Exploring polluted sediments as a potential resource: a mineral processing approach for the recovery of critical materials

Abstract

Metal(oid)es como el arsénico, cadmio, cobre, plomo y zinc, pueden suponer una amenaza medioambiental al presentarse en sedimentos marinos. Sin embargo, estos elementos también tienen valor económico, lo que ha generado un interés en su recuperación mediante el empleo de técnicas físico-químicas, aunque la separación magnética no ha sido empleada hasta ahora. En este trabajo, se aplicó la separación magnética de alta intensidad de campo en vía húmeda (WHIMS) para recuperar los metal(oid)es de sedimentos contaminados recogidos en el estuario de Avilés en el norte de España. Una muestra fue analizada mediante tamizado húmedo y análisis ICP-MS, mostrando que el 62% del material se corresponde con la fracción granulométrica 125-500µm, con concentraciones inferiores a las observadas en la fracción <125µm, la más contaminada. Después, se trataron las dos fracciones granulométricas a diferentes intensidades, obteniéndose excelentes resultados de recuperación elemental, especialmente para la granulometría más gruesa. El análisis microscópico indicó que la separación concentró partículas enriquecidas con metal(oid)es y hierro en un volumen reducido de sedimento. Estos resultados sugieren que la separación magnética es una opción viable para la recuperación de metal(oid)es de sedimentos contaminados, brindando un doble beneficio: la restauración de la zona costera y la recuperación de materiales valiosos.

Several metal(loid)s, such as arsenic, cadmium, copper, lead, and zinc, can be found in low concentrations in marine sediments and pose an environmental threat. However, these elements have economic value, leading to the use of physico-chemical separation processes for recovery. To date, magnetic separation has not been used effectively for this purpose. This study aimed to apply wet high-intensity magnetic separation (WHIMS) to extract these elements from contaminated sediments collected in the Avilés estuary in North Spain. A 50 kg composite sample was analyzed through wet-sieving and ICP-MS, revealing that the majority of the material (62%) was in the 125-500 µm grain size fraction, which revealed lower concentrations of these elements compared to the <125 µm fraction, the most contaminated one. Then, WHIMS was applied to both grain size fractions at different voltage intensities, resulting in excellent recovery rates, especially for the coarser fraction. Microscopy analysis indicated that magnetic separation concentrated metal-enriched particles with high iron content into a smaller volumen of sediment. These results suggest that magnetic separation is a feasible option for the recovery of metal(loid)s from contaminated sediments, offering a dual benefit of restoring the coastal area and retrieving valuable materials.