Decodificando la Interfaz (Andina): Generación, Especiación y Adsorción Competitiva de Metales Pesados en Cuencas Impactadas usando Minerales Naturales

1. El Problema y la Brecha de Conocimiento Las cuencas altoandinas peruanas presentan una problemática sistémica de contaminación por metales y metaloides (como plomo, cobre, cadmio, mercurio, zinc, arsénico, etc.) originada por pasivos ambientales mineros. Si bien los minerales no metálicos del grupo de aluminosilicatos, como zeolitas y arcillas, son abundantes en el Perú, su estudio científico como adsorbentes naturales se ha concentrado en sistemas monometálicos idealizados en aguas sintéticas. Sin embargo, existe un vacío de conocimiento fundamental sobre el efecto matriz y sobre cómo el acoplamiento pH–Eh–fuerza iónica y ligandos inorgánicos mayoritarios (SO4²?, CO3²?, Cl?) modifica la especiación, la actividad química y la competencia por sitios activos, alterando la selectividad y los parámetros termodinámicos observables en la interfaz sólido-líquido. Asimismo, se desconoce la jerarquía de afinidad iónica y la estabilidad termodinámica de los complejos superficiales bajo estas condiciones, lo que impide predecir el destino geoquímico de los contaminantes. 2. Enfoque y Metodología: Esta investigación busca el entendimiento de los principios fisicoquímicos que gobiernan la interacción en la interfaz sólido-líquido en sistemas multielementales complejos. El objetivo central es determinar la influencia de la especiación química en la selectividad, capacidad de adsorción y parámetros termodinámicos en escenarios de adsorción competitiva, usando muestras de arcilla y zeolita para adsorción e intercambio iónico de metales pesados y metaloides. La montmorillonita (arcilla) y clinoptilolita (zeolita) están dentro de los más de 30 minerales no metálicos de formación natural en el Perú. El proyecto de investigación se basa en: 1) Cuenca objeto de estudio: Identificar la cuenca impactada como objeto de estudio a través de la colaboración con AMSAC, tomando en cuenta la disponibilidad de data histórica, evidencia de contaminación por metal(oid)es y facilidad de muestreo. 2) Caracterización del mineral adsorbente: Determinar la granulometría de los minerales no metálicos a utilizar, así como emplear técnicas de caracterización superficial para los minerales propuestos mediante Difracción de Rayos X (XRD) y Fluorescencia de Rayos X (XRF) y Microscopía Electrónica de Barrido (SEM). 3) Modelamiento geoquímico: Utilizar el software PHREEQC (que significa pH, redox, equilibrio escrito en lenguaje C) para simular la especiación y competencia iónica en los procesos de adsorción e intercambio iónico en matrices reales. 4) Cinética y equilibrio en adsorción competitiva: Generar modelos de adsorción competitiva entre los metales pesados usando la especiación química y datos experimentales de cinética y equilibrio. 3. Alcance El proyecto emplea un enfoque experimental y predictivo. Se utilizarán muestras de minerales no metálicos caracterizados previamente por XRD y XRF en cuanto a su composición mineralógica y química. La participación de Activos Mineros S.A.C. (AMSAC) como entidad asociada es crucial, pues proporcionará acceso a datos históricos de cuencas en Perú impactadas por pasivos mineros con contaminación de metales pesados y metaloides, permitiendo que el modelamiento teórico se valide con escenarios de alta relevancia ambiental. Las cuencas impactadas como objeto de estudio serán propuestas por la entidad asociada AMSAC, de acuerdo a la disponibilidad de data histórica, evidencia de metal(oid)es, y relevancia con el alcance del proyecto. Usando la información base, se realizará el modelamiento de especiación química con el software PHREEQC y las pruebas de adsorción en laboratorio, a fin de evaluar y validar la cinética y equilibrio de la adsorción competitiva en escenarios reales. 4. Resultados Esperados e Impacto Se prevé la generación de nuevo conocimiento científico traducido en: Una publicación en revistas indexadas de alto impacto (Scopus Q1/Q2). Revistas propuestas: Adsorption Science and Technology (Q1/Q2), o Water Science a