Avaliação da concentração de radionuclídeos de origem natural (norm) e elementos de terras raras presentes na lama vermelha, proveniente dos Estados do Pará e de São Paulo, Brasil

Abstract

A mineração é uma atividade que gera receitas para alavancar a economia de um país, mas também gera resíduos. Os resíduos são considerados uma ameaça para o meio ambiente, mas podem ser reaproveitados. A lama vermelha, resíduo gerado no beneficiamento da bauxita, é rica em ferro, alumínio, silício e tem potencial como fonte secundária de terras raras. Porém, há pouca informação sobre a presença de terras raras e radionuclideos naturais nesse resíduo gerado no Brasil. Sendo assim esse trabalho teve como objetivo avaliar a concentração de radionuclídeos de origem natural (NORM) e terras raras em amostras de lama vermelha geradas nos Estados de São Paulo e do Pará. Para a avaliação dos NORMs da lama vermelha foi utilizado a técnica de Espectrometria gama e para a quantificação das terras raras, as amostras de lama vermelha foram analisadas no ICP-AES (do inglês: Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectrometry) e ICP-MS (do inglês: Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry). A avaliação dos radionuclídeos naturais (NORM) presente nas lamas vermelhas brasileiras aqui estudadas mostram que a média da atividade específica do 238U, 232Th e 40K correspondem respectivamente a (5,70 ± 1,61) Bq/kg, (436,58 ± 12,02) Bq/kg e (52,15 ± 10,59) Bq/kg, para amostras de lama vermelha obtida no estado do Pará, e (2,72 ± 0,62) Bq/kg, (58,30 ± 6,10) Bq/kg e (47.98 ± 8.40) Bq/kg, para as amostras do estado de São Paulo. Comparativamente, as amostras de lama vermelha produzidas no Estado do Pará apresentam maior atividade para os elementos 238U e 232Th do que as amostras provenientes do Estado de São Paulo, porém ambas encontram-se abaixo dos limites recomendados pela Basic Safety Standard. A dose absorvida e a dose equivalente apresentaram valores respectivamente, 42,05 nGy/h e 51,57 μSv/ano para as amostras de São Paulo e de 242,55 nGy/h e 297,46 μSv/ano para as amostras do Pará. O índice de concentração da atividade gama das amostras de São Paulo e do Pará correspondem respectivamente aos valores de 0,31 e 1,81 mostrando que do ponto de vista de Proteção Radiológica, as amostras de lama vermelha apresentam baixos valores de dose de radiação gama e exposição humana. Quanto a presença de terras raras, através da técnica de ICP-MS, o ΣETR quantificado foi de 841,20 ppm e um ΣETR de 489,13 ppm para a técnica de ICP-AES. Com o diagrama de normalização, as amostras apresentaram um enriquecimento dos ETR em relação ao padrão de referência (condrito), e ambas as amostras apresentam um enriquecimento dos ETRL em relação aos ETRP. A razão LaN/LuN, mostra que há um enriquecimento do ETRL em relação aos ETRP, sendo que esse valor é cerca de 10 vezes maior para as amostras do estado de São Paulo em relação as amostras do estado do Pará. Portanto, pode-se concluir que o resíduo de lama vermelha gerado nesses dois estados brasileiros apresentam níveis de radioatividade abaixo dos limites recomendados e estão isentas de qualquer caracterização radiológica, podendo então ser utilizadas como matéria-prima para a obtenção de novos materiais. Conclui-se também que a lama vermelha brasileira é claramente um depósito de ETR e que pode ser reaproveitada se tiver a técnica de extração adequada.

Mining is an activity that generates income to boost a country's economy, but it also generates waste. Waste is considered a threat to the environment, but it can be reused. Red mud, a waste generated in bauxite processing, is rich in iron, aluminum and silicon and has potential as a secondary source of rare earths. However, there is little information about the presence of rare earths and natural radionuclides in this waste generated in Brazil. Therefore, this work aimed to evaluate the concentration of radionuclides of natural origin (NORM) and rare earths in red mud samples generated in the States of São Paulo and Pará. gamma and for the quantification of rare earths, the red mud samples were analyzed in ICP-AES (Inductively Coupled Plasma – Atomic Emission Spectrometry) and ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry). The evaluation of natural radionuclides (NORM) present in the Brazilian red muds studied here show that the mean specific activity of 238U, 232Th and 40K correspond respectively to (5.70 ± 1.61) Bq/kg, (436.58 ± 12 .02) Bq/kg and (52.15 ± 10.59) Bq/kg, for samples of red mud obtained in the state of Pará, and (2.72 ± 0.62) Bq/kg, (58.30 ± 6.10) Bq/kg and (47.98 ± 8.40) Bq/kg, for samples from the state of São Paulo. Comparatively, the red mud samples produced in the State of Pará have greater activity for the 238U and 232Th elements than the samples from the State of São Paulo, but both are below the limits recommended by the Basic Safety Standard. The absorbed dose and the equivalent dose presented values, respectively, 42.05 nGy/h and 51.57 μSv/year for samples from São Paulo and 242.55 nGy/h and 297.46 μSv/year for samples from Pará. gamma activity concentration index of the samples from São Paulo and Pará correspond respectively to the values of 0.31 and 1.81 showing that from the point of view of Radiological Protection, the red mud samples have low gamma and radiation dose values. human exposure. As for the presence of rare earths, through the ICP-MS technique, the ΣETR quantified was 841.20 ppm and a ΣETR of 489.13 ppm for the ICP-AES technique. With the normalization diagram, the samples presented an enrichment of the ETR in relation to the reference standard (chondrite), and both samples presented an enrichment of the ETRL in relation to the ETRP. The LaN/LuN ratio shows that there is an enrichment of the ETRL in relation to the ETRP, and this value is about 10 times higher for the samples from the state of São Paulo compared to the samples from the state of Pará. conclude that the red mud waste generated in these two Brazilian states have radioactivity levels below the recommended limits and are exempt from any radiological characterization and can then be used as raw material for obtaining new materials. It is also concluded that the Brazilian red mud is clearly an ETR deposit and that it can be reused if it has the proper extraction technique.

La minería es una actividad que genera ingresos para impulsar la economía de un país, pero también genera residuos. Los desechos se consideran una amenaza para el medio ambiente, pero pueden reutilizarse. El lodo rojo, un residuo generado en el procesamiento de la bauxita, es rico en hierro, aluminio y silicio y tiene potencial como fuente secundaria de tierras raras. Sin embargo, existe poca información sobre la presencia de tierras raras y radionucleidos naturales en estos residuos generados en Brasil. Por lo tanto, este trabajo tuvo como objetivo evaluar la concentración de radionucleidos de origen natural (NORM) y tierras raras en muestras de lodo rojo generadas en los estados de São Paulo y Pará. Gamma y para la cuantificación de tierras raras, las muestras de lodo rojo fueron analizadas en ICP-AES (Plasma de acoplamiento inductivo - Espectrometría de emisión atómica) e ICP-MS (Plasma de acoplamiento inductivo - Espectrometría de masas). La evaluación de los radionucleidos naturales (NORM) presentes en los lodos rojos brasileños aquí estudiados muestra que la actividad específica media de 238U, 232Th y 40K corresponden respectivamente a (5.70 ± 1.61) Bq / kg, (436.58 ± 12 .02) Bq / kg y (52.15 ± 10.59) Bq / kg, para muestras de lodo rojo obtenido en el estado de Pará, y (2.72 ± 0.62) Bq / kg, (58.30 ± 6.10) Bq / kg y (47.98 ± 8.40) Bq / kg, para muestras del estado de São Paulo. Comparativamente, las muestras de lodo rojo producidas en el Estado de Pará tienen mayor actividad para los elementos 238U y 232Th que las muestras del Estado de São Paulo, pero ambas están por debajo de los límites recomendados por la Norma Básica de Seguridad. La dosis absorbida y la dosis equivalente presentaron valores, respectivamente, 42,05 nGy / hy 51,57 μSv / año para muestras de São Paulo y 242,55 nGy / hy 297,46 μSv / año para muestras de Pará. Índice de concentración de actividad gamma de las muestras de São Paulo y Pará corresponden respectivamente a los valores de 0.31 y 1.81 mostrando que desde el punto de vista de Protección Radiológica, las muestras de lodo rojo tienen valores bajos de dosis de radiación y gamma. En cuanto a la presencia de tierras raras, mediante la técnica ICP-MS, la ETR cuantificada fue de 841,20 ppm y una ΣETR de 489,13 ppm para la técnica ICP-AES. Con el diagrama de normalización, las muestras presentaron un enriquecimiento de la ETR en relación al estándar de referencia (condrita), y ambas muestras presentaron un enriquecimiento de la ETRL en relación a la ETRP. La relación LaN / LuN muestra que hay un enriquecimiento de la ETRL en relación con la ETRP, y este valor es aproximadamente 10 veces mayor para las muestras del estado de São Paulo en comparación con las muestras del estado de Pará. Los residuos de lodo rojo generados en estos dos estados brasileños tienen niveles de radiactividad por debajo de los límites recomendados y están exentos de cualquier caracterización radiológica, pudiendo luego ser utilizados como materia prima para la obtención de nuevos materiales. También se concluye que el lodo rojo brasileño es claramente un depósito ETR y que se puede reutilizar si se cuenta con la técnica de extracción adecuada.