1.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A ocorrência natural de minerais sulfetados em rochas pode levar à formação de Drenagem Ácida de Rochas (DAR). Com a exposição desses minerais a condições atmosféricas e mediação de bactérias ocorre a oxidação dos sulfetos com a formação de ácido sulfúrico. A elevação de acidez do meio acelera a dissolução de metais e metalóides associados a tais minerais podendo ocorrer degradação da qualidade dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos. Esse quadro é agravado quando as rochas existentes no local não possuem potencial de neutralização suficiente (U.S. EPA 1994, Blowes 2003).
O processo de geração ácida é significativamente acelerado quando tais rochas estão presentes em áreas de empreendimentos como mineração, construção de barragens e rodovias. Isto ocorre com o aumento da exposição do material sulfetado devido à remoção do mesmo. No caso da mineração, nos vários depósitos decorrentes dos processos de extração mineral, tais como rejeitos do beneficiamento, depósitos de estéreis, cava da mina e vias de acesso, a geração de ácido é denominada Drenagem Ácida de Mina (DAM) (Salomons 1995, Blowes 2003).
O problema da DAM já é bastante conhecido mundialmente em minerações de carvão, onde normalmente o mesmo se associa à oxidação da pirita (FeS2). Atualmente têm crescido estudos de geração ácida proveniente de minerações de metais (cobre, chumbo, zinco, níquel, etc), metais preciosos (ouro, prata e elementos do grupo da platina), depósitos de urânio e depósitos de diamante, devido ao fato destes estarem também associados a depósitos sulfetados (Blowes 2003).
A DAM proveniente destes ambientes contém metais e metalóides dissolvidos (As, Cd, Cu, Ni, Pb,Zn, Al, Cr, Mn, Mg, etc), em composições e concentrações que dependem de condições geológicas específicas. As variadas combinações de acidez e íons dissolvidos fazem com que cada efluente de mineração seja único e, portanto, o tratamento adequado varie em cada caso (Fungaro & Izidoro 2006).
A DAM constitui um grave problema ambiental da indústria mineira. Somente nos Estados Unidos estima-se que existem de 20.000 a 50.000 minas gerando drenagem ácida e impactando mais de 6400 km de rios e córregos na porção leste e cerca de 8.000 a 16.000 km na porção oeste do país. Dados de boletim da ICOLD 1996 revelam que produção mundial de resíduos de minas ultrapassou 4,5 Gt em 1982 e os gastos estimados para remediação desses resíduos é de 10 bilhões de dólares (U.S. EPA 1994, Blowes 2003).
Atualmente, processos de contenção e remediação têm sido aplicados para atender as normas ambientais vigentes. No entanto, por muitos anos, a DAM gerada em ambientes de mineração foi descartada diretamente em recursos hídricos. Além disso, no controle da emissão de efluentes e para águas naturais muitos elementos ainda não são monitorados já que as normas ambientais prevêem valores máximos permitidos apenas para determinados elementos químicos (CONAMA 2005).
Uma vez descartados em ambientes lóticos (córregos e rios) a dispersão de elementos químicos pode ocorrer ao longo de centenas de quilômetros (Brake et al. 2001, Concas et al. 2006). Nestes ambientes, vários processos químicos e físicos podem levar, direta ou indiretamente, à atenuação de poluentes. Os principais processos químicos são advecção, diluição, dispersão e sedimentação. Processos químicos incluem reações, precipitação, co-precipitação e adsorção em sedimentos de fundo ou partículas em suspensão. O aumento do pH causa adsorção dos elementos químicos dissolvidos nas várias fases sólidas da coluna d’água. Tais fases sólidas incluem minerais de argilas, quartzo, feldspatos e sólidos orgânicos. Esses componentes estão geralmente recobertos com hidróxidos de manganês, óxidos de ferro e por substâncias orgânicas. Tal revestimento é o principal responsável pelos processos de adsorção. A adsorção de metais e metalóides na superfície dos componentes sólidos é controlada principalmente pelos valores de pH. Normalmente, essa adsorção aumenta de zero para perto de 100% se o pH aumenta de uma a duas unidades. Dessa forma, uma pequena mudança no pH da água provoca um aumento acentuado na concentração do metal dissolvido (Salomons 1995, Lee & Kim 2007).
Devido à grande capacidade de adsorção de espécies orgânicas e inorgânicas por superfícies minerais, os sedimentos podem ser considerados reservatórios de contaminantes e dependendo das condições do meio podem funcionar tanto como fonte quanto destino final de substâncias poluentes. Por sua participação direta no ciclo biogeoquímico de vários elementos, a contaminação dos sedimentos afeta, direta ou indiretamente, os vários compartimentos da cadeia alimentar de diversas espécies animais, muitas delas consumidas pelo homem. Assim, a determinação de metais e metalóides nos sedimentos permite avaliar a contaminação que a água está sujeita (Gray 1997, Calmano et al., 1996, Sieguel 2002, Moncur et al. 2006).
Além de aumentar a biodisponibilidade de metais e metalóides, dependendo do elemento de interesse na extração mineral, o ambiente adjacente também fica sujeito à contaminação por radionuclídeos, como é o caso da mineração de urânio. Dessa forma, a avaliação do potencial de geração ácida de uma região é de fundamental importância, pois permite detectar a contaminação a que o ambiente local está sujeito, incluindo, sobretudo os ambientes aquáticos, uma vez que mudanças nas condições ambientais podem causar mobilização de metais e metalóides da fase sólida para a fase líquida e favorecer a contaminação do sistema aquático adjacente (Fernandes et al. 1995, Fernandes & Franklin 2001, Landa 2004).
Diversas técnicas têm sido desenvolvidas para controlar ou minimizar os efeitos da DAM. Nos métodos de predição ou previsão são utilizados diferentes procedimentos para avaliar a capacidade ou a probabilidade de determinado material gerar ácido e bases sob determinadas condições. Tais procedimentos podem ser laboratoriais ou de campo. Os testes de laboratório para a previsão de DAM englobam métodos estáticos e cinéticos. Os métodos estáticos levam em consideração principalmente o Balanço Ácido-Base (do inglês: Acid-Base Accounting - ABA), envolvendo a avaliação dos potenciais de geração de ácido e base de um determinado material e comparando estes potenciais. Os métodos cinéticos, por sua vez, tentam incorporar a dinâmica dos elementos físicos, químicos e biológicos, tornando a previsão mais próxima da realidade da mina. Equipamentos como colunas de lixiviação, células de umidade e extratores Soxhlet são aplicados nestes métodos. Também, dentro da previsão, são utilizados modelos geoquímicos onde são utilizados os dados obtidos nos testes cinéticos e informações de regime hídrico local. Os resultados podem ajudar na previsão do montante de ácido gerado e do tempo que este processo ainda pode durar (Evangelou 1995, Salomons 1995, Blowes et al. 2003).
Quando a DAM já se encontra instalada, normalmente, são aplicados métodos de prevenção e/ou remediação. Nas metodologias de prevenção tenta-se encontrar maneiras de prevenir a sua geração ou mesmo diminuir a quantidade de ácido gerada. A prevenção pode ter caráter químico, bacteriológico ou físico. Na remediação são aplicadas técnicas de contenção e/ou tratamento que podem ser classificadas como ativas ou passivas, de acordo com a existência ou não da necessidade de se introduzir energia no sistema para inicializar e continuar o processo (Blowes 2003, Johnson & Hallberg 2005, Akcil & Koldas 2006).
Neste trabalho foram utilizadas amostras de estéril de um dos principais bota foras da mina Osamu Utsumi, onde a DAM já se encontra instalada, denominado Bota Fora 4 (Souza 1995, Tedeschi 2005). Esta mina pertence à INB (Indústrias Nucleares do Brasil) e está localizada na cidade de Caldas em Minas Gerais. O depósito de urânio que deu origem a esta mina foi descoberto em 1970 e operou comercialmente de modo descontínuo de 1982 a 1995. A geração de DAM foi constatada já no início dos processos de decapagem da mina em 1977, atingindo os bota-foras, a cava da mina e as vias de acesso (Cipriani 2002). O Bota Fora 4 representa um dos maiores bota-foras do local, ocupando uma área de 56,9 ha e um volume de estéril de 12,4 x 106 m3. Em sua base encontra-se uma bacia de captação da DAM denominada de BNF (Bacia Nestor Figueiredo). A DAM gerada é bombeada para a cava da mina e depois para a estação de tratamento, onde são feitas as correções necessárias de pH com adição de cal hidratada e posterior floculação, decantação de metais pesados e do sulfato de cálcio e transbordo para o córrego do Cercado. Tal tratamento envolve altos custos e são gastos mensalmente de R$ 800.000,00 a R$ 900.000,00 considerando apenas o consumo de cal hidratada e floculante (Flores 2006).
Na UFOP vários estudos têm sido desenvolvidos na tentativa de entender e minimizar os impactos gerados pela drenagem ácida na mina Osamu Utsumi. Dentre eles, destacam-se Rodrigues (2001) que estudou os aspectos hidroquímicos e hidrogeológicos do bota fora BF 4, Fagundes (2005) que fez o balanço hídrico do bota-fora BF 4, Tedeschi (2005) que avaliou a hidrogeoquímica e a hidrologia do reservatório na cava da mina, Caponi (2005) que realizou a digitalização de mapas e tratamento de dados meteorológicos para o balanço hídrico do bota-fora BF 4, Roeser (2006) e Murta (2006) que realizaram ensaios de colunas para a avaliação de remediação de drenagem ácida e Leite (2010) que avaliou a utilização de testes estáticos para avaliação de drenagem ácida no estéril do bota- fora BF 4.
1.2- OBJETIVO
Dentro do contexto descrito acima, o presente trabalho pretende dar continuidade aos estudos iniciados na UTM-INB na tentativa de contribuir para o entendimento do problema e diminuir os altos custos que hoje envolvem o tratamento da drenagem ácida existente. Para isso, foram desenvolvidos métodos cinéticos para a avaliação do potencial de geração ácida e também alternativa de prevenção de drenagem ácida, utilizando amostras de rochas e das pilhas de estéril do BF4 da mina Osamu Utsumi.
Para atingir o objetivo proposto acima, o trabalho foi realizado em 4 etapas. A primeira etapa consistiu na amostragem, preparo e caracterização detalhada (física, química e mineralógica) do estéril proveniente do BF4 e da rocha da cava da mina Osamu Utsumi. Desta forma, buscou-se quantificar a distribuição dos elementos maiores, menores e traços associados a esses materiais e, também os minerais presentes.
Na segunda parte, diferentes metodologias de ensaios cinéticos foram desenvolvidas com amostras de estéril do BF 4 e de rocha da cava da mina. Nesses ensaios foram utilizados colunas de lixiviação e extratores Soxhlet para previsão da geração ácida. As amostras de água lixiviada foram monitoradas nas quais foram medidos parâmetros químicos e físico-químicos, como pH, Eh, temperatura, condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos, acidez, alcalinidade, sulfato, além de elementos maiores e traços.
A terceira parte teve por objetivo investigar em escala laboratorial uma alternativa de prevenção de drenagem ácida gerada pelo estéril do BF4. Foram realizados ensaios de lixiviação em colunas com diferentes tipos de cobertura secas alcalinas tais como cal hidratada, calcário e lama vermelha sob condições controladas. A água lixiviada foi controlada para parâmetros físico-químicos e concentração de elementos maiores e traços.
A quarta etapa consistiu na aplicação da ferramenta de planejamento experimental para otimização de sistema de coluna de lixiviação com cobertura seca alcalina. Para isso, foi usada a lama vermelha como agente alcalino em diferentes concentrações e diferentes alturas de sistema de coberturas. As águas lixiviadas nestes ensaios também foram monitoradas e foram realizadas medidas de parâmetros físico-químicos e determinação da concentração de metais e metalóides.