i
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA DA ÁGUA E SEDIMENTOS DE FUNDO DO RIBEIRÃO
MAZARGÃO, OURO PRETO - MINAS GERAIS.
Hélio Moreira de Almeida
MONOGRAFIA no 262
Ouro Preto, janeiro de 2018
ii
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CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA DA ÁGUA E
SEDIMENTOS DE FUNDO DO RIBEIRÃO MARZAGÃO,
OURO PRETO - MINAS GERAIS.
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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
Reitora
Prof.ª Dr.ª Cláudia Aparecida Marliére de Lima
Vice-Reitor
Prof. Dr. Hermínio Arias Nalini Júnior
Pró-Reitora de Graduação
Prof.ª Dr.ª Tânia Rossi Garbin
ESCOLA DE MINAS
Diretor
Prof. Dr. Issamu Endo
Vice-Diretor
Prof. Dr. José Geraldo Arantes de Azevedo Brito
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
Chefe
Prof. Dr. Luís Antônio Rosa Seixas
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v
MONOGRAFIA
Nº 262
CARACTERIZAÇÃO GEOQUÍMICA DA ÁGUA E SEDIMENTOS
DE FUNDO DO RIBEIRÃO MARZAGÃO, OURO PRETO - MINAS
GERAIS.
Hélio Moreira de Almeida
Orientadora
Prof.ª Dr.ª Adivane Terezinha Costa
Co-Orientador
Prof. Dr. Hermínio Arias Nalini Jr.
Monografia do Trabalho de Conclusão de curso apresentado ao Departamento de Geologia da Escola
de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para avaliação da disciplina
Trabalho de Conclusão de Curso – TCC 402, ano 2017/2.
OURO PRETO
2017
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Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br
Escola de Minas - http://www.em.ufop.br
Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/
Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita
35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais
Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606
Direitos de tradução e reprodução reservados.
Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou
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Revisão geral: Hélio Moreira de Almeida
Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do
Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto
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Agradecimentos
Agradeço à minha mãe Marcionília e todos os tios em especial tia Eliza e tio Vitor, por não
medirem esforços para que isso fosse possível. As meus irmãos Bruno e Marciele pelo apoio
incondicional.
A geologia e a geogalera pelos campos e corriolas e amizade, a SEE, pelas amizades,
oportunidades e experiências.
À professora Adivane, pelos ensinamentos extracurriculares, orientação e amizade sincera em
toda a graduação.
A cidade histórica de Ouro Preto pelos encantos naturais e os amigos que ali fiz. A todas as
repúblicas amigas, principalmente Tanto Faz, Cravo e Canela, Patotinha, Querubim, Vaticano, Bangalô
e Jardim de Alah, que compartilharam comigo os melhores momentos nessa cidade linda. À grandiosa
República Pureza, seus atuais moradores, ex-alunos e homenageados. “Desci do Céu...”
Por fim, agradeço ao Departamento de Geologia em especial a equipe do laboratório de
Geoquímica ambiental e Difração de raios X, à Escola de Minas, à Universidade Federal de Ouro Preto
e à Fundação Gorceix, por terem me proporcionado um ensino público superior de qualidade durante
toda a minha graduação.
x
xi
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS .......................................................................................................................... ix
SUMÁRIO ............................................................................................................................................ xi
LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................................... xiv
LISTA DE TABELAS ..................................................................................................................... xviii
RESUMO ............................................................................................................................................. xix
ABSTRACT ...................................................................................................................................... xvii
1 CONSIDERAÇÕES GERAIS ............................................................................................................ 1
1.1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 1
1.2 OBJETIVO ....................................................................................................................................... 1
1.2.1 Objetivo geral ............................................................................................................................... 1
1.2.2 Objetivos Específicos ...................................................................................................................... 1
1.3 ÁREA DE ESTUDO E VIAS DE ACESSO .................................................................................... 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................................................ 3
2.1 TRABALHOS ANTERIORES ........................................................................................................ 3
2.2 O ALUMÍNIO .................................................................................................................................. 4
2.3 PROCESSO DE PRODUÇÃO DA ALUMINA .............................................................................. 5
2.3.1 Moagem da bauxita ......................................................................................................................... 6
2.3.2 Digestão ............................................................................................................................... 6
2.3.3 Clarificação ............................................................................................................................... 6
2.3.4 Precipitação ............................................................................................................................... 7
2.3.5 Calcinação ............................................................................................................................... 8
2.4 RESÍDUO GERADO NA PRODUÇÃO DE ALUMINA ............................................................... 9
2.5 SISTEMAS DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS/RESÍDUOS FINOS ............................................ 11
2.6 NOVELIS BARRAGEM DE REJEITOS MARZAGÃO .............................................................. 12
2.7 CONCEITO DE MICROBACIA ................................................................................................... 13
2.8 MOBILIDADE, ESPECIAÇÃO E PROCESSOS DE SORÇÃO .................................................. 14
2.9 TOXIDADE DOS ELEMENTOS .................................................................................................. 16
2.10 ELEMENTOS ABORDADOS NO TRABALHO ......................................................................... 17
2.10.1 Elementos maiores ............................................................................................... 18
2.10.2 Elementos traço pesados e/ou potencialmente tóxicos ........................................ 20
2.11 GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS ....................................................................................................... 24
2.12 GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS FLUVIAIS ........................................................................... 25
2.12.1 Valores guia de qualidade de sedimentos (VGQS) .............................................. 25
3 ATIVIDADES E MÉTODOS ........................................................................................................... 27
3.1 PESQUISA BIBLIOGRÁFICA E CARTOGRÁFICA .................................................................. 27
3.2 MÉTODOS E AMOSTRAGEM EM CAMPO .............................................................................. 27
xii
3.2.1 Análise de parâmetros da água in situ via multiparâmetro ........................................................... 28
3.2.2 Amostragem de água .................................................................................................................... 28
3.2.3 Amostragem dos sedimentos ........................................................................................................ 29
3.3 ANÁLISES EM LABORATÓRIO ............................................................................................... 29
3.3.1 Preparação das amostras de sedimento ......................................................................................... 29
3.3.2 Análise granulométrica dos sedimentos ........................................................................................ 30
3.3.3 Análise mineralógica .................................................................................................................... 31
3.3.4 Digestão parcial das amostras de sedimentos ............................................................................... 31
3.3.5 Análise geoquímica de sedimento ................................................................................................ 33
3.3.6 Alcalinidade da água ..................................................................................................................... 34
3.3.7 Análise hidroquímica .................................................................................................................... 34
3.4 INTERPRETAÇÃO DOS DADOS OBTIDOS............................................................................. 34
3.4.1 Confecção de gráficos ................................................................................................................... 34
4 ASPECTOS GEOLÓGICOS E FISIOGRÁFICOS ......................................................................... 35
4.1 GEOLOGIA REGIONAL ............................................................................................................. 35
4.1.1 Trabalhos Anteriores ..................................................................................................................... 35
4.1.2 Estratigrafia ............................................................................................................................. 37
4.1.3 Geologia Estrutural e Metamorfismo ............................................................................................ 38
4.2 GEOLOGIA LOCAL .................................................................................................................... 38
4.3 HIDROGRAFIA ............................................................................................................................ 40
4.4 CLIMA .......................................................................................................................................... 41
4.5 VEGETAÇÃO ............................................................................................................................... 42
4.6 GEOMORFOLOGIA .................................................................................................................... 42
4.7 PEDOLOGIA ................................................................................................................................ 43
4.8 ATIVIDADES ECONÔMICAS DESENVOLVIDAS NA ÁREA ............................................... 44
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................................... 45
5.1 PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DAS ÁGUAS .................................................................. 46
5.1.1 Condutividade Elétrica (CE), Sólidos Totais Dissolvidos (STD) e Alcalinidade ......................... 46
5.1.2 Potencial de Óxi-Redução (Eh) .................................................................................................... 48
5.1.3 Potencial Hidrogeniônico (pH) ..................................................................................................... 48
5.1.4 Resistividade ............................................................................................................................. 49
5.2 GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS: ELEMENTOS MAIORES E TRAÇO ....................................... 49
5.2.1 Elementos maiores: cátions .......................................................................................................... 49
5.2.2 Elementos traço............................................................................................................................. 52
5.3 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA DOS SEDIMENTOS ................................................ 57
5.4 GEOQUÍMICA DOS SEDIMENTOS .......................................................................................... 59
xiii
5.4.1 Elementos Maiores ........................................................................................................................ 59
5.4.2 Elementos Traço ............................................................................................................................ 60
5.5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS .............................................................................................. 63
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................ 65 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................... 67 ANEXOS................................................................................................................................................ 73
xiv
INDÍCE DE FIGURAS
Figura 1.1: Localização da área de estudo ................................................................................. 2
Figura 2.1: Disponibilidade do alumínio na crosta terrestre (Modificado: European Aluminium
Association, 2017) ................................................................................................................................... 5
Figura 2.2: Diagrama simplificado do sistema Bayer para produção de alumina a partir da
bauxita (Fonte: Silva Filho et al., 2007). ................................................................................................. 6
Figura 2.3: Digestores (Fonte: Souza, 2010). ............................................................................ 6
Figura 2.4: Filtros para separação da lama vermelha (Fonte: Souza, 2010).............................. 7
Figura 2.5: Precipitadores de hidrato de alumínio (Fonte: Souza, 2010). ................................. 8
Figura 2.6: Calcinadores de alumina alfa (Fonte: Souza, 2010) ............................................... 8
Figura 2.7: Bauxita, alumina e alumínio (Fonte: IAI - International Aluminium Institute, 2017).
................................................................................................................................................................. 9
Figura 2.8: Produção de alumina no mundo (Fonte: IAI, 2017). .............................................. 9
Figura 2.9: Difratograma da lama vermelha da região sudeste do Brasil (Fonte: Villar, 2002).
............................................................................................................................................................... 11
Figura 2.10: Barragem do Marzagão – Aditya Birla Hindalco em Ouro Preto / MG. Lançamento
contínuo de polpa. ................................................................................................................................. 12
Figura 2.11: Diagrama esquemático de qualidade de sedimento segundo critérios TEL e PEL
(modificado de CETESB, 2012). ........................................................................................................... 26
Figura 3.1: Mapa de localização dos pontos de amostragem de água e sedimentos na micro-
bacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Google Earth Pro. ......................................................................... 28
Figura 3.2: Sedimento quarteado em laboratório. ................................................................... 30
Figura 3.3: Peneiras para análise granulométrica em agitador de peneiras. ............................ 30
Figura 3.4: Mistura para obtenção de água régia, do lado esquerdo o HCL e no direito HNO3.
............................................................................................................................................................... 32
Figura 3.5: Amostras sob chapa de aquecimento com temperatura controlada em 100± 5 °C.
............................................................................................................................................................... 33
Figura 3.6: Filtragem de amostras. .......................................................................................... 33
xv
Figura 4.1: Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero. Modificada de Alkmim & Marshak
(1998). ................................................................................................................................................... 37
Figura 4.2: Mapa geológico da microbacia do ribeirão Marzagão, com a localização dos pontos
de amostragem. Fonte: Portal da geologia (2017). ................................................................................ 39
Figura 4.3: Mapa de drenagens da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Google. .......... 41
Figura 4.4: Gráfico de temperatura e regime pluviométrico anual, de 2007 a 2015. Fonte:
INMET. ................................................................................................................................................. 42
Figura 4.5: Mapa hipsométrico da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Portal da Geologia
2017. ...................................................................................................................................................... 43
Figura 4.6: Mapa de classes de solo da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Fundação
Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais. ...................................................................................... 43
Figura 5.1: Variação do conteúdo de condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos (STD) e
alcalinidade. .......................................................................................................................................... 47
Figura 5.2: Potencial de oxirredução (Eh) .............................................................................. 48
Figura 5.3: Gráfico do potencial hidrogeniônico (pH) ............................................................ 49
Figura 5.4: Concentração de sódio e cálcio, nos pontos de amostragem de montante para
jusante. .................................................................................................................................................. 51
Figura 5.5: Concentração de magnésio e potássio nos pontos de amostragem de montante para
jusante. .................................................................................................................................................. 52
Figura 5.6: Concentração de ferro e manganês nos pontos de amostragem de montante para
jusante. .................................................................................................................................................. 53
Figura 5.7: Concentração de alumínio nos pontos de amostragem de montante para jusante. 54
Figura 5.8: Concentração de enxofre nos pontos de amostragem de montante para jusante. . 55
Figura 5.9: Concentração de molibdênio, arsênio, bismuto, rubídio, selênio e vanádio nos
pontos de amostragem de montante para jusante. ................................................................................. 56
Figura 5.10: Concentração de estrôncio nos pontos de amostragem de montante para jusante.
............................................................................................................................................................... 57
Figura 5.11: Difratograma representativo dos sedimentos das nascentes a montante da
barragem de rejeitos Marzagão, referente ao ponto A1. ....................................................................... 58
xvi
Figura 5.12: Concentração de alumínio nos sedimentos dos cursos d’água de montante para
jusante. ................................................................................................................................................... 60
Figura 5.13: Concentração de sódio, cálcio e magnésio nos sedimentos dos cursos d’água de
montante para jusante. ........................................................................................................................... 61
Figura 5.14: Concentração de enxofre nos sedimentos dos cursos d’água de montante para
jusante. ................................................................................................................................................... 61
Figura 5.15: Concentração de arsênio, cádmio e estrôncio nos sedimentos dos cursos d’água de
montante para jusante. ........................................................................................................................... 62
xvii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 2.1: Composição da lama vermelha para diversos tipos de bauxita (Fonte: Silva Filho et
al., 2007)................................................................................................................................................ 10
Tabela 2.2: Mobilidade de alguns elementos químicos no ambiente superficial (Garrett 2005).
............................................................................................................................................................... 15
Tabela 2.3: Compostos que acumulam metais pesados e algumas de suas propriedades
(Modificado de ...................................................................................................................................... 16
Tabela 2.4: Tabela periódica, mostrando elementos químicos e seus efeitos biológicos
conhecidos e prováveis (Plant et al 1998). ............................................................................................ 16
Tabela 2.5: Elementos químicos, e suas principais implicações no organismo humano. (cf.
Fergusson 1990, Santos 1997,ATSDR 2003). ...................................................................................... 23
Tabela 2.6: Parâmetros inorgânicos. ....................................................................................... 24
Tabela 2.7: Valores orientadores de qualidade de sedimentos segundo critérios TEL e PEL, em
mg/kg. (CETESB, 2012). ...................................................................................................................... 26
Tabela 2.8: Valores de referência para o Quadrilátero ............................................................ 26
Tabela 3.1: Classificação granulométrica sugerida por Wentworth (1922) e seu equivalente na
abertura em mesh das peneiras usadas no trabalho. .............................................................................. 31
Tabela 5.1: Medidas dos parâmetros físico-químicos coletados na microbacia do ribeirão
Marzagão. .............................................................................................................................................. 46
xviii
Resumo
A micro-bacia do ribeirão Marzagão está inserida na a sub-bacia do ribeirão do Carmo, contribuinte da
Bacia do Rio do Carmo. Localiza-se nas proximidades do bairro Saramenha no município de Ouro Preto,
Minas Gerais. Destaca-se nesta micro-bacia a barragem de rejeitos de lama vermelha da mineração de
bauxita, pertencente a empresa Hindalco S.A., e a mineração de topázio imperial Vermelhão. O objetivo
principal do trabalho foi caracterizar a geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão.
Sendo esse formado por uma nascente e o sumidouro da barragem e três nascentes das cinco existentes
a montante da barragem já mencionada, e correlacionar esses dados com as fontes geogênicas e possíveis
interferências antropogênicas. O trabalho consistiu na coleta de amostras de água e sedimentos de fundo
de canal a montante e a jusante da barragem Marzagão. Os sedimentos passaram por secagem e
quarteamento das amostras de sedimentos para posterior a realização da análise da composição
mineralógica e geoquímica parcial de elementos como: Na, Fe, Al, Ca, K, Mg, Mn, As, Ba, Cd, Co, Cr,
Cu, V, Zn, Pb e Ti. Os resultados apresentaram valores anômalos para os elementos Al, Na, Ca, K, Mg,
S, As e Sr mostrando a contaminação causada pela barragem uma vez que a composição da lama
vermelha tem como principais elementos o Al, Na, Ca. A difratometria de raios X na amostra coletada
no ribeirão Marzagão, apresentou ocorrência de um hidróxido de alumínio evidenciando a contaminação
ocasionada pela barragem.
Palavras chave: geoquímica, geologia ambiental, espectrometria.
1
CAPITULO 1
1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
1.1 INTRODUÇÃO
O presente trabalho registra o estudo de uma área inserida na sub-bacia do ribeirão funil, porção
oeste da bacia do rio do Carmo, localizada no bairro Saramenha no município de Ouro Preto, em Minas
Gerais. Para realização do trabalho foram abordados temas como mineralogia e geoquímica dos
sedimentos e águas.
Realizou-se um diagnóstico ambiental através do estudo da qualidade geoquímica de
águas fluviais e sedimentos do leito de três nascentes, à montante, sendo um total 5 nascentes, e no
ribeirão Marzagão, à jusante da barragem rejeitos de alumínio Marzagão, visando determinar a
interferência da barragem de rejeito no ribeirão Marzagão. Uma vez que o ribeirão é formado deflúvio
da barragem, essa por sua vez recebe o desaguamento das 5 nascentes. Nas barragens encontram-se em
solução ou já consolidados, materiais com alta concentração elementos tóxicos e metais pesados que
podem vim a ser um risco a saúde humana e toda a biota presente no entorno. As motivações para a
execução do presente projeto se devem a trabalhos como: Costa (2001) e Rodrigues (2009) utilizando a
geoquímica como ferramenta para a investigação ambiental de áreas com potencialidade de
contaminação por atividades antrópicas. Além disso, a cabeceira do ribeirão Marzagão está inserida
próximo ao aterro controlado do município de Ouro Preto e da barragem de rejeitos do processo de
transformação da bauxita em alumina, onde se utiliza principalmente soda caustica e cal, sendo parte do
processo de extração de alumínio da antiga Alcan, atualmente pertencente a empresa Hindalco, tendo
sua construção iniciada no ano de 1974 e passado por 5 fases de alteamento.
1.2 OBJETIVO
1.2.1 Objetivo geral
Analisar a interferência química da barragem de rejeitos Marzagão no ribeirão denominado pelo
mesmo nome, através da análise química de águas e sedimentos de fundo de três nascentes à montante
da barragem e à jusante, no ribeirão Marzagão.
1.2.2 Objetivos Específicos
a) Realizar análises geoquímicas em amostras de água e sedimentos de fundo de canal coletadas
em 4 pontos, 3 à montante e 1 à jusante da barragem de rejeitos Marzagão;
b) Realizar análise de composição a mineralógica dos sedimentos de fundo de canal coletadas
na amostragem via difratometria de raio x e correlacionar com os dados geoquímicos;
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
2
c) Quantificar os elementos maiores e elementos traço das amostras de sedimentos e relacionar
com os possíveis efeitos gerados ao ribeirão pela barragem de rejeitos;
d) Determinar a origem dos elementos químicos presentes no depósito sedimentar investigado,
se geogênica ou antropogênica;
1.3 ÁREA DE ESTUDO E VIAS DE ACESSO
O presente trabalho foi realizado nas proximidades do bairro Saramenha, município de Ouro
Preto – MG, na região próxima ao aterro controlado do município abrangendo a montante e a jusante de
Marzagão, barragem de rejeitos da transformação de bauxita em alumina(Al2O3). Vide figura 1.1.
Figura 1.1: Localização da área de estudo
3
CAPÍTULO 2
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste trabalho os principais conceitos utilizados referem-se a dinâmica de sedimentos, além da
geoquímica da água.
2.1 TRABALHOS ANTERIORES
Entre os trabalhos realizados nos cursos d’água da região do Quadrilátero Ferrífero (QF),
podem-se mencionar o trabalho de Eleutério (1997), que fez uma análise dos níveis de contaminação
por metais traço em sedimentos da calha do rio do Carmo, localizado na região sudeste do QF, na borda
do Parque Estadual de Itacolomi. Através do uso de Espectrometria de Absorção Atômica, obtiveram
concentrações de mercúrio acima do limite máximo aceito para sedimentos (0,1 µg/g), mostrando assim
a contaminação deste rio por mercúrio. De acordo com o autor, o contaminação desse metal estaria
associado ao processo de extração de ouro nos garimpos, que seriam responsáveis também pela
contaminação de outros metais, são eles As, Pb, Zn, Cu, Cd, Co, Cr, Ni e Li.
De acordo com Oliveira (1999) os valores de contaminação por metais traço na água e nos
sedimentos de corrente dos córregos do Parque Estadual do Itacolomi e rios e córregos situados na
redondezas do parque, é produto da atividade garimpeira na região. Foram observados nos sedimentos
concentrações de mercúrio acima do limite máximo recomendado (0,1 mg/kg). Foram determinadas
também altas concentrações de cádmio em valores que variam de 1,0 ppm a 22 ppm, caracterizando
algumas regiões como altamente poluídos. Os resultados das análises de água mostraram que todas as
concentrações de metais são inferiores ao limite estabelecido pela resolução CONAMA 357 (2005),
com exclusão do ferro, que apresentou valores elevados em algumas regiões, que segundo a autora, pode
estar relacionado a ocorrência de hematita, goethita e clorita nos locais onde ocorreram as anomalias.
Estudos desenvolvidos no rio Gualaxo de Norte, situado na região sudeste do Quadrilátero
Ferrífero, o qual recebe os afluentes das minas Timbopeba, Samarco, Capanema, Samitri e dos garimpos
de ouro, apontaram altos valores de bicarbonato, sulfato, sódio, condutividade elétrica, sólidos totais
dissolvidos e salinidade na água. Estes afluentes são considerados como sendo a fonte dos contaminantes
relacionados com o processo de beneficiamento do minério de ferro. Também foram caracterizados
teores acima do limite estabelecido pela resolução do CONAMA 357 (2005) para cádmio, chumbo,
ferro, manganês, alumínio e zinco. Os elevados teores de ferro e manganês foram atribuídos a fontes
litogenéticas, associadas às atividades garimpeiras e ao enriquecimento desses elementos em lateritas,
também exploradas em garimpos. As análises determinaram que o garimpo de Antônio Pereira é a
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
4
principal fonte antropogênica dos elementos tóxicos arsênio, manganês, antimônio, bário e mercúrio
determinados em sedimentos do rio Gualaxo do Norte, gerando valores acima do limite estabelecido
pela legislação (Costa 2001).
Processos geológicos a exemplo o intemperismo e lixiviação, disponibilizam para o meio
ambiente os elementos, sendo esses transportados para os cursos d’água, influenciando na elevação das
concentrações desses elementos. Uma ocorrência deste processo foi registrado na Estação do Tripuí,
que encontra-se parcialmente preservada da influência antrópica e está localizada próxima à cidade de
Ouro Preto. Segundo Cruz (2002), as concentrações de cálcio, magnésio, cromo, vanádio e alumínio,
são resultados exclusivamente dos processos naturais que agiram sobre a litologia da região, liberando
e transportando esses elementos para a água e os sedimentos da Estação Ecológica. Os teores de cálcio
e o magnésio são oriundos dos mármores; o cromo, vanádio e alumínio são originários das rochas
máficas.
Para Borba (2002) no Quadrilátero Ferrífero há uma anomalia natural de arsênio, essa anomalia
está ligada a gênese dos depósitos auríferos do greenstone belt Rio das Velhas, onde o fluido originário
de zonas profundas carreia o arsênio do manto até as rochas supracrustais. A atuação do intemperismo
sobre os corpos de minério e suas hospedeiras em superfície, promove oxidação dos sulfetos e a
liberação do arsênio para o ambiente. Além da liberação natural, as altas concentrações de arsênio
encontradas nos sedimentos e águas, que ocorrem próximas às minas, é devido aos rejeitos despejados
nas drenagens durante os 300 anos de mineração. Nas lavras de beneficiamento das minas em operação
atualmente, funcionam de acordo com os regulamentos ambientais.
Em continuação aos estudos geoquímicos e ambientais do Quadrilátero Ferrífero, Martins
(2005), realizou um trabalho com amostras de rochas, águas, sedimentos, solos e plantas, na área
próxima das minas de Pirita Piquete e Santa Efigênia, no Município de Ouro Preto. Os resultados das
análises apresentaram valores tóxicos de: alumínio na água; arsênio, cromo, cádmio, cobre, chumbo e
zinco nos sedimentos de corrente; arsênio, cádmio, cobre, chumbo, níquel e cromo nos solos; zinco,
manganês, níquel, cobre e chumbo nas plantas. Os níveis de concentrações desses elementos possuem
relação direta com a litologia local, porém são influenciados por outros fatores, tais como: condições
físico-químicas do ambiente, sazonalidade, disponibilidade e biodisponibilidade de elementos químicos.
2.2 O ALUMÍNIO
Entre os materiais originários da exploração mineral mais utilizados pelo homem e consequente
geradores de resíduo, está o alumínio e suas ligas. Dados da Associação Brasileira do Alumínio (ABAL)
indicam que o consumo doméstico de alumínio em 2015 recuou. Segundo a entidade, a demanda interna
por produtos transformados de alumínio atingiu 1.308,5 mil toneladas, volume 8,5 % inferior ao
consumido de 2014, de 1.429,7 mil toneladas. O estudo mostra ainda, que o consumo de alumínio no
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
5
país deverá crescer ainda mais. De acordo com projeções, em 2020, o Brasil poderá consumir entre 2,4
e 2,8 milhões de toneladas do material por ano.
O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, como mostrado na Figura
2.1. A disponibilidade de bauxita, o minério bruto do qual é obtido o alumínio, é suficiente para
suprir a demanda de alumínio por vários séculos. A bauxita tem em sua composição,
principalmente de óxido de alumínio, além de sílica, óxidos de ferro e titânio.
Figura 2.1: Disponibilidade do alumínio na crosta terrestre (Modificado: European Aluminium Association, 2017)
Mais de 160 milhões de toneladas de bauxita são mineradas a cada ano. Os principais depósitos
são encontrados em áreas tropicais e sub-tropicais. A bauxita é extraída na Austrália, América Central
e América do Sul (Jamaica, Brasil, Suriname, Venezuela, Guiana), África (Guiné), Ásia (China e Índia),
Rússia (Cazaquistão) e Europa (Grécia) (IAI, 2017).
2.3 PROCESSO DE PRODUÇÃO DA ALUMINA
O sistema Bayer é atualmente o mais usado em quase todas as plantas de beneficiamento da
bauxita, mesmo com o elevado consumo de energia que ele demanda. Este sistema foi desenvolvido em
1888, na Alemanha, e suas principais fases de produção, desde a entrada do minério (bauxita) até a saída
do produto final (alumina), são: digestão, clarificação, precipitação e calcinação. Essas fases tem um
fluxograma de certa complexidade, mas que pode ser resumido em um circuito básico (Silva, 2016),
apresentado na Figura 2.2 e descrito a seguir.
Silica28%
Oxigênio47%
Alumínio 8%
Ferro5%
Cálcio, Sódio, Potássio e
outros12%
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Figura 2.2: Diagrama simplificado do sistema Bayer para produção de alumina a partir da bauxita (Fonte: Silva
Filho et al., 2007).
2.3.1 Moagem da bauxita
A fase inicial do processo envolve a moagem da bauxita com o objetivo de reduzir a dimensão
das partículas minerais e tornar o mineral apropriado para a digestão. A bauxita é moída em moinhos de
bola (diâmetros entre 0,08 mm e 0,06 mm) (IAI, 2017). A moagem da bauxita é seguida da digestão.
2.3.2 Digestão
A digestão (Figura 2.3) tem o objetivo de extrair a alumina contida na bauxita. Nesse processo
a alumina é dissolvida pelo licor pobre (solução de soda cáustica e cal), enquanto as impurezas que
constituem a lama permanecem insolúveis. (Souza, 2010)
Figura 2.3: Digestores (Fonte: Souza, 2010).
2.3.3 Clarificação
Através da decantação acelerada por floculantes sintéticos, ocorre a separação da solução de
licor rico das impurezas sólidas (lama). Uma vez decantada, a lama é removida e bombeada para uma
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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série de cinco lavadores, em contra corrente com água adicionada no quinto estágio de lavagem, com o
objetivo de retirar a soda cáustica presente na lama. A separação da lama da solução do licor rico é
obtida através dos controles: da temperatura, da adição de floculantes e em função dos sólidos para o
controle da vazão na descarga e monitoramento do nível da lama dentro do decantador (Souza, 2010)
A filtração consiste na separação de partículas sólidas de uma suspensão líquida mediante o
escoamento desta suspensão em um meio poroso estacionário, denominado de meio filtrante, no qual o
sólido permanece retido sobre este meio, forma um depósito que se denomina torta de filtração, cuja
espessura cresce e se deforma continuamente e passa a desempenhar um papel fundamental no decorrer
da operação de separação (Figura 2.4). A fase fluida que atravessa o meio poroso é denominado de
filtrado. A filtração tem como objetivo reter estas partículas de lama de aluminato de sódio. O licor rico,
produto da divisão vermelha, sai com cerca de 10 mg/L de lama em suspensão para área de divisão
branca. (Souza, 2010).
Figura 2.4: Filtros para separação da lama vermelha (Fonte: Souza, 2010).
2.3.4 Precipitação
A alumina hidratada, dissolvida da bauxita na etapa de digestão, deixa a solução, para formar o
produto do processo Bayer, na etapa da precipitação (Figura 2.5). Dois requisitos básicos devem ser
atendidos nesta fase: primeiro, o licor rico filtrado deve ter o seu grau de supersaturação acentuado,
através de resfriamento; segundo, certa quantidade de alumina hidratada, previamente obtida, deve ser
usada como semente.
Os precipitadores cementadores recebem semente grossa e a outra parte (70%) de licor rico, que
foi resfriado em trocador de placas (responsável pela redução da temperatura através da troca de calor
com a água industrial). Nos cementadores, a uma dada temperatura, agitação e tempo de residência, é
promovido um aumento da resistência das partículas do hidrato, que serão enviados aos precipitadores
de leito denso, que através de agitação, resfriamento forçado, promovem um aumento do rendimento de
precipitação (Souza, 2010).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Figura 2.5: Precipitadores de hidrato de alumínio (Fonte: Souza, 2010).
2.3.5 Calcinação
É o processo que controla a eliminação da água de cristalização da partícula de alumina tri-
hidratada e obtenção de uma superfície específica pré-determinada. Este processo ocorre a temperaturas
em torno de 960°C (Figura 2.6) (Souza, 2010).
Figura 2.6: Calcinadores de alumina alfa (Fonte: Souza, 2010)
São necessárias cerca de cinco toneladas de bauxita para se produzir duas toneladas de alumina
e duas toneladas de alumina para produzir uma tonelada de alumínio pelo processo de redução. A
quantidade de lama vermelha gerada pode chegar ao dobro da quantidade de alumina produzida. Dados
da literatura mostram que uma variação entre 0,3 e 2,5 toneladas de lama vermelha são geradas a cada
tonelada de alumina produzida (Wang et al., 2008). A Figura 2.7 mostra a bauxita, o minério bruto no
qual é extraída a alumina e, a última fase do processo que é o alumínio.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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Figura 2.7: Bauxita, alumina e alumínio (Fonte: IAI - International Aluminium Institute, 2017).
A Figura 2.8, obtida pelo Instituto Internacional do Alumínio (2017) mostra a produção total de
alumínio primário entre os anos de 1973 e 2017, distribuída pelo mundo. Em destaque, aparece a China
que iniciou sua produção em 1999 e hoje é líder absoluta no mercado.
Figura 2.8: Produção de alumina no mundo (Fonte: IAI, 2017).
Em 2017 de acordo com a Associação Brasileira do Alumínio, a produção de alumínio primário
no país foi de 792,7 mil toneladas, e quando comparado os meses de 2016 com os meses de que se tem
registro de 2017, há uma média de aumento no valor de 2,3% ao mês.
2.4 RESÍDUO GERADO NA PRODUÇÃO DE ALUMINA
Ribeiro (2011) propõe que, a lama vermelha é o principal resíduo gerado na etapa de
beneficiamento da bauxita. A alta concentração de compostos ferrosos na lama resulta na sua cor
vermelha típica e, consequentemente, seu nome (lama vermelha).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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O elevado volume de lama vermelha resultante do processo de extração da bauxita e seu caráter
alcalino (pH~13) representa sério problema ambiental de alto risco, nas regiões onde as indústrias
transformação estão instaladas.
A composição química da lama vermelha é identificada pela análise de difração de raios X. De
acordo com Villar (2002), neste método um feixe destes raios atinge a superfície da amostra analisada
e é difratado, sendo detectado por um contador Geiger que se movimenta a uma velocidade constante
em um arco de círculo, cujo centro é o centro da amostra. O contador registra graficamente em posição
e intensidade, os ângulos θ das difrações correspondentes, que estão relacionados com a inclinação e
posição do raio emitido. O resultado consiste de um gráfico onde são apresentados vários picos de
comprimentos diferentes ao longo do arco de varredura utilizado, denominado difratograma. A posição
deste pico em função do ângulo θ da emissão permite determinar o comprimento de onda emitida, que
é característica do elemento presente na amostra e função das distâncias interplanares de sua estrutura
cristalina. Uma vez este comprimento calculado, ele é comparado com uma série de arquivos
preexistentes de minerais conhecidos e desta maneira, é obtida a classificação mais provável do
composto presente no material analisado.
A composição química das mais importantes fontes de geração de lama vermelha encontra-se
na Tabela 2.1.
Tabela 2.1: Composição da lama vermelha para diversos tipos de bauxita (Fonte: Silva Filho et al., 2007).
Villar (2002), também através da análise por difração de raios-X, verificou a presença de
hematita (Fe2O3), quartzo (SiO2), gibbsita (Al(OH)3) e anatásio (TiO2) na lama vermelha da região do
sudeste do Brasil (Poços de Caldas-MG), com predominância dos picos de hematita, como apresentado
na Figura 2.11. Compostos como óxido de potássio (KaO2), óxido de cálcio (CaO), tridymita (SiO2),
ulvospinel (Fe2TiO4) também foram encontrados na lama vermelha.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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Figura 2.9: Difratograma da lama vermelha da região sudeste do Brasil (Fonte: Villar, 2002).
2.5 SISTEMAS DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS/RESÍDUOS FINOS
No Brasil, os rejeitos de beneficiamento são normalmente dispostos em forma de polpa em
estruturas de contenção denominadas barragens. Em outros países, existe uma tendência para o
adensamento desse material, pois sua disposição na forma de polpa de alta densidade, pastas minerais
ou tortas apresenta vantagens consideráveis e representa alternativas às práticas convencionais
(Guimarães, 2011).
Os métodos convencionais de disposição de lamas são também denominados de métodos
úmidos, devido à grande quantidade de água de processo que segue com o material sólido para
disposição. Os métodos úmidos aplicáveis à lama vermelha consistem em grandes diques ou barragens
onde a lama vermelha é disposta com baixo teor de sólidos. Neste caso, a separação de fases ocorre no
local de disposição, onde o material sólido sedimenta e surge um sobrenadante alcalino. A operação é
simples e barata, consistindo na sedimentação natural da fase sólida e na recirculação do sobrenadante
para a fábrica (Silva Filho et al, 2007).
No entanto, o potencial de impacto dos métodos úmidos sobre o meio ambiente é alto, podendo-
se destacar: necessidade de grandes áreas de disposição do rejeito; risco de contaminação do solo e do
lençol freático; no caso de ruptura, propagação da mancha de inundação dos rejeitos na área a jusante,
podendo causar sérios danos ambientais, econômicos, sociais, perda de vidas humanas, entre outros.
Os custos associados de construção das estruturas de estocagem dos resíduos são altos, devido
à necessidade de impermeabilização da área antes da disposição, feita normalmente por meio de
membranas plásticas ou da aplicação de camada de material impermeável, devido aos riscos de
contaminação do solo e do lençol freático, entre outros componentes.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Deve-se destacar também que a vida útil da área de disposição é curta, normalmente entre 4 e 7
anos, e a reabilitação da área é um processo lento. Os riscos com relação ao rompimento dos diques
também estão presentes, e representam um motivo de preocupação para a população a jusante (Silva
Filho et al, 2007). A Figura 2.12 mostra a barragem de lama vermelha Marzagão.
Figura 2.10: Barragem do Marzagão – Aditya Birla Hindalco em Ouro Preto / MG. Lançamento contínuo de
polpa.
2.6 NOVELIS BARRAGEM DE REJEITOS MARZAGÃO
A história da mineração de alumínio em Ouro Preto começou em 1934 com a empresa Elquisa
(Eletro Quimica Brasileira S.A.), e a mineração funcionou até o ano de 1945, quando a superprodução
diminuiu devido ao final da Segunda Guerra Mundial. Em 1950, a Alcan (canadense), adquiriu as ações
da fábrica e, apesar das variações da demanda mundial pelo minério de alumínio, a empresa se
consolidou como uma das mais importantes mineradoras de alumínio (Alcan 2000).
A fábrica de alumínio está instalada em Ouro Preto desde 1934, conforme destacado, com
controle acionário assumido pela Alcan Inc. em 1950. Em 2005, o controle acionário passou para a
empresa Novelis Inc. sendo que a razão social da empresa foi mudada para Novelis do Brasil Ltda.
Destaca-se que a Novelis Inc. surgiu no mercado pela cisão dos ativos do negócio de laminados da Alcan
Inc., devido a um processo de reestruturação patrimonial exigido pelas autoridades antitrustes da Europa
e Estados Unidos, como condição para aprovar a aquisição da francesa Pchiney pela Alcan (DIEESE,
2005).
A planta industrial de Ouro Preto, antes começar a produzir alumínio, se destinou à fabricação
de outros produtos: em 1935, iniciou a produção de ácido sulfúrico; em 1936, de sulfato de cobre e, em
1940, após e entrada em funcionamento da Usina do Salto, foi produzido cimento aluminoso, em dois
fornos elétricos monofásicos, que, logo depois, foram destinados à produção de ferro ligas. Em 1944,
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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com a inauguração da Usina Hidrelétrica do Caboclo, a segunda no rio Maynart, foi inaugurada,
também, a fábrica de óxido de alumínio, com capacidade nominal para produzir dez mil toneladas de
alumina ao ano (ALCAN, 2000).
Em maio de 2007, a Novelis Inc. foi adquirida pela Hindalco Industries Limited, empresa líder
do AdityaBirlaGroup, um conglomerado multinacional com sede em Mumbai, na Índia; a partir de então
a Novelis se tornou uma subsidiária integral do AdityaBirlaGroup (NOVELIS, 2017).
A barragem de rejeitos de lama vermelha fábrica de alumínio Hindalco (antiga Alcan), teve o
início da sua construção no ano de 1974, tendo passado por 5 fases de alteamento, proposta para
deposição do rejeito gerado na transformação da bauxita em alumina, sendo destinados a esse lago os
seguintes itens de acordo com o relatório SUPRAM, (2012): resíduos da estação de tratamento de água,
resíduos do tratamento de água das caldeiras e resíduos (lama vermelha) da fábrica de alumina, sendo
esses atualmente com pouca incidência devido ao baixo nível de operação da fábrica no processamento
de bauxita, são destinados também os seguintes resíduos sólidos: areia do filtro de areia, crosta da lama
vermelha, entulho da construção civil contaminado e resto de varrição de fábrica.
2.7 CONCEITO DE MICROBACIA
Entre as subdivisões da bacia, existe na literatura o termo microbacia. Uma diversidade de
conceitos são aplicados na definição de microbacias, podendo ser adotados critérios como unidades de
medida, hidrológicos e ecológicos. Segundo Faustino (1996), a microbacia possui toda sua área com
drenagem direta ao curso principal de uma sub-bacia. Várias microbacias formam uma sub-bacia, sendo
que a área de uma microbacia é inferior a 100 km2. Porém, Cecílio e Reis (2006) definem microbacia
como sendo uma sub-bacia hidrográfica de área reduzida, não havendo consenso de qual é a área máxima
(máximo varia entre 10 a 20.000 ha ou 0,1 km2 a 200 km2).
Do ponto de vista da hidrologia, a classificação de bacias hidrográficas em grandes e pequenas
não é vista somente na sua superfície total, mas considerando os efeitos de certos fatores dominantes na
geração do deflúvio. Tendo as microbacias como características distintas uma grande sensibilidade tanto
às chuvas de alta intensidade (curta duração), como também ao fator uso do solo (cobertura vegetal),
sendo assim, as alterações na quantidade e qualidade da água do deflúvio, em função de chuvas intensas
e ou em função de mudanças no solo, são detectadas com mais sensibilidade nas microbacias do que nas
grandes bacias. Portanto, essa explicação contribui na distinção, definição e delimitação espacial de
microbacias e bacias hidrográficas, sendo sua compreensão, crucial para a estruturação de programas de
monitoramento ambiental, por meio de medições de variáveis hidrológicas, liminológicas, da topografia
e cartografia e com o auxílio de sistemas de informações geográficas. Dessa forma, pode-se chegar a
uma adequação espacial de microbacias e bacias hidrográficas (Lima; Zakia, 2000).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Outro conceito importante atribuído a microbacias é o ecológico, que considera a menor unidade
do ecossistema onde pode ser observada a delicada relação de interdependência entre os fatores bióticos
e abióticos, sendo que perturbações podem comprometer a dinâmica de seu funcionamento. Esse
conceito visa à identificação e o monitoramento de forma orientada dos impactos ambientais (Mosca,
2003; Leonardo, 2003).
Calijuri e Bubel (2006) utilizam dados hidrológicos e ecológicos para conceituar o termo
microbacia hidrográfica. Segundo os autores, são áreas formadas por drenagens de 1ª e 2ª ordem e, em
alguns casos, de 3ª ordem, necessitando ser definida como base na dinâmica dos processos hidrológicos,
geomorfológicos e biológicos. As microbacias são áreas com certa fragilidade sendo frequentemente
ameaçadas por perturbações, nas quais as escalas espacial, temporal e observacional são fundamentais.
Neste trabalho considerou-se a região estudada como sendo uma microbacia devido a sua
constituição ser preferencialmente por drenagens de 1a e 2a ordem, com uma área de influência com
aproximadamente 5 km2.
2.8 MOBILIDADE, ESPECIAÇÃO E PROCESSOS DE SORÇÃO
A mobilidade dos elementos químicos é controlada principalmente pelas condições do potencial
hidrogeniônico (pH) e do potencial de oxi-redução (Eh) do meio. Então, quando a água ácida da mina
entra em contato com diversas rochas, ela é capaz de dissolver minerais e mobilizar determinados
elementos químicos, considerados pouco móveis em outras condições. A solubilidade dos minerais é a
principal condicionante para que os elementos neles contidos possam ser liberados. Uma vez que tal
fato acontece, a mobilidade dos elementos é controlada pela estabilidade das espécies nas condições
geoquímicas existentes (pH, Eh) e pela carga de superfície dos adsorventes, que também é dependente
do pH (Dold 1999).
A especiação química de um elemento fornece dados sobre sua mobilidade, frente a diferentes
condições ambientais, e, consequentemente, sobre o seu potencial de toxicidade. São vários os
diagramas de Eh x pH que auxiliam a predizer quais espécies dominam em condições químicas
específicas. Uma vantagem de se conhecer a especiação química de metais pesados relaciona-se à sua
química ambiental, pois podem ser adicionados reagentes químicos que extraem elementos de certas
fases de maneira seletiva. Na tabela 2.2 podemos observar a mobilidade dos elementos de acordo com
o pH do meio.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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Tabela 2.2: Mobilidade de alguns elementos químicos no ambiente superficial (Garrett 2005).
Diversos autores já mencionaram a capacidade de alguns materiais (óxidos e hidróxidos de Fe
e Mn, argilas e matéria orgânica) em adsorverem metais. Essa propriedade os torna muito importantes,
pois possui uma grande implicação na imobilização de metais pesados em áreas contaminadas. Em
sistemas aquáticos, quando o pH da solução se eleva, os elementos são adsorvidos por esses materiais,
e assim, transferidos da água, tornando-se, então, pouco biodisponíveis (Karlsson et al.1988).
Nas argilas, a capacidade de adsorção se deve à grande área superficial dessas partículas e à
existência de uma carga elétrica negativa nas superfícies das mesmas. Essa carga elétrica é resultante da
substituição de cátions de valências mais baixas em camadas tetraédricas e octaédricas desses minerais
(Evangelou 1995), o que faz com que possuam uma boa capacidade de troca iônica, principalmente em
climas tropicais.
O fato das substâncias húmicas serem capazes de formar complexos com metais é atribuído ao
elevado conteúdo de oxigênio de grupos funcionais como carboxil (COOH), hidroxil (OH) e carbonil
(C=O).
Outras importantes formas de incorporação de metais em materiais como sedimentos e solos
são feitas por meio de substituições iônicas, bem como por processos de sorção e co-precipitação de
metais com óxidos/hidróxidos de ferro e manganês (e.g. Fe(OH)3; MnO2). Tanto o ferro quanto o
manganês sofrem reações de oxidação e redução. O estado de oxidação desses elementos se reflete em
uma maior ou menor mobilidade: ambos elementos são móveis no estado reduzido, mas formam
espécies pouco solúveis nos estados oxidados (Fergusson 1990). A Tabela 2.3 abaixo discrimina os
materiais supracitados (óxidos /hidróxidos de Fe e Mn, matéria orgânica e argila) e algumas
propriedades vinculadas a eles. Quanto à cristalização desses materiais, ressalta-se que, em regiões de
climas tropicais, os óxidos de ferro podem ser bem cristalizados.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Tabela 2.3: Compostos que acumulam metais pesados e algumas de suas propriedades (Modificado de
Fergusson 1990).
2.9 TOXIDADE DOS ELEMENTOS
É bem conhecido que a distribuição de substâncias químicas no ambiente pode
influenciar a saúde de homens, animais e plantas. Apesar de muitos elementos químicos serem benéficos
para a saúde humana, vários deles podem se tornar tóxicos se ingeridos ou inalados em altos níveis e/ou
por longos períodos de tempo. Como exemplos, podem ser citados o Cu e o Zn, que são micronutrientes
essenciais, mas que, em concentrações altas, podem ser tóxico para plantas e animais (Plant et al. 1998).
Alguns metais apresentam características toxicológicas bem mais acentuadas que outros (Tabela 2.4).
Tabela 2.4: Tabela periódica, mostrando elementos químicos e seus efeitos biológicos conhecidos e prováveis
(Plant et al 1998).
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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Os metais pesados são particularmente conhecidos por possuírem um caráter nocivo sobre os
organismos. Devido a esse motivo, vários países têm estudado aspectos sobre a ocorrência, distribuição
e efeitos adversos dos metais pesados sobre a biota. Os resultados das investigações têm sido divulgados
por revistas e órgãos, como a Organização Mundial de Saúde - OMS (ou World Healthy Organization -
WHO), a Environmental Protection Agency (EPA), e a Agency for Toxic Substances and Desease
Registry (ATSDR).
Os metais ocorrem naturalmente no ambiente, de onde podem ser solubilizados e liberados dos
depósitos minerais por meio de processos intempéricos. Os metais podem constituir elementos traço na
rede cristalina de minerais primários ou na estrutura de minerais secundários; eles também podem estar
presentes como resultado dos processos de sorção em argilominerais, óxidróxidos de ferro e manganês
e compostos orgânicos (Förstner & Wittmann 1983, Fergusson 1990, Evangelou 1995). Algumas
regiões particularmente apresentam grandes acumulações, ou mesmo, deficiências de elementos-traço.
Essas regiões podem exercer um caráter nocivo sobre a biota. A concentração natural de elementos
químicos de uma região está principalmente condicionada pela geologia e clima locais. Essas
características irão reger os processos de solubilização, a liberação de metais e as reações com os
materiais presentes, sob as condições físico-químicas do ambiente. Porém, a concentração local pode
ser significativamente aumentada devido às fontes antropogênicas, que envolvem processos de uso da
terra, urbanização, industrialização e atividades mineiras e metalúrgicas (Plant et al. 1998, Williams et
al. 2000).
Os metais podem entrar no organismo humano por meio da inalação, ingestão e transferência
através da pele. Alguns metais pesados (e.g. As) podem ser removidos do corpo humano em algumas
horas; outros metais, como Cd e Pb, levam anos para serem eliminados. A remoção do elemento varia
com o tipo de tecido do organismo, e é dependente da sua mobilidade, que é influenciado pela espécie
química.
2.10 ELEMENTOS ABORDADOS NO TRABALHO
Os metais podem ser classificados como elementos maiores e elementos traço. Os elementos
maiores são aqueles mais comuns de serem encontrados no ambiente, tais como: Ca, Mg, Na, K, Fe,
Mn, Al. São denominados de elementos traço os diversos elementos que comumente ocorrem em teores
muito baixos (<0,1%) na crosta terrestre, como é o caso de: Ba, Sr, Rb, Zr, Cd, V, As, Sb, dentre outros.
Recebem a denominação de metais pesados os metais ou metalóides que possuem densidade
maior que 6 g/cm3 (Fe, Mn, Hg, Cd, Cr, Cu, Zn, Pb, Sb, Co, V, Mo). Apesar de não serem propriamente
metais pesados, alguns elementos químicos, tais como As e Li, são adicionados a esse grupo por muitos
autores, devido às suas características toxicológicas. A questão dos metais pesados ocorrerem como
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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traço ou como elemento principal dependerá da litogeoquímica local. Porém, esses metais geralmente
ocorrem ao nível de traço, e se associam a alguns tipos de minérios e a depósitos sulfetados.
Na tabela 2.5 a seguir, será possível observar alguns elementos químicos e suas implicações no
organismo humano.
2.10.1 Elementos maiores
Cálcio (Ca)
O cálcio é um metal alcalino que pode ter sua fonte derivada de uma extensa gama de minerais,
tais como: carbonatos (calcita e aragonita - CaCO3, dolomita - CaMg(CO3)2); sulfatos (gipsita -
CaSO4.2H2O, anidrita - CaSO4); fosfatos (apatita - Ca5(PO4)3(OH,F,Cl) ); fluoretos (fluorita - CaF2);
plagioclásios (anortita - CaAl2Si2O8); anfibólios (hornblenda - Ca2(Mg, Fe2+)4(Al, Fe3+)(Si7Al)O22(OH)2
); piroxênios (diopsídio - CaMgSi2O6), dentre outros (Turekian & Wedepohl 1961, Wedepohl 1978,
Hounslow 1995). O cálcio é essencial para o crescimento dos vegetais. No corpo humano, o cálcio atua
na saúde dos ossos, no mecanismo de coagulação do sangue, no controle dos impulsos nervosos e das
contrações musculares (Santos 1997).
Magnésio (Mg)
O magnésio ocorre principalmente em rochas carbonatadas, onde é constituinte da dolomita -
CaMg(CO3)2 e da magnesita - MgCO3. Outros principais minerais fontes de magnésio são: silicatos -
olivina (forsterita - Mg2SiO4); talco - Mg3Si4O10(OH)2; granada (piropo - Mg3Al2(SiO4)3); micas
(flogopita - KMg3(Si3Al)O10(F,OH)2, clorita - (Mg, Fe2+, Al)6(Si, Al)4O10(OH)8, biotita -
K(Mg,Fe2+)3(AlSi3O10(OH,F)2 ); piroxênios (enstatita - Mg2Si2O6, diopsídio - CaMgSi2O6); cloretos -
carnalita - KMgCl3.6H2O e sais como o sulfato epsomita - MgSO4.7H2O (Wedepohl 1978, Santos 1997).
O magnésio é benéfico às plantas, pois é um dos componentes essenciais da clorofila. No corpo
humano, além de ser necessário ao bom funcionamento de nervos e músculos, participa do processo de
conversão do açúcar em energia (Santos 1997).
Sódio (Na)
Os principais minerais-fontes de sódio na crosta terrestre são: a halita - NaCl, os plagioclásios
(albita - NaAlSi3O8), os feldspatóides (nefelina - (Na,K)AlSiO4; sodalita - Na8Al6Si6O24Cl2), os
anfibólios (glaucofana-riebeckita - Na2[(Mg,Fe2+)3(Al, Fe3+)2]Si8O22(OH)2) e os piroxênios (jadeíta -
Na(Al, Fe3+)Si2O6 ).
O sódio é um elemento essencial para o ser humano, mas pode ser tóxico em grandes
quantidades. Concentrações elevadas de sódio em águas são nocivas às plantas por que reduzem a
permeabilidade do solo (Hounslow 1995, Santos 1997).
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Potássio (K)
O potássio ocorre principalmente em: feldspatos potássicos (ortoclásio - KAlSi3O8); micas
(moscovita - KAl2(AlSi3O10)(OH)2, biotita - K(Mg,Fe2+)3Si3AlO10(OH,F)2) e feldspatóides (leucitas -
KAlSi2O6). Altas concentrações desse elemento também estão associadas a ocorrências de evaporitos,
tais como a carnalita - KMgCl3.6H2O e a silvita - KCl. O potássio possui intensa participação em
processos de troca iônica, devido à facilidade de ser adsorvido pelos minerais de argila.
O potássio é muito importante para o desenvolvimento dos vegetais, sendo comumente
adicionado aos solos como fertilizante. No corpo humano, o potássio regula os batimentos cardíacos,
controla os impulsos nervosos e as contrações musculares (Santos 1997).
Ferro (Fe)
Dentre os principais minerais constituídos de ferro, podem ser citados: os óxidos (hematita -
Fe2O3; goethita - FeO(OH); magnetita - Fe2+Fe3+2O4; ilmenita - Fe2+TiO3), os sulfetos (pirita e
marcassita - FeS2; arsenopirita - FeAsS; pirrotita - Fe(1-x)S), os carbonatos (ankerita - Ca(Fe2+, Mg,
Mn)(CO3)2; siderita - Fe2+CO3; os silicatos (fayalita - Fe2+2SiO4; ferrossilita - Fe2+SiO3) e os
aluminossilicatos (biotita - K(Mg,Fe2+)3(AlSi3O10(OH,F)2).
No corpo humano, o ferro atua na formação da hemoglobina. A carência desse elemento pode
causar anemia e seu excesso pode aumentar a incidência de problemas cardíacos e diabetes (Santos
1997).
Manganês (Mn)
O manganês compõe uma série de minerais, dentre os quais se encontram: óxidos e hidróxidos
(pirolusita - MnO2, manganita - γ-MnO(OH)), carbonatos (rodocrosita - MnCO3, rodonita - (Mn2+, Fe2+,
Mg, Ca)SiO3) e minerais aluminossilicáticos (espessartita - Mn2+3Al2(SiO4)3, cloritóide (Fe2+,Mg,
Mn)2Al4Si2O10(OH)4), dentre outros (Wedepohl 1978, Santos 1997).
O manganês é um elemento essencial ao organismo humano. A incorporação de Mn pelo
organismo comumente é feita pela ingestão de água e de alimentos (grãos, cereais, chá); porém, a
ingestão excessiva de Mn pode causar danos ao cérebro, em uma parte que ajuda a controlar os
movimentos. Segundo a ATSDR (2003), alguns indivíduos que ficaram expostos a altos níveis de Mn,
por um largo tempo, sofreram perturbações mentais/emocionais e falta de coordenação motora, o que
representa uma enfermidade denominada “manganismo”. Outro efeito negativo do Mn sobre os
organismos é a disfunção reprodutiva. A ingestão excessiva de Mn geralmente se dá ao aspirar ar em
ambientes onde se manufatura produtos contendo esse elemento (e.g. baterias, pesticidas, fundições).
Alumínio (Al)
O alumínio é um elemento que compõe uma extensa gama de minerais aluminossilicáticos,
dentre os quais podem ser citados como exemplos: a pirofilita - Al2Si4O10(OH)2, a caolinita -
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
20
Al2Si2O5(OH)4, o epidoto - Ca2(Fe3+Al)3(SiO4)3(OH), os feldspatos (ortoclásio - KAlSi3O8), as micas
(moscovita - KAl2(AlSi3O10) (OH)2), além de óxidos (córindon - Al2O3, polimorfos do Al2SiO5: cianita,
sillimanita e andaluzita) e hidróxidos (gibbsita - Al(OH)3).
O alumínio é utilizado em diversos materiais, tais como equipamentos industriais e utensílios
de cozinha. Esse elemento também é utilizado na fabricação de tintas, fogos de artifício, vidros,
borrachas, cerâmicas, aditivos de alimentos e medicamentos (antiácido, aspirina). O alumínio não
constitui um elemento necessário ao organismo humano, onde uma alta concentração pode ser perigosa.
As pessoas estão expostas ao Al pela ingestão de alimentos, água e ar. Pesquisas demonstraram que
muito pouco Al entra no organismo humano a partir de utensílios de cozinha. Porém, ambientes com
altos níveis de Al, em suspensão, podem provocar o surgimento de problemas respiratórios. Existem
suspeitas de que o alumínio pode causar problemas na estrutura óssea e Mal de Alzheimer (ATSDR,
2003).
Silício (Si)
O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo em grande
variedade de minerais, principalmente os silicatos. Alguns exemplos da extremamente vasta gama de
minerais contendo esse elemento são: quartzo - SiO2 - e suas variedades (quartzo rosa, ametista, citrino,
prásio, etc); topázio - Al2SiO4(F,OH)2; ortoclásio (KAlSi3O8); leucita - KAl(SiO3)2; enstatita MgSiO3;
os polimorfos do Al2SiO5 (andaluzita, sillimanita e cianita); a serpentina Mg3Si2O5(OH)4; a caulinita
(Al2Si2O5(OH)4), moscovita - KAl2(AlSi3O10(OH)2), o piropo - Mg3Al2(SiO4)3. Vários compostos de
silício estão presentes também na água, na atmosfera, em muitas plantas e nos ossos, tecidos e fluidos
internos de alguns animais. Em certas profissões, onde as pessoas estão mais expostas a poeiras ricas
em silício, esse elemento pode provocar doenças pulmonares graves, como a silicose.
O silício pode ser aplicado na usina metalúrgica, na construção de semicondutores, na confecção
de transistores e chips. O silício é também usado em dispositivos fotoelétricos. As areias e argilas, que
contêm grandes proporções de sílica, são usadas na fabricação de concretos e tijolos, materiais
refratários, e na fabricação de cerâmica e vidro. Os silicones, polímeros sintéticos parcialmente
orgânicos, constituídos por silício, oxigênio, carbono e hidrogênio, são empregados como lubrificantes,
vernizes e, devido a sua consistência e inércia química, em próteses cirúrgicas.
2.10.2 Elementos traço pesados e/ou potencialmente tóxicos
Arsênio (As)
O arsênio normalmente vincula-se a diversos minérios sulfetados, tais como: arsenopirita
(FeAsS), cobaltita (CoAsS), tenantita ((Cu, Fe)12As4S13), enargita (Cu3AsS4), loellingita (FeAs2),
rammelsbergita (NiAs2), ouropigmento (As2S3), realgar (AsS) (Wedepohl 1978). Além dos vários
sulfetos que contêm quantidades variáveis de As (e.g. pirita - FeS2), esse elemento pode constituir a
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
21
impureza de certos minerais, como a galena (PbS). As fontes antropogênicas se relacionam ao uso do
arsênio em tubos fluorescentes, pinturas, cerâmica, vidros, raticidas, praguicidas e inseticidas
(Fergusson 1990).
O arsênio é moderadamente tóxico para plantas e altamente tóxico para mamíferos. A
toxicologia desse elemento encontra-se condicionada pelo seu estado de oxidação: o As3+ é
potencialmente tóxico. Devido a sua similaridade química com o fósforo, o As interfere em algumas
reações bioquímicas envolvendo tal elemento. No homem, o As interfere na produção da substância
adenosina trifosfato (ATP), ou seja, na geração bioquímica da energia. A absorção dos compostos de
arsênio se dá pela ingestão de alimentos, água, ou pela inalação de ar contaminado. A exposição de
organismos ao As é geralmente feita pelo contato de processos industriais ou ambientes contendo teores
naturais elevados desse elemento. O As+5 não se acumula e é rapidamente excretado pelos rins, enquanto
o As+3 concentra-se nos leucócitos; acumula-se no fígado, rins, trato gastrintestinal, baço e pulmões e se
deposita no cabelo, ossos e unhas. Os efeitos generalizados são: irritações de pele e pulmões, podendo
se estender a câncer; redução da produção de glóbulos vermelhos e brancos, alteração nos batimentos
cardíacos, danificação nos vasos sanguíneos; disfunção no sistema nervoso, causando neuropatia
periférica e defeitos de audição; disfunções renais e gastrintestinais; amnésia. O limite de aceitação para
a ingestão de arsênio no organismo humano é de 0,05 mg/L; a ingestão de 100 mg pode envenenar
seriamente (ATSDR 2003).
Existem muitos relatos sobre a contaminação de solos, vegetais, água, peixes e homem.
Atualmente, alguns governos estão investindo na pesquisa da geoquímica do As com enfoque
epidemiológico, principalmente quando vinculada a atividades mineiras (Thornton 1996, Dissanayake
& Chandrajith 1999).
Cádmio (Cd)
O cádmio possui um comportamento similar ao zinco, estando presente em alguns sulfetos como
a esfalerita (ZnS), e no carbonato smithsonita (ZnCO3). São encontrados altos níveis de cádmio
associados ao carvão (0.01-22ppm) e ao óleo. Os minerais de cádmio são muito raros; alguns exemplos
são a greenoquita - β-CdS e a otavita - CdCO3. As fontes antropogênicas para o cádmio se relacionam
ao seu uso na galvanoplastia, na fabricação de baterias Ni-Cd, na fabricação de pigmentos e em
fundições; o cádmio também é encontrado no tabaco (Wedepohl 1978, Fergusson 1990, Thornton 1996).
O cádmio é altamente tóxico para a saúde humana. Sua absorção se dá por via respiratória e por
via digestiva. A exposição por um longo período de tempo pode fazer com que o cádmio seja acumulado
nos rins, produzindo enfermidades. Aspirar altos níveis de cádmio (originários de processos industriais,
do tabaco, da queima de lixo e combustíveis fósseis) pode causar lesões nos pulmões. Outros efeitos
causados por intoxicação crônica incluem descalcificação óssea, hipertensão arterial, anemia, irritações
no estômago e retardamento no crescimento (Santos 1997, ATSDR 2003). Foram também relatadas
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
22
contaminações devido a altas concentrações de cádmio em solos de plantio, e intoxicações pela ingestão
de peixes e águas, nas proximidades de áreas de mineração (Förstner & Wittmann 1983, Thornton 1996).
Vanádio (V)
O vanádio ocorre em vários depósitos, inclusive os sulfetados, onde se associa ao Pb, Zn, Cu e
Mn (Wedepohl 1978). Tal elemento pode substituir o Fe. Alguns minerais contendo vanádio são a
carnotita - K2(UO2)2V2O8·3(H2O) e a vanadinita - Pb5(VO4)3Cl. O vanádio, quando combinado com
outros elementos, pode formar ligas metálicas; o óxido de vanádio compõe um tipo especial de aço
usado em algumas partes de automóveis. O vanádio também é utilizado em outros compostos na
manufatura de partes de motores de aviões, plásticos, cerâmicas, e outros produtos químicos.
O vanádio é considerado um elemento que pode ser essencial para algumas espécies, e tóxico
para outras (Plant et al. 1996). O corpo não absorve facilmente o vanádio através do estômago, intestino
ou pele. Esse elemento é absorvido principalmente via inalação. Os principais efeitos negativos causados
pela aspiração do vanádio ocorrem nos pulmões, garganta e olhos. Segundo a ATSDR (2003),
indivíduos que trabalharam com vanádio por um largo tempo (≥ 1 ano) ocasionalmente sofreram
irritação nos pulmões, tosse, dificuldades respiratórias, dor no peito, secreção nasal e dor de garganta,
que cessaram após a interrupção na exposição ao ar contaminado.
Molibdênio (Mo)
O molibdênio ocorre em poucos minerais, sendo os mais comuns a molibdenita - MoS2 e a
wulfenita - Pb(MoO4). Alguns relatos sobre as fontes antropogênicas para esse elemento advêm do seu
uso em ligas metálicas, fertilizantes, lubrificantes, catalisadores e pigmentos para vidros e tubos de
vácuo (Wedepohl 1978).
O molibdênio é considerado essencial para a maioria dos organismos, podendo ser tóxico em
excesso (Plant et al 1996). Existem alguns estudos realizados envolvendo o nível de molibdênio na dieta
de gado. O molibdênio pode exercer um efeito negativo no organismo quando, associado ao enxofre,
interage com o cobre na dieta animal, reduzindo a utilização desse último pelo organismo. O excesso de
molibdênio na dieta animal pode causar problemas nas juntas e a doença conhecida como molibdenose.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
23
Tabela 2.5: Elementos químicos, e suas principais implicações no organismo humano. (cf. Fergusson 1990, Santos
1997,ATSDR 2003).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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2.11 GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS
A água é uma substância quimicamente muito ativa e abundante, podendo dissolver e reagir
com outras substâncias orgânicas e inorgânicas. Os elementos químicos podem estar presentes na água
na fase sólida (partículas em suspensão) ou dissolvida, o que é condicionado por vários fatores, dentre
eles: especiação, pH, Eh e presença de ligantes orgânicos (Fergusson 1990, Santos 1997).
Diferentes materiais podem entrar naturalmente na hidrosfera a partir da água de escoamento
superficial, que carreia partículas provenientes do intemperismo de materiais geológicos, bem como
pela atmosfera (poeira, combustão emissões vulcânicas e biológicas). As fontes antropogênicas
relacionam-se principalmente a operações de mineração e metalurgia, queima de combustível fóssil,
lixiviação de resíduos do lixo, escoamento superficial urbano, efluentes de esgotos e resíduos de
agricultura. A concentração de elementos pesados torna-se geralmente mais elevada nas proximidades
de áreas mineralizadas, devido aos processos de acidificação e solubilização das espécies metálicas
(Fergusson 1990). Na Tabela 2.6 é apresentado os parâmetros inorgânicos permitidos segundo o
CONAMA 357 (2005) e COPAM/CERH-MG (2008) para cursos d’água superficiais enquadrados na
classe III. Além dos elementos é apresentado o limite de Sólidos Totais Dissolvidos (STD) que tem o
valor de 500 mg/L e o pH que deve estar entre 6 e 9.
Tabela 2.6: Parâmetros inorgânicos.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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2.12 GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS FLUVIAIS
A composição química dos sedimentos fluviais reflete principalmente os litotipos aflorantes e o
grau de intemperismo decorrente na região (McBride 1994). A liberação dos constituintes das rochas
está intimamente relacionada com a abundância dos minerais presentes nas mesmas e com a
sensibilidade dos minerais ao intemperismo (Meybeck 2004). Os sedimentos constituem um fator muito
importante do sistema aquático, por sua participação no equilíbrio dos poluentes solúveis/insolúveis e
por sua maior permanência no corpo d’água, sendo em geral, integradores das cargas poluentes recebidas
pelas águas a partir de alterações nas condições físico-químicas dessas águas (temperatura, pH,
alcalinidade, níveis de oxidação/redução) (Agudo 1987). A caracterização geoquímica dos sedimentos
é, de acordo com Nizoli e Silva (2009) um método importante para a avaliar o impacto gerado por
industriais e urbanas em áreas estuarinas, marcadas pela ocupação urbana desordenada. Com a
disposição de acumular ao longo do tempo elementos traço presentes na água, faz dos sedimentos
importantes bioindicadores toxicológicos. Não o bastante, os sedimentos uma vez contaminados podem
representar uma fonte enorme de elementos traço para o ambiente aquático, mesmo com a eliminação
das fontes antrópicas de emissão.
2.12.1 Valores guia de qualidade de sedimentos (VGQS)
Existem na literatura diversos valores de referência denominados como Valores Guia de
Qualidade de Sedimentos (VGQS) estabelecidos a partir de extensos bancos de dados que envolveram,
de uma maneira geral, níveis de contaminação de sedimentos, valores de background de metais em
sedimentos, testes de toxicidade, índices de qualidade em águas e matéria orgânica e avaliação de
comunidades bentônicas (Basílio 2005). Na tabela 2.7 e na figura 2.13 é apresentado os valores
orientadores de qualidade dos sedimentos segundo CETESB, (2012) e na Tabela 2.8 é apresentado os
valores de referência para o Quadrilátero Ferrífero de acordo com Vicq (2015).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Tabela 2.7: Valores orientadores de qualidade de sedimentos segundo critérios TEL e PEL, em mg/kg. (CETESB,
2012).
Figura 2.11: Diagrama esquemático de qualidade de sedimento segundo critérios TEL e PEL (modificado de
CETESB, 2012).
Tabela 2.8: Valores de referência para o Quadrilátero
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
27
CAPÍTULO 3
3 ATIVIDADES E MÉTODOS
Este trabalho foi desenvoltido em três etapas:
Levantamento e análise de dados cartográficos e bibliográficos sobre as regiões de estudo e os
métodos a serem utilizados;
Determinação dos pontos de amostragem nas nascentes do ribeirão Marzagão e no próprio
ribeirão a partir de uma imagem de satélite;
Trabalho de campo para amostragem de água e sedimentos do canal nos pontos selecionados,
preparação de amostras;
Análise mineralógica e análise geoquímica de elementos maiores e traço;
3.1 PESQUISA BIBLIOGRÁFICA E CARTOGRÁFICA
A etapa inicial consistiu no levantamento bibliográfico sobre aspectos como: fisiografia,
geologia, além do histórico da exploração mineral na região.
Os seguintes materiais cartográficos foram utilizados para a definição do local de estudo:
Cartas geológicas 1:50.000 da CODEMIG/UFMG: folha Ouro Preto SF 23 – X-A-III-
4, Lobato et al. (2005)
Software Google Earth Pro
3.2 MÉTODOS E AMOSTRAGEM EM CAMPO
Os trabalhos de campo foram executados nos meses de janeiro (sedimento) e fevereiro (água)
do ano de 2017, não havendo ocorrência de chuva no dia que antecedeu a coleta. A primeira etapa
compreendeu a seleção dos pontos e locais de amostragem de sedimentos de fundo do canal. Ao todo
foram descritas e coletadas amostras em 4 pontos: A1, A2, A3 e A4 mostrados na figura (3.1).
. A determinação da localização dos pontos de amostragem e seu georreferenciamento foram
obtidos através de um GPS (Global Positioning System) modelo Garmim GPSmap 78 e os dados foram
processados utilizando o software QGIS 2.18.
Na segunda etapa foi realizada a análise de parâmetros utilizando multiparâmetro modelo
ULTRAMETER II 6Psi e a coleta de amostras de água e sedimentos de fundo do canal das nascentes
do ribeirão Marzagão e do próprio ribeirão a jusante da barragem de rejeitos.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Figura 3.1: Mapa de localização dos pontos de amostragem de água e sedimentos na micro-bacia do ribeirão
Marzagão. Fonte: Google Earth Pro.
3.2.1 Análise de parâmetros da água in situ via multiparâmetro
Nesta etapa foram analisados parâmetros da água via multiparâmetro modelo ULTRAMETER
II 6Psi ocorreu juntamente com a etapa de coleta das amostras de água, durante o período chuvoso.
Primeiramente foi feita a calibragem do aparelho utilizando uma solução ácida e uma solução alcalina
com os parâmetros a serem avaliados conhecidos: condutividade, resistência, sólidos totais dissolvidos,
OPR, pH e temperatura.
Para efetuar as leituras dos parâmetros apresentados, o aparelho foi calibrado e ambientado com
a água que se desejou fazer a avaliação e posteriormente com novas amostras de água.
3.2.2 Amostragem de água
As coletas das amostras de água foram feitas juntamente com a coleta de sedimentos havendo
cuidado para não contaminá-las no ato da amostragem. As amostras foram coletadas contra a corrente,
expondo os frascos e a seringa três vezes com a água que será coletada (Agudo, 1987; Derisio 1992).
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
29
Foram coletadas duas amostras de água em cada ponto de interesse, sendo a primeira coleta em
frascos de um litro, usada posteriormente para análise da alcalinidade. A segunda amostra foi utilizada
para determinação de elementos maiores e metais traço, onde a água foi coletada em frascos de 50 ml
empregando uma seringa acoplada a um filtro com membranas de 0,45µm. Após cada coleta foram
adicionadas nos frascos três gotas de ácido nítrico ultrapuro (HNO3 65% p/p) com o intuito de evitar a
precipitação de hidróxidos e troca de íons. Logo após a coleta das amostras, essas foram identificadas e
condicionadas em uma caixa de isopor com gelo.
3.2.3 Amostragem dos sedimentos
Os sedimentos de canal foram coletados como uma amostra composta formada por 3 amostras
de sedimentos de fundo num transecto perpendicular ao fluxo em pontos em cada margem e no centro
da seção transversal do leito do ribeirão e suas nascentes, com cerca de 3kg cada amostra.
3.3 ANÁLISES EM LABORATÓRIO
3.3.1 Preparação das amostras de sedimento
As amostras de sedimentos foram coletadas segundo as normas da EPA (USEPA, 2001) e USGS
(Shelton & Capel, 1994), sendo colocadas em sacos plásticos identificados e posteriormente lacrados.
Em seguida as amostras foram acondicionadas em estufas com temperatura de,
aproximadamente, 40°C durante 8 dias e, assim, evitando a perda de voláteis (Förstner, 2004),
realizando assim a secagem.
As amostras secas foram levadas para o laboratório de Sedimentologia do DEGEO-UFOP, onde
foram macetadas e quarteadas (Figura 3.2), seguido de peneiramento (Figura 3.3), baseando-se na
metodologia proposta por Brisola & Fernandes (2008):
a) Colocar a amostra seca em papel, isento de contaminação por outro sedimento, para
facilitar a homogeneização;
b) Dividir a amostra em quatro partes iguais, utilizando um quarteador;
c) Separar uma alíquota de 1/4 da amostra para o peneiramento.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Figura 3.2: Sedimento quarteado em laboratório.
Figura 3.3: Peneiras para análise granulométrica em agitador de peneiras.
3.3.2 Análise granulométrica dos sedimentos
Na análise granulométrica, as amostras foram passadas em um jogo de peneiras de padrão
internacional com aberturas com unidade de medida em mesh (# = número de aberturas por polegada
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
31
linear). A tabela 3.1 exibe a escala granulométrica sugerida por Wentworth em analogia a abertura em
mesh das peneiras.
Tabela 3.1: Classificação granulométrica sugerida por Wentworth (1922) e seu equivalente na abertura em mesh
das peneiras usadas no trabalho.
O processo abrangeu o peneiramento de todas as amostras de fundo de canal coletados. As
porção de granulometria mais fina < 0,063 mm (fração silte/argila), foram enviadas para análise via
Drifração de Raios X e análise geoquímica via ICP-OES.
3.3.3 Análise mineralógica
A Difração de Raios X foi feito no Laboratório do Departamento de Geologia da Universidade
Federal de Ouro Preto usando o difratômetro Panalytical modelo Empyereananálise (ANEXO I). Com
resultado da análise permite a identificação e caracterização de minerais. Foram analisadas 4 amostras
de sedimentos, contendo 1g da fração granulométrica silte-argila (<0,063mm).
O método consiste em incidir um feixe de Raios-X (de comprimento de onda conhecido) em
uma camada fina de pó, que gira no centro de uma câmara circular (goniômetro) onde situa-se a amostra,
consequentemente o feixe se difrata e é refletida com ângulos característicos do seu retículo cristalino,
obtendo-se o correspondente difratograma.
3.3.4 Digestão parcial das amostras de sedimentos
A digestão parcial das amostras foi feita no Laboratório de Geoquímica Ambiental do
Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto (LGqA – DEGEO/UFOP), adotando
as normas ISO 11466.
A análise geoquímica dos sedimentos foi realizada na fração silte/argila (<0,063 mm), sendo
esta a fração a que contém a maior concentração de metais. O procedimento de extração foi realizada
segundo o seguinte método:
a) Reservaram-se as amostras em um béquer no forno a 50°C durante 24 horas, para a
evaporação do restante da água presente nas amostras de sedimento.
b) Pesou-se cerca de (1,0000 ± 0,0001) g dos sedimentos e adicionou-os a um béquer de
100 ml;
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
32
c) Adicionou-se a água régia, combinada por 7 ml de HCl com concentração de 12,0 mol/L
e 2,3 ml de HNO3 com concentração de 15,8 mol/L (Figura 3.4). Tampou-se o béquer
com vidros de relógio;
d) Conservou-se a mistura por 16 horas em temperatura ambiente com o intuito de
proporcionar uma oxidação lenta do material orgânico presente nos sedimentos;
e) A temperatura foi acrescida e sustentada em (100± 5) °C por 2 horas, empregando uma
chapa de aquecimento (Figura 3.5);
f) Aguardou-se que a mistura resfriasse até a temperatura ambiente;
g) A mistura foi filtrada valendo-se de papel de filtro quantitativo Quanty JP41, para
remover fragmentos como silicatos e outros materiais insolúveis, em balões
volumétricos de 50 ml;
h) Por último, as soluções foram transferidas e armazenadas em frascos, sob refrigeração
a 4°C até o momento da análise.
Figura 3.4: Mistura para obtenção de água régia, do lado esquerdo o HCL e no direito HNO3.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
33
Figura 3.5: Amostras sob chapa de aquecimento com temperatura controlada em 100± 5 °C.
Figura 3.6: Filtragem de amostras.
3.3.5 Análise geoquímica de sedimento
As análises geoquímicas dos sedimentos foram realizadas no (LGqA – DEGEO/UFOP)
utilizando o Espectrômetro de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES) da
marca Agilent, modelo 725 (ANEXO III).
A espectrometria de emissão óptica com plasma é um método analítico para identificação de
íons metálicos, em concentrações maiores (mg/L) e traço (µg/L), fundamentando-se na detecção da
radiação eletromagnética irradiada por átomos neutros ou íons excitados na faixa do espectro
eletromagnético visível e ultravioleta.
No processo as soluções analisadas passam por um aparelho de nebulização que introduz as
amostras, em forma de aerossol, ao plasma de alta frequência com temperatura de 10.000°C, onde
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
34
acontece a atomização e ionização parcial dos elementos a serem analisados. A linha característica de
emissão dos átomos e íons são dissipadas por grades de difração para armazenar a intensidade das linhas.
As intensidades do sinal de emissão estão linearmente associadas a concentração do determinado
elemento.
Um total de 4 amostras foram analisadas, sendo feito a leitura dos seguintes elementos: Al, As,
Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, P, S, Sc, Ti, Th, V, Y, Zn e Zr.
3.3.6 Alcalinidade da água
Para determinar a alcalinidade foi empregado o método titulométrico (Greenberg et al. 1995),
no qual pipetou-se 100 ml das amostras em erlenmeyeres de 250 mL nos quais foram adicionadas três
gotas de fenoftaleína e três gotas de metilorange. Titulou-se a solução com ácido sulfúrico com
concentração de 0,01 mol/L. Considera-se o ponto “limite ou de viragem” a transição do incolor para
vermelho-laranja. Calculou-se a concentração da alcalinidade através da equação 3.3:
CHCO3 = C H2SO4 * Vmo * 1220 (3.3)
Onde:
Vmo = volume utilizado de ácido sulfúrico no processo de titulação com alaranjado de metila
1220 = valor constante
3.3.7 Análise hidroquímica
As análises química das amostras de água foram realizadas no (LGqA – DEGEO/UFOP)
utilizando o Espectrômetro de Emissão Óptica com Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES) da
marca Agilent, modelo 725 para os elementos Al, Ca, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, P, S, Sc, Ti e Y.
E a análise dos elementos As, Ag, Ba, Bi, Be, Ce, Cd, Co, Cr, Er, Eu, Gd, Dy, Ho, In, La, Lu, Nd, Ni,
Pb, Pr, Rb, Se, Sm, Sr, Tb, Tm, V, Yb, Zn, foi analizada via espectrômetro de massa (ICP-MS) de marca
Agilent/modelo 7700x (ANEXO II).
3.4 INTERPRETAÇÃO DOS DADOS OBTIDOS
3.4.1 Confecção de gráficos
Para melhor apresentação dos resultados das análises químicas dos sedimentos e da água, com
o intuito de mostrar a influência da barragem de rejeitos Marzagão sobre o ribeirão Marzagão, foram
confeccionados gráficos combinados (linhas/histogramas), sendo as linhas representando a
concentração limite de referência, e os histogramas representando as concentrações de um mesmo
elemento em cada ponto amostrado. Foi usado nessa etapa o software Excel 2013.
35
CAPÍTULO 4
4 ASPECTOS GEOLÓGICOS E FISIOGRÁFICOS
4.1 GEOLOGIA REGIONAL
O Quadrilátero Ferrífero situa-se no extremo sul da Província de São Francisco (Almeida 1977),
ocupando uma área de aproximadamente 7.000 km2 na porção central do estado de Minas Gerais.
O Quadrilátero Ferrífero é uma região Pré-Cambriana conhecida, com terrenos com
geomorfologia de domos e quilhas, sendo retrabalhado no Neoproterozóico, sendo objeto de estudos
geológicos há mais de 200 anos. O interesse pela região se deve as suas diversas riquezas minerais,
sendo as principais: ouro, ferro, alumínio, manganês e minerais gema a exemplo o topázio imperial.
A microbacia do rio Marzagão, está localizada na porção sudeste do Quadrilátero Ferrífero,
inserida próximo a zona de charneira de uma estrutura regional denominada sinclinal Dom Bosco de
eixo WNW-ESE, sendo o embasamento Arqueano ocorrendo em domos, como o Bação, cercados por
quilhas contendo os supergrupos Rio das Velhas e Minas. Zonas de cisalhamento ocorrem no contato
entre as rochas supracrustais e o embasamento, ao redor dos domos.
Marshak e Alkmim (1998) propuseram um complexo histórico múltiplos eventos tectônicos que
esclarecem as estruturas do Quadrilátero Ferrífero. São caracterizados três sets de estruturas
contracionais, sendo um trending norte-leste-sudoeste, um leste-oeste e um norte-sul que são,
respectivamente, correlatos aos eventos orogenéticos Transamazônico, Uruaçuano e Brasiliano.
Chemale et al. (1991, 1994) propuseram que a evolução pós-Supergrupo Minas do Quadrilátero
Ferrífero foi caracterizada por dois eventos deformacionais. Sendo primeiro um evento extensional
Paleoproterozóico (2.06-2.00 Ga) imposto pela orogenia Transamazônica. Já o segundo deve-se a um
evento contracional Neoproterozóico (0.6-0.5 Ga) imposto pela orogenia Brasiliana. Ademais, os
autores propuseram que a formação das quilhas no Quadrilátero Ferrífero são resultados da extensão
Paleoproterozóica.
4.1.1 Trabalhos Anteriores
Apesar da significativa contribuição de trabalhos anteriores, as obras de Eschwege, entre elas
Jornal do Brasil (1818), Quadro geognóstico do Brasil (1822), Brasil Novo Mundo (1824),
Contribuições para a Geognóstica do Brasil (1832) e Pluto Brasiliensis (1833), destacam-se pelo
volume de contribuição para o compreensão da geologia da região. Registra-se em seu trabalho a
primeira identificação de dezesseis unidades litológicas, descrevendo composição mineralógica, fácies
metamórficas, textura, posicionamento estratigráfico, ocorrência, localidade tipo e outras características,
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
36
correlacionando-as as feições geomorfológicas da região. Entre as rochas descritas estão: granito,
gnaisse e mica xisto, correspondendo ao embasamento cristalino; quartzito, xisto argiloso, talco (xisto),
formação ferrífera e calcário, correspondendo às supracrustais dos Supergrupos Rio das Velhas e Minas
(Machado, 2009).
O desenvolvimento do nível de conhecimento regional, do Quadrilátero Ferrífero se deu pelo
acordo entre o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM) e o U.S. Geological Survey
(USGS), que apresentava como finalidade analisar os depósitos minerais e o descobrimento de novas
jazidas no Brasil. O projeto baseou-se no mapeamento geológico da região central de Minas Gerais com
40 quadrículas na escala de 1:25000. Ficou designado para compilação dos resultados o geólogo
americano John Van Dorr produzindo o trabalho Phyisiographic, Stratigraphic and Structural
Development of the Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brazil, no qual sugere a coluna estratigráfica,
um modelo da evolução geológica e estrutural e gera um mapa geológico regional, que são referências
até os dias atuais.
Na obra, Dorr (1969) sugere a Série Rio das Velhas, contendo na sua composição as formações
sedimentares e vulcânicas mais antigas do Quadrilátero, desmembrando-a da Série Minas observado por
uma discordância angular e erosiva. Sugere também sua subdivisão em dois Grupos, Nova Lima e
Maquiné. O primeiro se manteve indiviso, enquanto que o segundo é constituído pelas Formações
Palmital e Casa Forte.
Para a Série Minas, que ocorre acima da Serie Rio das Velhas, Dorr (1969) define os seguintes
grupos suas formações e seus ambientes deposicionais: e grupo Caraça, composto por sedimentos
clásticos de granulação muito fina a grosseira depositados durante uma transgressão marinha,
particionado nas formações Batatal (superior) e Moeda (inferior); o Grupo Itabira, sobrejacente ao
Caraça, subdividido nas formações Cauê (itabirito-dolomítico e itabirito-anfibolítico) depositado em
ambiente oxidante de mar raso, e Gandarela, com predominância de rochas dolomíticas mantendo a
continuidade da sedimentação química da anterior. Ascendendo na coluna estratigráfica, temos o Grupo
Piracicaba desmembrado do Itabira por desconformidade e fracionado, da base para o topo, nas
formações a seguir: Cercadinho que é composta de quartzito ferruginoso e filito; Fecho do Funil
essencialmente formada por filito dolomítico; Tabões formada por quartzitos; Barreiro formada por
filito cinzento grafitoso intercalado com filitos de coloração marrom clara a vermelho roxeada e raros
conglomerados na base. E o topo do Grupo é formado pela Formação Sabará, constituído por filito,
xisto, grauvaca, metatufo e raramente formação ferrífera.
O Grupo Itacolomi, não houve alteração, tendo sua definição feita anteriormente como rochas
metamórficas cobrindo a Série Minas e separado desta por discordância. Em trabalhos posteriores
considerou-se o Grupo Itacolomi como formado por duas fácies, uma composta por quartzito e outro
por filito.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
37
A coluna estratigráfica proposta por Dorr (1969) continua, basicamente, a mesma atualmente,
as modificações mais expressivas foram a exclusão do Grupo Tamanduá e, a inclusão do embasamento
aflorante, o oposto do que foi discorrido pelo autor.
4.1.2 Estratigrafia
A estratigrafia do Quadrilátero Ferrífero está apresentada na coluna estratigráfica (Figura 4.1)
proposta na obra de Alkmim & Marshak (1998), na qual fornece a datação radiométrica, além de
demonstrar as relações litológicas nas porções leste (lado direito da coluna) e oeste (lado esquerdo da
coluna) da região. As principais unidades litoestratigráficas são os Complexos Metamórficos, o
Supergrupo Rio das Velhas, ambos do Arqueano, o Supergrupo Minas e o Grupo Itacolomi, do
Paleoproterozóico.
Figura 4.1: Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero. Modificada de Alkmim & Marshak (1998).
Entre as rochas mencionadas, são encontradas na área de estudo os metapelitos e metarenito do
Grupo Sabará.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
38
4.1.3 Geologia Estrutural e Metamorfismo
O Quadrilátero Ferrífero é definido pela distribuição de rochas metassedimentares do
Paleoproterozoico aflorantes na porção sudeste do Cráton São Francisco.
O estudos de Marshak e Alkmim (1989) relatam que no Quadrilátero Ferrífero o embasamento
ocorre em domos (Bação, Bonfim, Caeté, Santa Rita, Belo Horizonte, Florestal e Itaúna) cercados por
quilhas contendo os Supergrupos Rio das Velhas e Minas. As quilhas contém grandes sinclinais de
primeira ordem (sinclinais Moeda, Dom Bosco, Pitangui-Peti, Mateus Leme e Souzas) e um grande
homoclinal (homoclinal da Serra do Curral). Zonas de cisalhamento ocorrem zona de contato das rochas
supracrustais e o embasamento em volta dos domos. As supracrustais adjacentes aos domos possuem
uma aureola metamórfica de alta temperatura e baixa pressão.
Além das estruturas em Domo e Quilhas há a presença de dois outros sets de estruturas no
Quadrilátero Ferrífero. Um set inclui dobras regionais mergulhando para nordeste (sinclinais Gandarela,
Ouro Fino, Itabira e Monlevade e o anticlinal de Conceição). O outro set, atribuído à Orogenia Brasiliana
Neoproterozóica, inclui uma série de dobras e falhas mergulhando para oeste. Tramas tectônicas
penetrativas (xistosidade, foliação milonítica, clivagem de crenulação e lineações de estiramento),
relacionadas ao evento Brasiliano, sobrepõem estruturas preexistentes na região leste de uma linha que
segue o limite oeste do sinclinal Moeda e corta em direção ao norte através da Serra do Curral. Esta
linha refere-se ao limite oeste da reativação penetrativa do Brasiliano no Quadrilátero. Já no limite leste,
as estruturas com vergência para oeste incluem uma xistosidade com mergulho leste-sudeste, dobras
mergulhando para norte e lineação de crenulação com trend norte-sul e lineações de estiramento
paralelos ao dominante set de dobras mesoscópicas, ambos mergulhando preferencialmente para S80°E
a 30°. O tectonismo no limite oeste do Brasiliano manifesta-se dominantemente por um trend nordeste
de uma zona de cisalhamento transcorrente dextral.
4.2 GEOLOGIA LOCAL
A microbacia do Ribeirão Marzagão, localizada na porção centro sul do Quadrilátero Ferrífero,
possui um complexo contexto geológico (Figura 4.2) e em seu arcabouço geológico encontram-se
predominantemente rochas meta-vulcano sedimentares, do grupo Sabará.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
39
Figura 4.2: Mapa geológico da microbacia do ribeirão Marzagão, com a localização dos pontos de amostragem.
Fonte: Portal da geologia (2017).
O Grupo Piracicaba representa uma sequência espessa de estratos deltaicos e marinhos rasos
que recobrem as rochas do Grupo Itabira por uma discordância erosiva (Alckmin & Noce 2006). As
unidades estratigráficas correlacionadas com o Grupo Piracicaba acham-se reunidas na Formação
Elefante Reeves, (1965), que é constituída de quartzito, xisto e gnaisses. A Formação Elefante contém
os membros Pantame (quartzito e quartzo-mica xisto), correlacionado com a Formação Cercadinho, e
gnaisse Bicas (biotita-quartzo gnaisse) que é possivelmente equivalente da Formação Barreiro ou Fêcho
do Funil, ou ambas (Dorr 1969), ocorrendo na região próxima a sub-bacia Marzagão as Formações
Cercadinho, Fêcho do Funil, Barreiro.
A Formação Cercadinho é composta por filito, quartzito e quartzito ferruginoso. Parte do Grupo
Superior de Guild et al. (s.d.) está incluído nesta formação e esta foi individualizada com o auxílio de
imagem de satélite e fotografias aéreas, considerando a associação litológica de filitos com abundantes
intercalações de quartzitos, o que é uma característica desta formação.
A Formação Fêcho do Funil é constituída na localidade-tipo por filito dolomítico, dolomito
argiloso, dolomito silicoso e filito; siltito e lentes de dolomito impuro também ocorrem. Transiciona
para a Formação Cercadinho sotoposta e para o quartzito Taboões sobrejacente.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
40
Formação Barreiro predomina filito róseo a cinza claro e filito carbonoso. Ocorre ao longo da
serra do Curral, no Sinclinal Moeda e no extremo este-sudeste do QF (Sinclinal Dom Bosco, Anticlinal
Mariana e ao sul da serra do Caraça). É estruturalmente concordante com o Grupo Sabará e, em algumas
áreas, o contato é gradacional enquanto em outras é marcado por uma discordância erosiva (Dorr 1969).
O Grupo Sabará era originalmente conhecido como Formação Sabará, topo do Grupo Piracicaba
(Dorr 1969), tendo sido redefinido como Grupo Sabará por Renger et al. (1994). É uma seqüência
metavulcanossedimentar, constituída de mica xisto e clorita xisto com intercalações de metagrauvaca,
quartzito, quartzito feldspático, quartzito ferruginoso, formação ferrífera e metaconglomerado. Ocorre
na porção central do mapa. Seu limite superior é uma superfície de erosão e o inferior sobrepõe-se
diretamente às formações Barreiro e Fêcho do Funil em lugares distintos. Estruturalmente o grupo é
concordante com estas formações; não é certo se suas relações se devem a não-deposição ou erosão pré-
Sabará. Este contato parece ser transicional em algumas partes, mas brusco e com significativa erosão
pré-Sabará em outras (Dorr 1969).
O Grupo Sabará na região de Ouro Preto que passa a ser constituído por duas formações: a
unidade inferior, designada de Formação Saramenha e a superior, de Formação Estrada Real. Nas
demais regiões do Quadrilátero Ferrífero, este grupo passa a ser considerado indiviso, permanecendo as
descrições originais apresentadas nos trabalhos de cartografia geológica da equipe do DNPM/USGS
(Dorr II 1969, Gair 1958, 1962, Pomerene 1964, Simmons 1968, Maxwell 1972, Barbosa 1969b, Moore
1969, Wallace 1965). A Formação Saramenha na localidade-tipo, representada no perfil estratigráfico
da figura 4, é caracterizada por intercalações de metadiamictitos, metapelitos, metarritmitos,
metarenitos, xistos e filitos negros. As maiores espessuras são alcançadas pelos xistos, metadiamictitos
e metapelitos respectivamente. Os filitos negros são os termos menos abundantes, e, assim como os
metarritmitos, apresentam clastos esporádicos de granitóides e quartzitos ferruginosos (Reis 2001,
Gomes Jr. 2002). Fora da localidade tipo, região Rodrigo Silva, a oeste, lentes de rochas carbonáticas
ocorrem intercaladas aos xistos (Cerceau et al. 1996). Formação Estrada Real é composta
predominantemente por metarenitos sericíticos que gradam para metaconglomerados polimíticos,
ambos intercalados com camadas métricas a decamétricas de metadiamictitos. (Almeida et. al. 2005)
Ocorrência de coberturas Cenozoicos, depósitos Eluvio-coluvionares de areia, argila e cascalho
ao longo do ribeirão funil, havendo o ocorrência de topázio imperial.
4.3 HIDROGRAFIA
A microbacia hidrográfica do Ribeirão Marzagão, localiza-se na porção sudeste do município
de Ouro Preto, Minas Gerais, e está inserida na porção sudeste da bacia Hidrográfica do ribeirão do
Carmo, importante contribuinte da bacia do Rio do Carmo e este juntamente com o rio Piranga são os
formadores do rio Doce que nasce em Minas Gerais e desagua no Espírito Santo.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
41
A microbacia do ribeirão Marzagão possui uma área de 5 km², seu escoamento é feito de oeste
para leste e, segundo os padrões de drenagem básico (Howard, 1967), possui um padrão de drenagens
dendríticas, com sinuosidade mista, angulosidade média, assimetria fraca e formas anômalas em arco e
cotovelo (Figura 4.3). A bacia conta com 3 nascentes e 1 drenagem seca a montante da barragem de
rejeitos Marzagão e uma drenagem seca a jusante.
Figura 4.3: Mapa de drenagens da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Google.
4.4 CLIMA
Para a análise das temperaturas da região em estudo foram analisados os dados da estação
automática do INMET em Ouro Branco entre o período de 2007 a 2015. A estação está localizada a
menos de 150 km da área estudada, portanto dentro do limite considerado como raio de influência de
toda estação. Dessa forma, a temperatura na bacia do ribeirão Marzagão apresenta média anual de
19,6°C e mínima e máximo respectivamente 17ºC a 30ºC entre os anos analisados (Figura 4.4).
Segundo Santos et al. (2002) as estações climáticas da região são bem definidas, com verão
chuvoso (novembro a maio) e inverno seco (junho a outubro). A região é caracterizada pela alta taxa
pluviométrica anual (Figura 4.4), com média de 1445mm por ano, porém o tipo de chuva é conhecido
como chuva de relevo, devido às características intermitente e fina.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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Figura 4.4: Gráfico de temperatura e regime pluviométrico anual, de 2007 a 2015. Fonte: INMET.
4.5 VEGETAÇÃO
O Quadrilátero Ferrífero situa-se em região de ecótone entre os biomas do cerrado e da mata
atlântica. As tipologias vegetacionais predominantes na região da bacia do Ribeirão Marzagão são a
floresta estacional semidecidual, o cerrado e suas diversas fitofisionomias, além das áreas de transição
entre estas.
4.6 GEOMORFOLOGIA
A geomorfologia da região é caracterizada por serra com uma orientação preferencial
Nordeste/Sudoeste, com drenagens drendriticas Leste/Sudeste.
Segundo a interpretação do mapa hipsométrico da microbacia (Figura 4.6), observa-se uma
variação de altitude de 1300 m nas nascentes do ribeirão Marzagão para 1116 m na confluência com o
ribeirão Tripuí, demonstrando o desnível entre o contato das litologias da Formação Saramenha com as
Formação Barreiro.
18,5
19
19,5
20
20,5
0
500
1000
1500
2000
2500
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Tem
per
atu
ra °
C
Plu
vio
sid
ade
(mm
)
Ano
Pluviosidade Temperatura
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
43
Figura 4.5: Mapa hipsométrico da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Portal da Geologia 2017.
A cabeceira do ribeirão Marzagão posiciona-se próximo a zona de charneira do Sinclinal Dom
Bosco. Os padrões de drenagem da microbacia afetam diretamente a geomorfologia da região,
escavando as serras e formando um curso cataclinal seguindo em direção leste.
4.7 PEDOLOGIA
De uma maneira geral, segundo análise do mapa de classes de solos (Figura 4.6) fornecido pela
Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais, a área é composta por cambissolo háplico.
Figura 4.6: Mapa de classes de solo da microbacia do ribeirão Marzagão. Fonte: Fundação Estadual do Meio
Ambiente de Minas Gerais.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
44
Os cambissolos háplico são solos embrionários típico de relevo acidentado, como na porção
central da área, com presença de minerais primários e fragmentos de rocha. São relacionados a relevo
acidentado e à pedogênese inicial em sedimentos fluviais, estão associados às rochas do grupo Sabará.
Já os neossolos litólicos são pouco desenvolvidos, possuem pouca ou nenhuma evidência de
horizontes subsuperficiais, são delgados devido a curta exposição ao intemperismo e são típicos de
declives fortes, como as cristas de serras presentes na porção oeste e sul próxima da sub-bacia do ribeirão
Marzagão, associados principalmente às rochas supracrustais, como as do grupo Piracicaba.
4.8 ATIVIDADES ECONÔMICAS DESENVOLVIDAS NA ÁREA
Com a observação de campo foram identificadas as seguintes atividades, e ocupação antrópica,
cultivo do solo, criação de gado, mineração e garimpo de topázio imperial.
O cultivo do solo e a ocupação antrópica ocorrem a montante da sub-bacia, no ribeirão funil,
sendo esse formado na confluência do ribeirão Marzagão e Tripuí.
O garimpo de topázio imperial e criação de gado ocorre na margem dos dois ribeirões, devido a
disponibilidade de água. A prática do garimpo gera assoreamento dos ribeirões e erosão das encostas e
a criação de gado causa compactação do solo, reduzindo a taxa de recuperação do lençol, configurando
como potenciais pressões para os cursos de água da bacia, modificando características físicas, químicas
e biológicas e, por conseguinte, alterando a qualidade e quantidade de água.
A Mineração Vermelhão localiza-se a Sul na última drenagem onde é ligado por um dique de
drenagem seco, onde foi o local de coleta da amostra A4. É uma mineração com baixo desmonte, diante
do alto valor agregado no topázio imperial.
45
CAPÍTULO 5
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capitulo serão tratados alguns parâmetros de qualidade da água e sedimentos, que
traduzem as suas principais características físicas e químicas.
A água é uma substância quimicamente muito ativa e abundante, podendo dissolver e reagir
com outras substâncias orgânicas e inorgânicas. Os elementos químicos podem estar presentes na água
na fase sólida (partículas em suspensão) ou dissolvida, o que é condicionado por vários fatores, dentre
eles: especiação, pH, Eh e presença de ligantes orgânicos (Fergusson 1990, Santos 1997).
Nesse trabalho foram realizadas coletas em quatros pontos distintos a montante e a jusante da
barragem de rejeitos de alumínio Marzagão. Sendo as amostras de sedimentos de fundo denominadas
(A1, A2, A3) a montante e (A4) a jusante e para as águas fluviais, (A1a, A2a, A3a) a montante (A4a) a
jusante da barragem. As coletas foram realizadas durante o período de chuva, com o propósito de definir
a interferência causada pela barragem de rejeitos Marzagão.
Para tanto, os resultados coletados nas análises físico-químicas e geoquímicas das águas serão
comparados com valores máximos para os elementos de maior relevância estabelecidos pela resolução
do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA 2005), na Deliberação normativa conjunta que
envolveu o Conselho Estadual de Políticas Ambientais e o Conselho Estadual de Recursos Hídricos do
Estado de Minas Gerais (COPAM/CERH-MG 2008) e em trabalhos anteriores. Os valores máximos
permitidos pelo CONAMA e pelo COPAM/CERH-MG para os elementos abordados nesse trabalho,
são estabelecidos de acordo com cada classe de corpos d’água, sendo definidos os corpos estudados
como classe III, podendo esses ser observados na Tabela 2.6.
O monitoramento geoquímico das águas envolveu análises dos parâmetros: condutividade
elétrica (CE), temperatura, resistividade, sólidos totais dissolvidos (STD), potencial de oxi-redução
(Eh), pH e alcalinidade e também a análise química dos seguintes elementos Cu, Li, Mo, Se, Ti, Y, Al,
Fe, Mn, Ca, K, Mg, Na, P, S, Be, V, Cr, Co, Ni, Zn, As, Se, Rb, Sr, Ag, Cd, In, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pb, Bi. O ANEXO II apresenta todos as resultados da análise
geoquímica das águas via ICP-OES e ICP-MS.
Os sedimentos constituem um fator muito importante do sistema aquático, por sua participação
no equilíbrio dos poluentes solúveis/insolúveis e por sua maior permanência no corpo d’água, sendo,
em geral, integradores das cargas poluentes recebidas pelas águas a partir de alterações nas condições
físico-químicas dessas águas (temperatura, pH, alcalinidade, níveis de oxidação/redução) (Agudo 1987).
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
46
O estudo de sedimentos de canal nas nascentes e no ribeirão Marzagão determinou possíveis
alterações das concentrações mineralógicas e de elementos maiores e menores no sistema deposicional
da micro-bacia, devido às influencias antropogênicas gerada pela barragem de rejeitos Marzagão.
O ANEXO I apresenta os resultados da análise mineralógica dos sedimentos via Difratometria
de Raios X. O ANEXO III, apresenta os resultados obtidos pela análise geoquímica por ICP-OES, dos
sedimentos do ribeirão Marzagão.
5.1 PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DAS ÁGUAS
Diversos fatores controlam a mobilidade dos elementos, dessa forma é fundamental que se tenha
conhecimento das características físico-químicas de cada amostra, uma vez que as mesmas auxiliam na
interpretação das espécies dos elementos ali presentes. A exemplo o aumento do conteúdo dos sólidos
totais dissolvidos (STD), além de favorecer a condutividade elétrica, disponibiliza maior quantidade de
substâncias disponíveis a complexação (CETESB 2009). Outro exemplo são os parâmetros de pH e Eh
que condicionam as dissoluções e precipitações dos íons metálicos.
Os valores referentes aos parâmetros físico-químicos analisados encontram-se na tabela 5.1 a
seguir.
Tabela 5.1: Medidas dos parâmetros físico-químicos coletados na microbacia do ribeirão Marzagão.
Parâmetros físico-químicos Pontos de Amostragem
A1a A2a A3a A4a
Condutividade (µS/cm) 9,32 3,88 13,41 4435
Temperatura (°C) 19,8 20,4 21,6 19,6
Resistividade (KΩ) 105 224,3 72,88 -
STD (mg/L) 5,93 2,49 8,48 3464
Eh (mV) 123 224 89 128
pH 6,17 7,15 6,83 9,03
Alcalinidade (HCO3)(ml/L) 8,05932 6,04449 9,40254 166,5593
5.1.1 Condutividade Elétrica (CE), Sólidos Totais Dissolvidos (STD) e Alcalinidade
A condutividade elétrica (CE) é a capacidade da água para conduzir eletricidade. Esta aumenta
com a temperatura e está relacionada com os sólidos totais dissolvidos (Santos 1997).
Os sólidos totais dissolvidos (STD) são constituídos principalmente por carbonatos,
bicarbonatos, cloretos, sulfatos, fosfatos e possivelmente nitratos de cálcio, magnésio e potássio, além
de pequenas quantidades de ferro, magnésio e outras substâncias. A quantidade de STD contidos nas
águas pode diminuir por diluição (água de chuva) ou aumentar pela adição de dejetos industriais
(CETESB 1993).
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
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Os valores aferidos dos STD e de CE nas nascentes a montante da barragem apresentaram pouca
variação, com valores entre 2,49 mg/L e 8,48 mg/L para os STD e 3,88 µS/cm e 13,41 µS/cm para a
CE. Já no ribeirão Marzagão localizado a jusante da barragem os valores dos STD e CE aumentaram
drasticamente, sendo eles 3464 mg/L e 4435 µS/cm, respectivamente, sendo 500mg/L o limite
determinado pela CONAMA(2005) de STD. Como já era esperado, a curva de condutividade
acompanhou a variação dos STD, como pode ser observado na tabela 5.1 e na figura 5.1.
Esse aumento drástico é causado devido a influência do material da barragem de rejeitos,
podendo observar a composição da lama vermelha nos diversos tipos de bauxita (Tabela 2.1). A lama
vermelha disponibiliza partículas finas que ficam em suspensão, juntamente com íons que se dissolvem
na água, aumentando assim os parâmetros de condutividade e STD. Provavelmente o valor elevados de
STD e condutividade esteja relacionada ao aumento da alcalinidade que se deve a adição de soda
cáustica no processamento da bauxita e se encontra em altas concentrações na barragem e
consequentemente à jusante da mesma.
A alcalinidade é a capacidade da água para receber íons H+. Águas alcalinas frequentemente
apresentam elevado pH e níveis elevados de sólidos dissolvidos (Mahanan 1994). De acordo com
Batalha (1993), a alcalinidade tem sua causa principalmente por sais de sódio e cálcio.
O excesso de alcalinidade da água pode ser oriundo do substrato geológico (solos e rochas
alcalinas) ou de efluentes de indústrias. O excesso de alcalinidade na água pode se manifestar por uma
característica de franja de sais brancos nas margens ou em bancos do leito (Mahanan 1994). Na área
estudada, tal aspecto é observado nas margens do ribeirão Marzagão (a jusante da barragem de rejeitos).
A alcalinidade de todas as amostras de água analisadas neste trabalho, é devido a presença de
íons alcalinos como o Na e Ca, principalmente o Na que tem a soda cáustica como fonte antropogênica.
Figura 5.1: Variação do conteúdo de condutividade elétrica, sólidos totais dissolvidos (STD) e alcalinidade.
A1a A2a A3a A4a
Condutividade (µS) 9,32 3,88 13,41 4435
STD (mg/L) 5,93 2,49 8,48 3464
Alcalinidade (HCO3)(ml/L) 8,31552 6,23664 9,70144 171,85408
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
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5.1.2 Potencial de Óxi-Redução (Eh)
O Eh indica a medida da transferência de elétrons (potencial elétrico) em uma reação de oxi-
redução: Eh = potencial redox (milivolt). O valor do potencial de oxi-redução informa se um meio é
oxidante ou redutor. Valores mais baixos de Eh traduzem uma maior disponibilidade de elétrons,
revelando um meio mais redutor. Valores elevados de Eh indicam que existem poucos elétrons
disponíveis para a redução, ou seja, o meio é oxidante. A reação de oxidação geralmente libera prótons,
ou gera um meio mais ácido. A redução geralmente consome prótons, e o pH do meio se eleva (Dold
1999).
Em todos os pontos de coleta o Eh apresentou valores positivos remetendo a um ambiente
oxidante, sendo seu maior valor no ponto A2a com o valor de 224 mV e o menor valor no ponto A3a de
89 mV, como apresentado na tabela 5.1 e na figura 5.2.
Figura 5.2: Potencial de oxirredução (Eh)
5.1.3 Potencial Hidrogeniônico (pH)
O pH representa a medida da concentração hidrogeniônica da água ou solução. É calculado a
partir da concentração de íons H+, por meio da fórmula: pH = - log [H+]. O pH representa um número
adimensional, que varia de 0 a 14. Valores abaixo de 7 representam um pH ácido; um valor igual a 7 é
considerado como neutro, enquanto que, valores acima de 7 são considerados básicos ou alcalinos. O
pH é controlado pelas reações químicas e pelo equilíbrio entre os íons presentes, e depende,
principalmente, da quantidade de gás carbônico e da alcalinidade da água (Evangelou 1995, Santos
1997). Para que uma água seja considerada adequada ao abastecimento doméstico, são esperados valores
de pH que variem entre 6 e 9 (CONAMA, Resolução 20/86).
O pH se mostrou levemente ácido a neutro nos pontos a montante da barragem, variando de
6,17 a 7,15. Já no ponto a jusante da barragem, o pH apresentou-se alcalino com o valor de 9,03,
possivelmente devido a influência do rejeito da barragem que possui alta alcalinidade devido ao uso de
soda caustica no processo de beneficiamento da bauxita. Nos resultados apresentados a influência
A1a A2a A3a A4a
Eh (mv) 123 224 89 128
50
100
150
200
250
PONTECIAL DE OXIRREDUÇÃO (Eh)
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
49
litológica é a mesma, pois todos os pontos estão localizados em uma mesma litologia, os xistos do Grupo
Sabará. Os dados podem ser melhor observados na tabela 5.1 e na figura 5.3.
Figura 5.3: Gráfico do potencial hidrogeniônico (pH)
5.1.4 Resistividade
A resistividade é um parâmetro que se relaciona inversamente com a condutividade elétrica.
Nas amostragens realizadas ela pode ser aferida nos pontos A1a, A2a e A3a, já no ponto A04a não houve
resistência passível de medição pelo instrumento, devido à alta condutividade elétrica. Os dados seguem
apresentados na tabela 5.1.
5.2 GEOQUÍMICA DAS ÁGUAS: ELEMENTOS MAIORES E TRAÇO
Foram analisadas as concentrações de 46 elementos químicos nas amostras de água. Neste
capítulo, serão apresentados os dados daqueles elementos que apresentaram anomalias ou variações
significativas entre os pontos. Os dados foram comparados com os valores de referência apresentados
pela Resolução CONAMA (2005) e COPAM/CERH (2008). Os elementos são: Na, Ca, Mg, K, Fe, Mn,
Al, S, Mo, As, Bi, Rb, Se, Sr e V considerados essenciais para a saúde humana, mas o seu excesso
também pode causar danos à mesma como pode ser observado na tabela 2.5.
5.2.1 Elementos maiores: cátions
São considerados íons principais ou elementos maiores, aqueles que estão quase sempre
presentes nas águas, e cuja soma representa a quase totalidade de íons dissolvidos. Entre estes, pode-se
citar os cátions de sódio, potássio, cálcio e magnésio e os ânions cloreto, sulfato e bicarbonato (IGM
2005).
Sódio (Na+) e Cálcio (Ca2+)
O sódio é um metal alcalino e é um dos elementos mais abundantes nas águas devido as suas
características como ampla distribuição na crosta terrestre e assim, nos minerais fonte. A baixa
estabilidade química de tais minerais causa frequentemente uma elevada solubilidade de sódio, que
A1a A2a A3a A4a
pH 6,17 7,15 6,83 9,03
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (pH)
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
50
mostra também uma difícil precipitação da maioria dos seus compostos químicos em solução (Santos
1997). Costuma estar associado ao íon cloreto (Custodio & Llamas 1976). As concentrações de sódio
em águas naturais doces variam entre 1mg/L e 150mg/L (Greenberd et. al.1992). O sódio é o principal
responsável pelo aumento da salinidade das águas naturais e em concentrações elevadas é prejudicial às
plantas por reduzir a permeabilidade do solo (Costa 2001).
Nas nascentes, o sódio apresentou concentrações menores do que no ribeirão Marzagão, com
valores em torno de 0,193 mg/L a 0,6 mg/L. No ribeirão Marzagão, a concentração de sódio foi de 941
mg/L (Fig.5.4). Segundo os valores naturais apresentados por Greenberd et al. (1992), a concentração
de Na está 6 vezes acima dos valores considerados normais. O aumento do teor pode estar relacionado
com fluxo de água do exaustor da barragem de lama vermelha, pois no processo de digestão da bauxita
usa-se soda caustica. Uma vez que todos os pontos de amostragem estão situados em uma mesma
formação litológica (Gr. Sabará) segundo o mapa geológico da CODEMIG (2005) e as nascentes
apresentaram valores baixos, é certo que a anomalia de Na se deve à essa fonte antropogênica relatada.
O cálcio é um dos principais constituintes da água sendo muitas vezes o elemento mais
abundante na maior parte das águas naturais (Santos 2008). Tendo seu valor permitido de acordo com
Chapman & Kimstach (1992) de 15 mg/L. A principal fonte de cálcio na crosta terrestre são os
plagioclásios que compõem 39% dela e principalmente os minerais calcita (CaCO3, trigonal), aragonita
(CaCO3 ortorrômbico) e dolomita [CaMg(CO3)2] presentes em rochas calcárias (Custodio & Lamas,
1976, Santos 1997).
Nas amostragens a montante da barragem os valores não ultrapassaram 0,282 mg/L (amostra
A3a). Já no ribeirão Marzagão (A4a) a concentração foi de 80,05 mg/L. Valor este, 5x maior que o
considerado normal, e pode ser devido a barragem de lama vermelha, uma vez que é no processo de
beneficiamento é utilizado juntamente com a soda caustica o cal. Além disso aflora a Formação Fecho
que funil (metapelito carbonático) que faz um contato próximo ao ponto A4a, segundo o mapa da
CODEMIG, podendo haver bloco pelo curso do ribeirão que pode influenciar a concentração natural de
Ca mais elevada neste ponto. Na figura 5.4 é apresentado as concentrações de Na e Ca nos pontos
amostrados.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
51
Figura 5.4: Concentração de sódio e cálcio, nos pontos de amostragem de montante para jusante.
Magnésio (Mg2+) e Potássio (K+).
De acordo com Parra (2006), o íon de magnésio se assemelha ao de cálcio, todavia possui maior
solubilidade e menor taxa de precipitação. Sendo principalmente os minerais fonte: olivina, piroxênio,
hornblenda, e biotitas em rochas ígneas e metamórficas. Em rochas sedimentares o magnésio ocorre em
dolomitos. As concentrações de magnésio a montante da barragem foram abaixo do limite de
quantificação do ICP-OES, e a amostragem a jusante foi de 0,232 mg/L, como pode ser visto na figura
5.5, estando abaixo do máximo aceitável (100 mg/L) de acordo com Chapman & Kimstach (1992).
O potássio é o sexto maior elemento em ordem de abundância na crosta terrestre. Em águas
naturais, ocorre em quantidades menores do que o sódio, devido à sua participação intensa em processos
de troca iônica, além da facilidade de ser absorvido pelos minerais de argila. Além disso os sais são
muito utilizados pelos vegetais, sendo o potássio ao lado do sódio e fósforo, um dos elementos nutritivos
principais da flora (Greenberg 1992, Santos 1997).
O potássio ocorre principalmente em feldspatos potássicos, micas e leucitas, em rochas ígneas
e metamórficas. Na área sedimentar, altas concentrações de potássio podem ser encontradas nos
minerais de carnalita (KMgCl36H2O) e silvita (KCl), em evaporitos (Custodio & Llamas 1976, Santos
1997). Nas amostras das nascentes à montante da barragem, as concentrações não alcançaram valores
mínimos de detecção do ICP-OES e na amostra a jusante o valor foi de 3,26 mg/L, que pode ser
considerada baixa, uma vez que o valor máximo aceitável segundo Chapman & Kimstach (1992) e de
10mg/L. Na figura 5.5 é apresentado as concentrações de Mg e K dos pontos amostrados.
A1a A2a A3a A4a
Na 0,603 0,210 0,193 941,281
Ca 0,271 0,000 0,282 80,052
0,000100,000200,000300,000400,000500,000600,000700,000800,000900,000
1000,000
Co
nce
ntr
ação
mg/
L
Amostras
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
52
Figura 5.5: Concentração de magnésio e potássio nos pontos de amostragem de montante para jusante.
5.2.2 Elementos traço
Neste grupo foram inclusos os elementos Fe, Mn, Al, S, Mo, As, Rb, Se, Sr e V os demais
elementos apresentaram concentrações menores do que o limite de quantificação (<LQ) do ICP-MS ou
obtiveram concentração muito abaixo do limite permitido pelo CONAMA (2005) e COPAM/CERH-
MG (2008).
Ferro (Fe) e Manganês (Mn)
O ferro ocorre principalmente na superfície da Terra, como o cátion Fe3+, sob a forma de
hidróxido férrico, podendo também ocorrer como Fe2+, que se apresenta como hidróxido ferroso. O ferro
no estado ferroso é instável na presença do oxigênio do ar, sofrendo oxidação para o estado férrico. Os
minerais ferromagnesianos, componentes das diversas rochas ígneas e metamórficas, tais como
piroxênios, olivinas e biotita são os principais minerais portadores de ferro na crosta terrestre (Santos
1997). Em rochas sedimentares o ferro apresenta-se basicamente na forma de Fe3+, sendo os óxidos e
hidróxidos de ferro como a hematita e a goethita os principais minerais representantes nos solos. Os
minérios de ferro e os itabiritos desempenham um papel importante especialmente na região do
Quadrilátero Ferrífero, pois são constituídos, majoritariamente de hematita, magnetita e goethita (Roeser
2004).
Os principais minerais fontes de Mn são: pirolusita (MnO2), braunita (Mn2O3), manganita
(MnO(OH), ausmanita (Mn3O4), rodocrosita (MnCO3) e rodonita (Mn,Ca,Fe)SiO3). A forma mais
comum de ocorrência deste elemento é Mn2+, podendo ocorrer também na forma Mn3+, entretanto,
quando a primeira espécie entra em contato com a presença do ar ocorre oxidação, alterando assim seu
estado para MnO2 (Santos 1997).
O Fe e o Mn podem se apresentar dissolvidos sob diferentes formas em função do pH do meio.
Complexos podem ser formados com compostos de hidroxila, bicarbonato, sulfato ou fosfato. Também
podem ser formados complexos orgânicos com Fe2+ associados à ácidos húmicos e fúlvicos ou de Fe3+
A1a A2a A3a A4a
Mg 0,000 0,000 0,000 0,232
K 0,000 0,000 0,000 3,256
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
53
favorecendo a formação de quelatos. Os compostos orgânicos também podem reduzir o Fe3+ para o Fe2+
causando assim o retardamento da oxidação ou a formação de complexos orgânicos de Fe2+. Os
complexos orgânicos e quelatos aumentam a solubilidade de Fe e Mn dificultando assim a remoção dos
mesmos. O processo mais usual para excluir esses metais da água é via oxidação que provoca a formação
de precipitados para posterior filtração dos mesmos. De acordo com a variação do pH, diversos
precipitados de Fe e Mn também podem ser formados, conferindo desta forma, cor (que induz a
formação de manchas em tecidos e utensílios sanitários) e sabor metálico à agua. Além disso, os
precipitados podem causar depósitos e incrustações que favorecem a proliferação de bactérias
ferruginosas nocivas (Moruzzi & Reali 2012).
Nas amostras de águas coletadas, as concentrações de Fe e Mn obtiveram maior valor na amostra
A3a, sendo que nesta amostra a concentração de manganês ultrapassou em 56µg/L o valor permitido
para potabilidade, de acordo com o CONAMA (2005) e o COMPAM/CERH-MG (2008), em que a
concentração para o Mn deve ser inferior a 0,5mg/L (500 µg/L) e para o Fe dissolvido inferior à 5 mg/L
(5000 µg/L). As concentrações obtidas nos pontos de amostragem, podem ser observados na figura 5.6.
Figura 5.6: Concentração de ferro e manganês nos pontos de amostragem de montante para jusante.
Aluminio (Al)
O alumínio está presente em todas as águas superficiais, entretanto, em grandes quantidades
pode acarretar vários danos à biota e inclusive doenças neurológicas (Rosalino 2011).
O alumínio é encontrado no mineral gibbsita (Al(OH)3) e no hidróxido anfótero, na forma de
Al(OH)3 que é forma predominante nas águas doces de superfície e possui solubilidade extremamente
baixa. O alumínio se torna solúvel para condições de pH menor do que 4,2 e maior que 8, sendo esses
valores geralmente, não usuais, nas drenagens superficiais (Carvalho 1995).
Nas amostras de água deste estudo, apenas as amostras A3a e A4a apresentaram concentrações
acima do limite de quantificação, sendo que a amostra A4a possui uma concentração 38 vezes maior
A1a A2a A3a A4a
Fe 428,937 0,000 1557,618 0,000
Mn 186,922 22,547 555,588 319,785
0,000
200,000
400,000
600,000
800,000
1000,000
1200,000
1400,000
1600,000
1800,000
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
54
que a permitida pelo CONAMA (2005) e o COPAM/CERH-MG (2008) que é de 200 µg/L, como pode
ser observado na figura 5.7. A alta concentração de Al é consequência da dissolução do material da
barragem de rejeitos, pois esse possui alto teor de Al
Figura 5.7: Concentração de alumínio nos pontos de amostragem de montante para jusante.
Enxofre (S)
O enxofre desempenha papel importante no metabolismo e, por conseguinte no ciclo vital de
plantas e animais. Moléculas contendo enxofre participam da estrutura de aminoácidos essenciais, da
clorofila, enzimas e coenzimas, além de participar de diversos processos metabólicos como ativador
enzimático em plantas e animais (Coleman, 1966; Marschner, 1995).
Nas rochas está presente em minerais sulfetados (anidrita (CaSO4), barita (BaSO4), gipsita
(Ca(SO4) 2H2O), kieserita (MgSO4 H2O) e sulfatados (calcopirita (CuFeS2), pirrotita (FeS), esfalerita
(ZnS), galena (PbS), arsenopirita (FeAsS), pirita (FeS2), onde seus excessos no solo origina drenagem
ácida e na atmosfera em forma de dióxido de enxofre ocasionado pela queima de combustíveis fósseis
e erupções vulcânicas, que em contato com moléculas (H2O2, NOX e o próprio vapor d’água) resulta na
chuva ácida. Nas amostras realizadas neste trabalho, apenas a A4a apresentou anomalia de enxofre,
sendo resultado obtido 810 mg/L. Segundo o CONAMA (2005) e o COPAM/CERH-MG (2008), a
concentração da molécula de sulfato (SO42-) é de 250 mg/L, e pela proporção de massa elementar sugere
uma concentração de S de 89 mg/L, estando o valor obtido 9 vezes acima. Os resultados podem ser
melhor observado no gráfico abaixo.
0,000
1000,000
2000,000
3000,000
4000,000
5000,000
6000,000
7000,000
8000,000
9000,000
1 2 3 4
Al
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55
Figura 5.8: Concentração de enxofre nos pontos de amostragem de montante para jusante.
Molibdênio (Mo), Arsênio (As), Bismuto (Bi), Rubídio (Rb), Selênio (Se) e Vanádio (V)
Nas amostras de água analisadas neste trabalho, apenas a A4a apresentou anomalias nas
concentrações de molibdênio, arsênio, bismuto, rubídio, selênio e vanádio onde os resultados obtidos
foram apresentados na figura 5.9 a seguir.
O molibdênio é considerado essencial para a maioria dos organismos, podendo ser tóxico em
excesso (Plant et al 1996). O excesso de molibdênio na dieta animal pode causar problemas nas juntas
e a doença conhecida como molibdenose (Martins 2005). Segundo Grrenberg (2012) as concentrações
de molibdênio ocorre em níveis traço (<10,0 µg/L) em águas naturais. Nas amostras analisadas, apenas
a A4a apresentou concentração quantificável no valor de 37,619 µg/L.
O arsênio normalmente vincula-se a diversos minérios sulfetados, tais como: arsenopirita
(FeAsS), cobaltita (CoAsS), tenantita ((Cu, Fe)12As4S13), enargita (Cu3AsS4), loellingita (FeAs2),
rammelsbergita (NiAs2), ouropigmento (As2S3), realgar (AsS) (Wedepohl 1978). Em condições de pH
ácido a neutro pode apresentar mobilidade moderada e imóvel em um ambiente redutor como pode ser
observado na tabela 2.2. Segundo ATSDR (2003), o As em altas concentrações no organismo humano
causa irritações de pele e pulmões; disfunções cardíacas, nervosas, renais, gastrintestinais e atua como
agente cancerígeno.
Na amostragem de águas realizada no trabalho, o ponto A4a obteve maior concentração (12,96
µg/L) como pode ser observado na figura 5.9, estando abaixo do valor máximo estabelecido pelo
COMANA (2005) e COPAM/CERH-MG (2008) de 33µg/L. Essa concentração mais alta pode estar
relacionada a complexação do As por óxidos de Fe e Al (McBride 1994).
A1a A2a A3a A4a
S 0,255 0,141 0,722 810,000
0,000
200,000
400,000
600,000
800,000
1000,000
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
56
O bismuto como apresentado nos capítulos anteriores, é imóvel em condições oxidantes com
pH entre 5 e 8 e em condições redutoras.
Nas amostras dos pontos A1a, A2a e A4a, foi obtido valores acima do limite de quantificação,
sendo no ponto A4a o maior valor de concentração (0,02679 µg/L), valor este 2,5 vezes maior que o
ponto A1a segundo maior valor encontrado.
Rubídio é um elemento que se associa-se principalmente ao potássio (feldspatos). As
características dos processos de intemperismo controladores da distribuição de rubídio é similar aos
álcalis (Wedepohl 1978). Possui mobilidade fraca independente do ambiente analisado como pode ser
visto na Tabela 2.2. Não possui concentração máxima estabelecida na literatura, porém observa-se a
discrepância na concentração da amostra A4a em relação às concentrações das demais amostras,
fazendo-se necessário sua exposição.
O selênio possui mobilidade alta em condições oxidantes com pH entre 5 e 8 e imóvel em
ambientes com pH <4 e em ambientes redutores, de acordo com a Tabela 2.2. Nas análises de água
realizadas nesse trabalho, o selênio ultrapassou o limite de quantificação (1,24 µg/L) apenas no ponto
A4a, onde a concentração foi de 11,55 µg/L.
O vanádio em condições de pH entre 5 e 8, tende a apresentar mobilidade moderada como pode
ser visto na tabela 2.2. E em excesso no organismo humano gera irritações nos pulmões, garganta e
olhos (Tabela 2.5). Apenas a amostra de água do ponto A4a obteve concentração acima do limite de
quantificação de (0,025 µg/L), atingindo o valor de 30,25 µg/L, estando esse abaixo da concentração
limite recomendado pelo CONAMA (2005) e COPAM/CERH-MG (2008) para o V que é de 100 µg/L,
estando assim, os valores da micro bacia do ribeirão Marzagão abaixo do limite recomendável.
Figura 5.9: Concentração de molibdênio, arsênio, bismuto, rubídio, selênio e vanádio nos pontos de amostragem
de montante para jusante.
A1a A2a A3a A4a
Mo 0,000 0,000 0,000 37,619
As 0,10329 0,03736 0,33283 12,96122
Bi 0,01083 0,00505 0,00000 0,02679
Rb 0,40205 0,14655 0,44407 5,66055
Se 0,00000 0,00000 0,00000 11,55024
V 0,00000 0,00000 0,00000 30,24939
0,000
10,000
20,000
30,000
40,000
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Estrôncio (Sr)
O estrôncio é um elemento associado aos feldspatos e, secundariamente, aos minerais ferro-
magnesianos. É parcialmente substituído por Ba e Ca, tendo relativa abundância em minerais contendo
Ca. Pode participar da estrutura de sulfetos e carbonatos, principalmente em depósitos hidrotermais. O
Sr é bastante móvel durante o intemperismo, especialmente devido a decomposição de feldspatos
(Wedepohl 1978). O estrôncio de acordo com a tabela 2.2 possui mobilidade moderada independente
das condições de pH do ambiente.
Nas amostragens realizadas, apenas os pontos A3a e A4a, obtiveram valores acima do limite de
quantificação (0,36 µg/L) como pode ser observado na figura 5.7, sendo que no ponto A4a ouve um
valor anômalo muito alto (275,70 µg/L).
Figura 5.10: Concentração de estrôncio nos pontos de amostragem de montante para jusante.
Foi observado no ponto A2a concentrações superiores que os demais pontos para os elementos,
Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu e Pb. E no ponto A3a, ouve uma concentração muito superior dos elementos,
Fe, Co, Ni, Ba, La, Ce, Pr e Nd. As concentrações podem ser melhor observadas no ANEXO II.
5.3 CARACTERIZAÇÃO MINERALÓGICA DOS SEDIMENTOS
Por meio da difratometria de raios-X determinou-se a composição mineralógica da fração
granulométrica < 0,063 mm das 4 amostras de sedimentos, sendo 3 das nascentes a montante e uma no
ribeirão Marzagão a jusante, que podem ser melhor observados no ANEXO I.
Nas nascentes a montante da barragem foram detectados os seguintes minerais:
Quartzo (SiO2): constituinte em todas as amostras, ocorrendo maior porcentagem na
amostra A1;
Hematita (Fe2O3): constituinte em todas as amostras, em uma proporção de até 5%, com
maior proporção na amostra A1
A1a A2a A3a A4a
Sr 2,39079 0,00000 4,44315 275,70191
0,00000
50,00000
100,00000
150,00000
200,00000
250,00000
300,00000
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
58
Moscovita (KAl2[(OH)2AlSi3O10]): constituinte em todas as amostras e é o mineral de
maior porcentagem composicional, sendo a amostra A3 a que apresentou maior
proporção.
Caulinita (Al2Si2O5(OH)4): constituinte em todas as amostras, ocorrendo maior
porcentagem na amostra A3;
Na figura 6.1 a seguir é apresentado um difratograma de raios-X correspondente a uma das
nascentes a montante (A1), o qual representa a mineralogia dos sedimentos das nascentes a montante.
Registraram-se picos de quartzo, moscovita, caulinita e hematita.
Figura 5.11: Difratograma representativo dos sedimentos das nascentes a montante da barragem de rejeitos
Marzagão, referente ao ponto A1.
Na amostragem no ribeirão Marzagão ponto A4 (jusante da barragem) foram detectados os
seguintes minerais:
Quartzo (SiO2): constitui 16,8% da amostra;
Hematita (Fe2O3): constituinte minoritário, 1%;
Moscovita (KAl2[(OH)2AlSi3O10]): constituinte predominante com proporção acima de
50%;
Caulinita (Al2Si2O5(OH)4): constitui 20,8% da amostra;
Nordstrandita (Al(OH)3): constitui 5,9% da amostra;
A formação da Nordstrandita indica a alta concentração do íon de Al dissolvido na água do
ribeirão, que pôde ser observado na hidrogeoquímica. Possivelmente é resultado da contaminação
gerada pela lama vermelha da barragem de rejeitos de bauxita que possui em sua composição um teor
de Al entre 25 e 37%.
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
59
5.4 GEOQUÍMICA DOS SEDIMENTOS
A extração dos elementos da fração granulométrica < 0,063 mm das 4 amostras de sedimentos
foi efetuada através da digestão ácida parcial, utilizando o método de água régia. E a análise foi
realizada via Espectrometria de Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP-OES)
foram obtidas as concentrações dos elementos As, Ba, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Li, Mo, Ni, Sc, Sr, Th, V, Y,
Zn, Be, Mn, Sb, Al, Fe, Ca, K, Mg, Na, Zr, Pb, P, S, Si e Ti. Sendo relevantes para este trabalho os
elementos As, Al, Ca, Cd, Li, Mg, Na, S e Sr.
5.4.1 Elementos Maiores
Ferro (Fe) e Manganês (Mn)
O ferro ocorre em minerais de rochas ígneas nos quais o conteúdo de ferro é relativamente alto,
incluem piroxênios, anfibólios, biotita, magnetita e principalmente olivina (Wedepohl 1978). O ferro é
absorvido em quantidades pequenas devido à baixa solubilidade da maioria de seus compostos em estado
trivalente. Os principais minerais de ferro no solo são as biotitas, a magnetita, os óxidos e hidróxidos de
ferro, a hematita e goethita (Bornemisza 1982). Na área estudada o elemento pode ter como prováveis
fontes os xistos e filitos do Grupo Sabará, e diques máficos que cortam o Grupo Sabará.
As concentrações de Fe nas amostras coletadas apresentou valores entre 51.906,23 mg/kg (A4)
e 117.142,70 mg/kg (A1), sendo o background da região 2.500.000 mg/kg segundo Vicq (2005).
O manganês é um constituinte significativo das rochas basálticas, ricas em olivinas, piroxênios
e anfibólios. Pequenas quantidades de manganês estão comumente presentes na dolomita e no calcário,
substituindo o cálcio. O principal mineral de manganês é a pirolusita (MnO2). No intemperismo o
manganês forma óxidos de manganês como a pirolusita e outros (Wedepohl 1978). O manganês é
encontrado naturalmente ocorrendo em minerais na forma de íons Mn2+, Mn3+ ou Mn4+, mas o estado
mais comum em que ele ocorre é o Mn+ (Wedepohl 1978).
O manganês apresentou concentrações nas amostras coletadas entre 765,48 mg/kg (A1) e
3852,89 mg/kg (A4), sendo o valor de background da região estabelecido por Vicq (2015) de 3875,00
mg/kg.
Alumínio (Al)
O alumínio está presente na composição química de minerais como a moscovita, feldspatos,
caulinita, gibbsita. Ocorrendo pouca ou nenhuma solubilidade do elemento em água, o que ocasiona alta
concentração desse elemento em solos residuais.
Os valores das concentrações de Al nas amostras montante apresentaram concentrações abaixo
do background apresentado por Vicq (2015), já a amostra a jusante apresentou valor acima como pode
ser melhor observado na figura 5.12. Esse aumento elevado deve-se possivelmente a contaminação
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
60
gerada pela barragem de rejeitos de lama vermelha que possui em sua composição alto teor de Al, como
pode ser observado na Tabela 2.1.
Figura 5.12: Concentração de alumínio nos sedimentos dos cursos d’água de montante para jusante.
5.4.2 Elementos Traço
Sódio (Na), Cálcio e Magnésio
O sódio apesar de possuir alta solubilidade em água, registrou-se anomalia do elemento também
nos sedimentos no ponto A4 com a concentração de 1734,90 mg/kg. Isso possivelmente é devido a alta
disponibilidade do elemento no sistema causado pela barragem de rejeitos, uma vez que é usado soda
caustica no processo de digestão da bauxita. As concentrações podem ser melhor observadas na figura
5.13.
Minerais de cálcio ocorre predominantemente como silicatos, carbonatos, fosfatos, sulfatos e
boratos. O cálcio está presente nos carbonatos, mais comumente na calcita e na dolomita e nos minerais
acessórios apatita e fluorita (Wedepohl 1978).
A montante da barragem de rejeitos, a concentração de Ca nos pontos amostrados ficou muito
abaixo do valor de referência apresentado por Vicq (2015) que é de 2700 mg/kg, enquanto que no ponto
A4 a jusante da barragem o teor de Ca foi 3,8 vezes maior que o valor referência. O elevado valor deve-
se possivelmente a contaminação gerada pela lama vermelha da barragem de rejeitos que possui em sua
composição uma porcentagem de Ca devido ao acréscimo de Cal no processo de digestão da bauxita. A
Formação Fecho do Funil ocorre próximo, podendo haver ocorrência de blocos rolados dessa formação
no canal do ribeirão.
O magnésio participa da composição de minerais de vários grupos: óxidos e hidróxidos,
silicatos, carbonatos, sulfatos, fosfatos, arseniatos, boratos, haloides e outros minerais. Nos sedimentos,
além dos minerais evaporitos, que é um caso especial, está presente principalmente na dolomita e nos
filossilicatos (Wedepohl 1978).
A1 A2 A3 A4
Al 9235,21 4615,60 13995,68 60566,57
VR (Vicq, 2015) 50800,00 50800,00 50800,00 50800,00
0,00
10000,00
20000,00
30000,00
40000,00
50000,00
60000,00
70000,00
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
61
O magnésio apresentou concentrações 120,10 mg/kg a até 823,85 mg/kg sendo o maior valor
no ponto a jusante. Provavelmente este aumento seja devido a contaminação causada pela barragem de
rejeitos de lama vermelha e ocorrência de diques máficos que cortam o Grupo Sabará. As concentrações
de magnésio podem ser melhor observadas na figura 6.4.
Figura 5.13: Concentração de sódio, cálcio e magnésio nos sedimentos dos cursos d’água de montante para
jusante.
Enxofre (S)
As concentrações de enxofre nos pontos levantados a montante da barragem ficaram
entre 48,33 mg/kg e 266,51 mg/kg, já no ponto a jusante da barragem o valor foi de 2268,74 mg/kg. O
alto valor no ponto a jusante deve-se possivelmente a contaminação causada pela barragem de rejeitos
de lama vermelha, uma vez que é utilizado ácido sulfúrico no processo de redução do pH da mesma. Os
valores podem ser melhor observado na figura 5.14.
Figura 5.14: Concentração de enxofre nos sedimentos dos cursos d’água de montante para jusante.
Arsênio (As), Cádmio (Cd) e Estrôncio (Sr)
O excesso arsênio no organismo humano pode causar segundo ATSR (2003) irritações de pele
e pulmões, disfunções cardíacas, nervosas, renais e gastrintestinais e é agente cancerígeno.
As concentrações de As nos pontos de amostragem oscilaram entre 10,18 mg/kg e 153,30
mg/kg. Todas as amostras ultrapassam o limite crítico TEL (concentração máxima que não causa danos
A1 A2 A3 A4
Na 23,29 0,00 49,65 1734,90
Ca 96,77 73,98 279,49 10288,48
Mg 120,10 178,88 257,90 823,85
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
10000,00
12000,00
A1 A2 A3 A4
S 162,77 48,33 266,51 2268,74
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
2500,00
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
62
à organismos) e a amostra A4 também ultrapassa o limite PEL (concentração onde se espera danos à
organismos), que possuem os seguintes valores respectivamente, 5,9 mg/kg e 17,0 mg/kg. E o
background para o elemento na região segundo Vicq (2005) é de 12,75 mg/kg.
A alta concentração de elemento no ponto A3 possivelmente foi causada pela maior
disponibilidade de minerais sulfetados na zona de drenagem dessa nascente. No ponto A4, deve-se
possivelmente a contaminação causada pela barragens de rejeito da lama vermelha, onde o elemento
que já possui um background alto na região, é concentrado no processo de formação da bauxita e no
beneficiamento uma vez que é retirado o Al da mesma.
Para o cádmio, nos pontos amostrados, apenas o ponto A4 superou o limite de quantificação
(0,49 mg/kg). O valor atingido foi de 0,63 mg/kg, superando o limite TEL apresentado pelo CETESB
(2012) e pode ser melhor observado na Tabela 2.7. A concentração do ponto A4, ficou abaixo do
background geoquímico da região apresentado por Vicq (2015).
O estrôncio apresentou concentrações entre 1,45 mg/kg e 6,13 mg/kg nos pontos a montante da
barragem de rejeitos de lama vermelha. No ponto a jusante da barragem o valor da concentração do
elemento apresentou um aumento elevado obtendo o valor de 60,22 mg/kg, valor 10 vezes maior que a
maior concentração a montante. Possivelmente esse aumento é resultado da contaminação gerada pela
barragem.
Figura 5.15: Concentração de arsênio, cádmio e estrôncio nos sedimentos dos cursos d’água de montante para
jusante.
Cromo (Cr), Cobre (Cu) e Níquel (Ni)
O cromo apresentou concentrações entre 47,96 mg/kg (A2) e 79,94 mg/kg (A1). Todas as
amostras ficaram acima do limite (TEL), estabelecido pela CETESB (2012). Mas abaixo do background
geoquímico regional que é 269,20 mg/kg.
A1 A2 A3 A4
Cd 0,00 0,00 0,00 0,63
As 10,18 10,66 23,28 153,30
Sr 1,45 1,73 6,13 60,22
0,0020,0040,0060,0080,00
100,00120,00140,00160,00180,00
Trabalho de Conclusão de Curso, n. 262, 79p. 2017.
63
O cobre apresentou valores entre 39,23 mg/kg (A4) e 78,43 mg/kg (A3). Todas as amostras
ficaram acima do limite (TEL), estabelecido pela CETESB (2012). As amostras A2 e A3 ficaram acima
do background regional que é 68,36 mg/kg.
As concentrações de níquel apresentou valores entre 23,06 mg/kg (A4) e 37,20 mg/kg (A1).
Todos os pontos amostrados obtiveram valores acima do limite (TEL), estabelecido pela CETESB
(2012). Porém ficaram abaixo do background geoquímico regional que é 95,83 mg/kg
Os valores elevados nas nascentes a montante, deve-se possivelmente a ocorrência de diques
máficos na zona de drenagem das nascentes.
5.5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Após análise dos resultados dos parâmetros físico-químicos coletados nas amostras de água e o
expressivo aumento nos valores dos STD, pH e da condutividade elétrica no ponto A4a (jusante) em
relação aos pontos a montante, é condizente de inferir a expressiva interferência que a barragem de
rejeitos de bauxita, causa no ribeirão Marzagão. Conhecendo o processo de beneficiamento, sabe-se que
o pH é elevado até próximo a 13 e quando a Lama é direcionada para barragem o mesmo é reduzido
para 9 com uso de ácido sulfúrico, aumentando também com o processo, a disponibilidade de íons em
solução e de particulados finos, o que resulta no aumento do STD e da condutividade elétrica.
Na difratometria de raios X, metodologia que analisa a mineralogia dos sedimentos, observou-
se a formação de um mineral pouco comum a Nordstrandita, hidróxido alumínio. Possivelmente sua
formação é devido a alta disponibilidade de alumínio no sistema ocasionando a formação e precipitação
desse mineral.
Em relação as análise geoquímicas da água e sedimentos, todos os elementos que são
apresentados como parte composicional da lama vermelha (Al), (Na) e (Ca), apresentaram
concentrações elevadíssimas no ponto A4a e A4, com exceção do Fe pela sua alta taxa de oxidação e
precipitação e do Ti. Houve também uma concentração anômala no ponto A4a dos elementos Mg, K,
Mo, S e para os elementos traço As, Bi, Rb, Se, Sr e V. Sendo Mg devido aos diques máficos presentes
no Grupo Sabará, o S devido ao uso do ácido sulfúrico para neutralizar a lama vermelha, e os demais
elementos possivelmente associam-se a bauxita que por se tratar de um solo residual ocorre já uma
concentração de elementos de forma natural, e após passar por um processo de beneficiamento em que
uma porção do seu principal constituinte o Al é retirado, aumenta mais a concentração desses elementos.
No ponto A3a houve concentração dos elementos Fe, Co, Ni, Mn, Ba, La, Ce, Pr e Nd o que pode indicar
alguma rocha ígnea máfica sofrendo intemperismo e disponibilizando esses elementos para o curso
d’água. No ponto A2a houve concentração dos elementos Tb, Ho, Er, Tm, Yb, Lu e Pb o que pode
indicar um corpo hidrotermal ou ígneo mais diferenciado.
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
64
Já nos sedimentos ocorreu também uma concentração anômala no ponto A4 dos elementos
maiores Mg e S, e para os elementos traço As e Sr. Sendo Mg devido aos diques como já mencionado e
o S devido ao uso do ácido sulfúrico no processo de neutralização da lama, e os demais elementos
possivelmente por a bauxita se tratar de um solo residual como foi explicado anteriormente. Nos
sedimentos das nascentes a montante observou-se uma concentração anômala do elementos Cu, Cr, e
Ni, possivelmente devido a ocorrência de diques máficos aflorando nas zonas de drenagens dessas
nascentes.
65
CAPITULO 7
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O ribeirão Marzagão possui seis nascentes, sendo uma a jusante da barragem e as demais a
montante desaguando na barragem. Recentemente foi feito uma visita técnica na barragem quando foi
informado da quinta nascente e pode ver a nascente a jusante, logo abaixo do dique.
Os cursos d’água analisadas pelo trabalho se encontram no Grupo Sabará, conjunto de rochas
metassedimentares que teve como material fonte o produto do intemperismo das rochas do Supergrupo
Minas (Itabiritos, dolomitos, filitos e quartzitos) e ocorrência de intrusões de diques máficos. O que
explica as concentrações de Cr, Cu, Fe, Ni nos sedimentos das nascentes a montante.
Com relação aos resultados aferidos dos parâmetros físico-químicos nas nascentes a montante,
como o pH (potencial Hidrogeniônico), STD (sólidos totais dissolvidos) e CE (condutividade elétrica),
obtiveram valores inferiores aos limites determinados pelo CONAMA 347(2005) e COPAM/CERH-
MG (2008). Já no ponto a jusante da barragem de rejeitos de lama vermelha todos os valores dos
parâmetros analisados ficaram acima dos limites determinados pelos órgãos citados anteriormente.
Mostrando a má qualidade da água do ribeirão Marzagão.
Com relação as análises hidrogeoquímicas dos elementos maiores, na amostra A4a localizada a
jusante da barragem de rejeitos de lama vermelha, foram detectadas concentrações anômalas de Na, Ca,
Mg, K, Al, S e Mo. Sendo a concentração dos elementos Na, Ca gerada no processo de digestão da
bauxita onde é acrescentado soda caustica e cal. O enxofre deve-se ao acréscimo de ácido sulfúrico na
lama vermelha para redução do pH da mesma. A alta concentração do alumínio deve-se a lama vermelha
que possui o elemento como principal componente, o valor aferido extrapola o permitido pelo
CONAMA (2005) e COPAM/CERH-MG (2008). Os elementos traço não apresentaram concentrações
alarmantes, porém os elementos As, Rb, Se, Sr e V apresentaram concentrações muito mais elevadas no
ponto A4a.
Com relação a análise mineralógica dos sedimentos de corrente, todos os pontos amostrados
apresentaram os seguintes minerais: quartzo, hematita, moscovita e caulinita. Já o ponto A4 além dos
minerais apresentados, houve ocorrência de nordstrandita - um hidróxido de alumínio. A formação desse
mineral deve-se a hidratação do óxido de alumínio pela água, ocorrendo a precipitação e formação do
mineral. O que mostra a alta disponibilidade de alumínio na água do ribeirão, sendo esse em altas
concentrações toxico a saúde humana.
Com relação a geoquímica dos sedimentos de corrente, foram detectadas concentrações
anômalas no ponto A4 para os elementos maiores Na, Ca, Mg, Al e S, onde os elementos Ca e Al ficaram
acima do background regional apresentado por Vicq (2015). Os valores anômalos de Na, Ca, Al e S,
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
66
deve-se a contaminação causada pela barragem de lama vermelha como foi apresentado anteriormente
na hidrogeoquímica, onde esses mesmos elementos também apresentaram valores anômalos. Em relação
aos elementos menores apresentaram concentrações elevadas o As e Sr no ponto A4 e Cr, Co, Ni nos
pontos a montante, onde todos os valores ficaram acima do limite (TEL) e apenas o arsênio ficou acima
do background regional.
Considerando os resultados apresentados pelas análises realizadas nos sedimentos de corrente e
na água dos cursos d’água indicam a interferência na qualidade da água causada pela barragem rejeitos
de lama vermelha, mostrando a necessidade de intervenção. Dessa forma recomenda-se a construção de
canais captando as nascentes que se encontram a montante da barragem, impedindo que as mesmas
desaguem na barragem. Dessa forma as água das nascentes que formam o ribeirão Marzagão não serão
contaminadas pelo material da barragem e o sistema barragem de rejeitos Marzagão pare de receber
água proporcionando assim sua secagem, tornando-a mais segura para população que mora a jusante. E
assim águas do ribeirão Marzagão passem a ter boa qualidade. Enquanto essas medidas não forem
tomadas, não é recomendado o uso da água do ribeirão Marzagão para nenhum fim.
67
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73
ANEXOS
M. Almeida, H., 2016 Caracterização geoquímica da água e sedimentos de fundo do ribeirão Marzagão...
74
ANEXO I: DIFRATOGRAMAS
Ponto A1
Nascente à montante da barragem de rejeitos Marzagão
75
Ponto A2
Nascente à montante da barragem de rejeitos Marzagão
76
Ponto A3
Nascente à montante da barragem de rejeitos Marzagão
77
Ponto A4
Ribeirão Marzagão a jusante da barragem de rejeitos de mesmo nome
78
ANEXO II: RESULTADOS DAS ANÁLISES QUÍMICAS DAS AMOSTRAS DE ÁGUA
Equipamento: Espectrômetro de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES)
Amostra Cu Li Mo Sc Ti Y Al Fe Mn Ca K Mg Na P S
ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L ug/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
A1a <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 428,937 186,922 0,271 <LQ <LQ 0,603 0,093 0,255
A2a <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 22,547 <LQ <LQ <LQ 0,210 <LQ 0,141
A3a <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 53,054 1557,61
8
555,588 0,282 <LQ <LQ 0,193 <LQ 0,722
A4a <LQ <LQ 37,619 <LQ <LQ <LQ 7730,000 <LQ 319,785 80,052 3,256 0,232 941,281 <LQ 810,000
LQ 5,37 3,66 13,50 1,02 5,64 2,74 10,90 7,04 2,28 0,02 0,17 0,02 0,05 0,09 0,12
LQ= Limite de Quantificação
Equipamento: Espectrômetro de massa com fonte de plasma acoplado indutivamente (ICP MS)
Amostra Be V Cr Co Ni Zn As Se Rb Sr Cd Bi
ug/l ] µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l
A1a 0,00768 <LQ <LQ 0,69812 1,27894 5,02397 0,10329 <LQ 0,40205 2,39079 0,03014 0,01083
A2a 0,01223 <LQ <LQ 0,54777 0,76216 <LQ 0,03736 <LQ 0,14655 <LQ <LQ 0,00505
A3a 0,01178 <LQ <LQ 1,59443 2,68250 <LQ 0,33283 <LQ 0,44407 4,44315 <LQ <LQ
A4a <LQ 30,24939 <LQ 0,76662 1,34037 3,34830 12,96122 11,55024 5,66055 275,70191 0,06336 0,02679
LQ 0,00536 0,02572 0,09576 0,00314 0,03084 1,93300 0,02587 1,24000 0,00981 0,36480 0,02200 0,00132
LQ= Limite de quantificação
79
ANEXO III: RESULTADOS DAS ANÁLISES QUÍMICAS DAS AMOSTRAS DE SEDIMENTO
Equipamento: Espectrômetro de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES)
Amostra As Ba Cd Co Cr Cu Mo Ni Sc Sr Th V Zn Mn Al Fe Ca K Mg Na Zr Pb P S Si Ti
mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg
Branco <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,5027 <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,484 <LQ <LQ 10,596 34,292 22,869 <LQ <LQ 3,2639 <LQ <LQ <LQ 18,575 <LQ
A1 10,184 31,36 <LQ 17,723 79,941 65,486 <LQ 37,198 11,28 1,4506 <LQ 132,54 69,735 765,48 9235,2119 117143 96,766 357,74 120,1 23,286 6,4627 <LQ 442,11 162,77 368,27 2015,3
A2 10,663 101,75 <LQ 18,793 47,961 73,683 <LQ 36,869 5,156 1,7346 6,9265 51,058 76,284 3114,8 4615,6011 98064 73,979 134,73 178,88 <LQ 4,8171 <LQ 1099,8 48,331 78,555 278,64
A3 23,279 79,066 <LQ 10,823 68,393 78,433 2,3022 25,62 8,6929 6,1279 13,382 87,414 53,114 1434,8 13995,684 120273 279,49 699,86 257,9 49,65 12,302 9,9734 531,61 266,51 278,12 1049,7
A4 153,3 99,13 0,6317 10,103 56,639 39,23 1,5803 23,062 3,7124 60,216 10,447 97,34 32,894 3852,9 60566,566 51906 10288 442,04 823,85 1734,9 14,183 <LQ 390,93 2268,7 104,02 301,08
LQ 7,58 0,55 0,49 1,56 1,08 1,23 1,22 3,02 0,25 0,30 4,44 0,63 0,31 5,55 24,50 7,24 4,28 12,24 3,04 3,49 0,40 7,08 6,93 8,21 8,37 10,75
LQ = Limite de Quantificação
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