1 folha de rosto -...

Dissertação de Mestrado

ESTUDO DE METODOLOGIAS ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO DE

REJEITOS PARA A MINERAÇÃO CASA DE PEDRA – CONGONHAS/MG

AUTOR: MARCELO MARQUES FIGUEIREDO

ORIENTADORES: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP) e Profa. Dra. Terezinha de Jesus Espósito (UFMG)

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP

OURO PRETO - NOVEMBRO DE 2007

Catalogação: [email protected]

F475e Figueiredo, Marcelo Marques.

Estudo de Metodologias Alternativas de Disposição de Rejeitos para a Mineração Casa de Pedra - Congonhas/MG [manuscrito] : Estudo de Metodologias Alternativas de Disposição de Rejeitos para a Mineração Casa de Pedra – Congonhas/MG / Marcelo Marques Figueiredo. – 2007.

ix, 100 f.: il., color; graf., tabs, fotografía. Orientadores: Prof. Dr. Romero César Gomes e Terezinha de Jesus Espósito. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Núcleo de Geotecnia Área de concentração: Geotecnia Aplicada a Mineração.

1. Geotecnia - Teses. 2. Refugos (mineração) - Aspectos ambientais. - Teses. 3. Refugos (mineração) – Metodologia - Teses. 4. Mineração – Casa de Pedra – Congonhas/MG - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título.

CDU: 628.5

iv

DEDICATÓRIA

A TODAS AS PESSOAS QUE FAZEM PARTE DA MINHA VIDA, AMIGOS E

FAMILIARES. COM ELES APRENDI QUE O CAMINHO É LONGO, PORÉM

POSSÍVEL DE SER TRILHADO COM PAZ, SABEDORIA E MUITO AMOR.

NAMASTÉ!!

v

AGRADECIMENTOS

Ao professor Romero César Gomes, pela orientação e pelas excelentes discussões

geotécnicas.

A professora Terezinha Espósito, pela orientação, incentivo e apoio, desde o curso de

especialização até o mestrado profissional.

Á Companhia Siderúrgica Nacional – CSN, pela oportunidade do trabalho e

disponibilização de dados e informações, em especial à Dinalva, como principal contato

no início dos estudos.

Ao professor Jorge Valadão, pela conversa inicial, e ao Christian Osorio, pela

disponibilização de alguns resultados de ensaios.

A todos os professores e colegas do Mestrado Profissional em Geotecnia da UFOP

pelos conhecimentos trocados e pelas amizades feitas.

Aos meus pais, irmãs e avó, pelo apoio e amor incondicional. Em especial ao meu pai e

a minha mãe. Obrigado por tudo, sem vocês nada disso seria possível.

A Juju, pela paciência, carinho e amor de todas as horas. Obrigado por existir!

Aos amigos da SETE, pelo companheirismo e pela possibilidade de aprendizado e

amadurecimento profissional. Em especial ao Rogério, por ter sido a primeira pessoal a

me instigar nos caminhos da geotecnia.

Ao Morrabaxo, amigos, ontem, hoje e sempre. É bom saber que tenho amigos como

vocês, apesar dos caminhos e valores muitas vezes opostos.

Aos amigos do Núcleo Ananda, em especial ao Govinda e a Beá, pela amizade e

ensinamentos. Namasté!

vi

RESUMO

Atualmente, os rejeitos do processamento dos minérios são descartados em barragens de

contenção em superfície, formadas através de barramentos convencionais (barragens de

terra compactada), construídas com a utilização de materiais provenientes de jazidas de

empréstimo ou com o próprio estéril e/ou rejeito gerado na mina e nas instalações de

beneficiamento. Essas barragens, geralmente são construídas em etapas, com

alteamentos sucessivos realizados preferencialmente por montante. Visando minimizar

os impactos ambientais e os custos associados aos processos de contenção e

recuperação de água do processo, as empresas vêm procurando novas alternativas de

disposição desses materiais. No presente trabalho foram estudadas para a Mineração

Casa de Pedra, metodologias alternativas de disposição de rejeitos, compreendendo: a

disposição do rejeito granular na forma de aterro hidráulico (pilha de rejeito), a

disposição de rejeitos desaguados (espessados) e/ou em pasta, e a co-disposição de

rejeitos e estéreis em superfície. Dessa forma, visando a definição das metodologias

propostas, foi feita uma caracterização tecnológica destes materiais, com base em

resultados de ensaios de campo e laboratório realizados ao longo da vida útil do

empreendimento. A partir dos estudos, pode-se concluir, preliminarmente, que os

rejeitos gerados em Casa de Pedra tendem a apresentar condições tecnológicas

favoráveis para disposição dos rejeitos granulares (rejeito da flotação) na forma de

aterro hidráulico e para disposição dos rejeitos finos (lama da ciclonagem secundária)

desaguados (espessados) e/ou em pasta. Com relação a co-disposição de estéreis e

rejeitos, este método deverá ser melhor estudado para aplicação aos rejeitos da CSN,

considerando sobretudo a previsão de utilização de estéril na construção da futura

Barragem do Batateiro.

vii

ABSTRACT

Currently, tailings from the ore processing have been discarded in surface containment

dams, which are formed through conventional lathe bed constructed by the use of

materials provided from “loan deposits” or by the own waste and/or tailings generated

in the mine and improvement facilities. These tailing dams are usually built in stages

with successive rising preferentially accomplished by upstream method. Seeking to

minimize the environmental impact and the costs associated to the containment and

water recovery processes, mining companies have been searching new alternatives for

these materials’ disposal. This present paper is a result from an analysis of alternative

tailings disposal methodologies for the Mining Casa de Pedra. The methodologies are:

a) the disposal of granular tailings as a hydraulic fill technique; b) the disposal of

drained tailings (thickened) and/or in paste; and c) the co-disposal of tailings and waste

in the surface. In order to define the above mentioned methodologies, a technological

characterization of these materials was developed. Preliminarily, it can be concluded

from these studies that the generated rejects in the Mining Casa de Pedra tend to present

favorable technological conditions for granular tailings disposal (flotation tailings) as a

hydraulic fill and for thin tailings disposal (secondary cycloning mud), which might be

drained (thickened) and/or in paste. Regarding to the co-disposal of wastes and tailings,

this method must be studied to a greater extent in a way to apply to CSN’s tailings. It

must be also considered the foreseen of tailing use in the future construction of

“Batateiro Dams”.

viii

Lista de Figuras

Figura 2.1 − Exemplo de pilha de rejeito construída pela técnica de aterro hidráulico

(Espósito, 2005).

Figura 2.2 − Praia de rejeito formada pela técnica de aterro hidráulico (Espósito, 2004).

Figura 2.3 – Esquema básico de um hidrociclone.

Figura 2.4 – Serie de hidrociclones localizados na crista de uma barragem.

Figura 2.5 – Grupos de materiais de empréstimo de acordo com a norma soviética

SNIP-II-53-73 (modificado – Moretti & Cruz, 1996, citado em Ribeiro, 2000).

Figura 2.6 – Correlações entre valores de ângulos de atrito e a densidade relativa para

solos granulares (modificado – Schmertman, 1978, citado em Ribeiro, 2000).

Figura 2.7 – Resultados de ensaios conepenetrométricos realizados na praia da

barragem de contenção de rejeitos de minério de ferro de Gongo Soco (Albuquerque

Filho, 2000).

Figura 2.8 – Relação entre massa específica dos grãos e teores de ferro em rejeitos de Fe

(modificado – Espósito e Lopes, 2000, citado em Hernandez, 2002).

Figura 2.9 – Relação de dependência do ângulo de atrito com a porosidade e a

granulometria (Lopes, 2002).

Figura 2.10 – Resultados de ensaios CIU para rejeitos de minério de ferro (Gomes et al.,

2002).

Figura 2.11 – Trajetória de tensões dos ensaios para o rejeito de minério de ferro

(Gomes et al., 2002).

Figura 2.12 – Exemplos típicos de rejeitos espessados.

Figura 2.13 – Caracterização de diferentes tipos de rejeitos (Laudriault modificado,

2002).

Figura 2.14 – Espessadores de alta densidade de cone profundo (Jewell, 2002).

Figura 2.15 – Ângulos de disposição para polpas de alta densidade e para pasta, para

diferentes tipos de terreno (Laudriault, 2002).

Figura 2.16 – Consistências de mistura para disposição, seus correspondentes

equipamentos para desaguamento e bombeamento, ângulos de repouso e incremento de

volume de rejeito para disposição (adaptado de Laudriault, 2002).

ix

Figura 2.17 – Disposições típicas de rejeitos espessados e/ou em pasta (Robinsky,

2002).

Figura 2.18 – Representação esquemática do teste de abatimento de cone ou “slump”

(Clayton, et al, 2003).

Figura 2.19 – Arranjo esquemático do teste de “flume” ou de calha (Sofrá et al., 2002,).

Figura 2.20 – Variação do ângulo de atrito para variadas taxas de concentração de

estéreis e rejeitos (Leduc et al., 2003).

Figura 2.21 – Variação na permeabilidade para variadas taxas de concentração de

estéreis e rejeitos (Leduc et al., 2003).

Figura 2.22 – Bacias de rejeito construídas no depósito de estéril (Leduc et al., 2003,

modificado).

Figura 2.23 – Mistura de rejeito com estéril no topo do depósito (Leduc et al., 2003,

modificado).

Figura 2.24 – Injeção de rejeito em furos verticais no topo do depósito de estéril (Leduc

et al., 2003, modificado).

Figura 2.25 – Injeção de rejeito em furos inclinados no topo do depósito de estéril

(Leduc et al., 2003, modificado).

Figura 2.26 – Disposição de rejeito em camadas finas no topo do depósito (Leduc et al.,

2003, modificado).

Figura 3.1 – Macrofluxograma da planta de beneficiamento – 16.000.000 t/ano.

Figura 3.2 – Vista de jusante da barragem B3 (CSN, 2006).




Figura 3.6 – Seção esquemática da barragem do Batateiro (DAM, 2004).

Figura 3.7 – Seção típica da barragem Casa de Pedra (DAM, 2004).

Figura 4.1 – Microfotografias da amostra da lama da ciclonagem secundária: a) e-

secundários, 2000x; b) e- secundários, 3500x; c) e- retroespalhados, 1000x; d) seção

polida, e- retroespalhados, 750x (Osorio, 2005).

x

Figura 4.2 - Microfotografias da amostra do rejeito da flotação: a) e- secundários, 750x;

b) e- secundários, 500x; c) e- retroespalhados, 1000x; d) seção polida, e-

retroespalhados, 500x (Osorio, 2005).

Figura 4.3 - Difratograma de raios x da amostra da lama da ciclonagem secundaria.

Figura 4.4 - Difratograma de raios x da amostra do rejeito da flotação.

Figura 4.5 – Distribuição granulométrica da lama da ciclonagem secundária (Osorio,

2005).

Figura 4.6 - Distribuições granulométricas do rejeito da flotação (Osorio, 2005).

Figura 4.7 – Resultados de ensaio de piezocone realizados na praia de rejeitos da

barragem B3 (DAM, 2004).

Figura 4.8 – Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x

deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra I (DAM, 2004).

Figura 4.9 - Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x

deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra II (DAM, 2004).


deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra III (DAM, 2004).


deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra IV (DAM, 2004).

Figura 4.12 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais – Amostra III

(DAM, 2004).

Figura 4.13 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas – Amostra III

(DAM, 2004).

Figura 4.14 – Trajetória em termos de tensões efetivas – Amostra III (DAM, 2004).

Figura 4.15 – Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste -

Amostra I – lama da ciclonagem secundária (Osorio, 2005).


Amostra II – rejeito da flotação (Osorio, 2005).


Amostra III – mistura de 75% da amostra I e 25% da amostra II (Osorio, 2005).

Figura 4.18 - Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste

Amostra IV – mistura de 50% da amostra I e 50% da amostra II (Osorio, 2005).

xi

Figura 4.19 - Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste -

Amostra V – mistura de 25% da amostra I e 75% da amostra II (Osorio, 2005).

Figura 4.20 – Gráfico de altura de “slump” em função da porcentagem de sólidos das

pastas, considerando as amostras originais e misturas (Osorio, 2005).

Figura 4.21 – Gráfico de ângulo de repouso em função da porcentagem de sólidos das

pastas, considerando as amostras originais e misturas (Osorio, 2005).

Figura 5.1 – Distribuição granulométrica do rejeito da flotação.

Figura 5.2 – Densidades relativas x ângulos de atrito (amostras de rejeito coletadas na

praia da barragem B3).

xii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 – Custos relativos aos diferentes sistemas de disposição de rejeitos (Rice &

Davies, 2002 em Gomes, 2006).

Tabela 2.2 – Valores de altura de “slump” e ângulo de repouso para pastas com

diferentes conteúdos de sólidos (Chambers et al., 2002).

Tabela 4.1 – Análise química quantitativa dos rejeitos da CSN (Osorio; 2005).

Tabela 4.2 – Tamanhos d10, d50 e d90 das amostras sólidas dos rejeitos da CSN (Osorio,

2005).

Tabela 4.3 – Resultados de ensaios granulométricos obtidos através de 04 ensaios

realizados em amostras de rejeitos coletadas na praia da barragem B4 (Geolabor, 2005).

Tabela 4.4 – Resultados de ensaios granulométricos obtidos em amostras coletadas no

aterro experimental da CSN (UFV, 2005).

Tabela 4.5 – Resultados de ensaios granulométricos realizados pela CEMIG amostras

da praia de rejeito da barragem B3 (DAM, 2004).

Tabela 4.6 – Densidades dos rejeitos de Casa de Pedra (Osorio, 2005).

Tabela 4.7 – Resultados de ensaios realizados pela CEMIG em amostras da praia de

rejeito da barragem B3 (DAM, 2004).

Tabela 4.8 – Massas especificas secas e índices de vazios limites de amostras de rejeitos

coletadas na praia da barragem B6 (Geolabor, 2005).

Tabela 4.9 – Resultados de ensaios para determinação de pesos específicos dos sólidos e

índices de vazios obtidos no aterro experimental da CSN (UFV, 2005).

Tabela 4.10 – Tempos de passagem de fluxo de ar e valores de ASE segundo Blaine

(Osorio, 2005).

Tabela 4.11 – Resultados de ensaios de campo de palheta na praia de rejeitos da


Tabela 4.12 – Parâmetros de resistência dos rejeitos da barragem B3 (DAM, 2004).

Tabela 4.13 – Amostras de rejeito em pastas e misturas da mineração Casa de Pedra

(Osorio, 2005).

xiii

Tabela 4.14 – Alturas do “slump” obtidas usando geometria cilíndrica (Osorio, 2005).

Tabela 4.15 – Porcentagem de sólidos necessária para abatimento de 50% da altura do

“slump” (Osorio, 2005).

Tabela 4.16 – Ângulos de repouso da disposição dos rejeitos em flume para diferentes

porcentagens de sólidos da pasta (Osorio, 2005).

Tabela 4.17 – Valores de altura de “slump” e ângulos de repouso para as amostras

originais dos rejeitos de Casa de Pedra (Osorio, 2005).

Tabela 5.1 – Análise comparativa das especificações granulométricas dos rejeitos de

Casa de Pedra (diâmetros em mm).

xiv

Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações

ASE – Área superficial específica

CSN – Companhia Siderúrgica Nacional

Deep Cone – Espessador de cone profundo

Piping – Erosão devido à percolação de água no interior do aterro, com carreamento de

sólido

Overtopping – galgamento

Overflow – Partição granulométrica de partículas mais finas

Underflow – Partição granulométrica de partículas mais grossas

Flume test – Ensaio de simulação de deposição hidráulica

Slump test – Ensaio de simulação de abatimento

Fe – Ferro

CIU – Ensaio triaxial consolidado, isotrópico e não-drenado

Tickened tailings – Rejeitos espessados

Paste tailings – Rejeitos em pasta

Wet cake tailings – Rejeitos filtrados a úmido

Dry cake tailings – Rejeitos filtrados a seco

Slurry – Polpa

Sinter feed – produto do beneficiamento do minério de ferro de granulometria fina

Pellet feed – produto do beneficiamento do minério de ferro de granulometria fina

Lump ore - produto do beneficiamento do minério de ferro de granulometria grossa

Paste – Pasta

Deck – Plataforma da peneira

Mn – Manganês

Si – Silício

Al – Alumínio

O – Oxigênio

Mg – Magnésio

Na – Sódio

S – Enxofre

xv

P – Fósforo

SiO2 – Sílica

Fe2O3 – Hematina

FeO(OH) – goethita

MnO2 – Pirolusita

Mg3(OH)2Si4O10 – Talco

Al2Si2O5(OH)4 – Caulinita

Al(OH)3 – Gibsita

PG – Picnometria a gás

PS – Picnometria simples

Run-of – escoamento superficial

Backfill – Preenchimento de aberturas subterrâneas com estéril

Pastefill - Preenchimento de aberturas subterrâneas com pasta

TTD - Thickened tailings disposal

Mícrons – Unidade de medida de tamanho de partículas

Yield stress – Tensão de escoamento

Mpa – Megapascal

Μm – Micrômetro

CPTU – Cone penetration test com medida de poropressão (piezocone)

Su – Resistência não drenada

CP – Corpo de prova

VST – Vane test

SNIP-II-53-73 – Especificação soviética referente ao diâmetro de partículas necessário

para uma razoável segregação hidráulica na construção de aterros hidráulicos.

D10 – Diâmetro efetivo

D60 – Diâmetro médio

D90 – Diâmetro correspondente a 60% passando na abertura da malha da peneira

considerada e obtido na curva granulométrica

σ − tensão total

σ1 – Tensão principal maior σ3 – Tensão principal menor μ – Poropressão φ - Ãngulo de atrito

xvi

C – Coesão Rpm – Rotações por minuto HS – Altura do “slump” θR - Ângulo de repouso

xvii

Lista de Anexos

Anexo I − Resultados de Ensaios – Parâmetros de Resistência.

Figura I.1 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais – Amostra I

(DAM, 2004).

Figura I.2 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas – Amostra I

(DAM, 2004).

Figura I.3 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais – Amostra II

(DAM, 2004).

Figura I.4 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas – Amostra II

(DAM, 2004).

Figura I.5 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais – Amostra IV

(DAM, 2004).

Figura I.6 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas – Amostra IV

(DAM, 2004).

Figura I.7 – Trajetória em termos de tensões totais – Amostra I (DAM, 2004).

Figura I.8 – Trajetória em termos de tensões efetivas – Amostra I (DAM, 2004).

Figura I.9 – Trajetória em termos de tensões totais – Amostra II (DAM, 2004).

Figura I.10 – Trajetória em termos de tensões efetivas – Amostra II (DAM, 2004).

Figura I.11 – Trajetória em termos de tensões totais – Amostra IV (DAM, 2004).

Figura I.12 – Trajetória em termos de tensões efetivas – Amostra IV (DAM, 2004).

xviii

ÍNDICE

CCAAPPÍÍTTUULLOO 11 −− IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO

1.1 JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO............................................1

1.2 ESCOPO DA DISSERTAÇÃO..............................................................................6

CCAAPPÍÍTTUULLOO 22 −− MMEETTOODDOOLLOOGGIIAASS AALLTTEERRNNAATTIIVVAASS DDEE DDIISSPPOOSSIIÇÇÃÃOO DDEE

RREEJJEEIITTOO

2.1 DISPOSIÇÃO DE REJEITOS GRANULARES NA FORMA DE ATERRO

HIDRÁULICO...............................................................................................................8

2.1.1 Histórico e Considerações Sobre a Técnica de Disposição Hidráulica..........8

2.1.2 Aplicação da Técnica de Aterro Hidráulico ás Barragens de Contenção de

Rejeitos...................................................................................................................11

2.1.3 Critérios de Aplicabilidade da Técnica de Aterro Hidráulico......................17

2.1.4 Parâmetros Geotécnicos dos Materiais de Aterro Hidráulico......................20

2.2 DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DESAGUADOS (ESPESSADOS) E/OU EM

PASTA.........................................................................................................................25

2.2.1 Histórico e Princípios da Técnica de Disposição de Rejeitos Espessados...25

2.2.2 Vantagens e Desvantagens da Técnica de Disposição de Rejeitos

Desaguados (Espessados) e/ou em Pasta................................................................33

2.2.3 Critérios de Aplicabilidade da Técnica e Condicionantes de Projeto de

Disposição de Rejeitos Desaguados (Espessados) e/ou em Pasta..........................38

2.3 CO-DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DE ESTÉREIS DE MINA ...........................43

2.3.1 Princípios Gerais da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos e Estéreis de

Mina........................................................................................................................43

2.3.2 Vantagens de Desvantagens da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos e

Estéreis de Mina.....................................................................................................49

xix

2.3.3 Critérios de Aplicabilidade da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos e

Estéreis de Mina e Condicionantes de Projeto.......................................................51

CCAAPPÍÍTTUULLOO 33 −− GGEERRAAÇÇÃÃOO EE PPRROODDUUÇÇÃÃOO DDEE RREEJJEEIITTOOSS DDEE FFEERRRROO DDAA

MMIINNEERRAAÇÇÃÃOO CCAASSAA DDEE PPEEDDRRAA -- CCSSNN

3.1 CARACTERIZAÇÃO GERAL DO EMPREENDIMENTO...............................53

3.2 PROCESSO DE BENEFICIAMENTO E GERAÇÃO DE REJEITOS DE CASA

DE PEDRA..................................................................................................................55

3.3 SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DE CASA DE PEDRA...............57

3.3.1 Barragem B3.................................................................................................57

3.3.2 Barragem B4.................................................................................................58

3.3.3 Barragem B5.................................................................................................59

3.3.4 Barragem B6.................................................................................................60

3.3.5 Estruturas Previstas para Implantação a Curto Prazo...................................61

3.3.5.1 Barragem do Batataeiro.....................................................................61

3.3.5.2 Barragem Casa de Pedra....................................................................62

CCAAPPÍÍTTUULLOO 44 −− CCAARRAACCTTEERRIIZZAAÇÇÃÃOO TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAA DDOOSS RREEJJEEIITTOOSS DDEE

FFEERRRROO DDAA MMIINNEERRAAÇÇÃÃOO CCAASSAA DDEE PPEEDDRRAA -- CCSSNN

4.1 INTRODUÇÃO....................................................................................................65

4.2 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DA FRAÇÃO SÓLIDA DOS

REJEITOS............ .......................................................................................................66

4.2.1 Composição Química e Mineralógica...........................................................66

4.2.2 Distribuição Granulométrica.........................................................................70

4.2.3 Densidades, Pesos Específicos e Índices de Vázios......................................74

4.2.4 Superfície Específica das Amostras Sólidas..................................................77

4.2.5 Parâmetros de Resistência.............................................................................78

4.3 CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS EM PASTA.............86

4.3.1 Preparação das Amostras dos Rejeitos em Pasta..........................................86

4.3.2 Viscosidade das Pastas..................................................................................87

xx

4.3.3 Testes de Slump.............................................................................................91

4.3.4 Testes de Calha ou Flume..............................................................................93

CCAAPPÍÍTTUULLOO 55 −− AALLTTEERRNNAATTIIVVAASS DDEE DDIISSPPOOSSIIÇÇÃÃOO DDOOSS RREEJJEEIITTOOSS

GGEERRAADDOOSS PPEELLAA MMIINNEERRAAÇÇÃÃOO CCAASSAA DDEE PPEEDDRRAA -- CCSSNN

5.1 INTRODUÇÃO....................................................................................................98

5.2 ALTERNATIVA 1: DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS GRANULARES NA FORMA

DE ATERRO HIDRÁULICO .....................................................................................98

5.2.1 Premissas e Critérios de Referência..............................................................98

5.2.2 Aplicabilidade da Técnica aos Rejeitos da CSN.........................................100

5.2.3 Estudos Complementares............................................................................103

5.3 ALTERNATIVA 2: DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DESAGUADOS

(ESPESSADOS) E/OU EM PASTA .........................................................................105

5.3.1 Premissas e Critérios de Referência............................................................105



5.4 ALTERNATIVA 3: CO-DISPOSIÇÃO DE REJEITOS E ESTÉREIS DE

MINA.........................................................................................................................108

5.4.1 Premissas e Critérios de Referência............................................................108



CCAAPPÍÍTTUULLOO 66 −− CCOONNCCLLUUSSÕÕEESS EE SSUUGGEESSTTÕÕEESS PPAARRAA PPEESSQQUUIISSAASS FFUUTTUURRAASS

6.1 INTRODUÇÃO..................................................................................................110

6.2 PRINCIPAIS CONCLUSÕES ...........................................................................111

6.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS E PESQUISAS FUTURAS ....................117

RREEFFEERRÊÊNNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS............................................................................................................................................111199

1

CAPÍTULO1

INTRODUÇÃO

1.1 - JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO

As atividades de mineração geram uma quantidade significativa de estéreis e rejeitos,

subprodutos inerentes ao processo de lavra e beneficiamento do minério, sendo que a

disposição destes materiais afeta de forma qualitativa e quantitativa o meio ambiente. A

quantidade de estéreis e rejeitos gerados numa mineração está relacionada ao método de

lavra empregado, seja a céu aberto ou subterrâneo, e ao teor do mineral de minério

presente na rocha de interesse. De uma maneira geral, estes materiais são gerados em

menor escala em minas subterrâneas, uma vez que, normalmente, os teores do minério

se apresentam mais elevados e a tonelagem de material lavrado é menor.

Em minas a céu aberto, devido ao aprimoramento das técnicas de lavra e de

beneficiamento e aos esforços para redução dos custos de produção, o aproveitamento

de minérios de baixos teores, considerados no passado como material de baixo valor

agregado, tornou-se prática comum nas mineradoras, contribuindo significativamente

para o aumento nos volumes de rejeitos gerados, podendo ser citadas as seguintes

razões médias entre o produto final e a geração de rejeitos de alguns minérios: ferro 2/1,

carvão 1/3, fosfato 1/5, cobre 1/30 e ouro 1/10000 (Abrão, 1987).

Neste contexto, visando minimizar impactos ambientais e melhorar aspectos de

segurança e de desempenho das obras geotécnicas, existe hoje uma preocupação de

dispor de forma otimizada os resíduos de mineração. Segundo Martin et al. (2002), a

principal função de qualquer estrutura de disposição de rejeito consiste no

armazenamento seguro, a longo prazo, do material de rejeito proveniente do processo de

beneficiamento do minério, visando minimizar os impactos sócio-ambientais. O projeto

2

de cada estrutura e a metodologia de disposição são específicos para cada mineração e

levam em conta fatores operacionais e condicionantes locais.

Os rejeitos podem ser descartados sob a forma sólida (pasta ou granel), ou líquida

(polpa de água com sólidos ou lama), podendo sua disposição ser feita em superfície,

em cavidades subterrâneas ou em ambientes sub-aquáticos, esta última com algumas

restrições do ponto de vista ambiental. A forma de disposição dos rejeitos está

relacionada diretamente ao tipo de minério e de processo empregado para o seu

beneficiamento, ou seja, a princípio, seu estado de disposição (pasta, granel ou polpa)

estará condicionado às etapas do processo e às características da planta, podendo,

posteriormente, ser alterado conforme a metodologia proposta para a sua disposição

final. Ressalte-se, entretanto, que a alteração do estado do rejeito para atendimento à

metodologia de disposição compreende, única e exclusivamente, mudança no seu estado

de concentração e não de suas características intrínsecas físico-químicas e

mineralógicas. Além disso, as diversas metodologias existentes e os procedimentos de

disposição de rejeitos resultam em depósitos com propriedades de engenharia

substancialmente diferentes.

Segundo Robertson et al. (1987), estruturas de disposição de rejeitos são construídas

com os seguintes objetivos preliminares:

servir como estrutura de separação dos sólidos e da água presente nos rejeitos,

através de decantação dos sólidos na bacia, e recuperação da água para o

processo industrial;

conter e controlar a água adicional do processo e a água intersticial presente nos

rejeitos e na lagoa formada no processo de deposição;

conter os sólidos presentes nos rejeitos que, muitas vezes, são reativos e não-

inertes, de forma a atender as exigências dos órgãos ambientais.

Segundo Gomes (2006), em função das características granulométricas dos rejeitos,

estes podem ser classificados como arenosos ou finos (lamas), sendo, na maioria das

vezes, essencialmente granulares em ambos os casos. Os rejeitos de granulometria fina,

3

apesar de comumente avaliados como materiais com características similares às dos

solos siltosos e argilosos, apresentam distinções físicas, químicas e estruturais, nem

sempre comportando-se geotecnicamente como solos.

Com relação à disposição atual de rejeitos, tem-se verificado uma preferência por

barragens de contenção em superfície, uma vez que sua disposição em cavidades

subterrâneas estará condicionada necessariamente à geração e à necessidade de

preenchimento destas aberturas, assim como o método de lavra empregado na mina

subterrânea. As barragens de superfície podem ser construídas em etapa única, através

de barramentos convencionais (barragens de terra compactada), onde os materiais

utilizados na construção são provenientes, em sua maioria, de jazidas de empréstimos

localizadas próximas à área da barragem ou com outros tipos de material como, por

exemplo, estéreis e rejeitos gerados na mina e nas instalações de beneficiamento,

respectivamente.

Quando da utilização dos rejeitos gerados na planta, essas barragens, geralmente são

construídas em etapas, com alteamentos sucessivos e ao longo do tempo. Em muitos

casos, quando o rejeito se apresenta com granulometria mais grosseira (acima de

0,074mm), sua deposição pode ser feita através da técnica denominada de aterro

hidráulico, conformando pilhas e barragens de rejeitos, sendo que os alteamentos são

preferivelmente realizados a montante. A construção em alteamentos sucessivos, além

de diluir os custos envolvidos, dá ao minerador maior flexibilidade de operação, pois

possibilita adaptar a construção destas estruturas às necessidades reais da mina.

Segundo Parra et. al. (1991), rejeitos mais granulares, com coeficiente de

permeabilidade superior a 5 x 10-4 cm/s, podem ser removidos do reservatório e

diretamente utilizados no aterro da barragem, sem passar por um processo de secagem.

Nestes casos, a velocidade de construção do aterro é condicionada pelo tempo

necessário para a drenagem da camada de material lançada, sendo este, suficientemente

curto para permitir uma boa continuidade dos serviços. Rejeitos mais finos também

podem ser utilizados na execução de aterros, se passarem por processos de secagem

mais onerosos.

4

Quanto aos métodos construtivos de barragens de rejeitos, construídas por alteamentos

sucessivos, os três tipos clássicos podem ser citados: Método de Montante, Método de

Jusante e Método de Linha de Centro, sendo que o Método de Montante é considerado o

mais econômico e de maior facilidade executiva. Entretanto, neste caso, apesar das

vantagens apresentadas e da necessidade de menores áreas para disposição, estas

estruturas, principalmente quando alteadas com o próprio rejeito do processo, merecem

maior controle no acompanhamento durante a etapa construtiva, uma vez que

apresentam algumas desvantagens relacionadas à dificuldade de controle da superfície

freática, susceptibilidade ao piping, superfícies erodíveis e probabilidade de liquefação

(Espósito, 2000).

Segundo Robertson et al (1987), as propriedades de engenharia de relevância crítica na

definição da escolha do método de construção estão relacionadas à porcentagem do

material granular presente no rejeito, densidade relativa dos grãos, estudo do potencial

de liquefação e grau de consolidação do rejeito, além de suas características de

permeabilidade e solubilização. Na disposição dos rejeitos, além dos aspectos de

construção e segurança, pode ser requerido que o reservatório formado seja estanque

para impedir a infiltração dos efluentes danosos à qualidade das águas como, por

exemplo, soluções contendo cianetos, metais pesados ou com pH muito ácido.

Neste sentido, visando minimizar os impactos ambientais e os custos associados aos

processos de contenção e recuperação de água do processo, esses rejeitos, apesar de não

possuírem valor econômico direto, têm sido alvo de grande interesse por parte das

empresas do setor de mineração, que vêm procurando novas alternativas de disposição

desses materiais. Desta forma, a adoção de novas metodologias para a disposição dos

rejeitos oriundos das atividades de mineração tornou-se uma proposta não apenas

válida, mas estratégica. (Gomes, 2006).

Considerando que o principal problema relacionado à estabilidade das estruturas de

contenção citadas anteriormente refere-se, basicamente, aos procedimentos e efeitos

relativos ao confinamento da água residual do processo em barragens convencionais, a

5

adoção de novas metodologias baseadas no desaguamento dos rejeitos também tem sido

estudada por meio de técnicas de espessamento do rejeito, reduzindo a incorporação da

água residual ao produto final resultante.

Neste caso, o reaproveitamento imediato de grandes volumes de água diretamente a

partir de espessadores, em relação aos procedimentos para recuperação da água e de seu

retorno à planta industrial, a partir da polpa acumulada e do reservatório formado em

barragens (cujas perdas são de difícil previsão), constitui a feição mais relevante desta

tecnologia, além do ganho em volume que isto representaria numa área de disposição.

Apesar do custo relativamente elevado desta técnica, do ponto de vista geotécnico e

ambiental, adicionalmente, a disposição de rejeitos espessados e/ou em pasta incorpora

as seguintes vantagens (ainda que considerando que estes aspectos referem-se, muitas

vezes, a previsões de comportamento, uma vez que tais tecnologias são muito recentes):

menor área para disposição;

maior vida útil;

maior recuperação de água;

maior densidade e estabilidade das estruturas de disposição;

menor susceptibilidade à liquefação e a rupturas catastróficas;

menor potencial de contaminação das águas subterrâneas;

maior recuperação dos reagentes utilizados nos processos de tratamento;

maior facilidade de aceleração dos procedimentos de reabilitação das áreas

degradadas.

Por fim, outra metodologia alternativa que merece destaque e que também tem sido

estudada em algumas minas no Brasil e no mundo, está relacionada à disposição destes

materiais em áreas já mineradas, e em depósitos específicos, juntamente com o estéril

da mina, através da co-disposição ou disposição combinada destes materiais (rejeitos e

estéreis). Esta disposição pode se dar em ambientes confinados, como é o caso da

6

disposição destes resíduos em cavas exauridas, ou até mesmo em barragens de

contenção e pilhas de estéril, conformando parte do barramento ou o próprio depósito.

Desta forma, um estudo detalhado das características tecnológicas e condições do rejeito

a ser depositado é de fundamental importância como condicionante de projeto e

parâmetro de viabilidade, considerando a enorme variabilidade operacional da planta de

beneficiamento e, conseqüentemente das condições dos rejeitos e de sua disposição.

Face a estas novas condicionantes e perspectivas, uma proposta de avaliação de

implementação de metodologias alternativas para disposição de rejeitos, a partir de uma

caracterização tecnológica destes materiais envolvendo ensaios de campo e laboratório,

torna-se imperativa para quantificação da relação custo-benefício de um dado

empreendimento mineral.

O objetivo fundamental dessa dissertação é avaliar tais propostas alternativas para um

estudo de caso de uma mineração de ferro situada na região do Quadrilátero Ferrífero,

no estado de Minas Gerais. Estes estudos compreendem a caracterização tecnológica

dos rejeitos gerados no empreendimento minerário de Casa de Pedra, de propriedade da

Companhia Siderúrgica Nacional - CSN, localizado no município de Congonhas-MG,

visando à definição e a avaliação da aplicabilidade de metodologias alternativas de

disposição de rejeitos propostas, quais sejam: disposição de rejeito granular na forma de

aterro hidráulico (pilha de rejeito), disposição de rejeitos desaguados (espessados) e/ou

em pasta e a co-disposição de rejeitos e estéreis em superfície.

1.2 - ESCOPO DA DISSERTAÇÃO

Essa dissertação apresenta-se dividida em seis capítulos. No Capítulo 1 são

apresentados os objetivos e as justificativas, como também o escopo geral do estudo

proposto.

7

No Capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica sobre as metodologias de

disposição de rejeitos propostas nesse trabalho, compreendendo histórico e

considerações sobre as técnicas abordadas, aplicação das técnicas e suas principais

características, vantagens e desvantagens dos métodos, além de critérios de

aplicabilidade, condicionantes de projeto, melhorias das condições de segurança e

correlações empíricas abordadas.

No Capítulo 3, encontra-se apresentada uma breve descrição do processo de geração e

produção de rejeitos de ferro da Mineração Casa de Pedra, incluindo uma caracterização

geral do processo de beneficiamento adotado, uma descrição das estruturas e do atual

sistema de disposição de rejeitos da mineração estudada e, por fim, uma descrição dos

projetos de expansão das estruturas de contenção de rejeitos e previsão de construção

das futuras barragens.

Com base na caracterização tecnológica dos rejeitos de ferro da Mineração Casa de

Pedra, no Capítulo 4, são apresentados os principais resultados obtidos a partir de

ensaios de campo e laboratório realizados em amostras representativas dos rejeitos

gerados no processo de beneficiamento e, atualmente, dispostos nas estruturas de

contenção e barragens existentes (Barragem Casa de Pedra).

No Capítulo 5, faz-se uma avaliação das metodologias de disposição para os rejeitos de

Casa de Pedra, a partir dos resultados de caracterização tecnológica dos rejeitos. Nesse

capítulo, para cada metodologia de disposição proposta, são apresentadas as principais

premissas e critérios de referência, as condições de aplicabilidade ao rejeito da CSN,

além dos estudos complementares propostos.

No Capítulo 6 encontram-se apresentadas as conclusões dos estudos desenvolvidos

nesta dissertação, incluindo-se também algumas sugestões para pesquisas futuras.

8

CAPÍTULO 2

METODOLOGIAS ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO DE

REJEITOS

Nesse capítulo, será apresentada uma revisão bibliográfica de três metodologias

alternativas de disposição de rejeitos, consideradas não convencionais, quando

comparadas ao sistema de disposição de rejeitos em forma de polpas minerais contidas

em barragens de terra e/ou bacias de rejeito. Essas metodologias foram consideradas no

estudo proposto e serão avaliadas como alternativas de disposição para os rejeitos

gerados na Mineração Casa de Pedra, considerando as vantagens que estes métodos

apresentam em relação às práticas convencionais de disposição, principalmente em

termos da necessidade de menores áreas de disposição e, conseqüentemente, de

impactos ambientais mais reduzidos.

2.1 - DISPOSIÇÃO DE REJEITOS GRANULARES NA FORMA DE ATERRO

HIDRÁULICO

2.1.1 - Histórico e Considerações Sobre a Técnica de Disposição Hidráulica

Segundo Moretti e Cruz, citado em Cruz (1996), a hidromecanização pode ser

caracterizada como a atividade que envolve um conjunto de técnicas relacionadas à

explotação, transporte e deposição de qualquer material sólido em uma área

predeterminada, com o auxílio de água ou outro tipo de fluido. Os aterros construídos

por meio de hidromecanização são comumente denominados como aterros hidráulicos.

A Figura 2.1 a seguir apresenta o aspecto de um aterro formado com o rejeito de

mineração, construído pela técnica de aterro hidráulico.

9

Figura 2.1 – Exemplo de pilha de rejeito construída pela técnica de aterro hidráulico.

(Espósito, 2000)

Durante anos, o processo de hidromecanização foi utilizado na construção de diques,

desvios de rios, barragens de contenção de sedimentos e barragens de contenção de

cheias, sendo utilizado, entretanto, sem técnicas de projeto e metodologias construtivas

que minimizassem os riscos de potenciais rupturas.

A Holanda foi um dos primeiros países a utilizar a técnica de aterro hidráulico, por volta

do Século XVII, obtendo grande sucesso na remoção de sedimentos de portos e canais,

e nos processos de recuperação de áreas abaixo do nível do mar, através de atividades

de dragagem. Além da Holanda, outro país pioneiro nesta técnica foi o Canadá, por

meio da utilização de dragagem para escavação do canal de Suez em 1856. Mais

recentemente, entre 1947 e 1973, mais de 100 estruturas de projetos hidrelétricos foram

construídas utilizando o processo de hidromecanização nos países que formavam a

antiga União Soviética (Morgenstern & Küpper, 1988).

A metodologia de disposição baseada na técnica de aterro hidráulico foi aprimorada

pelos americanos, iniciada durante o período de exploração de ouro na Califórnia (HSU,

1988). Inicialmente as barragens de aterro hidráulico soviéticas foram construídas de

forma similar à americana, sendo gradualmente adaptadas à experiência acumulada na

construção de diversas usinas hidrelétricas. A partir de 1973, a experiência soviética

gerou critérios e prescrições específicas.

10

Inicialmente, a seção típica de uma barragem de aterro hidráulico era constituída por um

talude de montante com inclinação 1V:3H, um talude de jusante com inclinação 1V:2H

e um núcleo impermeável de argila. Entretanto, a falta de controle construtivo levava

comumente à ruptura destas estruturas ainda na fase de construção, em função do lento

processo de adensamento do material do núcleo, normalmente de alta plasticidade, em

oposição às altas velocidades de lançamento do aterro.

A experiência brasileira com a aplicação da metodologia de aterro hidráulico envolveu

cerca de dezesseis aterros de baixa altura, construídos entre 1906 e 1945, adotando-se

principalmente a metodologia americana. Estas estruturas tinham, em média, 30m de

altura e foram construídas a partir de um núcleo de argila siltosa e com espaldares de

areia fina lançados hidraulicamente, destacando-se, pela importância e tamanho, as

barragens executadas ao longo dos rios Grande e Guarapiranga.

Embora essas barragens tenham apresentado um desempenho satisfatório, a falta de

controle do método de lançamento sempre representou uma grande dificuldade em

termos de se prever o real comportamento do material depositado, bem como da

estabilidade da estrutura como um todo, causando restrições e dúvidas sobre o método

de hidromecanização.

Como síntese desta abordagem geral, constata-se que, embora com muitas restrições

devido principalmente à execução de projetos inadequados e falta de controle dos

métodos construtivos, que resultaram em uma série de rupturas de estruturas dessa

natureza, a técnica de aterro hidráulico, desde que bem controlada e bem avaliada

tecnicamente, pode ser considerada como uma excelente alternativa de construção,

principalmente quando aplicada à disposição de resíduos tais como os rejeitos oriundos

das plantas de beneficiamento da mineração. Estes condicionantes e as principais

vantagens da técnica de aterro hidráulico aplicada a barragens de contenção de rejeitos

são detalhadas no tópico a seguir.

11

2.1.2 - Aplicação da Técnica de Aterro Hidráulico às Barragens de Contenção de

Rejeitos

Visando principalmente diluir os custos envolvidos na implantação de uma barragem

convencional para contenção de rejeitos, estes, quando granulares, são usualmente

utilizados pelas mineradoras como materiais de construção do próprio barramento,

sendo, então, realizados alteamentos sucessivos conforme cronograma construtivo e de

acordo com a sua geração na planta. Neste caso, o rejeito granular também é

transportado e depositado por meio da técnica de aterro hidráulico, conformando a

barragem alteada com rejeito e formando a praia, porção do reservatório mais próxima à

barragem, que recebe este nome devido às suas características que proporcionam o

afastamento da lâmina d’água em relação ao barramento.

A Figura 2.2 a seguir apresenta o aspecto de uma praia de rejeito, formada pela técnica

de aterro hidráulico.

Figura 2.2 - Praia de rejeitos formada pela técnica de aterro hidráulico. (Espósito, 2000)

A técnica de disposição envolve, inicialmente, a construção de um dique de partida,

geralmente composto por solo ou material de enrocamento. Os alteamentos começam a

ser executados com o rejeito, somente após a implantação deste dique, que terá a função

de conter o rejeito lançado hidraulicamente. A partir daí, o rejeito é lançado a montante

da periferia da crista, formando uma praia, a qual servirá de fundação para o próximo

alteamento.

12

O rejeito utilizado como material de construção é depositado fazendo uso dos espigotes

(canhões de lançamento), distribuídos ao longo da crista da barragem e dispostos

conforme a necessidade de formação da praia. Em alguns casos, o rejeito já lançado

pode ser retrabalhado por meio de pás carregadeiras e/ou tratores, o que tende a alterar a

distribuição granulométrica original oriunda da segregação hidráulica.

De acordo com a natureza do minério e com o processo de beneficiamento na planta,

quando o rejeito não apresenta características adequadas em termos de distribuição

granulométrica, resistência e/ou permeabilidade, estes devem ser tratados por meio do

chamado processo de ciclonagem, realizado por equipamentos conhecidos como

hidrociclones ou apenas ciclones, que fazem uma separação das frações granulométricas

dos rejeitos. Entretanto, deve-se estar atento ao fato de que este procedimento só será

consistente quando não ocorrer diferenças de densidades relativas entre as frações

granulométricas (Ribeiro, 2000).

Os hidrociclones são estruturas metálicas ou de plástico em forma cilíndrica-cônica,

com uma entrada lateral na parte superior para a polpa, e com duas saídas, uma inferior

para o underflow ou material mais grosso e outra superior, para o overflow ou material

mais fino (Figura 2.3).

A primeira função da ciclonagem é a de proporcionar a retirada da água da polpa, sendo

esta, normalmente realizada nas proximidades da própria usina de beneficiamento,

visando a recirculação da água no processo industrial. A segunda função é a partição

granulométrica, nas parcelas correspondentes ao overflow e ao underflow. Esta segunda

função, normalmente, é realizada próxima à barragem, visando à utilização dos rejeitos

mais grosseiros na conformação do barramento. A Figura 2.4 apresenta uma seqüência

de hidrociclones localizados na crista de uma barragem de contenção de rejeitos,

utilizados para a separação do material para formação do barramento.

13

CABEÇALHO DA MENSAGEM (CAPA DO DOCUMENTO)

(ALT+ E)

SUBTÍTULO (ALT+T,S)

Título (Alt+U)

Figura 2.3 - Esquema básico de um hidrociclone.

Figura 2.4 – Série de hidrociclones localizados na crista de uma barragem.

Independente do tipo de tratamento e das técnicas de descarte da polpa, as propriedades

e as características que governam o desempenho adequado de aterros construídos via

descarga hidráulica passam, necessariamente, pela composição da mistura e pelo

método de disposição (Ribeiro, 2000).

14

As principais variantes que caracterizam a composição da mistura estão relacionadas ao

tipo de fluido, à granulometria e à concentração da polpa, esta última com influência

direta no processo de segregação dos sólidos, ou seja, na tendência da fração sólida a

sedimentar, criando um gradiente de concentração dentro do conjunto. As características

do método de deposição são condicionadas pela velocidade de descarga, concentração

da polpa e espaçamento dos canhões utilizados.

O comportamento da segregação ou não dos sólidos da polpa pode ser entendido como

fator crítico no dimensionamento e operação destas estruturas. As polpas não

segregáveis tendem a gerar praias mais íngremes, com granulometria constante e baixa

densidade. Caso contrário, o processo de segregação tende a gerar praias mais densas e

planas, com a granulometria variando a partir do ponto de descarga. Diferentemente dos

aterros convencionais, cuja densidade aumenta com o aumento da energia de

compactação, Küpper (1991) relata que, nos aterros hidráulicos, o aumento da

densidade in situ é obtido por meio de elevadas vazões, baixas concentrações de polpa e

baixas velocidades de fluxo, comprovando-se também a influência da segregação no

processo de densificação do aterro.

O processo de segregação hidráulica constitui um fenômeno bastante complexo nos

rejeitos de minério de ferro, em virtude da interação de diferentes granulometrias e

densidades dos grãos de sílica e dos óxidos de ferro. Devido a essa grande variabilidade,

torna-se difícil avaliar o comportamento dessas estruturas (Ribeiro e Assis, 2002, citado

em Cavalcante, 2004).

Considerando o processo de segregação, a concepção clássica proposta por Kealy e

Busch (1971), em Vick (1983), citado em Cavalcante (2004), prevê a existência de três

zonas distintas na praia: uma de alta permeabilidade formada pelos rejeitos granulares,

situada próxima ao ponto de descarga, uma de baixa permeabilidade, situada distante

deste ponto e uma intermediária, entre as duas primeiras. Entretanto, a presença do ferro

no rejeito faz com que esta deposição gere uma segregação hidráulica bem diferente da

tradicionalmente conhecida. As partículas de sólidos mais finas, porém mais densas do

15

minério de ferro, tendem a se depositar próximo ao ponto de descarga, mais facilmente

do que as partículas mais grossas, porém mais leves, do minério de quartzo.

A partir daí, ocorre a deposição das partículas mais grossas do minério de quartzo, e nos

pontos mais distantes ocorre a deposição das partículas mais finas e mais leves. Nestas

condições, próximo ao ponto de descarga e nos pontos mais afastados, têm-se regiões

com menores condutividades hidráulicas, com uma região central onde a

permeabilidade é maior (Ribeiro, 2000).

Ao longo da praia, após a lama ser descartada, os grãos tendem a depositar ou fluir

próximo à superfície do aterro sob diferentes regimes de fluxo, sendo estas condições as

principais responsáveis pela morfologia da praia e pela geração de diferentes formas de

leito que podem ser caracterizadas por camadas planas e onduladas, de acordo com a

velocidade e natureza do fluxo, tamanho do sedimento e forma da superfície do fundo

da camada.

Além da alteração dos leitos de superfície, as condições de fluxo e as características do

sedimento também condicionam a formação de diferentes feições morfológicas da praia.

Assim, a análise do tipo de mecanismo de deposição e a influência das condições

mencionadas acima são de fundamental importância para avaliação da geometria do

depósito formado, o que pode ser estabelecido por meio da realização de ensaios de

simulação em laboratório ou no próprio campo por ensaios em modelos-piloto.

Em resumo, a variabilidade dos depósitos de rejeitos formados por aterro hidráulico está

associada a diferentes fatores: (Ribeiro, 2000)

Fatores externos, relativos às características do processo de deposição, como a

velocidade de descarga, vazão e concentração da lama ou mistura e altura e

inclinação do canhão de lançamento;

Fatores internos, relativos à mistura (polpa), caracterizados pelas características

dos grãos, densidade e viscosidade do fluido;

16

Fatores relacionados ao regime de fluxo e à interação entre as camadas de

superfície e forma do leito.

A técnica de aterro hidráulico, no caso da utilização do próprio rejeito para conformação

do barramento, permite que a barragem seja construída sem a necessidade de aporte de

grandes investimentos iniciais, uma vez que os alteamentos ocorrem concomitantemente

à geração do rejeito na planta, além de permitir a construção do maciço em várias

etapas, amortecendo também os investimentos a longo prazo.

Grishin (1982), citado em Cavalcante (2004), apresenta algumas vantagens operacionais

dos aterros hidráulicos em comparação com as barragens convencionais: alta taxa de

construção (até mais de 200.000 m3 por dia), possibilidade de construção de aterros

submersos, simplicidade dos mecanismos utilizados, menos trabalho humano e custo

unitário menor. Mesmo sendo uma técnica atrativa para as mineradoras, as barragens de

rejeito construídas por aterro hidráulico não apresentavam um controle técnico rigoroso,

possivelmente pelo descaso técnico que era associado a estas obras no passado.

Atualmente, pela imposição dos órgãos ambientais e mesmo devido aos riscos

associados às obras, o panorama geral de controle e segurança deste tipo de estrutura

tem mudado radicalmente.

Considerando as dificuldades intrínsecas relacionadas a aterros construídos

hidraulicamente pelo método de montante, como por exemplo: dificuldade de controle

da superfície freática, redução da capacidade de armazenamento, susceptibilidade ao

piping, geração de superfícies erodíveis e probabilidade de liquefação (rejeitos

granulares, fofos e saturados), tais estruturas devem ser implantadas e operadas com

rigoroso controle de campo e acompanhamento das obras, visando um maior

entendimento do comportamento geotécnico dos aterros hidráulicos e um maior

controle na qualidade do processo construtivo.

17

2.1.3 - Critérios de Aplicabilidade da Técnica de Aterro Hidráulico

Conforme apresentado anteriormente, as partículas sólidas da polpa de rejeitos

apresentam maior segregação para altas vazões, baixas concentrações de polpa e baixas

velocidades de fluxo, aumentando também a densidade in situ, que se apresenta como

benefício adicional para o aumento da vida útil destas estruturas, além de propiciar

maior segurança com relação a sua estabilidade. Com base na experiência soviética de

construção de aterros hidráulicos, a especificação SNIP-II-53-73, relatada em Küpper

(1991), considera como material razoável para segregação hidráulica, aquele que atende

ao seguinte critério:

• 5,2DD

10

60 > (3.1a)

• 0,5DD

10

90 > (3.1b)

A Figura 2.5 apresenta as prescrições da norma soviética, sobre barragens construídas

pela técnica de aterros hidráulicos, que divide os solos em cinco classes distintas, cada

uma delas associada a um tipo específico de seção.

Conforme citado em Ribeiro (2000), a norma soviética recomenda que sejam utilizados

como materiais de construção de aterros hidráulicos preferencialmente os solos

correspondentes aos grupos I e II, devendo ser utilizados em barragens e aterros de

seção homogênea e heterogênea, respectivamente. Os materiais com as características

do grupo V somente devem ser utilizados na construção dos espaldares e os do grupo IV

como material do núcleo. Com relação aos solos do grupo III, algumas restrições e

cuidados devem ser tomados, principalmente com relação às velocidades de

lançamento.

18

Figura 2.5 - Grupos de materiais de empréstimo de acordo com a norma SNIP-II-53-73

(modificado - Moretti & Cruz, 1996, citado em Ribeiro, 2000).

Devido aos problemas de ordem construtiva e as rupturas associadas a estas estruturas,

Hazen (1920), citado em Cavalcante (2004), propôs algumas medidas de controle

construtivo que deveriam ser incorporadas aos projetos de aterro hidráulico, tais como:

uso de enrocamentos de pé como medida de controle de infiltrações e estabilização dos

taludes de jusante; remoção das frações finas coloidais do núcleo, admitindo-se um

máximo de 10% de partículas com diâmetro inferior a 0,01 mm, como medida de

aceleração do processo de adensamento do núcleo ainda na fase de construção; redução

da largura do núcleo e aumento da largura do espaldar como medida de estabilização do

aterro; e redução dos índices de vazios por compactação dos espaldares arenosos, como

medida de segurança contra a possibilidade de ruptura por liquefação.

Espósito (2000) cita medidas complementares que incluem rebaixamento da linha

freática, densificação do rejeito, utilização de material drenante e utilização de camadas

intermediárias com materiais granulares mais grossos, além de medidas corretivas

específicas no caso de problemas como galgamento (“overtopping”), erosões

superficiais, erosões devido à percolação (“piping”), instabilidade de taludes e

liquefação.

19

Melent’ev et al. (1973) e Yufin (1965), citado em Cavalcante (2004), relatam

recomendações baseadas na experiência soviética, definindo a distribuição

granulométrica do material como a mais importante característica a ser observada em

aterros hidráulicos. Outras recomendações são a eliminação de núcleos de alta

plasticidade, adoção de estruturas homogêneas e taludes abatidos. Segundo Chammas

(1989), citado em Cavalcante (2004), os próprios rejeitos podem ser utilizados como

material de construção, desde que seja adotado em conjunto as seguintes medidas:

separação da fração grossa e da lama, sendo utilizada apenas a fração areia para

construção do aterro; controle dos procedimentos de separação granulométrica;

drenagem interna eficiente; e compactação dos rejeitos e proteção superficial.

Assis e Espósito (1995) propõem uma metodologia de controle da qualidade durante a

construção dos aterros hidráulicos, baseada nos seguintes princípios:

medida em campo da variabilidade das massas específicas secas e dos grãos;

determinação da porosidade e determinação da sua freqüência calculada em

função da densidade in situ, dos grãos e da umidade;

obtenção dos parâmetros geotécnicos em laboratório;

correlações entre a porosidade e os parâmetros encontrados;

distribuição estatística dos parâmetros geotécnicos;

cálculo da média e do desvio padrão da distribuição granulométrica;

análise probabilística da estabilidade e percolação;

avaliação do comportamento da barragem e análise de risco.

Diante do exposto e considerando que o arranjo físico da praia pode ser alterado em

função das características do material a ser depositado, do método de descarga e do

processo de segregação, ensaios de simulação de deposição hidráulica (flume) têm sido

realizados, aplicado aos estudos de geometria dos aterros hidráulicos (Ferreira et al.,

1980; Blight et al., 1985; de Groot et al., 1988; Winterwerp et al., 1990; Fan &

Masliyah,1989; Küpper, 1991; Ribeiro et al., 1998; citado em Gomes et. al., 2002).

20

2.1.4 – Parâmetros Geotécnicos dos Materiais de Aterro Hidráulico

Do ponto de vista geotécnico, os materiais utilizados como aterro hidráulico (solos de

empréstimo ou rejeitos de mineração) são complexos em termos de amostragem e

inspeção, com comportamento dominado basicamente pela composição, densidade in

situ, estrutura e estado de tensão. Neste sentido, ensaios de campo e de laboratório têm

sido utilizados, sendo que os ensaios de campo visam contornar os problemas relativos

à obtenção de amostras representativas da realidade de campo.

A avaliação dos parâmetros de resistência dos rejeitos granulares constitui um elemento

fundamental para a elaboração dos projetos de disposição superficial destes materiais,

principalmente quando utilizados como material constituinte dos alteamentos destas

estruturas, implicando necessariamente a identificação do estado de densidade e dos

parâmetros de resistência ao cisalhamento do material constituinte do depósito.

Considerando as limitações da fixação rigorosa de índices de vazios e estados de

compacidade em praias de rejeitos e sua reprodução em ensaios de laboratório, diversas

correlações empíricas e semi-empíricas têm sido propostas para a determinação do

índice de densidade ou densidade relativa com diferentes parâmetros geotécnicos,

particularmente ângulos de atrito (Figura 2.6).

Figura 2.6 - Correlações entre valores de ângulos de atrito e de densidades relativas para

solos granulares (Schmertman, 1978, modificado - citado em Ribeiro, 2000).

21

Estas correlações são ainda incipientes em termos de resultados de ensaios in situ em

depósitos de rejeitos. A Figura 2.7 apresenta alguns destes resultados obtidos para

rejeitos de minério de ferro da região do Quadrilátero ferrífero de Minas Gerais, com

base em resultados de ensaios CPTU (Albuquerque Filho, 2000, citado em Gomes et. al

2002).

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 20 40 60 80 100

Índice de densidade (%)

Prof

undi

dade

(m)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22 24 26 28 30Ângulo de atrito efetivo (°)

Prof

undi

dade

(m)

Figura 2.7 – Resultados de ensaios conepenetrométricos realizados na praia da barragem

de contenção de rejeitos de minério de ferro de Gongo Soco (Albuquerque Filho, 2000).

Com base em correlações entre parâmetros geotécnicos dependentes, torna-se possível

verificar as mudanças no comportamento da estrutura e quantificar as variações nos

parâmetros geotécnicos durante a formação do depósito pela deposição hidráulica. A

importância da caracterização da densidade é justificada pela necessidade de se garantir

a estabilidade da estrutura, uma vez que depósitos fofos e saturados, estratificações e

variações granulométricas geram uma grande variabilidade nos parâmetros geotécnicos

associados aos aterros hidráulicos.

22

Potencialmente crítico nestas condições é a possibilidade da formação de depósitos com

baixas densidades que, aliada ao estado saturado e a uma baixa granulometria do

material depositado, podem viabilizar mecanismos de liquefação, tanto sob solicitações

estáticas como dinâmicas (Pereira, 2005, citado em Cavalcante, 2004).

Correlações entre teores de ferro (Fe) e densidades de partículas de rejeitos de minério

de ferro foram apresentadas por Espósito (2000) e Lopes (2000), cujos resultados estão

sistematizados na Figura 2.8. Constata-se uma variação incremental bastante

característica da densidade dos grãos com o aumento do teor de Fe presente no rejeito

estudado.

Figura 2.8 - Relação entre massas específicas dos grãos e teores de ferro em rejeito de

Fe (Espósito, 2000; Lopes, 2000, modificado, citado em Hernandez, 2002).

Visando estabelecer uma relação entre a variação do teor de ferro, a densidade

específica dos grãos, a granulometria dos materiais depositados e a resistência ao

cisalhamento, Lopes (2000) apresenta a relação de dependência do ângulo de atrito com

a porosidade e a granulometria do material (Figura 2.9), tomando como base a clara

relação existente entre a porosidade e os parâmetros de resistência, assim como o

23

princípio de que cada amostra é caracterizada por um teor de ferro, e apresenta uma

granulometria determinada que pode ser representada por seu respectivo valor de D50.

Presotti (2002), citado em Albuquerque Filho (2004), avaliou a influência do teor de

ferro nos parâmetros de resistência dos rejeitos granulares de Morro Agudo. A

realização de ensaios triaxiais drenados permitiu atestar o aumento do ângulo de atrito

com o teor de ferro nas amostras de rejeitos. Adicionalmente, observou-se uma

tendência de aumento dos valores de índice de vazios máximo e mínimo com a redução

do diâmetro dos grãos e com o acréscimo da presença de ferro nas partículas.

Figura 2.9 - Relação de dependência do ângulo de atrito com a porosidade e a

granulometria (Lopes, 2000).

Outro aspecto importante já levantado nos itens anteriores diz respeito ao potencial de

liquefação dos rejeitos, principalmente no caso de depósitos com elevados índices de

vazios e um complexo processo de segregação das partículas, em face das diferentes

densidades dos minerais presentes. Assim, análises e estudos experimentais têm sido

implementados a partir de ensaios triaxiais, executados em condições não-drenadas e

sob diferentes estágios de tensões (Casagrande, 1975; Poulos et al., 1985; Sladen et al.,

1985; Verdugo et al., 1991; Ishihara, 1993; Tibana et al., 1998, Gomes et al., 2002,

Pereira, 2005; citado em Gomes et. al., 2002). A Figura 2.10 apresenta resultados

24

típicos destes estudos para o caso de um rejeito de minério de ferro do Quadrilátero

Ferrífero, com as respectivas trajetórias de tensões apresentadas na Figura 2.11. A partir

dos resultados de ensaios triaxiais CIU, é possível avaliar a evolução das poropressões

geradas durante as fases de carregamento, sob condições de cisalhamento não drenadas,

permitindo-se, assim, uma avaliação do potencial de liquefação dos rejeitos sob

carregamento estático.

Figura 2.10 - Resultados de ensaios CIU para rejeitos de minério de ferro (Gomes et al.,

2002).

Figura 2.11 - Trajetória de tensões dos ensaios para o rejeito de minério de ferro

(Gomes et al., 2002).

25

Conforme pode ser observado nas Figuras 2.10 e 2.11, o rejeito em questão apresenta

características de uma areia siltoso, com poropressões geradas nas fases iniciais de

carregamento bastante elevadas, induzindo um comportamento colapsível dos rejeitos

sob baixas deformações, demonstrando também um comportamento de tipicamente de

contração destes rejeitos sob cisalhamento em condições não drenadas. (Gomes et. al.

2002).

2.2 - DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DESAGUADOS (ESPESSADOS) E/OU EM

PASTA

2.2.1 - Histórico e Princípios da Técnica de Disposição de Rejeitos Espessados

Dependendo da magnitude e do processo de desaguamento (retirada de água) da polpa

de rejeito fino, oriunda do processo de beneficiamento do minério, os rejeitos podem

apresentar diferentes estados físicos (polpa, pasta ou massa tipo torta), com

comportamentos geotécnicos distintos (Gomes, 2006). Normalmente, o processo de

desaguamento é realizado por meio de espessadores de grande porte ou em potentes

filtros a vácuo (no caso de rejeitos filtrados), implicando em última instância, em um

aumento do teor de sólidos e na melhoria dos parâmetros de resistência do material.

Do ponto de vista subjetivo, entende-se um rejeito em pasta como sendo aquele que

apresenta uma consistência típica de pasta de dente, não tende a fluir facilmente quando

não confinado e não libera água durante a sua disposição final. Entretanto, rejeitos

espessados de alta densidade também tendem a exibir, pelo menos em certa medida, tais

características, podendo ser definido como uma massa viscosa que não apresenta

segregação e nem libera, na disposição, significativas quantidades de água. Uma

conceituação mais objetiva caracteriza os rejeitos em pasta como sendo rejeitos

espessados que incorporam algum tipo de aditivo, de forma a se obter a consistência

típica destes materiais.

26

Assim, no contexto dos projetos de sistemas de disposição de rejeitos, a premissa básica

atualmente refere-se à natureza e à caracterização tecnológica do que se entende como

“rejeito”. Ao conceito vigente de rejeito sob a forma de polpa (mistura sólido - água

tipicamente passível de segregação), incorporam-se vários conceitos, que caracterizam

os seguintes tipos principais (Gomes, 2006):

Rejeitos espessados (“thickened tailings”) - rejeitos desaguados parcialmente,

mas que apresentam ainda a consistência de uma polpa, com alto teor de sólidos

e ainda passível de bombeamento;

Rejeitos em pasta (“paste tailings”) - rejeitos espessados mediante a

incorporação de algum tipo de aditivo químico (tipicamente um agente

hidratante);

Rejeitos filtrados a úmido (“wet cake tailings”) - rejeitos na forma de uma massa

saturada ou quase saturada, não mais passível de bombeamento;

Rejeitos filtrados a seco (“dry cake tailings”) - rejeitos na forma de uma massa

não saturada (grau de saturação tipicamente entre 70% e 85%), não passível de

bombeamento.

Na Figura 2.12, são apresentados os aspectos visuais de pastas de rejeito, considerando

diferentes graus de espessamento.

Figura 2.12 – Exemplos típicos de rejeitos espessados.

27

Laudriault (2002), citado em Osorio (2005), correlaciona em um gráfico esquemático,

as tensões de escoamento em função da porcentagem de sólidos da mistura (Figura

2.13), destacando diferentes estados de consistência de rejeitos: polpa, polpa de alta

densidade, pasta e torta, indicando-se também alguns dos equipamentos utilizados nas

tarefas de desaguamento, bombeamento e filtração dessas misturas sólido-líquido, os

regimes e velocidades de fluxo possíveis e as características de segregação das

partículas sólidas.

Figura 2.13 – Caracterização de diferentes tipos de rejeitos (Laudriault, 2002,

modificado, citado em Osorio, 2005).

Jewell et al. (2000), citado em Martin et al. (2002), propõem o seguinte sistema de

classificação para os diferentes tipos de rejeitos:

Um valor de tensão de escoamento da ordem de (200 ± 25) Pa (no ponto de

descarga do sistema) é proposta para a definição do ponto de transição entre

rejeitos em polpa e pasta;

28

Rejeitos espessados podem ser subdivididos em baixa, média e alta densidade,

conforme o grau de desaguamento e espessamento;

O termo polpa é usualmente utilizado para rejeitos espessados que podem fluir a

uma distância suficiente a partir do ponto de descarga, ao longo da superfície de

deposição. Em um sistema de deposição deste tipo de rejeito, normalmente,

bombas de deslocamento positivo são requeridas para o seu transporte;

O termo pasta pode ser empregado para rejeitos espessados de alta densidade,

com características de baixo fluxo e viscosidade apropriada. Atualmente as

pastas são preparadas para sua utilização como material de preenchimento em

minas subterrâneas (backfill ou pastefill), mas este sistema também pode ser

requerido para disposição de rejeitos em superfície;

A transição entre a pasta e a torta (‘cake’) pode ser definida, subjetivamente, de

acordo com a suas consistências; a pasta apresenta um estado plástico e a torta

apresenta um estado semi-sólido;

Outros dois termos utilizados estão relacionados a rejeitos filtrados a úmido

(“wet cake tailings”) e a rejeitos filtrados a seco (“dry cake tailings”).

A técnica de disposição de rejeitos espessados ou TTD - “Thickened Tailings Disposal”

foi introduzida pioneiramente por Robinsky (1968), citado em Robinsky (2002),

inserida como uma técnica alternativa viável para disposição dos rejeitos gerados nas

minerações, frente aos potenciais riscos inerentes à disposição de rejeitos em formas de

polpa em barragens convencionais e/ou frente à falta de controle durante o processo

construtivo de aterros hidráulicos, embora este último também apresente vantagens com

relação às barragens convencionais. Segundo Slotte et al. (2005), a tecnologia de

rejeitos espessados ou em pasta tem-se mostrado como um método eficaz de disposição

de rejeitos, no intuito de recuperação de água e, principalmente, como alternativa viável

à metodologia de disposição em barragens de rejeito.

29

A aceitação da metodologia de disposição de rejeitos em pasta, em especial na maioria

das minerações, foi bastante incrementada ao longo da última década, desde que as

primeiras plantas modernas foram construídas no Canadá. O uso de espessadores de alta

densidade para produção de pastas não-segregáveis, durante os últimos anos, foi

praticado na Austrália para disposição do rejeito (lama vermelha) gerado no

processamento da alumina (Slotte et al., 2005). A tecnologia de pastas de rejeito

progrediu principalmente através de pesquisa baseada em sua disposição no subsolo

como material de preenchimento nas minas subterrâneas (backfill ou pastefill),

apresentando também elevado potencial para sua disposição em superfície,

minimizando os riscos associados à disposição de rejeitos (polpa) em barragens

convencionais. Isto se deve ao fato da quase inexistência de um componente líquido e,

conseqüentemente, de grandes riscos no sentido que os rejeitos possam ser

transportados para jusante devido a uma eventual ruptura ou falha do sistema.

A mina de Bulyanhulu na Tanzânia, que iniciou sua operação em março de 2001,

tornou-se a primeira mina no mundo a adotar uma solução total de pasta para todos seus

rejeitos, através da utilização de uma parcela do rejeito gerado como material de

preenchimento no subsolo (backfill) e o restante disposto em superfície em forma de

pasta. Deste volume, 25% dos rejeitos produzidos são transformados em pasta

misturada com material estéril para preenchimento e 75% dos rejeitos são dispostos em

superfície através de um sistema de tubulação com descarte em torres múltiplas

(Theriault e al., 2003).

A disposição de rejeitos como material de preenchimento de minas subterrâneas, seja na

forma de enchimento hidráulico com polpa convencional, seja na forma de pasta, ou até

mesmo na forma de material consolidado, geralmente é feita concomitantemente com o

método de lavra denominado ‘cut and fill’, onde o material de enchimento, rejeito ou

estéril, preenche os realces gerados pela explotação do minério.

Na atualidade são praticadas duas técnicas de preenchimento de minas subterrâneas,

escolhidas em função do objetivo perseguido. A primeira corresponde à necessidade de

preenchimento para formar um novo piso, a ser utilizado para desmontar a fatia de

30

minério imediatamente acima da área lavrada. Neste caso o preenchimento, que ocorre

obrigatoriamente junto com a lavra do minério, pode se dar com a utilização dos rejeitos

da usina misturado com estéril e areias (backfill ou pastefill). A segunda técnica se

aplica quando o preenchimento da câmara ou realce é necessário para garantir a

manutenção permanente da estabilidade do maciço rochoso. Neste caso o

preenchimento pode se dar durante o processo de lavra ou quando do fechamento da

mina, podendo ser realizado com argamassa constituída de rejeito (pastefill) e/ou estéril,

areia e cimento. Entretanto, quando a disposição da pasta é realizada em superfície,

situação em que a demanda por maiores resistências é menor, não existe a necessidade

de incorporação de cimento.

A disposição de rejeitos espessados e/ou em pasta, em superfície, tornou-se necessária

para armazenamento de rejeitos gerados a partir do processamento do minério em minas

a céu aberto, conduzindo também a possibilidade de utilização de rejeitos desaguados

para minimização de grandes áreas para sua disposição em superfície. A Mina de

Kimberley (África do Sul), de propriedade da DeBeers CTP, é um exemplo de

disposição de rejeitos em pasta em superfície, através da utilização de uma planta de

espessamento e de processamento de rejeitos em pasta (Houman, 2003, citado em Slotte

et. al., 2005).

No caso de rejeitos espessados ou sob a forma de pasta, a preparação inicial e a técnica

de transporte dos rejeitos têm tanta relevância quanto os aspectos relacionados à

concepção e ao dimensionamento do sistema de distribuição em si. Assim, o

comportamento geotécnico dos rejeitos nas áreas de disposição vai depender de suas

características reológicas durante as fases de preparação e bombeamento. Segundo

Slotte et al. (2005), as características reológicas e de transporte da pasta são,

principalmente, dependentes da fração das partículas finas (partículas menores que 20μ)

presentes no rejeito. As características reológicas de uma pasta são o resultado da

interação das partículas sólidas de diferentes diâmetros e volumes, fazendo uma

porcentagem de volume apropriado necessária para caracterizar a concentração de

sólidos.

31

A preparação de rejeitos espessados e/ou em pasta é iniciada através de desaguamento

mecânico, normalmente realizado em espessadores de grande porte (com mais de 50 m

de diâmetro em média e profundidades típicas de 1 e 2 m), apresentando forma tronco-

cônica. Um sistema de pás em movimento complementa a ação de remoção do material,

sem adição de floculantes. Entretanto, com o forte desenvolvimento desta tecnologia

aplicada a rejeitos e a adição de produtos floculantes de naturezas diversas, que

incrementaram substancialmente os efeitos da sedimentação, os espessadores passaram

a apresentar formas cônicas de reduzida área transversal e relações altura - diâmetro

maiores que 1.

O conceito de espessadores de cone profundo (Figura 2.14) foi desenvolvido em 1960

nas minerações de carvão localizadas na Inglaterra. Com o passar dos anos, a idéia de

espessamento em cones profundos foi combinada com as técnicas de floculação

utilizadas em plantas de flotação convencionais.

Figura 2.14 - Espessadores de alta densidade de cone profundo (Jewell, 2002)

Numa segunda etapa, dependendo da necessidade de melhoria das condições de

resistência da pasta, o que ocorre normalmente quando o rejeito espessado é utilizado

como material de preenchimento de minas subterrâneas, este é encaminhado a uma

planta específica adicional, para a preparação da pasta através de adição de outros

materiais componentes (estéril, areia e/ou cimento), além de seu condicionamento.

32

No caso da Mina de Bulyanhulu anteriormente citada, o processo de preparação envolve

inicialmente o desaguamento dos rejeitos para formação da pasta e a sua filtração em

filtros de disco, formando uma torta seca, que é transportada por correia transportadora

até a planta da pasta, onde a mesma é preparada até atingir a consistência desejada

(Theriault et al., 2003).

Considerando que a eficiência do processo está diretamente associada à utilização

equilibrada entre o sistema de bombas, a viscosidade da pasta e a extensão da linha, as

operações de transporte desempenham funções essenciais num projeto de disposição de

rejeitos espessados e/ou em pasta. Assim, para o transporte da polpa espessada ou da

pasta, considerando as elevadas tensões de escoamento induzidas pelo aumento da

concentração de sólidos durante o processo de desaguamento e preparação, são

utilizadas as chamadas bombas de deslocamento positivo, principalmente para pressões

de bombeamento superiores a 5 MPa (Gomes, 2006).

Considerando o processo de preparação e transporte de rejeitos espessados e/ou em

forma de pasta, o sistema de disposição final tende a apresentar uma conformação

bastante distinta da praia de rejeitos em uma barragem convencional ou conformada sob

a técnica de aterro hidráulico.

No caso de descarte dos rejeitos em áreas planas ou irregulares, este irá se conformar

segundo a topografia natural. No caso de vales ou taludes, a massa viscosa tende a fluir

e a se adensar, ajustando-se à topografia local ou sendo barrada por um dique de

contenção à jusante. No caso de áreas planas, o descarte geralmente é feito em um ponto

central, conformando uma estrutura tipicamente cônica, de taludes suaves e uniformes.

Uma vez depositada, a pasta continuará a fluir até se estabelecer as condições de

equilíbrio para a sua disposição final. Os mecanismos preliminares que envolvem estas

características estão relacionados ao processo de adensamento da polpa espessada ou da

pasta e ao processo de desidratação e ressecamento do material (evaporação). Ambos os

processos envolvem a expulsão e redução da massa de água dos rejeitos.

33

A Figura 2.15 apresenta a conformação dos rejeitos sobre condições topográficas

distintas, considerando polpa de alta densidade (rejeito espessados) e pasta, em uma

abordagem de cunho meramente qualitativo.

Figura 2.15 - Ângulos de disposição para polpas de alta densidade e para pasta, para

diferentes tipos de terreno (Laudriault, 2002, citado em Osorio, 2005)

No exemplo apresentado da Mina de Bulyanhulu, após o processo de preparação, uma

vez atingido a consistência desejada, a pasta é bombeada com bombas de deslocamento

positivo com duplo pistão, por uma tubulação de aproximadamente 1,6 Km até a bacia

de disposição de rejeitos em pasta. No depósito, os rejeitos em pasta são depositados em

camadas finas (máximo 0,3m) e a deposição é realizada através de ciclos regulares, com

o objetivo de se promover a desidratação e o ressecamento dos rejeitos próximos à

superfície (Theriault et al., 2003).

POLPA DE ALTA DENSIDADE PASTA

A) SOBRE TERRENOS PLANOS SEM BACIAS

B) SOBRE TERRENO SUAVEMENTE INCLINADO OU PLANO

D) NA BASE OU PÉ DE UMA MONTANHA

C) EM UM VALE

34

2.2.2 - Vantagens e Desvantagens da Técnica de Disposição de Rejeitos Desaguados

(Espessados) e/ou em Pasta

Uma das feições mais relevantes relacionada à tecnologia de rejeitos espessados e/ou

em pasta é o reaproveitamento imediato de grandes volumes de água diretamente a

partir dos espessadores, em relação aos procedimentos para recuperação de água e de

seu retorno à planta industrial, a partir da polpa acumulada em barragens convencionais,

cujas perdas são, na maioria das vezes, de difícil previsão.

Segundo Newman et al. (2001), os benefícios ambientais associados com a disposição

de pasta em superfície podem ser divididos em dois aspectos principais: as

características físicas da própria pasta e as vantagens operacionais associadas com a sua

disposição.

Com relação às características físicas das pasta, as principais vantagens estão

relacionadas à quantidade inexpressiva de água incorporada ao rejeito, minimizando a

disponibilidade de água livre necessária para gerar o percolado, principalmente no caso

de rejeitos reativos. Outro aspecto que merece destaque é a permeabilidade

relativamente baixa do material depositado, característica que limita a infiltração e

reduz o volume de percolação na pasta.

O processo de preparação da pasta permite que, quando necessário, esta seja manuseada

com o uso de aditivos que podem melhorar as suas propriedades de resistência,

principalmente quando utilizadas como material de preenchimento em minas

subterrâneas. Para a sua disposição em superfície, o custo elevado de adição de aditivos

torna esta prática menos atrativa, embora sua utilização possa ser considerada fonte de

neutralização de drenagens ácidas e mobilização de alguns metais através de

precipitação mineral, principalmente no caso de rejeitos não-inertes.

Adicionalmente, os processos de desaguamento e espessamento dos rejeitos incorporam

as seguintes vantagens operacionais, ainda que considerando que estes aspectos

referem-se, muitas vezes, a previsões de comportamento, uma vez que tais tecnologias

35

são ainda muito recentes (Gomes, 2006): maior densidade e estabilidade das estruturas

de disposição; menor susceptibilidade à liquefação e a rupturas catastróficas; menor

potencial de contaminação das águas subterrâneas; maior recuperação dos reagentes

utilizados no processo de tratamento e maior facilidade de aceleração dos

procedimentos de reabilitação das áreas degradadas.

Considerando que as pastas, a partir de uma determinada porcentagem de sólidos, não

apresentam segregação das partículas sólidas na mistura, os ângulos de disposição

obtidos são mais elevados do que ao utilizar polpas, por exemplo na faixa de 2 até 5%,

representando um ganho importante em termos de volumes armazenados, sobretudo

para grandes áreas (Araújo et al., 2003, citado em Osorio, 2005). Laudriault (2002),

citado em Osorio (2005), apresenta uma comparação (Figura 2.16) entre as distintas

opções de disposição de um rejeito de mineração: as características de consistência das

misturas, os tipos de equipamentos requeridos para o desaguamento e transporte, os

possíveis ângulos de repouso e o incremento no volume depositado.

Segundo Robinsky (2002), o sistema de disposição de rejeitos espessados e/ou em pasta

requer mais dados do desempenho que o sistema de disposição de rejeitos empregado

em barragens convencionais, uma vez que no sistema convencional as propriedades do

material (rejeito) são fixadas pelas plantas de processo, enquanto que no sistema de

disposição de rejeitos espessados e/ou em pasta estas propriedades sofrem grande

influência também durante o processo de disposição, de acordo com a topografia da

área, diferenciando completamente o comportamento dos rejeitos em ambas as

abordagens.

Além disso, nos depósitos convencionais, os rejeitos segregam-se devido ao fluxo, e

sedimentam-se, conformando depósitos tipicamente planos. No caso das praias

formadas por rejeitos espessados e/ou em pasta, uma vez que os rejeitos são

previamente espessados, induzindo-se um fluxo laminar sem segregação, a curtas

distâncias para descarga, são formadas superfícies mais inclinadas, permitindo-se obter

um depósito mais estável com lados muito íngremes (Figura 2.17).

36

Entretanto, considerando principalmente os aspectos relacionados ao transporte dos

rejeitos espessados e/ou em pasta, os custos associados à infra-estrutura necessária para

instalação de bombas de deslocamento e tubulações de transporte são relativamente

altos, além do fato de que a linha de montagem tem de ser projetada para cada caso

específico, dependendo da localização da planta com relação ao depósito e do tipo e das

características da pasta a ser transportada.

A Tabela 2.1 a seguir apresenta uma relação dos custos e índices relativos aos diferentes

sistemas de disposição de rejeitos, seja na forma convencional, seja na forma de rejeitos

em pasta (Rice & Davies, 2002; em Gomes, 2006).

Tabela 2.1 - Custos relativos aos diferentes sistemas de disposição de rejeitos (Rice &

Davies, 2002; em Gomes, 2006)

Tipo de rejeito

Custo

operacional

($US/ton)

Custo de

desativação (em

100)

Potencial de

recuperação de

água (em 10)

polpa 0,3 - 1,2 100 3

espessado ou em pasta 0,6 - 3,5 50 6

No caso específico da Mina de Bulyanhulu, o método de disposição de rejeitos em

superfície sob a forma de pasta foi escolhido, principalmente devido a necessidade de

recuperação da água incorporada no rejeito para re-utilização no processo (água

recirculada), além da topografia desfavorável para implantação de uma estrutura

convencional de contenção para os rejeitos. Neste mesmo projeto decidiu-se também

pela utilização de parte do rejeito como material de preenchimento de mina subterrânea.

Este método de gerenciamento de rejeitos permitiu uma simplificação no gerenciamento

da água, reduziu significativamente os custos de construção de estruturas de contenção,

permitiu a expansão modular da bacia dos rejeitos e facilitou o fechamento e a

reabilitação progressiva das áreas do empreendimento.

37

Figura 2.16 - Consistências de mistura para disposição, seus correspondentes equipamentos para desaguamentos e bombeamento,

ângulos de repouso e incremento de volume depositado (adaptado de Laudriault, 2002; em Osorio, 2005).

Equipamento de Desaguamento

requerido

Sistema deBombeamento

requeridoConsistência da Disposição Ângulo

Repouso

Incremento no Volume depositado

Polpa

Polpa de alta densidade

Pasta dealto slump

Pasta debaixo slump

Espessadorconvencional

Espessadorde alta

velocidade

Deepcone

Filtro de

Disco

Bomba Centrífuga

(Baixas pressões)

Bomba centrífugaou de

Pistão/Diafragma

Bomba deDiafragma

Bomba deDeslocamento

Positivo

38

Figura 2.17 - Disposições típicas de rejeitos espessados e/ou em pasta (Robinsky, 2002).

2.2.3 - Critérios de Aplicabilidade da Técnica e Condicionantes de Projeto de

Disposição de Rejeitos Desaguados (Espessados) e/ou em Pasta

Para a concepção e o projeto do sistema de disposição de rejeitos espessados e/ou em

pasta, são aplicados todos os conceitos e análises considerados também para rejeitos sob

a forma de polpa, ou seja, sob o ponto de vista geotécnico é necessária à determinação

de parâmetros de resistência do material, condições de adensamento e condutividade

hidráulica, além de estudos de liquefação e determinação das condições de formação da

praia (Gomes, 2006).

Entretanto, considerando a dependência do comportamento geotécnico de rejeitos

espessados e/ou em pasta com relação às suas características reológicas durante as fases

de preparação e bombeamento e à influência destas atividades nas características de

formação dos depósitos de superfície, elementos tais como: tipo de espessador, aditivos

a serem usados, procedimentos adotados na preparação da pasta, arranjo e

compatibilização entre o sistema de bombas e linhas de bombeamento, têm influência

decisiva na concepção e seqüência de projeto, associando tais abordagens a um forte

caráter multidisciplinar com outras áreas da engenharia.

No contexto de preparação dos rejeitos, as propriedades a serem investigadas são:

granulometria, mineralogia do material e análises químicas da água, compreendendo

medidas de pH, cátions presentes e concentração iônica.

39

Segundo Fourie (2002), citado em Osorio (2005), em termos de distribuição

granulométrica, uma porcentagem de finos inferior a 20μm parece fornecer uma boa

indicação do potencial de aplicação da técnica de espessamento ao rejeito, uma vez que

o comportamento das partículas inferiores a 20μm tende a ser governado por forças

elétricas, ao passo que partículas maiores são dominadas por efeitos de forças

gravitacionais. Por outro lado, partículas inferiores a 20μm não são necessariamente

partículas argilosas. A resposta deste material à adição de um floculante pode ser

substancialmente diferente para o caso de um rejeito com a presença de argilo-minerais.

Segundo Jung et al. (2002), citado em Osorio (2005), o excesso da quantidade de

partículas finas pode produzir uma redução da resistência da pasta, ainda que uma certa

quantidade de material fino (tamanho < 20µm) seja necessária para bombear a pasta

através da tubulação sem perdas da resistência requerida para preenchimento.

A caracterização mineralógica dos materiais presentes está intimamente associada à

análise química da água, uma vez que o comportamento da pasta será ditado pela

interação catiônica do meio com a carga superficial elétrica das partículas presentes,

justificando a necessidade de realização de ensaios de difratometria de raios x,

capacidade de troca catiônica e determinação do potencial zeta das partículas.

Considerando que, durante o transporte de rejeitos espessados e/ou em pasta, existe uma

relação direta entre a viscosidade da polpa espessada e o valor da tensão de escoamento

necessária para induzir o início do fluxo (pressão de bombeamento), nesta fase, estas

são as principais propriedades a serem investigadas.

Segundo Boger (2003), com relação à viscosidade, as polpas minerais podem exibir um

comportamento dependente do tempo. Quando a viscosidade decresce com o tempo, seu

comportamento é considerado tixotrópico e, quando esta é crescente com o tempo, seu

comportamento é considerado reotrópico.

40

Para a determinação da tensão de escoamento do material, parâmetro de extrema

relevância em projetos de disposição de rejeitos espessados, são utilizados ensaios de

campo, do tipo Vane Mecanizado, e ensaios de laboratório, comumente denominado

slump test (Figura 2.18), que mede a consistência do material para diferentes teores de

sólidos e concentrações de floculantes, correlacionando as alturas da pasta colapsada em

um cilindro com as correspondentes tensões de escoamento (Fourie, 2002, citado em

Osorio, 2005).

Figura 2.18 - Representação esquemática do teste de abatimento de cone ou slump test

(Clayton et al., 2003, em Osorio, 2005).

Segundo Robinsky (2002), para a correta manutenção do sistema de disposição, são

requeridos rejeitos espessados contendo um máximo de 50 a 70% de sólidos (rejeitos de

minérios típicos) e cerca de 30 a 50% para rejeitos extremamente finos. Os rejeitos

espessados ou em pasta com concentrações de até 74% de sólidos são possíveis de

serem bombeados com bombas centrífugas.

Considerando que o rejeito resultante do processo de preparação da pasta consiste em

uma massa viscosa de elevada consistência e alta viscosidade, capaz de fluir sem

segregação, geralmente, os taludes conformados irão se apresentar mais abatidos, com

ângulos tipicamente entre 2% e 6% (de 1,1º a 3,4º sob climas moderados), sendo a

declividade uma das principais características de projeto a serem definidas,

influenciando diretamente na capacidade de armazenamento de rejeitos espessados e ou

em pasta em uma determinada área.

altura do slump

H

41

As condições de formação de uma praia de rejeito podem ser mais bem entendidas em

escala piloto através da execução de ensaios de flume ou de calha (Figura 2.19), onde os

resultados são analisados em termos de ângulos de deposição, altura de queda,

velocidade de descarga, concentração da polpa, etc, como também pode ser realizado

para outras praias de rejeito, seja para um depósito convencional ou para um aterro

hidráulico.

Figura 2.19 - Arranjo esquemáticoa do teste de flume ou de calha (Sofrá et al., 2002, em

Osorio, 2005, modificado).

42

Chambers (2002), citado em Osorio (2005), apresenta correlações obtidas entre

resultados de ensaios de flume e de slump para rejeitos com diferentes teores de sólidos

(Tabela 2.2).

Tabela 2.2 - Valores de altura de slump e de ângulos de repouso para pastas com

diferentes porcentagens de sólidos (Chambers et al., 2002, em Osorio, 2005).

Altura de slump

(mm)

Porcentagem de sólidos

(% em massa)

Ângulo de repouso

(% de inclinação)

177,8 67,7 13

203,2 65,5 ---

213,4 --- 8,9

228,6 63,1 ---

254 60,2 1,4

Na tabela 2.2, pode-se observar que, quanto maior a concentração de sólidos na pasta,

menores serão as alturas de slump e maiores os ângulos de repouso (expressos como %

de inclinação).

No exemplo de caso real citado, a praia inicial dos rejeitos oriundos da Mina de

Bulyanhulu tem aproximadamente 780m de comprimento por 285m de largura (no

sentido norte-sul) e inclinação geral de 1V:13,5H. Na prática, o ângulo de deposição

previsto em projeto (1V:10H) pode ter sofrido alteração por vários fatores: condições de

tempo, variações de temperatura e efeitos de interrupção durante o bombeamento, taxa

de deposição e variações inerentes à natureza do material. O depósito ainda é composto

por cinco torres elevadas de 12m de altura e espaçadas em intervalos de 120m, além de

bermas implantadas perimetralmente na bacia para controle do run off. A disposição

homogênea e uniforme da pasta na praia é conseguida através de válvulas de controle,

conectadas às torres, que permitem a paralisação do fluxo do rejeito quando necessário;

além da relocação das torres de deposição para o topo dos rejeitos e deslocamento

periódico no sentido do avanço de deposição, a fim de facilitar o fechamento

progressivo de parcelas esgotadas do depósito dos rejeitos (Theriault et al., 2003).

43

2.3 - CO-DISPOSIÇÃO DE REJEITOS E ESTÉREIS DE MINA

2.3.1 – Princípios Gerais da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos/Estéreis de Mina

O projeto, a construção e a operação de estruturas de disposição de rejeitos e estéreis

são melhor compreendidos quando estes materiais são dispostos separadamente,

considerando as características inerentes de cada material. Entretanto, considerando que

certos materiais possuem características geotécnicas mais desfavoráveis, estéreis e

rejeitos podem ser dispostos em conjunto (co-disposição), visando-se obter uma

melhoria das propriedades de resistência e drenabilidade destes materiais, além de

oferecer, como vantagem adicional, a necessidade de áreas menores para a disposição.

Segundo Martin et al. (2002), a co-disposição envolve, basicamente, a disposição

combinada de estéreis, de preferência de granulometria mais grosseira, com os rejeitos

gerados no processo, em que as partículas grosseiras do estéril compõem a matriz

granular do material resultante, ao passo que as partículas finas do rejeito tendem a

preencher os vazios dos grãos do estéril.

Para Leduc et al. (2003), o conceito de co-disposição envolve a disposição de rejeitos

finos, preenchendo os espaços vazios dos estéreis granulares gerados nas operações de

lavra. Os estéreis apresentam-se com elevados índices de vazios quando dispostos em

pilhas, devido principalmente à metodologia empregada, que envolve o desmonte do

material nas frentes de lavra através de explosivos (no caso de rochas mais duras),

gerando material estéril de diferentes tamanhos e formas, variando de matacões a

pedregulhos a materiais mais finos, no caso de atividades de decapeamento em camadas

de solo e rocha alterada.

Quando aplicados a materiais mais competentes, os espaços vazios presentes no

depósito de estéril mostram-se muito favoráveis para a alocação de partículas oriundas

de rejeitos finos.

44

Estudos realizados mostraram que materiais co-dispostos apresentaram melhoria das

condições de drenabilidade, principalmente relacionadas ao rejeito fino quando disposto

separadamente, além de ganho nas propriedades de resistência, maior recuperação da

água e possibilidade de recuperação progressiva das áreas de disposição (Wilson et al.,

2001, citado em MMSD, 2002). A Figura 2.20 apresenta as variações de ganho de

resistência relacionado aos ângulos de atrito, para diferentes composições da mistura

estéril - rejeito.

Figura 2.20 - Variação no ângulo de atrito para variadas taxas de concentração de

estéreis e rejeitos (Leduc et al.,2003)

Um exemplo do processo de co-disposição envolvendo resíduos de mineração é feito

em uma mina de carvão da Austrália, denominada Jeebropilly, localizada a sudeste da

cidade de Queesland. Os rejeitos fino e grosso do processamento de carvão são co-

dispostos em um depósito único através de bombeamento desde a planta de

beneficiamento até o local de disposição. A concentração destes materiais pode variar

de 30 a 60% de sólidos, sendo bombeados e também transportados por gravidade.

Segundo Morris & Williams (1997), um processo significativo de segregação ocorre

com os rejeitos finos depositados, conduzindo à formação de uma camada superior e

inferior na praia, dominada por rejeitos grossos e finos, respectivamente. A camada

superior é, assim, rapidamente drenada, permitindo o tráfego de máquinas pouco tempo

após a deposição.

45

Vector (2002), analisando processos de disposição de estéreis e rejeitos em conjunto, e

separadamente em diversas proporções, mostrou que elevadas proporções de estéril

misturado com o rejeito (4:1) apresentaram altos ângulos de atrito interno e, em casos

de proporções mais baixas (2:1), este parâmetro apresentou-se de magnitude similar ao

do rejeito disposto separadamente. Os resultados demonstraram também que, para

proporções baixas da mistura estéril-rejeitos, a permeabilidade é semelhante a dos

rejeitos e, para elevadas proporções, o material tende a exibir uma permeabilidade do

estéril granular. A figura 2.21 apresenta as variações de permeabilidade para diversas

proporções de mistura de estéreis e rejeitos.

Figura 2.21 - Variação permeabilidade para diferentes taxas de concentração de estéreis

e rejeitos (Leduc et al., 2003).

Existem várias maneiras de se realizar a co-disposição de estéreis e rejeitos, conforme

apresentado a seguir, sendo que cada uma deve ser avaliada de maneira a se determinar

sua aplicabilidade a um determinado local. De modo geral, o processo de co-disposição

compreende as seguintes técnicas:

Disposição do rejeito em pontos específicos no depósito de estéril, em pequenas

lagoas e diques de contenção dentro do depósito, formando pequenas camadas

na pilha de estéril;

Mistura do estéril e rejeito, durante as atividades de processamento e transporte

(caminhões e/ou correias transportadoras) ou por mistura no próprio depósito de

estéril, gerando um material homogêneo;

46

Injeção dos rejeitos, após seu desaguamento e espessamento, sob a forma de

pasta, diretamente no depósito de estéril, através de furos de injeção;

Disposição do rejeito em camadas finas, diretamente no depósito de estéril, de

maneira que o rejeito se infiltre na pilha, até secagem, para que, posteriormente,

esta camada seja novamente coberta com material estéril.

O primeiro método envolve a construção de bermas com o próprio material estéril

(Figura 2.22), objetivando a contenção dos rejeitos lançados em baias independentes.

Enquanto uma lagoa estará sendo formada, outra estará seca ou em processo de

secagem, e uma terceira, em processo de construção, para posterior recebimento dos

rejeitos.

Após um período de tempo para ocorrer o adensamento e o ressecamento dos rejeitos, a

camada de estéril seguinte é colocada sobre os rejeitos consolidados. Sobre a camada de

estéril, novamente os rejeitos são dispostos de maneira semelhante a anterior, e assim

sucessivamente.

Figura 2.22 - Bacias de rejeito construídas no depósito de estéril (Leduc et al., 2003,

modificado).

Para o método de co-disposição considerado, aspectos relacionados à espessura dos

rejeitos, teor de sólidos e taxa de adensamento, apresentam fundamental importância na

concepção do projeto, sendo considerado, em geral, uma relação de espessura de estéril

e rejeito da ordem de 4:1.

47

Com relação ao método de mistura dos rejeitos com a rocha estéril diretamente no

depósito, este pode ser realizado através da mistura do material no topo do depósito,

perto da crista do talude, efetuando-se o acerto da camada através de equipamentos

específicos (Figura 2.23) ou pelo transporte da mistura prévia, por correia

transportadora, até a área de disposição final.

Figura 2.23 - Mistura de rejeito com estéril no topo do depósito (Leduc et al., 2003,

modificado).

A metodologia de co-disposição através de injeção dos rejeitos no depósito de estéril é

realizada por meio de furos e tubulações perfuradas instalados diretamente no topo do

depósito (Figura 2.25).

Após o avanço do depósito, a extremidade das tubulações estará diretamente conectada

ao sistema de distribuição dos rejeitos. O processo de injeção pode ser realizado em

furos inclinados (Figura 2.25) e/ou verticais (Figura 2.24).

Por fim, a disposição do rejeito em camadas finas (Figura 2.26), diretamente no topo do

depósito, com espessuras variando entre 0,2 a 0,5m, visando à infiltração dos mesmos

nas camadas de estéril com espessuras entre 1 e 5m, é realizada através da instalação da

tubulação de descarga direcionada para o topo do talude. Devido às dimensões limitadas

das camadas de rejeitos, essencialmente finas, a sua colocação entre as camadas de

estéril permite a dissipação completa do excesso das poropressões geradas no interior do

maciço de rejeitos.

48

Figura 2.24 - Injeção de rejeito em furos verticais no topo do depósito de estéril. (Leduc

et al., 2003, modificado).

Figura 2.25 - Injeção de rejeito em furos inclinados no topo do depósito de estéril.

(Leduc et al., 2003, modificado).

49

Figura 2.26 - Disposição de rejeito em camadas finas no topo do depósito (Leduc et al.,

2003, modificado).

2.3.2. Vantagens e Desvantagens da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos e

Estéreis de Mina

Segundo Martin et al. (2002), a principal vantagem da técnica de co-disposição está

relacionada à melhoria das condições de resistência e drenabilidade do rejeito, além da

minimização da potencialidade de geração de drenagem ácida do estéril, quando este se

encontra associado a sulfetos. Isto ocorre devido à maior porosidade do estéril com

relação ao rejeito, além de maiores índices de vazios gerados quando da sua disposição

de forma separada, facilitando o seu contato com os agentes oxidantes (água e/ou ar),

permitindo uma maior lixiviação dos minerais presentes.

Como principal desvantagem, impõe-se a necessidade de um maior controle operacional

destes depósitos, uma vez que, devido as diferentes taxas de geração de rejeito na planta

de beneficiamento e de geração de estéril nas frentes de lavra, maiores proporções de

rejeito adicionadas ao depósito de estéril poderia comprometer a sua estabilidade.

No caso das metodologias de co-disposição apresentas por Leduc et al., (2003), com

relação ao método de disposição do rejeito em pontos específicos na área do depósito,

formando pequenas lagoas e diques de contenção, a principal vantagem está relacionada

50

ao baixo custo operacional, quando comparado aos outros métodos de co-disposição,

uma vez que não são demandados equipamentos especiais para a formação das lagoas e

diques. Entretanto, este método requer um avanço lento do depósito e um planejamento

cuidadoso para a construção dos diques e para a formação das lagoas, evitando-se a

geração de poropressões e o comprometimento da estabilidade dos taludes, sendo estas

as principais desvantagens desta metodologia.

Quanto à disposição do estéril e rejeito, através do processo de mistura deste último

diretamente no topo do depósito, Leduc et al. (2003) apresentam como desvantagem a

necessidade de equipamento móvel para mistura dos rejeitos e acerto das camadas e da

face dos taludes, elevando o custo de capital e operacional. As principais vantagens

estão relacionadas à simplicidade e flexibilidade do método, além do controle durante o

processo de mistura e homogeneização do material.

Diferentemente do método de mistura do rejeito no topo do depósito, a metodologia de

injeção do rejeito espessado ou em pasta diretamente no depósito de estéril apresenta-se

vantajosa devido a não necessidade de equipamentos adicionais móveis para manuseio

do material, além do baixo custo operacional, somando-se a ele apenas os custos

relativos à execução dos furos, instalação dos tubos de injeção e conexão do sistema.

Entretanto, são raras as minas que aplicaram esta metodologia de disposição de rejeitos

em pasta com a técnica de injeções concomitantemente. Somando-se a isto, apresenta-se

como desvantagem a necessidade de bombas de alta pressão para a penetração adequada

dos rejeitos no depósito, além da necessidade de manutenção do sistema e cuidados

especiais de instalação e operação do sistema.

Quando o rejeito espessado é disposto em camadas finas, diretamente no topo do

depósito de estéril, também não existe necessidade de equipamento adicional para a

mistura dos rejeitos, uma vez que sua disposição no depósito é feita por gravidade,

permitindo também que todo o processo seja acompanhado e inspecionado em

superfície, além do método não requerer bombas de alta pressão e de ser considerado

simples e flexível. Da mesma forma que o processo de injeção dos rejeitos no depósito,

a metodologia de disposição em camadas finas também não foi experimentada em

51

conjunto em minas no Brasil e no exterior, apresentando como principal desvantagem, a

possibilidade de aplicação não uniforme dos rejeitos no depósito, o que poderia gerar

excessos de poropressões em diferentes partes do depósito, bem como comprometer a

estabilidade global do mesmo.

Segundo Morris & Williams (1997), a co-disposição combinada de rejeitos de natureza

fina e grosseira, tal como utilizada na mina de carvão Jeebropilly da Austrália, possui o

potencial de minimização de problemas associados à disposição convencional destes

materiais em pilhas e barragens de rejeito, principalmente relacionado ao processo de

segregação e drenabilidade destes materiais.

2.3.3. Critérios de Aplicabilidade da Técnica de Co-Disposição de Rejeitos e

Estéreis de Mina e Condicionantes de Projeto

Como para todas as metodologias de disposição de rejeitos e estéreis existentes, numa

primeira etapa, é de fundamental importância a realização de estudos e ensaios

geoquímicos e geotécnicos nos materiais de interesse, neste caso, nos materiais que

serão utilizados para a co-disposição (estéreis e rejeitos), quais sejam: ensaios de

cisalhamento para diferentes misturas e concentrações de estéril e rejeito, ensaios de

granulometria e adensamento do rejeito, ensaios de permeabilidade, variações dos teores

de umidade dos materiais após a mistura, ensaios de compressão confinada e, no caso de

materiais sulfetados, ensaios específicos para a verificação do potencial de geração de

drenagem ácida.

Os principais condicionantes do processo estão associados aos efeitos de conjugação de

materiais com comportamentos geotécnicos tão distintos em uma mesma estrutura de

grande porte, demandando análises específicas em termos das poropressões geradas e

das análises de estabilidade global.

52

Pelo caráter inovador de tais estruturas, torna-se de suma importância um plano de

instrumentação e monitoramento dos depósitos de resíduos formados pelo processo de

co-disposição, cujos resultados viabilizarão as premissas e as diretrizes para eventuais

reestudos ou rearranjos de projeto.

53

CAPÍTULO 3

GERAÇÃO E PRODUÇÃO DE REJEITOS DE FERRO DA

MINERAÇÃO CASA DE PEDRA - CSN

3.1 - CARACTERIZAÇÃO GERAL DO EMPREENDIMENTO

A Mineração Casa de Pedra, empreendimento da Companhia Siderúrgica Nacional -

CSN, está localizada a aproximadamente 10 Km do município de Congonhas e cerca de

73 Km de Belo Horizonte, no estado de Minas Gerais, e contempla as atividades de

lavra, beneficiamento e embarque de minério de ferro.

Atualmente, em Casa de Pedra, a lavra se desenvolve em duas cavas distintas

denominadas de Corpo Principal e Corpo Oeste. Conforme previsto no projeto de

expansão da unidade, estas cavas deverão ser unificadas, atingindo área total de cerca de

402 ha. Adicionalmente, prevê-se a expansão da lavra para dois novos corpos de

minério localizados na porção norte do empreendimento, denominados de Corpo Norte

e Corpo Mascate, ocupando uma área de aproximadamente 309 ha, pertencentes ao

Manifesto de Lavra 234/06 da Mineração Casa de Pedra.

O processo de beneficiamento inclui todas as etapas necessárias para obtenção de

concentrados de minério de ferro que geram produtos (carga metálica) para a Usina de

Volta Redonda e outros clientes. As etapas de beneficiamento incluem britagem,

peneiramento e homogeneização, classificação, concentração e filtragem. Os produtos

gerados na mineração Casa de Pedra são: granulado, “hematitinha”, sinter feed e pellet

feed. Atualmente, o granulado e o sinter feed oriundos da planta de classificação e o

pellet feed oriundo da planta de concentração por flotação são enviados para o pátio de

estocagem da área 32, para posterior carregamento ferroviário. A hematitinha é

transportada por meio de caminhões.

54

Os rejeitos gerados no processo são provenientes das etapas de classificação e

concentração. O primeiro corte do rejeito se dá na planta de ciclonagem, que realiza a

deslamagem do minério através de quatro linhas de ciclone que operam em paralelo. O

overflow de cada linha de ciclone alimenta o espessador de rejeitos, cuja função é

recuperar a água de processo, enviando a lama final para a barragem existente. O

segundo corte do rejeito, realizado na planta de concentração, acontece durante a etapa

de flotação, que recebe o underflow da etapa de ciclonagem e também descarta o rejeito

gerado na barragem existente, que compreende um complexo de barragens composto

por pequenos e médios barramentos, denominados B1/B2/B3/B4/B5 e B6, construídos

ao longo do córrego Casa de Pedra.

Com a ampliação da mina e o conseqüente aumento da produção, a CSN realizou uma

série de estudos visando ampliar a capacidade de contenção de rejeitos, provenientes do

beneficiamento do minério de ferro nas instalações de beneficiamento, através da

construção das chamadas Barragem de Rejeito Casa de Pedra e Barragem do Batateiro.

As barragens de rejeito do Batateiro e Casa de Pedra foram projetadas para capacidades

finais de 181.782.961 m3 e 22.015.459 m3, respectivamente, devendo atingir alturas

totais de 310m e 80 m em suas seções máximas, ocupando áreas de, aproximadamente,

354ha e 374 ha, respectivamente. Para uma produção de 30.000.000 t/ano de produtos, a

previsão de geração de rejeitos e lamas em Casa de Pedra, até 2028, seria de,

aproximadamente, 340.000.000 t, aumentando significativamente este valor quando a

produção prevista chegar a 40.000.000 t/ano de produtos.

Diante do exposto, considerando as barragens e as metodologias de disposição previstas

em projeto, que possuem como principais características, além de suas grandes

capacidades de armazenamento e áreas ocupadas, as dimensões significativas das

estruturas previstas (barramentos), entende-se como válido e estratégico o estudo de

novas metodologias de disposição dos rejeitos gerados em Casa de Pedra.

55

3.2 - PROCESSO DE BENEFICIAMENTO E GERAÇÃO DE REJEITOS DE

CASA DE PEDRA

Inicialmente, o minério proveniente das minas é enviado para as instalações de

britagem, onde é realizada a britagem primária (britador giratório), secundária e

terciária (britadores cônicos), estas últimas compostas por duas linhas paralelas de

britagem e peneiramento secundário e três linhas paralelas de britagem e peneiramento

terciário, que operam em circuito fechado (Figura 3.1).

Figura 3.1 - Fluxograma da planta de beneficiamento da CSN – 16.000.000 t/ano.

56

Após passar pelos processos de britagem e peneiramento, o minério segue para o pátio

de homogeneização, onde o material será homogeneizado, retomado e enviado para a

etapa de classificação.

A planta de classificação consiste de sete linhas de peneiramento a úmido em peneiras

de dois decks (8” x 20”), seis linhas de classificadores espirais, seis linhas de peneiras

de desaguamento de um deck (6’’ x 10’’), uma linha de classificação de peneiramento e

ciclonagem e uma linha de britagem quaternária, que opera em circuito fechado com as

linhas de classificação. Nesta etapa são gerados dois produtos denominados de

granulado (lump ore), com granulometria <50mm >6,3mm, e hematitinha (<12mm

>10mm).

A etapa seguinte do processo é realizada na planta de ciclonagem, onde ocorre a

deslamagem do minério, retirando com isso minerais deletéreis como alumina, fósforo e

manganês. O overflow de cada linha de ciclones alimenta o espessador de rejeito, cuja

função é recuperar a água de processo, enviando a lama final para barragem de rejeito.

O underflow alimenta a planta de flotação, passando antes pela planta de reagentes para

condicionamento e adição de reagentes.

A concentração é feita por meio de um sistema de flotação formado por seis colunas,

sendo quatro colunas rougher e duas colunas cleaner, com capacidade de produção de

pellet feed para redução direta e alto-forno. A espuma produzida é descartada como

rejeito para a barragem e o concentrado é enviado para o espessador de concentrado,

sendo conduzido através de um mineroduto de 5km de extensão e 12 polegadas de

diâmetro até a planta de filtragem.

O minério filtrado (desaguado) em filtros verticais a vácuo segue por transportadores de

correia até uma empilhadeira, que forma uma pilha longitudinal no pátio de estocagem.

O efluente da filtragem é encaminhado para um sistema de sedimentação composto por

seis baias, que operam em regime alternado. Os produtos recuperados no pátio são

descarregados em um sistema de transportadores, que por sua vez descarrega no

transportador de carregamento equipado com tripper e carregador de vagões.

57

Depois de carregado, a composição ferroviária segue para a Usina Presidente Vargas em

Volta Redonda, no estado do Rio de Janeiro, percorrendo cerca de 300km de malha

ferroviária. Além da parcela enviada para a usina, parte do minério é também

comercializada diretamente com outras empresas.

3.3 - SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DE CASA DE PEDRA

Conforme exposto previamente, o atual sistema de disposição de rejeitos de Casa de

Pedra é composto por uma série de pequenos e médios barramentos construídos ao

longo do córrego Casa de Pedra, que recebem os rejeitos gerados no processo de

beneficiamento industrial da mineração.

3.3.1 - Barragem B3

A barragem B3 (Figura 3.2) foi projetada para ser construída em 6 etapas, com

alteamentos máximos de 4m, para permitir uma melhor acomodação da fundação. Para

o maciço da barragem, foi prevista a utilização de um material que assimilasse melhor

as deformações esperadas durante e após a construção, sendo que o próprio rejeito

arenoso disposto no reservatório apresentava características adequadas a este propósito.

O projeto inicial do dique de partida foi elaborado pela Leme Engenharia em

julho/1979. O dique de partida foi construído em 1980/1981 com crista na El. 892,0 m,

atingindo uma altura máxima de 20,0 m. Este dique foi alteado para montante em 1990

até a EL. 897,0 m e, em 1992, até a El. 900,0 m.

A barragem foi construída com solo argiloso compactado, com talude de montante com

inclinação de 1V: 2H e o de jusante com inclinação 1V:1,75H. O dique de partida

possui um sistema de drenagem interna composto por filtro, chaminé e tapete drenante.

A drenagem interna do dique do primeiro alteamento é composta por um filtro vertical e

uma camada drenante implantada no contato com o talude de montante do dique de

partida e no contato com os rejeitos.

58

Figura 3.2 – Vista de jusante da Barragem B3 (CSN, 2006)

A estrutura do vertedouro é composta por um poço em seção retangular de concreto, o

qual conecta-se a uma galeria que emerge a jusante em canal de concreto. O poço de

entrada d’água possui uma estrutura de aço que eleva o nível d’água de entrada em 0,50

m, para controlar a entrada de sedimentos. Os taludes encontram-se protegidos por

vegetação e com canaletas de drenagem em perfeito funcionamento.

3.3.2 - Barragem B4

A barragem B4 (Figura 3.3) tem 54,0 m de altura com 272m de comprimento de crista.

É constituída de um dique de partida de 41m de altura. O maciço é composto de uma

seção zonada de aterro compactado, construído em 1987 e dois alteamentos posteriores

totalizando 10,0 m, implantados em 1991 e 1993.

O dique de partida tem um filtro em chaminé, inclinado e um dreno horizontal elevado

acima do nível da fundação. Não há informações sobre a construção descrevendo

detalhes dos materiais dos filtros e drenos. O alteamento para montante tem um dreno

de base que descarrega sobre a crista do dique de partida para jusante, não conectado ao

filtro vertical do dique de partida, impondo, assim, uma freática elevada no talude de

jusante. A barragem está instrumentada com 6 piezômetros e 3 medidores de NA.

O vertedouro, na crista da barragem sob a estrada consiste de 5 tubos de concreto que

descarregam em um trecho curto de canal revestido de concreto que liga a um poço de

59

queda do vertedouro, semelhante ao da barragem B3, o qual por sua vez conecta-se a

uma galeria horizontal na elevação da crista do dique de partida que lança o fluxo em

um canal que desce sobre a encosta da ombreira esquerda em degraus até a restituição

do fluxo a jusante. Os taludes encontram-se protegidos por vegetação e com canaletas

de drenagem em prefeito funcionamento.


3.3.3 - Barragem B5

Esta barragem (Figura 3.4) possui altura de 32 metros e comprimento de crista de 455

metros e está situada a montante da barragem B6, em vale adjacente ao da barragem B4.

Os dados de projeto da DAM de 1992 indicam a remoção dos aluviões na área da

fundação. A barragem foi construída em 1993, porém, não há desenhos do projeto

“como construído”. Entretanto, a comparação dos relatórios da DAM de 1992 com os

desenhos mais recentes incluídos nas análises de percolação e estabilidade (2002 e

2003) mostram informações distintas quanto à escavação do terreno de fundação. A

instrumentação foi instalada conforme especificações estabelecidas pela DAM de 1995.

Conforme DAM (2002), a barragem possui uma seção zonada com uma porção central

de material siltoso e os espaldares em solo argiloso. O sistema de drenagem interna

constitui-se de um filtro em chaminé e um tapete drenante de material grosso. Não há

informações sobre os critérios de filtro utilizados.

60

O reservatório da barragem está cheio com rejeitos e a vegetação sobre os mesmos foi

formada. O vertedouro é constituído de uma caixa de concreto conectada a uma galeria

que desemboca em um canal vertente. Os taludes encontram-se protegidos por

vegetação e com canaletas de drenagem em prefeito funcionamento.


3.3.4 - Barragem B6

Esta barragem (Figura 3.5) possui uma altura atual de 23 metros e comprimento de

crista de 320 metros. A barragem B6 foi construída sobre rejeitos do reservatório da

barragem B3, com projeto inicial implementado pela DAM em 1987.

Conforme DAM (1991), o dique de partida foi projetado com taludes suaves de 1V: 3H

de montante e 1V:5H a jusante com bermas. Sobre a superfície de fundação foi

projetada uma camada de rejeito grosso da barragem B2 para prover uma plataforma de

trabalho para lançamento de uma camada drenante. A barragem tem seção homogênea

construída de xisto alterado e foi alteada em 4 metros por jusante para atingir a altura

atual de 23 metros, correspondente à El. 916,0 m.

A barragem apresenta um sistema adequado de drenagem interna com um dreno

sanduíche, filtro em chaminé e tapete drenante. Dois piezômetros e dois medidores de

61

NA foram instalados e mostram leituras de uma linha freática baixa, a jusante do filtro

em chaminé, fora alguns valores erráticos de leituras.

O vertedouro é constituído por uma estrutura em canal lateral, situado na ombreira

esquerda, revestido em concreto. Os taludes encontram-se protegidos por vegetação e

com canaletas de drenagem em prefeito funcionamento. A Barragem B6 possui como

instrumentos de controle geotécnico 04 medidores de nível d’água, em perfeito

funcionamento, instalados ao longo do maciço.


3.3.5 – Estruturas Previstas para Implantação a Curto Prazo

3.3.5.1 - Barragem do Batateiro

Conforme projeto básico (DAM, 2004), a Barragem do Batateiro, que deverá ser

implantada entre a Serra do Batateiro e a Serra da Boa Vista, ao longo do ribeirão do

Esmeril, será construída com material estéril de mina, constituído, basicamente, por

itabirito e laterita, sobre fundação composta basicamente de filito e quartzito. O

lançamento do rejeito grosso será feito pela crista, através do processo de

espigotamento.

O projeto desta barragem está em estágio conceitual e prevê a construção de um maciço

de estéril compactado, formando uma barragem de 300 metros de altura, entre o pé do

62

talude de jusante e a crista (Figura 3.6). Sob a crista, a barragem terá 250 metros de

altura. O talude de montante terá inclinação de 1V:2H e o de jusante de 1V: 3H, sendo

que a barragem comportará um volume de reservatório de aproximadamente 180 Mm3.

O sistema de drenagem interna deverá ser constituído por um dreno inclinado de areia,

posicionado na transição entre os dois materiais de construção empregados, um tapete

drenante do tipo sanduíche e dreno de montante. Prevê-se para a barragem um dreno de

montante independente que terá a função de drenar e adensar o rejeito junto ao talude

para torná-lo não susceptível aos fenômenos de liquefação e solifluxão. O sistema de

estruturas hidráulicas será formado por um túnel, com a função de desvio e de

vertedouro, túneis emissários e três torres de tomada d’água.

1 – Material terroso compactado

2 – Material estéril RANDOM compactado

2A – Material para drenagem (areia fina e grossa)

3 – Material de enrocamento

Figura 3.6 – Seção típica da Barragem do Batateiro (DAM, 2004)

3.3.5.2 - Barragem Casa de Pedra

Conforme projeto básico (DAM, 2004), a Barragem Casa de Pedra, localizada a jusante

da Barragem B3 existente, será construída, inicialmente, até elevação El. 920,0 m. Esta

63

barragem será subseqüentemente alteada, devendo atingir uma altura máxima de 90,0 m

com cota na El. 954,0 m, com um comprimento de crista de 2.000,0 m (Figura 3.7).

Figura 3.7 – Seção típica da Barragem Casa de Pedra (DAM, 2004)

O projeto básico da primeira etapa da barragem Casa de Pedra na El. 920,00 m foi

concebido de modo a permitir o seu alteamento em qualquer uma das duas hipóteses

consideradas: empilhamento drenado ou aterro compactado. No primeiro caso, o maciço

projetado funcionará como dique de partida para o empilhamento do rejeito.

A barragem, em sua primeira etapa na El. 920,00m, será constituída por um maciço de

aterro compactado, dotado de um sistema de drenagem interna composto por um filtro

vertical, tapete drenante e dreno de pé. O corpo de aterro da barragem será executado

com material proveniente de áreas de empréstimo e, quando possível, das escavações

obrigatórias.

A barragem será constituída por um maciço de aterro de material proveniente de área de

empréstimo, com 650 m de extensão pelo coroamento e 65 de altura máxima sobre as

fundações. A crista, com 8,0 m de largura, estará posicionada nesta etapa na EL. 920,00

m. Inclinações de 1V:2H em são previstas tanto para o talude de montante quanto para o

talude de jusante. O talude de jusante deverá ser dotado de bermas intermediárias de 4,0

de largura a cada 10,0 m de desnível.

64

O sistema de drenagem interna será formado por um filtro vertical de areia com 0,80 m

de largura, associado a um tapete drenante de areia e brita, tipo sanduíche, com 1,0 m de

espessura, apoiado na fundação. Na extremidade do tapete, no fundo do vale, foi

previsto um dreno de pé de enrocamento e transição.

Para a drenagem do rejeito, visando o alteamento da barragem por montante nas etapas

futuras, foi previsto um dreno longitudinal, constituído por pedra britada e transições, a

ser implantado na superfície do talude de montante da barragem, com saída em ambas

as ombreiras.

O sistema vertedouro será composto por canal revestido em concreto projetado, escadas

hidráulicas e estrutura dissipadora de energia em concreto armado, implantado na

ombreira esquerda.

A drenagem superficial da barragem Casa de Pedra em sua elevação 920,00 m foi

projetada na forma de canaletas meia-cana nas bermas (concreto armado), as quais

convergem para uma descida d’água principal localizada no centro do maciço (em

concreto armado).

65

CAPÍTULO 4

CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS DE

FERRO DA MINERAÇÃO CASA DE PEDRA - CSN

4.1 – INTRODUÇÃO

A análise do comportamento geotécnico dos rejeitos, essenciais para a definição do

sistema de disposição final dos mesmos, compreende a análise integrada da natureza

física da fase sólida, da natureza química da fase líquida e das propriedades de interação

entre estas fases, visando estabelecer a caracterização tecnológica dos rejeitos.

Em princípio, a caracterização tecnológica dos rejeitos pode ser estabelecida por meio

de ensaios realizados em amostras e com base em análises isoladas da fase em estudo,

devendo em outras condições, estar associadas diretamente às especificações dos

sistemas de disposição de rejeitos. Em termos gerais, a caracterização tecnológica de

rejeitos de mineração pode abranger a avaliação criteriosa de algumas das seguintes

características destes materiais (Gomes, 2006):

Distribuição granulométrica da fração sólida;

Composição mineralógica das partículas sólidas;

Densidade dos grãos e índices de vazios máximo e mínimo;

Resistência ao cisalhamento sob condições drenadas e não drenadas;

Susceptibilidade a liquefação;

Densidade in situ;

Segregação hidráulica;

Compressibilidade e adensamento;

66

Permeabilidade e drenabilidade;

Propriedades de contração e ressecamento;

Análise química da água e identificação de potenciais substâncias

contaminantes;

Variáveis de deposição, incluindo vazão e concentração da polpa.

Desta forma, visando caracterizar tecnologicamente os materiais estudados, foram

avaliados vários projetos e estudos sobre os rejeitos de ferro gerados em Casa de Pedra.

A partir desses projetos, foram compilados uma série de dados e informações

provenientes de ensaios de campo e laboratório realizados em amostras representativas

dos rejeitos gerados no processo de beneficiamento e, atualmente, dispostos nas

estruturas de contenção e nas barragens existentes.

Considerando que rejeitos de mineração são materiais distintos, com características

específicas incorporadas a partir dos processos de beneficiamento industrial, o processo

de amostragem, realizado por empresas distintas, buscou uma representatividade das

amostras dos rejeitos gerados em Casa de Pedra, tanto na planta de beneficiamento

quanto nas praias de rejeito.

4.2 – CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DA FRAÇÃO SÓLIDA DOS

REJEITOS

4.2.1 - Composição Química e Mineralógica

As características químicas e mineralógicas dos rejeitos apresentam consideráveis

variações em função da natureza do minério e das especificações dos processos de

beneficiamento industrial, incluindo ações afetadas por mudanças nas frentes de lavra.

Nesse contexto, assume especial relevância o estudo da composição química e

mineralógica dos rejeitos, devendo ser consideradas metodologias correntes em estudos

da caracterização tecnológica dos resíduos de mineração.

67

Estes ensaios foram realizados, por meio da técnica de fluorescência de raio-X, em

amostras representativas da lama da ciclonagem secundária e do rejeitos de flotação

(Osorio, 2005). Os resultados mostraram, no caso da lama da ciclonagem secundária, a

presença de ferro como principal componente da amostra, com a presença importante de

manganês, além da contribuição de elementos como o sílicio, alumínio e,

secundariamente, magnésio e sódio. Em pequenas quantidades, foram detectados

elementos como enxofre e fósforo.

No caso do rejeito da flotação, verificou-se a predominância de ferro e uma presença

menos importante de manganês, em comparação com a amostra de lama da ciclonagem.

Aparecem também outros elementos importantes como o silício e, em grau muito

menor, alumínio, magnésio e sódio. Elementos presentes em pequenas quantidades,

como o caso de enxofre e fósforo, também foram detectados.

As análises químicas quantitativas, obtidas através de ensaios de absorção atômica,

ratificaram a presença de ferro como predominante na amostra da lama da ciclonagem

secundária. Para o caso da amostra de rejeito da flotação, foram constatados elevados

conteúdos de sílica e de ferro (Tabela 4.1).

Tabela 4.1 - Análise química quantitativa dos rejeitos da CSN (Osorio; 2005)

elemento (% em massa) lama da ciclonagem secundária rejeito da flotação

Fe total 51,67 30,81

SiO2 9,65 52,35

Al2O3 8,97 0,30

Mn ----- -----

Mg 0,128 0,016

P 0,087 0,017

PPC* 6,63 0,46

(*) PPC – perda por calcinação

68

Verifica-se que a parte fina dos rejeitos, correspondente à lama da ciclonagem

secundária, é composta essencialmente por elementos ferrosos. A parte grossa, por sua

vez, correspondente ao rejeito da flotação, é composta essencialmente por sílica e,

secundariamente, por ferro.

Com relação à composição mineralógica da lama da ciclonagem secundária, cujas

análises foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura, verificou-se a

presença predominante de hematita, goethita, pirolusita, talco e caulinita. No caso dos

rejeitos de flotação, as análises indicaram a presença predominante de quartzo, hematita,

gibbsita e caulinita, estas últimas em quantidades menores, conforme pode ser

observado nas fotografias apresentadas nas Figuras 4.1 e 4.2, correspondentes às

amostras da lama da ciclonagem secundária e do rejeito da flotação, respectivamente.

Figura 4.1 - Microfotografias MEV da amostra da lama da ciclonagem secundária: a) e-

secundários, 2000X; b) e- secundários, 3500X; c) e- retroespalhados, 1000X; d) seção

polida, e- retroespalhados, 750X. (Osorio; 2005)

c d

SiO2

SiO2

Fe2O3

ba

69

Figura 4.2 - Microfotografias MEV da amostra do rejeito da flotação: a) e- secundários,

750X; b) e- secundários, 500X; c) e- retroespalhados, 1000X; d) seção polida, e-

retroespalhados, 500X (Osorio; 2005).

Na Figura 4.1, pode-se observar a morfologia da estrutura cristalina e o tamanho fino

das partículas presentes na amostra da lama da ciclonagem secundária, correspondente a

minerais de ferro e de quartzo. No caso da Figura 4.2, a morfologia das partículas

(cúbicas) e o tamanho evidenciam a diferença em relação a amostra da lama da

ciclonagem.

As Figuras 4.3 e 4.4 apresentam os resultados qualitativos de difratograma de raios X

realizados nas amostras de lama da ciclonagem secundária e do rejeito da flotação,

respectivamente.

a b

c d

SiO2

SiO2

SiO2

Fe2O3

Fe2O3Fe2O3

70

Figura 4.3 - Difratograma de raios X da amostra da lama da ciclonagem secundária

Figura 4.4 - Difratograma de raios X da amostra do rejeito da flotação

4.2.2 - Distribuição Granulométrica

Os ensaios para a determinação da distribuição granulométrica dos rejeitos gerados em

Casa de Pedra foram realizados por meio da metodologia de classificação em peneiras

de laboratório, classificação centrífuga mediante o uso do Ciclosizer e também pelo

método de difração a laser através do granulômetro Helos – Sympatec.

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2 (Theta)

I (pu

lsos

/s)

H = HEMATITA

B - GIBSITA

C = CAULINITA

Q = QUARTZO

H

H HH H H

H H H H HH

H

Q

Q

Q QQ Q

Q

Q

Q

QQ

Q QQ

Q Q QQ

QC CB

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50 60 70 80

2 (Theta)

I (pu

lsos

/s)

T

C

C

C

G

G

G

G

G

GG

GG G G

GG G

H

H

HH

HH

H

H

H

HG

G

P P

PG

H = HEMATITA

G - GOETHITA

C = CAULINITA

T = TALCO

P = PIROLUSITA

71

Os resultados obtidos mostram uma distribuição de partículas muito finas para a lama

da ciclonagem secundária (lama com ultrafinos) e uma distribuição de partículas mais

grosseiras para o rejeito da flotação, conforme apresentado na Tabela 4.2, que fornece

os tamanhos D10, D50 e D90, expressos em μm, para as amostras da lama da ciclogem

secundária e do rejeito da flotação.

Tabela 4.2 - Tamanhos D10, D50 e D90 das amostras sólidas estudadas (Osorio; 2005)

D10 D50 D90 Origem/Características

(mm) (μm) (mm) (μm) (mm) (μm)

Lama da ciclonagem secundária 0,0008 0,84 0,004 4,34 0,014 14,52

Rejeito de flotação 0,021 20,72 0,071 71,54 0,152 152,59

As Figuras 4.5 e 4.6 apresentam os resultados de distribuição granulométrica obtidos

para as amostras de rejeito ensaiadas por meio de classificação centrífuga (Cycloniser e

granulômetro a laser) e peneiramento, para a lama da ciclonagem secundária e para o

rejeito da flotação respectivamente.

Figura 4.5 - Distribuição granulométrics da lama da ciclonagem (Osorio, 2005)

0102030405060708090

100

0,1 1 10 100

Tamanho de partícula (µm)

%Pa

ssan

teac

umul

ada

Cyclosizer Sympatec Peneiramento

0102030405060708090

100

0,1 1 10 100

Tamanho de partícula (µm)

%Pa

ssan

teac

umul

ada

Cyclosizer Sympatec Peneiramento

72

Figura 4.6 - Distribuição granulométrica do rejeito da flotação (Osorio, 2005)

Os ensaios de granulometria realizados pela Geolabor (2005) em amostras de rejeitos de

minério, coletadas na praia de rejeitos sedimentados na Barragem B6, são apresentados

na Tabela 4.3.

Tabela 4.3 - Resultados de ensaios granulométricos obtidos em 04 ensaios em amostras

de rejeitos coletadas na praia da Barragem B6 (Geolabor, 2005)

% passante - amostras da praia de rejeitos sedimentados na Barragem B6 solo

B6AM1 B6AM2 B6AM3 B6AM4

Argila 21,6 18 23,6 37,3

Silte 45,9 45,6 58,5 48,2

Areia fina 19,9 34,6 17,8 12,6

Areia média 3,6 1,8 0,1 0,7

Areia grossa 3,9 0,0 0,0 0,5

Pedregulho 5,1 0,0 0,0 0,7

0102030405060708090

100

1 10 100 1000Tamanho de partícula (µm)

%Pa

ssan

teac

umul

ada

Sympatec Peneiramento Cyclosizer

0102030405060708090

100


%Pa

ssan

teac

umul

ada


73

Em geral, os rejeitos depositados nesta praia apresentam natureza silto-argilosa, com

exceção da amostra 2, que apresentou composição silto-arenosa. Ensaios adicionais

foram realizados pela Universidade Federal de Viçosa, em amostras de rejeitos

provenientes da praia formada em um aterro hidráulico experimental que está sendo

construído em Casa de Pedra, a partir do rejeito gerado na flotação (Tabela 4.4).

Tabela 4.4 - Resultados de ensaios granulométricos obtidos em amostras coletadas em

aterro experimental da CSN (UFV; 2005)

% passante – amostras coletadas em furos de sondagem realizados na

praia do aterro experimental em Casa de Pedra (UFV; 2005) solo

AEAM1 AEAM2 AEAM3 AEAM4 AEAM5

Argila 2 2 2 1 3

Silte 54 58 57 49 74

Areia 44 40 41 49 23

Pedregulho 0 0 0 0 0

Outros ensaios de caracterização granulométrica foram apresentados em DAM (2004),

tendo sido realizados no laboratório da CEMIG, em amostras de rejeito depositado na

praia do reservatório da barragem B3 (Tabela 4.5).

Tabela 4.5 - Resultados de ensaios granulométricos realizados pela CEMIG em

amostras da praia de rejeito da Barragem B3 (DAM, 2004)

% passante solo

B3AM1 B3AM2 B3AM3 B3AM4

Argila 26 4 4 56

Silte 55 80 72 21

Areia 15 16 18 19

Pedregulho 4 0 6 4

74

No aterro experimental, todas as amostras retiradas dos cinco furos realizados na praia

de rejeito apresentaram natureza silto-arenosa, confirmando a granulometria mais

grosseira dos rejeitos depositados nesta estrutura, proveniente da etapa de flotação.

As amostras coletadas na praia da Barragem B3 (DAM, 2004), apresentaram natureza

distinta, cuja granulometria variou de silto-argilosa a silto-arenosa. Quanto aos ensaios

realizados em amostras provenientes da praia de rejeito da Barragem B3 (DAM, 2004) e

B6 (Geolabor, 2005), locais onde atualmente são dispostos os rejeitos gerados em Casa

de Pedra, seja ele proveniente da etapa de ciclonagem ou da etapa de flotação, vale

observar os diferentes valores obtidos para diferentes locais da praia, confirmando a

grande variabilidade granulométrica observada no campo. Isto se deve ao complexo

processo de segregação hidráulica das partículas do rejeito de minério de ferro, em

virtude da interação de diferentes granulometrias e densidades dos grãos de sílica e dos

óxidos de ferro.

4.2.3 - Densidades, Pesos Específicos e Índices de Vazios

A densidade dos grãos que compõem um determinado tipo de solo está diretamente

relacionada com sua natureza, origem e composição química. Os rejeitos de minério de

ferro, por exemplo, por serem compostos basicamente de partículas de quartzo e

hematita, podem apresentar valores superiores a 4,0. Para as amostras dos rejeitos de

Casa de Pedra, foram obtidos os valores apresentados na Tabela 4.6 (Osorio, 2005).

Tabela 4.6 - Densidades dos rejeitos de Casa de Pedra (Osorio, 2005)

Amostra Densidade (PS)* Densidade (PG)** Densidade Média

Lama da ciclonagem 3,55 3,76 3,65

Rejeito da flotação 3,32 3,30 3,31

(**) PS – Picnometria simples; (****) PG – Picnometria à gás.

75

Analisando-se os valores de densidade obtidos, observam-se maiores valores para os

grãos da amostra da lama da ciclonagem secundária (3,65), quando comparada ao valor

da densidade obtida para a amostra do rejeito da flotação (3,31), confirmando a relação

proposta por Espósito (2000), a qual correlaciona a variação da massa específica dos

grãos com teores de ferro, constatando-se também uma tendência de acréscimo do valor

da massa específica dos grãos com o aumento do teor de ferro presente na amostra

proveniente do processo de ciclonagem.

Os resultados dos ensaios de determinação das densidades dos grãos apresentados em

DAM (2004), realizados no laboratório da CEMIG, em amostras do rejeito depositado

na praia do reservatório da barragem B3, são apresentados na Tabela 4.7. Observa-se

uma ampla variabilidade destes parâmetros ao longo da praia, o qual deve estar

relacionada também à distribuição granulométrica devido ao processo de segregação.

Tabela 4.7 - Resultados de ensaios realizados pela CEMIG em amostras da praia de

rejeito da Barragem B3 (DAM, 2004)

Amostra Densidade dos grãos

B3AM1 2,99

B3AM2 3,01

B3AM3 2,89

B3AM4 2,98

Os resultados dos ensaios de massas específicas secas e de índice de vazios limites

realizados pela Geolabor (2005) em amostras (deformadas e reconstituídas em

laboratório) de rejeitos de minério coletadas na praia de rejeitos sedimentados na

Barragem B6, são apresentados na Tabela 4.8.

Similarmente aos ensaios de granulometria, valores de massas específicas secas e de

índice de vazios limites foram obtidos a partir das amostras coletadas nos furos de

sondagem realizados em praia de rejeitos formada em aterro hidráulico experimental da

CSN, pela Universidade Federal de Viçosa (Tabela 4.9).

76

Tabela 4.8 – Massas específicas secas e índices de vazios limites de amostras de rejeitos

coletadas na praia da Barragem B6 (Geolabor, 2005)

Amostra

Massa específica

seca máxima

(g/cm3)

Massa específica

seca mínima

(g/cm3)

Índice de vazios

máximo

Índice de vazios

mínimo

rejeito da

barragem B6 1,09 0,68 3,16 1,03

Tabela 4.9 - Resultados de ensaios para determinação de pesos específicos dos sólidos e

índices de vazios obtidos no aterro experimental da CSN (UFV, 2005)

amostras

Peso

específico

dos sólidos

(kN/m3)

Peso

específico

seco mínimo

(kN/m3)

Peso

específico

seco máximo

(kN/m3)

Índice de

vazios

máximo

Índice de

vazios

mínimo

AEAM1 38,96 18,08 24,43 1,15 0,59

AEAM2 37,06 17,86 24,26 1,07 0,53

AEAM3 37,83 17,77 23,89 1,13 0,58

AEAM4 40,64 18,38 24,53 1,21 0,66

AEAM5 35,17 16,37 21,81 1,15 0,61

Estes resultados comprovam a grande influência da segregação no processo de

densificação do aterro que, segundo Küper (1991), esta diretamente associada às

elevadas vazões, baixas concentrações de polpa e baixas velocidades de fluxo. Na

presente situação, a lama da ciclonagem secundária é descartada com menores

concentrações de polpa que o rejeito da flotação, devido também a maior quantidade de

água incorporada ao espessador que recebe o overflow da ciclonagem.

A avaliação dos índices de vazios constitui uma premissa fundamental para a

caracterização do estado de compacidade dos rejeitos depositados, além da importância

77

destes valores para a reconstituição de amostras para realização de ensaios de

laboratório e também para avaliação do potencial de susceptibilidade destes materiais à

liquefação. Os dados apresentados na Tabela 4.9 caracterizam baixos valores de índices

de vazios quando comparados a valores comumente obtidos para rejeitos de ferro na

região do Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais.

4.2.4 - Superfície Específica das Amostras Sólidas

Os resultados do índice de Blaine, representado pelo valor da área superficial específica

(ASE), obtidos para amostras sólidas originais e misturas da lama da ciclonagem e do

rejeito da flotação gerados em Casa de Pedra, são apresentados na Tabela 4.10.

Tabela 4.10 - Tempos de passagem de fluxo de ar e valores de ASE segundo Blaine.

(Osorio, 2005)

Amostra Origem e ou características Tempo (s) ASE (cm2/g)

1 Lama da ciclonagem secundária 537,99 9.541,61

2 Rejeito da flotação 3,66 813,11

3 Mistura de 75% da lama da ciclonagem

com 25% do rejeito da flotação 84,72 3.753,60





Segundo Osorio (2005), dos valores de ASE (Índice de Blaine), para as amostras que

apresentam distribuição granulométrica mais fina (amostras 1 e 3), nota-se a tendência,

já esperada, de aumento do valor de resistência à passagem de ar, fato que indica uma

maior presença de materiais ultrafinos no material analisado.

78

4.2.5 - Parâmetros de Resistência

Para a determinação dos parâmetros de resistência e limites de consistência dos rejeitos

de Casa de Pedra, foram considerados os estudos e ensaios de campo e laboratório

realizados por DeltaGeo (2003), Geolabor (2005) e CEMIG (2004) nas praias de rejeito

das barragens B3, B4, B5 e B6, que envolveram ensaios do tipo CPTU (piezocone) e

VT (vane test), além de ensaios de caracterização e de compressão triaxial.

Os ensaios de piezocone (CPTU) visaram à caracterização do rejeito depositado no

reservatório da barragem B3, permitindo ainda a determinação dos parâmetros de

resistência, permeabilidade e adensamento. A Figura 4.7 apresenta os resultados obtidos

em um ensaio de piezocone realizado na praia de rejeitos da barragem B3.

Figura 4.7 - Resultados de ensaio de piezocone realizado na praia de rejeitos da


79

Os principais resultados indicaram que o rejeito pode ser caracterizado por material silte

argilo-arenoso, com algumas lentes de areia de pequena espessura, desenvolvendo, de

uma maneira geral, poropressões positivas durante a cravação do instrumento (DAM,

2004).

Os ensaios de palheta (VT) foram executados com o objetivo de determinar a resistência

não drenada (Su) do rejeito depositado nos reservatórios das barragens estudadas. Os

ensaios demonstraram resistência ao cisalhamento variável com a profundidade, devido

à influência de ciclos de ressecamento/molhagem nas camadas mais superficiais,

conforme apresentado na Tabela 4.11, sendo observado também o desenvolvimento de

poropressões positivas durante a cravação dos instrumentos de campo (DAM, 2004).

Tabela 4.11 - Resultados de ensaios de campo de palheta na praia de rejeitos da

barragem B3 (DAM, 2004)

Su = 7KPa para z < 3m resistência não drenada in situ (KPa)

Su = - 4KPa ± 3,67 z (para z > 3m)

resistência não drenada do solo amolgado (KPa) Sur = 2 + 1,11 z

Os ensaios de laboratório especiais compreenderam ensaios triaxiais do tipo CIU, com

medidas de poropressões, a partir de amostras indeformadas coletadas nas barragens de

rejeito estudadas. A partir dos dados medidos durante o cisalhamento não-drenado das

amostras, tornou-se possível a construção de curvas e envoltórias características para a

determinação dos parâmetros de resistência dos rejeitos da CSN.

Neste sentido foram obtidos, para os rejeitos ensaiados, os diagramas tensão desviadora

x deformação axial (utilizando-se critérios distintos, em termos de tensões desviadoras e

relações entre as tensões principais) e poropressão x deformação axial, para tensões

confinantes de 100 kPa (CP1), 200 kPa (CP2), 400 kPa (CP3) e 800 kPa (CP4) para 04

diferentes amostras dos rejeitos depositados na praia da Barragem B3, conforme

indicado pelas Figuras 4.8 a 4.11.

80


deformação axial e razão de tensões x deformação axial para a amostra B3AM1 (DAM,

2004)

81

Figura 4.9 - Diagramas tensão desviadora x deformação axial; poropressão x


2004)

82



2004)

83



2004)

84

Analisando-se os diagramas tensão desviadora x deformação axial, para as amostras

ensaiadas, observa-se que as curvas apresentam comportamentos similares, com

exceção do ensaio realizado sob tensão confinante de 800 kPa. Observa-se também, em

todos os casos analisados, que a tensão desviadora não cresce tanto com as

deformações, caracterizando, de certa forma, a resistência residual destes materiais e o

estado fofo dos rejeitos depositados na praia, com exceção da amostra B3AM4, cujos

diagramas apresentados evidenciam sua natureza mais consolada (adensada).

Os resultados apresentados nos diagramas da amostra B3AM4 demonstram claramente

a diferença na natureza desta amostra quando comparada com as outras, o que pode

estar associado ao processo de consolidação, segregação e adensameno do rejeito em

diferentes locais da praia. Os ensaios demonstram claramente maiores tensões

desviadoras para deformações axiais proporcioais aquelas observadas para as outras

amostras.

Com relação ao diagrama poropressão x deformação axial, observa-se também a

diferença no comportamento da amostra B3AM4 para baixas tensões de confinamento

(100 kPa - CP1 e 200 kPa - CP2), quando comparada com as outras amostras. Devido a

natureza mais consolidada desta amostra, durante a fase de cisalhamento a qual esta foi

submetida, observa-se a geração de poropressão negativa para baixas tensões

confinantes, característica típica de materiais mais adensados, os quais tendem a se

expandir durante este processo, devido ao rearranjo estrutural das partículas.

Com base nos resultados dos ensaios triaxiais, foram obtidos os parâmetros de

resistência em termos de tensões totais e efetivas (Tabela 4.10) e se fez a avaliação do

comportamento global do rejeito em termos de resistência ao cisalhamento, mediante o

traçado das envoltórias de ruptura e das respectivas trajetórias de tensões efetivas, como

ilustrado para o caso da amostra B3AM3 estudada (Figura 4.12 a 4.14). Os demais

resultados dos ensaios triaxiais são apresentados no Anexo I.

85

Tabela 4.12 – Parâmetros de resistência dos rejeitos da Barragem B3 (DAM, 2004)

parâmetros de resistência

tensões totais tensões efetivas amostras ângulo de atrito

(º) coesão (kPa)

ângulo de atrito

(º) coesão (kPa)

B3AM1 11,8 5,8 28,7 2,5

B3AM2 9,7 9,7 22,8 5,8

B3AM3 12,7 6,6 27,8 3,5

B3AM4 11,2 21,9 33,8 2,0

Figura 4.12 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais - amostra

B3AM3 (DAM, 2004)

Figura 4.13 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas - amostra

B3AM3 (DAM, 2004)

86

Figura 4.14 – Trajetória de tensões efetivas obtida para a amostra B3AM3 (DAM, 2004)

Os resultados caracterizam a natureza bastante distinta dos materiais depositados na

praia de rejeitos da Barragem B3. Com efeito, em termos de tensões efetivas, os rejeitos

mostraram uma baixa coesão (tipicamente inferiores a 5 kPa) e valores de ângulos de

atrito variando entre 23º e 34º.

Uma análise complementar de extrema relevância considera a susceptibilidade dos

rejeitos ao fenômeno da liquefação sob cargas estáticas e dinâmicas (Gomes et al.,

2002). Neste contexto, verifica-se que as poropressões geradas nos ensaios foram

maiores sob baixas deformações (tipicamente inferiores 3,0%) e para grandes tensões de

confinamento (acima de 400 kPa), indicando, a princípio, portanto, baixo potencial de

liquefação destes materiais.

4.3 – CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS EM PASTA

4.3.1 – Preparação das Amostras dos Rejeitos em Pasta

Neste item são apresentados os resultados de caracterização de pastas minerais

preparadas com amostras de rejeitos provenientes das etapas de ciclonagem (lama da

ciclonagem) e de flotação (rejeito da flotação) da mineração Casa de Pedra, para

diferentes composições (Tabela 4.13).

87

Tabela 4.13 – Amostras de rejeitos em pasta da mineração Casa de Pedra (Osorio, 2005)

amostra Origem e/ou

Características % Sólidos

Temperatura

(°C)

Amostra I Lama da ciclonagem secundária 60 – 77 21 - 22

Amostra II Rejeito da flotação 60 – 81 22

Amostra III

Mistura de 75% da lama da

ciclonagem e 25% do rejeito da

flotação

60 – 73 20 - 22

Amostra IV



flotação

60 – 77 21

Amostra V



flotação

60 – 81 22

As amostras sólidas originais, relacionadas à lama da ciclonagem secundária e ao rejeito

da flotação, foram estudadas nas faixas de concentração (% de sólidos) nas quais os

materiais exibiram comportamento de pasta (conforme resultados preliminares obtidos

por ensaios de slump).

4.3.2 – Viscosidade das pastas

Os ensaios de viscosidade realizados por Osorio (2005) através de um medidor

denominado viscosímetro, instrumento que mede a viscosidade da pasta para diferentes

concentrações e velocidade de rotação, para a amostra I (lama da ciclonagem

secundária), mostraram que o material não tende a exibir um comportamento reológico

único. Com efeito, as amostras com menores porcentagens (58% e 61%) apresentaram

uma tendência de diminuição do valor da viscosidade na fase de retorno do ciclo (1-

180-1 rpm), comportamento tixotrópico – viscosidade decrescente com o tempo,

enquanto que a amostra com maior porcentagem de sólidos (65%) apresentou maior

predomínio do comportamento reotrópico (viscosidade crescente com o tempo), dado os

maiores valores registrados na viscosidade na fase de retorno do ciclo (Figura 4.15).

88

Figura 4.15 – Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste

amostra I – lama da ciclonagem secundária (Osorio, 2005)


amostra II – rejeito da flotação (Osorio, 2005)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200

Velocidade de rotação da haste (rpm)

Vis

cosi

dade

(cP

)

% S=58 % S=61 % S=65

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0 50 100 150 200


Visc

osid

ade

(cP)

%S=78 %S=80 %S=82

89

No caso da amostra II (rejeito da flotação), verifica-se um comportamento

predominantemente reotrópico (viscosidade crescente com o tempo), em todas as

amostras estudadas (Figura 4.16). As amostras apresentaram a tendência a um

comportamento crescente na viscosidade com o tempo (20 – 80s), o que confirma o

caráter mais reotrópico desta pasta.

Considerando um ciclo reológico de 1-20-1 rpm para a amostra III (mistura de 75% da

amostra I e 25% da amostra II), constata-se uma clara tendência de convergência dos

valores das viscosidades para as diferentes porcentagens de sólidos, com exceção da

amostra com 73% de sólidos que, a partir de 40 rpm de rotação da haste, tendeu a

apresentar menores valores na viscosidade em relação às das amostras com 65 e 71%

em sólidos (Figura 4.17).


Amostra III – mistura de 75% da amostra I e 25% da amostra II (Osorio, 2005)

Os ensaios realizados na amostra IV (mistura de 50% da amostra I e 50% amostra II)

mostraram que pastas menos concentradas (60 e 65% de sólidos) apresentam

comportamentos muito similares, ao passo que pastas mais concentradas (75 e 76% de

sólidos) tenderam a apresentar curvas com maiores valores de viscosidade e claramente

diferenciadas, observando-se também uma elevada histerese (Figura 4.18).

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 50 100 150 200


Vis

cosi

dade

(cP

)

60%S 63%S 65%S 71%S 73%S

90


Amostra IV – mistura de 50% da amostra I e 50% amostra II (Osorio, 2005)


Amostra V – mistura de 25% da amostra I e 75% da amostra II. (Osorio, 2005)

0

5 0 0 0

1 0 0 0 0

1 5 0 0 0

2 0 0 0 0

2 5 0 0 0

3 0 0 0 0

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5

V e lo c id a d e d e ro ta ç ã o d a h a s te (rp m )

Vis

cosi

dade

(cP

)

6 0 % S 6 5 % S 7 5 % S 7 6 % S

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 50 100 150 200


Vis

cosi

dade

(cP

)

60%S 65%S 75%S 79%S 81%S

91

Na amostra V (mistura de 25% da amostra I e 75% da amostra II), observa-se um duplo

comportamento em todas as pastas estudadas. De forma mais específica, é possível

estabelecer que, para menores concentrações (60 até 75% de sólidos), predomina um

comportamento reotrópico e, para as mais concentradas (78 até 81% de sólidos), o

tixotropismo é cada vez mais dominante (Figura 4.19).

De uma maneira geral, o valor da viscosidade das pastas minerais aumentou na razão

direta do aumento da porcentagem de sólidos. Nas mesmas condições de operação, as

pastas preparadas com a amostra I (lama da ciclonagem secundária) apresentaram os

maiores valores de viscosidade, tanto nos ciclos reológicos mais lentos (1-20-1 rpm)

quanto naqueles mais rápidos (1-180-1 rpm). Este comportamento pode ser considerado

vantajoso no caso da conformação da praia, o que pode resultar na formação de taludes

mais íngremes e estruturas mais densas. Entretanto, considerando a necessidade de

transporte da pasta até a área de disposição, valores mais elevados de viscosidade

podem gerar também elevadas tensões de escoamento.

4.3.3 – Testes de Slump

Os resultados do teste de slump, também realizados por Osorio (2005), para diversas

porcentagens de sólidos, são apresentados na Tabela 4.14 e na Figura 4.20.

0123456789

50,00 60,00 70,00 80,00 90,00

% Sólidos em massa

Altu

ra d

e sl

ump

(cm

)

AM I AM II AM III AM IV AM V

Figura 4.20 - Gráfico de altura de “slump” em função da porcentagem de sólidos das

pastas, considerando as amostras originais e misturas (Osorio, 2005)

92

Os ensaios demonstraram um comportamento esperado para todas as amostras

estudadas, ou seja, menores alturas de slump com maiores concentrações da pasta,

observando-se também um ordenamento das curvas obtidas: para granulometrias mais

finas, precisa-se de faixas de concentração cada vez menores (menor recuperação de

água), de modo a se obter uma resposta similar no teste de slump (Figura 4.20).

Tabela 4.14 – Alturas do slump obtidas usando geometria cilíndrica (Osorio, 2005)

Altura do teste de slump HS (cm)

% sólidos Amostra I Amostra II Amostra III Amostra IV Amostra V

60 6,70 - - - -

61 5,40 - - - -

62 4,80 - - - -

63 4,40 - - - -

64 3,75 - - - -

65 2,50 - - - -

70 - - 8,00 - -

71 - - 7,50 - -

72 - - 5,70 - -

73 - - 4,80 8,10 -

74 - - 4,00 7,20 -

75 - - 3,20 6,20 -

76 - - 2,40 4,60 7,70

77 - - 1,80 4,10 7,10

78 - 8,50 1,30 3,70 4,80

79 - 7,00 0,85 2,50 3,40

80 - 6,20 0,65 1,40 2,50

81 - 4,40 - 0,75 1,80

82 - 2,90 - - 1,20

93

Ensaios complementares de slump foram efetuados em planta piloto, adotando-se

arranjos cônicos e analisando-se a porcentagem de sólidos necessária para se atingir um

abatimento em 50% da altura inicial do cone ou cilindro de laboratório (Tabela 4.15).

Tabela 4.15 - Porcentagens de sólidos necessária para abatimento de 50% da altura do

slump (Osorio; 2005)

Nome da

amostra

cilindro:

D = 10cm e H = 10cm

cone:

D = 20cm, d = 10 cm

H = 30cm

Diferença absoluta

(%)

I 61,7% 75,2% 13,5

II 80,7% 81,0% 0,3

IV 75,8% 78,8% 3,0

No caso da amostra I, observa-se uma maior diferença das porcentagens de sólidos

necessária para se atingir 50% de abatimento na altura de slump, ao considerar

geometrias distintas cônica ou cilíndrica. No caso da amostra II, a diferença é

praticamente nula, fato que pode ser explicado pela distribuição granulométrica mais

grosseira desta amostra (rejeito da flotação). No caso da amostra IV, correspondente a

uma mistura de lamas e rejeitos, a diferença foi mínima, da ordem de 3%.

4.3.4 - Testes de Calha ou Flume

Os testes de flume foram realizados por Osorio (2005) em uma calha construída em

laboratório, constituída de material acrílico, com 100cm de comprimento, 20cm de

largura e 20cm de altura. Os resultados dos testes realizados para diversas porcentagens

de sólidos são apresentados na Tabela 4.16, para as cinco amostras estudadas. O ensaio

consiste em simular o processo de disposição dos rejeitos em campo por meio de um

canal ou calha chamado flume, construído em laboratório, para diferentes inclinações da

base.

94

A Figura 4.21 mostra a relação entre os ângulos de repouso das amostras de pasta em

função das porcentagens de sólidos consideradas, para inclinações da base da calha

variando entre 0 e 3% (Osorio, 2005).

02468

10121416

55 60 65 70 75 80 85

% Sólidos (em massa)

Ângu

lo d

e re

pous

o (o )

AM I - 0% AM I - 3% AM II - 0% AM II - 3%AM III - 0% AM III - 3% AM IV - 0% AM IV - 3%AM V - 0% AM V - 3%

Figura 4.21 - Gráfico dos ângulos de disposição da pasta para diferentes porcentagens

de sólidos, considerando amostras originais e misturas (Osorio, 2005)

Tabela 4.16 - Ângulos de repouso da disposição dos rejeitos em flume para diferentes

porcentagens de sólidos da pasta (Osorio, 2005)

Ângulo de repouso, θR (°)

%

sólidos

Inclinação do

flume (%) Amostra I Amostra II Amostra III Amostra IV Amostra V

0 2.63 - - - -57 3 1.89 - - - -0 3.53 - - - -58 3 2.68 - - - -0 4.68 - - - -59 3 3.39 - - - -0 5.62 - - - -60 3 4.76 - - - -0 7.77 - - - -61 3 6.26 - - - -

62 0 9.46 - - - -

95

3 8.47 - - - -0 12.56 - - - -63 3 11.44 - - - -0 16.62 - - - -64 3 15.58 - - - -0 8.28 - - - -65 3 8.63 - - - -0 - - 5,5 - -68 3 - - 5,0 - -0 - - 7,2 - -69 3 - - 6,5 - -0 - - 10,5 - -70 3 - - 9,9 - -0 - - 12,3 - -71 3 - - 11,8 - -0 - - 16,0 - -72 3 - - 15,4 - -0 - - 13,1 5,0 -73 3 - - 12,5 4,3 -0 - 1,15 10,4 7,0 -74 3 - 0,86 10,0 6,4 -0 - 1,43 - 11,5 -75 3 - 1,09 - 10,7 -0 - 1,83 - 15,9 -76 3 - 1,2 - 14,7 -0 - 3,23 - 10,0 -77 3 - 2,23 - 8,9 -0 - 4,43 - - 4,1278 3 - 4,07 - - 2,980 - 9,42 - - 6,3279 3 - 9,34 - - 5,480 - 15,61 - - 10,7980 3 - 16,54 - - 9,710 - 15,26 - - 15,0481 3 - 14,48 - - 14,880 - 12,77 - - 6,1282 3 - 10,11 - - 3,47

Conforme apresentado para os resultados de slump, para granulometrias mais finas

(amostra I), precisa-se de faixas de concentração cada vez menores (ou seja, menor

recuperação de água), de modo a se obter uma resposta similar no teste de flume.

96

Os resultados mostraram que há uma compatibilidade das curvas correspondentes aos

ângulos de repouso das pastas estudadas em função das porcentagens de sólidos, com

todas as curvas superando um valor de 15° para o ângulo de disposição. Este valor pode

ser considerado o mais elevado que o normalmente utilizado nas minerações que

empregam este tipo de sistema de disposição, embora deva ser considerada a escala

reduzida do experimento utilizado. A ampla faixa de porcentagens de sólidos das pastas

estudadas evidencia ser bastante atrativa a possibilidade de disposição destes materiais,

seja para preenchimentos subterrâneos ou superficiais. Observa-se também que, para

todas as amostras estudadas, para uma determinada porcentagem de sólidos, a pasta

tende a apresentar um comportamento sólido (enrijecimento), perdendo a sua

característica de plasticidade, o que justifica a diminuição dos valores de ângulo de

repouso. Isto ocorre a partir de um valor do ângulo de repouso máximo, no qual a pasta

ainda preserva as suas características reológicas.

Os resultados mostram que a maior inclinação da base do flume causa uma redução do

ângulo de repouso dos rejeitos em pasta, cujo valor está relacionado diretamente com a

topografia da área de disposição. A maior ou menor inclinação no terreno no qual vai

ser disposto o rejeito em forma de pasta pode influenciar outros aspectos como é o caso

da eliminação da água intersticial. A Tabela 4.17 apresenta as correlações dos ensaios

de slump e de flume para as amostras I e II estudadas.

No caso da amostra II (rejeito da flotação), a pasta com 81% de sólidos apresenta um

elevado valor de ângulo de repouso (14,48°) e uma altura de slump muito apropriada de

4,4cm no cilindro de laboratório (44% de abatimento). A pasta com 78% de sólidos

depositada com uma inclinação da base da calha de 3% apresenta 4,07° para o ângulo

de repouso, que é um valor menor que o anterior, e uma altura de slump muito grande

(8,5cm, ou seja, correspondente a um abatimento de 85%).

97

Tabela 4.17 - Valores de altura de slump e ângulos de repouso para as amostras

originais dos rejeitos de Casa de Pedra (Osorio, 2005)

Rejeitos Amostra I

Lama da ciclonagem

Amostra II

Rejeito da flotação

% sól. Inclinação (%) HS (cm) θR (°) HS (cm) θR (°)

0 2.63 - 57 3

- 1.89

-

0 3.53 - 58 3

- 2.68

-

0 4.68 - 59 3

- 3.39

-

0 5.62 - 60 3

6,70 4.76

-

0 7.77 - 61 3

5,40 6.26

-

0 9.46 - 62 3

4,80 8.47

-

0 12.56 - 63 3

4,40 11.44

-

0 16.62 - 64 3

3,75 15.58

-

0 8.28 - 65 3

2,50 8.63

-

0 - 1,1574 3

- - 0,86

0 - 1,4375 3

- - 1,09

0 - 1,8376 3

- - 1,2

0 - 3,2377 3

- - 2,23

0 - 4,4378 3

- 8,50 4,07

0 - 9,4279 3

- 7,00 9,34

0 - 15,6180 3

- 6,20 16,54

0 - 15,2681 3

- 4,40 14,48

0 - 12,7782 3

- 2,90 10,11

HS : altura do slump ; θR : ângulo de repouso da pasta.

98

CAPÍTULO 5

ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS GERADOS

PELA MINERAÇÃO CASA DE PEDRA - CSN

5.1 - INTRODUÇÃO

A partir dos resultados e análises da caracterização tecnológica dos rejeitos de ferro da

Mineração Casa de Pedra apresentados previamente, são avaliados e discutidos neste

capítulo o potencial de aplicabilidade das diferentes metodologias de disposição para os

rejeitos estudados (lama da ciclonagem secundária e o rejeito da flotação).

5.2 - ALTERNATIVA 1: DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS GRANULARES NA

FORMA DE ATERRO HIDRÁULICO

5.2.1 - Premissas e Critérios de Referência

Conforme apresentado no capítulo 2, Melent’ev et al. (1973) e Yufin (1965) definem a

distribuição granulométrica do material como a mais importante característica a ser

observada em sistemas de disposição segundo a técnica de aterro hidráulico.

Desta forma, a condição básica para a disposição de rejeitos sobre a forma de aterro

hidráulico é que o mesmo se caracterize por uma natureza tipicamente granular,

viabilizando a sua utilização como material de construção do próprio barramento ou

conformando pilhas de rejeito. Em certas condições, impõe-se a separação de frações

com distribuições granulométricas distintas, potencialmente por ciclonagem, permitindo

dessa forma um incremento de melhoria nas condições geotécnicas de resistência e de

permeabilidade do material.

99

Troncoso & Verdugo (1985), citado em Ribeiro (2000), consideram a importância de se

concentrar esforços e investimentos nos mecanismos de ciclonagem de modo a se obter

baixas concentrações de finos no material do aterro. Estas preocupações já refletem uma

evolução no processo construtivo das barragens de rejeito hidráulico, objetivando

controlar o processo de segregação in situ.

Conforme exposto previamente, o comportamento de segregação ou não dos sólidos da

polpa pode ser entendido como fator crítico no dimensionamento destas estruturas,

sendo que as principais propriedades que governam estas características estão

relacionadas à composição da mistura e ao método de disposição (Küpper, 1991;

Ribeiro, 2000).

Uma vez que o comportamento de um aterro hidráulico depende dos parâmetros

geotécnicos dos rejeitos, para o correto uso de rejeitos granulares como material para

formação dos barramentos e estruturas de pilha, é necessária a implementação de um

amplo e integrado programa experimental para uma avaliação adequada de suas

propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas.

Este comportamento é dominado basicamente pela composição, densidade in situ,

estrutura e estados de tensões in situ. Desta forma, algumas correlações têm sido feitas

entre os parâmetros acima ou entre outros que possam não somente prever o

comportamento destes materiais durante a fase de projeto, mais que também possam

contribuir para um melhor entendimento da formação destas estruturas.

Outro aspecto importante bastante enfatizado na revisão bibliográfica dessa dissertação

diz respeito ao potencial de liquefação dos rejeitos depositados pela técnica de aterro

hidráulico, principalmente no caso de depósitos com elevados índices de vazios e um

complexo processo de segregação das partículas, em face das diferentes densidades dos

minerais presentes. Neste contexto, especial ênfase deve ser dada a análises e estudos

experimentais relativos à susceptibilidade do fenômeno, pelo caráter extremamente

crítico de sua eventual propensão.

100

5.2.2 - Aplicabilidade da Técnica aos Rejeitos da CSN

Em termos da distribuição granulométrica, a lama da ciclonagem secundária é

representada por partículas de granulometria mais fina (argila a silte), com cerca de 50%

do material passante na peneira de 0,004mm (4,0μm), enquanto que o rejeito

proveniente da etapa de flotação, com cerca de 50% do material passante na peneira de

0,071mm (71,0μm), pode ser considerado um rejeito com predominância de partículas

mais grosseiras (areia fina a areia grossa).

Efetuando-se uma análise comparativa da especificação SNIP-II-53-73, que considera

como material razoável para segregação hidráulica, aquele cujas partículas apresentam

relações de diâmetros tais que D60/D10 > 2,5 e D90/D10 > 5, ambos os rejeitos gerados

em Casa de Pedra tendem a apresentar boa segregação hidráulica, quando dispostos

hidraulicamente (Tabela 5.1).

Tabela 5.1 - Análise comparativa das especificações granulométricas dos rejeitos de

Casa de Pedra (diâmetros em μm)

D10 D60 D90

Tipo de rejeito mm μm mm μm mm μm

D60/D10 D90/D10

Lama de

ciclonagem 0,0008 0,84 0,006 6,0 0,014 14 7,5 17,64

Rejeito da

flotação 0,02 20 0,09 90 0,150 150 4,5 7,5

Entretanto, considerando que a lama da ciclonagem apresenta partículas com

características granulométricas mais finas, sua utilização como material de construção

do barramento e para a conformação de aterros autodrenantes não é recomendada,

apesar de que, muito provavelmente, dependendo da condição da mistura e da

metodologia de disposição, este material deverá apresentar segregação hidráulica

razoável.

101

A norma soviética recomenda ainda a utilização de materiais cujas partículas se

apresentem dentro da faixa granulométrica de areia fina a média (0,05 a 2,0 mm ou

50μm a 2.000 μm). Conforme as análises granulométricas efetuadas para os materiais

estudados (item 4.2.2), constata-se que apenas o rejeito da flotação encontra-se dentro

da faixa especificada (Figura 5.1).

Figura 5.1 - Distribuição granulométrica do rejeito da flotação

Em relação a uma alternativa pela remoção das frações finas coloidais do núcleo,

admitindo-se um máximo de 10% de partículas com diâmetro inferior a 0,01 mm, como

medida de aceleração do processo de adensamento do núcleo ainda na fase de

construção, conforme prescrito por Hazen (1920), verifica-se a completa

incompatibilidade do procedimento relativamente à lama de ciclonagem estudada.

Com relação às correlações definidas por Schmertman (1978), citado em Ribeiro 2000,

entre densidades relativas e parâmetros de resistência, os resultados obtidos em ensaios

de cone realizados com amostras dos rejeitos granulares de Casa de Pedra

demonstraram um comportamento distinto, não apresentando uma relação direta e

crescente entre os valores de densidades e ângulos de atrito dos materiais, mesmo

considerando os poucos dados disponíveis (Figura 5.2).

0102030405060708090

100


%Pa

ssan

teac

umul

ada


0102030405060708090

100


%Pa

ssan

teac

umul

ada


102

8

9

10

11

12

13

14

27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5

Densidade Relativa (%)

Âng

ulo

de A

trito

(0)

I-049/04-002 I-050/04-002 I-051/04-002 I-052/04-002 Figura 5.2 – Densidades relativas versus ângulos de atrito (amostras de rejeitos

coletadas na praia da barragem B3)

As amostras coletadas na praia da Barragem B3 (DAM, 2004), apresentaram uma

granulometria predominantemente mais fina dos rejeitos, variando entre materiais silto-

argilosos a silto-arenosos. Uma justificativa para o não enquadramento dos rejeitos na

correlação proposta por Schmertman (1978), onde, no caso de solos arenosos, um

aumento no valor da densidade representaria um aumento no valor do ângulo de atrito,

pode estar relacionada à característica do material amostrado, que apresenta

granulometria predominantemente mais fina, uma vez que as amostras foram retiradas

da praia de rejeitos da Barragem B3.

Por outro lado, considerando os teores de Fe obtidos de 51,67% e de 30,81% e as

densidades médias de 3,655g/cm3 e 3,310g/cm3 para a lama da ciclonagem secundária e

para o rejeito da flotação, respectivamente, constata-se uma correlação direta entre

elevados teores de ferro (Fe) contidos nos rejeitos e a elevada densidade de suas

partículas, comprovando as correlações propostas por diferentes autores (Espósito,

2000; Lopes, 2000; Ribeiro, 2002).

103

Quanto ao potencial de liquefação dos rejeitos, aspecto importante relacionado a aterros

hidráulicos, os resultados demonstraram que, a princípio, os rejeitos amostrados na

barragem B3 apresentam baixo potencial de liquefação, considerando que, apesar dos

diagramas tensão-deformação apresentarem curvas típicas de material pouco

consolidado (fofo), estas demonstraram também que os elevados valores de poropressão

ocorrem somente para baixas deformações e sob elevadas tensões de confinamento.

Neste contexto, a avaliação dos aterros hidráulicos está intimamente associada aos

mecanismos de transporte das partículas sólidas dos materiais envolvidos. Desta forma,

os critérios e as condições de sua aplicabilidade prática dependem diretamente dos

métodos construtivos e operacionais. Desde que se imponha um controle criterioso

durante as etapas construtivas, a princípio, qualquer rejeito que apresente características

granulares, como é o caso do rejeito da flotação, pode ser utilizado como material de

construção de barramentos ou conformado em pilhas autodrenantes, sob a forma de

aterro hidráulico, incluindo-se a sua execução pelo método de alteamento para

montante.

5.2.3 - Estudos Complementares

Por princípio, o uso de materiais com densidade elevada representa um ganho adicional

no aumento da vida útil de estruturas de barragem e aterros, além de ser essencial para a

estabilidade da estrutura sob condições estáticas e dinâmicas. No caso de aterros

hidráulicos, como não é possível a estimativa preliminar das densidades in situ por meio

de ensaios de laboratório, faz-se necessário um estudo do processo construtivo

relacionado a estas estruturas, que, no momento, encontra-se restrito a determinação de

ângulos de deposição da praia e às propriedades físicas do aterro em função dos

parâmetros de descarga, bem como da composição da mistura e das velocidades de

descarga.

104

Quanto a uma possível susceptibilidade dos materiais ao fenômeno da liquefação,

influenciada por fatores relacionados à distribuição granulométrica, densidade relativa,

tipo de carregamento, tensões confinantes aplicadas, estrutura do solo, história de

tensões, entre outras, impõe-se a necessidade e estudos específicos, compreendendo a

determinação de índices de vazios na sua condição máxima, mínima e natural, através

do mapeamento de toda a praia de rejeitos, visto a grande variabilidade do material. De

posse dessas informações, torna-se possível a determinação dos estados de compacidade

dos rejeitos, a reconstituição de amostras representativas para a realização de ensaios de

resistência em laboratório e, consequentemente, a avaliação do potencial de liquefação

dos rejeitos.

Com relação à necessidade de conhecimento da forma e declividade final da praia de

rejeitos e das densidades dos aterros, recomenda-se a implementação de uma série de

ensaios de simulação de deposição hidráulica (ensaios de flume), específicos para esta

técnica de disposição. Segundo Gomes et al. (2002), tais ensaios devem ser realizados

considerando a análise dos parâmetros geotécnicos associados ao processo de deposição

hidráulica.

Considerando finalmente que, em sistemas de disposição de rejeitos por via úmida, é

imperativo estabelecer previamente as características da polpa, de forma a quantificar a

capacidade de armazenamento do reservatório ao longo da vida útil do empreendimento,

torna-se necessário a realização de ensaios de compressibilidade e adensamento dos

rejeitos. No caso de rejeitos granulares, o modelo deposicional pode ser interpretado à

luz das teorias clássicas de adensamento, com base em resultados de ensaios

convencionais de laboratório e/ou campo.

105

5.3 - ALTERNATIVA 2: DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DESAGUADOS

(ESPESSADOS) E/OU EM PASTA


No caso de rejeitos espessados e/ou em pasta, há que se enfatizar também a dependência

direta do comportamento geotécnico do material com relação às suas características

reológicas durante as fases de preparação e bombeamento do material. Adicionalmente,

propriedades como granulometria e mineralogia também mostram ser de fundamental

importância na definição destas metodologias. Em termos de distribuição

granulométrica uma porcentagem de finos inferior a 20μm parece fornecer uma boa

indicação do potencial de aplicação da técnica de espessamento a rejeitos de mineração

(Fourie, 2002).

De acordo com Jung et al. (2002), entretanto, o excesso da quantidade de partículas

finas pode produzir uma redução da resistência da pasta, ainda que uma certa

quantidade de material fino (tamanho < 20µm) seja necessária para bombear a pasta

através da tubulação.

Por outro lado, durante o transporte de rejeitos espessados e/ou em pasta, existe uma

relação direta entre a viscosidade da polpa espessada e o valor da tensão de escoamento

necessária para induzir o fluxo (pressão de bombeamento). Esta fase constitui, portanto,

fase crítica do processo e tais grandezas constituem, por sua vez, as principais

propriedades a serem investigadas. Segundo Robinsky (2002), para a correta

manutenção do sistema de disposição, são requeridos rejeitos espessados contendo um

máximo de 50 a 70% de sólidos (rejeitos de minérios típicos) e cerca de 30 a 50% para

rejeitos extremamente finos.

Considerando que uma pasta de rejeito pode ser caracterizada como uma massa de

elevadas consistências e viscosidades, capaz de fluir sem segregação, a declividade

(inclinação) dos taludes do sistema final de disposição representa uma das principais

características e condicionantes de projeto a serem definidas, influenciando diretamente

106

na capacidade de armazenamento de rejeitos espessados e ou em pasta em uma

determinada área. As principais propriedades que influenciam as condições de formação

da praia estão relacionadas à altura de queda, à velocidade de descarga e à concentração

da polpa. Conforme discutido previamente no Capítulo 2, quanto maior a concentração

de sólidos presentes na pasta, menores serão as alturas de slump e maiores os ângulos de

repouso, expressos em termos de porcentagem da inclinação dos taludes (Chambers et

al., 2002).


Conforme resultados de distribuição granulométrica apresentados no Capítulo 4 deste

trabalho, cerca de 90% das partículas presentes nas amostras da lama da ciclonagem

secundária encontram-se com granulometria inferior a 20 μm (0,02mm), o que

caracteriza potencialmente a aplicabilidade da técnica de espessamento a este rejeito da

CSN.

Com relação ao rejeito da flotação, esse valor corresponde a 10% das partículas

presentes na amostra, uma vez que esse material apresenta característica

predominantemente mais grosseira. Em face da utilização prevista dos resíduos como

material de preenchimento subterrâneo, não há fator limitante em relação ao excesso da

quantidade de partículas finas presentes e sua interferência na resistência global da

pasta.

Conforme resultados obtidos nos estudos de caracterização tecnológica da lama da

ciclonagem secundária, a viscosidade não apresenta um comportamento reológico

único, sendo que as amostras com menores porcentagens de sólidos (58 e 61% de

sólidos) apresentaram uma diminuição do valor da viscosidade com o tempo

(comportamento tixotrópico) enquanto que, no caso da amostra com maior porcentagem

de sólidos (65%), esta apresentou maior predomínio do comportamento reotrópico

(viscosidade crescente com o tempo). Com relação ao rejeito da flotação, os resultados

dos ensaios de viscosidade demonstraram um comportamento tipicamente reotrópico

para todas as amostras estudadas.

107

As amostras sólidas originais foram estudadas nas faixas de concentração de 60 a 77%

de sólidos para a lama da ciclonagem secundária e de 60 a 81% para o rejeito da

flotação, apresentando, em todas estas faixas, comportamento típico de material em

pasta. Constata-se, assim, a viabilização de uma ampla faixa de porcentagens de sólidos

para as quais a técnica de espessamento tende a ser muito atrativa, condição ratificada

pelos resultados dos testes de slump e flume realizados.

Os ensaios de slump demonstraram que, para granulometrias mais finas da lama da

ciclonagem, são necessárias faixas de concentração de sólidos presentes cada vez

menores (60 a 65%), de modo a se obter uma mesma resposta em termos de alturas do

slump em relação aos resultados dos ensaios para o rejeito da flotação (78 a 82% de

sólidos). Entretanto, no geral, observou-se menores alturas de slump à medida que

cresce a concentração da pasta, para todas as amostras estudadas.

Os resultados dos ensaios de flume mostraram que todas as curvas superaram o valor de

15° no ângulo de repouso, para todas as amostras estudadas. Os resultados mostraram

também que, a partir de uma determinada porcentagem de sólidos, para todas as faixas

estudadas, o ângulo de repouso começa a decair com o aumento da % de sólidos, uma

vez que a pasta passa a se comportar como um sólido (enrijecimento), perdendo as suas

características de plasticidade.

Destaca-se, mais uma vez, a ampla faixa de porcentagens de sólidos das pastas

estudadas, para as quais diferentes sistemas de rejeitos e lamas de ferro são consistentes

para a disposição destes materiais, seja para preenchimentos subterrâneos, seja em

termos de uma disposição superficial.


Considerando que, para a concepção e o projeto do sistema de disposição de rejeitos

espessados e/ou em pasta, são aplicáveis todos os conceitos e análises considerados

também para os sistemas de disposição de rejeitos sob a forma de polpa, recomenda-se

108

para as pastas estudadas, a realização de ensaios para determinação de parâmetros de

resistência do material, condições de adensamento e condutividade hidráulica, além de

estudos de liquefação e determinação das condições de formação da praia.

Além disso, vale ressaltar a necessidade de estudos para a verificação do tipo mais

apropriado de espessador, potenciais aditivos a serem usados (e o impacto econômico

de sua utilização no processo), procedimentos adotados na preparação da pasta e

arranjos e compatibilização entre o sistema de bombas e linhas de bombeamento. Estes

estudos demandam, previamente, a definição clara da natureza e das características

físico-químicas do rejeito espessado e/ou em polpa a ser gerado na planta industrial.

5.4 – ALTERNATIVA 3: CO-DISPOSIÇÃO DE REJEITOS E ESTÉREIS DE

MINA


A técnica de co-disposição de rejeitos e estéreis de mina, embora bastante promissora,

constitui ainda técnica incipiente no país. Em função desta escassez de experiências

práticas, sua implantação requer ainda um elevado grau de empirismo e monitoramento

contínuo do sistema implantado, de forma a se analisar continuamente o comportamento

geotécnico do maciço estéril – rejeito.

Numa etapa inicial, os estudos e ensaios devem abranger a caracterização das

propriedades geoquímicas e geotécnicas dos materiais a serem utilizados (estéreis e

rejeitos ou rejeitos com características gralulométricas distintas) e, numa segunda fase, a

caracterização geotécnica dos materiais conjugados, nas proporções esperadas. Estes

ensaios devem compreender ensaios de cisalhamento para diferentes misturas de estéril

e rejeito (ou rejeito fino e grosso), ensaios de granulometria e adensamento do rejeito

fino e grosso, ensaios de permeabilidade, variações dos teores de umidade dos materiais

após a mistura, ensaios de compressão confinada e, no caso de materiais sulfetados,

ensaios específicos para a verificação do potencial de geração de drenagem ácida.

109


Em princípio, esta técnica de disposição parece ser bastante viável para os futuros

projetos de sistemas de disposição de resíduos da CSN. Uma possibilidade direta seria a

aplicação em escala experimental na Barragem do Batateiro, prevista para utilizar como

material de construção os próprios estéreis da mina. Desta forma, tornar-se-ia de fácil

operação a proposição de conjugar os diferentes materiais em um maciço comum,

analisando-se, assim, o comportamento global do maciço de co-disposição.

Por outro lado, uma vez que não se dispõe de ensaios específicos para a metodologia em

questão, dado que os rejeitos foram estudados separadamente e para concentrações e

consistências de pasta, todo um programa experimental diferente há que ser

implementado para uma avaliação efetiva da aplicabilidade dessa técnica para os

rejeitos da CSN, incluindo-se, nestes estudos, a construção do maciço experimental

referido previamente.


Para o método de co-disposição, compreendendo o lançamento dos rejeitos em zonas

específicas do depósito de estéril, formando lagoas e diques de contenção, aspectos

relacionados à natureza, teor de sólidos e taxa de adensamento dos rejeitos devem ser

avaliados primariamente. Enfatiza-se, neste sentido, devido a grande variabilidade de

tais parâmetros frente à metodologia operacional, que se implemente o projeto

inicialmente em escala piloto, visando definir as condições de sua aplicabilidade.

Com relação ao método de mistura e da injeção dos rejeitos no depósito de estéril, os

estudos complementares devem abranger aspectos e parâmetros relativos ao transporte e

bombeamento do rejeito por meio de ensaios específicos, compreendendo também a

definição e a compatibilização entre o sistema de bombas e as linhas de bombeamento

utilizadas para a condução dos rejeitos até o topo do depósito de estéril.

110

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS

6.1 - INTRODUÇÃO

Com base na revisão bibliográfica considerada neste estudo, com relação à disposição

de rejeitos, verifica-se que, na atualidade, tem-se praticado quase que de forma

generalizada, a disposição de rejeitos por meio de barramentos convencionais em

superfície. Tipicamente, materiais com granulometria mais granular (acima de

0,074mm), são depositados através da técnica denominada de aterro hidráulico, com

alteamentos sucessivos e ao longo do tempo, conformando pilhas de rejeito

autodrenantes.

Nesta abordagem, o principal problema relacionado à estabilidade das estruturas de

contenção de rejeitos refere-se, basicamente, aos procedimentos e efeitos relativos ao

confinamento da água residual do processo de beneficiamento. Neste contexto, a adoção

de novas metodologias, baseadas no desaguamento dos rejeitos, também tem sido

estudada por meio de técnicas de espessamento do rejeito, reduzindo a incorporação da

água residual ao produto final resultante.

Uma outra metodologia alternativa, ainda em caráter incipiente no Brasil e no mundo,

implica a disposição de rejeitos em áreas já mineradas (cavas exauridas) e em depósitos

específicos, juntamente com o estéril da mina, através da co-disposição ou disposição

combinada destes materiais.

O trabalho desenvolvido nessa dissertação buscou avaliar a aplicabilidade de algumas

destas metodologias alternativas, consideradas não convencionais quando comparadas

ao sistema de disposição de rejeitos em polpa em barragens e/ou bacias de contenção,

para o caso dos rejeitos gerados na planta industrial da Mineração Casa de Pedra,

111

empreendimento da Companhia Siderúrgica Nacional – CSN, localizado em

Congonhas/MG. Desta Forma, buscou-se avaliar a aplicação de tais metodologias, a

partir da caracterização tecnológica dos rejeitos de ferro gerados (lama da ciclonagem

secundária e rejeito da flotação), considerando também as premissas e critérios de

referência especificados para cada uma das metodologias propostas.

Uma vez que, no capítulo anterior, foram estabelecidas as premissas e condicionantes da

aplicabilidade destas metodologias de disposição separadamente, são expostas a seguir

as principais conclusões obtidas nas avaliações estabelecidas e uma síntese comparativa

entre as alternativas estudadas.

6.2 – PRINCIPAIS CONCLUSÕES

Como etapa preliminar da avaliação pretendida, buscou-se compilar e sistematizar os

resultados de todas as campanhas experimentais disponíveis relativas à caracterização

tecnológica dos rejeitos de ferro gerados na Mineração Casa de Pedra, por meio de

ensaios de campo e laboratório, realizados em amostras, consideradas representativas,

dos rejeitos atualmente dispostos nas estruturas de contenção e barragens existentes da

mineradora (Capítulo 4).

Os estudos e ensaios para a caracterização tecnológica dos rejeitos foram realizados a

partir de amostras da lama da ciclonagem secundária e do rejeito da flotação, e também

a partir de amostras provenientes diretamente das praias de rejeito formadas. Além

disso, as amostras originais também foram estudadas nas faixas de concentração (% de

sólidos) nas quais seu comportamento apresentava a consistência de pasta, de acordo

com os resultados preliminares dos testes de slump.

A seguir, são apresentadas as principais conclusões com relação à aplicabilidade das

metodologias de disposição propostas e analisadas neste trabalho, para os rejeitos de

ferro gerados em Casa de Pedra, considerando os resultados de caracterização

tecnológica sistematizados e avaliados de forma integrada e sob a ótica da sua aplicação

no contexto das diferentes técnicas de sua disposição final.

112

• os resultados dos ensaios granulométricos realizados em amostras dos rejeitos

gerados em Casa de Pedra confirmaram a diferença de granulometria entre as

partículas da lama da ciclonagem secundária, representada por partículas de

granulometria mais fina (argila a silte) e do rejeito da flotação, este com

predominância de partículas mais grosseiras (areia fina a areia grossa), podendo ser

considerados, como dois materiais de características distintas;

• a análise comparativa, efetuada nos termos da especificação SNIP-II-53-73, que

considera razões entre porcentagens passantes nos ensaios granulométricos, mostrou

que, apesar de ambos os rejeitos estudados indicarem boa segregação hidráulica, o

rejeito da flotação tende a apresentar melhores condições de segregação para

disposição hidráulica e conformação da praia, considerando as suas características

granulares, com cerca de 50% do material passante na peneira de 71,0μm;

• de acordo com a norma soviética referida acima, apenas o rejeito da flotação

encontra-se dentro da faixa especificada, caracterizada por partículas que

apresentam granulometrias variando de areia fina a média (50μm a 2.000 μm);

• De acordo com as observações de Hazen (1920), que admite um máximo de 10% de

partículas com diâmetro inferior a 0,01 mm para utilização em projetos de aterro

hidráulico, os resultados demonstraram que apenas o rejeito da flotação atende tal

prescrição;

• os resultados dos ensaios granulométricos, realizados para a lama da ciclonagem

secundária, mostraram que esse material parece fornecer uma boa indicação do

potencial de aplicação da técnica de espessamento ao rejeito, considerando que 90%

das partículas presentes nas amostras encontram-se com granulometria inferior ao

valor de referência de 20 μm;

113

• as comparações feitas a partir das correlações definidas por Schmertman (1978),

entre a densidade relativa e a resistência dos solos, a partir de ensaios de cone

realizados na praia da barragem B3, demonstraram um comportamento distinto, não

apresentando uma relação direta do valor da densidade com o valor do ângulo de

atrito. Este fato pode estar relacionado à presença de partículas de granulometria

mais finas na região da praia onde foram realizados os ensaios.

• no caso da correlação entre os teores de ferro e as densidades médias das partículas,

para ambos os rejeitos (lama da ciclonagem secundária e rejeito da flotação)

verificou-se a relação direta entre elevados teores de ferro (Fe) contidos nos rejeitos

e a elevada densidade destas partículas, elemento positivo no que diz respeito à

estabilidade de estruturas formadas pela técnica de aterro hidráulico;

• as análises químicas quantitativas realizadas nos rejeitos de Casa de Pedra

demonstraram que a parte fina dos rejeitos, que corresponde à lama da ciclonagem

secundária, é essencialmente composta por elementos ferrosos, e a parte mais

grosseira, que corresponde ao rejeito da flotação, é composta essencialmente por

sílica; neste último caso, o material é constituído secundariamente por ferro, porém

em porcentagens suficientes (30,81%) para garantir um comportamento adequado da

estrutura, no que diz respeito a sua disposição sob a forma de aterro hidráulico;

• quanto ao potencial de liquefação, conforme verificado nos ensaios triaxiais

realizados nos rejeitos amostrados na praia da Barragem B3, apesar dos resultados

apresentarem curvas típicas de material pouco consolidado (fofo), os valores das

poropressões geradas mostraram-se elevados somente para altas tensões de

confinamento (400 e 800 KPa); assim, cuidados específicos devem ser adotados

quando do projeto destes empreendimentos sob elevadas tensões confinantes, no

sentido de se avaliar a influência específica do problema no processo de alteamentos

sucessivos;

114

• de uma maneira geral, os resultados dos ensaios de viscosidade realizados em

amostras de pastas preparadas com os rejeitos de Casa de Pedra (menores

porcentagens de sólidos – baixas concentrações quando comparadas com as

amostras sólidas originais), indicaram um aumento da viscosidade com o aumento

da porcentagem de sólidos; a lama da ciclonagem secundária apresentou maiores

valores de viscosidade, o que era de se esperar, devido à sua característica

granulométrica mais fina;

• ainda com relação aos ensaios de viscosidade, as amostras com menores

porcentagens de sólidos da lama da ciclonagem secundária (58 e 61% de sólidos)

apresentaram uma diminuição do valor da viscosidade com o tempo; a amostra com

maior porcentagem de sólidos (65%) apresentou um maior predomínio de

comportamento reotrópico (viscosidade crescente com o tempo);

• os testes de slump demonstraram um comportamento esperado para todas as pastas

estudadas, ou seja, menores alturas de slump à medida que aumentava a

concentração da pasta;

• os testes de slump evidenciaram também a necessidade de adoção de faixas de

concentrações cada vez menores (60 a 65%), para granulometrias mais finas, de

modo a se obter uma mesma resposta com relação ao abatimento dos corpos de

prova, quando comparado com o rejeito da flotação (78 a 82%). Isto indica, mais

uma vez, que a lama da ciclonagem secundária tende a apresentar características

vantajosas para sua disposição na forma de pasta, uma vez que, concentrações na

faixa mencionada acima tendem a apresentar baixas tensões de escoamento,

facilitando, assim, o transporte da pasta e requerendo apenas a utilização de bombas

convencionais, o que implica em menores custos de transporte;

• a ampla faixa de porcentagens de sólidos das pastas estudadas (60 a 77% para a

lama da ciclonagem secundária e 60 a 81% para o rejeito da flotação) configura uma

base forte para a implementação da técnica de espessamento para os rejeitos

115

estudados, conforme indicado pelos resultados dos ensaios de slump e flume

realizados;

• os resultados dos ensaios de flume mostraram que as amostras superaram o valor de

15° no ângulo de repouso, valor muito elevado em relação aos comumente adotados

pelas minerações que empregam este tipo de sistema de disposição. Os resultados

mostraram também que, a partir de uma determinada porcentagem de sólidos, para

todas as faixas estudadas, o ângulo de repouso começa a decair com o aumento da

porcentagem de sólidos, o que mostra a mudança no comportamento da pasta a

partir de uma determinada concentração de sólidos.

• do ponto de vista operacional, os testes de flume demonstraram que, no geral, para

todas as pastas estudadas, um aumento na inclinação da calha resultou em menores

ângulos de repouso; os elevados valores de ângulos de repouso, obtidos nos ensaios

realizados, tendem a gerar pilhas e praias de rejeito com taludes mais abatidos,

ocupando menores áreas para a disposição final dos rejeitos;

• a correlação entre os resultados dos ensaios de slump e flume mostrou que elevadas

concentrações de sólidos tendem a induzir maiores ângulos de repouso e,

conseqüentemente, menores alturas de slump (abatimentos), enquanto que menores

concentrações de sólidos na pasta geram maiores alturas de slump (abatimentos),

proporcionando menores ângulos de repouso;

• com relação à metodologia, ainda recente, de co-disposição de rejeitos e estéreis de

mina, pode-se concluir que a aplicabilidade dessa técnica de disposição aos rejeitos

gerados em Casa de Pedra ainda merece uma discussão apropriada, considerando a

necessidade de estudos e ensaios geotécnicos conjuntos e específicos para ambos os

materiais de interesse (estéril e rejeito); somente com base em estudos inerentes ao

material composto (estéril mais rejeito), torna-se possível avaliar as efetivas

condições de segurança e de estabilidade de uma estrutura formada em conjunto

com materiais de natureza tão distintas.

116

Diante do exposto acima, conclui-se, preliminarmente, que os rejeitos gerados em Casa

de Pedra tendem a apresentar condições tecnológicas favoráveis para duas das

metodologias de disposição propostas: Disposição de Rejeitos Granulares na Forma de

Aterro Hidráulico e Disposição de Rejeitos Desaguados (Espessados) e/ou em Pasta.

O presente estudo concluiu pela possibilidade de disposição do rejeito gerado na etapa

de flotação através da técnica de aterro hidráulico, considerando principalmente as suas

características granulométricas. Diferentemente do que ocorre atualmente, onde o

rejeito é disposto hidraulicamente em barragens convencionais de terra, propõe-se que

seja avaliada a disposição do rejeito da flotação em locais previamente preparados,

dentro ou fora das áreas das barragens em operação e previstas, conformando pilhas de

rejeito com elevada permeabilidade. Ressalta-se, entretanto que, para que isso ocorra, o

terreno de fundação deve ser preparado, tanto topograficamente quanto

geotecnicamente, além da necessidade de se estabelecer um maior controle das obras e

dos aspectos construtivos desse tipo de estrutura, conforme exposto na revisão

bibliográfica. Caso seja necessário o tratamento do rejeito através da etapa de

ciclonagem, visando melhorar as suas características granulométricas, de resistência e

permeabilidade, esse procedimento deve ser implementado.

Com relação ao rejeito gerado no processo de ciclonagem (lama da ciclonagem

secundária), que atualmente também é disposto hidraulicamente nas barragens

convencionais existentes, os estudos demonstraram a possibilidade de disposição deste

material na forma de rejeitos espessados e/ou em pasta, considerando além de sua

granulometria mais fina, a resposta das amostras frente aos ensaios específicos,

principalmente os de viscosidade, slump e flume. Entretanto, como a preparação inicial

e a técnica de transporte dos rejeitos sob a forma de pasta têm tanta relevância quanto os

aspectos relacionados à concepção e dimensionamento do sistema de distribuição em si,

ressalta-se que a efetiva implementação desta metodologia requer a avaliação integrada

de todos estes aspectos. Por outro lado, apesar do elevado custo operacional que essa

metodologia proporciona, o método de transformação do rejeito em pasta, através do

processo de desaguamento, apresenta um elevado potencial de recuperação de água,

com conseqüente diluição dos custos operacionais ao longo do tempo.

117

6.3 – SUGESTÕES PARA TRABALHOS E PESQUISAS FUTURAS

Através do presente estudo pôde-se concluir, mais uma vez, sobre a importância de uma

caracterização tecnológica dos rejeitos como instrumento para a definição de

metodologias de disposição e previsão de comportamento desses materiais. Entretanto,

para uma efetiva definição, tanto do ponto de vista técnico como econômico, tem-se

claro que muitos aspectos e parâmetros merecem ser melhor estudados. Para isso, são

sugeridos os seguintes trabalhos e pesquisas futuras:

- maior detalhamento dos estudos do processo construtivo de estruturas formadas por

aterro hidráulico, principalmente os relacionados à previsão e estimativa de densidades,

considerando a importância da definição deste parâmetro e que a sua estimativa

encontra-se restrita à determinação de ângulos de deposição da praia e às propriedades

físicas do aterro em função dos parâmetros de descarga;

- realização de ensaios para a determinação dos índices de vazios na sua condição

máxima, mínima e natural, através do mapeamento de toda a praia de rejeito, face a

grande variabilidade do material depositado na praia, visando à determinação do estado

de compacidade dos rejeitos, a reconstituição de amostras para realização de ensaios em

laboratório e também a avaliação do potencial de liquefação dos rejeitos;

- realização de ensaios de simulação de deposição hidráulica (flume), específicos para a

técnica de disposição hidráulica, uma vez que os ensaios de calha apresentados nesse

estudo foram realizados apenas para os rejeitos em pasta;

- realização de ensaios de compressibilidade e adensamento, no caso de projeto de

aterros hidráulicos, de forma a quantificar a capacidade de armazenamento do

reservatório ao longo da vida útil do empreendimento;

118

- realização de estudos específicos para verificação do tipo de espessador, aditivos a

serem usados, procedimentos adotados na preparação da pasta, arranjo e

compatibilização entre o sistema de bombas e linhas de bombeamento, para cada tipo de

material a ser utilizado para preparação dos rejeitos em pasta;

- realização de estudos e ensaios geotécnicos compreendendo misturas diversas entre os

estéreis e rejeitos gerados em Casa de Pedra, visando avaliar, principalmente, as

condições de segurança e estabilidade de uma estrutura formada pela composição destes

materiais, no caso da metodologia de co-disposição;

- implantação de estruturas experimentais, compreendendo as diferentes técnicas

alternativas estudadas, visando estabelecer as concepções mais pertinentes a cada uma

delas, bem como a determinação dos parâmetros geotécnicos e tecnológicos mais

adequados a cada tipo de rejeito e a cada método de disposição estudado.

Referências bibliográficas - ABNT (2005). Elaboração e apresentação de projeto de barragens para disposição de rejeitos, contenção de sedimentos e/ou reservação de água - Revisão NBR 13028, Associação Brasileira de Normas Técnicas, São Paulo, SP. - Abrão, P.C. (1987). Sobre a deposição de rejeitos de mineração no Brasil. Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição de Resíduos Industriais e de Mineração, REGEO’87, Rio de Janeiro. - Albuquerque Filho, L.H. (2004). Avaliação do Comportamento Geotécnico de Barragens de Rejeito de Minério de Ferro através de Piezocone – Dissertação de Mestrado – Programa de Pós-graduação em Engenharia Geotécnica, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto-MG. - Assis, A.P. & Espósito, T.J. (1995). Construção de Barragens de Rejeitos Sob uma Visão Geotécnica. III Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição de Resíduos Industriais e de Mineração, REGEO’95, ABMS/ABGE/CBGB, Ouro Preto-MG. - Boger, D. V. I Workshop of Minerals Processing and Tailings Rheology. In: 2003 International Seminar on Paste and Thickened Tailings, 2003, Melbourne - Austrália, Apresentação digital. Austrália, 2003. - Cavalcante, A.L.B (2004). Modelagem e Simulação do Transporte por Arraste de Sedimentos Heterogêneos Acoplado ao Mecanismo de Tensão-Deformação-Poropressão Aplicado às Barragens de Rejeitos – Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Brasília, Brasília, DF. - Cavalcante, A.L.B. (2000). Efeito do Gradiente de Permeabilidade na Estabilidade de Barragens de Rejeito Alteadas pelo Método de Montante. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF. - DAM (2004). Projeto Básico: Barragem Casa de Pedra - El. 932m - Belo Horizonte, MG. - DAM (2004). Projeto Básico: Barragem do Batateiro - Belo Horizonte, MG. - Espósito, T. (2000). Metodologia Probabilística e Observacional aplicada a Barragens de Rejeito construídas por Aterro Hidráulico - Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Brasília, Brasília, DF. - Gomes, R.C, Ribeiro, L.F.M, Botelho, A.P.D, Pereira, E.L. (2002). Caracterização Tecnológica de Rejeitos de Mineração em Sistemas de Disposição - 10º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental, Ouro Preto, MG.

- Gomes, R.C. (2006). Notas de Aula. Disposição de Rejeitos de Mineração - Caracterização Tecnológica de Rejeitos. - Hernadez, H.M.O. (2002) Caracterização Geomecânica de Rejeitos aplicada a Barragens de Aterro Hidráulico – Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Brasília, Brasília, DF. - HSU, S.J.C. (1988). Review of practice in hydraulic fill construction. Hydraulic Fill Structures, ASCE, Fort Collins, USA, pp. 884-897. - Küpper, A.M.AG. (1991). Design of hydraulic fill. PhD Thesis of Doctor of Fhilosophy, Departament of Civil Engineering, The University of Alberta, Alberta, Canadá. - Leduc, M, P. Smith, P.E (2003). Tailings Co –Disposal - Innovations for Cost Savings and Liability Reduction – Austrália. - Lopes, M.C.O (2000). Disposição Hidráulica de Rejeitos Arenosos e Influência nos Parâmetros de Resistência – Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Brasília, Brasília, DF. - Martin T.E, Davies M.P., Rice S., Higgs T. and Linghthall P.C. (2002). O futuro da mineração - MMSD - Minerals And Sustainable Development - Stewardship Of Tailings Facilitiea - B.C Canadá. - MMSD – Mining, Minerals and Sustainable Development. (2002). World Business Council for Sustetainable Development (WBCSD). Appendix A: Large Volume Waste – Working Paper. Ingland. - Moretti, M.R. & Cruz, P.T. (1996). Aterros hidráulicos e sua aplicação na construção de barragens. 100 Barragens Brasileiras: Casos Históricos, Materiais de Construção e Projeto, P.T. Cruz, (ed.), Oficina das Letras, São Paulo, SP, pp. 556-591. - Morgenstern, N.R. & Küpper, A.M.A.G. (1988). Hydraulic fill structures - A perspective. Hydraulic Fill Structures, ASCE, Geotech Special Publication no 21, D. J. A. Van Zyl & S. G. Vick (eds.), pp. 1-31. - Morris, P.H., & Williams, D.J. (1997). Co-disposal of washery wastes at Jebropilly Colliery, Queensland, Australia. - Newman, P, White, R, Cadden., A. (2001). Paste – The Future of Tailings Disposal - Golder Associates (UK) Ltd., England. - Osorio, C.A.H. (2005). Caracterização de Pastas Minerais - Dissertação de Mestrado, Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Minas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG. - Pimenta de Ávila (2005). Projeto Básico: Barragem Casa de Pedra - El. 954m - Belo Horizonte, MG.

- Ribeiro, L.F.M (2000). Simulação Física do Processo de Formação dos Aterros Hidráulicos Aplicados a Barragem de Rejeito – Tese de Doutorado, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Brasília, Brasília, DF. - Robertson et al. (1987). The Influence Depositional Methods On Engineering Properties Tailing Deposits - Vancouver – Canadá. - Robinsky, E. (2002) Site Planning for Thickened Tailings Disposal (TTD). In: High Density & Paste Seminar, Apr-2002, Santiago – Chile. Apresentações digitais. Santiago, Apr-2002. - Slottee, S, Johnson, J, Crozier., M. (2005). Paste Thickening Iron Ore Tailings - XXXV Ironmaking and Raw Materials Seminar, VI Brazilian Symposium on Iron Ore, Aug 30 to Sept 2, 2005, Florianópolis – Santa Catarina - Brazil Partner, PasteThick Associates Partner. - Theriault, J. A., Frostiak J., Welch, Don. (2003). Surface Disposal of Past Tailings at the Bulyanhulu Gold Mine, Tanzania - Golder Associates Ltd., Mississauga, Ontario, Canada Barrick Gold Corporation, Toronto, Canada. - Vector Engineering (2002). Verificação da Variação no Comportamento de Estéreis e Rejeitos Dispostos Juntos em um Mesmo Bota-Fora – Opções de Disposição e Projeto Conceitual

I

Anexo I

RESULTADOS DE ENSAIOS – PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA

Figura I.1 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais - Amostra I (DAM,

2004)

Figura I.2 - Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas - Amostra I (DAM,

2004)

II

Figura I.3 - Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais - Amostra II (DAM,

2004)

Figura I.4 - Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas - Amostra II (DAM,

2004)

III

Figura I.5 - Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais - Amostra IV (DAM,

2004)

Figura I.6 - Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas - Amostra IV

(DAM, 2004)

IV

Figura I.7 – Trajetórias de tensões totais - Amostra I (DAM, 2004)

Figura I.8 – Trajetórias de tensões efetivas - Amostra I (DAM, 2004)

V

Figura I.9 – Trajetórias de tensões totais - Amostra II (DAM, 2004)

Figura I.10 – Trajetórias de tensões efetivas - Amostra II (DAM, 2004)

VI

Figura I.11 – Trajetórias de tensões totais - Amostra IV (DAM, 2004)

Figura 1.12 – Trajetórias de tensões efetivas - Amostra IV (DAM, 2004)

1 folha de rosto -...

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