Estudo da modificação química da rocha serpentinito para aplicações agrícolas e revegetação

Abstract

Neste trabalho serão apresentados os resultados do estudo da caracterização da rocha serpentinito in natura e após ataque com ácido sulfúrico e ácido fosfórico, com o objetivo de disponibilizar os nutrientes presentes na rocha de forma mais rápida e incorporar o fósforo no material. Após os ataques ácidos, foram avaliados a aplicação do material sulfatado em casa de vegetação como fertilizante e para uso em revegetação de áreas degradadas por mineradoras. A dissertação está dividida em quatro partes, resumidas a seguir. A primeira parte aborda uma introdução geral sobre a rocha serpentinito e suas aplicações e os objetivos gerais e específicos. Os resultados obtidos nesse trabalho foram divididos em capítulos. O capítulo II trata das caracterizações da rocha in natura por meio de FRX, DRX, MEV. Relata ainda os resultados obtidos após a rocha ter sido atacada com ácido sulfúrico e ácido fosfórico em diferentes concentrações e condições. O primeiro ataque ácido estudado na rocha serpentinito, foi feito usando solução de ácido sulfúrico em diferentes concentrações (5, 25, 50, 75 e 100%) sob agitação magnética por uma hora. Por meio da DRX foi possível observar que nos ataques usando soluções mais concentradas a modificação estrutural da rocha foi mais evidente. Por FRX notou-se que os teores de magnésio e silício diminuíram após a reação com o ácido sulfúrico, o que foi verificado pela AA, mostrando a lixiviação do magnésio para a fase aquosa. Em uma segunda condição, o serpentinito foi atacado por ácido sulfúrico, sendo que diferentes teores de óxido de magnésio (15, 25, 50 e 100%) presentes na rocha fossem atacados pelo ácido por 24 horas. Os resultados obtidos durante este trabalho mostraram que a rocha serpentinito apresenta modificações estruturais quando submetida a ataques ácidos, sendo mais evidente quando o ataque é feito usando ácido sulfúrico. Através da DRX observou-se que os picos correspondentes as principais fases presentes no serpentinito (antigorita, crisotila e lizardita) diminuem a medida que ocorre o aumento na concentração do ácido sulfúrico utilizado. Através da AA observou- se quais os teores dos elementos presentes na rocha foram lixiviados para a fase aquosa, sendo que os ataques com maiores teores de ácido sulfúrico mostraram maiores teores de elementos lixiviados da amostra. Já a FRX mostrou os teores dos elementos que compõe a rocha permaneceram na estrutura após o ataque, sendo mais expressivo a diminuição desses teores nos ataques sulfúricos mais concentrados. A última condição proposta foi atacar a rocha com ácido fosfórico. Em um primeiro momento o serpentinito foi atacado com uma mistura de ácido sulfúrico e fosfórico em diferentes proporções por 48 horas de modo que todo o óxido de magnésio reagisse. Os resultados mostraram que nas misturas onde o ácido sulfúrico estava presente em maior proporção, a modificação estrutural da rocha e os teores de elementos lixiviados foi maior, mostrando que o responsável por provocar maiores modificações no serpentinito é o ácido sulfúrico. Para avaliar a incorporação do fósforo na estrutura do serpentinito, a rocha foi atacada somente com o ácido fosfórico reagindo com 100% do MgO presente na rocha em diferentes temperaturas (40, 60, 80 e 100 oC). Verificou-se que ocorreu uma maior incorporação de fósforo nas amostras que foram submetidas a uma maior temperatura de reação. Em relação a modificação estrutural do serpentinito, não foi verificado mudanças tão evidentes e extremas quando comparadas com os outros ataques ácidos estudados na rocha. O Capítulo III traz os resultados obtidos através da aplicação do serpentinito modificado como fertilizante em casa de vegetação na plantação de milho, no qual avaliou-se a eficiência em disponibilizar para as plantas os nutrientes necessários para o seu desenvolvimento. Os resultados foram avaliados por meio de análises morfofisiológicas das plantas, como comprimento da parte área, massa seca e massa fresca da planta, teor de magnésio absorvido pelas plantas por meio de Absorção Atômica e teor de nutrientes retidos no solo através de titulação. O serpentinito modificado aplicado ao solo conseguiu de forma significativa incorporar o magnésio nas plantas e ao solo. Por meio das avaliações morfofisiológicas foi possível observar que o crescimento das plantas submetidas ao tratamento com serpentinito se mostraram superiores as plantas que não foram tratadas com serpentinito. O capítulo IV descreve os resultados alcançados aplicando a fase aquosa obtida da sulfatação do serpentinito na avaliação do crescimento da gramínea Paspalum densum, usando solução nutritiva de Hogland. O objetivo foi verificar se o magnésio disponível na fase aquosa seria capaz de substituir o sulfato de magnésio, fonte convencional desse nutriente na solução nutritiva. Avaliou-se o comportamento morfofisiológico das plantas, bem como a absorção de magnésio por parte da gramínea. O serpentinito se mostrou eficiente, sendo capaz de suprir o magnésio da gramínea. As avaliações morfofisiológicas e de absorção de nutrientes mostraram que não houve diferença significativa entre as fontes de magnésio aplicadas (sulfato de magnésio e serpentinito). As diferenças significativas foram observadas quando diferentes doses de magnésio estavam presentes na solução nutritiva de Hoagland. Através dos experimentos realizados durante este trabalho é possível observar que o serpentinito sofre alterações estruturais ao ser atacado com ácido se mostrando eficiente como fonte de magnésio como provável aplicação na agricultura e na recuperação de áreas degradadas por atividades de mineração através da revegetação.

This work will present the results of the study of the characterization of serpentinite rock in natura and after attack with sulfuric acid and phosphoric acid, with the purpose of making available the nutrients present in the rock faster and incorporating the phosphorus in the material. After the acid attacks, the application of the sulfated material in greenhouse as fertilizer and for use in revegetation of areas degraded by miners were evaluated. The dissertation is divided into four parts, summarized below. The first part addresses a general introduction on serpentinite rock and its applications and general and specific objectives. The results obtained in this work were divided into chapters. The second chapter deals with characterizations of rock in natura by means of FRX, DRX, MEV. It also reports the results obtained after the rock was attacked with sulfuric acid and phosphoric acid in different concentrations and conditions. The first acid attack studied on serpentinite rock was made using sulfuric acid solution at different concentrations (5, 25, 50, 75 and 100%) under magnetic stirring for one hour. By means of the DRX it was possible to observe that in the attacks using more concentrated solutions the structural modification of the rock was more evident. By FRX it was observed that magnesium and silicon contents decreased after the reaction with sulfuric acid, which was verified by AA, showing the leaching of magnesium to the aqueous phase. In a second condition, the serpentinite was attacked by sulfuric acid. Different amounts of magnesium oxide (15, 25, 50 and 100%) present in the rock were attacked by the acid for 24 hours. The results obtained during this work showed that the serpentinite rock presents structural modifications when submitted to acid attacks, being more evident when the attack is done using sulfuric acid. Through the XRD it was observed that the peaks corresponding to the main phases present in the serpentinite (antigorite, chrysotile and lizardite) decrease as the concentration of the sulfuric acid used increases. Through the AA, it was observed that the contents of the elements present in the rock were leached to the aqueous phase, and the attacks with higher levels of sulfuric acid showed higher levels of leached elements of the sample. However, the FRX showed the contents of the elements that make up the rock remained in the structure after the attack, being more expressive the decrease of these contents in the more concentrated sulfuric attacks. The last condition was to attack the rock with phosphoric acid. At first the serpentinite was attacked with a mixture of sulfuric and phosphoric acid in different proportions for 48 hours so that all the magnesium oxide reacted. The results showed that in the mixtures where the sulfuric acid was present in a larger proportion, the structural modification of the rock and the contents of the leached elements was higher, showing that the major cause of the serpentinite is sulfuric acid. To evaluate the incorporation of phosphorus in the serpentinite structure, the rock was attacked only with phosphoric acid reacting with 100% of the MgO present in the rock at different temperatures (40, 60, 80 and 100 oC). It was verified that a greater incorporation of phosphorus occurred in the samples that were submitted to a higher reaction temperature. In relation to the structural modification of the serpentinite, it was not verified as evident and extreme changes when compared with the other acid attacks studied in the rock. Chapter III presents the results obtained through the application of the modified serpentinite as a greenhouse fertilizer in the corn plantation, in which the efficiency of providing the necessary nutrients for the development of the plants was evaluated. The results were evaluated by means of morphophysiological analyzes of the plants, such as length of area, dry mass and fresh mass of the plant, magnesium content absorbed by plants by Atomic Absorption and nutrient content retained in the soil by titration. The modified serpentinite applied to the soil was able to incorporate magnesium in plants and soil. By means of the morphophysiological evaluations it was possible to observe that the growth of the plants submitted to the serpentinite treatment were superior to the plants that were not treated with serpentinite. The chapter IV describes the results achieved by applying the aqueous phase obtained from the serpentinite sulphation in the evaluation of the growth of the grass Paspalum densum using nutrient solution from Hogland. The objective was to verify if the magnesium available in the aqueous phase would be able to replace magnesium sulphate, the conventional source of this nutrient in the nutrient solution. The morphophysiological behavior of plants and the absorption of magnesium by the grass were evaluated. The serpentinito was efficient, being able to supply the magnesium of the grass. The morphophysiological and nutrient absorption evaluations showed that there was no significant difference between the sources of magnesium applied (magnesium sulphate and serpentinite). Significant differences were observed when different doses of magnesium were present in Hoagland's nutrient solution. Through the experiments carried out during this work it is possible to observe that the serpentinite undergoes structural alterations when being attacked with acid if it is efficient as a source of magnesium as a probable application in agriculture and in the recovery of degraded areas by mining activities through revegetation.