Potencial de remediação da mineração, agro

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12120 (2023) Citar este artigo

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A drenagem ácida de minas (DMRI) apresenta graves consequências para a saúde humana e os ecossistemas. Novas estratégias para o seu tratamento envolvem a utilização de resíduos. Este artigo avalia o potencial de remediação de resíduos de atividades urbanas, de mineração e agroindustriais para lidar com a acidez e altas concentrações de elementos potencialmente tóxicos (PTE) na AMD. Amostras desses produtos residuais foram enriquecidas com um AMD preparado artificialmente e, em seguida, foram medidos o pH, a condutividade elétrica (CE) e as concentrações de PTE nos lixiviados. A DMA artificial obtida através da oxidação do rejeito de Aznalcóllar apresentou caráter ultraácido (pH - 2,89 ± 0,03) e condutividade elétrica extremamente alta (CE - 3,76 ± 0,14 dS m-1). Além disso, a maior parte dos ETP situava-se acima dos níveis máximos regulamentares nas águas naturais e de irrigação. Os resíduos estudados apresentavam uma capacidade neutralizante de ácidos muito elevada, bem como uma forte capacidade de imobilizar o PTE. Os resíduos inorgânicos, juntamente com o vermicomposto da poda, reduziram a maior parte das concentrações de PTE em mais de 95%, enquanto os resíduos orgânicos retiveram entre 50 e 95%. Assim, uma ampla gama de resíduos urbanos, mineiros e agroindustriais têm um elevado potencial para serem utilizados no tratamento da DMRI. Este estudo fornece informações valiosas para o desenvolvimento de novas ecotecnologias baseadas na combinação de resíduos (por exemplo, tecnossolos, barreiras reativas permeáveis) para remediar ambientes degradados.

A mineração é uma indústria crucial em todo o mundo devido à sua relevância económica e social, pois fornece um grande número de recursos importantes. Nas últimas décadas, o número de minas em operação aumentou significativamente devido à necessidade de elementos estratégicos (por exemplo, metais críticos, elementos de terras raras, elementos do grupo da platina, elementos tecnológicos críticos), levantando preocupações de saúde e ambientais1,2,3. Os sulfetos são o principal fornecedor de uma ampla gama de metais (loid)s, que podem ser considerados elementos potencialmente tóxicos (PTE), e sua exploração é uma das atividades de mineração mais importantes do mundo4. A exposição destes sulfetos (principalmente minério de pirita [FeS2]), ou seus resíduos, a condições oxidantes e pluviométricas leva à geração de drenagem ácida de minas (DAM), que é comumente associada a sérios problemas ambientais em todo o mundo5; particularmente, em minas abandonadas ou ativas sem concessões legais (ou seja, áreas de extração sem gestão ambiental de drenagem e resíduos). A drenagem ácida de minas é problemática devido à sua escala, tanto no espaço como no tempo, uma vez que pode afectar tanto as áreas mineiras como os seus arredores ao longo de grandes quilómetros durante décadas ou séculos6. Além disso, a DMRI apresenta graves consequências para a saúde humana (por exemplo, danos no sistema nervoso, cancros, atraso mental em crianças) e para os ecossistemas (por exemplo, poluição das águas subterrâneas, fitotoxicidade e inibição da fotossíntese, mortalidade de peixes)7,8,9,10. Um bom exemplo desta preocupação pode ser encontrado na Faixa Piritosa Ibérica (Sudeste de Portugal e Sudoeste de Espanha), uma das maiores reservas massivas de sulfuretos do mundo, onde as actividades mineiras em grande escala remontam ao século XIX e as primeiras actividades ao século XIX. 3º milênio AC11. Nesta região, a AMD é um legado de minas abandonadas e depósitos de rejeitos associados, incluindo enormes pilhas de estéril contendo sulfetos, rejeitos e fossas inundadas, bem como resíduos produzidos pela operação de minas12,13. Assim, esta região constitui uma fonte potencial de poluição da DMRI (Fig. S1) e é representativa de outras minas de sulfetos localizadas em todo o mundo. A descarga de DMRI não tratada exerce efeitos negativos no meio ambiente. Nos ecossistemas aquáticos, é responsável pela entrada do PTE nesses meios, pela alteração da química da água e dos ciclos de nutrientes, pela diminuição da quantidade de oxigênio disponível aos organismos e pela precipitação de metais (hidróxidos de Fe e Al), entre outros. . Em geral, a qualidade da água é afetada, causando toxicidade direta aos organismos e tornando-a inadequada para uso doméstico, agrícola e industrial9,14,15. Nos ecossistemas terrestres, a descarga não tratada de AMD pode levar à poluição do solo e, consequentemente, acelera a perda de biodiversidade e a degradação do solo9. Além disso, a AMD gerada tanto em áreas mineiras activas como abandonadas pode ter vários impactos na saúde do ambiente e dos organismos vivos (incluindo os seres humanos), poluindo as águas superficiais, as águas subterrâneas e os solos agrícolas8.

90%) and very high EC (> 1 dS m−1). Gypsum spoil (GS) had moderate to low values in total iron (~ 1%), moderately high CaCO3 content (~ 23%) and very high EC (> 2.9 dS m−1). The only inorganic waste that showed an assimilable phosphorus content (PA ~ 470 mg kg-1) above detection limits was CW./p> 7 dS m-1) for the rest; and CaCO3 was also detected in all cases, ranging from 7.7% in BM to 24.9% in VC. Basal respiration (BR) presented a wide range of values without significant differences between inorganic and organic wastes, with maximum of 124 µg CO2 day−1 kg−1 in CW and minimum of 14 in WS µg CO2 day−1 kg−1./p> Hg2+ > Cd2+ > Fe2+ > Pb2+ > Ni2+ > Co2+ > Mn2+ > Zn2+ > As5+ > As3+53,54. Thus, organic matter together with total humic extract and humic and fulvic acids provide an important content of reactive colloidal fractions that allow the complexation of the different chemical forms of PTE55,56. Carbonates also exert a strong control over pH, which is considered a key property in controlling the immobilisation of most PTE because of its influence on the electrical charge of colloidal components57. In addition, it is a key component to neutralise acid solutions40. Likewise, iron oxyhydroxides content is another constituent to consider for the retention of some PTE, especially As, for which they exert a strong control on speciation and bioavailability58,59. In fact, the results of AMD treatment test indicate that many of the wastes tested show considerable acid neutralisation and PTE immobilisation capacity./p> CW ≥ MS ≥ VC > GS > OW > OL > WS > GW > BM; where wastes rich in iron oxyhydroxides and carbonates are more effective in the retention of PTE than wastes rich in organic matter. The removal rates for wastes dominated by carbonates (CW and MS) or iron oxyhydroxides (IO) are above 95% for most PTE present in AMD, while for organic wastes the removal rate was below 95% in most cases, with values as low as 15% in the case of bio-stabilised material of municipal solid wastes (BM). In other studies, for similar wastes the removal rates achieved were similar or even lower. For example, water filters partly made of iron-rich materials achieved removal rates of 50% for As66. However, other studies that also explore As retention capacity of water filters with iron oxide-rich materials reached rates of 90%67 and 99%68. The latter study concerned not only filters made from iron-rich waste, but also marble slurry filters for which As removal rate is 95%68. Furthermore, the success of these materials is not limited to As; for example, along with near 100% As retention in groundwater affected by an abandoned gold mine when treated with various mixtures composed of organic carbon, zero-valent iron and limestone, a strong decrease in the concentration of Al, Cd, Co, Cu and Ni has been demonstrated69; although the concentrations of these elements in the groundwaters are much lower than in our study. On the other hand, although less studied, the capacity of some organic wastes has also been assessed; for example, it has been reported a 70% reduction of some PTE (Al, As, Cd, Cu, Fe, Ni, Mn, Pb, and Zn) present in sulfide mine leachates by the addition of aqueous organic wastes from domestic wastewater16. Agricultural wastes have also been used to remove pollutants; for example, solid-olive mill by-products have a great capacity to remove Cr, Mn, Cu, Zn, Ni, and Pb from mining wastewater70. Similarly, there is an extensive list of agricultural waste (agave, bananas, wheat, rice, citrus fruits) that have been used for the immobilisation of different PTE (Cd, Pb, Zn) with uncertain results71. Particularly noteworthy is the case of vermicompost (VC), which shows retention rates of PTE close to those of carbonated and iron-rich wastes. This may be due to the higher content of calcium carbonate and total iron compared to other organic wastes, and, to a lesser extent, its considerable high OC content. In this sense, vermicompost can be a very effective material for the treatment of AMD. A similar study for the treatment of AMD72 using vermicompost and other agricultural by-products (sheep, cow, and rabbit manure) reported retention rates of 90% for As, Cd, Cu, and Zn in AMD. Similarly, gypsum spoil (GS) also has a high retention capacity for PTE similar to that of the other inorganic wastes, although for some, such as Ni and Co, was very low. The high retention capacity of GS is related to high CaCO3 and FeT contents./p> CW ≥ MS ≥ VC > GS > OW > OL > WS > GW > BM. Thus, a wide range of mining, urban, and agro-industrial wastes could be recovered for use in the treatment of AMD. The use of these wastes as AMD treatment technique showed promising results to be applied in the decontamination of polluted waters and as a control technique on tailing deposits to prevent the AMD generation. This study is the first step in the development of green technologies based on the different combinations of wastes with contrasting characteristics, to create solution (e.g.: Technosols, permeable reactive barriers, etc.) with a higher capacity to retain a greater variety of PTE and reduce acidity in polluted environments. The use of waste to remediate AMD will decrease the cost of the water treatment. This is especially relevant for the rehabilitation of areas with historical or abandoned mines, where the decrease in cost by replacing commonly used and expensive reagents for worthless waste will increase the affordability of water treatments. Nevertheless, additional site-specific studies should be conducted to include the cost of waste transport, as well as to evaluate the in-situ effectiveness of waste combinations under real field conditions./p>

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