O Minério de Ferro e os Rejeitos
- Os rejeitos são consequências inevitáveis dos processos de tratamento a que são submetidos os minérios, sendo gerados, paralelamente, ao produto de interesse. Esses rejeitos, que são produzidos em grande quantidade, impactam o meio ambiente. Por este motivo, a grande produção de rejeitos tem gerado uma preocupação cada vez maior nas empresas, que buscam minimizar os impactos ambientais e os custos associados aos processos de disposição e contenção desse material.
Tendo em vista a quantidade de rejeitos gerados torna-se imprescindível a utilização de processos sistemáticos de disposição. Desta forma, os rejeitos têm sido alvos de grande interesse por parte das empresas do setor de mineração que vêm procurando alternativas de disposição desses materiais, de forma econômica e segura.
- Dentre os diversos métodos de disposição, tem-se verificado uma preferência das mineradoras brasileiras pela disposição dos rejeitos em superfície, com utilização de barragens de contenção de rejeitos. Estas barragens podem ser construídas em etapas, com alteamentos sucessivos e ao longo do tempo, sendo que em muitos casos o próprio rejeito pode se constituir o material de construção.
De forma geral, nos sistemas de disposição de rejeitos, principalmente nos associados às barragens de contenção, os rejeitos são encontrados na forma de polpa, ou seja, mistura sólido – água, tipicamente passível de segregação. Entretanto, os rejeitos podem se apresentar sob diferentes consistências, ou seja; polpa, espessados, pastas ou tortas; implicando em comportamentos geotécnicos específicos e formas de disposições alternativas às barragens de contenção de rejeitos, proporcionando redução da área impactada.
- Todos os conceitos geotécnicos utilizados para o projeto do sistema de disposição de rejeitos em forma de polpa devem ser aplicados no caso dos rejeitos espessados, ou seja, determinação de parâmetros de resistência do material, condições de adensamento e condutividade hidráulica, assim como estudos de liquefação e determinação das condições de disposição.
A evolução da tecnologia de espessamentos de rejeitos nas últimas décadas ocorreu devido à sua disposição no subsolo como material de preenchimento nas minas subterrâneas. A disposição em superfície também se tornou muito atraente, pois desta forma pode-se reduzir os riscos associados quando da disposição de rejeitos em polpa através de barragens de contenção, principalmente no que concerne ao meio ambiente e à sociedade.
- A tecnologia de rejeitos espessados tem se apresentado como um método eficaz de disposição de rejeitos no que se refere à segurança das estruturas formadas por estes materiais, assim como quando o objetivo é a recuperação de água. Países como Peru, Canadá e Austrália já vêm utilizando esta técnica com muito sucesso, sendo garantido o ganho ambiental durante o processo, a redução de custos no descomissionamento e a recuperação de água.
Os benefícios ambientais relacionados com a disposição destes tipos de rejeitos em superfície decorrem das características físicas do rejeito espessado e das vantagens operacionais associadas com a sua disposição.
- Destaca-se que os processos de desaguamento e espessamento dos rejeitos proporcionam maior densidade e menor risco às estruturas de disposição, acarretando menor susceptibilidade à liquefação e a rupturas catastróficas; menor potencial de contaminação das águas subterrâneas e maior facilidade de aceleração dos procedimentos de reabilitação das áreas degradadas como no caso da pilha de rejeito filtrado (tortas).
O espessamento gerando rejeitos de mais alta densidade não tem sido ainda de uso corrente nas empresas de mineração brasileiras, tampouco a filtragem de rejeitos. A motivação para este estudo reside, portanto, na busca de melhores condições para o desenvolvimento sustentável da mineração, ou seja, atender as necessidades atuais sem, entretanto, prejudicar as gerações futuras.
- Inserido nesse contexto, este projeto de pesquisa tem como objetivo geral a avaliação do uso da técnica de disposição de rejeitos filtrados de minério de ferro em comparação com o uso do sistema convencional de disposição dos rejeitos em forma de polpa, principalmente no que se refere à inovação ambiental e de segurança.
O minério de ferro:
- O ferro (Fe) é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre, ocorrendo como constituinte em todas as classes minerais. Mais de 400 minerais apresentam Fe em teores detectáveis, cujas concentrações variam de menos de 1% a até mais de 70%. Esta diversidade existe devido a sua abundância e alta capacidade de oxidar, conforme o ambiente (Takehara, 2004).
De acordo com Mapa (2006), o termo minério de ferro deve ser usado, preponderantemente, para se referir a um agregado de minerais que está sendo ou poderá vir a ser explotado com vantagem econômica devido ao seu conteúdo de ferro.
- Para Takehara (2004), o “minério de ferro” é definido como um material natural de vários graus, composições e qualidades físicas, passível de ser minerado e processado de acordo com o benefício econômico e as circunstâncias de mercado. Além disto, deve ser composto por alto teor de Fe e baixos teores de contaminantes, tais como silício (Si), alumínio (Al), magnésio (Mg), fósforo (P) e carbonato de cálcio (CaCo3).
A extração do minério de ferro é de suma importância para a produção e consumo do aço. Cerca de 99 % do minério de ferro produzido é utilizado na fabricação do aço e ferro fundido (DNPM, Departamento Nacional de Produção Mineral, 2011). Este número expressa o papel do setor siderúrgico como o principal motivador do seu beneficiamento.
- O IABR, Instituto Aço Brasil, (2011), relata que a primeira descoberta no Brasil de depósitos de minério de ferro se deu em 1554 no interior da capitania de São Paulo Vicente (atual estado de São Paulo). Atualmente, o minério de ferro ocupa o primeiro lugar na lista de produtos que geram as maiores rendas nas exportações brasileiras no setor da indústria mineral, Além disso, o minério de ferro também ocupa a primeira posição no que diz respeito à previsão de novos investimentos do setor mineral, para os anos de 2011 a 2015.
Diante do cenário positivo de investimentos para a explotação do minério de ferro, também é de conhecimento que toda atividade de mineração gere, inevitavelmente, grandes quantidades de rejeito. O rejeito é o material descartado resultante do processo de beneficiamento do minério (lavagem, moagem, britagem, tratamento químico, etc.), geralmente dispostos em barragens. Por se tratar de um processo via úmida, os rejeitos são comumente encontrados sob a forma líquida e sólida. Nessa dissertação são utilizados os seguintes termos correlacionados ao rejeito:
- Lama: mistura segregável da fração fina do rejeito e água.
- Rejeito de flotação: mistura segregável da fração granular do rejeito e água.
- Polpa: mistura segregável da lama e rejeito de flotação.
Reservas brasileiras de formação ferrífera:
- No Brasil, a atividade metalúrgica do ferro foi exercida desde o início da colonização, quando a matéria prima ainda era inicialmente importada. Em 1876, a fundação da Escola de Minas de Ouro
Preto proporcionou grande evolução na mineração de ferro, formando profissionais que ajudaram a instalar as primeiras usinas no país (Azevedo, 2007).
- Atualmente, o Brasil ocupa o quarto lugar em relação às reservas mundiais, estimadas em 160 bilhões de toneladas, alcançando destas cerca de 29 bilhões de toneladas (aproximadamente 18%) (IBRAM, 2011). Considerando as reservas em termos de ferro contido, o Brasil assume lugar de destaque no cenário internacional devido ao alto teor nos minérios hematita, predominante no Pará, e itabirito, predominante em Minas Gerais (IBRAM, 2011).
Conforme o DNPM (2011), Minas Gerais ocupa o primeiro lugar na distribuição de reservas de minério de ferro em nível nacional, com cerca de 67%. Em seguida, o Pará ocupa a segunda posição com 16%, seguido do Mato Grosso do Sul (15,5%). Os Estados Alagoas, Amazonas, Bahia, Ceará, Goiás, Pernambuco, Rio Grande do Norte e São Paulo somam 1,5%.
- As principais minas de ferro se situam na Serra do Carajás, Pará, no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, e em Corumbá, Mato Grosso do Sul. No Pará, a produção atual da jazida de Carajás é da ordem de 54 Mt/ano de minério de ferro. As reservas totais foram estimadas como superiores a 18 bilhões de toneladas de minério com teores de ferro de até 67%.
Em Minas Gerais, o Quadrilátero Ferrífero é a região que mais se destaca no que diz respeito às jazidas de minério de ferro e se localiza na região centro sul do Estado de Minas Gerais. Compreendendo uma área total de cerca de 7000 km2, o teor de ferro pode atingir 65% (Bizzi et al, 2003).
O beneficiamento do minério de ferro:
- O processo de beneficiamento mais comumente utilizado do minério de ferro objetiva a redução e regularização da granulometria, remoção de ganga (parte do minério sem interesse econômico) e aumento da qualidade do produto final. O beneficiamento tem início com a fragmentação do mineral por meio da britagem e moagem,
O ROM (run-of-mine), ou minério bruto lavrado, passa pelo processo de beneficiamento, sendo a parte fina direcionada para a sinterização e a fração grossa rebritada na granulometria desejada. Após beneficiamento do minério bruto são gerados produtos granulares (6,3 < Ø < 31,5mm) e finos, estes últimos denominados sinter feed (0,15 < Ø < 6,3mm) e pellet feed (Ø < 0,15mm) (Guimarães, 2011).
- Gomes (2009a) relata que, no Brasil, o beneficiamento do minério de ferro permite que grande parte do produto seja gerada apenas nas etapas de britagem, peneiramento e classificação. A moagem pode ser necessária para liberação do minério ou redução granulométrica para a próxima etapa do processo. Utiliza-se a etapa de concentração devido ao fato da simples separação por tamanho não obter produtos com elevados teores de ferro.
Guimarães (2011) cita que o emprego da concentração faz-se também necessária para reduzir os contaminantes presentes, principalmente sílica e alumina. Segundo Gomes (2009a), em geral quanto maior o teor de finos maior será o teor de contaminantes (sílica, alumina, etc). Takehara (2004) relata que, atualmente, as mineradoras se preocupam com a extração de elementos contaminantes e com a homogeneidade quando do processo de beneficiamento do minério de ferro, garantindo assim a qualidade do produto final.
- Na etapa de beneficiamento grandes quantidades de água são utilizadas para lavar e retirar as impurezas, sendo o produto desse processo apresentado em forma de lama. Da lama, produzida na moagem ou classificação, são separados o produto final daqueles economicamente pobres (rejeito) através de processos físicos e químicos (Milonas, 2006).
O Minério de Ferro e os Rejeitos
Rejeito de minério de ferro:
- Raramente os minerais se encontram puros na natureza, sendo geralmente e cada vez mais encontrados em pequenas concentrações no minério bruto. Desta forma, durante o processo de beneficiamento há geração de resíduos denominados “rejeitos de mineração”, conforme já mencionado.
Gomes & Pereira (2002) apud Russo (2007) citam que os processos de lavra e beneficiamento do minério de ferro geram um volume de rejeitos da ordem de 40% para minério de ferro. Todavia, este valor percentual dependerá muito do teor de ferro presente nas jazidas e das condições de mercado.
- De acordo com a NBR 13028 (ABNT, 2006), rejeito é “todo e qualquer material não aproveitável economicamente, gerado durante o processo de beneficiamento de minérios”. Milonas (2006) conceitua os rejeitos da mineração como subprodutos das atividades de extração das riquezas minerais, oriunda de minerais de ganga, que correspondem à porção mineral com pequeno ou nenhum valor econômico. A autora caracteriza os rejeitos de minério de ferro, como sendo inertes, classificados como Classe III da NBR 10004 (ABNT, 2004), granulares, de baixa deformabilidade e boas condições de drenagem e resistência.
Como um subproduto do beneficiamento do minério, é fato que as características do rejeito são intrínsecas ao mineral lavrado e ao processo de beneficiamento adotado que, por sua vez, deve atender às necessidades atuais do mercado.
- Os rejeitos de minério de ferro são divididos em rejeitos finos e rejeitos granulares. Apesar da existência da fração fina nos rejeitos gerados no processo de beneficiamento do minério de ferro, trabalhos presentes na literatura, como os de Mendes (2008), Gomes (2009b), Milonas (2006) e Machado (2007), indicam que a fração granulométrica que controla as características geotécnicas do rejeito de minério de ferro é a fração granular. Entretanto, não se pode afirmar que os rejeitos de minério de ferro apresentarão comportamento de areia dada sua granulometria, pois os parâmetros geotécnicos serão também afetados, por exemplo, pelo teor de ferro presente neste material.
Os rejeitos finos geralmente são obtidos após a deslamagem do minério de ferro, na fase de concentração, sendo constituídos pelas frações de siltes e argilas. Lima (2006) identifica os rejeitos finos de minério de ferro como materiais em geral plásticos e altamente compressíveis, transportado via tubulações e dispostos em forma de lama fluída, contendo grande quantidade de água.
- Espósito (2000) afirma que os rejeitos de minério de ferro são formados por hematita (de 10 a 15% dos sólidos), cuja massa específica dos grãos ( s) é em torno de 5,25g/cm3, sendo o restante formado por quartzo ( s entre 2,65 a 2,70g/cm3). Ao realizar uma caracterização mineralógica dos rejeitos dispostos na Mina do Córrego do Feijão, Minas Gerais, Gomes (2009a) verificou que praticamente todo o ferro presente era proveniente da hematita e o quartzo era responsável por praticamente toda sílica existente nas amostras estudadas, sendo os demais minerais presentes em baixos teores.
Wolff (2009) caracterizou física e quimicamente rejeitos de sete usinas da VALE S.A., a saber: Brucutu, Córrego do Feijão, Conceição, Cauê, Fábrica Nova, Alegria IBII, Alegria IBIII e Carajás. O objetivo da autora era o de fornecer informações para o desenvolvimento de novos produtos e escolha de técnicas de processamento mineral mais adequada. Como resultados, os rejeitos apresentaram granulometria ultrafina com D80 variando entre 10 a 30μm.
- O teor de ferro variou entre 44 e 64% e foi encontrado principalmente nas formas de hematita e goethita. O fósforo e a alumina, provavelmente associados à estrutura da goethita, estão também presentes em quantidades elevadas e quanto mais fina as partículas maiores os teores destes. Ainda de acordo com a autora, o rejeito de Carajás é o que apresenta granulometria mais fina, com D80 de 10μm, apresentando 64% de ferro e apenas 9% de minerais considerados contaminantes, essencialmente quartzo e gibbsita.
Estas características do rejeito de Carajás faz com que este apresente o maior potencial de reprocessamento para a recuperação de ferro, que pode ser realizada através do desenvolvimento de técnicas de aglomeração e produtos comerciais para este rejeito. Além disso, as análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) feitas pela autora mostraram que as partículas dos rejeitos estudados não são esféricas.
- Victorino et al (2008) realizaram uma campanha de ensaios CPTu (Cone Penetration Test com medida de poro-pressão) numa barragem de rejeito de minério de ferro localizada em Minas Gerais. Os autores alertaram para a heterogeneidade dos materiais que constituem uma barragem deste tipo e sua praia de rejeitos, ressaltando a importância da consideração desta variabilidade em projetos e a importância de uma investigação geotécnica detalhada.
Neste mesmo âmbito, Machado (2007) cita que a heterogeneidade deste material está associada às necessidades da mineradora em obter o minério com as características desejadas, aliada também à falta de metodologias de controle, assim como às flutuações de processo em função da qualidade do minério. Mendes (2008) apresentou em seu trabalho o estudo do comportamento da Barragem 1, localizada no Córrego do Feijão, MG, destinada a conter rejeito de minério de ferro. A referida barragem foi construída com dique de partida em solo compactado e alteada com rejeito compactado, pelo método de montante e linha de centro.
- Dentre as irregularidades encontradas devido à heterogeneidade do maciço como um todo estão: diferentes níveis piezométricos em profundidade, gradientes hidráulicos descendentes junto aos diques iniciais, surgência de água em taludes onde piezômetros indicam poro-pressões nulas e artesianismo próximo à fundação.
Após campanha geotécnica composta por ensaios de campo e laboratório, o autor ressalta que não conseguiu estabelecer correlação entre os parâmetros geotécnicos e a profundidade ou distância da crista ou tensão efetiva.
- Diante das variáveis que governam as características dos rejeitos, é importante saber que as formas de disposição deste rejeito dependerão de suas propriedades geotécnicas. De acordo com Figueiredo (2007), a forma de disposição dos rejeitos é relacionada ao tipo de minério e ao processo empregado para o seu beneficiamento.
- Na NBR 13.028 (ABNT, 2006), barragem é definida como “qualquer estrutura que forme uma parede de contenção de rejeitos, para sedimentos e/ou para formação do reservatório de água”.
Segundo a Deliberação Normativa do Conselho Estadual de Política Ambiental, COPAM (2002), barragem é definida como qualquer estrutura – barramento, dique ou similar – que forme uma parede de contenção de rejeitos, de resíduos e de formação do reservatório de água.
Para a Lei Federal 12.334 (Brasil, 2010), barragem é “qualquer estrutura em um curso permanente ou temporário de água para fins de contenção ou acumulação de substâncias líquidas ou de misturas de líquidos e sólidos, compreendendo o barramento e as estruturas associadas”.
Na mineração brasileira, é muito comum a utilização de barragens para contenção dos rejeitos gerados no processo de extração do minério. Gomes (2009b) considera que a história da disposição de rejeitos até o momento atual é dividida em quatro gerações, sendo elas:
- Primeira geração: descartes descontrolados.
- Segunda geração: descartes contidos.
- Terceira geração: uso dos rejeitos na construção das barragens.
- Quarta geração: descargas espessadas e filtradas.
A seguir estão relatados alguns métodos de disposição de rejeitos a céu aberto, a saber: aterro hidráulico, disposição em cava, co-disposição de rejeitos e estéreis, disposição subaérea, empilhamento drenado e rejeitos espessados. Neste último, um maior enfoque será dado para os rejeitos filtrados.
Aterro Hidráulico:
- A técnica do aterro hidráulico consiste em se utilizar o próprio rejeito como material de construção, através da técnica de hidro-mecanização, que por sua vez consiste no transporte e disposição do rejeito com auxílio da água. Inicialmente é executado um dique de partida e, a partir de então, o rejeito é lançado em sua crista de forma a constituir a fundação e o alteamento seguinte.
A construção da barragem de rejeito pode ser feita em uma única etapa ou em várias etapas. A vantagem de ser realizar a construção desta estrutura em várias etapas é eliminar algumas desvantagens da etapa única, sendo elas: obrigatoriedade de área de empréstimo, disponibilidade de área, utilização de métodos construtivos convencionais, elevado investimento inicial, dentre outros (Russo, 2007). Os métodos construtivos realizados em várias etapas podem ser de jusante, de montante e de linha de centro,
- De acordo com Espósito (2000), Figueiredo (2007) e Milonas (2006), o método de montante é considerado o mais econômico, mas seu comportamento depende fundamentalmente da competência da fundação e dissipação das poro-pressões, sendo o método de maior dificuldade construtiva.
O lançamento do rejeito pode ser concretizado com a utilização de canhões ou ciclones. Os ciclones são utilizados quando o rejeito não apresenta as características geotécnicas adequadas, possuindo a função de retirar a água da polpa, promovendo a recirculação de água no processo industrial, e separar as frações finas e granulares, denominadas respectivamente de “overflow” e “underflow”. A fração granular, ou underflow, é utilizada na construção dos aterros e a fração fina, lama ou overflow, é disposta em reservatório.
- No que diz respeito ao comportamento do rejeito de minério de ferro, a técnica de aterro hidráulico por meio de ciclones ocasiona uma segregação hidráulica distinta do mecanismo clássico. O mecanismo clássico é descrito por Kealy e Busch (1971) apud Vick (1983) e consiste na formação de zonas de permeabilidades,
Devido ao fato da segregação hidráulica selecionar as partículas de acordo com seu peso, próximo ao ponto de descarga é formada uma zona de alta permeabilidade (material granular) e distante do ponto de descarga é formada uma zona de baixa permeabilidade (material fino). Uma zona de permeabilidade intermediária é formada entre as duas zonas supracitadas. Esta afirmação é válida para uma massa específica dos grãos constante.
- Conforme mencionado, os rejeitos de minério de ferro são compostos por hematita ( s na ordem de 5,25 g/cm3) e quartzo ( s entre 2,65 a 2,70 g/cm3). Desta forma, próximo ao ponto de lançamento do rejeito existirá predominância da fração de maior peso que é composta por partículas de menores diâmetros, que são constituídas por hematita.
As partículas mais leves, compostas por quartzo, apresentam maiores diâmetros e são depositadas distantes do ponto de lançamento (Espósito, 2000). Este tipo de segregação faz com que o coeficiente de permeabilidade junto ao maciço seja baixo, pois neste caso a fração fina irá compor o barramento. Este comportamento poderá ocasionar elevação da linha freática no maciço, reduzindo a estabilidade da estrutura.
- Lima (2006) afirma que as lamas podem permanecer saturadas por anos se a água resultante do processo de sedimentação e de adensamento não for eliminada, seja por evaporação e/ou por drenagem.
Segundo Espósito (2000) e Milonas (2006), apesar do aspecto econômico vantajoso, o método construtivo de montante aliado à técnica de disposição hidráulica submete a estrutura a riscos como liquefação, elevação da linha freática e piping, devido ao fato dos alteamentos serem construídos sobre fundação composta por camadas fofas de rejeito associado a dificuldade de implantação da drenagem interna. Neste âmbito, o método de jusante fornece menores riscos, pois facilita o desempenho geotécnico da estrutura, possibilitando o controle da linha de saturação.
- Silva (2010) apresentou uma preocupação com relação à técnica de disposição hidráulica de rejeitos em barragens alteadas para montantes e seu gerenciamento em função da segurança, sugerindo diretrizes para aumento da segurança desses tipos de barragens. Espósito (2000) e Figueiredo (2007) relatam que a ocorrência de acidentes aliada à falta de controle do método de lançamento e, por conseguinte, a dificuldade em se prever o comportamento geotécnico deste tipo de estrutura, ocasionam maiores fatores de riscos geotécnicos.
Empilhamento Drenado:
Nesta técnica de disposição os rejeitos granulares são depositados sob a forma de pilha, através da técnica de aterro hidráulico. A pilha deve ser dotada de um sistema de drenagem interna eficiente e os rejeitos devem ter coeficiente de permeabilidade tal que permitam a drenagem da camada lançada de forma otimizada com a área operacional disponível e a produção diária. De acordo com Pimenta (2011), os principais objetivos deste método são:
- Obter um maciço não saturado e estável.
- Obter maior densidade e, portanto, maior capacidade e vida útil.
- Obter menor potencial de dano em uma eventual ruptura.
- Obter maior facilidade para o fechamento e recuperação ambiental.
- Aplicação segura do método de montante, com baixo risco de liquefação e de ruptura.
O alteamento da estrutura pode ser feito com o próprio rejeito disposto na pilha, Observa-se também a boa capacidade de suporte que a camada de rejeito apresenta, propiciando o tráfego de equipamentos de terraplenagem para o alteamento da pilha.
- Este método não pode ser utilizado para disposição de rejeitos finos, pois os mesmos não possuem condições geotécnicas apropriadas. Os rejeitos finos devem ser, portanto, dispostos a parte, quando esta alternativa é adotada.
Disposição em cava:
- A disposição de rejeitos em cava, também denominada “disposição em pit” (Lozano, 2006) consiste em se dispor rejeito em minas exauridas ou naquelas em que ainda há extração de minério,
Dentre as vantagens deste método pode-se citar a facilidade de recuperação das áreas lavradas concomitante ao avanço da lavra, redução de impactos ambientais e visuais, redução de riscos, minimização de custos operacionais, facilidade de recuperação da área quando do descomissionamento, dentre outros
- As desvantagens envolvem a logística de extração de minério devido à construção de estruturas de contenção de rejeitos dentro da cava, pouco volume disponível para disposição de rejeitos dado o grande volume ocupado pela estrutura de contenção (elevado desnível da cava), problemas d percolação e estabilidade (Vick, 1983).
Co-disposição e disposição compartilhada de rejeitos e estéreis:
- Alves (2009) considera que co-disposição de rejeitos e estéreis “é a situação em que se misturam previamente os rejeitos ou o rejeito com o estéril para em seguida dispor”. O autor também define a disposição compartilhada como sendo “a situação em que os rejeitos ou o rejeito e o estéril são dispostos num mesmo local, porém sem estarem previamente misturados”.
De acordo com Figueiredo (2007), existem várias maneiras de se realizar a co-disposição e disposição compartilhada de estéreis e rejeitos, a saber:
- Disposição de rejeito em pontos específicos no depósito de estéril, formando pequenas camadas.
- Co-disposição durante atividades de processamento e transporte ou no próprio depósito de estéril.
- Injeção de rejeito espessado no depósito de estéril através de furos de injeção.
- Disposição de rejeito em camadas finas no depósito de estéril que, após secas, recebem nova cobertura de estéril.
Além das formas supracitadas há também outras, como a co-disposição de rejeitos granulares e finos. Por exemplo, em uma mina de carvão é possível combinar rejeitos grossos e finos da lavagem de carvão para sua disposição. A mistura produz um material trafegável e estável (Australian, 2007). Jaouhar, Aubertin e James (2011) investigaram a influência da utilização de inclusão de estéril para acelerar o processo de adensamento de um depósito de rejeitos em forma de polpa.
- Os fatores que influenciaram significadamente a dissipação de poro-pressão durante a disposição de rejeitos foram o espaçamento entre as inclusões e a permeabilidade do rejeito. Fatores como comprimento da inclusão de estéril, módulo de Young, anisotropia do rejeito e a razão entre a permeabilidade do rejeito e do estéril não influenciaram significativamente.
Disposição subaérea:
- Na disposição subaérea o rejeito é disposto em camadas de forma que, anterior ao lançamento da próxima camada, é permitido o adensamento e ressecamento do material da camada lançada. O objetivo é obter um menor volume pela densificação do material, assim como ganho de resistência devido à densificação e ressecamento do rejeito.
Lima (2006) realizou um estudo de retroanálise de um depósito de rejeitos de minério de ferro na barragem de Germano, da Samarco Mineração S.A.. O depósito foi construído via disposição subaérea e, após análises realizadas, o autor verificou que o processo de ressecamento não teve a eficiência esperada. Como consequência, houve impacto na otimização do volume que, neste caso, aproximou-se ao que seria esperado no método de disposição convencional ou mesmo numa co-disposição convencional.
Rejeitos Espessados:
- De acordo com Mapa (2006), “dada as crescentes exigências sócio-ambientais nos cenários interno e mundial, investimentos estão sendo promovidos em melhoria tecnológica, visando produtos de melhor qualidade, menores custos e reduzidos efeitos negativos ao meio ambiente.
Os fatos relatados denotam a necessidade de níveis cada vez maiores de produção e qualidade do minério de ferro, concomitantemente com a alimentação das usinas de tratamento com minérios cada vez mais complexos e de menor teor de Fe, dado à necessidade de melhor aproveitamento das reservas. Essa situação antagônica mostra investimentos em pesquisa e desenvolvimento tecnológico para assegurar a manutenção da competitividade e, até mesmo, a sobrevivência das empresas dedicadas à explotação e tratamento do minério de ferro em um cenário de competição global”.
- A nítida tendência do aumento da produção rejeitos de minério de ferro se confronta com as dificuldades impostas pelos órgãos ambientais para o licenciamento de novas áreas de disposição de rejeitos. Além disto, existe a preocupação dos órgãos ambientais, diante da atividade minerária, no que diz respeito aos aspectos operacionais, de segurança e possíveis danos associados às barragens que compõem o reservatório para disposição destes rejeitos.
Diante dos fatos expostos nos parágrafos anteriores, é necessário despertar para a necessidade de se estudar e adotar métodos alternativos de disposição de rejeitos. Neste âmbito, a disposição ideal de rejeitos seria aquela que utilizasse menor área possível, reduzindo os passivos ambientais, e oferecesse melhores condições geotécnicas para as estruturas empregadas como disposição, sejam elas pilhas ou barragens. Este último aspecto está diretamente associado à redução de riscos para o meio ambiente e para a população. Conforme citado por Gomes (2009b), esta solução ideal seria a disposição em forma de rejeitos desaguados, que traz consigo vantagens e desvantagens.
- O conceito de disposição de rejeitos espessados foi introduzido por Robinsky em 1968 e consiste no aumento da concentração de sólidos em peso, por meio do desaguamento da polpa e consequente aumento do teor de sólidos. Neste processo são utilizados os espessadores que possuem a função de separar os sólidos do líquido via sedimentação de partículas por gravidade. O desaguamento é, portanto, um processo mecânico. Para auxiliar o processo de sedimentação podem ser utilizados reagentes. Os reagentes atualmente mais utilizados no processo de espessamento de rejeitos são os floculantes e os coagulantes.
Floculantes são polímeros naturais ou sintéticos de alto peso molecular que auxiliam na sedimentação de partículas suspensas. Coagulantes são minerais naturais, tais como cal e sais férricos, que são eficazes para suspensões coloidais, sendo menos eficientes se comparados aos floculantes (Meggyes e Debreczeni, 2006). Nesse contexto, ressalta-se também a importância do pH no estado de agregação e dispersão das polpas.
- Azam e Imran (2008) citam que a adição de polímeros no espessamento, para floculação de rejeitos, influencia no comportamento geotécnico durante a disposição, não sendo ainda, todavia, bem compreendida no meio técnico. Ainda de acordo com o autor, a adição destes componentes químicos possui impacto insignificante para o meio ambiente. Entretanto, o impacto ambiental causado pela adição de polímeros carece de estudos complementares.
Doucet e Paradis (2010) afirmam que os espessadores originaram da indústria de carvão e muitos dos conceitos desenvolvidos foram úteis para as teorias utilizadas atualmente. O funcionamento de um espessador convencional consiste na alimentação da polpa, seguida pela sedimentação das partículas. Na parte superior do tanque a água clarificada (overflow) transborda, enquanto que as partículas sedimentadas (underflow) são direcionadas por pás até o cone de descarga.
- É possível observar na o desenvolvimento histórico dos espessadores. Com o passar dos anos e com o desenvolvimento de novas tecnologias e reagentes, a geometria destes equipamentos tiveram sua área em planta reduzida e sua altura majorada.
As diversas consistências obtidas para os rejeitos espessados com o aumento do teor de sólidos, que é uma característica intrínseca do material. Não foi estabelecido o teor de sólidos da fronteira para cada consistência do rejeito em função desse valor ser uma característica do próprio rejeito e do processo de eliminação da água. Além disso, há poucos dados publicados na literatura técnica para rejeitos de minério de ferro. Experimentos publicados em uma fonte bibliográfica reportam valores de teores de sólido (em massa) para as pastas de rejeito de minério de ferro variando de 60 a 80% (Osorio, Araújo e Valadão, 2008).
- Na extremidade esquerda do fluxograma encontra-se a polpa, de baixa densidade e alto teor de água. Para o transporte da polpa via tubulação existe uma velocidade crítica onde, acima desta, o fluxo é turbulento e arrasta os sólidos, mas abaixo desta os sólidos se sedimentam e podem tamponar a tubulação. A polpa também é suscetível ao fenômeno da segregação durante disposição, conforme mencionado
O rejeito desaguado, ou polpa de alta densidade, resulta do aumento da densidade da polpa. Nesta consistência, ainda apresentam segregação e liberação de água em pequenas quantidades, sendo o transporte deste material também condicionado à sua velocidade crítica.
- A pasta resulta do aumento da densidade da polpa de alta densidade. Não apresenta uma velocidade de escoamento crítica, sendo o transporte realizado por meio de bombas de deslocamento positivo. A liberação de água livre é insignificante e não apresenta segregação durante transporte e disposição. Estes fatores possibilitam que o transporte via tubulação possa ser interrompido por um curto período, sem que ocorra o tamponamento dos tubos e sedimentação de sólidos.
Na extremidade direita do fluxograma encontra-se o rejeito filtrado, ou torta, obtido através de gravidade, vácuo, pressão ou centrifugação. Os rejeitos nessa consistência apresentam comportamento geotécnico similar ao dos solos naturais, com umidades relativamente baixas. O transporte deste tipo de rejeito pode ser realizado via caminhões ou transportadores de correia para as áreas de destino, dependendo do seu teor de umidade, não sendo passível de bombeamento. Um enfoque maior será apresentado sobre disposição de rejeitos filtrados, ou tortas.
- Os aspectos relacionados à fluidez e consistência de rejeitos espessados podem ser obtidos através de ensaios de “slump test”, ou teste do cone, conforme procedimento de ensaio padronizado pela NBR NM 67 (ABNT, 1998).
A conformação durante a disposição também pode ser previamente avaliada. Para tanto, ensaios de “flume test”, ou teste de calha, podem ser realizados para se conhecer o ângulo final de disposição.
Este aspecto é importante, pois a partir do momento em que se aumenta o teor de sólidos é possível obter ângulos de disposição maiores e, consequentemente, maior volume disposto.
- O flume test é de simples execução e consiste em simular, em laboratório ou em campo, o process de disposição dos rejeito medindo-se o ângulo de disposição final. Através de ensaios laboratoriais, Robinsky (1999) demonstra que os rejeitos exibem uma única mudança gradual do estado não-segregável para o segregável, no que diz respeito ao seu ângulo de disposição.
Os rejeitos granulares não-segregáveis atingem o ângulo de pico a um determinado teor de sólidos, onde a água e as partículas finas não exercem influência devido ao fenômeno da segregação. Com o aumento do teor de sólidos começa a ser criada uma massa homogênea, onde os finos influenciam o ângulo de disposição. Depois de atingida a condição de não-segregável, o ângulo de disposição tenderá a aumentar com o aumento do teor de sólidos. Há de se ter em consideração, todavia, que o teor de sólidos obtido na planta de espessamento de rejeitos nem sempre será uniforme.
Conforme mencionado por Robinsky (1999), esta variação pode ser resultado da composição dos rejeitos, da usina de operação ou até mesmo mudanças na acidez (pH ou potencial hidrogeniônico) do rejeito. Manutenções, eventuais falhas de equipamentos e até mesmo mudanças no pH do rejeito podem também serem responsáveis por mudança no teor de sólidos dos rejeitos, afetando o ângulo de disposição.
O Minério de Ferro e os Rejeitos
