Preliminary evaluation of acid mine drainage in Minas Gerais state, Brazil

Abstract

Mining in the State of Minas Gerais-Brazil is one of the activities with the strongest impact on the environment, in spite of its economical importance. Amongst mining activities, acid drainage poses a serious environmental problem due to its widespread practice in gold-extracting areas. It originates from metal-sulfide oxidation, which causes water acidification, increasing the risk of toxic element mobilization and water resource pollution. This research aimed to evaluate the acid drainage problem in Minas Gerais State. The study began with a bibliographic survey at FEAM (Environment Foundation of Minas Gerais State) to identify mining sites where sulfides occur. Substrate samples were collected from these sites to determine AP (acidity potential) and NP (neutralization potential). The AP was evaluated by the procedure of the total sulfide content and by oxygen peroxide oxidation, followed by acidity titration. The NP was evaluated by the calcium carbonate equivalent. Petrographic thin sections were also mounted and described with a special view to sulfides and carbonates. Based on the chemical analysis, the acid-base accounting (ABA) was determined by the difference of AP and NP, and the acid drainage potential obtained by the ABA value and the total volume of material at each site. Results allowed the identification of substrates with potential to generate acid drainage in Minas Gerais state. Altogether these activities represent a potential to produce between 3.1 to 10.4 billions of m^3 of water at pH 2 or 31.4 to 103.7 billions of m^3 of water at pH 3. This, in turn, would imply in costs of US$ 7.8 to 25.9 millions to neutralize the acidity with commercial limestone. These figures are probably underestimated because some mines were not surveyed, whereas, in other cases, surface samples may not represent reality. A more reliable state-wide evaluation of the acid drainage potential would require further studies, including a larger number of samples. Such investigations should consider other mining operations beyond the scope of this study as well as the kinetics of the acid generation by simulated weathering procedures.

A despeito da importância econômica de atividades mineralógicas para o estado de Minas Gerais, perceber-se que elas causam significativo impacto ao ambiente. Drenagem ácida é um dos aspectos ambientais considerados pela atividade em função de seus impactos. Ela tem origem a partir da oxidação de sulfetos metálicos que acidificam as águas, com possibilidade de mobilizar elementos tóxicos e poluir os recursos hídricos. Este trabalho teve como objetivo realizar uma avaliação preliminar do problema em Minas Gerais. O trabalho teve início a partir de um levantamento bibliográfico junto a Fundação Estadual de Meio Ambiente (FEAM) para identificar minerações cujo minério está associado a sulfetos. Amostras dos substratos foram retiradas para determinar o potencial de acidez (AP) e de neutralização (NP). AP foi avaliado por dois procedimentos: pelo teor total de sulfetos e pela oxidação com peróxido seguida da titulação ácida. O NP foi avaliado pelo teor equivalente de carbonato de cálcio. Lâminas petrográficas foram preparadas para a descrição mineralógica com ênfase em sulfetos e carbonatos. O balanço ácido-base (ABA) foi determinado pela diferença entre AP e NP, enquanto o potencial de geração de águas ácidas foi obtido pelo valor de ABA e o volume total de material de cada atividade minerária. Os resultados permitiram identificar quatro substratos com potencial para gerar drenagem ácida no estado de Minas Gerais. Juntas, estes materiais representam um potencial de geração de cerca 3,14 a 10,37 bilhões de metros cúbicos de água a pH 2,0 ou 31,4 a 103,7 bilhões de metros cúbicos de água a pH 3,0. Estes valores significam custos entre US$ 7,8 e 25,9 milhões para neutralizar a acidez com o uso de calcário. Estas estimativas são provavelmente subavaliadas, uma vez que algumas minerações não foram incluídas no levantamento e, para outras, as amostras superficiais podem não representar a realidade. Uma avaliação mais rígida do potencial de drenagem ácida em nível estadual requer estudos futuros. Estes estudos precisariam incluir um número maior de amostras e mineradoras não incluídas neste trabalho. Eles poderiam considerar, ainda, a cinética de geração de acidez por meio de procedimentos de intemperismo simulado.