Adsorção e dessorção de arsênio em solos e substratos de mineração de ouro e práticas de mitigação de drenagem ácida em colunas de lixiviação

Abstract

Esse trabalho foi desenvolvido em duas partes. A primeira parte teve como objetivos: adaptar metodologias que pudessem auxiliar na compreensão da dinâmica de As em solos e substratos; avaliar a adsorção e dessorção de As em diferentes solos e substratos da região de Paracatu MG; e obter, para esses mesmos solos e substratos, um valor máximo de As disponível letal para a planta de sorgo. A segunda parte teve como objetivo avaliar o efeito do uso de diferentes camadas selantes e da formação de barreira geoquímica como práticas mitigadoras de drenagem ácida em amostras de um substrato sulfetado de mineração de ouro provenientes de Paracatu MG. Para os diferentes estudos, amostras de três solos foram coletadas, secas ao ar e peneiradas (2mm): um Latossolo Vermelho Amarelo de João Pinheiro (JP); um Latossolo Vermelho (LAT) e um Cambissolo (LIT) de Paracatu. Foram coletadas também amostras de dois substratos (minérios) sulfetados (B1- bastante intemperizado e B2 pouco intemperizado) dos quais se extraem o ouro. Após caracterização física e química, avaliou-se a capacidade de adsorção de P e As (CMAP e CMAAs) dos diferentes materiais. Avaliou-se também a disponibilidade de As dos solos e substratos após a aplicação de doses crescentes de As nos materiais, usando Mehlich III e resina de troca aniônica. A adaptação de metodologias foi satisfatória para o estudo de As em solos e substrato. O extrator Mehlich III mostrou-se adequado na determinação do As disponível, sendo inclusive sensível a capacidade tampão dos solos. A resina também se revelou uma alternativa promissora. A CMAAs variou entre solos e também entre substratos, variando de 1,5778 até 0,7453 mg/cm3. Foi baixa para o substrato B1 (0,1453 mg/cm3) e não foi possível determiná-la no B2. A CMAAs foi sempre maior que a CMAP; no entanto, o valor de a que representa a energia de ligação, mostrou-se sempre menor para o As que a energia de ligação do P nos solos estudados. Este fato refletiu em maior dessorção de As quando da utilização do Mehlich III como extrator, o que evidencia a maior labilidade de As em relação ao P. Utilizando-se Mehlich III como extrator foi possível determinar os teores máximos de As que aplicados aos solos conduziram as plantas de sorgo à morte após 30 dias. Os teores variaram de 0,52 mg/cm3 para o LAT a 0,24 e 0,12 mg/cm3 para o LIT e JP respectivamente. Foi possível determinar o teor capaz de reduzir em 50 % do crescimento das plantas (TC(50)) que mostrou-se uma boa referência de toxicidade de As disponível. Os valores variaram de 1,34 mg/dm3 para o LAT a 5,05 e 12,31 mg/dm3 para o LIT e JP respectivamente. Na segunda parte foi montado um experimento em colunas de lixiviação (tratamentos) contendo uma camada de cobertura, uma camada intermediária denominada camada selante e uma última camada contendo o minério B2 rico em sulfetos. Os tratamentos constituíram-se de diferentes camadas selantes formadas pela compactação do substrato B1, adensamento do solo LAT pela aplicação de NaOH ou CaCO3 e adensamento do solo JP pela aplicação de ácido oxálico. Foi montado um tratamento adicional, com a adição de KCl no topo do substrato B2 visando a formação de uma barreira geoquímica pela síntese de jarosita. Lixiviações mensais foram realizadas, determinando-se no lixiviado as quantidades de Fe, S e As, bem como os valores de pH e condutividade elétrica. Avaliou-se ainda os teores de K no tratamento que recebeu KCl e no tratamento testemunha. O uso do substrato B1 compactado como camada selante mostrou-se viável, pois apresentou redução significativa nos teores de Fe, S e As no lixiviado com aumento de pH e redução na condutividade elétrica. No entanto, o uso do mesmo substrato como camada de cobertura apresenta restrições, devido aos altos teores de As disponíveis que este material apresenta. O uso de barreira geoquímica foi eficiente, para diminuir a mobilização de As, Fe e S. Observou-se problemas de ascensão de K ao longo da coluna. Como a camada selante utilizada neste tratamento pareceu inadequada para limitar a oxidação dos minerais sulfetados, a associação da técnica de aplicação de K com alguma outra camada selante mais eficiente, seria indicado. Por avaliação indireta sugere-se a síntese de jarosita. Embora o raio X não tenha detectado, vários resultados sugerem, indiretamente, a síntese de jarosita neste tratamento. O uso de ácido oxálico foi eficiente, para induzir o adensamento e formação da camada selante, aumentando em cerca de 20 % a densidade do solo. Este tratamento parece apresentar como vantagem adicional a capacidade de complexação e retirada do As da solução do solo. Embora a utilização de hidróxido de sódio e carbonato de cálcio tenha aumentado o adensamento da camada usada como selante, este adensamento não foi suficiente para minimizar o processo de geração de drenagem ácida. Os resultados mostraram que uma camada selante ineficiente deve ser preterida à sua ausência. Camadas selantes ineficientes apenas mantêm a umidade no sistema, favorecendo o processo de oxidação dos minerais sulfetados.

This research was splited in two parts. The first one had as objectives: to adapt new methodologies to help on the understanding of As dynamic in soils and substrates; to evaluate the As adsorption and desorption in different soils and substrate from Paracatu MG. The second part had as objective to evaluate the effect of different insulating layer and geochemical barriers formation as mitigate practice of acid drainage. For the different studies, three soil samples, from region of Paracatu, were air dried, and sieved (2 mm). Additionally, two substrate (ore) from Paracatu gold mine were collect. After physic and chemical characterization, the maxima adsorption capacity of As and P (MACAs and MACP) were gotten. Sequentially, the soil As available was evaluated, after crescents As doses application, using Mehlich III and anionic resin. Both, Mehlich III and anionic resin, were adequate to evaluate the available of As. However, the Mehlich III was sensitive to soil buffer capacity. The MACAs values were bigger than MACP values, however, the linkage energy between soil and element was bigger to As then to P. In the second part, one experiment using leaching columns was done, using soil as upper layer, soil and substrate (B1) with different treatments as insulating layer, and one basal layer formed by a gold ore rich in sulfides (B2). The treatments were built using different insulating layer formed by compaction of B1, increase the bulk density of the soil by NaOH, CaCO3, and oxalic acid application. Additionally was built a treatment formed by KCl addition on the B2 substrate aiming the jarosite synthesis. Monthly leaching were done, evaluating the Fe, S, K and As quantities. The use of B1 compacted as insulating layer and KCl application as geochemical barrier was efficient to mitigate the acid drainage process. The jarosite formation is suggested by indirect evaluation. The oxalic acid, NaOH and CaCO3 were efficient to increase the bulk density of the insulating layer. However, the increase of the insulating layer using NaOH and CaCO3 were not efficient to reduce the acid drainage process.