ende del agotamiento
de las reservas de los productores actuales, razón por la cual a menos que existan
Capítulo 3. Aplicación de las plantas hiperacumuladoras en minería 43
sustitutos de ciertos minerales, la tendencia del precio hacia el futuro es el incremento en
los precios actuales hablando de metales industriales como Cu, Zn, Ni, pero existen otros
metales que se encuentran en bajas concentraciones como Tl, Au, Pd que tienen precios
altos que soportan la implementación de proyectos actualmente. Desde ahora se puede
trabajar en la identificación de la mayor cantidad de especies endémicas de cada territorio
que cuenten con las características tratadas en este documento.
Un ejemplo del reporte de estos datos se muestra en la Tabla 3-2.
Tabla 3-2. Potencial anual de cultivos de plantas hiperacumuladoras, (Chaney y Baklanov, 2017).
Elemento Especie Concentración metal
en biomasa (Kg/t)
Biomasa
(t/ha)
Metal
(kg/ha)
Valor
(USD$/kg)
Valor
USD$/ha
As Pteris vittata 10 10 100 ???
Au Brassica
juncea 0,0039 10 0,039 58.835,8 2.294
Cd Noccacea
Caerulescens 2,5 5 12,5 0,30 3,75
Mn Phytolacca
acinosa 20 2,6 65
Ni Alyssum
Corsicum 25 20 500 15,82 7.910
Se Astragalus
pattersoni 10 10 100 6,25 625
Tl Biscutella
laevigata 19 10 190 300 57.000
Zn Noccaea
cearulescens 30 5 150 2,52 378
Fuente: Elaboración propia
Como conclusión de la evaluación financiera se observa que plantas con la capacidad de
acumular entre 1 y 2% de metal, en una hectárea que produce 10 toneladas de biomasa,
puede generar ingresos entre 1.000 a 7.000 USD/ha de metales industriales, si el cultivo
pudiera llegar a 100 ha los ingresos soportarían la aplicación de este tipo de tecnologías
de forma sostenible.
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 44
4 TIPOS DE PLANTAS HIPERACUMULADORAS
El objetivo principal de este trabajo se describe en este capítulo, luego de una revisión de
literatura de los últimos 20 años se han identificado al menos 53 familias, con alrededor de
222 especies de plantas que han mostrado la propiedad de hiperacumulación de metales
pesados.
Con el descubrimiento de la plantas hiperacumuladoras para níquel Alyssum bertoloni al
inicio de los años 80, estas fueron el objeto más estudiado durante muchos años, en la
actualidad, se encuentran al menos 32 familias, con 88 especies con la capacidad de
hiperacumular este metal, predomina con el 17% la familia Brassicaceae y con el 8% las
familias Violaceae, Rubiaceae, Phyllanthaceae y Asteraceae.
A su vez, se ha descubierto que algunas especies de la familia Brassicaceae tiene la
habilidad de incorporar más de un metal. Como se presenta en la Tabla 4-1.
Tabla 4-1. Especies de la familia Basicaceae con propiedad de hiperacumulación para cada metal
Metal Especie
Cadmio 7
Cobre 2
Manganeso 1
Níquel 15
Oro 2
Plomo 2
Talio 2
Zinc 6
Total de especies 37 Fuente: Elaboración propia
45 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
De la revisión de literatura se destacan las siguientes especies, corresponden al 90% de
la investigación total y son familias que al menos tienen dos especies, ver Tabla 4-2.
Tabla 4-2. Familia principales con propiedad de hiperacumulación
Familia Especies con propiedad
hiperacumuladora Metal de
preferencia
Brassicaceae 37 Ni, Cd, Zn
Asteraceae 15 Ni, Pb, Cd
Amaranthaceae 14 Zn, Pb, Mn
Lamiaceae 13 Cu, Co, Ni
Poaceae 13 Pb, Cr, Cd
Salicaceae 13 Ni, Pb, Cu
Fabaceae 12 Se, Pb, Ni
Violaceae 10 Ni, Cd, Zn
Crassulaceae 8 Cd, Pb, Zn
Phyllanthaceae 7 Ni
Pteridaceae 7 As, Pb, Se
Rubiaceae 7 Ni
Euphorbiaceae 5 Ni, Pb
Polygonaceae 4 Cd, Hg, Pb
Sapotaceae 4 Ni
Cunoniaceae 3 Ni
Solanaceae 3 Cd, Zn
Stackhousiaceae 3 Ni
Acanthaceae 2 Ni, Pb
Anacardiaceae 2 Pb, Zn
Araceae 2 As, Cd
Azollaceae 2 Cd, Fe
Cyperaceae 2 Pb, Fe
Dichapetalaceae 2 Ni
Ochnaceae 2 Ni
Pinaceae 2 Cd, Pb
Scrophulariaceae 2 U
Thymelaeaceae 2 Ni
Tiliaceae 2 Ni
Fuente: Elaboración propia
El detalle para cada metal se presenta a continuación.
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 46
4.1 Plantas acumuladoras de Aluminio
Tabla 4-3. Especies con hiperacumulación comprobada para Aluminio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Baker y Brooks 1989 Fagopyrum esculentum
Fagopyrum Polygonaceae
Gonzales 2008 29.994 Salix babylonica Salix Salicaceae
Fuente: Elaboración propia
4.2 Plantas acumuladoras de Arsénico
Tabla 4-4. Especies con hiperacumulación comprobada para Arsénico
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Ma et al 2001 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Ma et al 2001 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Sood et al 2012 1.022 Lemna minor Lemna Araceae
Clemente et al 2012 Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Pardo et al 2014
Bituminaria bituminosa Bituminaria Fabaceae
Wan et al 2016 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Wan et al 2016 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae Fuente: Elaboración propia
4.3 Plantas acumuladoras de Boro
Tabla 4-5. Especies con hiperacumulación comprobada para Boro
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Robinson et al 2007 Populus alba Populus Salicaceae Fuente: Elaboración propia
4.4 Plantas acumuladoras de Calcio
Tabla 4-6. Especies con hiperacumulación comprobada para Calcio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Gonzales 2008 4.510 Salix babylonica Salix Salicaceae Fuente: Elaboración propia
47 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
4.5 Plantas acumuladoras de Cadmio
Tabla 4-7. Especies con hiperacumulación comprobada para Cadmio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Kay et al 1984 Lemna minor Lemna Araceae
Baker y Brooks 1989
Fagopyrum esculentum Fagopyrum Polygonaceae
Salt et al 1995 Brasica oleracea Brassica Brassicaceae
Anderson et al 1999 3.000 Thlaspi caerulescens Thlaspi Brassicaceae
Reeves y baker 2000 Arabidopsis halleri Arabidopsis Brassicaceae
Lombi et al 2001
Thalaspi caerulescens Thlaspi Brassicaceae
Turgut et al 2004 Helianthus annuus Helianthus Asteraceae
Li et al 2005 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae
Sun et al 2007
Cardaminopsis halleeri Cardaminopsis Brassicaceae
Rai 2008 Azolla Pinnata Azolla Azollaceae
Wei et al 2008 Rorippa globosa Rorippa Brassicaceae
Sun et al 2008 Solanum nigrum Solanum Solanaceae
Sun et al 2008
Solanum photeinocarpum Solanum Solanaceae
Sun et al 2009 Bidens Pilosa Bidens Asteraceae
Saraswat yrai 2009 Brassica Juncea Brassica Brassicaceae
Wu et al 2010
Viola baoshanensis Viola Violaceae
Meers et al 2010 Zea mays Zea Poaceae
Clemente et al 2012 Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Hu et al 2013 Populus alba Populus Salicaceae
Pardo et al 2014
Bituminaria bituminosa Bituminaria Fabaceae
Deng et al 2016
Sedum plumbizincicola Sedum Crassulaceae
Deng et al 2016 Zea mays Zea Poaceae
Wan et al 2016 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Wan et al 2016 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae
Meeinkuirt et al 2016
Eucalyptus camaldulensis Eucalyptus Myrtaceae
Martinez-Oró et al 2017 Pinus halepensis Pinus Pinaceae
Fuente: Elaboración propia
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 48
4.6 Plantas acumuladoras de Cobalto
Tabla 4-8. Especies con hiperacumulación comprobada para Cobalto
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Anderson et al 1999 10.200 Haumaniastrum roberti Haumaniastrum Lamiaceae
Reeves y baker 2000
Aeollanthus biformifolius Aeollanthus Lamiaceae
Reeves y baker 2000
Haumaniastrum roberti Homalium Lamiaceae
Fuente: Elaboración propia
4.7 Plantas acumuladoras de Cobre
Tabla 4-9. Especies con hiperacumulación comprobada para Cobre
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Kay et al 1984
Hydrocotyle umbellata Hydrocotyle Araliaceae
Kruckeberg and Wu 1992 304
Arenaria douglasi Minuartia Caryophyllaceae
Brooks et al 1992 0,10% Ailanthus biformifolius Ailanthus Simaroubaceae
Brooks et al 1992 0,10% Haumaniastrum katangense Haumaniastrum Lamiaceae
Smith y McNair 1998 Mimulus guttatus Mimulus Phrymaceae
Anderson et al 1999 8.356
Haumaniastrum katangense Haumaniastrum Lamiaceae
Reeves y baker 2000
Aeollanthus biformifolius Aeollanthus Lamiaceae
Reeves y baker 2001
Haumaniastrum roberti Homalium Lamiaceae
Lasat 2002
Arabidopsis thaliana Arabidopsis Brassicaceae
Rajakaruna y Bolm 2002
Clerodendrum infortunatum Clerodendrum Lamiaceae
Rajakaruna y Bolm 2002
Haumaniastrum katangense Haumaniastrum Lamiaceae
Clemente et al 2012 Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Padmavathiamma y Li 2012 Lolium perene Lolium Amaranthaceae
Hu et al 2013 Populus alba Populus Salicaceae
Rodriguez_villa et al 2014 Brassica Juncea Brassica Brassicaceae
Pardo et al 2014
Bituminaria bituminosa Bituminaria Fabaceae
Fuente: Elaboración propia
49 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
4.8 Plantas acumuladoras de Cromo
Tabla 4-10. Especies con hiperacumulación comprobada para Cromo
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Ma et al 2001 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Turgut et al 2004 Helianthus annuus Helianthus Asteraceae
Sinha et al 2013 Vetiveria zizanoides Vetiveria Poaceae
Sinha et al 2013
Chrysanthemun coronarium Chrysanthemun Asteraceae
Sinha et al 2013
Cymbopogon Winterianus Cymbopogon Poaceae
Sinha et al 2013 Vetiveria zizanoides Vetiveria Poaceae
Chand et al 2015 Salvia sclarea Salvia Lamiaceae Fuente: Elaboración propia
4.9 Plantas acumuladoras de Hierro
Tabla 4-11. Especies con hiperacumulación comprobada para Hierro
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Kay et al 1984 Azolla Pinnata Azolla Azollaceae
Sood et al 2012 59.500 Eleocharis acicularis Eleocharis Cyperaceae
Chand et al 2015 Salvia sclarea Salvia Lamiaceae
Moreno-Barriga et al 2017
Piptatherum miliaceum Piptatherum Poaceae
Fuente: Elaboración propia
4.10 Plantas acumuladoras de Magnesio
Tabla 4-12. Especies con hiperacumulación comprobada para Magnesio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Gonzales 2008 1.923 Salix babylonica Salix Salicaceae Fuente: Elaboración propia
4.11 Plantas acumuladoras de Mercurio
Tabla 4-13. Especies con hiperacumulación comprobada para Mercurio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Millan et al 2007 Rumex Induratus Rumex Polygonaceae Fuente: Elaboración propia
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 50
4.12 Plantas acumuladoras de Manganeso
Tabla 4-14. Especies con hiperacumulación comprobada para Manganeso
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Anderson et al 1999 55.000 Macadamia neurophylla Macadamia Proteaceae
Lasat 2003
Arabidopsis thaliana Arabidopsis Brassicaceae
Clemente et al 2012 Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Padmavathiamma y Li 2012 Lolium perene Lolium Amaranthaceae
Fuente: Elaboración propia
4.13 Plantas acumuladoras de Níquel
Tabla 4-15. Especies con hiperacumulación comprobada para Níquel
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Minguzzi y Vergano 1948 0,79% Alyssum bertoloni Alyssum Brassicaceae
Wild 1970 10.000
Pearsonia metallifera Pearsonia Fabaceae
Wild 1970 10.950
Pearsonia metallifera Pearsonia Fabaceae
Wild 1971 1.000 Dicoma niccolifera Dicoma Asteraceae
Severne y Brooks 1972
Hybanthus Floribundus Hybanthus Violaceae
Baker et al 1972 Phyllanthus Phyllanthus Phyllanthaceae
Jafré y Schmid 1974 1.000 Psychotria douarrei Psychotria Rubiaceae
Jafré y Schmid 1974 1.000 Geissois pruinosa Geissois Cunoniaceae
Jafré y Schmid 1974 1.000 Homalium guillaini Homalium Salicaceae
Jaffre et al 1976 1.000 20% Sebertia accuminata Pycnandra Sapotaceae
Jaffre et al 1976 11.700
Sebertia accuminata Pycnandra Sapotaceae
Brooks et al 1977 Homalium Homalium Salicoideae
Wihter y Brooks 1977 Myristica Myristica Myristicaceae
Wihter y Brooks 1977 Planchonella Planchonella Sapotaceae
Wihter y Brooks 1977 Trichospermun Trichospermun Tiliaceae
Wihter y Brooks 1977 Rinorea Rinorea Violaceae
51 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Wihter y Brooks 1977
Rinorea bengalensis Rinorea Violaceae
Wihter y Brooks 1977 Rinorea javantica Rinorea Violaceae
Wither y Brooks 1977 19.600
Planchonella oxyedra Planchonella Sapotaceae
Lee et al 1977 25.500
Hybanthus austrocaledonicus Hybanthus Violaceae
Brooks et al 1978 Hybanthus Hybanthus Violaceae
Jaffre et al 1979 Casearia Casearia Salicaceae
Jaffre et al 1979 Pancheria bruhesi Pancheria Cunoniaceae
Jaffre et al 1979 22.900 Geissois Geissois Cunoniaceae
Jaffre et al 1980 1.000 Phyllanthus Phyllanthus Phyllanthaceae
Jaffre et al 1980 Baloghia Baloghia Euphorbiaceae
Jaffre et al 1980 Cleidion Cleidion Euphorbiaceae
Jaffre et al 1980 Xylosma Xylosma Salicaceae
Jaffre et al 1980 Argophylum Argophylum Argophyllaceae
Jaffre et al 1980 Oncotheca Oncotheca Oncothecaceae
Jaffre et al 1980 10.000 Homaluim franci Homalium Flacourtiaceae
Reeves et al 1981 0,35% Streptanthus polygaloides Streptanthus Brassicaceae
Proctor et al 1989 Shorea Shorea Dipterocarpaceae
Brooks et al 1990 Vellozia Vellozia Velloziaceae
Batianoff et al 1990 Stackhousia tryonii Stackhousia Stackhousiaceae
Baker et al 1992 Dichapetalum Dichapetalum Dichapetalaceae
Baker et al 1992 Walsura Walsura Meliaceae
Baker et al 1992 Brackenridgea Brackenridgea Ochnaceae
Brooks et al 1992 1,30% Cnidoscolus Cnidoscolus Euphorbiaceae
Brooks et al 1992 Turnera Subnuda Turnera Turneraceae
Brooks et al 1992 Pfaffia Pfaffia Amaranthaceae
Baker et al 1992 26.600
Dichapetalum gelonioides Dichapetalum Dichapetalaceae
Reeves et al 1996 19.030
Phyllantus nummularioides Phyllanthus Phyllanthaceae
Reeves et al 1996 3.570 Psychotria douarrei Psychotria Rubiaceae
Reeves et al 1996 10.301 Buxus Buxus Buxaceae
Reeves et al 1996 10.140
Leucocroton havenensis Leucocroton Euphorbiaceae
Reeves et al 1996 10.950 Phyllanthus Phyllanthus Phyllanthaceae
Reeves et al 1996 13.610
Tetralix brachypetalus Tetralix Tiliaceae
Batianoff et al 1997
Pimelea leptospermoides Pimelea Thymelaeaceae
Robinson et al 1997 0,80% Alyssum bertoloni Alyssum Brassicaceae
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 52
Anderson et al 1997 5.500 1% Berkheya coddi Berkheya Asteraceae
Reeves et al 1999 1.574
Chionanthus domingensis Chionanthus Oleaceae
Reeves et al 1999 16.600
Pentacalia eriocarpha Pentacalia Asteraceae
Reeves et al 1999 10.640 Senecio Senecio Asteraceae
Reeves et al 1999 13.070 Ariadne Shaferi Ariadne Rubiaceae
Reeves et al 1999 25.540
Phyllomelia coronata Phyllomelia Rubiaceae
Reeves et al 1999 10.250 Psychoria Psychoria Rubiaceae
Jopony y Tongkul 1999 17.500
Rinorea bengalensis Rinorea Violaceae
Anderson et al 1999 13.400 Alyssum bertoloni Alyssum Brassicaceae
Anderson et al 1999 17.000 Berkheya coddi Berkheya Asteraceae
Lombi et al 2001
Thalaspi caerulescens Thlaspi Brassicaceae
Reeves 2003 Alyssum bertoloni Alyssum Brassicaceae
Reeves 2003 1.790
Rostellularia adscendens Rostellularia Acanthaceae
Reeves 2003 1.090 Commelina ensifolia Commelina Commelinaceae
Reeves 2003 3.640 4% Stackhousia tryonii Stackhousia Stackhousiaceae
Reeves 2003 1.620
Pimelea leptospermoides Pimelea Thymelaeaceae
Reeves et al 2003 6.060
Glochidion acustylum Glochidion Phyllanthaceae
Reeves et al 2003 34.330 Phyllanthus insulae Phyllanthus Phyllanthaceae
Reeves et al 2003 1.440
Brackenridgea palustris Brackenridgea Ochnaceae
Reeves et al 2003 10.590 Psychotria gracilis Psychotria Rubiaceae
Reeves et al 2003 1.820 Psychotria unident Psychotria Rubiaceae
Reeves et al 2003 17.350
Rinorea bengalensis Rinorea Violaceae
Reeves 2003 41.260 Stackhousia tryonii Stackhousia Stackhousiaceae
Li et al 2003 Alyssum bertoloni Alyssum Brassicaceae
Reeves 2004 Thalaspi calaminare Thlaspi Brassicaceae
Li et al 2004 Alyssum murale Alyssum Brassicaceae
Turgut et al 2004 Helianthus annuus Helianthus Asteraceae
Reeves 2005 Berkheya Berkheya Asteraceae
Saraswat y rai 2009 Brassica Juncea Brassica Brassicaceae
Sood et al 2012 3.500 Elodea canadensis Elodea Hydrocharitaceae
Van der Ent et al 2015 2% Alyssum murale Alyssum Brassicaceae
53 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Van der Ent et al 2015 2% Alyssum Corsicum Alyssum Brassicaceae
Chand et al 2015 Salvia sclarea Salvia Lamiaceae
Rosenkranz et al 2017
Odontarrhena serpyllifolia Odontarrhena Brassicaceae
Chaney et al 2018
Phyllanthus rufuschaneiy Phyllanthus Phyllanthaceae
Tognacchini et al 2020 3.405
Odontarrhena chalcidica Odontarrhena Brassicaceae
Tognacchini et al 2020
Odontarrhena muralis Odontarrhena Brassicaceae
Tognacchini et al 2020 Lolium perene Lolium Poaceae
Fuente: Elaboración propia
4.14 Plantas acumuladoras de Oro
Tabla 4-16. Especies con hiperacumulación comprobada para oro
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Warren y Delavault 1950 4 Equisetum arvense Equisetum Equisetaceae
Anderson et al 1998 10 Brassica Juncea Brassica Brassicaceae
Anderson et al 1999 10 Brassica Juncea Brassica Brassicaceae Fuente: Elaboración propia
4.15 Plantas acumuladoras de Potasio
Tabla 4-17. Especies con hiperacumulación comprobada para Potasio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Gonzales 2008 11.845 Salix babylonica Salix Salicaceae Fuente: Elaboración propia
4.16 Plantas acumuladoras de Plomo
Tabla 4-18. Especies con hiperacumulación comprobada para Plomo
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Kay et al 1984
Eichhornia crassipes Eichhornia Pontederiaceae
Baker y Brooks 1989 1% Armeria maritima Armeria Plumbaginaceae
Baker y Brooks 1989
Fagopyrum esculentum Fagopyrum Polygonaceae
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 54
Huang y Cunnigham 1996 Zea mays Zea Poaceae
Anderson et al 1999 8.200
Thalaspi rotundifolium Thlaspi Brassicaceae
Lasat 2004
Arabidopsis thaliana Arabidopsis Brassicaceae
Li et al 2005 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae
Yanqun et al 2005 Sonchus asper Sonchus Asteraceae
Chehregani y malayeri 2007
Euphorbia cheiradenia Euphorbia Euphorbiaceae
Dominguez et al 2008 Populus alba Populus Salicaceae
Meers et al 2010 Zea mays Zea Poaceae
Sood et al 2012 1.120
Eleocharis acicularis Eleocharis Cyperaceae
Baccheta et al 2012
Pistacia lentisus Pistacia Anacardiaceae
Clemente et al 2012
Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Padmavathiamma y Li 2012 Lolium perene Lolium Amaranthaceae
Gonzales-Alcaraz et al 2013
Sarcocornia fruticosa Sarcocornia Amaranthaceae
Hu et al 2013 Populus alba Populus Salicaceae
Pardo et al 2014
Bituminaria bituminosa Bituminaria Fabaceae
Chand et al 2015 Salvia sclarea Salvia Lamiaceae
Parraga-Aguado et al 2015
Piptatherum miliaceum Piptatherum Poaceae
Parraga-Aguado et al 2015
Pinus halepensis Pinus Pinaceae
Parraga-Aguado et al 2015
Helichrysum decumbens Helichrysum Asteraceae
Kohler et al 2016
Dorycnium pentaphyllum Dorycnium Fabaceae
Deng et al 2016 Zea mays Zea Poaceae
Wan et al 2016 Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Wan et al 2016 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae
Sharma y Pandey 2017
Lasiurus scindicus Lasiurus Poaceae
Kaewtubtim et al 2018
Avicennia marina Avicennia Acanthaceae
Kaewtubtim et al 2018 Pluchea indica Pluchea Asteraceae Fuente: Elaboración propia
55 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
4.17 Plantas acumuladoras de Selenio
Tabla 4-19. Especies con hiperacumulación comprobada para Selenio
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Peterson 1971 1% Astragalus Astragalus Fabaceae
Anderson et al 1999 6.000
Astragalus pattersoni Astragalus Fabaceae
Ma et al 2001
Pteris vittata Pteris Pteridaceae
Vallini et al 2005
Astragalus racemosus Astragalus Fabaceae
Vallini et al 2005
Astragalus bisulcatus Astragalus Fabaceae
Fuente: Elaboración propia
4.18 Plantas acumuladoras de Talio
Tabla 4-20. Especies con hiperacumulación comprobada para Talio
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Leblanc et al 1999 428 1,40% Biscutella laevigata Biscutella Brassicaceae
Leblanc et al 1999 313 0,40% Iberis intermedia Ibereis Brassicaceae
Fuente: Elaboración propia
4.19 Plantas acumuladoras de Uranio
Tabla 4-21. Especies con hiperacumulación comprobada para Uranio
Referencia Año mg/kg Especie Genero Familia
Anderson et al 1999 100 Atriplex confertifolia Atriplex Amaranthaceae
Vasilescu 2006 64 Verbascum genus Verbascum Scrophulariaceae
Vasilescu 2006 864 Verbascum genus Verbascum Scrophulariaceae
Fuente: Elaboración propia
Capítulo 4. Tipos de plantas hiperacumuladoras 56
4.20 Plantas acumuladoras de Zinc
Tabla 4-22. Especies con hiperacumulación comprobada para Zinc
Referencia Año mg/kg % Especie Genero Familia
Baumann 1985 1% Viola calamaría Viola Violaceae
Baumann 1985 1% Thalaspi calaminare Thlaspi Brassicaceae
Anderson et al 1999 10.000
Thalaspi Calaminare Thlaspi Brassicaceae
Leblanc et al 1999
Thlaspi caerulescens Thlaspi Brassicaceae
Reeves y Baker 2000
Arabidopsis halleri Arabidopsis Brassicaceae
Lombi et al 2001
Thalaspi caerulescens Thlaspi Brassicaceae
Li et al 2005 Sedum alfredii Sedum Crassulaceae
Yanqun et al 2005 Sonchus asper Sonchus Asteraceae
Sun et al 2007
Cardaminopsis halleeri Cardaminopsis Brassicaceae
Meers et al 2010 Zea mays zea Poaceae
Baccheta et al 2012
Pistacia lentisus Pistacia Anacardiaceae
Clemente et al 2012
Atriplex halimus Atriplex Amaranthaceae
Padmavathiamma y Li 2012 Lolium perene Lolium Amaranthaceae
Gonzales et al 2013
Sarcocornia fruticosa Sarcocornia Amaranthaceae
Hu et al 2013 Populus alba Populus Salicaceae
Herzig et al 2014
Nicotina tabacum Nicotina Solanaceae
Pardo et al 2014
Bituminaria bituminosa Bituminaria Fabaceae
Deng et al 2016
Sedum plumbizincicola Sedum Crassulaceae
Fuente: Elaboración propia
4.21 Potencial de especies en Colombia
En el catálogo de plantas y líquenes de Colombia, se realizó una consulta con los nombres
de las familias que han sido catalogadas como hiperacumuladoras, para evaluar la
existencia de la especie el país y su abundancia (Universidad Nacional de Colombia,
2020). Los resultados se muestran en la Tabla 4-23.
57 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Tabla 4-23. Número de especies con potencial de hiperacumulación con presencia en Colombia
Familia Especies con potencial
propiedad hiperacumuladora en Colombia
Brassicaceae 74
Asteraceae 1.302
Amaranthaceae 67
Lamiaceae 292
Poaceae 885
Salicaceae 107
Fabaceae 1.191
Violaceae 71
Crassulaceae 25
Phyllanthaceae 67
Pteridaceae 169
Rubiaceae 1.115
Euphorbiaceae 311
Polygonaceae 70
Sapotaceae 127
Cunoniaceae 35
Solanaceae 361
Stackhousiaceae 0
Acanthaceae 372
Anacardiaceae 37
Araceae 818
Azollaceae 0
Cyperaceae 352
Dichapetalaceae 26
Ochnaceae 84
Pinaceae 3
Scrophulariaceae 14
Fuente: Elaboración propia
Con la información anterior de puede inferir que Colombia tiene un gran potencial de
poseer especies hiperacumuladoras para cada uno de los metales y metaloides abordados
en este documento, debido principalmente a la gran biodiversidad de especies y la
variedad de ecosistemas en los cuales se desarrollan.
Capítulo 5. Caso de Estudio 58
5 CASO DE ESTUDIO
Existen pocas referencias en Colombia sobre la aplicación de plantas como herramienta
primaria para la descontaminación de áreas degradadas por minería o la extracción de
metales con fines económicos. Puede que existan muchas investigaciones para la
recuperación de la cobertura vegetal pero no profundizan en el aspecto tratado en este
documento.
En Colombia desde el 2008 se han llevado a cabo tenues investigaciones sobre el uso de
las plantas con fines de fitorremediación, dentro de ellas se destaca la realizada por
González en el año 2008, en la cual buscaba establecer el potencial de fitorremediación
de una especie de sauce (Salix babylonica spp) en suelo contaminados con lixiviados con
presencia de metales pesados (González Galvis, 2008), la revisión de este experimento
se realizó de forma conceptual y solo a nivel demostrativo donde se apreció una cualidad
desconocida para la especie usada en la prueba, la cual es del interés de este trabajo.
5.1 Preparación del experimento
La matriz de experimentos planteada fija dos parámetros como lo son la especie de planta
y el sustrato usado para el crecimiento de esta. El parámetro que varía es la cantidad de
lixiviado aportado al conjunto planta-sustrato mediante la dilución con agua de lluvia. La
primera con contenido del 20% de lixiviado y la segunda con el 60% de lixiviado. Se estima
analizar muestras al 2 mes y al 4 mes de iniciado el proceso de riego.
Capítulo 5. Caso de Estudio 59
Tabla 5-1:Matriz de experimentos
Lote Muestreo 1 (2 meses) Muestreo 2 (4 mes)
Control 3 plantas 3 plantas
Lix 20% 3 plantas 3 plantas
Lix 60% 3 plantas 3 plantas
Fuente (González Galvis, 2008)
El lixiviado fue recolectado mediante un muestreo estratificado con intervalos de
incrementos cada hora por un periodo de 8 horas, este procedimiento se repitió durante
dos días, el volumen acumulado corresponde a 10 litros, el cual inicialmente se
homogenizó y se extrajo una muestra para el análisis de laboratorio. Los resultados de la
caracterización se presentan en la Tabla 5-2.
Tabla 5-2:Caracterización del lixiviado
Parámetro Unidad Valor Obtenido
pH Unidades 8,2
OD mg O2/l 0,21
Conductividad
eléctrica
ms/cm 22
DBO mg/l 2.492
DQO mg/l 3.542
Ba mg/l 1,0
Cd mg/l <0,001
Al mg/l 0,05
Cu mg/l 0,03
Cr mg/l 0,03
Ni mg/l 0,16
Hg mg/l 0,005
Mn mg/l <0,01
Fe mg/l 2,0
Al mg/l 0,004
Fuente: (González Galvis, 2008)
60 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
El experimento se realizó a la intemperie, con plantas adquiridas en invernaderos con un
periodo de crecimiento de 4 meses y una masa de suelo igual a 1,2 kg respectivamente, y
con 4 meses más de crecimiento antes de ser trasplantadas al sitio final de prueba.
Por cada tratamiento se plantaron 12 árboles, con altura media de 30 cm y diámetro de
tronco entre 0,8 y 1,4 cm. Durante el proceso de la prueba las plantas no fueron fertilizadas.
Las muestras de suelo tuvieron su origen en el proceso de compostaje de residuos sólidos
orgánicos por el contenido de materia orgánica para favorecer el crecimiento de las
plantas. Los resultados se presentan en la Tabla 5-3.
Tabla 5-3:Caracterización del suelo usado como sustrato
Parámetro Unidad Valor Obtenido
Humedad % 19,0
Cenizas % 51,5
Carbono orgánico % 29,5
Conductividad eléctrica mS/cm 14,0
Capacidad de retención
de humedad
% 92
CIC meq/100g 5,35
Relación C/N - 15
Nitrógeno total % 0,96
Fosforo total % 2,75
Potasio % 2,46
Calcio % 7,20
Magnesio % 0,72
Azufre % 0,58
Hierro % 0,86
Manganeso ppm 340
Cobre ppm 80
Zinc ppm 120
Boro ppm 62
Sodio ppm 2010
Capítulo 5. Caso de Estudio 61
pH 9,62
Cromo ppm No determinado
Cadmio ppm 29,27
Plomo ppm No determinado
Níquel ppm No determinado
Fuente: (González Galvis, 2008)
5.2 Montaje experimental
El montaje se realizó al interior del relleno sanitario la Pirgua en la ciudad de Tunja
(Boyacá), el cual incluyó la impermeabilización para evitar la migración del lixiviado. Una
vista general su puede observar en la Figura 5-1.
Figura 5-1:Montaje experimental con Salix spp
Fuente: (González Galvis, 2008)
Para la identificación de las dos poblaciones sometidas al lixiviado se fijaron cintas de color
(Blanca para lixiviado al 20% y violeta para el lixiviado al 60%), la preparación del lixiviado
se realizó manualmente con el uso de recipientes de 8 litros, las cantidades se presentan
en la Tabla 5-4.
Tabla 5-4: Contaminantes ambientales donde es posible usar fitorremediación
Cantidad de
lixiviado (l)
Cantidad de
agua lluvia(l)
Volumen
total (l)
Lixiviado al 20% 1,4 5,8 7,2
Lixiviado al 60% 4,8 3,2 8,0
Fuente: (González Galvis, 2008)
62 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
5.3 Desarrollo de la prueba
La prueba consistió en regar una cantidad determinada de solución dos veces por día,
cada 2 días durante 4 meses. La toma de muestras se realizó luego de los 2 primeros
meses y pasados 4 meses. De la población inicial de 12 árboles para cada grupo analizado,
una muestra corresponde a una selección aleatoria de tres individuos para donde las
plantas seleccionadas fueron completamente analizadas mediante ensayos destructivos
en sus tres componentes estructurales (raíz, tallo y hojas).
El montaje durante la prueba se observa en la Figura 5-1
Figura 5-2: Montaje experimental con Salix spp
Fuente: (González Galvis, 2008)
5.4 Resultados
A continuación, se presentan los resultados para cada uno de los metales analizados.
Inicialmente para el caso el aluminio predomina la acumulación en la raíz en cada uno de
los muestreos, aunque se nota una drástica reducción con el paso del tiempo.
Capítulo 5. Caso de Estudio 63
Figura 5-3:Percentiles para concentración para Aluminio
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
Para el hierro se aprecia una mayor concentración preferencial en el tallo en el primer
muestreo, pero al cabo de 4 meses cae dramáticamente. La información muestra un
potencial de fitorremediación para ciclos cortos.
Figura 5-4:Percentiles para concentración para Hierro
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
Para el caso del calcio, no existe una clara preferencia de acumulación, aunque se aprecia
una leve tasa de acumulación en las hojas para nivel de lixiviado de 60%. Indicando un
potencial fito extractor para calcio.
64 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Figura 5-5:Percentiles para concentración para Calcio
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
Para el caso del potasio, se observa un incremento significativo en la acumulación en las
hojas, a corto plazo y bajas concentraciones de lixiviado, mostrando un potencial fito
extractor.
Figura 5-6:Percentiles para concentración para Potasio
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
Capítulo 5. Caso de Estudio 65
En el caso del cinc y manganeso, se observan algunas preferencias por la concentración
en la raíz, aunque las concentraciones son en general son bajas para toda la planta.
Figura 5-7:Percentiles para concentración para Zinc
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
Figura 5-8:Percentiles para concentración para Manganeso
Fuente: Modificado (González Galvis, 2008)
En la Tabla 5-5, se presentan los resultados para todos los metales analizados.
66 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Tabla 5-5:Resultados químicos promedios para cada una de las muestras
Al Fe Ca Mg K Cu Zn Mn Ni Pb Cd
Lixiviado 20%
Raíz 29.964,0 1.016,7 4.510,0 1.923,2 3.966,0 17,3 128,5 87,8 4,9 3,2 0,5
Tallo 334,0 78,7 1.518,1 822,7 4.554,8 4,8 125,4 60,6 0,2 1,9 1,8
Hojas 309,3 115,0 2.723,7 978,8 11.845,7 7,0 82,8 81,6 0,3 1,7 0,7
Lixiviado 60%
Raíz 32.206,0 1.486,0 4.738,5 1.235,0 6.609,5 102,4 179,0 109,7 0,2 22,6 1,4
Tallo 810,3 2.896,0 4.858,2 3.323,2 6.144,2 12,9 73,7 93,5 0,2 14,7 3,9
Hojas 478,7 698,0 2.154,3 432,7 4.353,2 5,5 193,7 132,3 0,1 11,5 1,0
Fuente: Modificado de (González Galvis, 2008)
Los resultados muestran que la acumulación y distribución de metales en los tejidos de la
planta para la implementación en fitorremediación dependen de tres parámetros
fundamentales, un sustrato adecuado, una planta con potencial de hiperacumulación y una
concentración determinada de contaminante (González Galvis, 2008).
Como conclusión de este trabajo, el tratamiento más eficiente para el objetivo de
fitorremediación fue la solución con 20% de lixiviado, ya que para el 60% hubo muerte
vegetal luego de tres meses. Se puede concluir categóricamente que la especie Salix
babylonica, tiene el potencial de hiperacumulación de aluminio en las raíces.
Un efecto probable de la muerte vegetal en el tratamiento con lixiviado del 60% pudo ser
la inhibición en la absorción de algunos nutrientes como el fosforo; lo cual se evidenció en
la coloración rojiza de las hojas tomada a los dos meses.
Se puede utilizar sauce Salix babylonica en el tratamiento de lixiviados para la
fitoextracción de Mn, Ca y K, ya presenta concentraciones mayores a 1000 mg/kg en raíz,
tallo y hojas.
Se presentó fitoacumulación y fitoestabilización en la zona radicular para elementos como
Al, Fe, Mg, Cu, Ba y Cr.
Para futuros desarrollos se deberá desarrollar un modelo que involucre la sostenibilidad
del suelo, de las aguas superficiales y subterráneas y del crecimiento de las plantas,
Capítulo 5. Caso de Estudio 67
además se deberá implementar un monitoreo más continuo para evitar la aparición de
condiciones tóxicas para el crecimiento de la planta a fin de maximizar la extracción en la
biomasa.
Capítulo 6. Conclusiones y recomendaciones 68
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1 Conclusiones
Luego de las validaciones científicas en laboratorios de los últimos 20 años, la fitominería
tiene el reto de implementar estas prácticas a escala industrial, existe una oportunidad para
el aprovechamiento de recursos que por los bajos contenidos de metales presentes no son
atractivos para el desarrollo de grandes complejos mineros o asumir el reto de darle una
segunda vida a los denominados” desechos” mineros, a fin de aprovechar al máximo los
recursos minerales presentes en ese lugar.
Las prácticas de fitorremediación requieren mejores estrategias para ser implementadas
en los proyectos mineros ya que existe un amplio desconocimiento sobre la presencia de
plantas endémicas mejor adaptadas para cumplir con la tarea de fitorremediación, según
los casos de estudio revisados, al cabo de pocos años se logra transformar el uso del suelo
y generar un valor económico.
La mejor práctica para la rehabilitación de suelos con altas concentración de metales es la
fitorremediación, se ha comprobado que la estrategia tiende a estabilizar
permanentemente o extraer definitivamente el contaminante y permite generar un nuevo
uso económico del suelo o favorecer el desarrollo de nuevos ecosistemas.
Este trabajo permite evidenciar que Colombia se proyecta como una gran potencia de
presencia de plantas hiperacumuladoras debido a la variedad de ecosistemas que
coexisten y donde las diversas especies se han adaptado en diferentes condiciones de
suelos y ambientes, la consulta exploratoria de especies arrojo la presencia de la mayoría
de especies identificadas en otras latitudes, lo que en opinión del autor es fantástico, ver
Capítulo 6. Conclusiones y recomendaciones 69
que nuestro país contiene el 99% de las especies hiperacumuladoras identificadas
promueve continuar la investigación en este campo.
70 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
6.2 Recomendaciones
La principal recomendación es iniciar el banco de información de plantas
hiperacumuladoras en Colombia, se tiene la presencia de cada una de las familias
mencionadas en este estudio, aunque no se cuenta con la suficiente información para
concluir si tienen la capacidad o no de asimilar metales como se ha descrito en el
documento.
De la familia brasicaceae, En Colombia se manifiestan 74 especies, distribuidas en todos
los pisos térmicos y regiones de Colombia, por lo que es un muy buen indicador que
requiere estudio e investigación.
Existe un grandioso potencial de encontrar especies con esta extraordinaria habilidad que
merecen ser descubiertas y estudiadas, a la fecha, el auge de emprendimientos
sostenibles y endurecimientos de la regulación tienden a dirigir la investigación hacia estos
campos.
Existe un gran potencial de producción de microparcelas en zonas de pasivos ambientales
de alta montaña, los cuales ocupan pequeñas áreas pero que se encuentran dispersos por
todo el territorio, si el uso de este tipo de plantas tiene efecto positivo, puede ser una
alternativa más para la mitigación de impactos ambientales del pasado.
Finalmente, la elaboración de este trabajo recomienda a los nuevos investigadores realizar
trabajos más exhaustivos incluyendo pruebas experimentales que permitan ampliar el
conocimiento sobre esta nueva tecnología y admitan la implementación de proyectos en
un futuro no muy lejano.
Bibliografía 71
7 BIBLIOGRAFÍA
Ahlfeld, D. P., Mulvey, J. M., & Pinder, G. F. (1988). Contaminated groundwater remediation design using simulation, optimization and sensitivity theory: Analysis of a field site. Water Resources Research, 443–452.
Alloway, B. j. (2013). Heavy Metals in Soils. In Heavy Metals in Soils. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4470-7_10
Anderson, C, Brooks, R. R., Chiarucci, A., Lacoste, C. J., Leblanc, M., Robinson, B. H., Simcock, R., & Stewart, R. B. (1999). Phytomining for nickel, thallium and gold. Journal of Geochemical Exploration, 67(1–3), 407–415. https://doi.org/10.1016/S0375-6742(99)00055-2
Anderson, Christopher, Moreno, F., & Meech, J. (2005). A field demonstration of gold phytoextraction technology. Minerals Engineering, 18(4), 385–392. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2004.07.002
Chaney, R. L., & Baklanov, I. A. (2017). Phytoremediation and Phytomining: Status and Promise. In Advances in Botanical Research (Vol. 83). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2016.12.006
Chaney, R. L., & Mahoney, M. (2014). Phytostabilization and Phytomining: Principles and successes. Advances in Botanical Research, April, 189–221. https://doi.org/10.1016/bs.abr.2016.12.006
Delgadillo-López, A. E., González-Ramírez, C. A., Prieto-García, F., Villagómez-Ibarra, J. R., & Acevedo-Sandova, O. (2011). Phytoremediation: An alternative to eliminate pollution. Tropical and Subtropical Agroecosystems, 14(2), 597–612.
Demkova, L., Jezny, T., & Bobulska, L. (2017). Assessment of soil heavy metal pollution in a former mining area - Before y after the end of mining activities. Soil and Water Resources.
Dunn, C., & Heberlein, D. R. (2020). Geochemical Investigation of Halogens in Spruce Treetops and Integration with Existing Multi-Element Data from the Blackwater Region and TREK Project Area , Central British Columbia ( NTS 093C , F ). 101–108.
Ent, A. Van Der, Baker, A. J. M., Reeves, R. D., Chaney, R. L., Anderson, C. W. N., Meech, J. A., Erskine, P. D., Simonnot, M., Vaughan, J., Morel, J. L., Echevarria, G., Fogliani, B., Rongliang, Q., & Mulligan, D. R. (2015). Agromining : Farming for Metals
Bibliografía 72
in the Future ? Environmental Science and Technology, 49, 4773–4780. https://doi.org/10.1021/es506031u
Farago, M. E. (2008). Plants and the chemical elements, Biochemistry, Uptake, Tolerance and toxicity. https://doi.org/10.1002/9783527615919.ch8
Fortescue, J. A. (1980). Environmental geochemistry: A Holistic approach (E. Studies (ed.); 35th ed.).
Ghori, Z., Iftikhar, H., Bhatti, M. F., Nasar-Um-Minullah, Sharma, I., Kazi, A. G., & Ahmad, P. (2015). Phytoextraction: The Use of Plants to Remove Heavy Metals from Soil. In Plant Metal Interaction: Emerging Remediation Techniques. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803158-2.00015-1
Giraldo, D. (2017). Procesos de degradación de suelos asociados a minería aurífera a cielo abierto, caso de estudio Bajo Cauca Antioqueño. Universidad Nacional de Colombia.
Glasby, G. (2006). V.M. Goldschmidt: The British Connection. A Tribute on the 60th Anniversary of his Death. The Geochemical News, 129(1), 14–31.
Goldschmidt, V. (1929). The distribution of the chemicals elements. Resources Processes, 26, 73–86.
Goldschmidt, V. (1954). Geochemestry. Claredon press.
Gonzalez Galvis, J. P. (2008). Potencial de una especie de sauce (Salix spp.) para fitorremediación de metales tóxicos en lixiviados. Universidad de los Andes.
González Valdez, E., Alarcón, A., Ferrera Cerrato, R., Vega Carrillo, H. R., Maldonado Vega, M., Salas Luévano, M. Á., & Argumed Delira, R. (2018). Induced accumulation of Au, Ag and Cu in Brassica napus grown in a mine tailings with the inoculation of Aspergillus niger and the application of two chemical compounds. Ecotoxicology and Environmental Safety, 154, 180–186.
Greipsson, S. (2011). Phytoremediation. Nature Education.
Jaffre, T., Brooks, R. R., Lee, J., & Reeves, R. D. (1976). Sebertia acuminata: A nickel accumulating plant from New Caledonia. Science, 193, 579–580.
Kruckeberg, A. L., & Wu, L. (1992). Copper tolerance and copper accumulation of herbaceous plants colonizing inactive California copper mines. Ecotoxicology and Environmental Safety, 23(3), 307–319. https://doi.org/10.1016/0147-6513(92)90080-M
Li, C., Ji, X., & Luo, X. (2020). Visualizing hotspots and future trends in phytomining research through scientometrics. Sustainability (Switzerland), 12(11). https://doi.org/10.3390/su12114593
Lungwitz, E. (1900). The lixiviation of gold deposit by vegetation. Engeneering and Mining Journal, 500–502.
Maluckov, B. S. (2015). Bioassisted phytomining of gold. Jom, 67(5), 1075–1078. https://doi.org/10.1007/s11837-015-1329-4
73 Uso de plantas hiperacumuladoras en minería: Conceptos y Aplicaciones
Manara, A. (2012). Plant Responses to Heavy Metal Toxicity. 27–53. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4441-7
Martinez, R. E., Pourret, O., Faucon, M. P., & Dian, C. (2018). Effect of rare earth elements on rice plant growth. Chemical Geology, 489(April), 28–37. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2018.05.012
McGrath, S. P., Zhao, F., & Lombi, E. (2000). Phytoremediation of Metals, metalloids, and radionuclides. Agrnomy, 75.
Murphy, K., Efremov, A., Davidson, T. A., Molina-Navarro, E., Fidanza, K., Crivelari Betiol, T. C., Chambers, P., Tapia Grimaldo, J., Varandas Martins, S., Springuel, I., Kennedy, M., Mormul, R. P., Dibble, E., Hofstra, D., Lukács, B. A., Gebler, D., Baastrup-Spohr, L., & Urrutia-Estrada, J. (2019). World distribution, diversity and endemism of aquatic macrophytes. Aquatic Botany, 158(January), 103127. https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2019.06.006
Naila, A., Meerdink, G., Jayasena, V., Sulaiman, A. Z., Ajit, A. B., & Berta, G. (2019). A review on global metal accumulators—mechanism, enhancement, commercial application, and research trend. Environmental Science and Pollution Research, 26(26), 26449–26471. https://doi.org/10.1007/s11356-019-05992-4
Neesse, T. (2013). Selective attachment processes in ancient gold ore beneficiation. Minerals Engineering, 58, 52–63. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.01.009
Oyewo, O. A., Agboola, O., Onyango, M. S., Popoola, P., & Bobape, M. F. (2018). Current Methods for the Remediation of Acid Mine Drainage Including Continuous Removal of Metals From Wastewater and Mine Dump. In Bio-Geotechnologies for Mine Site Rehabilitation. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812986-9.00006-3
Pandey, V. C., & Bajpai, O. (2018). Phytoremediation: From Theory Toward Practice. In Phytomanagement of Polluted Sites: Market Opportunities in Sustainable Phytoremediation. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813912-7.00001-6
Pandey, V. C., & Bauddh, K. (2018). Preface. Phytomanagement of Polluted Sites: Market Opportunities in Sustainable Phytoremediation, xxi–xxii. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813912-7.00031-4
Rascio, N., & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Science, 180(2), 169–181. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2010.08.016
Reeves, R. D., & Brooks, R. R. (1983). Hyperaccumulation of lead and zinc by two metallophytes from mining areas of Central Europe. Environmental Pollution. Series A, Ecological and Biological, 31(4), 277–285. https://doi.org/10.1016/0143-1471(83)90064-8
Reeves, R D. (2006). CHAPTER 2 HYPERACCUMULATION OF TRACE ELEMENTS BY PLANTS 2 . HISTORICAL RECORDS OF METAL-ACCUMULATING PLANTS. 25–52.
Reeves, Roger D. (2003). Tropical hyperaccumulators of metals and their potential for
Bibliografía 74
phytoextraction. Plant and Soil, 249, 57–65.
Scheper, T., & Tsao, D. T. (2003). Phytoremediation. In Advance in biochemical engineering biotechnology (Vol. 78, p. 216). https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
Sheoran, V., Sheoran, A. S., & Poonia, P. (2009). Phytomining: A review. Minerals Engineering, 22(12), 1007–1019. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2009.04.001
Sheoran, Vimla, Sheoran, A. S., & Poonia, P. (2016). Factors Affecting Phytoextraction: A Review. Pedosphere, 26(2), 148–166. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(15)60032-7
Tangahu, B. V., Sheikh Abdullah, S. R., Basri, H., Idris, M., Anuar, N., & Mukhlisin, M. (2011). A review on heavy metals (As, Pb, and Hg) uptake by plants through phytoremediation. International Journal of Chemical Engineering, 2011. https://doi.org/10.1155/2011/939161
Tognacchini, A., Rosenkranz, T., van der Ent, A., Machinet, G. E., Echevarria, G., & Puschenreiter, M. (2020). Nickel phytomining from industrial wastes: Growing nickel hyperaccumulator plants on galvanic sludges. Journal of Environmental Management, 254. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109798
Universidad Nacional de Colombia. (2020). Catalogo de plantas de colombia. http://catalogoplantasdecolombia.unal.edu.co/es/resultados/familia/
Vasilescu, C., Georgescu, P. D., & Serban, N. (2006). Phytoremediation in areas contaminated with heavy and radioactive metals. 329–334.
Wagner, B. J., & Gorelik, S. M. (1987). Optimal groundwater quality management under parameter uncertainly. Water Resources Research, 1162–1174.
Warra, A. A., & Prasad, M. N. V. (2018). Artisanal and Small-Scale Gold Mining Waste Rehabilitation With Energy Crops and Native Flora-A Case Study From Nigeria. In Bio-Geotechnologies for Mine Site Rehabilitation. Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812986-9.00026-9
Wiche, O., & Heilmeier, H. (2016). Germanium (Ge) and rare earth element (REE) accumulation in selected energy crops cultivated on two different soils. Minerals Engineering, 92, 208–215. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.023
Wither, E. D., & Brooks, R. R. (1977). Hyperaccumulation of nickel by some plants of South-East Asia. Journal of Geochemical Exploration, 8, 579–583.