ABSTRACT
Zinc is a heavy metal that enters the environment as consequence of both natural and anthropogenic activities. The association of the soil geochemical fractions and adsorption kinetics were studied to evaluate the behavior of the Zn in a contaminated Utisol soil. The contaminated soil samples were collected at depth 0-20, 20-40, 40-60, and 60-80cm into the Manaus Industrial District (MID) region. The study was performed in soil fractions at 50µm being the samples submitted to sequential extraction, batch experiments, X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FT-IR). The adsorption kinetics was fitted according to Lagergren equation. The physical and chemical proprieties of soil showed that organic matter has low cation adsorption capacity and the existence of kaolinite poorly ordered, monoclinic and mixed with others mineral. The kinetics experiments performed indicated that the Zn is adsorbed by sorption process most probably with the formation of two bidentate surfaces. The Zn contents are above established by CETESB (reference value 60mg kg-1) being observed remarkable differences between exchangeable and residual fraction.
O zinco é um metal pesado que é introduzido no ambiente como consequências de atividades naturais e antrópicas. A associação das frações geoquímicas do solo e a cinética de adsorção foram estudadas para avaliar o comportamento do Zn em um Argissolo Vermelho-Amarelo. As amostras de solo contaminado foram coletadas nas profundidades de 0-20, 20-40, 40-60 e 60-80cm na região do Distrito Industrial de Manaus (MID). O estudo foi realizado nas frações do solo 50µm, sendo as amostras submetidas à extração sequencial, experimentos de adsorção, difração de raios X (DRX) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (IV-TF). A cinética de adsorção foi ajustada de acordo com a equação de Lagergren. As propriedades físicas e químicas do solo mostram que a matéria orgânica tem baixa capacidade de adsorção e a existência de caulinita pobremente ordenada, monoclina e misturada com outros minerais. Os experimentos de cinética indicaram que o Zn é adsorvido por um processo de sorção, muito provavelmente, parecido com a formação de superfícies bidentadas. A quantidade de Zn está acima do estabelecido pela CETESB (valor de referência de 60mg kg-1), sendo observada notável diferença entre as frações trocável e residual.
ABSTRACT
A new three-scale model to describe the coupling between pH-dependent flows and transient ion transport, including adsorption phenomena in kaolinite clays, is proposed. The kaolinite is characterized by three separate nano/micro and macroscopic length scales. The pore (micro)-scale is characterized by micro-pores saturated by an aqueous solution containing four monovalent ions and charged solid particles surrounded by thin electrical double layers. The movement of the ions is governed by the Nernst-Planck equations, and the influence of the double layers upon the flow is dictated by the Helmholtz-Smoluchowski slip boundary condition on the tangential velocity. In addition, an adsorption interface condition for the Na+ transportis postulated to capture its retention in the electrical double layer. Thetwo-scalenano/micro model including salt adsorption and slip boundary condition is homogenized to the Darcy scale and leads to the derivation of macroscopic governing equations. One of the notable features of the three-scale model is there construction of the constitutive law of effective partition coefficient that governs the sodium adsorption in the double layer. To illustrate the feasibility of the three-scale model in simulating soil decontamination by electrokinetics, the macroscopic model is discretized by the finite volume method and the desalination of a kaolinite sample by electrokinetics is simulated.
Neste artigo propomos um modelo em três escalas para descrever o acoplamento entre o fluxo eletroosmótico e o transporte de íons incluindo fenômenos de adsorção em uma caulinita. A argila é caracterizada por três escalas nano/micro e macroscópica. A escala microscópica é constituída por micro-poros saturados por uma solução aquosa contendo quatro íons monovalentes e partículas sólidas carregadas eletricamente circundadas por uma dupla camada elétrica fina. O movimento dos íons é governado pelas equações de Nernst-Planck e a influência da dupla camada sobre o fluxo aquoso é modelada por uma condição de contorno de deslizamento da componente tangencial do campo de velocidade (condição de Helmholtz-Smoluchowski). Além disso, uma condição de adsorção na interface fluido-sólido para os íons Na+ é postulada capturando a retenção do sódio na dupla camada elétrica. O modelo em duas escalas nano/micro incluindo a adsorção do sal e a condição de deslizamento da velocidade é homogeneizado levando a derivação das equações macroscópicas na escala de Darcy. Um dos aspectos inovadores do modelo em três escalas é a reconstrução da lei constitutiva para o coeficiente de partição que governa a adsorção do Na+ na dupla camada elétrica. Para ilustrar as potencialidades do modelo em três escalas na simulação da eletroremediação de solos argilosos, o modelo macroscópico é discretizado utilizando o método de volumes finitos no intuito de simular a dessalinização de uma amostra de caulinita por técnica de eletrocinética.
ABSTRACT
Kaolin at Campo Alegre Basin, Santa Catarina State, Brazil was formed from alteration of volcanic acid rocks. Halloysite clays dominate the clay fraction of the matrix of the kaolin body, whereas a poorly crystalline kaolinite is abundant in veins. Some primary blocky structures have high amounts of illite, in one mine, but in general, only low contents of illite-smectite, illite, chlorite-vermiculite, vermiculite and quartz were identified in the clay fraction of the samples. Toward the top of the mines, hematite and lepidocrocite appear in horizontal red and ochre colored levels and the amount of kaolinite increases compared to halloysite. The vertical zoning of alteration levels, the changes in mineralogy, the positive correlation between depth and Cation Exchange Capacity of the clays, the preservation of different types of rock textures in the kaolin bodies, the dominant tube morphology of the halloysite clays indicate a supergene genesis for the deposits. Criteria to distinguish between supergene and hypogene kaolin are discussed. Transmission Electron Microscopy of the cross sections of halloysite tubes showed polygonal forms that are ascribed to be transitional between kaolinite and halloysite. It is proposed that some of the kaolinite of these deposits be inherited from the dehydration of halloysite tubes.
O caolim da Bacia de Campo Alegre, Estado de Santa Catarina, Brasil, formou-se da alteração de rochas vulcânicas ácidas. A haloisita predomina na fração argila da matriz do corpo de caolim, enquanto a caolinita, de baixa cristalinidade, é abundante nos veios. Algumas estruturas em blocos, primários, têm altos teores de ilita em uma mina, mas no geral, somente foram identificadas, na fração argila das amostras, baixas quantidades de ilita-esmectita, ilita, clorita-vermiculita, vermiculita e quartzo. Em direção ao topo das minas aparecem hematita e lepidocrocita em níveis vermelhos e ocres e as quantidades de caolinita aumentam, se comparadas às de haloisita. O zoneamento vertical dos níveis de alteração, as mudanças mineralógicas, a correlação positiva entre profundidade e Capacidade de Troca de Cátions das argilas, a preservação de diferentes tipos de textura de rochas nos corpos de caolim e o predomínio da morfologia tubular da haloisita indicam uma origem supergênica para os depósitos. São discutidos critérios para distinguir entre caolins supergênicos e hipogênicos. A Microscopia Eletrônica de Transmissão das secções transversais dos tubos de haloisita mostrou formas poligonais que são atribuídas a transições entre caolinita e haloisita. Propõe-se que algumas das caolinitas destes depósitos sejam herdadas da desidratação de tubos de haloisita.
ABSTRACT
The present work, basically of the fraction clay characterization, mainly of the kaolinite and its exchange with some metallic cation (Na+, K+ e Fe3+), in Amazon soil. The samples of Latosoil Yellow were collected from a pedon located in the vivinity of the Presidente Figueiredo city. State of Amazon, Brazil. The particles were fractionated on the basis of particle size, and sand, silt in clay fractions were obtained. The samples of the clay fraction were treated with H2O2/HC1 to eliminate the organic matter and oxide of free iron and submitted the analyses using the following techniques: X-ray diffraction, infrared spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, atomic absorption spectroscopy, as well as, volumetric, gravimetric and flame photometric analyses. The obtained results showed that the clay fraction presents to the following constitution: gibsite, goethite, quartz, organic material and kaolinite. Being the kaolinite the final member of the series, with little distribuition of negative. For this study, it was possible to also propose that the fraction treated clay possesses capacity of retention of 2.21% of adsortion water, in the case of cations monovalence: 1.3 and 2.7 meq/100g of sample, for K+ and Na+, respectively. However, that fraction retains about 21.7 meq/100g of sample for the Fe3+. That value elevated for the retention of Fe3+ is probably attributed to the several species hydrolyzed of Fe3+ in that caused the reduction in the pH value for 2,2 and it can also facilitate, the substituition of Fe3+ for Al3+, by in the octahedral site.
O presente trabalho descreve, basicamente a caracterização dos constituintes da fração argila, principalmente da caulinita e sua permutabilidade com alguns cátions metálicos, em solo Amazônico. Para tanto, amostras de Latossolo Amarelo foram coletadas em um perfil de estrada da Usina Hidrelétrica Balbina, Km 12, próximo ao município de Presidente Figueiredo (AM). Estas foram secadas ao ar (TFSA), desagregadas e separadas granulometricamente nas frações areia, silte e argila. As amostras da fração argila foram tratadas com H2O2/HC1 para eliminar a matéria orgânica e óxido de ferro. As amostras da fração argila sem tratamento e tratada foram caracterizadas por difração de raios X de pó e espectroscopia no infravermelho. Os constituintes químicos da fração argila tratada foram determinados por espectrometria de absorção atômica, volumetria e gravimetria. Os resultados obtidos mostraram que as amostras da fração argila sem tratamento apresentaram a seguinte constituição: gibsita goethita, quartzo, matéria orgânica e caulinita. A fração argila tratada apresentou basicamente quartzo c caulinita, sendo a caulinita membro final da série caulinítica, com pouca distribuição de cargas negativas. Nas amostras tratadas foram efetuados também experimentos de permutabilidade com Na+, K+ e Fe3+ e os teores determinados por espectrofotometria na região do ultravioleta-visível e fotometria de chama. Os resultados mostram que a fração argila tratada possui capacidade de retenção de 2,21% de água de absorção, no caso de cátions monovalentes: 1,3 e 2,7 meq/100 g de amostra, para o K+ e Na+, respectivamente. No entanto, essa fração retêm cerca de 21,7 meq/100 g de amostra para o Fe3+. Esse valor elevado para a retenção de Fe3+ é provavelmente atribuído ao fenômeno de permutabilidade entre o Fe3+ e a caulinita acompanhado dc redução no valor de pH para 2,2, seguida de substituição de Fe3+ por Al3+, no sítio octaédrico, revelada pela espectroscopia no infravermelho.