PPGECRN - Doutorado (Teses)

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    Coagulação/floculação de águas superficiais de minerações de ferro com turbidez elevada.
    (2004) Guedes, Claudia Dumans; Lena, Jorge Carvalho de; Bottero, Jean Yves; Turcq, Bruno Jean; Bottero, Jean Yves; Thomas, Fabien; Nalini Júnior, Hermínio Arias; Reis, Cesar; Varajão, Angélica Fortes Drummond Chicarino
    A região do Quadrilátero Ferrífero, no estado de Minas Gerais, Brasil, sedia alguns dos depósitos de minério de ferro mais importantes do mundo. Nesta região localiza-se a Bacia Hidrográfica do rio Doce e a sub-Bacia do rio Piracicaba. A área em torno do alto e médio rio Piracicaba concentra um grande nú-mero de empresas mineradoras de ferro. A atividade mineira é considerada uma das responsáveis pelo aumento das taxas de lixiviação química e erosão dos solos e rochas da região. Neste trabalho investigou-se preliminarmente a dispersão de óxidos de ferro nos sedimentos do leito do alto e médio rio Piracicaba buscando uma possível correlação entre o acúmulo de sedimento e a existência de atividade de mineração na região. As amostras coletadas nas proximidades da nascente do rio mostraram os teores mais elevados de minerais de ferro, provavelmente carreados por afluentes do rio que drenam áreas de mineração. As concentrações de hematita nestes pontos são cerca de quatro vezes mais altas do que as concentrações médias observadas ao longo do trecho do rio estudado. Os resultados desta avaliação justificam o interesse pelo estudo da coagulação das águas superficiais de minerações por aqueles envolvidos com o equilíbrio ambiental e hidrológico do rio. O estudo empregou dois coagulantes: o tradicional sulfato de alumínio (alúmen) e um biopolímero natural Moringa oleífera. As águas superficiais consistem em suspensões de uma mistura mineral de goethita, hematita, cau-linita e quartzo, que apresentam carga superficial resultante positiva nas condições ambientais de pH. O alúmen apresentou um excelente desempenho na desestabilização destas suspensões ricas em óxidos de ferro. Seu mecanismo de atuação foi estudado e provavelmente envolve a adsorção específica dos produ-tos catiônicos da hidrólise do sal de alumínio sobre a superfície das partículas, sucedida por um processo de heterocoagulação que envolve partículas negativas e positivas presentes na suspensão. No entanto, desde os anos setenta, o emprego de alumínio vem encontrando severas restrições devido às suspeitas de sua associação com doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer e a doença de Parkinson, e câncer. O coagulante natural Moringa oleífera provem de uma árvore muita bem adaptada ao solo e às condições climáticas do Norte e Nordeste brasileiros, e amplamente empregada em países pobres da Áfri-ca como um eficiente coagulante para águas de alta turbidez. Não existem, até o momento, trabalhos pu-blicados sobre o emprego deste coagulante na desestabilização de suspensões ricas em óxidos de ferro. A eficiência e o mecanismo de coagulação/floculação do extrato aquoso das sementes de Moringa foram investigados por isotermas de adsorção, infravermelho, difração de Raios-X, espectroscopia Mössbauer, análise termogravimétrica, potencial Zeta e análise granulométrica. A fração ativa deste coagulante é constituída por proteínas catiônicas que adsorvem sobre a superfície das partículas de óxido. O mecanismo envolvido parece incluir duas etapas: a formação de uma monocamada de proteína que desestabiliza as partículas, sucedida pela formação de multicamadas responsáveis pela redispersão das partículas.
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    Mapeamento geoquímico e estabelecimento de valores de referência (background) de sedimentos fluviais do Quadrilátero Ferrífero.
    (2015) Costa, Raphael de Vicq Ferreira da; Leite, Mariangela Garcia Praça
    O mapeamento geoquímico e a determinação de valores de referência vem obtendo uma crescente importância nos últimos anos, pois contribuem para o tripé de desenvolvimento sustentável (saúde, meio ambiente e economia) de um país. A confecção destes mapas contribui para a localização espacial de áreas com anomalias permitindo a identificação das suas prinicipais fontes, ao passo que a determinação dos valores de referência também é fundamental para distinguir os valores considerados padrão para uma determinada área das anomalias, bem como avaliar a extensão da poluição de uma mesma área. Neste trabalho, o mapeamento geoquímico de alta densidade com os respectivos valores de referência são apresentados, ambos com enfoque ambiental. Foram coletadas 541 amostras de sedimentos de corrente em todo o Quadrilátero Ferrífero, proporcionando uma densidade de amostragem de 1 amostra para cada 13 km2. Para determinar os valores de referência foram testadas diferentes metodologias, a saber: média +2 desvio padrão, mediana +2 MAD, boxplot UIF, análise fractal, análise espacial e as metodologias associadas. Para confecção dos mapas geoquímicos foi utilizada a técnica de interpolação denominada inverso da distância ponderada (IDW). Os resultados indicam que as técnicas mais antigas de determinação de valores de referência, a Média + 2x desvio padrão e a Mediana + 2x MAD não são efetivas para a separação das anomalias, pois superestimam ou subestimam a faixa de referência. As metodologias Análise fractal e Boxplot UIF apresentaram, para a grande maioria dos elementos, valores bem próximos, confirmando que o intervalo de referência está correto e, demonstrando que ambas são as mais adequadas para ambientes geológicos complexos. Contudo, o Cu, Fe, Pb e Ti apresentaram valores 30 a 46% discrepantes entre as metodologias. No entanto, observou-se que os valores obtidos via Análise fractal demonstraram ser mais condizentes com a distribuição espacial dos elementos, além de ter apresentado os outliers em locais onde notadamente são observados impactos ambientais significativos ou a presença de litotipos ricos no elemento. Com relação aos mapas geoquímicos, observou-se que 72 a 78% da área do QF não apresenta anomalias para os elementos estudados e estes valores podem ser considerados como o background litológico, cerca de 15 a 24% da área estudada apresenta anomalias que podem ser atribuídas tanto aos tipos de rocha aflorantes quanto à influência antrópica, os quais podem ser enquadrados como altos valores de referência, e 2 – 12% do total da área apresentam valores anômalos que são considerados outliers, sendo relacionados com a a interferência humana, principalmente com a mineração. Este primeiro mapeamento geoquímico da alta densidade feito no QF permitiu delinear um controle efetivo da litologia na composição química dos sedimentos, estabelecer um padrão de comportamento bem definido para cada tipo de rocha, o que permitiu a detecção de anomalias ocorridas em função da ação antrópica. Além disso, demonstrou espacialmente quais comunidades, cidades e bacias hidrográficas estão expostas a riscos ambientais e por isso necessitam ser monitoradas e protegidas.
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    Caracterização da bacia do rio Gualaxo do Norte, MG, Brasil : avaliação geoquímica ambiental e proposição de valores de background.
    (2012) Rodrigues, Aline Sueli de Lima; Nalini Júnior, Hermínio Arias
    Este trabalho objetivou realizar uma caracterização da bacia do rio Gualaxo do Norte, Leste Sudeste do Quadrilãtero Ferrífero (QF), MG, Brasil. Inicialmente foi realizada uma avaliação das condições ambientais do rio principal da bacia, por meio de um Protocolo de Avaliação Rápida de Rios (PAR), a fim de conhecer a área e demarcar os sítios amostrais, bem como possibilitar associações entre a condição física atual da bacia e possíveis níveis de contaminação por elementos químicos. Em seguida, foi realizado o levantamento estratigráfico de 16 perfis sedimentares ao longo da bacia, sendo coletadas 119 amostras de sedimentos em fácies desses perfis. Após isso, procedeu-se análises mineralógicas, granulométricas, químicas, bem como a descrição e interpretações faciológicas. Em dois dos perfis foram coletadas amostras de material carbonoso para datação via C14 e em amostras de quatro desses perfis foi realizada análise da composição geoquímica dos sedimentos via extração sequencial. Após isso, foi realizada uma avaliação do potencial risco de contaminação da área e a proposição de valores de background locais para os elementos Fe, As, Pb, Mn, Ba, Zn e Ni. Em seguida, foram coletadas 51 amostras de sedimentos ativos de drenagem nas margens do rio principal da bacia e nas margens de alguns de seus afluentes. A avaliação das condições ambientais do rio principal da bacia evidenciou a presença de muitos focos de degradação ao longo de toda sua extensão. As análises químicas realizadas nos sedimentos dos perfis levantados, em associação com as análises mineralógicas, granulométricas e das interpretações faciológicas, permitiram o agrupamento dos perfis em três conjuntos distintos interpretados como: aqueles cujas concentrações químicas são influenciadas pela mineração de ferro e garimpo de ouro; aqueles influenciados pela mineração de ferro e aqueles sem influência de atividades antropogênicas. Em relação à extração sequencial, os resultados demonstraram a presença de Ba, Mn, S e Cu associados a frações mais lábeis e a presença de As, Fe, Zn e Al associados a frações mais estáveis. Contudo, em relação ao As, a associação dos dados de estratigrafia obtidos neste estudo – os quais evidenciam concentrações anômalas de As em fácies interpretada como depósito de canal com interferência direta ou indireta de atividades como garimpo ou draga (fácies Ct) – com as observações in situ da presença de garimpo recente na região onde os perfis com as maiores concentrações de As foram levantados (especialmente em perfis do alto curso da bacia), bem como a hipótese de associação do As a frações biodisponíveis, evidenciam contribuição antropogênica do As para o ambiente superficial. Em relação à avaliação por meio do RAC, observou-se um potencial risco de contaminação, principalmente para os elementos Ba, Cu e Mn. Quanto à proposição dos valores de background, os resultados evidenciaram concentrações relativamente elevadas para os elementos As, Pb, Mn, Ba, Zn e Ni, possivelmente relacionadas com fontes geogênicas. Por outro lado, para o Fe o valor de background estabelecido é inferior às concentrações identificadas na maioria dos perfis analisados. Nesse caso, há forte evidência de enriquecimento do elemento pela mineração de ferro na cabeceira da bacia investigada. Por fim, os mapas geoquímicos da distribuição atual das concentrações dos elementos químicos reforçam alguns achados do estudo, sobretudo, aqueles que evidenciam contribuições antropogênicas no enriquecimento de metais tais como Mn, Ba e Fe; mostram que as atividades atuais de exploração aurífera na bacia, possivelmente não estejam disponibilizando concentrações elevadas de As e Pb, ambos metais altamente tóxicos, bem como revelam baixo risco de contaminação ambiental em relação aos elementos Zn e Ni, estando as poucas concentrações elevadas dos elementos, possivelmente relacionadas a anomalias geoquímicas naturais. De um modo geral, conclui-se que as atividades antropogênicas evidenciadas na bacia estudada acabam influenciando não apenas a distribuição química de elementos importantes do ponto de vista ambiental e de saúde pública, como também proporcionou, ao longo da história de exploração, um incremento considerável na concentração de alguns elementos como Ba, Fe, As e Pb.
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    Fatores ambientais condicionantes da diversidade florística em campos rupestres quartzíticos e ferruginosos no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais.
    (Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2011) Messias, Maria Cristina Teixeira Braga; Leite, Mariangela Garcia Praça
    Duas áreas com campos rupestres quartzíticos e ferruginosos no Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais foram estudadas com o objetivo de verificar se a geologia e geomorfologia influenciam a flora dessas comunidades. Os campos rupestres foram estratificados pelas geoformas em três habitats: 1. Áreas inclinadas nos topos das elevações, com campos limpos; 2.Patamares, com campos limpos e 3.Porções mais baixas ou côncavas dos perfis, com campos sujos. Amostraram-se 60 parcelas (10x10m), 10 em cada habitat, alocadas aleatoriamente. Foram realizadas análises químicas, mineralógicas e granulométricas dos solos, além da determinação do teor de umidade e da proporção de rochas aflorantes. Realizaram-se estudos florísticos, fitossociológicos e análise dos espectros biológicos da vegetação, usando as formas de vida de Raunkiaer. Estimou-se o valor de cobertura e calculou-se a frequência, dominância e valor de importância (VI) das espécies. Para cada habitat, calculou-se a diversidade pelo índice de Shannon-Wiener (H’) e equabilidade de Pielou (J’). A similaridade entre os habitats foi avaliada pelo índice de Jaccard e análise de agrupamentos das parcelas. Relações entre solo e vegetação foram averiguadas por análises de correspondência canônica (CCA) entre os dados de cobertura das espécies e variáveis dos solos. Apesar dos solos analisados serem, em geral, arenosos, ácidos, com baixa fertilidade e com alto teor de metais, houve diferenças significativas entre as propriedades físicas e químicas. Os solos sobre quartzito possuem maior proporção de terra fina (grânulos < 2mm) do que aqueles sobre itabirito. No entanto o teor de macro e micronutrientes foi maior nos solos derivados de itabirito, com exceção do teor de S, que foi maior nos quartzitos. Foram inventariadas 160 espécies nos campos ferruginosos e 165 espécies nos campos rupestres quartzíticos, totalizando 263 espécies, pertencentes a 64 famílias. Nos campos rupestres declivosos com afloramentos rochosos de itabirito e nos patamares com cangas Vellozia compacta foi a espécie de maior VI. Nos campos rupestres inclinados com afloramentos de quartzito Lagenocarpus rigidus foi a espécie com maior importância, seguida por algumas fanerófitas, incluindo V. compacta. Echinolaena inflexa foi a espécie de maior VI nos patamares sobre quartzito, seguida por algumas fanerófitas e várias hemicriptófitas. Os campos sujos sobre itabirito foram dominados por E. erythropappus e V. compacta enquanto que os campos sujos sobre quartzito, por Echinolaena inflexa, Eremanthus erythropappus e outras fanerófitas. Os campos sujos foram mais diversos que os campos limpos. Os campos rupestres sobre itabirito apresentaram menor diversidade (H’=2,92) e equabilidade (J’=0,58) do que os que se encontram sobre quartzitos (H’=3,36; J’=0,66). A análise de agrupamentos indicou dois grupos principais constituídos pelas diferentes litologias. Sequencialmente, os campos sobre quartzito foram subdivididos nos diferentes habitats pré-estabelecidos. Os campos limpos ferruginosos (declivosos e em patamares) mostraram-se similares, mas segregando dos campos sujos. Fanerófitas e hemicriptófitas são as formas de vida predominantes. Os habitats estudados apresentaram espectros florísticos similares, no entanto, eles mostraram espectros de frequência e de vegetação significativamente diferentes. A CCA indicou uma clara separação entre os campos rupestres sobre itabirito e quartzito devido principalmente aos teores disponíveis de Ca, Cu, Mg, Mn e S e as características granulométricas – medida de tendência central e grau de seleção, percentagem de silte, terra fina e proporção de afloramentos rochosos. Foi verificada uma alta correlação entre as características dos solos e a cobertura das espécies vegetais. Os resultados evidenciaram a geologia e geomorfologia como determinantes da distribuição de algumas das populações, afetando a composição florística dos campos rupestres.