Pó de basalto e solos: Caracterização tecnológica e modificações mútuas.

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA LUIZ DE QUEIROZ DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DO SOLO PROJETO DE PESQUISA Pó de basalto e solos: Caracterização tecnológica e modificações mútuas. Submetido ao edital 14/2010 Universal CNPq Prof. Dr. Antonio Carlos de Azevedo LSO/ESALQ/USP

2 II Identificação da Proposta: Pó de basalto e solos: caracterização tecnológica e modificações mútuas. II Qualificação do principal problema a ser abordado: Parte da fração sólida do solo é constituída por minerais herdados do material de origem do solo (minerais primários), que se acumulam preferencialmente nas frações de tamanho areia (2 a 0.05 mm) e silte (0.05 a mm). Os minerais primários menos estáveis se intemperizam liberando elementos químicos que entram em solução, sendo então lixiviados, capturados por organismos vivos (raízes de plantas, fauna e flora do solo) ou se precipitam como minerais secundários, neste último caso se acumulando preferencialmente na fração argila do solo. À medida que o intemperismo e a pedogênese avançam, os minerais primários suscetíveis se esgotam e o processo tende a um equilíbrio. Ao longo desta via, os elementos químicos mais solúveis, como cálcio e magnésio, diminuem acentuadamente no perfil de alteração, sendo lixiviados para regiões fora do alcance das raízes, principalmente em perfis de solo que se desenvolvem sob climas quentes e úmidos, como é comum no Brasil. Uma idéia engenhosa é recarregar o ciclo fornecendo uma nova carga de minerais primários ao sistema. Esta prática de aplicação de rochas moídas no solo, bastante antiga, é conhecida como rochagem. A rochagem mais comum na atualidade é a calagem (aplicação de calcário) no solo, visando suprir as plantações com cálcio e magnésio, bem como à elevação do ph do solo (van Straaten, 2002). O ressurgimento do interesse na rochagem pode ser contabilizado a um conjunto de fatores como o aumento acentuado do custo de fertilizantes nos últimos anos, a necessidade de aumento no nível de sustentabilidade da atividade agrícola, acentuada pelo expressivo interesse na produção de fontes renováveis de energia, com ênfase aos biocombustíveis, e o estabelecimento de legislação ambiental referente aos resíduos da atividade de mineração e/ou de transformação de produtos de mineração. Algumas das ações que podem ser identificadas nos anos recentes neste sentido são: a realização do 1º. Congresso Brasileiro de Rochagem, ocorrido em Brasilia-DF em setembro de 2009, criação de grupos de pesquisa ( Agrominerais, no CETEM, em 2008); e projetos aprovados em editais recentes (Ref. 392/08, reunião de diretoria FINEP 41/08 de 09/2008, projeto apresentado pela EMBRAPA; Ref. 0496/08, reunião de Diretoria da FINEP 49/08 de 12/2008, projeto apresentado pelo CETEM) e editais recentes do CNPq (Edital 12/2009) e FAPESP-FAPEMIG-FAPESPA-VALE. Alguns destes editais, embora não específicos, permitem a inclusão de projetos sobre este assunto. Na literatura sobre o assunto, a maioria dos trabalhos pode ser encaixada em duas categorias: A) efeitos da aplicação: são trabalhos geralmente associados a projetos de extensão e visam avaliar o efeito do uso de pó de rocha no rendimento das culturas, resistência à pragas e doenças, qualidade do produto, etc.; e B) efeito de doses, onde o

3 pó de rocha é abordado na mesma perspectiva do fertilizante sintético. São bem mais raros os trabalhos que visam caracterizar tecnologicamente o pó de rocha empregado (em termos de suas propriedades granulométricas, composição química e mineralógica e das taxas e balanço de elementos químicos liberados), bem como das alterações que a aplicação continuada de pó de rocha pode introduzir no solo original (já que nem todos os minerais primários aplicados como pó de rocha se decompõem ao longo de décadas e séculos, podendo alguns tomar centenas de milhares de anos). Portanto, o principal problema a ser estudado neste projeto é o estabelecimento de relações causais entre as propriedades tecnológicas do pó de rocha (neste caso, basalto) e as modificações impressas ao solo pelo seu uso como insumo agrícola. Parte destas informações possui potencial para aplicações ambientais (mapeamento da deposição da poeira gerada pelas mineradoras, diferenciação dos pós gerados em estágios específicos da produção de agregados, etc.). II objetivos e metas a serem alcançados: Visando colaborar com este esforço, no âmbito do Estado de São Paulo, o presente projeto objetiva amostrar o pó de basalto produzido em três unidades mineradoras de basalto, que comercializam brita (aglomerados) para construção civil e pavimentação, e avaliar suas propriedades físicas, químicas e mineralógicas, com vistas à sua utilização para suplementar a nutrição de plantas cultivadas. Serão amostradas, além dos agregados produzidos, outras fontes de pó, como o material suspenso na atmosfera e posteriormente depositado sobre as máquinas, e a saída das perfurações para colocação de explosivos nas frentes de lavra. Além da caracterização, será conduzido um ensaio para medir modificações nas propriedades do solo, resultantes da aplicação de pó de basalto como insumo para produção agrícola. Este ensaio será conduzido in vitro e seus resultados serão interpretados sob duas perspectivas: a) projetar tecnologias para acelerar a liberação de elementos químicos de interesse, basicamente nutrientes de plantas e b) selecionar características impressas ao solo que permitam identificar a adição de pó de basalto. Esta última abordagem será útil para mapear o alcance das deposições atmosféricas no entorno das mineradoras (informação de importância ambiental, e que poderá ser desenvolvida em etapas futuras desta linha de pesquisa caso nossos resultados apresentem potencial para tanto), bem como na identificação de áreas agrícolas que tenham recebido pó de basalto, permitindo a avaliação desta prática em longo prazo e em condições de campo.

4 II Metodologia a ser empregada: 1. CARACTERIZAÇÃO DE PÓ DE BASALTO. Serão amostradas três unidades mineradoras no Estado de São Paulo. Serão coletadas amostras em vários pontos da seqüência de produção do pó de basalto, incluindo as etapas de perfuração e moagem, e depósito de material suspenso no ar. Caracterização Física: Distribuição tamanho de partículas por peneiramento seco: será utilizado um conjunto de 5 peneiras com aberturas de 0,053 mm, 0,106 mm, 0,212 mm, 0,425 mm, 0,850 mm e 2,00 mm. Cálculo de parâmetros estatísticos da textura: curtose, média, mediana e grau de assimetria serão calculados com software GSSTAT (Poppe et al., 2004). Densidade de partículas: será determinada pelo método do balão volumétrico com álcool (Embrapa, 1997); Caracterização química: Elementos químicos totais serão determinados por fluorescência de Raios X, em amostras selecionadas; Caracterização Mineralógica: Identificação qualitativa: será realizada por Difratometria de Raios X (DRX), em um equipamento RIGAKU Miniflex II com monocromador de grafite e radiação Cu Kα (Moore & Reynolds, 1997; Amonette & Stucki, 1994; Brindley & Brown, 1984). Quantificação tentativa: será realizada tentativamente por alocação dos elementos quantificados por FRX nas fases mineralógicas identificadas no DRX. Se pertinente, outros métodos poderão ser usados (ópticos ou térmicos) (Rosen et al., 2004; Pactunk, 1998). 2. MODIFICAÇÕES NO SOLO PELA ADIÇÃO DE PÓ DE BASALTO. Serão utilizadas amostras de horizonte A de 2 solos (2 tratamentos). As amostras de solo serão acondicionadas em tubos de PVC, com o fundo vedado por papel de filtro e tela plástica. Os tubos terão diâmetro entre 1 e 2 polegadas (aproximadamente 2,5 a 5 cm) para evitar gradientes de temperatura e umidade em seu interior. A densidade do solo no campo será

5 medida pelo método do anel volumétrico (EMBRAPA, 1997) e será reproduzida quando do preenchimento dos tubos. A capacidade de campo será determinada em dois tubos-teste para cada tratamento. Ao longo do ensaio, os tubos serão submetidos a ciclos de lixiviação e umedecimento e secagem, visando simular a ação de intemperismo acelerado. No início de cada ciclo, será adicionado um volume de água deionizada equivalente a três vezes a capacidade de campo dos tubos (visando forçar a lixiviação), que serão colocados em estufa a 40 ºC, com circulação de ar, para evitar a saturação do ar pela umidade no interior da estufa. A perda de massa dos tubos pela evaporação da água será monitorada através de pesagens diárias. Quando não houver variação de massa em duas pesagens consecutivas, em mais de 50% dos tubos de um tratamento, todo o tratamento será lixiviado novamente e um novo ciclo terá início. O ensaio será conduzido por pelo menos 6 meses, com 12 repetições por solo (tratamento), de modo que a cada mês dois tubos (repetição) sejam retirados para análise e monitoramento. As amostras serão caracterizadas no início e após o término do ensaio quanto à composição de elementos químicos totais (FRX), mineralogia qualitativa (DRX), determinação da distribuição de tamanho de partículas (Textutra) (Embrapa 1997), análise química de rotina para fins de avaliação da fertilidade de solos (Camargo et al., 1986), determinação da densidade de partículas (Embrapa, 1997). II Principais contribuições científicas ou tecnológicas da proposta: Contribuição agronômica: a proposta contribui para estabelecer relações de causa e efeito entre a decomposição de minerais constituintes do pó de basalto e o seu desempenho agronômico como insumo agrícola, visto que a maior parte do material publicado trata-se de experimentação voltada ao desempenho agronômico deste material, porém sem o objetivo de estabelecer os mecanismos envolvidos. Contribuição em outros campos: A caracterização do material produzido na moagem e o confronto com as características do material suspenso no ar e posteriormente depositado pode expor diferenças interessantes do ponto de vista ambiental e tecnológico, visto que partículas com menor conteúdo de minerais de alta densidade (como magnetita, por exemplo) tem maior chance de ser suspenso na atmosfera. Estas informações podem ser importantes para, por exemplo, mapeamento e quantificação do alcance das deposições atmosféricas da poeira gerada nas mineradoras.

6 II Orçamento detalhado: Item Quantidade R$ Unitário Custeio Conjunto de peneiras 1 cj com 5 peneiras Reagentes para preparo de amostras (Preparo Lâminas para DRX, Análise Química de Rotina, Extração Fe DCB, Fe oxalato, etc.) Material para instalação do experimento (Tubos PVC, Racks, etc.) Material informática (CD, cartuchos impressora, pen drive, etc.) Combustível (para coleta amostras) R$ 1000, ,00 -*- 2300, ,00 -*- 700,00 700,00 -*- 500,00 500, L (etanol) 1,60 480,00 Dessecador 1 750,00 750,00 Recuperação de Computador PC (troca de HD e instalação de sistema operacional) 1 750,00 750,00 NEWMOD (software para processamento de DRX para identificação/detalhamento filossilicatos interestratificados) ,00 (US$ 600,00) 1500,00 END NOTE (software para 480,00 480,00 gerenciamento de bibliografia) Sub-total 8460,00 Análise de FRX (elementos maiores e elementos traço) Serviço terceiros 55 80, ,00 Sub-total 4400,00 Material Permanente Estufa com circulação de ar (80 litros) , ,00 Agitador horizontal , ,00 Computador PC Desktop , ,00 Monitor para PC 1 400,00 400,00 Maquina Fotografica 1 400,00 400,00 Sub-total 6600,00 TOTAL 19460,00

7 II Cronograma físico-financeiro: Item/ Mês (Físico / Financeiro) Coleta amostras de pó de basalto. X X Uso de combustível Aquisição/reparo computador, monitor, peneiras, câmera fotográfica, agitador horizontal. Aquisição de material de consumo informática. Caracterização amostras (físicas, químicas e mineralógicas). Aquisição de reagentes Envio de amostras para FRX Aquisição de softwares Coleta solos para ensaio Uso de combustível; Aquisição estufa Caracterização amostras ensaio inicial Aquisição de reagentes Envio de amostras para FRX Montagem ensaio Aquisição de material para montagem ensaio Condução do ensaio Analise amostras do ensaio monitoramento Aquisição de reagentes Envio de amostras para FRX Analises amostras do ensaio finais Aquisição de reagentes Envio de amostras para FRX Apresentação e discussão resultados para parceiros da mineradora. Aquisição de material de consumo informática Redação relatórios e artigos para publicação Aquisição de material de consumo informática X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

8 II Identificação dos demais participantes do projeto: Estudantes IC Augusto Aguiar Rocha, Estudante Engenharia Agronômica, ESALQ-USP (4º. semestre). Henrique Boriolo Dias, Estudante Engenharia Agronômica, ESALQ-USP (4º. semestre). Colaborador Prof. Assoc. Dr. Celso Augusto Clemente,Geólogo, Departamento de Ciência do Solo, ESALQ-USP; Consultores Eng. Mecânico João Ieda, Grupo Siqueira S. A. Thiago Luiz Siqueira, Sócio-Diretor Grupo Siqueira S.A. Técnico Laboratório Nível Médio Leandro Goia, ESALQ-USP II Grau de interesse e comprometimento de empresas com o escopo da proposta, quando for o caso: O Grupo Siqueira S.A. (Lençóis Paulistas SP) colocou à disposição suas unidades (Pedreiras Siqueira, Pardo e Diabásio) em Lençóis Paulistas, Santa Cruz do Rio Pardo e Botucatu, para coleta de amostras. II Indicação de colaborações ou parcerias já estabelecidas com outros centros de pesquisa na área: II Disponibilidade efetiva de infra-estrutura e de apoio técnico para o desenvolvimento do projeto: O Laboratório de Mineralogia de Solo (ARGILAB) do Departamento de Ciência do Solo da ESALQ-USP é coordenado pelo proponente, e possui o seguinte aparato para análise mineralógica por difratometria de raios X (DRX): duas muflas, placa de aquecimento, dessecadores, capela, centrifugas, medidores de ph, Sistema de Difratômetro de Bancada Miniflex II com monocromador de grafite e radiação Kα, acoplado a um PC com software PDXL para análise dos espectros. Nos demais laboratórios do departamento, encontram-se os equipamentos necessários para as análises químicas e físicas (agitador de peneiras, provetas, espectômetros de emissão e absorção atômica). No campus Luiz de Queiróz, há ainda a disponibilidade de microscópio eletrônico de varredura (MEV), caso haja necessidade deste tipo de análise para melhor conclusão do projeto. A única determinação não disponível no campus é a análise química total por fluorescência de raios X (FRX), que será terceirizada.

9 II Estimativa dos recursos financeiros de outras fontes que serão aportados pelos eventuais Agentes Públicos e Privados parceiros: R$ ,00 FAPESP (A SER SUBMETIDO): Bolsas de Iniciação científica para os estudantes de graduação (2 bolsas). R$ 5.000,00 Grupo Siqueira (SOLICITADO, EM ANÁLISE): Cobertura parcial do custo das análises de FRX. Neste caso, o recurso CNPq para este item será alocado dentro da mesma rubrica (serviço de terceiro) ou devolvido ao CNPq. R$ 3.600,00 USP/CNPq (SOLICITADO, EM ANÁLISE): Bolsa de iniciação tecnológica (BIT). (1 bolsa). Encontra-se, ainda, em processo de redação e coleta de documentação, pedido de auxílio para FAPESP para compra de um magnetômetro (em torno de R$ 6.000,00) para avaliação da susceptibilidade magnética das amostras. Se concretizada, a aquisição deste equipamento permitirá avaliar se este tipo de medida pode ser usada para monitorar o grau de intemperismo do pó de basalto adicionado, identificar locais de deposição intencional (aplicação agrícola) ou atmosférica (deposição poeira das mineradoras) em solos. Bibliografia Amonette, J. E. and Stucki J. W. Quantitative Methods in Soil Mineralogy. 1st ed. Ed. Madison, WI, USA: Soil Science Society of America, Inc.; (SSSA Miscellaneous Publications). Brindley, G. W. and Brown, G. Crystal structures of clay minerals and their X-ray identification. 1st ed. London, UK: Mineralogical Society; p. (Mineralogical Society Monography; 5). EMBRAPA. Manual de métodos de análise de solos. 2nd ed. Claessen, M. E. C.; Barreto, W. O.; Paula, J. L. de, and Duarte, M. N. Rio de Janeiro, RJ, Brazil: EMBRAPA; pp. Moore, D. M. and Reynolds, R. C. X-ray diffraction and the identification and analysis of clay minerals. 2nd. ed. New York: Oxford University Press; p. Paktunc, A. Dogan. MODAN: an interactive computer program for estimating mineral quantities based on bulk composition. Computers & Geosciences Jun 15; 24(5): Poppe, L. J.; Eliason, A. H., and Hastings, M. E. A Visual Basic Program to Generate Sediment Grain-Size Statistics and to Extrapolate Particle Distributions. Computers & Geosciences Aug; 30(7): Rosen, Oleg M.; Abbyasov, Ali A., and Tipper, John C. MINLITH--an experience-based algorithm for estimating the likely mineralogical compositions of sedimentary rocks from bulk chemical analyses. Computers & Geosciences Jul; 30(6): van Straaten, P Rocks for Crops: Agrominerals of sub-saharan Africa. ICRAF, Nairobi, Kenya, 338pp.