Interação água/rocha mineralizada em Fe, Pb, Zn, e Ba na porção Sul da bacia sedimentar de Irecê, Bahia, Brasil: uma abordagem experimental

Abstract

Este estudo encerra as pesquisas engendradas da aplicação de modelos hidrogeoquímicos experimentais (métodos estáticos e cinéticos), simulando os processos naturais de interação água/rocha. Os métodos buscam avaliar a evolução da água subterrânea em contato com rochas carbonáticas, mineralizadas em sulfatos e sulfetos e estimar a composição química do aquífero Salitre, pertencente à Bacia Sedimentar de Irecê, situada na porção centro-norte do Estado da Bahia. A oxidação dos sulfetos tende a aumentar a acidez das drenagens favorecendo a contaminação geogênica do aquífero. Para atingir os objetivos propostos foram coletadas amostras nas localidades de Melancias, São José, Segredo e Palmeiras, com a identificação e quantificação de suas assembleias minerais. As amostras denominadas Melancias e São José apresentam-se mineralizadas em sulfatos e sulfetos, com teores: barita (21,64%), pirita (<0,1 a 1,44%), esfalerita (<0,1 a 0,77%) e galena (<0,1 a 0,41%). Enquanto, as amostras denominadas Segredo e Palmeiras são constituídas de calcita (44,67 a 85,61%), silicatos (6,23 a 26,55%) e pirita (0,24 a 1,14%). Estas amostras foram submetidas a processos estáticos (pH e Equilíbrio Ácido-Base) e cinéticos (Colunas de Lixiviação e Reatores Fechados) de interação água/rocha. Os procedimentos com Reatores Fechados foram desenvolvidos em diferentes tempos de contato e de proporções entre a água e a rocha (Ensaios A, B e C). As soluções obtidas pelos Métodos Cinéticos foram quantificadas por Espectrometria de Massa, com Plasma Acoplado Indutivamente (Ca, Mg, Na, K, Fe, Ba, Cu, Pb e Zn), equipamento multiparâmetros (CE, Sal, STD ORP e pH), Espectrofotometria de Absorção Molecular UV/VIS (sulfeto, sulfato, nitrato e fluoreto) e métodos titrimétricos (alcalinidades e cloretos), com o objetivo de conhecer as possíveis drenagens geradas. A aplicação dos programas QualiGraf e Phreeqc permite obter os tipos dos lixiviados (quanto ao teor de sólidos totais e ao Diagrama Piper), especiações e os índices de saturação dos minerais. Os resultados experimentais dos Reatores Fechados foram comparados aos dados químicos de poços tubulares disponíveis na literatura, através de ferramentas da estatística descritiva e multivariada. O Ensaio A permitiu reproduzir as condições do aquífero Salitre para pH, ORP e F-. O Ensaio B forneceu resultados concordantes para STD, CE, ORP, Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, F- e Ba2+ e o Ensaio C exibiu melhores resultados para Na+ e HCO3-. Os resultados experimentais obtidos permitiram: (i) atestar que a presença de sulfato reprime as solubilidades da barita, esfalerita e galena, pelo efeito do íon comum; (ii) identificar os potenciais íons contaminantes das rochas carbonáticas (Ca2+, Mg2+, Ba2+, Pb2+, SO42- e F-); (iii) inferir sobre as características alcalinas das drenagens geradas; (iv) estimar os parâmetros físico-químicos e químicos (STD, CE, ORP, Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, F-, Ba2+, Zn2+ e Pb2+) do aquífero cárstico Salitre e; (v) estabelecer o Ensaio B, dos Reatores Fechados, como o modelo hidrogeoquímico que melhor estimou as características do aquífero pesquisado.

This work present new data of the application of experimental hydrogeochemical models (static and kinetic methods), simulating the natural processes of water/rock interaction. The methods seek to evaluate the evolution of groundwater in contact with carbonate rocks, mineralized in sulfates/sulphides and to estimate the chemical composition of the Salitre aquifer belonging to the Irecê Sedimentary Basin. The oxidation of the sulfides tends to increase the acidity of the drainage, favoring the geological contamination of the aquifer. In order to reach the proposed objectives samples were collected in the localities of Melancias, São José, Segredo and Palmeiras, with the identification and quantification of their mineral assemblies. Samples denominated Melancias and São José are mineralized in sulfates and sulfides, with varying levels: barite (21.64%), pyrite (<0.1 to 1.44%), sphalerite (<0.1 to 0.77%) and galena (<0.1 to 0.41%). While the samples Segredo and Palmeiras are composed of calcite (44.67 to 85.61%), silicates (6.23 to 26.55%) and pyrite (0.24 to 1.14%). These samples were submitted to water/rock interaction by static (pH and Acid-Base Accounting) and kinetic (Leach Columns and Closed Reactors) processes. The procedures with Closed Reactors were developed at different contact times and water/rock ratio (Test A, B and C). The solutions obtained by Kinetic Methods were quantified by Mass Spectrometry with Inductively Coupled Plasma (Ca, Mg, Na, K, Fe, Ba, Cu, Pb and Zn), multiparameter equipment (CE, Salt, STD ORP and pH) UV/VIS Molecular Absorption spectrophotometry (sulfide, sulfate, nitrate and fluoride) and titrimetric methods (alkalinity and chlorides), with the purpose of knowing the possible drainage generated. The application of the QualiGraf and Phreeqc programs allows to get the classifications of the leachates (regarding total solids content and Piper Diagram), specifications and the saturation indexes of minerals. The results of the Closed Reactors were compared to the chemical data of tubular wells available in the literature, using descriptive and multivariate statistical tools. Test A allowed reproducing the conditions of the Salitre aquifer for pH, ORP and F-. Assay B provided concordant results for STD, CE, ORP, Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, F- and Ba2+ and Test C showed better results for Na+ and HCO3-. The results obtained allowed: (i) to confirm that the presence of sulfate represses the solubilities of barite, sphalerite and galena; (ii) to identify the potential pollutant ions of the carbonate rocks (Ca2+, Mg2+, Ba2+, Pb2+, SO42- and F-); (iii) infer about the alkaline characteristics of the drainage generated; (iv) to estimate the physical-chemical and chemical parameters (STD, CE, ORP, Ca2+, Mg2+, K+, SO42-, F-, Ba2+, Zn2+ and Pb2+) of the Salitre karst aquifer and (v) Closed Reactors, such as the hydrogeochemical model that best estimated the characteristics of the aquifer surveyed. Keywords: Water/rock interaction, Geogenic contamination, Leaching Columns, Closed Reactors.