Geochemistry of acid mine drainage in coal mining activities, Fiqueira city (PR)

Este estudo foi desenvolvido em área de mineração de carvão, na região de Figueira (PR). A primeira parte deste trabalho investigou processos físico-químicos da drenagem ácida antes e após o tratamento com CaO e sua evolução em drenagem natural em área com presença de rochas calcárias. Os resultados mostraram um incremento no pH da drenagem ácida após o tratamento (de 3,2 para 4,6) e redução nas concentrações dos constituintes analisados. A evolução deste efluente ácido na rede de drenagem local resultou em um novo sistema físico-químico, inicialmente com pH 6,4 e menores níveis de Eh e dos constituintes químicos, em especial para SO4 2¯ (1578 mg L¯1), Al (0,07 mg L¯1), Fe (17,8 mg L¯1) e Mn (2,48 mg L¯1). Entretanto, as concentrações destes constituintes foram ainda menores nesta drenagem com incremento do pH para 10,8, exceto para Al. O incremento na concentração de Al (de 0,07 mg L¯1 para 0,63 mg L¯1) é atribuído à lixiviação de minerais silicáticos sob condições alcalinas, as quais favoreceram a solubilização do metal. Este aumento do pH pode ser conseqüência de rochas calcárias da região que se encontram a partir de 10,5 m de profundidade. Águas subterrâneas que alimentam a drenagem local devem contribuir com o incremento das concentrações de HCO3¯ até que as condições de equilíbrio do sistema carbonático sejam rompidas com o excesso de CO3 2¯, aumentando o pH para 10,8. Neste ponto ocorreram condições físico-químicas favoráveis para a remoção de Mn, um dos problemas encontrados em processos de neutralização de drenagem ácida. A segunda parte deste trabalho avaliou as características geoquímicas de drenagens ácidas desta região e seus impactos em águas e em sedimentos de corrente. Os resultados mostraram que as drenagens ácidas são geradas tanto em galerias de extração do minério como em depósitos de rejeito, com pH entre 3,2 e 4,1. Estas últimas drenagens apresentaram as maiores concentrações dos elementos investigados, com destaque para o As (0,25 mg L¯1 a 0,68 mg L¯1). O impacto destas soluções ácidas nos rios da área foi pouco significativo. As concentrações de SO4 2¯, Al, Cd, Co, Fe, Mn, Ni e Zn (nas proximidades de minas ativas) e SO4 2¯, Al, Cd, Fe, Mn e Zn (nas proximidades de depósitos de rejeito e minas desativadas) excederam levemente os padrões brasileiros de qualidade para águas superficiais. As águas subterrâneas de poços de monitoramento das atividades mineiras apresentaram o mesmo intervalo de pH e concentrações químicas semelhantes aqueles das drenagens ácidas, revelando o seu comprometimento. Entretanto, as amostras de águas subterrânea e fluvial de abastecimento público municipal revelaram pH entre 7,2 e 7,5 e baixas concentrações dos componentes analisados. A geoquímica de sedimentos de corrente mostrou maiores fatores de enriquecimento para As, Cd, Mn, Ni e Zn, e foram restritos aos locais mais róximos das fontes geradoras de drenagens ácidas. Neste caso, os processos de sedimentação ocorreram em zonas de mistura das soluções ácidas com águas fluviais, as quais contribuíram para a neutralização da acidez e a conseqüente precipitação das espécies químicasThis study was developed in coal mining area, region of Figueira (PR). The first part of this study searched physico-chemical processes of the acid mine drainage before and after the neutralization with CaO and the evolution of these acid waters in natural stream in area with presence of carbonatic rocks. The results showed an increasing in pH of acid mine drainage after the treatment (from 3.2 to 4.6) and a reduction in concentrations of analyzed constituents. The evolution of these acid waters within the tributary stream resulted in new physicochemical system, initially with pH 6.4 and lower levels of Eh and of chemical constituents, particularly SO4 2¯ (1578 mg L¯1), Al (0.07 mg L¯1), Fe (17.8 mg L¯1) and Mn (2.48 mg L¯1). However, the concentrations of these constituents were lower in natural stream with increment of pH to 10.8, except Al. Aluminum increasing concentration (from 0.07 mg L¯1 to 0.63 mg L¯1) during this evolution seems to be related to an input of Al-enriched waters due the leaching of silicate minerals in alkaline conditions. This increasing in pH can be resulted from local bedrock that contains limestone from 10.5 meters depth. Groundwater input to the natural stream contributes to the increase in HCO3¯ concentrations until the conditions of carbonate system equilibrium are broken with the excess CO3 2¯, increasing the water pH to 10.8. In this point, favorable conditions happened to the removal of Mn, a problem found in neutralization process of acid drainage. The second part of this work evaluated the geochemistry characteristics of acid drainage in this region, and the impacts in waters and surface sediments. The results showed that the acid drainage is generate as much in coal extraction gallerias as in tailing deposits, with pH from 3.2 to 4.1. These last drainages showed the higher concentrations of analyzed elements, especially As (from 0.25 mg L¯1 to 0.68 mg L¯1). The impact of these acid solutions to the rivers in the area had little meaning. The concentrations of SO4 2¯, Al, Cd, Co, Fe, Mn, Ni and Zn (near to the active mines) and SO4 2¯, Al, Cd, Fe, Mn and Zn (near the tailing deposits and abandoned mines) exceeded the Brazilian quality standards to stream waters. Groundwater monitoring wells from the active mines showed the same interval of pH and chemical concentrations were similar to those of acid drainages, which represented significant impacts. However, the stream water and groundwater samples of municipal public provision revealed pH from 7.2 to 7.5 and low concentrations of analyzed components. The geochemistry of stream sediments showed higher enrichment factors to As, Cd, Mn, Ni e Zn, and were restrict to the nearest places of acid drainages generation source. In this case, the sedimentation processes happened in the mixing zone of the acid solutions with stream waters, which caused the neutralization of acidity and the precipitation of the chemical specie