Lead and zinc in the structure of organic and mineral soil components

Abstract

In addition to the more reactive forms, metals can occur in the structure of minerals, and the sum of all these forms defines their total contents in different soil fractions. The isomorphic substitution of heavy metals for example alters the dimensions of the unit cell and mineral size. This study proposed a method of chemical fractionation of heavy metals, using more powerful extraction methods, to remove the organic and different mineral phases completely. Soil samples were taken from eight soil profiles (0-10, 10-20 and 20-40 cm) in a Pb mining and metallurgy area in Adrianópolis, Paraná, Brazil. The Pb and Zn concentrations were determined in the following fractions (complete phase removal in each sequential extraction): exchangeable; carbonates; organic matter; amorphous and crystalline Fe oxides; Al oxide, amorphous aluminosilicates and kaolinite; and residual fractions. The complete removal of organic matter and mineral phases in sequential extractions resulted in low participation of residual forms of Pb and Zn in the total concentrations of these metals in the soils: there was lower association of metals with primary and 2:1 minerals and refractory oxides. The powerful methods used here allow an identification of the complete metal-mineral associations, such as the occurrence of Pb and Zn in the structure of the minerals. The higher incidence of Zn than Pb in the structure of Fe oxides, due to isomorphic substitution, was attributed to a smaller difference between the ionic radius of Zn2+ and Fe3+.Além das formas mais reativas, os metais podem ocorrer na estrutura de minerais e a soma de todas essas formas define os seus teores totais, em diferentes frações de solo. A substituição isomórfica por metais pesados altera, por exemplo, as dimensões da célula unitária e o tamanho de minerais. Este estudo teve como objetivo propor um método de fracionamento químico de metais pesados, usando métodos de extração mais fortes, para remover completamente a matéria orgânica e as diferentes fases minerais do solo. As amostras de solo (0-10, 10-20 e 20-40 cm) foram coletadas de oito perfis de solo, em uma área de mineração e processamento de Pb em Adrianópolis, PR, Brasil. As concentrações de Pb e Zn foram determinadas nas seguintes frações (remoção total em cada fase de extração sequencial): trocável; carbonatos; matéria orgânica; óxidos de Fe amorfos e cristalinos; óxido de Al, aluminossilicatos amorfos e caulinita; e residual. A remoção completa da matéria orgânica e das fases minerais nas extrações sequenciais resultou em baixa participação da forma residual de Pb e Zn, nas concentrações totais desses metais nos solos. Houve menor associação dos metais aos minerais primários, minerais 2:1 e óxidos refratários. Os métodos com maior poder de extração permitiram identificar a associação completa entre metal-mineral, como a ocorrência de Pb e Zn no interior da estrutura dos minerais. A maior incidência de Zn, quando comparados com Pb, na estrutura dos óxidos de Fe, por substituição isomorfa, foi atribuída a uma menor diferença entre o raio iônico do Zn2+ e Fe3+.