Influence of physical and chemical properties of solids on heavy metal adsorption

Partition of heavy metals between particulate and dissolve fraction of stormwater primarily depends on the adsorption characteristics of solids particles. Moreover, the bioavailability of heavy metals is also influenced by the adsorption behaviour of solids. However, due to the lack of fundamental knowledge in relation to the heavy metals adsorption processes of road deposited solids, the effectiveness of stormwater management strategies can be limited. The research study focused on the investigation of the physical and chemical parameters of solids on urban road surfaces and, more specifically, on heavy metal adsorption to solids. Due to the complex nature of heavy metal interaction with solids, a substantial database was generated through a series of field investigations and laboratory experiments. The study sites for the build-up pollutant sample collection were selected from four urbanised suburbs located in a major river catchment. Sixteen road sites were selected from these suburbs and represented typical industrial, commercial and residential land uses. Build-up pollutants were collected using a wet and dry vacuum collection technique which was specially designed to improve fine particle collection. Roadside soil samples were also collected from each suburb for comparison with the road surface solids. The collected build-up solids samples were separated into four particle size ranges and tested for a range of physical and chemical parameters. The solids build-up on road surfaces contained a high fraction (70%) of particles smaller than 150ìm, which are favourable for heavy metal adsorption. These solids particles predominantly consist of soil derived minerals which included quartz, albite, microcline, muscovite and chlorite. Additionally, a high percentage of amorphous content was also identified in road deposited solids. In comparing the mineralogical data of surrounding soil and road deposited solids, it was found that about 30% of the solids consisted of particles generated from traffic related activities on road surfaces. Significant difference in mineralogical composition was noted in different particle sizes of build-up solids. Fine solids particles (<150ìm) consisted of a clayey matrix and high amorphous content (in the region of 40%) while coarse particles (>150ìm) consisted of a sandy matrix at all study sites, with about 60% quartz content. Due to these differences in mineralogical components, particles larger than and smaller than 150ìm had significant differences in their specific surface area (SSA) and effective cation exchange capacity (ECEC). These parameters, in turn, exert a significant influence on heavy metal adsorption. Consequently, heavy metal content in >150ìm particles was lower than in the case of fine particles. The particle size range <75ìm had the highest heavy metal content, corresponding with its high clay forming minerals, high organic matter and low quartz content which increased the SSA, ECEC and the presence of Fe, Al and Mn oxides. The clay forming minerals, high organic matter and Fe, Al and Mn oxides create distinct groups of charge sites on solids surfaces and exhibit different adsorption mechanisms and bond strength, between heavy metal elements and charge sites. Therefore, the predominance of these factors in different particle sizes leads to different heavy metal adsorption characteristics. Heavy metals show preference for association with clay forming minerals in fine solids particles, whilst in coarse particles heavy metals preferentially associate with organic matter. Although heavy metal adsorption to amorphous material is very low, the heavy metals embedded in traffic related materials have a potential impact on stormwater quality.Adsorption of heavy metals is not confined to an individual type of charge site in solids, whereas specific heavy metal elements show preference for adsorption to several different types of charge sites in solids. This is attributed to the dearth of preferred binding sites and the inability to reach the preferred binding sites due to competition between different heavy metal species. This confirms that heavy metal adsorption is significantly influenced by the physical and chemical parameters of solids that lead to a heterogeneity of surface charge sites. The research study highlighted the importance of removal of solids particles from stormwater runoff before they enter into receiving waters to reduce the potential risk posed by the bioavailability of heavy metals. The bioavailability of heavy metals not only results from the easily mobile fraction bound to the solids particles, but can also occur as a result of the dissolution of other forms of bonds by chemical changes in stormwater or microbial activity. Due to the diversity in the composition of the different particle sizes of solids and the characteristics and amount of charge sites on the particle surfaces, investigations using bulk solids are not adequate to gain an understanding of the heavy metal adsorption processes of solids particles. Therefore, the investigation of different particle size ranges is recommended for enhancing stormwater quality management practices.

Discussion of ``Atterberg Limits and Remolded Shear Strength-Water Content Relationships''

The present discussion tries to bring out the importance of clay mineralogical composition of fine-grained soils on their liquid limit behaviour. It reinforces the author's observation that the undrained shear strengths at liquid limit water content and at plastic limit water content are not unique.

Influence of soil pedological properties on termite mound stability

This study investigated the influence of soil properties on the density and shape of epigeous fungus-growing termite nests in a dry deciduous forest in Karnataka, India. In this environment, Odontotermes obesus produces cathedral shaped mounds. Their density, shape (height and volume) and soil physicochemical properties were analyzed in ferralsol and vertisol environments. No significant difference was observed in O. obesus mound density (n = 2.7 mound ha(-1) on average in the vertisol and ferralsol areas). This study also showed that O. obesus has a limited effect on soil physical properties. No differences in soil particle size, pH, or the C:N ratio and base saturation were measured whereas the C and N contents were reduced and CEC was higher in termite nest soils in both environments. Clay mineralogical composition was also measured, and showed the presence of higher amounts of smectite clays in termite nest soils, which thus explained the increasing CEC despite the reduced C and N content. However, the main difference was the shape of the termite mounds. The degradation of the nests created a hillock of eroded soil at the base of termite mounds in the vertisol while only a thin layer of eroded soil was observed in the ferralsol. The increased degradation of termite mounds in the vertisol is explained by the presence of smectites (2:1 swelling clays), which confer macroscopic swelling and shrinking characteristics to the soil. Soil shrinkage during the dry season leads to the formation of deep cracks in the termite mounds that allow rain to rapidly penetrate inside the mound wall and then breakdown unstable aggregates. In conclusion, it appears that despite a similar abundance, termite mound properties depend to a large extent on the soil properties of their environments. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caracterização de reservatórios não convencionais Shale Gas na Formação Barreirinha Bacia do Amazonas

Os folhelhos pretos devonianos da Formação Barreirinha caracterizamse pela alta radioatividade na porção basal, grande extensão areal, espessura e profundidade de soterramento variável que vão de exposição na superfície até mais de 3000 m. Eles são as principais rochas geradoras do sistema petrolífero convencional da Bacia do Amazonas, e recentemente foram consideradas como promissores plays de gás não convencional. Folhelhos são geralmente caracterizados por uma matriz fechada, que faz com que sejam relativamente impermeáveis em relação ao fluxo de gás, a menos que ocorram fraturas, e dependendo das suas características geológicas e geoquímicas podem funcionar com um Sistema Petrolífero autossuficiente, atuando tanto como rocha fonte, quanto como reservatório de gás (reservatório Shale Gas). Assim, o gás natural termogênico ou biogênico gerado pode ser armazenado em folhelhos ricos em matéria orgânica na forma livre, adsorvida, ou em estado dissolvido. Em contraste com os sistemas petrolíferos convencionais, reservatórios Shale Gas, possuem mecanismos de aprisionamento e armazenamento únicos, sendo necessária a utilização de técnicas de avaliações específicas. No entanto, folhelhos prolíficos geralmente podem ser reconhecidos a partir de alguns parâmetros básicos: arquitetura geológica e sedimentar, propriedades geoquímicas e petrofísicas e composição mineralógica. Tendo em vista a carência de pesquisas de caráter descritivo, com cunho exploratório dos folhelhos geradores da Formação Barreirinha, esta dissertação tem como objetivo introduzir uma metodologia de identificação de intervalos de folhelho gerador com potencial para reservatório Shale Gas. Começando com uma investigação regional sobre o contexto geológico e sedimentar, seguido de uma avaliação abrangente enfocando as características geoquímicas, petrofísicas e litofácies dos folhelhos a partir da integração de parâmetros obtidos de perfis geofísicos de poço, análises geoquímicas e aplicação dos conceitos de Estratigrafia de Sequencia.

Unified compression model for venice lagoon natural silts

Over the last 50 years, the city of Venice, Italy, has observed a significant increase in the frequency of flooding. Numerous engineering solutions have been proposed, including the use of movable gates located at the three lagoon inlets. A key element in the prediction of performance is the estimation of settlements of the foundation system of the gates. The soils of Venice Lagoon are characterized by very erratic depositional patterns of clayey silts, resulting in an extremely heterogeneous stratigraphy with discontinuous layering. The soils are also characterized by varying contents of coarse and fine-grained particles. In contrast, the mineralogical composition of these deposits is quite uniform, which allows us to separate the influence of mineralogy from that of grain size distribution. A comprehensive geotechnical testing program was performed to assess the one-dimensional compression of Venice soils and examine the factors affecting the response in the transition from one material type to another. The compressibility of these natural silty clayey soils can be described by a single set of constitutive laws incorporating the relative fraction of granular to cohesive material. © 2007 ASCE.

黄土高原粉尘堆积源区环境及风化历史初步研究

In this study, we examined the surface features of quartz grains, the quartz oxygen isotopic ratios and the mineralogical compositions of the loess - paleosol - red clay sediments systematically. The surface features of quartz grains do not show significant changes of the dust deposits through the past seven million years. The particles were mainly created in the process of glacial and frost weathering of high mountains. Then the surfaces were altered in some degree by the flood and wind abrasion. The surface features registered all these processes. The assemblages of surface features changed for four times in the past seven million years, the occurrence ages are: 5.0~4.2MaBP, about 3.6MaBP, about 2.6MaBP and about 0.9MaBP, respectively. This may indicate that there were uplift events of the Tibetan Plateau during those times. The oxygen isotopic compositions of quartz in the sediments represent the oxygen isotopic compositions of the initial dusts because of the stable properties of quartz both physically and chemically. The oxygen isotopic compositions of 4~16um quartz changed significantly at about 2.6MaBP, decreasing from about 19.5%o to about 18.5%o. This decrease of quartz oxygen isotopic ratio suggests that the environments of the dust source areas changed at that time, or the range of dust source area changed at that time. The environmental change may result from the structural evolution of the Tibetan Plateau and global cooling at that time. The coarse fractions (>30μm) of the dust deposits were examined using the EDXA device for mineral identification. The quartz content has a decrease trend during 7~2MaBP, then increase rapidly at about 2MaBP. After 2MaBP, quartz content continues to decrease. The Ca-plagioclase content / quartz content ratio increase at about 3.6MaBP. The ratio shows a peak of 3-6 fold values at about 2.5~1.8MaBP, the cause of this is still unknown. The Ca-plagioclase content / quartz content ratio continues to increase after 1 MaBP. The flowing can be regarded as the conclusion remarks of this study: Some of the red clay sediment of the Chinese Loess Plateau (at least Lingtai and Jingchuan red clays) is eolian in origin. The quartz grains from dust deposits throughout the past seven million yeas showed the clues of glacial and frost processes. This indicates that the high mountains of western China reached a certain altitude to favor the glacial and/or frost processes at least seven millions years before. The weathering intensities of the past seven nnillion yeas have a decreasing trend. In about 5~4.5MaBP, the weathering is relatively weak, and the dust supply is relatively low. At about 3.6MaBP and 2.6MaBP, the dust supply increased significantly. The mineralogical composition, the quartz surface feature and the quartz oxygen isotope composition were influenced by the uplift of the Tibetan Plateau. The Plateau may have reached a certain altitude to generate the arid regions of inland China and favor the glacial and frost weathering. And it underwent a phased uplift, which have uplift events at about 3.6MaBP and 2.6MaBP.

An assessment of the earth pressure coefficient in overconsolidated clays

The determination of the earth pressure coefficient K 0 in a natural clay deposit is a problem of considerable significance in geotechnical engineering. While the methods for evaluation of K 0 are reliable for normally consolidated soils, significant difficulties still exist in evaluating K 0 in overconsolidated clays, given that it is influenced by the stress history of the material, together with the age, structure, mineralogical composition and depositional environment. Indeed, some of these factors are responsible for the soil becoming anisotropic. The existing framework for prediction of K 0 in overconsolidated soils does not account for any influences caused by anisotropy. The work reported in this paper evaluates the validity of a revised relationship between K 0oc and OCR (overconsolidation ratio) using data obtained from laboratory investigations. The tests were performed on reconstituted and undisturbed samples of Belfast Upper Boulder Clay, London Clay and Gault Clay. Tests were also performed on reconstituted samples of kaolin. The values of K 0oc were determined using various approaches, including on-sample measurements. The results have confirmed that reliable predictions of K 0oc can be made using the proposed relationship.

Matérias-primas da plataforma do Mondego para cerâmica

O presente trabalho divulga os resultados dos estudos levados a efeito nas matérias-primas argilosas que se integram tipologicamente na argila comum, ocorrentes na designada Plataforma do Mondego, Centro de Portugal, na região entre Miranda do Corvo, a SW, e Tábua, a NE. Para tal realizou-se a cartografia superficial dos sedimentos continentais do Cretácico e do Terciário, aí preservados, estabeleceram-se as colunas sedimentares, a nível regional e a nível local, nas áreas de maior potencial reconhecido e, caracterizaram-se as matérias-primas argilosas amostradas, em termos de composição, textura e aptidão cerâmica, objectivando a definição das zonas das jazidas com maior interesse industrial. A informação obtida e compilada, relativa ao caulino e ao feldspato é também apresentada, com vista a uma percepção da potencialidade destas matériasprimas cerâmicas ocorrentes na área. O estudo de caracterização dos materiais argilosos investigados teve como base 53 amostras obtidas em seis regiões da Plataforma do Mondego aqui definidas por motivo de organização do trabalho, segundo os critérios geográfico e geotectónico. As formações de Côja e de Campelo, do Terciário, constituem as unidades onde ocorrem litótipos produtivos, em termos de matéria-prima para a Cerâmica de Barro Vermelho ou Cerâmica de Construção. Relativamente às características texturais e composicionais, em síntese, apresentam-se os factos relevantes seguintes: A matéria-prima argilosa existente na área estudada materializa, granulometricamente, na maioria das amostras, silte, caindo os níveis amostrados com maior percentagem de argila, no domínio do silte argiloso. O défice em fracção argila implica limitações quanto à possibilidade de diversificação de produtos cerâmicos fabricados com estas matérias-primas tal-qual. Os diferentes métodos analíticos utilizados na caracterização mineralógica dos materiais amostrados confirmaram uma composição em termos dos minerais argilosos, consistindo de ilite/mica (em geral, o mais abundante), caulinite e esmectite, interestratificados e clorite. Os minerais não argilosos são quartzo (predominante), feldspato (sobretudo potássico) e hematite, com uma representação baixa. A mineralogia da fracção inferior a 2μm das amostras, não difere das amostras totais, salvo no teor mais elevado dos minerais argilosos e acentuada redução dos minerais não argilosos. Os resultados da análise química por fluorescência de raios X das amostras integrais correlacionam-se com as características mineralógicas observadas através das técnicas analíticas utilizadas. No respeitante às propriedades e comportamento cerâmico verifica-se: Os parâmetros relacionados com a plasticidade indicam que parte das pastas elaboradas com estes materiais argilosos têm uma trabalhabilidade aceitável, mas existem problemas de conformação e acentuada retracção num número significativo de amostras, devido à elevada plasticidade da maioria das amostras. A extrusão é satisfatória a óptima. A RMF e a retracção em seco assumem valores, respectivamente, moderados a baixos e moderados, embora seja necessário ter em conta o procedimento de extrusão dos provetes, sem dispositivo de vácuo. Todas as amostras foram sujeitas a cozedura a 900ºC, e um conjunto seleccionado foi cozido a 1000ºC e a 1100ºC. As fases mineralógicas ocorrentes após cozeduras a 900ºC e 1100ºC foram identificadas num conjunto de amostras, tendo-se evidenciado a coerência dessas fases, com a mineralogia das amostras em seco. Após cozedura a 900ºC, os valores de RMF das amostras satisfazem geralmente os valores mínimos, exigidos para o fabrico de tijolo, abobadilha e, com alguma frequência, de telha, como já se verificava com os valores daquela propriedade em seco. Os valores de retracção seco-cozido são em geral, modestos. A capacidade de absorção de água é maioritariamente elevada. A formação de vidro, sobretudo, condiciona o comportamento destas propriedades por cozedura dos provetes a 1000ºC e a 1100ºC. A coloração predominante em cru das matérias-primas argilosas amostradas é amarelo acastanhado a castanho avermelhado. Após cozedura a 900ºC, há um acentuado escurecimento e incremento no grau de vermelho. As cozeduras a 1000ºC e 1100ºC promovem escurecimento gradual, com ligeira influência na cor. O comportamento dos provetes após as cozeduras cerâmicas revelou-se homogéneo a cada uma das respectivas temperaturas, não se registando também defeitos significativos, nem eflorescências. A análise das amostras em termos composicionais e tecnológicos permitiu destacar as principais características e aspectos distintivos das matériasprimas, nas diferentes regiões definidas objectivando as diferentes potencialidades cerâmicas. Nesta abordagem comparativa foram consideradas só as amostras dos campos silte e silte arenoso, por serem aquelas com maior interesse para a Cerâmica de Construção. Nas colunas sedimentares das regiões de Tábua e Santa Quitéria constata-se a ocorrência de dois ritmos de sedimentação, que embora assumam características específicas em cada região, têm aspectos composicionais e tecnológicos em comum, traduzindo melhor aptidão cerâmica os ritmos inferiores. A conjugação da cartografia realizada com os estudos laboratoriais permite concluir que as regiões de Tábua e de Santa Quitéria serão as que têm maior potencial por explorar, em matéria-prima para Cerâmica de Construção, apesar da primeira já ser intensamente explorada. Na região de Tábua, as amostras têm como fases mineralógicas principais ilite e quartzo na mesma proporção média (35%) e caulinite (média=19%) que regista enriquecimento significativo na fracção argila (média=38%). As argilas desta região registam a cor em cru mais vermelha e pH mais ácido observados. O ritmo de sedimentação inferior, com esmectite e interestratificados e ligeiramente menos quartzoso, apresenta melhores propriedades cerâmicas. A composição mineralógica média das amostras da região de Santa Quitéria é próxima daquela da região de Tábua, mas menos caulinítica, em especial na sequência inferior, na qual o teor médio de caulinite na fracção argila (7%) é o mais baixo observado. Na região de Côja – Arganil, a actividade extractiva é significativa na bacia de Côja. Aqui, a exploração de novas áreas potenciais é condicionada pela cobertura conglomerática e por estruturas tectónicas e não tectónicas relacionadas com comportamento plástico. Na restante área desta região, os recursos argilosos são penalizados por material areno-conglomerático. As amostras desta região distinguem-se das restantes a nível textural pela maior fracção areia e mineralogicamente pela presença de clorite, teor reduzido de caulinite e elevado de feldspato. As potencialidades em barro vermelho na região de Sanguinheda não serão significativas, pois a Formação de Côja é predominantemente arcósica e a Formação de Campelo pouco espessa e conglomerática. As argilas com melhor aptidão cerâmica foram amostradas na região de Miranda do Corvo – Lousã. Na composição, estas amostras são as que contêm maior fracção de argila, maior teor de ilite e caulinite e menor de argilas expansivas. Registam os melhores valores nas características tecnológicas, nomeadamente a RMF e absorção de água. A consistência dos grupos amostrais e ritmos definidos em termos composicionais e tecnológicos é corroborada pelas técnicas de análise estatística multivariada aplicadas, que os identificam. As condições de amostragem na região de Tábua, permitiram a elaboração de uma coluna tipológica, na qual, a partir de uma caracterização expedita de amostras é possível identificar a sua afinidade com os ritmos argilosos definidos e, consequentemente, a sua situação na coluna sedimentar regional e aptidão cerâmica. A cartografia dos recursos argilosos potenciais, elaborada à escala 1:25.000, constitui um dos objectivos principais deste trabalho e nela constam unidades litológicas, nas quais são diferenciadas unidades argilosas tendo também em consideração a tipologia e guias mineralógicos resultantes da caracterização das amostras. As características composicionais destas unidades denotam diferente aptidão cerâmica e, portanto, permitem salientar as zonas com maior interesse económico.

Cartografia geoquímica da ilha de Santiago com uma densidade de amostragem média/baixa

A ilha de Santiago é a maior do arquipélago de Cabo Verde, apresenta uma área de 991 km2, com um comprimento e largura máximos de 54,9 km e 29 km, respectivamente, e 1392 m de maior altitude. As condições climáticas e a erosão são alguns dos problemas naturais do arquipélago de Cabo Verde. Além disso, a intervenção humana no ambiente superficial revela-se muitas vezes inadequada e com forte impacto. A construção em solos com aptidão agrícola ou florestal, as actividades industriais, a deposição de materiais sólidos ou líquidos de forma inadequada, as práticas agrícolas incorrectas e intensivas, o uso abusivo de pesticidas e fertilizantes, a rega com água contaminada, a sobreexploração de aquíferos que levam muitas vezes à salinização, etc. têm enorme impacto em termos de contaminação de solos, águas superficiais e subterrâneas nas áreas envolventes. Por conseguinte, o conhecimento da variabilidade geoquímica natural é fundamental para a resolução de questões de índole económica, ambiental e de ordenamento do território, médica, e jurídica. A necessidade de construir uma base de dados de geoquímica georeferenciada que caracterize o ambiente superficial da ilha de Santiago foi a principal motivação para a realização deste estudo. Realizou-se um levantamento geoquímico de 337 amostras de sedimentos de corrente e 249 amostras de solos na ilha de Santiago, tendo sido seguidas as recomendações do Projecto Internacional IGCP 259 não só na fase de amostragem, mas também nas fases seguintes de preparação, análise, tratamento dos dados e elaboração de mapas. Determinaram-se os teores, na fracção < 2 mm, para 36 elementos – 9 elementos maiores (Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Ti) e 27 elementos vestigiais (Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, Hg, La, Mo, Ni, Pb, S, Sb, Sc, Se, Sr, Th, Tl, U, V, W, Zn). Efectuou-se ainda a análise textural e estudou-se a composição mineralógica de cerca de 25% das amostras. Analisaram-se, também, 103 amostras de rochas, colhidas nas várias formações da ilha de Santiago, tendo sido determinados os teores de K2O, Na2O, Fe2O3(T), MnO, Sc, Cr, Co, Zn, Ga, As, Br, Rb, Zr, Sb, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Th e U e REE, a fim de se fazer uma comparação com os teores destes elementos encontrados nos solos e sedimentos de corrente, averiguando se a sua variação é ou não essencialmente condicionada pela geoquímica da rocha-mãe. Os padrões geoquímicos obtidos através dos mapas de distribuição espacial foram correlacionados com a natureza da rocha mãe, o tipo de solo, e ainda com algumas fontes de contaminação. A interpretação dos resultados foi realizada não só pela observação dos mapas geoquímicos, mas também após análise estatística dos conjuntos de dados obtidos, e apoiada em informação diversa disponível. A utilização da Análise de Componentes Principais permitiu distinguir associações entre elementos químicos, quer de origem geogénica quer antropogénica. Foram ainda elaborados mapas de distribuição espacial de vários índices multielementares de importância ambiental, como o Índice de Acidificação Al/(Ca+Mg+K), Índice de Combi, Índice de Avaliação de Risco Ambiental e Índices de Enriquecimento/Contaminação para vários grupos de elementos considerados como “primary pollutant metals”.

Proposta de modelo para obtenção do Work Index das rochas

Este trabalho pretende estabelecer uma relação entre o Work Index e algumas propriedades das rochas. Através da pesquisa bibliográfica foram identificadas varias propriedades com possível influência no valor do Work Index, das quais foram seleccionadas a massa volúmica aparente, a resistência à carga pontual, a composição química, a composição mineralógica e a abrasividade. Adicionalmente a porosidade aberta e resistência à compressão também foram analisadas. Assim foram analisadas 10 amostras de rocha, quatro de granitos, uma de quartzodiorito, uma de ardósia, uma de serpentinito, uma de calcário, uma de mármore e uma de sienito nefelínico, sobre as quais já eram conhecidos os valores de cinco das propriedades referidas previamente, tendo sido determinados os valores das ainda desconhecidas, resistência à carga pontual e a abrasividade que está representada através do resultado do ensaio capon. Devido à dificuldade de execução do ensaio de determinação do Work Index de Bond foram recolhidos dados bibliográficos de valores do Work Index para as amostras de rocha seleccionadas e adoptado o valor médio para cada uma. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente através do método de análise de componentes principais assim como através de regressões lineares simples e múltiplas. A análise de componentes principais permitiu identificar várias propriedades da rocha com possível influência sobre o Work Index de entre as analisadas. Foi possível estabelecer uma relação entre o Work Index e quatro das propriedades seleccionadas, designadamente a porosidade aberta, a resistência à compressão, a resistência à carga pontual e a abrasividade.

The sedimentology of unconsolidated deltaic and aeolian sediments east of Dunnville, Ontario /

Surficial sediments east of Dunnville, Ontario representing a limited deltaic/lacustrine/aeolian system are investigated with the aim of defining and interpreting their geological history by means of exarrrrning their sedimentology and interrelationships. The Folk and \oJard grain size statistics of samples fran the area were calculated. These sample parameters were e1en plotted on maps to detennine regional patterns. The strongest pattern observed was one of distinct fining to the east, away fran the sand source. Aeolian deposits were fourrl to be better sorted than the surrcunding sediments. The grain size parameter values were also plotted on bivariate graphs in an attempt to separate the samples according to depositional environment. This exercise met with little success, as rrost of the sediments sampled in the area have similar grain size parameters. This is believed to be because the sediment sources for the different environments (delta, distal delta, aeolian dune) are intimately related, to the point that nnst dunes appear to have been sourcErl fran immediately local sediments. It is FOstulated that in such a srrall sedimentological sub-system, sediments were not involved in active transport for a length of time sufficient for the rraterial to cane to equilibritnn with its transporting medium. Thus, fe..v distinctive patterns of parameters were developed that would enable one to differentiate between various environments of neposition. The i.rnTaturity of rrany dune forms and the i.Imaturity of mineralogical composition of all deposits support the above hyt:XJthesis of limited transport time. Another hypothesis proposen is that eadh geologically or geographically distinct area or "sub-system" rray have its o,.m "signature" of grain size relationships as plotted on bivariate graphs. Thus, the emphasis, concerning graphs of this type, should not be placErl on attempting to nifferentiate between various environnents of deposition, hut raB1er on investigating the interrelationships between sanples am environments within that "sub-system". Through the course of this investigation, the existence of nelta plain distributary Channels in the thesis area is SUG0ested, and the mscovery of significantly mfferent sub-units within the TUnnville dune sediments is documented. It is inferred by reference to other authors interpretations of the glacial history of the area, that the tirre of effective aeolian acti vi ty in the Dunnville area was between 12,300 to 12,100 years R.p.

Palaeoenvironmental changes during the Valanginian: new insights from variations in phosphorus contents and bulk- and clay mineralogies in the western Tethys

Paleoenvironmental and paleoclimatic changes during the Valanginian carbon isotopic excursion (CIE) have been investigated in the western Tethys. For this purpose, bulk-rock and clay mineralogies, as well as phosphorus (P) contents were evaluated in a selection of five sections located in the Vocontian Basin (Angles, SE France; Alvier, E Switzerland; Malleval, E France), and the Lombardian Basin (Capriolo, N Italy; Breggia, S Switzerland). Within the CIE interval, bulk-rock and clay mineralogies are inferred to reflect mostly climate change. The onset of the CIE (Busnardoites campylotoxus ammonite Zone) is characterized by higher detrital index (DI: sum of the detrital minerals divided by calcite contents) values and the presence of kaolinite in their clay-mineral assemblages. In the late Valanginian (from the Saynoceras verrucosum Zone up to the end of the Valanginian), the samples show relatively variable DI and lower values or the absence of kaolinite. The variation in the mineralogical composition is interpreted as reflecting a change from a climate characterized by optimal weathering conditions associated with an increase in terrigenous input on the southern European margin during the CIE towards an overall unstable climate associated with drier conditions in the late Valanginian. This is contrasted by a dissymmetry (proximal vs distal) along the studied transect, the northern Tethyan margin being more sensitive to changes in continental input compared to the distal environments. P accumulation rates (PAR) present similar features. In the Vocontian basin, P content variations are associated with changes in terrigenous influx, whereas in the Lombardian basin (i.e. Capriolo and Breggia), PAR values are less well correlated. This is mainly because the deeper part of the Tethys was less sensitive to changes in continental inputs. The onset of the CIE (top of the B. campylotoxus Zone) records a general increase in PAR suggesting an increase in marine nutrient levels. This is linked to higher continental weathering rates and the enhanced influx of nutrients into the ocean. In the period corresponding to the shift itself, P contents show a dissymmetry between the Vocontian and Lombardian basins (proximal vs distal). For the sections of Malleval, Alvier and Angles, a decrease in P concentrations associated to a decrease in detrital input is observed. In Capriolo and Breggia, PAR show maximum values during the plateau, indicating a more complex interaction between different P sources. The time interval including the top of S. verrucosum Zone up to the end of the Valanginian is characterized by variable PAR values, suggesting variable nutrient influxes. These changes are in agreement with an evolution towards seasonally contrasted conditions in the late Valanginian.

Mineralogy and trace-element geochemistry of the high-grade iron ores of the Aguas Claras Mine and comparison with the Capao Xavier and Tamandua iron ore deposits, Quadrilahero Ferrifero, Brazil

Several major iron deposits occur in the Quadrilatero Ferrifero (QF), southeastern region of Brazil, where metamorphosed and heterogeneously deformed banded iron formation (BIF) of the Caue Formation, regionally called itabirite, was transformed into high- (Fe >64%) and lowgrade (30%mineralogical composition, three major types of itabirites occur in the QF: siliceous, dolomitic, and amphibolitic itabirite. Unlike other mines in the QF, the Aguas Claras Mine contained mainly high-grade ores hosted within dolomitic itabirite. Two distinct types of high-grade ore occurred at the mine: soft and hard. The soft ore was the most abundant and represented more than 85% of the total ore mined until it was mined out in 2002. Soft and hard ores consist essentially of hematite, occurring as martite, anhedral to granular/tabular hematite and, locally, specularite. Gangue minerals are rare, consisting of dolomite, sericite, chlorite, and apatite in the hard and soft ores, and Mn-oxides and ferrihydrite in the soft ore where they are concentrated within porous bands. Chemical analyses show that hard and soft ores consist almost entirely of Fe(2)O(3), with a higher amount of detrimental impurities, especially MnO, in the soft ore. Both hard and soft ores are depleted in trace elements. The high-grade ores at the Aguas Claras Mine have at least a dual origin, involving hypogene and supergene processes. The occurrence of the hard, massive high-grade ore within ""fresh"" dolomitic itabirite is evidence of its hypogene origin. Despite the contention about the origin of the dolomitic itabirite (if this rock is a carbonate-rich facies of the Caue Formation or a hematite-carbonate precursor of the soft high-grade ore), mineralogical and geochemical features of the soft high-grade ore indicate that it was formed by leaching of dolomite from the dolomitic itabirite by meteoric water. The comparison of the Aguas Claras, Capao Xavier and Tamandua orebodies shows that the original composition of the itabiritic protore plays a major role in the genesis of high- and low-grade soft ores in the QF. Under the same weathering and structural conditions, the dolomitic itabirite is the more favorable to form high-grade deposits than siliceous itabirite. Field relations at the Aguas Claras and Capao Xavier deposits suggest that it is not possible to form huge soft high-grade supergene deposits from siliceous itabirite, unless another control, such as impermeable barriers, had played an important role. The occurrence in the Tamandua Mine of a large, soft, high-grade orebody formed from siliceous itabirite and closely associated with hypogene hard ore suggests that large, soft, high-grade orebodies of the Quadrilatero Ferrifero, which occur within siliceous itabirite, have a hypogene contribution in their formation.

Modificação estrutural de bentonitas nacionais : caracterização e estudos de adsorção

São apresentados os aspectos teóricos, práticos e bibliográficos envolvidos no desenvolvimento da tese de doutorado intitulada Modificação estrutural de bentonitas nacionais: caracterização e estudos de adsorção. O trabalho consistiu no desenvolvimento de um material adsorvente a partir de bentonitas, do tipo montmorilonitas, modificadas estruturalmente com o objetivo de aumentar sua capacidade de adsorção de poluentes, orgânicos e inorgânicos. O estudo visa incrementar o valor agregado deste recurso mineral e insere-se na área de tratamento de efluentes líquidos usando adsorventes não tradicionais, eficientes e de baixo custo em substituição ao carvão ativado ou às resinas de troca iônica. Foram estudadas as propriedades físicas e químicas; distribuição de tamanho de partículas, área superficial, potenciais eletrocinéticos, capacidade de troca catiônica, composição mineralógica, morfologia superficial e espaçamento basal, bem como as propriedades adsorptivas dos argilominerais não tratados e modificados, não modificadas e pilarizadas respectivamente. Também são discutidos os mecanismos de adsorção envolvidos e o desenvolvimento de um reator contínuo (adsorção em flocos) e de separação sólido/líquido. As modificações estruturais dos argilominerais foram realizadas via homoionização com cloreto de cálcio e posterior intercalação com compostos orgânicos com ação quelante de metais. A FENAN, bentonita obtida pela intercalação com Orto Fenantrolina (OF), foi a que apresentou melhor viabilidade técnica em termos de adsorção, adsorção/dessorção, floculação e de acumulação de poluentes na forma floculada e não floculada. Adicionalmente os estudos de reversibilidade da intercalação revelaram a alta estabilidade da OF na FENAN, em soluções fortemente ácidas, onde aproximadamente 90% da OF permanece ligada à superfície da argila. A quantidade de OF adsorvida na forma de unidades micelares foi de 112 mg por grama de bentonita a pH 8,5 ± 0,5. A caracterização das bentonitas, via difração de Raios X, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura e por microscopia de força atômica, revelou que as FENAN possuem um comportamento estrutural muito estável ao longo da seqüência de adsorção/dessorção e que após a adsorção de poluentes inorgânicos, o quelato metálico formado apresenta alta estabilidade dentro da estrutura da organobentonita. A capacidade de acumulação alcançada nas FENAN foi de 110 mg de Cu/g de bentonita, valor superior à de diversos materiais adsorventes alternativos propostos em outros trabalhos similares. Os estudos de acumulação das FENAN floculadas – FENANFLOC, indicaram que a presença de floculante, na quantidade utilizada, não afeta significativamente a capacidade de remoção das bentonitas modificadas. Este comportamento apresentado, permitiu o desenvolvimento do Reator Expandido de Flocos Adsorventes (REFA), cujas características e parâmetros operacionais são discutidos em detalhe. Finalmente, os resultados são discutidos em termos dos fenômenos interfaciais envolvidos e dos potenciais práticos deste novo adsorvente e da nova técnica de adsorção em flocos no REFA.

Beneficiamentos da cinza de casca de arroz residual com vistas à produção de cimento composto e/ou pozolânico

A cinza de casca de arroz é um resíduo agro-industrial decorrente do processo de queima da casca de arroz, sendo largamente encontrada no Rio Grande do Sul, pois, historicamente, este Estado é o maior produtor de arroz no Brasil, com cerca de 45% da produção nacional. Empregada como fonte de energia, a casca de arroz é queimada em diversas empresas; algumas, devido à sua natureza, incorporam a cinza ao produto, mas a maioria não encontra outro destino que não o descarte em forma de aterro, criando, assim, um problema ambiental de poluição do solo, do ar e de rios e córregos. No entanto, devido à presença de elevado percentual de sílica (SiO2) na sua constituição, a cinza de casca de arroz pode ter vários empregos. Na construção civil, pode ser empregada como pozolana, conforme vários estudos já vêm demonstrando. Porém, encontra restrições por motivos como sua cor escura, que confere aos cimentos, argamassas e concretos aos quais é adicionada, uma coloração também escura, e a falta de uniformidade apresentada em termos de características químicas e, principalmente, mineralógicas. A cor escura não é um problema de ordem técnica, mas estética e de aceitação no mercado. Já a composição mineralógica está associada à atividade pozolânica e a falta de uniformidade do material disponível implica na incerteza do grau de reatividade. Este trabalho teve o objetivo de verificar a viabilidade técnica do emprego de cinzas de casca de arroz residuais na confecção de cimentos Portland composto e/ou pozolânico, a partir de beneficiamentos das mesmas, que associam tratamentos físicos, químicos e/ou térmicos, os quais têm como finalidade reverter e/ou minimizar os aspectos negativos citados. Para tanto, foram empregadas três cinzas de casca de arroz, oriundas de diferentes processos de produção e com composições mineralógicas distintas. Após definidos os tratamentos a serem aplicados, através de seleção pelos critérios de cor e composição mineralógica, as cinzas tratadas foram avaliadas quanto à sua pozolanicidade, pelo Índice de Atividade Pozolânica (IAP) da NBR 5752 e também por um IAP alterado, proposto neste trabalho. A produção de cimentos com CCA beneficiada se deu a partir de um cimento base com substituição por CCA, em massa e em diferentes percentuais. Tais cimentos foram avaliados quanto à resistência à compressão, aos tempos de pega, à pozolanicidade e à expansibilidade a quente. A análise dos dados obtidos indica que os tratamentos propostos e/ou a associação deles resultam em beneficio no desempenho das cinzas, em pelo menos um dos vários aspectos considerados. A presente pesquisa permite concluir que as CCA residuais têm potencial para serem empregadas na produção de cimentos, tanto aquelas menos cristalinas, quanto as mais cristalinas. Para tanto, devem ser beneficiadas, sendo pelo menos submetidas a tratamento físico para redução de sua granulometria. Se outros objetivos forem pretendidos, como coloração clara, os tratamentos térmico ou químico podem ser empregados.