Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-04-30T17:29:44Z No. of bitstreams: 1 2014_FredNewtondaSilvaSouza.pdf: 2731876 bytes, checksum: 89453079a65edac74523e4f260b10e8a (MD5) / Approved for entry into archive by Ruthléa Nascimento(ruthleanascimento@bce.unb.br) on 2015-04-30T19:17:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_FredNewtondaSilvaSouza.pdf: 2731876 bytes, checksum: 89453079a65edac74523e4f260b10e8a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-30T19:17:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_FredNewtondaSilvaSouza.pdf: 2731876 bytes, checksum: 89453079a65edac74523e4f260b10e8a (MD5) / Para uma sociedade cada vez mais consciente do grau das perturbações sistêmicas acarretadas ao meio físico decorrentes da crescente extração de recursos naturais, compreender os processos de intemperização e alteração dos minerais, e eventualmente afetar esses processos, torna-se relevante para a remineralização de solos agrícolas através da prática da rochagem. A agrogeologia, campo de estudos que envolve a interface entre as Geociências e as Ciências Agrárias, busca entender os processos de intemperismo na formação dos solos, e identificar possibilidades de aumentar as taxas de liberação de nutrientes minerais. Em regiões tropicais, onde o principal fator limitante do potencial agrícola é a baixa fertilidade natural dos solos, cujos fatores adversos são a alta acidez associada à toxidez por Al, e as baixas reservas de potássio- K, os agrominerais adquirem expressivo significado à viabilização da agricultura. No Brasil, esta situação preocupa uma vez que a exportação via colheitas são maiores do que a adição via fertilizantes, causando a exaustão de nutrientes e a degradação do solo, além do fato de mais de 60% do consumo de fertilizantes ser oriundo de importações. Assim, frente ao desafio da agricultura brasileira em melhorar a eficiência de uso dos fertilizantes e corretivos, qualquer estratégia possível implica necessariamente na adoção de técnicas produtivas baseadas em conhecimentos sobre as características e propriedades dos solos capazes de influenciar a disponibilidade e a absorção de nutrientes pelas plantas. Neste sentido, muitos estudos têm sido voltados à avaliação do potencial de uso de rochas silicáticas no suprimento de nutrientes em cultivos agrícolas. Os resultados das pesquisas indicam que a eficiência agronômica desses materiais depende da origem da rocha, da sua mineralogia e composição química, bem como de outros fatores associados a características do solo, do tempo de incubação do composto mineral, do tratamento prévio aplicado, e também, das espécies cultivadas. Todavia, as investigações sobre o potencial agrícola de minerais e rochas como fontes alternativas de nutrientes têm sido orientadas pela noção de fertilidade dominante nas ciências agrárias, restringindo-se à avaliação das alterações nos atributos químicos dos solos, ou aos efeitos na produção de plantas cultivadas. Como as rochas são de composição complexa e relativamente pouco conhecidas, especialmente quanto ao seu comportamento nos solos, além da adequada caracterização da composição das rochas selecionadas, e da avaliação da biodisponibilização dos elementos constituintes, tornase importante compreender como os fatores e efeitos conjugados decorrentes da interação rocha-solo-planta-clima influenciam a resposta das plantas cultivadas. O presente estudo avalia as possibilidades e limitações da prática da rochagem a partir dos resíduos minerais do Garimpo de Monte Santo-TO, adotando uma abordagem que permite avaliar: as propriedades físico-químicas determinantes da estabilidade e do comportamento do agromineral no meio; o modelo de aporte de nutrientes em comparação com outros produtos; e a efetividade do agromineral em cultivos específicos. Para tanto, além da necessidade de caracterizar física, mineralógica e geoquimicamente o agromineral, a avaliação envolveu a realização de experimentos com diferentes graus complexidade, cujos objetivos específicos são: i) estimar a taxa de dissolução do agromineral, e identificar os efeitos de sobreposição dos atributos dos solos na dinâmica de liberação de nutrientes; ii) avaliar os efeitos do agromineral no suprimento de nutrientes para cultivos sucessivos; iii) avaliar a viabilidade técnica do uso do agromineral em substituição e complementação às fontes convencionais de nutrientes. O agromineral silicático é formado por rochas vulcânicas máficoultramáficas da Sequência Metavulcano-Sedimentar Rio do Coco, caracterizadas como biotita-ganaisse e anfibolito. Após moagem dos resíduos minerais em indústria de calcário, o agromineral silicático apresenta 73% das partículas com granulometria “fração areia” (0,06 a 2 mm), e área de superfície específica de 0,562 m2 g-1 (BET). A composição geoquímica de rocha total revela 7,9% de CaO, 9,8% de MgO, 2,2% de K2O, além de vários outros elementos de nutrição de plantas. Os teores dos elementos potencialmente tóxicos (EPT) são muito baixos, e não oferecem riscos de contaminação ou ambiental. O estudo de dissolução mineral em colunas de lixiviação revelou uma taxa de liberação do K entre 2,68 e 2,04 10-11 mol m-2s-1, e do Si entre 1,55 e 1,18 10-11 mol m-2s-1. A estabilidade das reações de dissolução foi atingida, com taxa (log R = - 10,6 mol m-2s-1) compatível às descritas na literatura sobre intemperismo dos silicatos. Os atributos e parâmetros dos solos potencializam a dissolução do agromineral em 2,5 a 3,8 vezes, principalmente, devido os efeitos do pH, do teor de matéria orgânica e da capacidade de troca dos solos. O estudo de avaliação dos efeitos do agromineral no suprimento de nutrientes para cultivos sucessivos em casa de vegetação demonstrou que a produção de matéria seca e a absorção de K pelas plantas apresenta correlação linear com o aumento da dose do agromineral. Os resultados revelam que o ponto de equivalência em relação à fonte convencional do nutriente (KCl) é obtido com a aplicação de 6 t ha-1 do agromineral. Os índices de eficiência do agromineral foram semelhantes ao registrado no tratamento referência com fonte solúvel de K, o que permite concluir que o agromineral constitui uma fonte eficiente no fornecimento de K para plantas cultivadas. Outros efeitos do agromineral foram observados sobre o pH do solo, e no aumento da eficiência dos fertilizantes convencionais. No estudo de avaliação da viabilidade técnica do uso do agromineral em substituição e complementação às fontes convencionais de nutrientes em três ciclos sucessivos de cultivo da cana-de açúcar, obtiveram-se efeitos positivos no suprimento de nutrientes e no balanço nutricional, bem como no desenvolvimento fisiológico e no rendimento produtivo da cultura. Os resultados confirmam que agromineral pode ser utilizado como fonte alternativa de nutriente, e que a dose de resposta ótima situa-se entre 120 e 140 kg ha-1 de K2O, obtida com a aplicação de 5,5 a 6,5 t ha-1 do agromineral, com produtividade média de 112 t ha-1 de colmos. Por fim, acrescenta-se que o agromineral avaliado compreende uma fonte alternativa eficiente de nutrientes, e uma estratégia viável para equacionar a demanda regional por fertilizantes. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / For a society increasingly aware of the degree of systemic disturbances brought about the physical environment posed by increased extraction of natural resources, understand the weathering processes and alteration minerals, and eventually affect these processes, it is relevant to the remineralization of agricultural soils through the practice of stonemeal. The agrogeologia, field studies involving the interface between Geosciences and Agricultural Sciences, seeks to understand the weathering processes in soil formation, and identify opportunities to increase the rates of release of nutrients. In tropical regions, where the main factor limiting agricultural potential is the low fertility of the soil, whose adverse factors are the high acidity associated with Al toxicity, and low reserves of potassium-K, the agrominerals acquire significant meaning to the viability of agriculture. In Brazil, this concern since the export via crops are larger than the addition via fertilizers, causing depletion of nutrients and soil degradation, besides the fact that over 60% of fertilizer consumption be from imports. Thus, given the challenge of Brazilian agriculture to improve the efficiency of use of fertilizers and any possible strategy necessarily implies the adoption of production techniques based on knowledge of the characteristics and soil properties can influence the availability and absorption of nutrients by plants. In this sense, many studies have addressed the evaluation of the potential use of silicate rocks in the supply of nutrients in crops. Research results indicate that the agronomic efficiency of these materials depends on the rock origin, their mineralogy and chemical composition, and other factors associated with soil characteristics, the incubation time of the mineral compound, the previous treatment applied, and also , the cultivated species. However, investigation of the agricultural potential of minerals and rocks as alternative sources of nutrients have been guided by the notion of dominant fertility in agricultural sciences, restricted to the evaluation of changes in chemical properties of the soil, or effects on production of cultivated plants . As the rocks are of complex composition and relatively little known, especially as to their behavior in the soil and the adequate characterization of the composition of selected rocks, and evaluating the bioavailability of the components, it is important to understand how factors and combined effects arising from the rock-soilplant- atmosphere interactions influence the response of cultivated plants. This study assesses the possibilities and limitations of the practice of stonemeal from mineral residues of panning of Monte Santo-TO, adopting an approach that evaluates: the determinants physicochemical properties of stability and agromineral behavior in the environment; nutrient intake model as compared to other products; and the effectiveness of agromineral in specific crops. Thus, besides the need to characterize physical, mineralogical and geochemical the agromineral, the evaluation involved performing experiments with varying degrees complexity, whose specific objectives are: i) to estimate the agromineral dissolution rate, and identify the overlap of soil attributes in the dynamics of nutrient release; ii) evaluate the effects of agromineral in the supply of nutrients to crop rotation; iii) evaluate the technical feasibility of using the agromineral to replace and complement to conventional sources of nutrients. The silicático agromineral consists of mafic-ultramafic volcanic rocks of sedimentary sequence metavolcano-Rio Coco, characterized as biotite-amphibolite and ganaisse. After grinding the mineral waste lime industry, silicático agromineral has 73% of particles with a particle size "sand fraction" (0.06 to 2 mm), and specific surface area of 0.562 m2 g-1 (BET). The geochemical composition of whole rock reveals 7.9% CaO, 9.8% MgO, 2.2% K2O, and various other plant nutrition elements. The levels of potentially toxic elements (PTEs) are very low, and offer no risk of contamination or environmental. The study on the dissolution of mineral leaching columns showed a release rate K between 2.68 and 2.04 10-11 mol m-2 s-1, and Si of 1.55 and 1.18 10-11 mol m-2 s-1. The stability of the dissolution reactions was achieved, with a rate (log R = -10.6 mol m-2 s-1) compatible with those described in the literature weathering of silicate. The attributes and soil parameters potentiate the dissolution of agromineral 2.5 of 3.8 times, mainly due the effects of pH, organic matter content and soil exchange capacity. The evaluation study of agromineral effects on the nutrient for successive crops in greenhouse showed that dry matter production and absorption of K by plants shows linear correlation with increasing agromineral dose. The results show that the equivalence point over conventional nutrient source (KCl) is obtained by applying 6 t ha-1 agromineral. The agromineral efficiency indices were similar to that recorded in the treatment with soluble source of reference K, which shows that the agromineral an efficient source provider of K for crops. Other agromineral effects were observed on the soil pH, and increasing the efficiency of conventional fertilizers. In the study evaluating the technical feasibility of using the agromineral to replace and complement the conventional sources of nutrients in three successive cycles of cultivation of cane sugar, yielded positive effects on the nutrient and nutrient balance, as well as physiological development and production yield of the culture. The results confirm that agromineral can be used as an alternative nutrient source, and that the optimal response dose is between 120 and 140 kg ha-1 K, obtained by applying 5.5 to 6.5 t ha-1 agromineral, with an average yield of 112 t ha-1 stalk. Finally, it is added that the assessed agromineral comprises an effective alternative source of nutrients, and a viable strategy to equate the regional demand for fertilizers.

A mina de carbonatito de Cajati contém mineralização de apatita, utilizada na fabricação de ácido fosfórico, que é aplicado a matéria-prima carbonática para obtenção de foscálcio, suplemento mineral em rações animais. Dentre as unidades litológicas em lavra destacam-se as Zonas de Xenólitos, formadas pela interação da rocha encaixante com o magma carbonatítico. São constituídas de fragmentos do jacupiranguito de dimensões métricas distribuídos de forma aparentemente errática na massa carbonatítica e zonas de reação centimétricas, compostas por minerais carbonáticos e silicáticos neoformados. Essas regiões apresentam apatita e constituem significativa parcela dos recursos minerais da jazida, porém devido à abundância de minerais silicáticos, essencialmente flogopita, diopsídio, forsterita e tremolita, seus teores de MgO e SiO2 são elevados e lhe conferem características distintas das unidades carbonatíticas, interferindo no processo de beneficiamento. Visando fornecer subsídios para o desenvolvimento de processos que otimizem o aproveitamento das Zonas de Xenólitos como minério de fosfato foram realizados ensaios de separação em escala de caracterização utilizando o Frantz de Barreiras (modelo LB-1). O procedimento objetivou o conhecimento do comportamento magnético dos silicatos em oposição ao da apatita e dos carbonatos; para o que foram coletadas amostras volumétricas em diferentes pontos da mina. Os silicatos, todos portadores de MgO, mostraram variações de cores e de composição química além de distribuição peculiar em cada litotipo componente das Zonas de Xenólitos. Diopsídio ocorreu principalmente no litotipo jacupiranguito, enquanto flogopita, forsterita e tremolita foram mais abundantes na zona de reação. Esses minerais ocorreram em intervalos de campo magnético bem definidos, concentrando-se principalmente entre 0,25 e 0,75 A (equivalentes a 2.800 e 8.800 Gauss, respectivamente), e distintos da fluorapatita e dos carbonatos, minerais predominantemente diamagnéticos. Para campo magnético da ordem de 13.800 Gauss obteve-se um produto com 95,2% do P2O5 total contido no intervalo granulométrico adotado para o ensaio e apenas 1,0% de SiO2 associado. Aplicando-se um campo magnético de menor intensidade (aproximadametne 5.700 Gauss) o conteúdo de P2O5 aumenta (97,4%) assim como o de SiO2 (11,1%). Assim mostrou-se viável a utilização de separação magnética como método complementar no beneficiamento de fluorapatita proveniente das Zonas de Xenólitos, desde que o campo magnético aplicado tenha um gradiente de campo adequado para melhor seletividade entre o mineral de minério e os silicatos. Os trabalhos de caracterização desenvolvidos também mostraram uma outra possibilidade de aproveitamento da unidade litológica, a partir da classificação granulométrica após a britagem secundária. Nessa etapa observou-se tendência à segregação dos litotipos, com geração de um material fino (abaixo de 12,7 mm) enriquecido em P2O5 (2,48 a 4,08%) que contém de 26,4 a 59,8% do P2O5 total da amostra. / The Cajati carbonatite mine produces apatite used for phosphoric acid manufacturing. This material is added to carbonatic raw material in order to obtain phoscalcium (foscálcio), used as mineral supply for animal feeding. Among the exploited lithological units there are the Xenolithic Zones, which are generated by assimilation process between the host rock and the carbonatitic magma. They are constituted by jacupiranguite blocks (metric sizes) of random distribution within the carbonatitic matrix and by the reaction zones (centimetric thickness), composed by neoformed carbonatic and silicate minerals. These regions show apatite mineralization and represent a significant part of the mineral resources of the deposit. However their abundance of silicate minerals, essentialy phlogopite, diopside, forsterite and tremolita, leads to high MgO e SiO2 contents, which implies in distinct characteristics from carbonatites, interfering on the concentration plant process. Intending to support the development of new processes seeking the utilization of the Xenolithic Zones as phosphate ore, a laboratory study of mineral separation was taken at the Barrier Frantz Magnetic Separator (model LB-1). Such procedure aims the characterization of magnetic behavior of silicates versus apatite and carbonates, using bulk samples collected in different parts of the mine. Silicates, all Mg-bearing, showed color and chemical composition variations with non-systematic distribution within each lithotipe comprising the Xenolithic Zones. Diopside occurred mainly in the jacupiranguite, while phlogopite, forsterite and tremolite were most abundant in the reaction zone. These minerals occurred in well defined magnetic field intervals, specially between 0,25 and 0,75 A (equivalent to 2.800 and 8.800 Gauss, respectively), and distinct from fluorapatite and carbonates, which are mainly diamagnetics. For magnetic field around 13.800 Gauss a product with 95,2% of total P2O5 content was obtained in the granulometric interval used for the separation procedures with 1,0% of SiO2 associated. Using a lower intensity magnetic field (around 5.700 Gauss) the P2O5 content rises (97,4%) as well as the SiO2 (11,1%). Thus the use of complementary magnetic separation procedures was proved to be a practicable method for beneficiation of fluorapatite from the Xenolithic Zones by applying a magnetic field with adequate field gradient for the selectivity of ore mineral and silicates. Another possibility for utilization of the lithological unit showed by the characterization studies was the grain-size classification after secondary crushing. In this stage a lithotipe segregation was observed and generation of fine material (below 12,7 mm) P2O5 enriched (2,48 to 4,08%), with 26,4 to 59,8% of total P2O5 content in the sample.

A mina de carbonatito de Cajati contém mineralização de apatita, utilizada na fabricação de ácido fosfórico, que é aplicado a matéria-prima carbonática para obtenção de foscálcio, suplemento mineral em rações animais. Dentre as unidades litológicas em lavra destacam-se as Zonas de Xenólitos, formadas pela interação da rocha encaixante com o magma carbonatítico. São constituídas de fragmentos do jacupiranguito de dimensões métricas distribuídos de forma aparentemente errática na massa carbonatítica e zonas de reação centimétricas, compostas por minerais carbonáticos e silicáticos neoformados. Essas regiões apresentam apatita e constituem significativa parcela dos recursos minerais da jazida, porém devido à abundância de minerais silicáticos, essencialmente flogopita, diopsídio, forsterita e tremolita, seus teores de MgO e SiO2 são elevados e lhe conferem características distintas das unidades carbonatíticas, interferindo no processo de beneficiamento. Visando fornecer subsídios para o desenvolvimento de processos que otimizem o aproveitamento das Zonas de Xenólitos como minério de fosfato foram realizados ensaios de separação em escala de caracterização utilizando o Frantz de Barreiras (modelo LB-1). O procedimento objetivou o conhecimento do comportamento magnético dos silicatos em oposição ao da apatita e dos carbonatos; para o que foram coletadas amostras volumétricas em diferentes pontos da mina. Os silicatos, todos portadores de MgO, mostraram variações de cores e de composição química além de distribuição peculiar em cada litotipo componente das Zonas de Xenólitos. Diopsídio ocorreu principalmente no litotipo jacupiranguito, enquanto flogopita, forsterita e tremolita foram mais abundantes na zona de reação. Esses minerais ocorreram em intervalos de campo magnético bem definidos, concentrando-se principalmente entre 0,25 e 0,75 A (equivalentes a 2.800 e 8.800 Gauss, respectivamente), e distintos da fluorapatita e dos carbonatos, minerais predominantemente diamagnéticos. Para campo magnético da ordem de 13.800 Gauss obteve-se um produto com 95,2% do P2O5 total contido no intervalo granulométrico adotado para o ensaio e apenas 1,0% de SiO2 associado. Aplicando-se um campo magnético de menor intensidade (aproximadametne 5.700 Gauss) o conteúdo de P2O5 aumenta (97,4%) assim como o de SiO2 (11,1%). Assim mostrou-se viável a utilização de separação magnética como método complementar no beneficiamento de fluorapatita proveniente das Zonas de Xenólitos, desde que o campo magnético aplicado tenha um gradiente de campo adequado para melhor seletividade entre o mineral de minério e os silicatos. Os trabalhos de caracterização desenvolvidos também mostraram uma outra possibilidade de aproveitamento da unidade litológica, a partir da classificação granulométrica após a britagem secundária. Nessa etapa observou-se tendência à segregação dos litotipos, com geração de um material fino (abaixo de 12,7 mm) enriquecido em P2O5 (2,48 a 4,08%) que contém de 26,4 a 59,8% do P2O5 total da amostra. / The Cajati carbonatite mine produces apatite used for phosphoric acid manufacturing. This material is added to carbonatic raw material in order to obtain phoscalcium (foscálcio), used as mineral supply for animal feeding. Among the exploited lithological units there are the Xenolithic Zones, which are generated by assimilation process between the host rock and the carbonatitic magma. They are constituted by jacupiranguite blocks (metric sizes) of random distribution within the carbonatitic matrix and by the reaction zones (centimetric thickness), composed by neoformed carbonatic and silicate minerals. These regions show apatite mineralization and represent a significant part of the mineral resources of the deposit. However their abundance of silicate minerals, essentialy phlogopite, diopside, forsterite and tremolita, leads to high MgO e SiO2 contents, which implies in distinct characteristics from carbonatites, interfering on the concentration plant process. Intending to support the development of new processes seeking the utilization of the Xenolithic Zones as phosphate ore, a laboratory study of mineral separation was taken at the Barrier Frantz Magnetic Separator (model LB-1). Such procedure aims the characterization of magnetic behavior of silicates versus apatite and carbonates, using bulk samples collected in different parts of the mine. Silicates, all Mg-bearing, showed color and chemical composition variations with non-systematic distribution within each lithotipe comprising the Xenolithic Zones. Diopside occurred mainly in the jacupiranguite, while phlogopite, forsterite and tremolite were most abundant in the reaction zone. These minerals occurred in well defined magnetic field intervals, specially between 0,25 and 0,75 A (equivalent to 2.800 and 8.800 Gauss, respectively), and distinct from fluorapatite and carbonates, which are mainly diamagnetics. For magnetic field around 13.800 Gauss a product with 95,2% of total P2O5 content was obtained in the granulometric interval used for the separation procedures with 1,0% of SiO2 associated. Using a lower intensity magnetic field (around 5.700 Gauss) the P2O5 content rises (97,4%) as well as the SiO2 (11,1%). Thus the use of complementary magnetic separation procedures was proved to be a practicable method for beneficiation of fluorapatite from the Xenolithic Zones by applying a magnetic field with adequate field gradient for the selectivity of ore mineral and silicates. Another possibility for utilization of the lithological unit showed by the characterization studies was the grain-size classification after secondary crushing. In this stage a lithotipe segregation was observed and generation of fine material (below 12,7 mm) P2O5 enriched (2,48 to 4,08%), with 26,4 to 59,8% of total P2O5 content in the sample.