Valente, T. 1*
1 Instituto de Ciências da Terra, Polo da Universidade do Minho, Departamento de Ciências da Terra, Universidade do Minho, Campus de Gualtar, 4710-057 Braga, Portugal
* teresav@dct.uminho.pt
Resumo: Em contexto de contaminação mineira, a água tem pertinência especial. Nesta conferência dá-se relevo às águas de drenagem ácida pela sua expressão mundial e pelos fenómenos biogeoquímicos que lhe estão associados. Apresentam-se cenários de contaminação condicionados pela evolução de resíduos mineiros e com base em exemplos de casos mostram-se manifestações típicas em contextos climáticos e paragenéticos distintos. A drenagem ácida constitui ambientes extremos, logo possuem baixa biodiversidade e são colonizados por organismos específicos. Por sua vez, geram-se produtos de neoformação que reflectem as novas condições de equilíbrio termodinâmico – precipitados de drenagem ácida. Esta colonização de natureza acidófila e o controlo exercido pela mineralogia servem propósitos de monitorização ambiental. Assim, sugerem-se as macroalgas (e.g., Euglena mutabilis) e os precipitados de drenagem ácida (e.g., jarosite) como indicadores do grau de contaminação. A sua integração com parâmetros clássicos (e.g., pH, sulfato, metais) auxulia processos de monitorização ambiental, contribuindo para uma caracterização mais completa.
Palavras-chave: resíduos mineiros; água de mina, drenagem ácida, interação mineral-água-biosfera, indicadores
Abstract: In the context of mining contamination a special attention is given to acid mine drainage for its worldwide expression, biogeochemical and/or biomineralization phenomena and, due to the properties of the affected systems.
This conference presents scenarios of contamination, which are controlled by the biogeochemical and mineralogical evolution of sulfide-rich wastes. By using case studies, the most typical manifestations are shown for distinct climatic and paragenetic contexts. Acid mine drainage environments have low biodiversity, being only colonized by specific organisms. In turn, there are neoformed products (AMD- precipitates) that reflect the new thermodynamic conditions.
The acidophilic type of colonization and the influence of mineralogy may serve environmental monitoring purposes. Thus, macroalgae (e.g., Euglena mutabilis) and ochre products (e.g., Jarosite) are suggested as indicators of the contamination degree. Their integration with classical parameters (e.g., pH, sulfate, and metals) helps in monitoring procedures, contributing to a more complete environmental characterization.
Keywords: mine wastes, mine water, acid mine drainage, mineral-water-biosphere interaction indicators.
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1. Introdução
Os ambientes perturbados pela actividade mineira têm as suas características condicionadas pela evolução dos materiais geológicos mobilizados. Assim, os contextos de contaminação mais graves relacionam-se com a presença de materiais reactivos, como os sulfuretos portadores de ferro. Da sua dissolução oxidativa resultam as águas de drenagem ácida, mundialmente reconhecidas como um dos principais problemas ambientais da indústria mineira. Este processo designa- se frequentemente pela abreviatura AMD (da literatura anglo-saxónica, “Acid Mine Drainage”). Nesta conferência apresentam-se exemplos que ilustram distintos cenários de contaminação, bem como os mecanismos que estão na sua origem e as respectivas consequências ambientais. O estudo da evolução biogeoquímica e mineralógica dos ambientes contaminados proporciona ferramentas que podem tornar a sua monitorização e modelação mais eficaz.
2. Resíduos mineiros
De entre as infra-estruturas com maior impacte no sector mineiro tradicional (metálico) referem-se as associadas à acumulação de resíduos: escombreiras e barragens de rejeitados. Estas constituem o destino final dos resíduos de extracção e
tratamento mineralúrgico,
respectivamente, e merecem especial atenção na fase de abandono das explorações. São especialmente contaminantes pela granulometria fina das partículas e pelo carácter quase sempre irreversível do depósito final.
Neste item apresentam-se os processos de interacção mineral-água-biosfera que intervêm na evolução dos resíduos. Por exemplo, em presença de sulfuretos, a evolução supergénica tem consequências especiais, mediante a formação de AMD, com elevado potencial de contaminação.
2. Águas de mina e drenagem ácida
De uma maneira geral, as águas de drenagem mineira são entendidas como soluções aquosas resultantes da evolução dos materiais geológicos motivada pela interacção mineral-água-biosfera nos ambientes em que circulam. É nas
escombreiras, à mercê de caprichos meteorológicos, que se geram as cargas poluentes mais significativas devido aos atributos geoquímicos dos materiais que sofrem dissolução.
Apresentam-se exemplos que ilustram a formação de águas de drenagem em vários contextos mineiros, tais como: i) descarga de galerias e de trabalhos de extracção (água de mina e água de cortas); ii) águas de infiltração de stocks de minério e escombreiras; iii) efluentes provenientes de operações de extracção e processamento mineral; iv) descargas a partir de barragens de finos, lagoas e pilhas de lixiviação.
Há diversos sistemas de classificação de águas de drenagem (Valente, 2016). Um dos mais comuns expressa-se através do diagrama de Ficklin, que se baseia na relação entre pH e teor de metais (Ficklin et al., 1992). A Figura 1 mostra o exemplo desta classificação aplicada a algumas cortas da Faixa Piritosa Ibérica, que se enquadram no âmbito das AMD (pH < 4.0). Estas águas merecem destaque pela sua expressão global e pela gravidade dos processos de contaminação (Fernández- Rubio, 1986). É um fenómeno típico em praticamente todas as regiões do mundo, associado às explorações de carvão e de metais, em depósitos com sulfuretos reactivos.
Fig. 1 – Diagrama de Ficklin para cortas da FPI. Fonte: Gomes et al (2019).
O processo AMD, com origem na dissolução oxidativa dos sulfuretos, tem sido objecto de estudo em extensa e diversificada bibliografia. Podem citar-se numerosos estudos que descrevem os mecanismos reaccionais que geram e controlam o processo. São referências clássicas, os trabalhos de Keith and Vaughan (2000) e McKibben and Barnes
(1986). É igualmente numerosa a bibliografia que reporta as propriedades e consequências ambientais da drenagem ácida. Citam-se aqui alguns exemplos de casos com grande destaque para a Faixa Piritosa Ibérica, uma das maiores províncias metalogénicas do mundo (e.g., Bobos et al., 2006; Gomes & Favas, 2006; Gomes et al., 2016; Grande et al., 2013; Olías et al, 2019; Ribeiro et al., 2013; Sánchez España et al., 2008; Valente et al., 2013).
Nesta conferência abordam-se os processos de interacção mineral-água- biosfera que ajudam a interpretar o comportamento biogeoquímico de alguns elementos relevantes (e.g., Fe, Al, Cu, Zn, As, S). Mostra-se como a mobilidade destes elementos é controlada por uma interação de 1ª geração, associada à dissolução da paragénese primária, e por uma interação de 2ª geração, associada à paragénese secundária (Valente, 2016). Esta última tem um carater cíclico, na medida em que depende de fenómenos de precipitação-dissolução a que estão sujeitas as fases hospedeiras metaestáveis.
3. Biogeoquímica e indicadores
ecológicos
A função de microorganismos quimioautotróficos, como o Acidithiobacillus ferrooxidans e oAcidithiobacillus thiooxidans, na oxidação
dos sulfuretos é desde há muito reconhecida. No entanto, o domínio Eukarya tem aqui também um papel importante. Como resultado da sua complexidade química, os sistemas AMD têm baixa biodiversidade, embora possam apresentar elevadas quantidades de biomassa acidófila. São frequentemente reportados blooms de algas nos ecossistemas afetados. Com base em exemplos de casos apresentam-se os principais grupos de algas com carácter indicador e discute-se o contraste que se pode observar em distintos contextos paragenéticos e climáticos. A Figura 2 ilustra aspectos da colonização dos substratos ocres por algas acidófilas típicas de ambiente mineiro. Estas algas, juntamente com os Bacteria e Archaea, controlam a evolução biogeoquímica e
mineralógica da AMD. A Figura 2 (baixo) mostra exemplos de interação mineral- água-biosfera.
Fig. 2 – Colonização de ambientes de drenagem ácida por algas acidófilas. Fonte: Valente & Gomes
(2007).
4. Indicadores mineralógicos
A evolução da AMD traduz-se na formação de neoformações, que se designam habitualmente por precipitados-AMD. Estes compreendem uma grande variedade de minerais e incluem também materiais amorfos ou de baixa cristalinidade, por vezes na gama nanométrica (Valente et al., 2015). Referem-se, por serem os mais abundantes e geralmente ubíquos: sais solúveis (Fig. 3) que ocorrem como eflorescências; produtos ocres constituídos por misturas de óxidos-hidróxidos e hidroxisulfatos de ferro; crustificações que representam um estado mais evoluído formando couraças duras, no seio das quais os diversos minerais são aglutinados por acção de agentes cimentantes (e.g., goethite, scorodite) (Valente et al., 2019). Os precipitados-AMD reflectem as condições hidroquímicas e ambientais em que se formam, pelo que têm também o papel de indicadores. Por exemplo, a jarosite ocorre nos piores cenários de contaminação, servindo para diagnosticar eventos súbitos ou disruptivos em que há incremento de reactividade dos resíduos.
5. Conclusão
De entre os problemas ambientais mais complexos e difíceis de solucionar em contexto mineiro referem-se os associados à drenagem ácida, responsável pela contaminação da água, solo e
18 frequentemente pela degradação completa de ecossistemas.
Fig. 3 – Associação de sulfatos de ferro dominada por copiapite (CP) e coquimbite (CQ) (MEV-ES e
espectros EDS). Fonte: Valente et al. (2013).
Os casos de estudo ilustraram processos de natureza biogeoquímica e mineralógica, que nalguns casos podem conduzir a biomineralização. Discutiu-se a pertinencia de investigar novas ferramentas que proporcionem uma caracterização mais completa. Neste contexto, sugerem-se as macroalgas (e.g. Euglena mutabilis), e os produtos ocres, como indicadores eficazes que contribuem para ultrapassar desafios metodológicos associados à monitorização destes ambientes.
Agradecimentos
A autora agradece ao Departamento de Ciências da Terra da Universidade do Minho, ao Instituto de
Ciências da Terra, project ICT
(UID/GEO/04683/2013) com referência POCI-01- 0145-FEDER-007690, e ao projecto Nano-MINENV number 029259 pela disponibilidade de meios de investigação. Agradece também a todos os colegas que têm permitido a sua evolução nesta área de conhecimento.
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