ISSN 0798 1015

Vol. 38 (Nº 27) Año 2017. Pág. 1

Caracterização química e granulométrica de rejeitos da mineração de quartzito no município de Diamantina-MG, Brasil

Chemical and granulometric characterization of tailings from quartzite mining in the city of Diamantina-MG, Brazil

Cristiany Silva AMARAL 1; Enilson de Barros SILVA 2; Israel Marinho PEREIRA 3; Bárbara Olinda NARDIS 4; Evander Alves FERREIRA 5; Gustavo Antônio Mendes PEREIRA 6; Patrícia LAGE 7

Recibido: 16/12/16 • Aprobado: 22/01/2017

Conteúdo

1. Introdução

2. Material e Métodos

3. Resultado e Discussão

Agradecimentos

Referências

1. Introdução

O declínio da mineração de diamante na região de Diamantina-MG e seu entorno, com a interrupção das descobertas e o gradativo esgotamento das minas em operação está levando a exploração de maciços de quartzitos.

Segundo Viana et al. (2010) este tipo de exploração tem proporcionado um impacto visual que é agravado na medida em que a grande maioria dos depósitos de rejeito estéril não são revegetados por apresentarem condições de solo inóspito á colonização de espécies e a efetivação dos processos sucessionais.

Nos trabalhos executados com o objetivo de se recuperar áreas degradadas pela mineração, por meio de processos de revegetação, é de grande importância o conhecimento das características químicas e físicas dos materiais que irão ser utilizados como substrato para o crescimento e desenvolvimento das plantas (Silva et al., 2006b).

Da mesma forma que a exigência de fertilização nos plantios de enriquecimento para algumas espécies é alta, a disponibilidade de recursos financeiros para a recuperação dessas áreas é escassa. Assim o uso de fertilizantes deve ser realizado de maneira eficiente, determinando qual o nutriente deverá ser fornecida a planta, a melhor época e as quantidades corretas. Dessa forma, se faz necessário uma adequada recomendação da adubação, baseada na avaliação da fertilidade do substrato com o objetivo de identificar os fatores mais limitantes ao desenvolvimento das plantas em ambiente degradado pela mineração de quartzito a partir da análise química e granulométrica do rejeito.

O levantamento da fertilidade do solo, além de permitir determinar as correções necessárias antes da implantação de qualquer cultura pode se tornar uma ferramenta importante para os programas de ações públicas e privadas ligadas ao setor produtivo, possibilitando a avaliação da fertilidade dos solos dos Estados e de suas mesorregiões e também comparações com os níveis críticos de nutrientes para as principais plantas cultivadas de cada Estado (Fixen et al., 2010). Nesta situação, a análise química constitui-se num meio rápido e eficiente de se avaliar a fertilidade do solo, predizendo a probabilidade de se obter uma resposta positiva ao emprego de corretivos e fertilizantes (Ferreira et al., 1990).

A avaliação das características químicas e granulométrica do rejeito estéril de quartzito provenientes das áreas mineradas da região permitirá identificar e conhecer os principais componentes do substrato que influenciam nas importantes características de recuperação dessas áreas degradadas, sendo fundamental para o sucesso da restauração. O banco de dados formado dos parâmetros que compõem a fertilidade do substrato poderá servir como ferramenta para futuras estratégias de ações que buscam a recuperação das áreas degradadas pela mineração de quartzito.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar os rejeitos estéreis provenientes de áreas de mineração de quartzito no município de Diamantina-MG e seu entorno por meio da avaliação química e granulométrica para subsidiar futuras estratégias de recuperação dessas áreas degradadas.

2. Material e Métodos

Os rejeitos da mineração de quartzito caracterizados neste trabalho são provenientes de Empresas sediadas no município de Diamantina-MG e seu entorno. O clima da região, segundo a classificação de Köppen é do tipo CWb, ou seja, temperado úmido, com inverno seco e chuvas no verão, apresenta uma precipitação média anual de 1.380 mm, com temperatura média normal anual variando entre 17,0 e 19,3 ºC, índice pluviométrico entre 1.220 e 1.660 mm (Ayoade, 2011) e cobertura vegetal original representada pelo campo rupestre (Giulietti et al.,2000).

Amostras de rejeito estéril de quartzito proveniente das áreas sob influência da mineração de quartzito, não caracterizada anteriormente, foram coletadas 15 amostras simples na camada superficial (0-0,20 m) em março de 2010, formando 27 amostras compostas de cada área de mineração de quartzito, que foram cuidadosamente homogeneizadas, seca ao ar e passada em peneira de malha de 2,0 mm, para posterior análise química.

As análises químicas do rejeito estéril de quartzito foram: pH em água; P e K (Mehlich-1); Ca, Mg e Al (KCl 1 mol L-1); acidez potencial (H + Al) pelo acetato de cálcio, matéria orgânica (MO) pelo método Walkey-Black (Silva, 2009).

Para a caracterização das frações granulométricas foram divididas em fração grosseira (partículas maiores que 2,0 mm de diâmetro) e em fração terra fina (partículas menores que 2,0 mm de diâmetro). A fração grosseira (cascalho/calhaus) foi separada por peneiramento (Embrapa, 1997). A fração terra fina (textura do solo) foi dividida em areia, silte e argila através do método da pipeta (Embrapa, 1997). Os limites para interpretação dos resultados da textura do solo foram em dag kg^-1 de argila: 0-15 = textura arenosa; 15^-35 = textura média; 35-60 = textura argilosa e 60-100 = textura muito argilosa (Alvarez V. et al., 1999). Os resultados da análise química foram ajustados para o todo da constituição granulométrica dos rejeitos estéril de quartzito de cada área de mineração.

De posse dos 27 resultados de análise química e frações granulométricas do rejeito de cada área foi determinado para cada atributo, o valor mínimo, máximo, média e mediana; com intervalo de confiança a 5 % para média e coeficiente de variação. A partir dos resultados de análise química foi realizado um estudo de distribuição de frequência. Os critérios utilizados para interpretação da fertilidade do rejeito estéril de quartzito das análises químicas seguiram os adotados pelos laboratórios integrados ao PROFERT-MG, da Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais (Alvarez V. et al., 1999) (Tab. 1).

Tabela 1. Limites de interpretação do nível de fertilidade do solo adotados
pelos laboratórios integrados ao PROFERT-MG da Comissão de Fertilidade
do Solo do Estado de Minas Gerais

^1/pH em H2O: relação 1:2,5 (TFSA:H2O). ^2/Método Mehlich-1. ^3/Método KCl 1 mol L-1. ^4/Método Ca(OAc)2 0,5mol L-1 pH 7. ^5/t = Ca2+ + Mg2+ + K+ + Al. ^6/T = Ca2+ + Mg2+ + K+ + (H + Al). ^7/ m = 100 Al3+/t. ^8/V = 100 (Ca2+ + Mg2+ + K+)/T. ^9/Método Walkley e Black: M.O. = 1,724 x C.O. (carbono orgânico). ^10/A interpretação destas características, nestas classes, deve ser alta e muito alta em lugar de bom e muito bom.

3. Resultado e Discussão

Os atributos do solo analisado foram similares nos valores da média e mediana (Tab. 2), isto indica que as medidas de tendência central não são dominadas por valores atípicos na distribuição (Cambardella et al., 1994, Corá et al., 2004). Um conjunto de dados tem distribuição normal quando os valores de sua média e mediana apresentam valores semelhantes (Silva et al., 2003).

Tabela 2. Parâmetros estatísticos dos atributos químicos e granulométricos dos rejeitos
das áreas de extração de quartzito da região de Diamantina-MG e entorno.

pH água: Relação solo-água 1:2,5. P e K: Extrator Mehlich-1. Ca, Mg e Al: Extrator KCl 1 mol L-1. t: Capacidade de troca de cátions efetiva. T: Capacidade de troca de cátions a pH 7,0. m: Saturação de alumínio. V: Saturação por bases. MO: Matéria orgânica determinado pelo método Walkey-Black. Cascalho/calhaus: Tamisação em peneira de 2,0 mm. Areia, silte e argila: Método da pipeta. semelhantes (Silva et al., 2003).

O maior valor de coeficiente de variação (CV) foi para Al trocável, de 99,9%, mostrando grande variação nas áreas de mineração de quartzito (Fig. 2). Com base no critério de Warrick & Nielsen (1980), as variáveis acidez potencial (H + Al), capacidade de troca de cátions (CTC) efetiva (t), CTC pH 7 (T), saturação por bases (V%), fração grosseira (cascalho/calhaus) e teor de areia e silte apresentaram CV médios (28,82 a 45,80%), enquanto pH em água apresentou CV considerado baixo (9,16%) e os demais atributos com CV altos (56,28 a 99,86%). Comportamento semelhante foi encontrado na avaliação da fertilidade de solos construídos em áreas de mineração de carvão (Costa & Zocche, 2009). Devido às várias combinações a que estão sujeitos os elementos do solo e às constantes reações químicas que ocorrem na solução do solo, os atributos químicos apresentam maior variação do que os físicos e, consequentemente, necessitam de maior número de amostras para estimá-los dentro da mesma área (Jacob & Klutte, 1976).

Figura 1. Distribuição de frequência dos atributos: pH do solo (a), Al trocável
(b), acidez potencial (c) e saturação de alumínio (d) dos rejeitos das
áreas de extração de quartzito da região de Diamantina-MG e entorno.

Figura 2. Distribuição de frequência dos atributos: teores de potássio (a), cálcio (b),
magnésio (c) e saturação por bases (d) dos rejeitos das áreas de extração
de quartzito da região de Diamantina-MG e entorno.

Os valores altos do coeficiente de variação (Tab. 2) indicam a ocorrência de locais nas áreas de mineração de quartzito com valores altos ou baixos das variáveis analisadas, o que indica alta heterogeneidade dos substratos. As concentrações de determinados elementos no solo de ecossistemas tropicais são extremamente variáveis, refletindo o material de origem ou o substrato subjacente, a topografia, a pluviosidade, a vegetação e diversos fatores do meio que interagem com o solo (Haag, 1985).

A fração grosseira (cascalho/calhaus) no substrato representa mais de 50%, em média, da fração granulométrica dos rejeitos das áreas de mineração de quartzito avaliadas (Tab. 2). A elevada presença de cascalho/calhaus nessas áreas é creditada ao beneficiamento das pedreiras que corta grandes lajotas de quartzito de interesse comercial. O material rejeitado é depositado e posteriormente sofre remobilização durante a atividade de lavra. A fração argila, característica física que classifica a textura do solo, apresenta em média de 2,6 dag kg^-1 (Tab. 2), sendo que as áreas avaliadas com classe textural arenosa (Embrapa, 1997). O menor teor de argila nos rejeitos deve-se ao material de origem de quartzito e diluição da argila durante a remobilização do material depositado.

A composição mineral de quartzito pode levar uma variação nas áreas de sua extração devido a heterogeneidade tanto na sua macroestrutura (cor, tamanho de grão, poros, textura, presença de inclusões e as rachaduras, a natureza de fraturas, a distribuição de impurezas, etc) quanto na sua composição química e mineral (Perepelitsyn et al., 1997). Em ecossistemas degradados, essas diferenças são marcantes e influenciam na tomada de decisão em programas de recuperação, e o conhecimento do solo/substrato onde se pretende realizar atividades de restauração é de fundamental importância (Fontes, 1991).

De acordo com limites de interpretação do nível de fertilidade do solo adotados pelos laboratórios integrados ao PROFERT-MG da Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais (Alvarez V. et al., 1999), observa-se que 63% dos rejeitos das áreas de mineração de quartzito amostrados apresentam acidez ativa elevada com valores de pH menor 5,4 (Fig.1a). Este valor de pH abaixo de 5,4 é considerado muito baixo a baixo segundo a interpretação de Alvarez V. et al. (1999), sendo pH que restringe o crescimento das plantas. Resultados semelhantes foram encontrados em rejeito da mineração de ouro em que o pH em água foi em torno de 4,4; que reflete a acidez elevada deste rejeito, o que pode ser resultado da oxidação de sulfetos (Silva et al., 2004). Em áreas de mineração de cassiterita ao longo de uma linha, os valores de pH que variaram de 3,7 a 4,8 compreendendo floresta, capoeira, piso de lavra, área de deposição de rejeito seco e área de deposição de rejeito arenoso, mostrou-se ácidos em todas as situações avaliadas (< 5,0) (Longo et al., 2005).

Os baixos valores de pH dos rejeitos amostrados nas áreas mineradas de quartzito, deve-se ao fato que os solos brasileiros são ácidos pela alta ocorrência de precipitação pluviométrica e pela própria pobreza em bases do material de origem (Custódio et al., 2002; Freitas et al., 2006) e, consequentemente a diminuição do pH, necessitando assim de adequada correção para a recuperação dessas áreas degradadas pela mineração de quartzito. Baixos valores de pH do solo, normalmente estão associados à maiores teores de alumínio trocável, podendo influenciar a baixa disponibilidade cálcio e fósforo, constituindo assim, solos de baixa fertilidade (Costa & Zocche, 2009) podendo este atributo químico apresentar estreita correlação com a distribuição da vegetação (Rodrigues et al., 2007). Desse modo, a prática da calagem deve ser recomendada, antes de inserir no processo de restauração da vegetação sobre os rejeitos de quartzito.

Em termos nutricionais, para as plantas a faixa ideal de pH situa-se entre 5,6 e 6,2, pois a maioria dos nutrientes estão em forma disponível na solução do solo (Marschner, 2002). O aumento do pH do solo pode gerar diversos efeitos positivos às plantas, através da redução dos teores de Al e H+Al, e uma maior disponibilidade de nutrientes (Pires et al., 2008). Porém, uma gama de espécies tolera pH na faixa de 4,2 a 5,0 (Costa & Zocche, 2009), podendo ser associado a isso o fato de que algumas bactérias podem aumentar o pH da rizosfera, com consequente neutralização, parcial ou total, do Al tóxico e da acidez, alterando a habilidade das plantas para absorver o P (Silva et al. 2011).

As áreas de mineração de quartzito apresentaram 100% das amostras analisadas dos rejeitos foram classificadas como muito baixa acidez potencial (H + Al) (Fig. 1c), o qual pode ser explicado pela alta proporção (92%) das áreas com teores de Al³⁺ trocável na faixa muito baixa a baixa, isto é, acidez trocável (Fig. 1b). Isto era esperado pelo fato da acidez potencial referir-se ao total de H+ em ligação covalente, mais o Al³⁺, ou seja, a soma da acidez não-trocável e trocável (Silva et al., 2006a; Silva et al., 2008). O baixo teor de Al³⁺ trocável nos rejeitos de quartzito (Fig. 1b) refletiu em maior porcentagem (82%) de áreas de mineração com valores de saturação de Al (m) na faixa de muito baixa a baixa (Fig. 1d). Esses resultados, aliados aos baixos valores de pH (Fig. 1a) e de Ca²⁺ e Mg²⁺ trocável (Fig. 2a e 2b), reforçam a importância da prática da calagem, somente para elevar a disponibilidade de nutrientes para plantas no processo de recuperação das áreas degradas pela mineração de quartzito.

Quanto as bases trocáveis dos rejeitos, todas as áreas de mineração de quartzito apresentaram menos de 0,04 cmolc dm^-3 de K+ (Fig. 2a), que foram enquadrados na faixa de teor muito baixo (Alvarez V. et al., 1999), conforme encontrado também por Silva et al. (2004) em áreas de mineração de ouro com teores baixos. O teor de K muito baixo nas áreas de mineração de quartzito representa, portanto, um fator limitante para o crescimento de espécies vegetais nessas áreas mineradas, evidenciando a necessidade de adubação potássica.

 Analisando-se os teores de Ca²⁺ trocável, as áreas apresentaram menos de 1,2 cmolc dm^-3 do macronutriente, os resultados para este elemento evidenciam que 93% estão abaixo deste valor (Fig. 2b), sendo considerado teores baixos nos rejeitos de quartzito. Da mesma forma, os teores de Mg²⁺ trocável nas áreas apresentaram a maior porcentagem das amostras analisadas (93%) com teores abaixo de 0,45 cmolc dm^-3 (Fig. 2c). As análises químicas do rejeito de mineração de ouro foram encontrados teores superiores de Ca (1,3 cmolc dm^-3) e Mg (0,7 cmolc dm^-3) (Silva et al., 2004). Assim, como já foi mencionado anteriormente a aplicação de Ca e Mg através da calagem com aplicação do calcário dolomítico faz-se necessário para fornecimento destes macronutrientes para recuperação destas áreas degradadas.

Todas as áreas de mineração de quartzito apresentaram valores de 2,3 e 4,3 cmolc dm^-3 de CTC efetiva (t) e CTC pH 7 (T), respectivamente (Figuras 3a e 3b) que enquadram em valores muito baixo a baixo (Alvarez V. et al., 1999). A baixa capacidade de troca de cátions (T) refletiu a pobreza de bases trocáveis (Ca²⁺, Mg²⁺ e K+) nessas áreas de mineração de quartzito no município de Diamantina-MG e entorno. Também, os baixos valores de T refletem na maior porcentagem (85%) das áreas de mineração de quartzito com valores de saturação por bases (V) acima de 40%.

Os teores de matéria orgânica (MO) como eram de se esperar demonstraram que 96% das áreas amostradas (Fig. 3c) apresentaram teores muito baixos a baixos (menor que 2,0 dag kg^-1). Resultados semelhantes de teor baixo de MO foram encontrados de 0,5 dag kg^-1 (Silva et al., 2004); de 0,68 dag kg^-1 (Costa & Zocche, 2009) e de 1,37 dag kg^-1 (Favaretto et al., 2000) em áreas degradadas pela mineração de xisto e com teor superior ao presente trabalho de 3,2 g kg^-1 em áreas de mineração de bauxita sob diferentes fitofisionomias, idades e condições de reabilitação (Melloni et al., 2006). Estes teores estão relacionados com as características de textura arenosa dos rejeitos de quartzito das áreas de mineração (Fig. 2), bem como em virtude do próprio processo de extração do minério que envolve a supressão da vegetação original.

Silva et al. (2007) verificaram diminuição nos teores de P, K, Ca, Mg, Al, H, soma de bases, saturação por bases e capacidade de troca catiônica, com a mudança da vegetação original de floresta para pastagem. Santos et al. (2010) constataram empobrecimento do solo com a substituição das matas nativas pelo uso agropecuário, particularmente em relação aos teores de Ca, Mg, K, Na e C.

A CTC dos solos apresenta grande correlação com seus constituintes orgânicos e minerais (Bortoluzzi et al., 2009; Silva et al., 2012; Souza Júnior et al., 2007). Assim o teor de argila e de matéria orgânica são atributos com grande importância para a manutenção da fertilidade do solo (Costa & Zocche, 2009). Tais características devem ser consideradas nos programas de recuperação dessas áreas (Longo et al., 2005). Neste sentido, poderão ser adotadas estratégias (Lunardi Neto et al., 2008) no intuito de melhorar as propriedades físicas e químicas do solo nessas áreas, seja através da aplicação de compostos orgânicos, ou pelo uso de técnicas que promovam o aumento de matéria orgânica.

A capacidade tampão de fósforo (P) do solo tem grande influência na eficiência de extração do P disponível pelo extrator Mehlich-1, sendo utilizado para interpretação características do solo que se correlacionam com esta propriedade, como teor de argila e P remanescente (Novais & Smyth, 1999, Oliveira et al., 2000).

De acordo com Alvarez V. et al. (1999), todas as áreas de mineração de quartzito foram classificadas como textura arenosa com teor de argila nos rejeitos abaixo de 15 dag kg^-1 (Fig. 4a). Baseado na classificação da textura dos rejeitos das áreas de mineração de quartzito, o P foi o elemento que teve todas as áreas com teor muito baixo desse nutriente, menor ou igual a 10,0 mg dm^-3 para textura arenosa. Resultados semelhantes foram encontrados em rejeito da mineração de ouro com teor abaixo de 3,1 mg dm^-3 de P (Silva et al., 2004); em áreas de mineração de carvão com valores abaixo de 3,8 mg dm^-3 (Costa & Zocche, 2009) e em rejeitos da mineração de ferro em torno de 4,0 mg dm^-3 (Silva et al., 2006b). Desta forma, as áreas de mineração de quartzito apresentaram deficiência generalizada deste nutriente que é o mais importante fator nutricional que restringe o crescimento vegetal em solos tropicais (Skrebsky et al., 2008). Este resultado reflete a necessidade de adubação fosfatada para o estabelecimento e manutenção de espécies potenciais para serem usadas em programas de restauração ecológica.

Os limites dos atributos do solo utilizados para análise da fertilidade dos rejeitos das áreas de mineração de quartzito são baseados em critérios agronômicos padronizados para solos agrícolas e não para áreas influenciadas pela mineração (Costa & Zocche, 2009). Apesar disto, devido aos limites específicos, os resultados de trabalhos que levem em consideração parâmetros físicos e a fertilidade de solo influenciado pela mineração são de extrema importância (Silva et al., 2004). Desta forma, a interpretação utilizada para solos agrícolas do Estado de Minas Gerais (Alvarez V. et al., 1999), podem-se classificar que os rejeitos das áreas de mineração de quartzito no município de Diamantina e entorno apresentam baixa fertilidade, havendo a necessidade de aplicação de corretivos e adubação mineral e elevação do teor de matéria orgânica.

Conclui-se que, os atributos químicos do rejeito da mineração de quartzito evidenciam a alta limitação ao crescimento de plantas a serem usadas para revegetação, apresentando como restrições os baixos teores de P, K, Ca, Mg, matéria orgânica e elevada acidez. Além de apresentar granulometria que dificultam o crescimento do sistema radicular de plantas, o que indica sérias restrições ao estabelecimento de espécies vegetais. Os resultados deste estudo oferecem aos responsáveis por trabalhos de restauração de áreas degradadas decorridas da atividade de exploração mineral de quartzito dados da fertilidade dos rejeitos sendo possível traçar estratégias de ações em relação à correção da acidez do solo, adubação e manejo da matéria orgânica nessas áreas degradadas na região de Diamantina-MG e entorno.

Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa de mestrado.

Referências

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1. Mestre em Ciência Florestal/ Master's Degree in Forestry Science, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/Diamantina-MG

2. Professor doutor/Professor Ph.D., Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/Diamantina-MG;

3. Professor doutor/Professor Ph.D., Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/Diamantina-MG

4. Mestre em Produção Vegetal/ Master's Degree in Plant Production, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/Diamantina-MG

5. Doutor em Fitotecnia/Doctor in Plant Sciences, Universidade Federal de Viçosa/Diamantina-MG

6. Doutor em fitotecnia/ Doctor in Plant Sciences, Universidade Federal de Viçosa/Viçosa-MG, Email: gustavogamp@hotmail.com

7. Doutoranda em Produção Vegetal na Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri. E-mail: patricialage.biologa@gmail.com