GERAÇÃO DE DRENAGEM ÁCIDA E DE CONTAMINAÇÃO POR METAIS PESADOS EM PERFIS DE SOLOS CONSTRUÍDOS EM ÁREA DE MINERAÇÃO DE CARVÃO

English. ABSTRACT Soils rebuilt after coal strip mining is composed of topsoil and, or, overburden, and their chemical properties differ from those of natural soils mainly due to the sulfurization process. The objective of this study was to evaluate the potential for acidification from sulfides and heavy metal contamination across profiles of soils rebuilt after coal mining, in areas of different ages, with and without concomitant environmental reclamation during mine operations. Mining areas of different ages were selected: areas I and II, without environmental reclamation during extraction and composed only from overburden, representing the oldest areas; and areas IV and VII, containing topsoil and, in some profiles, a clay layer (B and BC horizons from the natural soil) between the topsoil and the overburden, constituting the younger rebuilt mine soils. Soil pits were opened and disturbed samples were collected up to a depth of 2 m. Determinations were made of soil particle size, particle density, pH, Ca, Mg, Al, K, Na, P, H+Al, acidity potential, neutralization potential, net potential, organic C content, and electrical conductivity in saturated paste. In addition, potentially bioavailable metals were extracted by the USEPA 3050B method (Fe, Al, Mn, Ba, Cu, Zn, C, Cr, Co, Cd, Pb, Mo, As, and Se), and the results were compared to the guideline values of prevention and investigation for soils. In univariate analysis, descriptive statistics and the Kolmogorov-Smirnov test were applied. The degree of dispersion of each variable, expressed by the coefficient of variation, was qualitatively evaluated and classified as low, moderate, or high. Multivariate principal component analysis (PCA) was carried out for the constructed mine soils of areas I and II, and IV and VII, and then biplots were applied to the first principal components. The rebuilt mine soils from the oldest areas (I and II) showed lower pH (<3.2) and higher acidification potential. The topsoil and clay layers in areas IV and VII, in spite of providing favorable chemical conditions for surface vegetation, did not prevent acid mine drainage from developing in the subsurface. The sulfurization process and its relationship to release of metals was best characterized by principal component analysis performed in soils from areas IV and VII because the correlation between pH and base saturation in overburden layers is only expressed in base saturation above 40 %, which was not observed in rebuilt mine soils from areas I and II.

Portuguese. RESUMO Os solos construídos após a extração de carvão a céu aberto são compostos do solo superficial e, ou, do estéril de mineração. As propriedades químicas desses solos diferem das propriedades dos solos naturais, principalmente em razão do processo de sulfurização. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de acidificação da pirita e de contaminação com metais pesados ao longo de perfis de solos construídos após mineração de carvão, em áreas de diferentes idades, com e sem recuperação ambiental concomitante com a lavra. Foram selecionadas áreas mineradas denominadas de I e II, sem recuperação ambiental durante a lavra e compostas somente pelo estéril de mineração, representando as áreas mais antigas, e IV e VII, contendo topsoil e em alguns locais na camada de argila, constituindo as áreas mais jovens deste estudo. Foram coletadas amostras deformadas até 2 m de profundidade. Analisaram-se granulometria, densidade de partículas, pH em água, Ca, Mg, Al, K, Na, P, H+Al, potencial de acidificação, potencial de neutralização, potencial líquido, teor de C orgânico e condutividade elétrica no extrato da pasta saturada. Também foram extraídos os metais potencialmente biodisponíveis pela metodologia USEPA 3050B, cujos resultados foram comparados com os valores orientadores de prevenção e investigação para solos. Na análise univariada, foi aplicada a estatística descritiva e o teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov. O grau de dispersão de cada variável foi avaliado qualitativamente e classificado como: baixo, moderado ou alto. A análise multivariada de componentes principais foi realizada para os solos construídos das áreas I, II, IV e VII; posteriormente, foram construídos biplots dos primeiros componentes principais. Os solos construídos das áreas mais antigas evidenciaram menores pHs e significativo potencial de acidificação. As camadas superficiais detopsoil, dos solos das áreas IV e VII, apesar de proporcionar condições químicas favoráveis ao estabelecimento de culturas agrícolas, não evitaram a formação de drenagem ácida em profundidade. O processo de sulfurização e sua relação com a liberação de metais foi melhor caracterizado pela análise de componentes principais realizada nas áreas IV e VII, em razão da correlação entre pH e saturação por bases nos estéreis só se expressar em saturações por bases acima de 40 %, não observada nos materiais dos estéreis das áreas I e II.