Drenagem de mina ácida, mostrada aqui no Rio Tinto na Espanha, possui uma cor distinta quando vista remotamente, assim como a alga vermelha que vive lá.
- Drenagem ácida de minas (DAM) é a solução aquosa ácida gerada quando minerais sulfetados presentes em resíduos de mineração (rejeito ou estéril) são oxidados em presença de água. Trata-se de um dos mais graves impactos ambientais associados à atividade de mineração.
Esta solução age como agente lixiviante dos minerais presentes no resíduo produzindo um percolado rico em metais dissolvidos e ácido sulfúrico. Caso o percolado alcance corpos hídricos próximos pode contaminá-los tornando-os impróprios para o uso por um longo tempo, mesmo após cessadas as atividades de mineração. A DAM pode ocorrer quando o mineral ou metal de interesse nas operações de lavra encontra-se associado a sulfetos.
- A ocorrência de DAM tem sido relatada na extração de ouro, carvão, cobre, zinco ou urânio, entre outros, bem como na disposição inadequada dos resíduos destas operações. Evitar que as superfícies de rejeitos e/ou estéreis que contém minerais sulfetados fiquem expostas à condições oxidantes em presença de água é fundamental para a prevenção e minimização da DAM.
A oxidação dos sulfetos, e conseqüente acidificação das águas que percolam as áreas de disposição de resíduos, é inicialmente uma reação de cinética lenta. Pode porém ser catalisada por processos microbiológicos que atuam principalmente quando o pH da água atinge valores inferiores a 3,5.
- O ácido produzido durante a oxidação dos sulfetos pode ser consumido em reações com outros componentes naturais presentes no resíduo tais como os carbonatos e alumino e silicatos. A matéria orgânica eventualmente presente nos estéreis e rejeitos de mineração tem também potencial para retardar a DAM. Além de competir com os sulfetos pelo consumo de oxigênio, a matéria orgânica, ao se oxidar, produz gás carbônico (CO2), que expulsa o oxigênio dos poros do resíduo.
A reduzida precipitação pluviométrica é também um fator inibidor da DAM. De forma simplificada e tomando como exemplo de mineral sulfetado a pirita, o processo de geração de DAM pode ser representado pela equação:
- 4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O = 4Fe(OH)3 + 8 H2SO4
A pirita pode também ser oxidada pela ação do ion férrico (Fe3+) em solução em um processo denominado oxidação indireta. Trata-se de uma reação rápida desde que exista Fe3+ em concentração suficiente (Singer e Stumm, 1970).
- A concentração de ions férricos em solução, por sua vez, depende do pH e da ação de bactérias, especialmente as do tipo Thiobacillus Ferrooxidans. Estas podem acelerar a produção de Fe3+ a partir de Fe2+ em mais de cinco vezes em relação aos sistemas puramente abióticos, favorecendo portanto a geração de DAM.
O tratamento de efluentes ácidos característicos da DAM envolve a neutralização da acidez e conseqüente precipitação e imobilização das espécies dissolvidas. Em alternativa ou complemento a estes, são empregados os denominados sistemas passivos de tratamento de efluentes.
- Nos sistemas passivos os contaminantes presentes nos efluentes líquidos são imobilizados em dispositivos estacionários (áreas inundadas, poços, canais, drenos) pela reação com agentes neutralizantes (sistemas passivos abióticos) ou biomassa (sistemas passivos bióticos).
Contaminação por rejeitos de Mineração
Drenagem ácida de mina:
- A Drenagem ácida de mina (DAM) é um grave problema oriundo das atividades de mineração, tanto de metais quanto de carvão, por causar a degradação da qualidade de águas superficiais e subterrâneas, solos e sedimentos.
A DAM é gerada especialmente pela oxidação de minerais de sulfeto e tem alta capacidade de lixiviação de elementos presentes no minério e nas rochas circundantes à área minerada. Estas drenagens são caracterizadas por pH baixo, alta condutividade e altas concentrações de Al, Fe, Mn, entre outros metais e metaloides, que auxiliam na acidez destas drenagens, uma vez que podem sofrer reações de hidrólise.
- Os minerais presentes nas rochas explotadas, o tipo e a quantidade do sulfeto oxidado condicionam os níveis de contaminação por metais e metaloides associados com a DAM, e são específicos de cada ambiente. Dentre os sulfetos freqüentemente encontrados e que podem produzir drenagem ácida estão a pirita (FeS2), arsenopirita (FeAsS), calcopirita (CuFeS2) e calcocita (Cu2S), sendo a primeira a mais comum.
O reconhecimento dos riscos ambientais da DAM tem conduzido ao desenvolvimento de várias técnicas para minimizar o impacto destas correntes ácidas nos ecossistemas. Os sistemas convencionais de neutralização de DAM que utilizam reagentes alcalinos (e.g. CaO e CaCO3) são os mais empregados em áreas de mineração. Estes sistemas consistem no aumento do pH e na remoção de metais na forma de hidróxidos.
- A principal característica da neutralização com reagentes alcalinos é a formação de resíduos (lama) decorrentes do processo de precipitação dos sólidos. Em geral, o processo de precipitação de constituintes químicos é em função do pH. Entretanto, outros fatores podem contribuir neste processo, como força iônica, temperatura, estado de oxidação dos metais, concentrações dos metais em solução e suas interações com sólidos precipitados.
Estudos prévios apontaram que a eficiência da neutralização por reagentes carbonáticos é fortemente influenciada por elevadas concentrações de ferro em solução.O revestimento das partículas dos reagentes por precipitados de hidróxidos de Fe pode afetar a taxa de reações químicas que consomem H+ da solução.
- O estado de oxidação do ferro e sua remoção da DAM dependem muito do controle do pH no sistema de neutralização. Em drenagens ácidas, onde o valor de pH é baixo, predomina a forma iônica Fe2+ sobre a Fe3+. O ferro férrico é facilmente removido da drenagem ácida devido à sua baixa solubilidade e precipitação incipiente como hidróxido em pH 3.5
O íon Fe2+ também pode ser removido da solução como hidróxido, embora em valores de pH <7,5 a precipitação seja lenta e incompleta. Devido à baixa solubilidade dos reagentes carbonáticos em pH >, condições físico-químicas para a pré-oxidação do Fe2+ para Fe3+ são necessárias para a remoção efetiva do ferro da drenagem ácida.
- A remoção de manganês da DAM por sistemas convencionais de neutralização, por outro lado, tem apresentado baixa eficiência em diversos estudos.6,10 Em condições oxidantes, o Mn2+ deveria sofrer oxidação espontânea para manganês trivalente ou tetravalente e em seguida precipitar na forma de óxidos.
Porém, isto requer elevada quantidade de energia, tornando lento o processo de oxidação deste metal, especialmente em pH <8.11,12 Em pH próximo a 7, essa oxidação pode ser catalisada por meio de microrganismos, o que não procede na presença de concentrações elevadas de Fe2+ na solução.10,11 De modo geral, o íon ferroso reduz a capacidade de oxidação do Mn2+ e a remoção significativa de Mn na drenagem ácida ocorrerá apenas quando as condições forem favoráveis para baixar a concentração de Fe2+.
- No Brasil, poucos estudos foram realizados sobre drenagens ácidas e têm sido focados especialmente em regiões carboníferas no sul do país. Pampêo et al., por exemplo, encontraram baixos valores de pH e elevados níveis de condutividade, sólidos dissolvidos, Al, Ca, Fe, Mg, Mn e SO42- em águas fluviais da Bacia Hidrográfica Fiorita (Siderópolis - SC).
Esta situação foi atribuída à exposição atmosférica de rejeitos de mineração de carvão. Soareset al. discutiram a possibilidade de utilização de cinzas da combustão do carvão, em combinação com carbonato de cálcio (CaCO3), para correção da drenagem ácida decorrente da oxidação da pirita em estéreis da mineração em Candiota (RS).
- Na região de Figueira (PR), Flues et al. discutiram a presença de chuvas ácidas em decorrência das atividades carboníferas na região, enquanto Fungaro e Izidoro estudaram a descontaminação de drenagem ácida pelo processo de troca iônica. Estes últimos utilizaram zeólita sintetizada a partir de cinzas de carvão da própria região. Em adição, Shuqair estudou a contaminação do solo e da água subterrânea por elementos tóxicos de rejeitos da mineração de carvão de Figueira.
Em geral, os trabalhos realizados no entorno de minerações carboníferas do Brasil têm estudado pouco os processos de tratamento de DAM e as conseqüências físico-químicas ao ambiente.
- A área de estudo localiza-se no município de Figueira, nordeste do Estado do Paraná, no domínio da Bacia Sedimentar do Paraná. Dentre as unidades geológicas desta bacia que ocorrem na área, a Formação Rio Bonito destaca-se por conter camadas de carvão.
Segundo Schneider et al.,18 a estratigrafia desta unidade constitui-se de uma porção basal arenosa; uma intermediária, que compreende siltitos e folhelhos intercalados com camadas de arenitos e leitos de rochas calcárias; e uma camada superior, constituída por arenitos intercalados com leitos de argila e folhelhos carbonosos, onde estão localizados leitos de carvão que podem ser explotados economicamente.
- Foram observadas e identificadas concentrações de 15 constituintes químicos do carvão da área de estudo e os seus fatores de concentração (FC), os valores de Clarke e as concentrações químicas em carvões do sul do Brasil. Em comparação com a média crustal (Clarke), as concentrações de As do carvão da área de estudo foram muito elevadas (253 a 2176 mg kg-1), com FC acima de 100.
Para o Cd e Pb os valores de FC variaram entre 3,1-35,5 e 14,7-42,5, respectivamente. Valores de FC levemente acima da unidade também foram observados para o Fe (2,5-15,9) e Zn (0,7-6,8). Para os demais elementos investigados, os valores de FC foram < 1. As concentrações de As e Pb no carvão de Figueira foram muito superiores aos carvões de Criciúma (SC) e Candiota (RS).
- Em adição, as elevadas concentrações de As nas amostras de carvão de Figueira são notórias e comparáveis com outros estudos, como por exemplo, na Grã Bretanha (1254 mg kg-1),30 no Canadá (>1400 mg kg-1)31 e na China (2226 mg kg-1).
Os resultados mostraram que as concentrações de As são significativas no carvão das minas de Figueira (PR). Entretanto, os níveis deste metalóide e de outros metais (Cd, Co, Cr, Cu, Ni e Pb) foram baixos na drenagem ácida de mina, em contraste com altas concentrações de Al, Fe, Mn, SO42- e Zn.
- Os processos físico-químicos atuantes na neutralização da drenagem ácida com CaO são complexos, parecendo que o pH de hidrólise de cada constituinte químico é um fator determinante em sua precipitação. O sistema de tamponamento carbonático natural na área investigada, devido à presença de rochas calcárias, forneceu condições físico-químicas mais alcalinas necessárias para a retirada de elementos dissolvidos, residuais do processo de neutralização com CaO (exceto Al).
Modelagem geoquímica mostrou que a remoção de Mn bivalente dissolvido ocorreu com eficiência apenas após a precipitação do ferro bivalente, em condições alcalinas extremas. Nestas condições, Al foi solubilizado de minerais silicáticos e ocorreu incremento no seu nível de concentração nas águas fluviais.
Solo Contaminado
