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Tipo: Tese
Título: Teor e distribuição de elementos terras raras e comparação de métodos de extração de elementos traço em solos brasileiros
Título(s) alternativo(s): Content and distribution of rare earth elements and comparison of two extraction methods for trace elements in Brazilian soils
Autor(es): Paye, Henrique de Sá
Primeiro Orientador: Mello, Jaime Wilson Vargas de
Primeiro coorientador: Gasparon, Massimo
Primeiro avaliador: Abrahão, Walter Antônio Pereira
Segundo avaliador: Bellato, Carlos Roberto
Terceiro avaliador: Caldeira, Claudia Lima
Abstract: Terras raras são elementos estratégicos para o país. Formam um grupo de 17 elementos químicos, que se assemelham em razão de suas propriedades químicas, magnéticas e de fluorescência, que os tornam insumos insubstituíveis na indústria de alta tecnologia. Considerando o rápido aumento da demanda de terras raras para uso na tecnologia de ponta, a contaminação do meio ambiente por esses elementos e outros elementos associados é passível de aumentar. Neste caso, conhecer os teores naturais ou background concentration de elementos terras raras (ETR) e outros elementos traço (ET) em solos é fundamental para o monitoramento dos impactos das atividades humanas e compreender a extensão da influência antrópica sobre o meio ambiente. No Brasil vários estudos buscaram determinar os teores naturais de alguns ET em solos de algumas regiões com objetivo de estabelecer valores de referência para o monitoramento da qualidade ambiental. Entretanto, estudos sobre teores de ETR em solos brasileiros são escassos e nenhum estudo procurou estabelecer os valores de background para esses elementos. Além disso, vários questionamentos em relação à seleção correta do método de extração de ET visando o diagnóstico ambiental e o estabelecimento de padrões de qualidade para solos têm sido recorrentes. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo determinar os teores naturais e a distribuição de ETR em 144 amostras de solos brasileiros, investigar a relação entre a distribuição desses elementos e alguns atributos de solo e estabelecer o background. Ainda, foram comparados dois métodos de extração de elementos traço, EPA 3050B (extração pseudototal) e HNO3+HF em chapa aquecedora (extração total), em um material de referência certificado (MRC) e em 30 amostras de solo, tendo em vista a obtenção dos valores de referência de qualidade do solo (VRQs). Dezesseis ETR (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) e 10 ET (As, Ba, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Sb, Zn) foram analisados por espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS). Os resultados mostraram ampla variabilidade dos teores de ETR entre as amostras de solo. As rochas alcalinas foram responsáveis pelos maiores teores médios da maioria dos ETR encontrados nos solos, seguidos pelas rochas sedimentares, sedimentos argilosos inconsolidados, rochas metamórficas, rochas ígneas básicas, sedimentos siltosos e arenosos inconsolidados e rochas ígneas ácidas. Entre os atributos de solos que, em geral, mostraram maior correlação linear (p < 0,05) com os teores de ETR estão os óxidos de Fe, Ti, Al, Mn, argila e matéria orgânica. Gráficos Q- Q normal e boxplot foram eficientes para reconhecer padrões de dados e detectar valores discrepantes da base de dados analítico e, portanto, determinar os valores limite (threshold values) e definir a faixa de variação do background. Quanto aos métodos analíticos, ambos apresentaram alta precisão (coeficiente de variação < 4%) para todos os elementos no MRC, sendo o método de extração total, o que apresentou a maior precisão média (0,58 %) para os 10 ET. Quanto à exatidão, altas percentagens de recuperação (91 103 %) para todos os ET, exceto Sb (83 %) e Mo (47 %), foram obtidos pelo método de digestão total para o MRC. Por outro lado, as percentagens de recuperação obtidas pelo método pseudototal foram, em geral, baixas (4 79 %). Em média, os teores de ET extraídos pelo método de digestão total foram significativamente superiores (p < 0,05) aos extraídos pelo método pseudototal para as amostras de solo. A análise de regressão confirmou que os métodos diferem estatisticamente, embora sejam altamente correlacionados para todos os elementos, exceto para Ba. Valores de referência de qualidade para ET, estabelecidos a partir de dados obtidos pelo método HNO3+HF em chapa aquecedora, foram superiores aos obtidos pelo método EPA 3050B para todos os elementos. Além disso, vários VRQs apresentaram-se superiores aos valores de prevenção estabelecidos pelo CONAMA.
Rare earth elements (REEs) are strategic for the country. They form a group of 17 elements with similar chemical, magnetic and fluorescence properties, which make them irreplaceable inputs in high technology. Considering the rapid increase in REEs for industrial usage, environmental contamination is also likely to increase in the near future. In this case, knowing the natural concentration or background concentration of REEs and other trace elements (TE) in soil is crucial for monitoring the impacts of human activity and understanding the extent of the anthropogenic influence on the environment. In Brazil, regional studies on the natural concentration of some trace elements in soils have been used to establish guide values for monitoring the environmental quality. However, studies on rare earth elements (REEs) content in Brazilian soils are scant and no REE background level has been determined yet. In addition, several inquiries regarding the correct selection of the trace elements extraction method have been recurrent in environmental studies. Thereby, the present study aims at determining the natural REEs content and distribution in 144 Brazilian soil samples, investigating the relationship among elements distribution and soil properties and establishing the background. Furthermore, two extraction methods, hotplate HNO3+HF (total digestion) and EPA 3050B (pseudo total digestion), were compared for digestion of one standard reference material-SRM and 30 soil samples for establishing soil quality standards. Sixteen REEs (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) and 10 TE (As, Ba, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Sb, Zn) were analyzed using an inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The results showed wide variability in REE content between soil samples. Soils that developed from alkaline igneous rocks showed the highest average content of REEs followed by sedimentary rocks, unconsolidated clay sediment, metamorphic rocks, basic igneous rocks, unconsolidated sand and silt sediments, and acid igneous rocks. REE contents were more significantly correlated (p < 0,05) with, Fe, Al, Ti, Mn oxides, clay and OM than other soil properties. Graphical inspection using exploratory data analysis tools as Q-Q normal plot and boxplot was effective to recognize data patterns and isolate discrepant population data to determine threshold values and thus defining the range of the background variation for REEs. Regarding extraction methods, precise analysis was achieved for all trace elements for both methods in SRM (coefficient of variation < 4 %), with the total digestion method having better precision averaged (0.58 %) over all elements. Regarding to accuracy, high recoveries (91 103 %) for all trace elements except Sb (83 %) and Mo (47 %), were obtained by total digestion method in the SRM. However, elemental recoveries for EPA 3050B method generally were low (4 79 %). In average, significant differences (p < 0.05) were observed between content of all elements extracted for hotplate HNO3 + HF method and EPA 3050B in soil samples. The hotplate HNO3 + HF method was capable to extract the largest amounts of all trace elements. The methods differed statistically (p < 0.05) by the use of regression, although they were correlated with all elements, excepted Ba. Quality reference values (QRV) for ET established from hotplate HNO3 + HF dataset were above of the EPA 3050B for all elements. In addition, several QRV showed themselves above the prevention values established by CONAMA.
Palavras-chave: Terras raras
Lantanídeos
Padrões de qualidade
Extratores
Rare earths
Lanthanides
Quality standards
Extractors
CNPq: CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,
Programa: Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas
Citação: PAYE, Henrique de Sá. Content and distribution of rare earth elements and comparison of two extraction methods for trace elements in Brazilian soils. 2014. 95 f. Tese (Doutorado em Fertilidade do solo e nutrição de plantas; Gênese, Morfologia e Classificação, Mineralogia, Química,) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2014.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/1665
Data do documento: 17-Fev-2014
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