Tcnicas para a disposio de rejeitos de minrio de ferro

Djanira Alexandra Monteiro dos Santos

Mestranda PPGEM, Escola de Minas/UFOP

djalexandra@yahoo.com.br

Adilson Curi

Professor Associado, Escola de Minas/UFOP

Adilson.curi@pesquisador.cnpq.br

Jos Margarida da Silva

Professor Adjunto, Escola de Minas/UFOP

jmsilva@prograd.ufop.br

RESUMO

Este artigo uma reviso bibliogrfica sobre as tcnicas utilizadas na disposio dos rejeitos de minrio de ferro. O tema abordado de forma geral, definindo rejeitos, formas de disposio, estruturas de conteno, mtodos construtivos.

Palavras chaves Rejeitos, Barramentos, minrio de ferro. ABSTRACT This article is a bibliographical review on techniques used on disposal of iron ore tailings. This subject is discussed in general terms, defining tailings, methods of disposal, tailing dam structures, and methods of construction.

Key Words Tailings dam, iron ore, disposal methods

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Introduo

A minerao uma atividade econmica fundamental para o desenvolvimento de um pas, que envolve um conjunto de processos, actividades e tcnicas essenciais para a extrao de bens minerais da crusta terrestre. Associada a minerao est a produo de grande quantidade de resduos, que requerem um tratamento e disposio adequados para no impactarem o ambiente. Na minerao so gerados dois tipos principais de resduos que so os estreis, produzidos pela lavra ou retirada do minrio da jazida, e os rejeitos, produzidos pelo seu beneficiamento. Atualmente as empresas de minerao tm procurado incorporar nos estudos do seu plano de lavra alternativas mais seguras e econmicas para a disposio dos rejeitos. Muitas empresas de minerao para reduzir os custos envolvidos na construo das estruturas de conteno de rejeitos optam pela utilizao do prprio rejeito como elemento construtivo sem controle tecnolgico, o que em muitos casos j causou graves acidentes devido a ruptura das estruturas. Nos ltimos anos houve uma grande evoluo das tcnicas de disposio de rejeitos, que contriburam para uma maior recuperao de gua no processo de beneficiamento, reduzindo a quantidade de gua nos rejeitos e permitindo maior estabilidade e segurana nas estruturas de conteno dos materiais.

Rejeitos Rejeitos so resduos de minerao que resultam dos processos de beneficiamento a que se submetem os minrios, visando a reduo e regularizao da granulometria dos gros, eliminao dos minerais associados e melhoria da qualidade do produto final. Na sua composio apresentam partculas de rocha, gua e as substncias qumicas envolvidas no processo de beneficiamento. Dependendo do tipo de minrio e das operaes de extrao e beneficiamento utilizadas, estes materiais exibem caractersticas mineralgicas, geotcnicas e fsico-qumicas variveis, podendo se apresentar como rejeitos granulares (com granulometria de areias mdias e finas), ou lamas (partculas com a granulometria de siltes e argilas). Para obteno do concentrado de ferro, o minrio submetido a etapas sucessivas de peneiramento, britagem, moagem, deslamagem e flotao em colunas, a maioria delas envolvendo gua. Por isso geralmente os rejeitos de minrio de ferro apresentam-se na forma de polpas, constitudas por uma frao lquida e uma slida com diferentes minerais em suspenso e elementos qumicos dissolvidos. Para cada tonelada de minrio de ferro produzida em mdia 0,5 toneladas de rejeitos, sendo a razo gravimtrica entre o produto final e os rejeitos produzidos de 2:1 (Boscov, 2008). A maioria dos rejeitos de minrio de ferro considerada granular, com baixa permeabilidade, boas condies de drenagem e resistncia e baixo potencial poluidor, cujo comportamento geotcnico determinado por essas caractersticas e pela forma de deposio.

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Disposio de rejeitos

Os rejeitos produzidos pelo processo de beneficiamento podem ser descartados de duas formas: lquida (polpas), sendo o seu transporte feito em tubulaes atravs de bombas ou por gravidade; ou slida (pasta ou granel), com o transporte feito por camies ou correias transportadoras. A sua disposio pode ser feita: em superfcie, em escavaes subterrneas e em ambientes subaquticos. A disposio subterrnea envolve o preenchimento de galerias onde o minrio j foi extrado e caso sejam seguidos os procedimentos de segurana e ambientais necessrios, este mtodo pode-se mostrar bastante econmico e com menos impacto ambiental. A disposio subaqutica no muito utilizada devido ao seu elevado potencial poluidor. Em compensao, a disposio em superfcie a mais aplicada, podendo o material ser disposto em barragens ou diques; em pilhas de rejeito se o material estiver na forma slida; ou na prpria mina, em reas j lavradas ou minas abandonadas. Os diques construdos em reas planas ou pouco inclinadas, e as barragens construdas em vales, para servirem de bacias de conteno de rejeitos so normalmente chamados de barragens de rejeito. A construo de barragens de rejeitos o procedimento mais implementado pelas mineradoras. As caractersticas e o tipo de barragem dependem do tipo de rejeitos. Rejeitos na forma de lamas, cuja granulometria se assemelha a das argilas, geralmente so dispostos em barragens convencionais, semelhantes as barragens de conteno de gua, mas construdas com solo argiloso ou em enrocamento com ncleo argiloso, onde se faz a deposio subaqutica do material. Para a deposio dos rejeitos granulares a construo mais favorvel a de barragens por aterro hidrulico, sendo o prprio rejeito utilizado para a construo dos alteamentos. Est tcnica permite a construo de alteamentos sucessivos na barragem, mas exige a aplicao de princpios geotcnicos durante o seu projeto e construo, porque o comportamento da barragem pode ser afetado pela velocidade do fluxo de rejeitos, concentrao da lama, propriedades mecnicas dos rejeitos e das caractersticas de deposio. A construo das barragens de rejeito pode ser feita com material compactado trazido de reas de emprstimo ou com o prprio rejeito. O uso do prprio rejeito na construo das barragens o mtodo mais difundido devido ao seu baixo custo, disponibilidade do material e facilidade construtiva. Quando as barragens so construdas com o prprio rejeito, elas comportam-se como aterros hidrulicos, que so estruturas construdas pelo transporte e deposio de solo em meio aquoso. A maior desvantagem desta tcnica que o lanamento hidrulico de rejeitos provoca segregao hidrulica - processo fundamental na construo de aterros hidrulicos, afetando diretamente a distribuio granulomtrica e as condies de fluxo ao longo da praia. Outro problema a formao de potenciais focos de liquefao, provocada por vibraes no terreno devido ao desmonte com explosivos prximo das barragens, alteamentos muito rpidos, etc., aumentando o risco de ruptura. Podem ser empregados trs mtodos para a construo de barragens de rejeito alteadas com o prprio rejeito (figura 1):

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1) Mtodo de alteamento montante 2) Mtodo de alteamento jusante 3) Mtodo da linha de centro

Para os trs casos, inicialmente feito um dique de partida com material de emprstimo e ao longo do tempo so construdos os alteamentos. Os rejeitos so lanados ao longo da crista do dique por ciclones ou por series de pequenas tubulaes, para que haja uma formao uniforme da praia. A sedimentao das partculas d-se em funo do seu tamanho e densidade, isto , as partculas mais finas e leves ficam em suspenso e transportam-se para o centro da barragem, e as partculas mais grossas e pesadas sedimentam-se rapidamente mais prximo do dique. A diferena entre estes mtodos est na direco do alteamento em relao ao dique inicial.

Alteamento a montante

Alteamento a jusante

Alteamento por linha de centro

Figura 1 Mtodos construtivos de barragens de rejeito (Arajo, 2006)

Nos mtodos a jusante e por linha de centro usam-se normalmente ciclones, cujo underflow (material de maior granulometria) empregue na construo dos alteamentos e o overflow (finos) depositado no dique. Os rejeitos so depositados pela tcnica de aterro hidrulico, que quando aplicada ao alteamento a montante facilita a execuo da barragem tornando este mtodo mais econmico e por esta razo, o mais utilizado pelas mineradoras. Entretanto, neste mtodo no possvel a implantao de drenagem interna, o que pode levar a instabilidade e piping da estrutura, caso haja infiltrao de gua no talude. Como alternativa para solucionar este problema tem sido empregado o mtodo de alteamento por linha de centro que garante um controle geotcnico maior s barragens. As principais caractersticas destes mtodos construtivos esto resumidas na tabela 1.

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Tabela 1 Resumo das caractersticas dos mtodos de construo de barragens de rejeito.

Montante Jusante Linha de centro

Mtodo construtivo

Mtodo mais empregado

Construo de dique inicial e diques de alteamento no talude de montante com material de emprstimo, estreis de lavra ou com os grossos da ciclonagem

Lanamento pela crista por ciclonagem ou sistema de tubos

Construo de dique inicial impermevel e barragem de p

Separao dos rejeitos na crista do dique por meio de hidrociclones]

Dreno interno e impermeabilizao a montante

Variante do mtodo a jusante

Tipo de rejeito

recomendado

Mais de 40% de areia

Baixa densidade de polpa para promover segregao

Qualquer tipo Areias ou lamas de baixa plasticidade

Requisitos de

descarga dos

rejeitos

Descarga perifrica e bom controle de gua livre acumulada

De acordo com o projeto Descarga perifrica, conservando o eixo da barragem

Armazenamento de

gua

No recomendado para grandes volumes

Bom Aceitvel

Resistncia sismica Fraca em reas de alta sismicidade

Boa Aceitvel

Restries de

alteamentos

Recomendvel menos de 5 a 10 m/ano, perigoso se mais alto que 15 m/ano

Nenhuma Pouca

Requisitos de

alteamento Solo natural, rejeitos ou estreis Rejeitos ou estreis Rejeitos ou estreis

Vantagens

Menor custo

Maior velocidade de alteamento

Utilizado em lugares onde h rea restrita

Maior segurana

Compactao de todo o corpo da barragem

Podem-se misturar os estreis da lavra

Flexibilidade do volume de grossos de ciclone necessrio com relao ao metodo de jusante

Desvantagens

Baixa segurana por causa da linha fretica prxima ao talude de jusante, susceptibilidade de liquefao, possibilidade de piping

Necessidade de grandes quantidades de grossos de ciclonagem (problema nas 1s etapas)

Deslocamento do talude de jusante (proteo superficial s no final da construo)

Necessidade de sistemas de drenagem eficientes e sistemas de conteno a jusante

Fonte: Adaptado de Boscov, 2008.

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Para o lanamento hidrulico dos rejeitos so normalmente utilizados sistemas de canhes e hidrociclones. No descarregamento com canhes as partculas separam-se na prpria praia em funo das caractersticas do rejeito, velocidade de descarga e concentrao, ao passo que com os hidrociclones os rejeitos sofrem uma separao granulomtrica antes de serem descarregados.

A prtica da ciclonagem a mais comum, porm ela apresenta alguns problemas como por exemplo, rejeitos com partculas de diferentes densidades podero influenciar a separao dando como resultado um underflow de partculas finas mas com alta densidade. Este tipo de problema comum acontecer na ciclonagem dos rejeitos de minrio de ferro. Estes rejeitos apresentam este comportamento no lanamento hidrulico motivados pela segregao hidrulica, que proporciona uma diferenciao granulomtrica das partculas em funo da forma, tamanho e densidade, formando zonas com propriedades geotcnicas diferentes. Por essa razo, podem existir na barragem regies com alta concentrao de partculas de ferro. Como j foi referido, os rejeitos de minrio de ferro apresentam propriedades, como a alta permeabilidade e baixa compressibilidade, que lhes garantem um processo de sedimentao e adensamento em curto espao de tempo, sendo do ponto de vista geotcnico os rejeitos mais favorveis ao uso. Antes do seu descarte, a polpa de rejeito, dependendo dos mtodos de disposio, poder passar por alguns processos como o espessamento ou deslamagem, filtragem e ciclonagem, visando a recuperao de maior quantidade de gua, aproveitamento de algumas parcelas de rejeito e separao granulomtrica das partculas. O pr - adensamento (pasting) das lamas (argilas) em silos antes da sua disposio na barragem, uma das novas tcnicas adotadas atualmente para polpas (rejeitos granulares) para a reduo da quantidade de gua nos rejeitos e facilitar a sua secagem por evaporao (figura 2). Esta tcnica permite maior estabilidade da estrutura, facilita a recuperao ambiental e reduz o perigo de acidentes com deslizamentos.

Figura 2 Rejeitos aps secagem por evaporao. (Arajo, 2006)

Os rejeitos adensados ou pastas so fluidos homogneos em que o processo de segregao granulomtrica das partculas no acontece, e apresentam drenagem insignificante de gua quando dispostos de forma suave em superfcies estveis. A sua produo feita por desaguamento dos rejeitos finos e a sua disposio, tanto em superfcie, quanto em escavaes subterrneas, feita de maneira a formarem superfcies com ligeira inclinao.

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Os aparelhos mais indicados para produzir um underflow com a consistncia de pastas, sem abusar do uso de floculantes so os espessadores de pastas, cujos procedimentos de seleo e dimensionamento no so os mesmos aplicados para espessadores de polpa. Com vista na reduo de impacto ambiental, reduo dos custos de disposio de rejeitos e melhor balano hdrico, a MBR (Mineraes Brasileiras Reunidas SA) criou o projeto pasting que consiste na disposio na cava exaurida da Mutuca dos estreis e dos rejeitos adensados gerados pela mina de Capito Xavier. O resultado do adensamento dos rejeitos mostrou-se satisfatrio, proporcionando a possibilidade de recuperao aproximada das caractersticas topogrficas da regio da cava da Mutuca e minimizou a ocupao de reas na superfcie para implantao de novas barragens. A formao de pastas de rejeitos apresenta as seguintes vantagens (vila):

Aumento do teor de slidos o que implica maior capacidade do reservatrio. O material resultante no provoca saturao do dique; O dique serve apenas de apoio da lama porque o risco de saturao baixo; Os riscos para jusante so menores; H maior facilidade de revegetao (figura 3).

Figura 3 Caractersticas das pastas depois de revegetadas. (vila)

Consideraes finais Como no so elementos geradores de receitas para as mineradoras, geralmente, ao tratamento, disposio e destino dos rejeitos, no dada a devida importncia, havendo por isso construes de barragens de rejeito sem projetos de engenharia. A disposio de rejeitos pode causar diversos impactos ao ambiente, como a poluio visual, causada pela alterao da paisagem natural, contaminao de guas subterrneas e superficiais, contaminao do ar, assoreamento de cursos de gua etc. E estes impactos podem se agravar em funo do tipo de disposio que for adotado e do no cumprimento dos requisitos bsicos de segurana e controle ambiental.

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Como se referiu neste trabalho, os rejeitos de minrio de ferro apresentam propriedades que favorecem a sua disposio por aterro hidrulico, que uma das tcnicas mais empregada no descarte de rejeitos. Mas o adensamento ou pasting dos rejeitos consideravelmente mais vantajoso que as disposies convencionais. O adensamento permite que a determinada percentagem de slidos, no se forme segregao das partculas, resultando em ngulos de deposio mais altos que permitem comportar maiores volumes de material disposto. Alm disso, as pastas secam por evaporao propiciando a formao de solo compacto mais rpido, o que facilita a recuperao ambiental. Bibliografia Arajo, C. B. Contribuio ao Estudo do Comportamento de Barragens de Rejeito de Minerao de Ferro. Dissertao de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE/UFRJ. Rio de Janeiro, 2006. vila, J.P. Disposio de rejeitos em Porto de Trombetas. Pimenta de Avila Consultoria Ltda. Boscov, M. E. G. Geotecnia Ambiental. So Paulo: Oficina de Textos, 2008. p. 185-207. Carcebo, F.J, Fernandes, L.V, Jimeno, C.p e colaboradores. Manual de Reaturacion de terrenos y evaluacin de impactos ambientales em Mineria. Inst. Tec. Geominero de Espan. 2 Edicion. Madrid, 1989. Curi, A. Apostila de Planejamneto de Mina e Meio ambiente. Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto. Ouro Preto, 2004. DORR-OLIVER EIMCO. An International Mining Supplement: PASTE - Taillings management. GEHO PD SLURRY PUMPS. USA, 2007. Fundao Estadual de Meio Ambiente. Gesto de barragens de rejeitos e resduos em Minas Gerais: histrico, requisitos legais e resultados. Belo Horizonte, 2008. Milonas, J. G. Anlise do Processo de Reconstituio de Amostras para a Caracterizao do Comportamento de Barragens de Rejeitos de Minrio de Ferro em Aterro Hidrulico. Dissertao de Mestrado. Publicao G.DM-148/06, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Braslia. Braslia, 2006. Newman, P.; White, R.; Cadden, A. Paste The Future of Tailings Disposal?. Golder Associates (UK) Ltd., England. Palkovits, F.; Stochmal, M.; Criswell, G.; Parker, J. Application of Paste Technology for Disposal of Solid Wastes. Golder Paste Technology Ltd & PPL Montana, 2002. Sousa, C.C.; Amarante, S.C.; Arajo, A.C. Rejeitos adensados para disposio em superfcie Nova tecnologia em minrio de ferro. Tecnologia em Metalurgia e Materiais. So Paulo, 2005. p. 60-63.

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