Fazer Download... - NUGEO

Transcrição

Dissertação de Mestrado
MODELAÇÃO FÍSICA DA DISPOSIÇÃO DE
REJEITOS DE BAUXITA POR MEIO DE
DIQUES-TESTES
AUTOR: GIOVANI JOSÉ PEDROSA
ORIENTADOR: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP
OURO PRETO - MAIO DE 2012
ii
“É a dedicação ao trabalho que distingue um indivíduo do outro... Não acredito em
talentos” Euryclides de Jesus Zerbini
“Tratar resultados de modelos tecnológicos com rigor científico é típico de neófitos. Já
substituir o rigor científico por empirismo simplista é subestimar a própria engenharia.”
Homero Delboni Júnior
iii
DEDICATÓRIA
Dedico esta dissertação a meus pais, José Carlos e Maristela, que nunca deixaram de me
apoiar ao longo de todos esses anos e a minha noiva Josiane pelo seu amor incondicional e
por nunca ter me deixado desistir mesmo nas horas mais difíceis desta caminhada.
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus e minha protetora Santa Rita de Cássia.
A meus pais, exemplo de vida e minhas maiores referências de determinação e carinho.
A meu irmão Gilney, pelo incentivo e sempre ter me ajudado com sua análise crítica em
alguns capítulos dessa dissertação.
Aos meus avós pelas orações, pelo seu amor e por terem torcido muito por mim.
Aos colegas de metrado em Geotecnia e em especial ao Lucas que se tornou um grande amigo
durante esta caminhada.
Ao meu querido Professor e Orientador Romero César Gomes por sua paciência e dedicação e
pelos valiosos conhecimentos que me foram passados.
Ao meu amigo Deilton Braga por ter sido um dos maiores incentivadores durante a realização
deste trabalho.
A todos os bolsistas e estagiários que me auxiliaram na realização deste trabalho e em
especial meus ex-alunos Matheus e Rodrigo.
À Hydro, especialmente à pessoa de Adriano Campos, por ter financiado e permitido a
realização deste trabalho.
À Fundação Gorceix pela bolsa de pesquisa.
E por último, mas não menos importante, minha noiva Josiane que se transformou em uma
autêntica Engenheira Geotécnica (apesar de ser uma Física) durante a execução deste
trabalho. Obrigado pelas noites e fins de semanas inteiros lendo e relendo a dissertação e pela
sua contribuição crítica de pesquisadora em todos os capítulos deste trabalho. Eu te amo.
v
RESUMO
Projetos de disposição de resíduos de mineração devem ser elaborados dentro das exigências
legais de proteção do meio ambiente, sendo necessário, conhecer as características dos
rejeitos gerados e qual a melhor maneira de disposição ressaltando-se sempre as variáveis
ambientais envolvidas. Na metodologia de disposição por ressecamento, geralmente utilizada
para disposição de materiais finos – as chamadas ‘lamas de mineração’ - os rejeitos são
lançados em camadas de espessura reduzida e expostos à ação direta das condições climáticas
locais e da drenagem, ocorrendo, então, uma grande contração volumétrica dos produtos
finais estocados pela retirada da água por drenagem e por evaporação. O objetivo desta
dissertação é a realização do estudo do comportamento geotécnico dos rejeitos de bauxita
gerados pela Mineração Paragominas (MPSA), utilizando-se de uma área teste para realização
dos estudos em campo.
Para a concretização deste estudo, construiu-se uma área teste
composta por 4 diques onde depositou-se camadas de rejeito sob a forma de lama, utilizando
espigotes e spray-bars. Esta área foi instrumentada e monitorada durante a ocorrência dos
processos de sedimentação e adensamento e, principalmente, durante a fase de ressecamento.
Foi analisada a correlação entre espessuras de camadas lançadas e evolução das taxas de
secagem com base nas variáveis ambientais locais, bem como o processo de formação de
praia com base na variação da espessura de rejeito lançado. Foi realizada também uma ampla
campanha de ensaios de caracterização tecnológica destes rejeitos em laboratório, incluindo
ensaios geotécnicos (como ensaios de caracterização geotécnica e ensaios especiais tais como
ensaios HCT com bomba de fluxo) e também ensaios não geotécnicos como, por exemplo,
ensaios de composição mineralógica e química dos resíduos. Com base nos resultados
laboratoriais e de campo obtidos neste trabalho, conclui-se que a técnica de disposição de
rejeitos adotada pela MPSA depende de uma conjugação criteriosa dos mecanismos de
escoamento superficial da lâmina d’água sobrenadante, da evaporação superficial e da
drenagem de base, sendo que as taxas de evaporação locais não são afetadas substancialmente
pelas variáveis ambientais; a condição de escoamento superficial ocorre livremente nos
lançamentos iniciais de rejeitos por espigotamento, mas o processo é bastante comprometido
nas fases subsequentes pela tendência de formação de praias irregulares, erosão superficial do
depósito e formação de bolsões de águas acumuladas.
vi
ABSTRACT
Mining tailings disposal projects should be developed under the legal requirements of
environmental protection, it is necessary to know the characteristics of tailings generated and
which is the best way to disposing, always emphasizing the environmental variables involved.
In the available methodology for drying, usually used for disposal of thin materials, the socalled ‘mining sludge’, the tailings are thrown into layers of reduced thickness and exposed
to the direct action of climatic conditions and drainage, occurring then a large volumetric
shrinkage of the final products stored by removing the water due to drainage and evaporation.
The goal of this dissertation is the study of the geotechnical behaviour of bauxite tailings
generated by Paragominas Mining (MPSA), using a test area for the on the field studies. To
achieving this study, we constructed a test area where dikes composed of 4 tailings layers
were deposited in the form of mud, using spigots and spray-bars. This area was instrumented
and monitored during the occurrence of sedimentation and compaction processes, and
especially during the drying. We analysed the correlation between launched layer thicknesses
and the evolution of drying rates based on local environmental variables, as well as the beach
formation process based on the released tailings thickness variation. It was also conducted an
extensive series of technological characterization tests of these wastes in a laboratory,
including geotechnical testing (as geotechnical characterization tests and special tests such as
trials HCT- with flow pump) and not geotechnical testing, such as, for instance, testing of
mineralogical and chemical waste composition. Based on laboratory and field results obtained
in this study, it was concluded that the technique of tailings disposal adopted by MPSA
depends on a careful combination of overflow mechanisms in the supernatant surface water,
the surface evaporation and base drainage, and local evaporation rates are not substantially
affected by environmental variables; the overflow condition occurs freely in the initial
releases of tailings per spigotting, but the process is greatly compromised by the tendency for
subsequent stages of formation of irregular surface beaches, deposit erosion and formation of
pockets of accumulated water.
vii
Lista de Figuras
Figura 2.1 –Afloramento e amostra de bauxita .......................................................................... 5
Figura 2.2 – Platô e perfil típico de bauxita (região de Paragominas/PA)................................. 6
Figura 2.3 – Fluxograma simplificado do Processo Bayer (Massola, 2005) ............................. 8
Figura 2.4 – Sistema de disposição de rejeitos de lama vermelha (Silva Filho et al., 2007) ... 10
Figura 2.5 – Estágios do processo de contração dos rejeitos por ressecamento ...................... 11
Figura 2.6 – ‘Curva característica’ e limite de contração LC (Silva, 2003) ............................ 12
Figura 2.7 – Mosaico das trincas de ressecamento em rejeitos finos ...................................... 13
Figura 2.8 – Evolução do processo de ressecamento em baias (Araújo, 2006) ....................... 14
Figura 2.9 – Distribuição de poropressões em depósitos de rejeitos com drenagem de fundo 16
Figura 2.10 – Esquema geral do Tanque Classe A .................................................................. 21
Figura 2.11 – Esquema geral do Atmômetro de Piche ............................................................ 22
Figura 3.1 – Mapa de localização do empreendimento ........................................................... 23
Figura 3.2 – Perfil geológico da região de Paragominas (Multigeo, 2005) ............................. 27
Figura 3.3 – Operações de desmatamento na região do Platô Miltônia................................... 31
Figura 3.4 – Sequência de Lavra utilizada pela MPSA (Multigeo, 2005) ............................... 32
Figura 3.5 – Operações de recapeamento do solo após o processo de lavra............................ 34
Figura 3.6 – Fluxograma simplificado do processo de beneficiamento da MPSA .................. 35
Figura 3.7 – Trajeto do mineroduto da MPSA até Barcarena/PA ........................................... 36
Figura 3.8 – Sistema de disposição de rejeitos da MPSA........................................................ 38
Figura 3.9 – Seções típicas das barragens MPSA: .................................................................. 40
Figura 4.1– Amostra de rejeito fino de bauxita da MPSA ....................................................... 45
Figura 4.2 – Curva granulométrica do rejeito MPSA sem a utilização de defloculante .......... 46
Figura 4.3 – Curva granulométrica do rejeito MPSA com a utilização de defloculante ......... 46
Figura 4.4 – Gráfico de limite de liquidez para amostra ensaiada em umidade natural ......... 48
Figura 4.5 – Gráfico do limite de liquidez para amostra seca em estufa ................................. 48
Figura 4.6 – Resultados das amostras ensaiadas dos rejeitos .................................................. 49
Figura 4.7 – Difratograma de Raios-X do rejeito analisado .................................................... 50
Figura 4.8 – Ensaio de adensamento e resultados deformações axiais x tempos de ensaio .... 51
Figura 4.9 – Preparação da amostra do rejeito para os Ensaios HCT ...................................... 52
Figura 4.10 – Vista geral da câmara triaxial com o rejeito MPSA .......................................... 53
Figura 4.11 – Vista geral do equipamento HCT com bomba de fluxo .................................... 54
viii
Figura 4.12 – Gráfico ‘Índices de vazios x Tensões Efetivas’................................................. 56
Figura 4.13 – Gráfico ‘Permeabilidades x Índices de Vazios’ ................................................ 56
Figura 5.1 – Tanques de alvenaria para estudos da disposição dos rejeitos da MPSA ............ 60
Figura 5.2 – Lançamento dos rejeitos em polpa e em lama espessada nos tanques ................ 60
Figura 5.3 – Secagem e contração dos rejeitos depositados nos tanques ................................ 61
Figura 5.4 – Formação da praia de rejeitos no Tanque TQR4 ................................................. 61
Figura 5.5 – Ressecamento e mosaico de trincas dos rejeitos do Tanque TQR4 .................... 62
Figura 5.6 – Escavação de dique-teste na área do Platô Miltônia-3 ........................................ 63
Figura 5.7 – Layout geral dos diques-testes construídos no Platô Miltônia-3 ......................... 64
Figura 5.8 – Sistemas de disposição de rejeitos por espigotamento e utilizando spray bars. .. 65
Figura 5.9 – Sistema extravasor adotado nos diques-testes ..................................................... 66
Figura 5.10 – Réguas graduadas para leituras das camadas de rejeitos depositados ............... 68
Figura 5.11 – Passarela instalada em dique-teste para acesso e coleta de amostras ................ 68
Figura 5.12 – Pluviômetro instalado nas imediações dos diques-testes .................................. 69
Figura 5.13 – Tanque Classe A instalado anexo ao pluviômetro na área-teste ....................... 71
Figura 5.14 – Balança Marcy utilizada para monitoramento dos teores de sólidos da polpa .. 72
Figura 5.15 – Consistência no lançamento da polpa de rejeitos .............................................. 73
Figura 5.16 – Dinâmica do fluxo viscoso e padrões de drenagem dos rejeitos ....................... 74
Figura 5.17 – Contração dos rejeitos e formação das trincas de ressecamento ....................... 74
Figura 5.18 – Mosaico tridimensional de trincas no ressecamento dos rejeitos de bauxita .... 75
Figura 5.19 – Lançamento e sedimentação de nova camada de rejeitos.................................. 76
Figura 5.20 – Amostrador de pistão estacionário utilizado em campo .................................... 76
Figura 5.21 – Balança de aquecimento halógeno .................................................................... 77
Figura 5.22 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências de coleta do Dique D-01 . 79
Figura 5.25 – Lançamento de rejeitos no Dique D-03 por espigote ........................................ 80
Figura 5.27 – Lançamento de rejeitos no Dique D-04 por spray bars ..................................... 81
Figura 6.1 – Dados de precipitação na área - teste no período de monitoramento .................. 83
Figura 6.2 –Taxas de evaporação obtidas pelo método de Linacre e pelo tanque classe A .... 85
Figura 6.3 – Dados de monitoramento das temperaturas médias diárias locais ...................... 85
ix
Figura 6.4 – Lâmina d’água sobrenadante após o lançamento da primeira camada ................ 87
Figura 6.5 – Vertedor triangular acoplado ao extravasor do Dique D-01................................ 88
Figura 6.6 – Gráfico de recalques: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-01 .......... 88
Figura 6.7 – Teores de sólidos: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-01 ............... 89
Figura 6.8 – Gráfico de recalques: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-02 .......... 90
Figura 6.9 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-02 ........................ 91
Figura 6.10 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-03 ...................... 94
Figura 6.11 – Avanço da Camada 2 dos rejeitos lançados no Dique D-03.............................. 94
Figura 6.14 – Teores de sólidos: monitoramento das Camadas 1, 2 e 3 do Dique D-03 ......... 99
Figura 6.15 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-04 .................... 101
Figura 6.18 – Teores de sólidos: comparação dos resultados: Camadas 2 de D-03 e D-04 .. 104
Figura 6.19 – Formação das trincas iniciais: 3° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 ... 106
Figura 6.20 – Evolução das trincas: 12° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 .............. 107
Figura 6.23 – Mosaico das trincas: 35° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 ............... 108
Figura 6.24 – Mosaico das trincas (detalhe): trincas primárias e secundárias. ...................... 109
x
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Insumos necessários para produção de 1t de alumina (ABAL, 2007) .................. 8
Tabela 3.1 – Teores (%) de alumina e de sílica no Platô Miltônia (Brandt, 2003) .................. 27
Tabela 3.2 – Características gerais das barragens do sistema de rejeitos da MPSA................ 39
Tabela 3.3 – Cotas finais e dos alteamentos das barragens ..................................................... 41
Tabela 4.1 - Relação dos ensaios de caracterização geotécnica dos rejeitos da MPSA .......... 43
Tabela 4.2 – Parâmetros iniciais da amostra dos rejeitos da MPSA. ....................................... 45
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de granulometria (ABNT, 1995) ................................... 47
Tabela 4.4 – Resultados dos ensaios de consistência............................................................... 47
Tabela 4.5 – Resultados da análise química do rejeito analisado ............................................ 51
Tabela 4.6 - Valores dos índices físicos iniciais dos ensaios HCT .......................................... 55
Tabela 4.7 - Valores dos índices físicos finais ........................................................................ 56
Tabela 4.8 – Parâmetros constitutivos do rejeito da MPSA .................................................... 57
Tabela 4.9 – Leis de compressibilidade e permeabilidade do rejeito MPSA .......................... 57
Tabela 5.1 – Geometria dos diques-testes ................................................................................ 65
Tabela 5.2 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-01 e D-02.................................. 79
Tabela 5.3 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-03 e D-04.................................. 82
Tabela 6.1 – Espessuras da primeira camada do monitoramento do Dique D-03 ................... 92
Tabela 6.2 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-03 .................... 95
Tabela 6.3 – Espessuras da terceira camada do monitoramento do Dique D-03 ..................... 97
Tabela 6.4 – Espessuras da primeira camada do monitoramento do Dique D-04 ................. 100
Tabela 6.5 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-04 .................. 102
xi
Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações
A: área do anel receptor do pluviômetro
A: Atividade
A: Área do reservatório
ABAL: Associação Brasileira de Alumínio
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
Al: Alumínio
Al2O3: Alumina
ARV: Argila Variegada
BA: Bauxita Amorfa
Ba:Bário
BC: Bauxita Cristalizada
BCBA: Bauxita Cristalizada com Bauxita Amorfa
BN: Bauxita Nodular Pisolítica
BNC: Bauxita Nodular Cristalizada
C: média do número de décimos do céu ocupado por nuvens durante a observação
Ca:Cálcio
CAP: Cobertura Argilosa
CBA: Companhia Brasileira de Alumínio
CTC: Capacidade de Troca Catiônica
Co: Cobalto
Cr: Cromo
D-01: dique teste n° 1
e: índice de vazios
E0: Evaporação
e00: Tensão Efetiva nula
ea : pressão de vapor
xii
EL: evaporação no lago ou reservatório
es: pressão de vapor de saturação
F: fator de correção
Fe: Ferro
h: altitude
Hs: Altura reduzida do corpo de prova
HCT: Hidraulic Consolidation Test
HF: Ácido Fluorídrico
I: Vazão total de entrada no reservatório
IAI: International Aluminium Institute
ICP: Ensaio de Plasma de Acoplamento Indutivo
IP: Índice de Plasticidade
k: Permeabilidade
K: constante
K: Potássio
LC: Limite de Contração
LF: Laterita Ferruginosa
LL: Limite de Liquidez
LP: Limite de Plasticidade
M3: Miltônia 3
M5: Miltônia 5
Mg: Magnésio
Mn: Manganês
MPSA: Mineração Paragominas S.A.
MRN: Mineração Rio do Norte S.A.
Na: Sódio
NaOH: Hidróxido de Sódio
NBR: Norma Brasileira Revisada
P:Fósforo
P: Precipitação sobre o reservatório
p: Precipitação diária
Pm: Precipitação Média Mensal
xiii
Q: Vazão de saída do reservatório
Ra: radiação extraterrestre
Rs: irradiância solar na superfície do lago
S: Enxofre
Sc :Escândio
Sr: Estrôncio
T: Temperatura média do ar
t: tempo
Td: temperatura média mensal do ponto de orvalho
Th: Tório
Ti: Titânio
TQR 4: Tanque de rejeitos n° 4
u: velocidade média do vento, m/s, tomada a 2m de altura da superfície da água
V: Vanádio
V: volume coletado no pluviômetro
V: Volume de água no reservatório
Y: Ítrio
z: altitude local
Zn: Zinco
Zr: Zircônio
λdt: taxa de evaporação real ocorrida nos reservatórios dos diques-testes
λtca: taxa de evaporação medida no tanque classe A
σ’: Tensão Efetiva
ϕ: latitude
xiv
Índice
CAPÍTULO 1............................................................................................................................ 1
INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1
1.1.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS.............................................................................. 1
1.2.
JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................... 2
1.3.
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ..................................................................... 3
CAPÍTULO 2............................................................................................................................ 5
DISPOSIÇÃO DE REJEITO DE BAUXITA POR RESSECAMENTO........................................ 5
2.1.
GÊNESE DA FORMAÇÃO DA BAUXITA ........................................................ 5
2.2.
PROCESSO DE PRODUÇÃO DA ALUMINA ................................................... 7
2.3.
DISPOSIÇÃO DE REJEITOS FINOS EM BAIAS DE RESSECAMENTO ..... 10
2.3.1. Drenagens de Fundo e Superficial ................................................................... 15
2.3.2. Evaporação ....................................................................................................... 16
2.3.2.1.
Relações Empíricas .................................................................................. 17
2.3.2.2.
Modelos Matemáticos .............................................................................. 19
2.3.2.3.
Evaporímetros .......................................................................................... 20
CAPÍTULO 3.......................................................................................................................... 23
ESTUDO DE CASO: MINERAÇÃO PARAGOMINAS (MPSA) ...................................... 23
3.1.
NATUREZA E LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO .......................... 23
3.2.
GEOLOGIA REGIONAL.................................................................................... 24
3.3.
DEPÓSITOS DE BAUXITA NA REGIÃO DE PARAGOMINAS/PA ............. 26
3.3.1. Capeamento Argiloso (CAP) ........................................................................... 28
3.3.2. Bauxita nodular (BN) ....................................................................................... 28
3.3.3. Bauxita Cristalizada (BC) ................................................................................ 29
3.3.4. Bauxita Cristalizada com Bauxita Amorfa (BCBA) ........................................ 29
3.3.5. Bauxita Amorfa (BA)....................................................................................... 29
3.3.6. Argila Variegada (ARV) .................................................................................. 30
3.4.
PROCESSOS DE LAVRA DA BAUXITA NA MPSA...................................... 30
3.4.1. Desmatamento e Limpeza ................................................................................ 31
3.4.2. Sequenciamento da lavra ................................................................................. 32
xv
3.4.3. Limpeza da Superfície do Minério e Escarificação ......................................... 33
3.4.4. Escavação do Minério e Recuperação Ambiental das Áreas Lavradas ........... 33
3.5.
PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO DA BAUXITA NA MPSA ................ 34
3.6.
TRANSPORTE DOS MINÉRIOS PROCESSADOS ......................................... 36
3.7.
SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS DA MPSA ............................... 37
CAPÍTULO 4.......................................................................................................................... 43
CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS DA MPSA .............................. 43
4.1.
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 43
4.2.
ENSAIOS PRELIMINARES............................................................................... 44
4.3.
ENSAIOS DE GRANULOMETRIA................................................................... 45
4.4.
ENSAIOS DE LIMITES DE CONSISTÊNCIA ................................................. 47
4.5.
CTC E DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ......................................................... 49
4.6.
ANÁLISE QUÍMICA DOS REJEITOS .............................................................. 50
4.7.
ENSAIO DE ADENSAMENTO CONVENCIONAL ........................................ 51
4.8.
ENSAIOS DE ADENSAMENTO HCT COM BOMBA DE FLUXO................ 52
CAPÍTULO 5.......................................................................................................................... 58
MODELAÇÃO FÍSICA DO SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DA MPSA POR
MEIO DE DIQUES − TESTES ............................................................................................ 58
5.1.
BASES DA MODELAÇÃO FÍSICA DOS REJEITOS DA MPSA.................... 58
5.2.
MODELAÇÃO FÍSICA PRELIMINAR EM TANQUES DE ALVENARIA.... 59
5.3.
CONSTRUÇÃO E INFRAESTRUTURA DOS DIQUES - TESTES ................ 62
5.4.
LANÇAMENTO E MONITORAMENTO DOS REJEITOS ............................. 72
5.5.
SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-01 E D-02 ... 78
5.6.
SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-03 E D-04 ... 80
CAPÍTULO 6.......................................................................................................................... 83
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DO MONITORAMENTO EM CAMPO ........................ 83
6.1.
MONITORAMENTO DOS DADOS CLIMÁTICOS......................................... 83
6.2.
MONITORAMENTO DA DISPOSIÇÃO DE REJEITOS NO DIQUE D-01 .... 86
6.3.
6.4.
xvi
6.4.1. Monitoramento da Primeira Camada ............................................................... 92
6.4.2. Monitoramento da Segunda Camada ............................................................... 94
6.4.3. Monitoramento da Terceira Camada................................................................ 96
6.5.
MONITORAMENTO DA DISPOSIÇÃO DE REJEITOS NO DIQUE D-04 .. 100
6.5.1. Monitoramento da Segunda Camada ............................................................. 100
6.5.2. Monitoramento da Terceira Camada.............................................................. 101
6.6.
MONITORAMENTO DE TRINCAS ............................................................... 105
CAPÍTULO 7........................................................................................................................ 110
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ................................. 110
7.1.
CONCLUSÕES ................................................................................................. 110
7.2.
RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................ 113
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 115
xvii
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A disposição de rejeitos de mineração constitui, cada vez mais, um desafio tecnológico a ser
constantemente superado em face das demandas sempre crescentes do setor e das exigências
ambientais associadas às novas áreas de operação. No caso de rejeitos mais granulares, a
sistemática comumente adotada consiste em se dispor os rejeitos, sob a forma de polpa, em
barragens construídas por meio de alteamentos sucessivos, com avanços para montante, por
jusante ou por linha de centro.
No caso de materiais mais finos – as chamadas ‘lamas de mineração’ – impõe-se a adoção de
alternativas capazes de catalisar o processo de sedimentação e adensamento dos rejeitos em
reservatórios ou de promover um desaguamento prévio dos mesmos. Na metodologia de
disposição por ressecamento, os rejeitos finos são lançados em camadas de espessura reduzida
e expostos à ação direta das condições climáticas locais e da drenagem, ocorrendo, então, uma
grande contração volumétrica dos produtos finais estocados pela retirada da água por
drenagem e por evaporação. Devido à contração tridimensional, as trincas de contração
propagam-se em profundidade, formando caminhos preferenciais de fluxo.
Rejeitos de bauxita enquadram-se nesta classe de rejeitos finos, quase sempre como materiais
de granulometria silto-argilosa, gerando depósitos com elevados índices de vazios no pósadensamento. Assim, justificam-se os estudos para disposição segundo técnicas não
convencionais e independentes dos processos clássicos de sedimentação e adensamento de
longo prazo. Uma alternativa interessante consiste, então, na aplicação das técnicas de
ressecamento destes resíduos em bacias de grandes dimensões, levando-se em conta as
especificidades do sistema de disposição considerado, as variáveis ambientais do sítio e as
propriedades geotécnicas dos rejeitos em questão.
1
1.2. JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO
O objetivo desta dissertação é a realização do estudo do comportamento geotécnico dos
rejeitos de bauxita gerados pela Mineração Paragominas (MPSA), utilizando-se de uma área
teste para realização dos estudos em campo. Os rejeitos em polpa provenientes da planta de
beneficiamento apresentam uma concentração de sólidos entre 33 e 35%, sendo préadensados em espessadores convencionais e lançados em diques de contenção que ocupam
uma área aproximada de 5400 ha, distantes 3 km da planta de beneficiamento. O sistema de
reservação dos rejeitos é constituído por quatro reservatórios sequenciais (Barragens
B1/B2/B3/B4).
A metodologia de disposição é baseada na operação cíclica dos reservatórios das barragens
B1/B2/B3/B4, em períodos sequenciais de 10 dias, considerando períodos de 30 dias durante
o período de estiagem (abril a dezembro) e 60 dias para o período chuvoso (dezembro a
março), para secagem e ressecamento dos rejeitos de cada baia, pelas ações combinadas da
drenagem de fundo, drenagem superficial e pela evaporação local.
Neste contexto, a modelação física em escala real constitui uma metodologia bastante
adequada para se aferir a natureza e a magnitude dos fenômenos físicos associados à
disposição subaérea de rejeitos finos. Esta abordagem foi aplicada ao caso dos rejeitos finos
de bauxita gerados na MPSA. Numa fase inicial, ensaios em modelos reduzidos de alvenaria
foram construídos para se estabelecer análises qualitativas e de caráter geral sobre o
comportamento à disposição subaérea destes rejeitos. Numa fase seguinte, quatro diques de
grandes dimensões foram construídos em área-teste da MPSA para reavaliação destas análises
em escala real. As estruturas foram concebidas em grande escala, com geometria padronizada,
e dotadas de estruturas de alimentação e extravasamento dos rejeitos, ao longo de uma área
total de 19.000 m2.
Estes estudos foram antecipados por uma ampla campanha de ensaios de caracterização
tecnológica destes rejeitos em laboratório, incluindo ensaios geotécnicos (como ensaios de
caracterização geotécnica e ensaios especiais tais como ensaios HCT com bomba de fluxo) e
2
também ensaios não geotécnicos como, por exemplo, ensaios de composição mineralógica e
química dos resíduos.
Durante 8 meses, camadas de rejeito foram lançadas nos diques localizados na área-teste, com
o objetivo de se avaliar a evolução do ganho de teor de sólidos ao longo do tempo, variando
as técnicas de lançamento e a espessura de camada de rejeito lançada. Na pesquisa, foram
monitoradas também as condições de contorno climatológicas como precipitação e
evaporação real, bem como as variáveis associadas às condições de drenagem do solo de
fundação, de forma a se estabelecer o ciclo hidrológico completo no âmbito da área-teste.
1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
O trabalho foi formatado em sete capítulos, que apresentam a seguinte estruturação geral:
No Capítulo 1, são apresentadas as considerações iniciais sobre o assunto, bem como a
justificativa e o objetivo da realização do trabalho, além da proposta de estruturação geral do
texto da dissertação.
O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica sobre métodos de disposição de rejeitos
finos, enfatizando-se a técnica de adensamento/ressecamento para o caso de rejeitos de
bauxita. A revisão inclui tópicos sobre a gênese da formação da bauxita, do processo de
beneficiamento industrial da alumina e das técnicas de disposição de rejeitos finos por
sedimentação/ressecamento.
No Capítulo 3, é descrito o empreendimento da MPSA, estudo de caso da presente pesquisa,
abordando-se o contexto da geologia regional e dos depósitos de bauxita da área, os processos
de lavra, beneficiamento e o transporte dos minérios processados por mineroduto e as
estruturas constituintes do atual sistema de disposição de rejeitos da mineração.
O Capítulo 4 apresenta resultados da campanha de ensaios de caracterização tecnológica
realizados com os rejeitos da MPSA; são expostos os principais resultados obtidos a partir de
ensaios de campo e de laboratório realizados em amostras representativas dos rejeitos gerados
no processo de beneficiamento e dispostos no sistema de contenção de rejeitos da empresa. Os
3
ensaios de laboratório englobaram a determinação dos teores de umidade, pesos específicos
dos sólidos, limites de consistência, espectrometria de emissão atômica e granulometria. Além
destes ensaios foram determinadas as características de compressibilidade e de
permeabilidade do rejeito por meio de ensaios HCT com bomba de fluxo.
O Capítulo 5 inclui o detalhamento dos procedimentos experimentais adotados para a
avaliação do comportamento geotécnico, em termos de sedimentação/ressecamento, dos
rejeitos da MPSA, por meio de ensaios em modelos reduzidos de alvenaria e em quatro
diques-testes de grandes dimensões construídos em área da própria mineração.
O Capítulo 6 compreende a apresentação, análise e discussão dos estudos experimentais de
campo, incluindo-se os dados de monitoramento das variáveis climáticas, dos parâmetros
geotécnicos da disposição dos rejeitos nos diques-testes e do monitoramento da evolução das
trincas de ressecamento.
O Capítulo 7 apresenta as principais conclusões obtidas neste trabalho e algumas sugestões e
recomendações para trabalhos futuros, visando complementar aspectos e/ou tópicos tratados
nesta pesquisa.
4
CAPÍTULO 2
DISPOSIÇÃO DE REJEITO DE BAUXITA POR RESSECAMENTO
2.1. GÊNESE DA FORMAÇÃO DA BAUXITA
A bauxita foi descoberta em 1821, por um cientista francês chamado Pierre Berthier (17821861), na província de Les Baux, sul da França. A bauxita (Figura 2.1) constitui a fonte
natural do alumínio, o terceiro elemento em abundância na crosta terrestre, depois do oxigênio
e do silício. Trata-se de uma rocha com mais de 40% de alumina (Al2O3) em que a proporção
de óxidos de ferro determina a coloração final; assim, a bauxita branca contém de 2 a 4% de
óxidos de ferro, ao passo que, na bauxita vermelha, essa proporção pode atingir 25%
(Sampaio et al., 2005).
Figura 2.1 –Afloramento e amostra de bauxita
As jazidas de bauxita ocorrem principalmente em regiões de clima tropical ou subtropical,
com elevados índices pluviométricos, sendo caracterizados normalmente quatro tipos de
depósitos: mantos, bolsões, depósitos entre camadas de outros solos e/ou rochas e em
depósitos de detritos, como resultado da acumulação da bauxita erodida de outros locais
(Villar, 2002). Grandes depósitos em forma de mantos ocorrem na América do Sul, como
5
camadas planas e próximas à superfície, possuindo vários quilômetros de extensão e
espessuras variando entre menos de um metro e 40 m (média de 4 a 6 m).
No Brasil também são encontrados depósitos formados entre camadas de outros solos e/ou
rochas, constituindo, em geral, formações mais compactas. A Figura 2.2 apresenta um platô e
um perfil típicos destas formações para o subsolo da região norte do país. Com a
decomposição de silicatos e argilominerais, ocorre a remoção de grande parte da sílica,
enquanto os óxidos de alumínio e ferro são concentrados.
Figura 2.2 – Platô e perfil típico de bauxita (região de Paragominas/PA)
O produto final é uma rocha rica em óxido de alumínio, cuja composição mineralógica
predomina uma associação em proporção variável de três minerais: gibbsita, diásporo e
boehmita (oxi-hidróxidos de alumínio), com ocorrência subsidiária de óxidos de ferro, argila,
sílica, dióxido de titânio, entre outras (Aquino, 2007; Souza, 2008). A bauxita explotada
economicamente possui alumina (Al2O3) com teores variando entre 50 e 55% (Anjos & Silva,
1983; Pagin et al, 1983).
Em determinadas jazidas de regiões tropicais, a bauxita encontra-se misturada com argila,
sendo necessária uma lavagem em água para remoção da mesma, ocorrendo simultaneamente
a classificação granulométrica do material e a redução do teor de sílica que é prejudicial ao
processo de obtenção do alumínio. As principais reservas de bauxita (Bray, 2010) encontram6
se distribuídas no continente africano (32%), Oceania (23%), América do Sul e Caribe (21%),
Ásia (18%) e outros (6%). De acordo com o International Aluminium Institute (IAI, 2010), as
reservas mundiais de bauxita estão distribuídas nas regiões tropical (57%), mediterrânea
(33%) e subtropical (10%).
Os primeiros depósitos de bauxita foram descobertos no Brasil na região de Ouro Preto, na
década de 1920. Em 1935, novas jazidas foram descobertas na região de Poços de Caldas e,
posteriormente, no Amapá, Bahia, Pará e Espírito Santo. O Brasil ocupa a terceira posição
mundial em termos de reservas, com cerca de 3,52 bilhões de toneladas (reservas medidas +
indicadas + inferidas) o que corresponde a 11% da produção mundial, das quais 97%
encontram-se no estado do Pará (Mártires & Santana, 2008), com uma produção estimada em
29 milhões de toneladas anuais, correspondente a 14% da produção mundial (Bray 2010,
IBRAM, 2010).
As principais empresas produtoras no Brasil são: Mineração Rio do Norte S.A.(MRN),
responsável por 70% da bauxita produzida no Brasil, seguida pela Companhia Brasileira de
Alumínio (CBA) e a Vale, cada uma com 12% do mercado. Outras empresas produtoras são a
Alcoa Alumínio S.A. e a Novelis do Brasil Ltda.
2.2. PROCESSO DE PRODUÇÃO DA ALUMINA
De forma generalizada, o processo Bayer constitui a tecnologia comumente empregada para
obtenção da alumina a partir da bauxita, a partir do princípio básico de que os hidratos de
alumínio são muito solúveis em soda cáustica, o que não ocorre com os demais óxidos
constituintes da rocha. A metodologia geral do processo compreende a dissolução da bauxita
em soda cáustica, sob elevadas temperaturas e pressões, para solubilizar a alumina e precipitar
compostos insolúveis com sílica. Na sequência, a solução de aluminato de sódio é resfriada,
separada das substâncias insolúveis e enviada para tanques para cristalização e precipitação da
alumina (Figura 2.3).
As condições do processo são afetadas primariamente pela proporção relativa entre os
minerais de alumínio (gibbsita e boehmita), ferro (goethita e hematita) e sílica (quartzo e
7
argilominerais). A alumina processada é denominada ‘alumina aproveitável’, com o quartzo
constituindo a sílica insolúvel e a sílica presente nos argilominerais caracterizando a chamada
‘sílica reativa’, pois reage com a soda cáustica formando um composto insolúvel de alumínio
(bayerita). De acordo com a Associação Brasileira de Alumínio (ABAL), para a produção de
uma tonelada de alumina, são necessários os insumos indicados na Tabela 2.1 (ABAL, 2007).
Tabela 2.1 – Insumos necessários para produção de 1t de alumina (ABAL, 2007)
Figura 2.3 – Fluxograma simplificado do Processo Bayer (Massola, 2008)
8
A digestão constitui a fase mais essencial de todo o processo. A polpa e a solução préaquecida de NaOH são transferidas aos digestores, nos quais os minerais portadores de
alumínio – gibbsita, boehmita e diásporo – são dissolvidos seletivamente formando o licor de
aluminato de sódio, com a separação dos demais componentes que permanecem insolúveis. A
caulinita e os demais argilominerais reagem com NaOH e alumina, produzindo íons
metassilicato e íons aluminato. O silicato solúvel reage com o alumínio, formando um
composto insolúvel (bayerita) que contamina o produto.
Os minerais de ferro e de titânio não se dissolvem em meio alcalino nas condições do
processo, constituindo um rejeito fino conhecido como ‘lama vermelha’, devido ao
predomínio de óxidos de ferro e rico em soda cáustica. O licor rico, obtido pela lavagem e
filtração da lama, segue para a precipitação, onde o produto é cristalizado, formando o hidrato
de alumínio. Na calcinação, o hidrato passa por fornos do tipo leito fluidizado onde, sob
temperaturas médias de 1000°C, a água presente é evaporada, formando-se então a alumina
calcinada, que é o produto final do processo.
Conclui-se, portanto, que uma mineração de bauxita pode envolver dois tipos distintos de
rejeitos: o resíduo direto da deslamagem para simples liberação de frações argilosas
incorporadas (processo aplicado pela MPSA) e a lama vermelha, resíduo da indústria de
beneficiamento do alumínio, que é gerada a partir do refino da bauxita para produção de
alumina (Al2O3) por meio do processo Bayer (processo aplicado pela Alunorte).
A composição química da lama vermelha varia extensamente e depende da natureza da
bauxita e da técnica empregada no processo Bayer em cada planta industrial. A lama
vermelha é constituída por partículas muito finas (cerca de 95% < 44 µm ou 325 mesh),
apresenta uma área superficial de 13-22 m2/g e tem como principal característica uma elevada
alcalinidade, com pH variando entre 10 e 13 (Hind et al., 1999). Em geral, estes rejeitos são
dispostos em grandes diques (Figura 2.4), permitindo a sedimentação dos sólidos e a
formação de um sobrenadante alcalino, recirculado à planta industrial.
9
Figura 2.4 – Sistema de disposição de rejeitos de lama vermelha (Silva Filho et al., 2007)
2.3. DISPOSIÇÃO DE REJEITOS FINOS EM BAIAS DE RESSECAMENTO
A forma mais utilizada para a disposição de rejeitos é por meio do acondicionamento dos
mesmos em barragens de contenção pelas técnicas de aterro hidráulico. Os rejeitos são
transportados, por gravidade ou por bombeamento, através de tubulações (‘rejeitodutos’) ou
calhas, e o transporte é realizado por bombeamento ou gravidade. Tais aplicações são
tipicamente aplicáveis para rejeitos mais granulares envolvendo barragens construídas em
estágios, por meio de alteamentos sucessivos, com avanços para montante, por jusante ou por
linha de centro.
No caso de materiais mais finos – as chamadas ‘lamas de mineração’ – impõe-se a adoção de
alternativas capazes de catalisar o processo de sedimentação e adensamento dos rejeitos em
reservatórios ou de promover um desaguamento prévio dos mesmos. Uma opção interessante
é a de submeter tais rejeitos ao ressecamento, expondo-os à ação direta das condições
climáticas locais e da drenagem. Neste contexto, obtém-se uma grande contração volumétrica
dos produtos finais estocados pela retirada da água por drenagem e por evaporação
(dessaturação dos rejeitos).
A técnica de disposição envolve o lançamento da lama em reservatórios ou baias de grandes
dimensões, de forma descontínua, de forma a garantir a evolução dos processos de
10
sedimentação e adensamento dos rejeitos sob peso próprio e a drenagem de fundo, bem como
a formação de uma camada de água sobrenadante, antes do lançamento da camada seguinte. A
espessura da lâmina d’água é função das taxas locais de drenagem e de evaporação. Com a
eliminação continuada da água superficial, tem início o processo de contração unidimensional
e tridimensional e a consequente formação de trincas de ressecamento (Abu Hejleh &
Znidarcic, 1995).
O processo de adensamento devido à dissipação dos excessos de poropressões geradas ao
longo do tempo tem início antes mesmo que o estágio de sedimentação tenha sido concluído e
se estende até a fase de ressecamento. Uma das características principais da lama é a sua
elevada compressibilidade, tendendo a induzir deformações de grande porte ao longo do
depósito formado, exigindo, portanto, análises baseadas nas teorias do adensamento a grandes
deformações (Gibson et al., 1967).
O processo de ressecamento é mobilizado pela completa expulsão da água superficial e pela
exposição dos rejeitos às condições atmosféricas, em função da contração do solo, processo
este subdividido em três estágios (Figura 2.5):
•
normal, quando a redução de volume é igual à perda de água;
•
residual, quando a redução volumétrica é menor do que o volume de água perdida,
aumentando-se, assim, o volume de ar contido;
•
contração nula, quando as partículas do solo atingem sua configuração mais compacta
e não há mais contração volumétrica.
Figura 2.5 – Estágios do processo de contração dos rejeitos por ressecamento
11
O material encontra-se em condição saturada até o início da fase residual, próximo do limite
de contração LC. Este limite é obtido a partir da chamada ‘curva característica de contração
do rejeito’ pelo ensaio de contração livre (Abu-Hejleh & Znidarcic, 1995). Na realização do
ensaio, uma amostra de lama diluída é colocada em um anel metálico e monitorada
continuamente (em termos de variações de pesos, diâmetros e alturas) após sedimentação,
adensamento e sifonamento da lâmina de água sobrenadante por períodos de vários dias. Após
a verificação de uma tendência de estabilização final das leituras, o ensaio é interrompido e a
amostra é submetida a secagem em estufa a 110ºC para a determinação do peso do rejeito
seco. Com base nos dados medidos, obtém-se a curva característica de contração do rejeito
(Figura 2.6), o valor do limite de contração LC e o valor do índice de vazios mínimo do
material.
Figura 2.6 – ‘Curva característica’ e limite de contração LC (Silva, 2003)
A magnitude do fenômeno depende da porcentagem de argila, tipo de argilomineral presente,
forma de deposição geológica, arranjo das partículas, tensão de confinamento, grau de
resistência ao tempo (clima) e troca catiônica, orientação de partículas do solo e teor de
umidade inicial (Subba Rao &Satyadas, 1985).
A evaporação e/ou drenagem da água e a contração do solo são as condicionantes para a
formação de trincas. O processo é unidimensional quando as contrações (recalques) são
12
essencialmente verticais. Devido à contração tridimensional, as trincas de contração
propagam-se em profundidade, segundo arranjos erráticos e complexos, com a intensidade do
fenômeno tanto maior quanto mais próximo à superfície, devido aos maiores efeitos devido à
sucção matricial.
A morfologia das trincas depende da composição mineralógica e das propriedades físicas e
mecânicas dos rejeitos (plasticidade e resistência à tração) e das variáveis ambientais,
particularmente
grau
de
insolação,
temperatura,
umidade
relativa
do
ar
e
intensidade/frequência das precipitações. As trincas tendem a gerar feições poligonais
primárias e secundárias, aproximadamente quadrangulares, que se interceptam em ângulos de
90o, formando um mosaico característico (Figura 2.7).
Figura 2.7 – Mosaico das trincas de ressecamento em rejeitos finos
A magnitude e a evolução do processo geral de ressecamento dos rejeitos dependem em larga
escala das variáveis de disposição e das condições de contorno da área de disposição (Figura
2.8).
13
Figura 2.8 – Evolução do processo de ressecamento em baias (Araújo, 2005)
Estes aspectos estão diretamente associados às condições in situ e, assim, cada projeto tem
suas especificidades e modos de abordagem. Em outras palavras, embora sejam disponíveis
modelos de análise baseados na Mecânica das Fraturas e na Resistência dos Materiais, a
modelação física mediante a simulação real das condições de campo constitui o fundamento
básico para a completa avaliação de um dado sistema específico. Numa condição assim, é
possível simular as influências relativas da drenagem de fundo, espessuras de camadas,
dispositivos de lançamento dos rejeitos e das variáveis ambientais mediante abordagens
paramétricas a partir do problema em questão. Por esta razão, estas análises serão detalhadas
para o estudo de caso analisado (Capítulo 5) e não neste capítulo de revisão bibliográfica.
14
Entretanto, de um ponto de vista geral, as condições de contorno relativas às variáveis
ambientais podem ser abordadas num cenário mais abrangente do que estudos de caso
específicos, sendo, então, expostas a seguir.
2.3.1. Drenagens de Fundo e Superficial
A técnica de disposição de rejeitos estocados em camadas de espessura reduzida e em áreas de
grandes dimensões (barragens ou baias) envolve a adoção de dispositivos de drenagem
superficial e de fundo, no sentido de catalisar os processos de fluxo (gravitacional ou
induzido) e de desaguamento dos rejeitos, eliminando-se a lâmina d’água sobrenadante. Além
da água proveniente da própria polpa, há que se considerar também a contribuição das águas
de precipitação. Com a contínua remoção do excesso de água dos solos, são alteradas as
condições de aeração, estruturação e resistência dos rejeitos em função da evolução dos
processos de adensamento e ressecamento.
Em termos do domínio das águas superficiais, o depósito deve manter uma declividade
mínima ao longo do reservatório, de forma a garantir um padrão de rápido escoamento. No
caso de lamas com baixos teores de sólidos, o fluxo fica comprometido, pois a superfície do
depósito tende a ser quase horizontal (Ávila et al, 1995). Por outro lado, tem-se também uma
tendência dos rejeitos reproduzirem, em superfície, as irregularidades apresentadas no fundo
do reservatório, resultando na formação de bolsões e/ou lagoas isoladas que são difíceis de
serem drenadas.
Assim, é imperativa a adoção de procedimentos prévios para a obtenção de maiores teores de
sólidos da lama visando a formação de depósitos com declividades iguais a, no mínimo, 0,5%.
A utilização de dispositivos tipo spray bars, em substituição aos dispositivos convencionais
de espigotamento (Capítulo 5), podem garantir também tais condições de contorno. Com uma
maior inclinação da superfície, ocorre uma sensível melhora nas condições de escoamento
superficial e, mesmo com a ocorrência de chuvas, a água tende a escoar sem ser absorvida
pelos rejeitos. Sistemas extravasores adequados são dimensionados para a adequada coleta
destas águas de percolação.
15
A drenagem de fundo é essencial para garantir a eficiência global do processo. No lançamento
de uma nova camada de rejeitos sobre uma superfície pré-ressecada, o fluxo tende a ocorrer
através do mosaico de trincas existentes até a base drenante da camada. Adicionalmente, estes
dispositivos atuam também no sentido de reduzir as poropressões induzidas (Figura 2.9) e
controlar a elevação do lençol freático local que, mantido deplecionado, garante maiores
sucções induzidas nos rejeitos e, portanto, uma maior eficiência do processo de ressecamento.
No caso de estruturas assentes em barragens de fundo de vale, é imprescindível considerar a
influência e a interferência dos aquíferos locais, bem como do regime hidrogeológico da área,
por meio de monitoramento feito com piezômetros e/ou poços drenantes.
Figura 2.9 – Distribuição de poropressões em depósitos de rejeitos com drenagem de fundo
2.3.2. Evaporação
A evaporação é a variável ambiental de maior relevância no processo de ressecamento de
rejeitos. Fatores como grau da radiação solar incidente, temperaturas da água e do ar, umidade
relativa do ar e ação dos ventos influenciam sobremaneira as taxas de evaporação através da
superfície livre de um determinado reservatório de rejeitos. Um aumento da altitude, com uma
consequente redução da pressão barométrica, induz um pequeno aumento na evaporação. Sob
16
dadas condições climáticas, a máxima taxa de evaporação local constitui a chamada
‘evaporação potencial’ da área.
A estimativa das taxas de evaporação pode ser feita por meio de relações empíricas, modelos
matemáticos diversos ou instrumentos de campo. No caso de depósitos de rejeitos, há que se
considerar os efeitos da sucção sobre as taxas de evaporação e, assim, a evaporação real pode
ser bem inferior à evaporação potencial. Com o aumento da sucção, maiores quantidades de
energia são requeridas para retirar a água do material depositado para a atmosfera. Por outro
lado, o aumento da sucção nos rejeitos acarreta uma redução das permeabilidades, inibindo,
portanto, os processos de perda das águas para a atmosfera.
2.3.2.1.
Relações Empíricas
Vários autores propuseram relações empíricas para descrever o processo evaporativo em
reservatórios, em face das dificuldades de obtenção de informações climatológicas confiáveis
para um dado local. A relação de Linacre (1977) constitui uma boa referência, uma vez que
exige apenas o conhecimento da temperatura média do ar e das coordenadas geográficas do
local e possuir uma boa correlação comparando-se com outros métodos que necessitam de
uma base de dados climáticos mais elaborada, sendo expressa por:
,
(2.1)
sendo:
K: constante de valor 700 para evaporação e de 500 para evapotranspiração;
EL: evaporação no lago ou reservatório, mm/dia;
T: Temperatura média do ar, (°C);
h: altitude do local (m);
ϕ: latitude local (°);
Td: temperatura média mensal do ponto de orvalho (°C)
A temperatura do ponto de orvalho (Td) pode ser obtida pela seguinte equação:
17
8,16 log #$ (2.2)
Sendo:
ea a pressão de vapor dada em kPa e calculada pela relação:
#$ %& '( )*
(2.3)
Sendo:
es: pressão de vapor de saturação ( kPa);
UR: Umidade relativa (%)
Sendo conhecidos os dados de precipitação e da velocidade do vento, Linacre (1993) propôs a
seguinte equação para estimativa da evaporação em lagos:
0,015 - 0,00042 - 100 120,834 40 - 2,556 7
(2.4)
sendo:
EL: evaporação no lago ou reservatório, mm/mês;
T: temperatura média diária, °C, obtida pela média dos valores extremos diários;
z: altitude local (m);
Rs: irradiância solar na superfície do lago ( W/m2);
u: velocidade média do vento, m/s, tomada a 2 m de altura da superfície da água;
Td: temperatura do ponto de orvalho (°C)
F: fator de correção devido a altitude do local, dado por: F = 1,0 – 0,000087z.
A quantificação da irradiância solar (Rs) é feita com base nos dados de precipitação e na
distribuição das nuvens, a partir da seguinte relação:
34 3$ 0,85 0,0479
(2.5)
sendo:
Ra: radiação extraterrestre;
18
C: média do número de décimos do céu ocupado por nuvens durante a observação, que é
estimado em função da precipitação média mensal (Pm, em mm) pela expressão:
9 1 - 0,51 log:; - 2log :; 7<
(2.6)
A equação de Linacre tende a superestimar os valores encontrados para evaporação de lagos e
reservatórios, principalmente no período chuvoso (Oliveira et al.,1983) sendo portanto, mais
recomendada no período seco.
Modelos Matemáticos
2.3.2.2.
O balanço hídrico aplicado a lagos ou reservatórios permite a estimativa das taxas de
evaporação locais pela aplicação direta da equação da continuidade expressa por:
=
>
? @ · B - : · B
(2.7)
sendo:
V: Volume de água no reservatório;
t: tempo;
I: Vazão total de entrada no reservatório;
Q: Vazão de saída do reservatório;
E0: Evaporação;
P: Precipitação sobre o reservatório;
A: Área do reservatório.
A evaporação seria, então, estimada pela relação:
CD
E
-:
F
G
(2.8)
E
Considerando que o volume e a área podem ser correlacionadas por uma função da forma
V=aAb (V em hm e A em km2) e, utilizando-se as unidades habituais de cada variável, a
relação anterior pode ser reescrita como:
19
HH. HêK 2,592 ·
CD
E
- : 1000
$MEN .2EG EG 7
∆>
(2.9)
Para: A (km2), P (mm/mês), I e Q ( m3/s).
A aplicação deste modelo é comprometida por dificuldades em termos da medição de algumas
destas variáveis, principalmente vazão afluente e a precipitação direta sobre o reservatório.
No primeiro caso, raramente existem dados sobre toda a contribuição afluente. A distribuição
espacial da precipitação torna-se também uma grande fonte de incertezas, pois, na grande
maioria dos casos, utilizam-se dados de estações meteorológicas vizinhas. Assim, em
localidades onde há uma variação significativa na distribuição de chuvas, os dados fornecidos
nem sempre representam a precipitação ocorrida no local dos reservatórios.
As outras fontes de incertezas ao método são: as relações entre cotas área-volume, curvachave dos extravasores e perdas para aquíferos subterrâneos. Quando a evaporação representa
apenas uma pequena parcela do volume, os erros podem ser significativos e pequenas
diferenças das variáveis envolvidas podem produzir diferenças consideráveis no cálculo da
evaporação (Tucci & Beltrame., 2001).
Outros modelos matemáticos adotados são baseados em princípios de transferência de massa
(com base na primeira Lei de Dalton, que estabelece que o grau da evaporação é função da
diferença entre a pressão parcial de vapor saturado à temperatura da superfície evaporante e a
pressão parcial do vapor d’água na camada de ar adjacente, normalmente tomada a dois
metros acima da superfície da água) ou de balanços de energia associados às características
aerodinâmicas do sistema (modelo de Penman, por exemplo). Estes modelos, entretanto,
devem ser avaliados com cautela para aplicabilidade em casos específicos, em função das
simplificações introduzidas nos cálculos, pela obtenção indireta de alguns dos parâmetros
necessários e pela dificuldade de acurácia na determinação de algumas das grandezas
utilizadas.
2.3.2.3.
Evaporímetros
Neste contexto, instrumentos para a medição direta das taxas de evaporação (chamados
evaporímetros) tornam-se opções preferenciais neste tipo de projeto e, dentre estes, tanques de
20
evaporação têm sido os de maior aplicação prática. Trata-se de recipientes metálicos, de seção
circular ou retangular (dimensão característica entre 0,90 m e 2,0 m e alturas entre 0,25 m e
1,0 m), que devem ser instalados nas vizinhanças imediatas do reservatório.
Vários modelos são disponíveis e o chamado ‘Tanque Classe A’ é de uso mais generalizado
(Figura 2.10), consistindo num recipiente metálico de formato circular, com diâmetro de 1,22
m e altura de 25,4 cm, com uma borda livre variando entre 5,0 e 7,5 cm. Cuidados
importantes referem-se à manutenção da borda livre do tanque entre estes limites e a
necessidade de renovação periódica da água para evitar efeitos de turbidez. Em geral, estes
tanques são posicionados sobre estrados de madeira a 15 cm da superfície do terreno.
Figura 2.10 – Esquema geral do Tanque Classe A
As leituras das quantidades de água evaporada são feitas diariamente por uma ponta
linimétrica apoiada num dispositivo denominado como ‘poço tranquilizador’. As taxas
medidas pelo tanque são maiores que as da superfície de um reservatório pela óbvia influência
do corpo d’água reduzido e das paredes metálicas (aço ou ferro galvanizado, pintados em cor
alumínio) sobre o aumento da temperatura da água. O fator que relaciona a evaporação de um
reservatório e do Tanque Classe A oscila entre 0,6 e 0,8, sendo 0,7 o valor mais comumente
adotado.
Outros tipos de evaporímetros são os atmômetros, constituídos por um recipiente contendo
água, conectado a uma placa porosa, por onde ocorre o processo evaporativo. O atmômetro de
Piche é o de uso mais geral e consiste em um tubo de vidro de 25 cm de comprimento e 1,5
21
cm de diâmetro. O tubo é graduado e fechado na parte superior; a abertura inferior é obturada
por uma folha circular de papel filtro padronizada, com 30 mm de diâmetro e de 0,5 mm de
espessura, fixada por capilaridade e mantida por uma mola (Figura 2.11).
Figura 2.11 – Esquema geral do Atmômetro de Piche
O aparelho é previamente cheio de água destilada, ocorrendo a evaporação progressiva pela
folha de papel-filtro; a diminuição do nível de água no tubo permite a determinação das taxas
de evaporação. Entretanto, pela sua elevada fragilidade, estes dispositivos são geralmente
instalados em abrigos meteorológicos e, portanto, protegidos da incidência direta da radiação
solar, o que compromete a confiabilidade na representatividade das leituras feitas, limitando a
sua utilização frequente.
22
CAPÍTULO 3
ESTUDO DE CASO: MINERAÇÃO PARAGOMINAS (MPSA)
3.1. NATUREZA E LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO
Os Platôs denominados Miltônia 3 (M3) e Miltônia 5 (M5), sobre os quais encontra-se
implantado o complexo da Mineração Paragominas S.A. (MPSA), estão localizados na região
norte do país, na margem direita do Rio Capim, município de Paragominas, estado do Pará, a
70 km a sudoeste da sede do município (Figura 3.1). O acesso local a partir de Belém–PA é
feito por meio da rodovia federal Pará-Maranhão (BR-316), até a cidade de Santa Maria do
Pará em um percurso de 115 km, e pela rodovia Belém – Brasília (BR-010) em percurso de
255 km de estradas pavimentadas, num percurso total de 370 km.
Figura 3.1 – Mapa de localização do empreendimento
23
Descoberta por exploradores da Mineradora Rio Tinto na década de 1970, o projeto tem como
propósito fornecer minério de bauxita de alta qualidade para a empresa Alumina do Norte do
Brasil (Alunorte), maior empresa de alumina no mundo, com produção de 4,4 milhões de
toneladas anuais, por meio de um mineroduto de 244 km até a cidade de Barcarena.
Iniciado em 2007, o empreendimento previa a produção de 4,95 milhões de toneladas por ano
de minério de bauxita de alta qualidade, com recuperação de 70% (Fase I do projeto), com
uma expansão operacional para 14,85 milhões de toneladas por ano, dividida em duas fases. A
Fase II entrou em operação em 2008 com um acréscimo de produção de 4,95 Mt/ano, e a Fase
III, que deverá ser integrada à nova refinaria de alumina a ser implantada nas proximidades da
Alunorte em Barcarena, também produzindo um montante de 4,95 Mt/ano, totalizando,
portanto, uma produção final de 14,85 Mt/ano. O empreendimento foi implantado e operado
pela VALE até 2010, sendo incorporada, a partir de 2011, pela empresa Norsk Hydro da
Noruega.
3.2. GEOLOGIA REGIONAL
A região nordeste do estado do Pará, onde se localiza o Complexo Paragominas, apresenta
dois conjuntos de rochas bem distintos (Braga & Alves, 1988). O primeiro grupo é constituído
por rochas mais antigas, cristalinas, graníticas e metamórficas de médios e baixos graus. As
rochas graníticas são consideradas como pertencentes ao embasamento Arqueano, enquanto
as metamórficas, incluídas no Grupo Gurupi, são datadas do Pré-cambriano Superior. Esse
conjunto ocupa a porção leste-nordeste da região e manchas ao longo do litoral dos Estados
do Pará e Maranhão.
O segundo conjunto de rochas é representado por rochas sedimentares, cujas idades vão do
Siluriano ao Holoceno. As sequências de rochas paleozóicas e mesozóicas constituem a Bacia
Sedimentar do Parnaíba, também conhecida como Bacia Sedimentar do Maranhão (Faria Jr,
1979). Completam o conjunto sedimentar os sedimentos terciários e quaternários,
principalmente de origem continental, que passaram a recobrir o continente sul-americano,
após sua separação do bloco africano.
24
A província bauxitífera de Paragominas ocupa uma área de aproximadamente 50.000 km2. É
reconhecido como o mais extenso e denso agrupamento de depósitos de bauxita da Amazônia
e do Brasil, e possui cerca de 300 km de extensão na direção norte-sul por até 200 km na
direção leste-oeste. Os depósitos de bauxita estão distribuídos geograficamente entre os rios
Capim a NW e Gurupi a SE, estando eles cobrindo alguns setores conhecidos como Jabuti,
Futuro, Miltônia, Gurupi e Camoaí (Figura 3.1). As reservas de minério aproveitável estão
estimadas em 2000 Mt, o que corresponde a 60% de todas as reservas de bauxita existentes no
território brasileiro. O potencial individual de alguns depósitos pode chegar entre 150 a 170
Mt, como no caso do platô Miltônia (Kotschoubey et al., 2005).
A região é composta por quatro unidades litoestratigráficas. A primeira unidade (Grupo
Itapecuru) é composta por rochas sedimentares de origem continental a estuarina. São
constituídas principalmente por arenitos finos e argilosos, com coloração variando de cinza a
avermelhada, intercalados com finas camadas de siltitos e folhelhos variegados. No topo da
unidade ocorrem silicificações e camadas, que apresentam, frequentemente, estratificações
cruzadas e plano-paralelas. Este grupo data do Cretáceo inferior.
A segunda unidade, denominada Formação Ipixúna, é composta essencialmente de arenitos e
argilitos caulínicos, com abundantes estratificações cruzadas de diversos tipos (Góes, 1981).
Suas principais ocorrências acontecem no rio homônimo, sendo sua espessura estimada em
aproximadamente 160 metros (Bizinella et al., 1980). Tem idade presumível do Terciário
inferior.
A terceira unidade (chamada Formação Barreiras) apresenta uma grande variedade de tipos
litológicos variando desde argilitos a conglomerados. Suas camadas exibem perfeitas
estratificações laminares e, também, conjuntos de pacotes maciços. Em geral, predominam
arenitos finos a médios, siltitos e argilitos, bem estratificados, nas cores vermelho, amarelo,
branco e roxo, intercalados com camadas de arenitos grosseiros e conglomeráticos, com
estratificação cruzada. Ocorrem, ainda, associadas a essas rochas, camadas de argilas com
bauxita. Sua datação previsível é de difícil avaliação pela completa ausência de fósseis, mas
estudos recentes a inserem no período do Mioceno Inferior (Multigeo, 2006).
25
A quarta unidade litoestratigráfica inclui as coberturas sedimentares do Quaternário
correspondentes a depósitos fluviais e estuarinos, muito inconsolidados e variáveis em
composição e granulometria. Esses sedimentos são encontrados principalmente nos aluviões
das calhas e nas planícies de inundação dos rios da região nordeste do Pará, como de resto em
quase toda a Amazônia. Em direção ao litoral, o Quaternário também está representado por
sedimentos arenosos muito finos, de origem eólica, relíquias de paleodunas, e, mais para a
costa, por campos de dunas que se deslocam, lentamente, continente adentro.
3.3. DEPÓSITOS DE BAUXITA NA REGIÃO DE PARAGOMINAS/PA
A gênese das bauxitas encontradas na região de Paragominas envolve complexas reações
físico-químicas entre a rocha-fonte e o meio ambiente, sendo seus depósitos produto do
intemperismo químico e bioquímico sobre rochas-matriz com minerais ricos em alumínio.
As referidas rochas constituem extensas coberturas sedimentares argilosas e arenosas, que
surgem sob a forma de estratos contínuos, em contatos transicionais com as rochas
encaixantes, em regiões de clima tropical ou subtropical, onde, o intemperismo é intenso.
As áreas locais de ocorrência dos depósitos de bauxita concentram-se nos extensos platôs que
se destacam na geomorfologia local, dentre eles o Platô Miltônia 3, os quais incluem
sequências sedimentares de grande extensão lateral e praticamente horizontalizadas.
O desnível do topo dos platôs para a base varia de 90 a 160 m. A camada de bauxita possui
um capeamento de argila, que tende a ser mais espesso em direção ao centro do platô; os
horizontes de bauxita, por sua vez, também possuem suas maiores espessuras nas porções
mais centrais dos platôs, onde seu perfil chega a medir até 3,50 m de espessura de bauxita
cristalizada e 3,0 m de espessura do tipo bauxita nodular em algumas áreas. O Platô Miltônia
3 possui uma superfície tabular, aplainada, e bastante recortada, evidenciando um estágio
geomorfológico típico de relevo de dissecação.
O perfil geológico típico da área do Platô Miltônia é representado pela seguinte sequência de
horizontes (Figura 3.2), descritos a seguir (Brandt, 2005; Multigeo, 2006): CAP (capeamento
26
ou cobertura argilosa, denominada como ‘Argila de Belterra’); BN (bauxita nodular pisolítica
e/ou de concreção); BNC (bauxita nodular cristalizada); LF (laterita ferruginosa e/ou laterita
ferruginosa gibisítica); BC (bauxita cristalizada) que é a bauxita que possui maior teor de
alumina e explotada pela MPSA; BCBA (bauxita cristalizada associada à bauxita micro e/ou
criptocristalizada); BA (bauxita associada à argila variegada) e ARV (argila variegada com ou
sem fragmentos bauxíticos). As sequências de bauxita na região de Paragominas se estendem
por uma extensão de 927 km2, com altitudes médias de 80 m e teores variáveis (Tabela 3.1).
Figura 3.2 – Perfil geológico da região de Paragominas (Multigeo, 2006)
Tabela 3.1 – Teores (%) de alumina e de sílica no Platô Miltônia (Brandt, 2005)
Descrição
Média
Mínima
Máxima
Média
Mínima
Máxima
Bauxita Cristalizada
Alumina
50,47
48,80
52,20
Sílica Reativa
3,98
3,00
4,95
27
Bauxita Nodular
44,42
40,36
49,17
4,49
3,47
4,99
3.3.1. Capeamento Argiloso (CAP)
O capeamento argilo-arenoso gibbsítico possui coloração cinza claro na superfície e marrom
claro em profundidade, relativamente homogêneo, denominado Argila de Belterra. Possui
espessuras menores nas bordas e pode atingir até 20 metros nas porções centrais dos platôs. O
contato é bem definido com a LF, mas a ocorrência é pouco comum. Quando ocorre, é
comum em áreas só de LF ou em áreas com bauxita bem pobre. O contato com a o horizonte
de BNs é do tipo gradacional contendo, nas porções mais basais da camada, milimétricos
fragmentos ou nódulos gibbsíticos e/ou pisolitos ferruginosos associados.
3.3.2. Bauxita nodular (BN)
É uma variedade de bauxita que ocorre sempre no topo do perfil laterítico. Possui forma
predominantemente granular, ocorrendo também em forma pisolítica e/ou nodular. Este
horizonte tem como característica a presença de nódulos arredondados de gibbsita finamente
cristalina, englobando nódulos e pisólitos ferruginosos, de proporções variáveis sendo
distribuídos em uma matriz argilosa, caulínica, de aparência similar à da argila do
capeamento. O tamanho dos nódulos e o grau de cristalização aumentam e a proporção de
pseudopisolitos ferruginosos reduz no sentido da base. Em profundidade, o horizonte é
gradacional para a fácies nodular cristalizado (BNC). Tem uma espessura média de camada
de 2,09 m, variando entre 1,17 e 2,85 m. O contato com o capeamento argiloso é geralmente
gradacional, evidenciado pela diminuição de nódulos de bauxita à medida que se aproxima do
mesmo.
Na base da bauxita nodular, ocorre uma camada de laterita maciça, chamada de laterita
ferruginosa (LF), recortada por canais e bolsões de argila e/ou em forma de nódulos porosos
ou não cimentados por laterita ferruginosa, visivelmente distinta da bauxita nodular devido à
sua tonalidade vermelho escura resultante do aumento do conteúdo de Fe2O3. Essa zona de
laterita é muito rica em óxido/hidróxido de ferro, podendo conter localmente, alto percentual
de alumina. A análise química deste material bruto mostra teores de Al2O3 total em torno de
44,42% (máxima de 49,17% e mínima de 40,36%) e SiO2 total em torno de 4,49% (máxima
de 4,99% e mínima de 3,47%).
28
3.3.3. Bauxita Cristalizada (BC)
Este pacote constitui a parte mais importante do minério de bauxita, sendo composta
predominantemente por óxidos hidratados de alumínio, principalmente gibsita, podendo
ocorrer na forma homogênea, de coloração marrom escura, com um elevado grau de
cristalização e dureza, e diferentes estágios de cristalização e heterogeneidade, com nítida
presença de cristais de gibsita.
A bauxita compacta ocorre sob a forma de pacotes sedimentares com espessura média de 1,70
m, com variações entre 0,60 e 3,30 m. Esta camada de bauxita pode ser subdividida em
algumas faixas de acordo com sua mineralogia e textura. A faixa superior é formada por uma
camada dura de bauxita ferruginosa e quartzosa. A faixa intermediária do pacote, com
variações de dimensões, lateral e vertical, é caracterizada por uma bauxita de aspecto textural
bastante diversificado, dentre os quais se destacam os tipos sacaróide, porosa, granular e
predominantemente celular. A análise química deste material indicou teores de Al2O3 total em
torno de 50,47% (máxima de 52,20% e mínima de 48,80%) e de SiO2 total de 3,98% (máxima
de 4,95% e mínima de 3,0%).
3.3.4. Bauxita Cristalizada com Bauxita Amorfa (BCBA)
Bauxita cristalizada associada ou não a bauxitas porcelanadas, de cor cinza claro a marrom
claro. Em geral preserva, em maior ou menor escala, dependendo do estágio evolutivo,
características texturais do protominério sedimentar. O contato com a litologia subjacente
(BA) é também gradacional. O interfácies utilizado na separação das duas litologias é
caracterizado pelo aumento excessivo de matriz argilosa com aparecimento de indícios de
caulinização (argila variegada). Tem espessura média variando em torno de 1,0 metro em
Miltônia 3 e 0,50m em Miltônia 5.
3.3.5. Bauxita Amorfa (BA)
Esta bauxita representa o fácies caulinizado do perfil laterítico. O percentual mínimo de
bauxita em relação a matriz argilosa, para ser considerada BA, fica em torno de 15 a 20%
(Multigeo, 2006).
29
3.3.6. Argila Variegada (ARV)
Argila variegada ou saprolito caulinizado, podendo ou não conter traços bauxíticos. Delimita
a base do perfil laterítico, sendo representada por camadas de argilas de cor clara,
basicamente cauliníticas, que gradam para caulim ou sedimentos alterados. No contato ou
dentro do pacote de argila variegada, ocorrem pequenos blocos de bauxita granular de
coloração rosada. Estas argilas, próximas do contato com a camada de bauxita, mostram-se
totalmente desestruturadas, porém, apresentando camadas estratificadas à medida que se
aprofunda no perfil.
A produção de bauxita no complexo MPSA é subdividida em três fases: lavra, beneficiamento
e transporte do produto por mineroduto para refinaria até Barcarena (PA).
3.4. PROCESSOS DE LAVRA DA BAUXITA NA MPSA
Em função das características geométricas e espaciais do depósito de bauxita (ocorrendo em
platôs planos, com os corpos mineralizados com espessuras médias de 1,6 m no platô M3 e de
1,2 m no platô M5 e em forma tabular e horizontalizado, com capeamentos médios da ordem
de 11,4 m no M3 e 10,2 m no M5), o método de lavra empregado na MPSA é o de lavra em
tiras (strip mining). O método consiste basicamente em lavrar a jazida em tiras sucessivas,
sendo o estéril removido de uma dada tira lançado na cava resultante da lavra da tira
imediatamente anterior. Isso resulta na minimização da distância de transporte do estéril, fator
importante para a atividade extrativa em questão, em face da elevada relação estéril/minério,
que é da ordem de 7,5 em volume (Sampaio et al, 2005). Outra característica relevante é o
fato de a área degradada poder ser recuperada pouco tempo após a lavra, minimizando os
impactos ambientais.
Os recursos medidos na área atual de lavra (Platô M3) são da ordem de 98 milhões de
toneladas, o que representa uma vida útil estimada de 20 anos. A cada ano, é lavrada uma área
de aproximadamente 210 hectares, de forma operacional inteiramente mecânica, sem a
necessidade de desmonte de rochas, composta basicamente por quatro etapas que serão
detalhadas a seguir:
30
•
Desmatamento e limpeza das áreas de lavra;
•
Remoção, estocagem e espalhamento do solo orgânico;
•
Decapeamento da camada de bauxita;
•
Escarificação da camada de bauxita;
•
Escavação e carregamento da bauxita;
•
Transporte da bauxita;
•
Recuperação ambiental da área lavrada.
3.4.1. Desmatamento e Limpeza
As áreas do depósito de bauxita apresentam cobertura vegetal de diferentes aspectos. Parte
das áreas encontra-se totalmente desmatada e explorada para fins agropecuários e o restante
encontra-se coberto por matas, na maior parte, secundárias. O desmatamento (Figura 3.3) é
realizado por trator de esteiras, com apoio eventual de caminhões e pás carregadeiras.
Figura 3.3 – Operações de desmatamento na região do Platô Miltônia
As árvores com madeira de lei são marcadas e estocadas para destinação final de acordo com
as premissas recomendadas pelo IBAMA. As demais são derrubadas pelo trator de esteiras e,
em seguida, desgalhadas e cortadas em toras com motosserra. As toras são empurradas para o
fundo da cava resultante da extração da bauxita e soterradas pelo estéril de decapeamento por
tratores. As galhadas remanescentes são removidas juntamente com o solo orgânico (topsoil).
31
O solo orgânico, juntamente com as sobras de galhadas resultantes do desmatamento, é
estocado sob a forma de pilhas, em locais próximos às áreas de lavra, sendo utilizadas para a
reabilitação das áreas degradadas.
3.4.2. Sequenciamento da lavra
A Figura 3.4 apresenta a sequência de operações do sequenciamento da lavra aplicadas na
MPSA (Multigeo, 2006), constituída pelas seguintes etapas (seis seções de lavra):
•
Seção lavrada de bauxita;
•
Trator de esteiras cortando o material de capeamento e preenchendo o espaço
anteriormente ocupado pela camada da bauxita (minério), formando uma superfície
regular e plana;
•
Trator de esteiras construindo uma plataforma, com altura variável em função da
relação estéril/minério, sobre a qual irá posicionar-se a escavadeira;
Figura 3.4 – Sequência de Lavra utilizada pela MPSA (Multigeo, 2006)
32
•
Trator de esteiras transportando o estéril escavado até as bordas da tira em
preparação; uma escavadeira, posicionada sobre a superfície formada pelo
preenchimento da cava (ou sobre a plataforma, se for o caso), retoma o material
acumulado pelo trator e o deposita na sua retaguarda, num giro de 180º;
•
Trator de esteiras posicionado à retaguarda da escavadeira, visando espalhar e
regularizar a pilha de estéril, preparando-a para ser revegetada em sequência;
•
Lavra da zona de bauxita desbloqueada, com deslocamento dos equipamentos de
decapeamento para outra área.
3.4.3. Limpeza da Superfície do Minério e Escarificação
A camada de bauxita cristalina é bastante compacta e, na maior parte das vezes, necessita de
afrouxamento prévio à escavação. Uma das formas de promover esse afrouxamento seria
através do uso de explosivos. Entretanto, para diminuir os impactos ambientais, optou-se pelo
desmonte a frio por meio de escarificação.
A escarificação é executada com a adaptação de escarificadores em tratores de esteira. Depois
da escarificação, a superfície é regularizada com motoniveladora, para facilitar o trabalho da
escavadeira e possibilitar o tráfego de caminhões que irão transportar a bauxita até a britagem
primária.
3.4.4. Escavação do Minério e Recuperação Ambiental das Áreas Lavradas
Uma vez escarificada, a bauxita será escavada e carregada em caminhões basculantes, por
meio de escavadeiras hidráulicas, trabalhando na parte superior da camada a escavar. Diante
da pequena espessura da camada de bauxita (aproximadamente 1,5 m), obtém-se uma boa
eficiência e boa seletividade de escavação.
O transporte da bauxita é efetuado por caminhões basculantes até a britagem primária. O
caminhão carregado nas frentes de lavra transita sobre a camada de bauxita até um dos
acessos perpendiculares às tiras, por onde fará o restante do percurso até o britador primário.
33
Em seguida, tem início a fase de recobrimento das frentes de lavra recém-mineradas
utilizando-se tratores-esteira que, além de recobrirem o corte minerado, são utilizados também
para escarificarem o solo depositado no local (Figura 3.5). A última camada de solo
depositada é o topsoil, para que seja feita a revegetação da área degradada. O topsoil pode
conter ou não restos vegetais sendo que, quando não se tem componentes orgânicos da
vegetação, a revegetação é realizada de forma manual e tem eficiência similar à da operação
mecanizada.
Figura 3.5 – Operações de recapeamento do solo após o processo de lavra
3.5. PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO DA BAUXITA NA MPSA
O objetivo do beneficiamento é enquadrar a bauxita nas especificações granulométricas e
químicas do processo de fabricação de alumina e, em função disso, a planta industrial da
MPSA é subdividida em duas linhas paralelas de circuitos semelhantes. Cada linha conta com
um moinho tipo SAG seguido por um moinho de bolas e um britador.
Resumidamente, o processo de beneficiamento realiza-se através de quatro estágios distintos:
Britagem (primária e secundária) e estocagem em pilhas, moagem grosseira, deslamagem e
moagem fina, desaguamento e peneiramento final. Durante todo o processo de beneficiamento
ocorre simultaneamente a recuperação da água que retorna para o processo produtivo, e a
consequente disposição de rejeitos.
34
A Figura 3.6 apresenta o fluxograma básico do processo, em dois circuitos distintos. Uma vez
que a argila é a principal fonte de sílica reativa, a fragmentação primária, realizada em dois
estágios por britadores de rolos dentados (sizers) e um moinho SAG, expõe a argila
incorporada à matriz gibsítica. Em seguida, o material que sai do moinho SAG é descarregado
em uma peneira vibratória horizontal, cujo undersize segue uma sequência de duas etapas de
classificação realizadas numa série de hidrociclones. A fração fina, combinada destas etapas,
é deslamada em hidrociclones, cujo overflow é depois espessado e bombeado para o sistema
de disposição de rejeitos. A fração grosseira do estágio de deslamagem é desaguada antes de
ir para o produto final da usina. A fração grosseira dos primeiros dois estágios de
hidrociclonagem é bombeada para o circuito do moinho de bolas, o qual também processa o
oversize da peneira do moinho SAG, que é previamente britado em um britador de impacto
(Costa, 2010).
Figura 3.6 – Fluxograma simplificado do processo de beneficiamento da MPSA (VALE
2010)
O circuito do moinho de bolas compreende uma configuração convencional em circuito
fechado com hidrociclones, cujo overflow é desaguado e peneirado antes de ir para tanques de
estocagem de produto final. O peneiramento final é conduzido em peneiras tipo DSM para
garantir a especificação de top size. Uma combinação de hidrociclones e espessadores é usada
35
para recuperar a água de recirculação da usina e os rejeitos são bombeados para diques de
contenção.
3.6. TRANSPORTE DOS MINÉRIOS PROCESSADOS
O minério beneficiado na usina industrial da MPSA, sob a forma de polpa e contendo 50% de
concentração de sólidos, é enviado para a Alunorte (Barcarena/PA), por meio de um
mineroduto de 244 km de extensão e 24” de diâmetro (Figura 3.7), que atravessa sete
municípios (Paragominas, Ipixuna do Pará, Tomé-Açu, Acará, Mojú, Abaetetuba e
Barcarena), quatro grandes rios (Capim, Acará Mirim, Acará e Mojú) e também quatro
rodovias estaduais. Na refinaria da Alunorte, a polpa é desaguada, em filtros de pressão
hiperbárica, até se obter um produto final com 12% de umidade.
Figura 3.7 – Trajeto do mineroduto da MPSA até Barcarena/PA (VALE 2010)
36
A MPSA é a primeira empresa do mundo a utilizar um mineroduto para escoamento de
bauxita (Gandhi et al., 2008) e, no laboratório mantido nas instalações da própria empresa,
algumas características da polpa são monitoradas continuamente para fins de controle e de
especificações técnicas, particularmente em termos de
reologia, densidades e de sua
distribuição granulométrica.
3.7. SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS DA MPSA
Os rejeitos em polpa provenientes da planta de beneficiamento da MPSA apresentam uma
concentração de sólidos entre de 33 e 35%, são pré-adensados em espessadores convencionais
e lançados em diques de contenção que ocupam uma área aproximada de 5400 ha, distantes 3
km da planta. Dos espessadores até às barragens, os rejeitos são transportados, através de duas
linhas de tubos de aço carbono, com diâmetro de 20″.
O sistema de reservação dos rejeitos (Figura 3.8) é constituído por quatro reservatórios
seqüenciais (Barragens B1/B2/B3/B4), delimitados pelos Diques B1/B2/B3/B4, que recebem
os rejeitos provenientes da planta industrial. Estes diques intermediários são limitados, a
montante e a jusante, por duas outras estruturas, que são:
• Barragem B5: estrutura situada mais a montante do sistema, projetada para barramento e
proteção das nascentes locais e interligada a um canal de contorno localizado na margem
esquerda (CME) do sistema;
• Dique B6: estrutura situada mais a jusante do sistema, projetada para a recuperação e
clarificação das águas efluentes das barragens B1/B2/B3/B4.
37
Planta de Beneficiamento
B1
Canal de Contorno B2
B6
Dique Teste
B3
B4
B5
Figura 3.8 – Sistema de disposição de rejeitos da MPSA
A metodologia de disposição é baseada na operação cíclica dos reservatórios das barragens
B1/B2/B3/B4, em períodos sequenciais de 10 dias, considerando períodos de 30 dias durante
o período de estiagem (abril a dezembro) e 60 dias para o período chuvoso (dezembro a
março), para secagem e ressecamento dos rejeitos de cada baia, pelas ações combinadas da
drenagem de fundo, drenagem superficial e pela evaporação local. Considerou-se inicialmente
8 ciclos de lançamento por ano, sendo 6 lançamentos no período de seca e 2 no período
chuvoso.
A metodologia utilizada permite que, durante a disposição de rejeitos em qualquer uma das
barragens, as demais estejam submetidas a processos de decantação dos sólidos e ao
esgotamento da água pelo processo de infiltração, evaporação e fluxo para a barragem B6,
para clarificação e recirculação para o processo de beneficiamento. Após o período de
adensamento/secagem do rejeito lançado, a lama tende a atingir teores de sólidos finais entre
50 a 75%, comumente para espessuras lançadas da ordem de 50 cm. Nas fases iniciais do
processo, os rejeitos foram lançados livremente para fins de regularização da área e
conformação das grandes bacias de deposição.
38
As Barragens B1 a B4 foram projetadas a partir de diques de partida para conformação de
grandes áreas dos reservatórios, com o intuito de realizar as operações do sistema de
ressecamento. Considerando os grandes volumes desta estrutura inicial, optou-se por uma
execução da mesma em três etapas (fase inicial, executada em 2005/2006, alteamento
emergencial executado em 2008 e alteamento final em 2009/2010). Estas etapas
contemplaram períodos de disposição de rejeitos para dois anos. Nas fases seguintes, foram
previstos alteamentos sucessivos, a serem executados segundo concepções e arranjos distintos
para as diferentes barragens.
O dique B5 foi projetado para ser implantado em duas etapas: execução do barramento até a
cota 72,0 m (realizada em 2005/2006), subdividida em três estágios de construção, e
complementação do barramento até a crista atingir a cota 93,0 m. O dique B6 foi
originalmente proposto para ser executado em duas fases (cristas nas cotas 56,0 e 62,0 m),
mas, durante a elaboração do projeto executivo, verificou-se que, para facilitar a implantação
do sistema de bombeamento, seria mais eficiente executá-lo em uma única etapa, o que foi
efetivamente realizado em 2006.
As barragens B1 a B4 foram dimensionadas para terem oito alteamentos, enquanto que a
barragem B5 foi dimensionada para três alteamentos a partir do dique de partida (Figura 3.9).
A Barragem B1 foi projetada pelo método de montante, as barragens B2, B3 e B4, pelo
método de linha de centro e a Barragem B5, pelo método de jusante (Tabela 3.2).
Tabela 3.2 – Características gerais das barragens do sistema de rejeitos da MPSA
Barragens
Método Construtivo
Número de Alteamentos
Previstos
B1
B2/B3/B4
B5
B6
alteada p/ montante
linha de centro
alteada p/ jusante
dique de partida
8
8
3
-
39
Alteamentos por montante
Dique de partida para a
produção de 9,9 MTPA
(a)
Alteamentos por linha de centro
(b)
(c)
1ª etapa
2ª etapa
3ª etapa
Dique de partida para a produção de 4,95 MTPA
Base para a produção de 9,9 MTPA
Figura 3.9 – Seções típicas das barragens MPSA: a) B1; b) B2 a B4; c) B5
Os diques de partida foram executados em três etapas: entre 2005 e 2006, foram construídos
os diques de partida das barragens B1 a B4 para atender a disposição de rejeitos por um
período de 2 anos e nesta época também foram construídos os diques B5 e B6 e dois canais de
40
contorno, um na margem esquerda e outro na margem direita, que foi posteriormente
desativado devido aos alteamentos das barragens B1 a B4.
Na segunda etapa, realizaram-se os alteamentos dos diques de partida das Barragens B1 a B4
e da base da Barragem B5, sendo realizada esta etapa em 2008, garantindo-se a disposição de
rejeitos até junho de 2009. Em 2009, foram iniciadas as atividades relacionadas à terceira
etapa, relativas ao 2º Alteamento dos diques de partida. Esta etapa também foi dividida em
duas fases:
•
Fase I: executada no período de estiagem de 2009, em condições para garantir a
disposição dos rejeitos pelo período de 1 ano;
•
Fase II: executada no período seco de 2010, garantindo-se a disposição de rejeitos por
mais 1 ano, e construção de novo canal da margem esquerda em cota mais elevada.
Entretanto, as condições operacionais da planta e do sistema de disposição implicaram uma
aceleração das etapas e a necessidade imposta de reanálise global das premissas do sistema de
disposição de rejeitos da Mineração Paragominas. Desta forma, no contexto da realidade
atual, a cota final de alteamento da Barragem B5 já foi alcançada em 2011, ao passo que as
cotas finais das demais barragens deverão ser atingidas no período 2011/2012, muito
provavelmente já no quinto alteamento (Tabela 3.3).
Tabela 3.3 – Cotas finais e dos alteamentos das barragens
Barragens
Cota
Construção
2007
(m)
Cota
Alteamento
2008
(m)
Cota
Alteamento
2009
(m)
Cota
Alteamento
2010/11
(m)
Cota
Alteamento
2011/12
(m)
Cota
Final
(m)
B1
65,20
68,90
71,20
73,20
82,80
87,20
B2
67,20
69,50
72,00
74,50
85,30
88,40
B3
67,55
70,70
73,00
77,50
86,50
89,40
B4
69,17
70,70
74,00
77,60
87,50
90,40
B5
75,00
75,00
75,00
79,00
93,00
93,00
41
O sistema extravasor das barragens de contenção possui concepções distintas. No caso da
Barragem B1, o sistema está localizado na ombreira direita e é constituído por uma galeria de
fundo horizontal e duas galerias inclinadas associadas à tulipa, chamada de “galeria tulipa”.
As tulipas são compostas por stop logs que barram a lama à medida que esta passa a ocupar o
reservatório. Nas barragens B2 e B4, pelo posicionamento de ambas, não se fez necessária a
adoção de extravasores, pois o fluxo é controlado pela ombreira esquerda e pelas barragens
B3 e B1. Na barragem B5, o sistema extravasor é composto por uma estrutura de concreto,
assente em terreno natural na ombreira esquerda e associada ao canal situado na margem
esquerda.
As barragens são instrumentadas com piezômetros tipo Casagrande, medidores de nível
d’água (MNA) e marcos superficiais. Os piezômetros são constituídos por uma célula
piezométrica feita de tubo PVC de φ = 1'', com furos de 1/8'', opostos diametralmente a cada
2 cm. O tubo é envolvido com uma tela de nylon de 1mm ao longo de todo seu comprimento
(2 m). A ligação entre a célula piezométrica e a superfície é feita por meio de um tubo PVC
de 3/4″. Os marcos topográficos medem os deslocamentos verticais e horizontais da crista da
barragem, consistindo de pinos metálicos chumbados em pilaretes de concreto, sendo as
medições efetuadas topograficamente. Para fins de monitoramento de chuvas e evaporação,
foram instalados também um pluviômetro e um tanque classe A no entorno das barragens,
bem como réguas para o monitoramento dos recalques ocorridos durante a fase de
ressecamento dos rejeitos.
42
CAPÍTULO 4
CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS DA MPSA
4.1. INTRODUÇÃO
A avaliação de um determinado sistema de contenção de rejeitos em polpa compreende a
análise prévia das propriedades dos rejeitos em si por meio de ensaios de laboratório, em
termos da natureza física da fase sólida, da natureza química da fase líquida e das
propriedades de interação entre estas fases. A caracterização dos rejeitos inclui ensaios
geotécnicos e não geotécnicos como, por exemplo, ensaios de composição mineralógica e
química destes resíduos, o que o envolve, portanto, uma abordagem mais abrangente e de
natureza tecnológica (Gomes, 2010).
Para a campanha de ensaios de laboratório dos rejeitos de bauxita da MPSA, foram coletadas
amostras diretamente no ponto de lançamento do espigote localizado na ombreira direita da
barragem B3 do empreendimento. As amostras, armazenadas em duas ‘bombonas’ de 50l de
capacidade, foram enviadas pela MPSA ao Laboratório de Geotecnia da UFOP, em Ouro
Preto/MG. A Tabela 4.1 apresenta a relação e os quantitativos dos ensaios de caracterização
geotécnica realizados com estes rejeitos, incluindo-se os ensaios especiais HCT com bomba
de fluxo, para determinação das leis constitutivas de compressibilidade e de permeabilidade
dos rejeitos estudados.
Tabela 4.1 - Relação dos ensaios de caracterização geotécnica dos rejeitos da MPSA
Item
Ensaio
N0 ensaios
Referência
1
Teor de umidade
02
NBR-6457 (ABNT, 1986)
2
Densidade Real dos Grãos
02
NBR-6508 (ABNT, 1984)
3
Granulometria Completa
02
NBR-7181 (ABNT, 1984)
4
Limite de Liquidez
02
NBR-6459 (ABNT, 1984)
5
Limite de Plasticidade
02
NBR-7180 (ABNT, 1984)
6
Adensamento Convencional
01
Ferreira (2011)
7
Adensamento HCT
03
Cançado (2010)
43
Adicionalmente, foram realizados ensaios não geotécnicos, compreendendo análises
mineralógicas e químicas da fase sólida do rejeito por difração de raios-X e por meio do
ensaio de plasma de acoplamento indutivo (ICP), respectivamente. No caso da análise
difratométrica, a interação de ondas de raios-X com os planos de repetição sistemática da
estrutura sólida cristalina permite a determinação das distâncias interplanares e,
consequentemente, a caracterização da natureza dos minerais presentes na amostra.
A espectrometria de absorção atômica, por outro lado, é uma técnica que utiliza o princípio da
emissão espectral, mediante a correlação entre a absorção atômica e a espectrometria de
emissão, em função da liberação de energia pelos átomos dos elementos químicos presentes.
O princípio de funcionamento do ICP é baseado na produção do espectro a partir da
nebulização da amostra em solução no interior de um plasma de argônio sob elevadas
temperaturas.
A campanha experimental, envolvendo ensaios de laboratório e de campo, compreendeu a
sistemática de modelação física do sistema de disposição dos rejeitos de bauxita em diquestestes construídos na área da MPSA. Os ensaios de laboratório incluíram a determinação
diária dos teores de umidade e de sólidos de amostras dos rejeitos coletadas em diferentes
estágios do processo de secagem. Os ensaios de campo incluíram medidas da densidade da
polpa com balança Marcy, monitoramento das variáveis ambientais de pluviometria e
evaporação e medições de permeabilidade dos solos locais com permeâmetro de Guelph.
Estes ensaios e os resultados obtidos estão apresentados e discutidos nos Capítulos 5 e 6 desta
dissertação.
4.2. ENSAIOS PRELIMINARES
Após homogeneização completa da amostra da lama espessada coletada no ponto de
lançamento da Barragem B3 (Figura 4.1), determinou-se o teor de sólidos (ψ) presentes a
partir da determinação prévia do teor de umidade (w) segundo os procedimentos da Norma
NBR-6457 (ABNT, 1986), com a amostra sendo mantida em estufa por um período de 24
horas, sob temperaturas entre 105º e 110ºC. A densidade dos grãos (Gs) foi obtida pelo
44
método do picnômetro da norma NBR 6508 (ABNT, 1984). Os valores dos parâmetros
iniciais da amostra do rejeito estão indicados na Tabela 4.2.
Tabela 4.2 – Parâmetros iniciais da amostra dos rejeitos da MPSA.
winicial (%)
ψinicial (%)
Gs
γs (kN/m3)
218,25
31,42
2,67
26,2
Figura 4.1– Amostra de rejeito fino de bauxita da MPSA
A determinação do pH do rejeito foi realizada de acordo com o método prescrito pelo Instituto
Agronômico de Campinas (Camargo et al., 2009). Foram realizadas medidas do pH em água e
em solução de KCl 1N. As medições de pH foram feitas em um equipamento pHmetro
Digimed DM-22 VI.2, cuja prévia calibração foi efetuada com as soluções tampão Digimed –
pH 4,0 e 7,0 e 228 mV. Os resultados obtidos mostraram valores de pH do rejeito iguais a
5,33 para determinação em água e 5,90 para medida em solução de KCl 1N.
4.3. ENSAIOS DE GRANULOMETRIA
A determinação da granulometria foi feita de acordo com a Norma NBR 7181 (ABNT, 1984),
por meio de um ensaio utilizando hexametafosfato de sódio como defloculante (45,7g por
litro de água destilada) e outro ensaio somente com água destilada (condição esta mais
representativa do comportamento real do rejeito no campo, uma vez que se faz, em escala
45
real, a adição inclusive de floculantes para acelerar o processo de adensamento dos rejeitos
nos reservatórios das barragens). As curvas granulométricas correspondentes a ambos os
ensaios estão indicadas nas Figuras 4.2 e 4.3, com a distribuição textural sendo indicada na
Tabela 4.3.
Porcentagem que Passa (%)
Peneiras
200 140 100 60 40 20 10
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
4
3/8 1/2 1" 11/2
Granulometria
0,01
0,1
1
10
100
Diâmetro dos Grãos (mm)
Figura 4.2 – Curva granulométrica do rejeito MPSA sem a utilização de defloculante
Porcentagem que Passa (%)
Peneiras
200 140 100 60 40 20 10
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
4
3/8 1/2 1" 11/2 2"
Granulometria
0,01
0,1
1
10
100
Diâmetro dos Grãos (mm)
Figura 4.3 – Curva granulométrica do rejeito MPSA com a utilização de defloculante
46
Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de granulometria (NBR 7181)
Ensaio
Natureza
I
II
com defloculante
sem defloculante
Argila
Silte
49,1
2,5
48,8
89,8
Granulometria (%)
Areia
Pedr.
D50 (µm)
2,0
7,7
0,0
0,0
D90 (µm)
2,0
9,0
10,0
27,0
A tendência à floculação da fração fina dos rejeitos de bauxita da MPSA tende a ocorrer para
partículas de tamanhos inferiores a 0,06 mm (e particularmente para aquelas abaixo de 0,01
mm), evidenciada pelas curvas granulométricas francamente distintas do rejeito, obtidas com
e sem o uso de defloculante. Assim sendo, os aditivos floculantes de processo mostram-se
atuantes de forma efetiva em campo, em princípio vinculada a um ambiente deposicional
tranquilo, embora eventuais efeitos de turbulências derivadas da dinâmica do fluxo de
disposição possam alterar sobremaneira a uniformidade e constância desse processo.
4.4. ENSAIOS DE LIMITES DE CONSISTÊNCIA
Para a determinação dos valores do limite de liquidez (LL ou wL) dos rejeitos, foram
ensaiadas amostras na umidade natural e seca previamente em estufa, de acordo com a Norma
NBR 6459 (ABNT, 1984). Para a amostra ensaiada em sua umidade natural (sem secagem
prévia), o valor obtido foi de LL igual a 64%, ao passo que, para a condição mais crítica de
preparação (amostra seca em estufa), o valor foi LL igual a 57,4% (Figuras 4.4 e 4.5). Nos
ensaios realizados para a obtenção do Limite de Plasticidade (LP ou wP), os valores
encontrados foram de LP 30,9% e 31,9%, para as amostras sem secagem prévia e seca em
estufa, respectivamente, de acordo com a Norma NBR 7180 (ABNT, 1984). Os valores de IP
(Índice de Plasticidade) nos dois ensaios resultaram, portanto, em 33,1% e 25,5% (Tabela
4.4), respectivamente.
Tabela 4.4 – Resultados dos ensaios de consistência
Ensaio
Natureza
LL (%)
LP (%)
IP (%)
I
Amostra na umidade natural
64
30,9
33,1
II
Amostra seca em estufa
57,4
31,9
25,5
47
LIMITE DE LIQUIDEZ
64,8
TEOR DE UMIDADE(%)
64,6
64,4
64,2
64,0
63,8
63,6
63,4
63,2
63,0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
NÚMERO DE GOLPES
Figura 4.4 – Gráfico de limite de liquidez para amostra ensaiada em umidade natural
LIMITE DE LIQUIDEZ
59,0
TEOR DE UMIDADE(%)
58,5
58,0
57,5
57,0
56,5
56,0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
NÚMERO DE GOLPES
Figura 4.5 – Gráfico do limite de liquidez para amostra seca em estufa
Lançando-se estes resultados no Gráfico de Plasticidade de Casagrande (Figura 4.6), observase que ambos os pontos estão situados nas vizinhanças imediatas da chamada ‘Linha A’ do
gráfico, de equação IP = 0,73(LL – 20), caracterizando, assim, os rejeitos como materiais
48
finos (tipicamente interfaces siltes/argilas) de elevada plasticidade (valores de LL entre 50 e
70%). Os valores elevados de LL caracterizam ainda os rejeitos como materiais de alta
compressibilidade.
Figura 4.6 – Resultados das amostras ensaiadas dos rejeitos (Gráfico de Casagrande)
4.5. CTC E DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X
Um ensaio de Capacidade de Troca Catiônica (CTC) foi realizado nos rejeitos da MPSA de
acordo com o método prescrito pelo Manual de Métodos de Análise de Solo (EMBRAPA,
1997). A capacidade de troca catiônica expressa a quantidade de cátions que é passível de ser
adsorvida ou intercambiável pela fração fina dos rejeitos, decorrente de desequilíbrios das
cargas elétricas nas partículas devido a substituições isomórficas e que pode influenciar
fortemente algumas propriedades tecnológicas dos rejeitos. O valor médio da CTC do rejeito
estudado foi de 4,88 cmol/kg, caracterizando um baixo potencial de CTC (Ferreira, 2011).
Os resultados dos ensaios de difração de raios-X realizados em amostra do rejeito de bauxita
da MPSA estão apresentados Figura 4.7, evidenciando-se a presença relevante dos seguintes
minerais: caulinita, gibsita, goethita e hematita. Um parâmetro adicional que pode ser aferido
é a chamada atividade destes argilominerais presentes no rejeito. Entende-se por atividade (A)
o potencial da fração argila em conferir plasticidade e coesão um determinado solo (ou
rejeito), sendo expressa pela relação entre o índice de plasticidade e a porcentagem em peso
49
das partículas do material com diâmetros menores que 0,002 mm. Verifica-se, neste caso, que
os argilominerais presentes no rejeito são considerados inativos (A < 0,75).
Figura 4.7 – Difratograma de Raios-X do rejeito analisado
4.6. ANÁLISE QUÍMICA DOS REJEITOS
A determinação dos componentes químicos presentes no rejeito foi realizada por meio de
espectrofotometria de emissão atômica com fonte de Plasma (ICP) no Laboratório de
Geoquímica, da Universidade Federal de Ouro Preto. O ICP é baseado num processo de
ionização dos átomos, sendo uma das técnicas mais sensíveis e rápidas de análise
multielementar da atualidade, permitindo análises tanto em amostras sólidas quanto em
amostras líquidas.
A primeira etapa do processo de análise é a atomização, na qual uma amostra é volatilizada e
decomposta de tal forma que produza íons e átomos em fase gasosa. O espectro ótico de
emissão atômica é composto por uma região do espectro de emissão da luz (fótons),
correspondente à energia emitida em um determinado comprimento de onda. Cada elemento
tem um espectro característico, sendo a concentração proporcional à intensidade dos fótons.
Os resultados mostram a presença dos elementos ferro (Fe), alumínio (Al), titânio (Ti),
zircônio (Zr) e enxofre (S), com demais elementos apresentando concentrações muito
inferiores a dos elementos destacados (Tabela 4.5). Sendo o rejeito um alumino-silicato, seria
previsível um teor elevado de silício; entretanto, em função da própria técnica de preparação
50
da amostra para a realização do ensaio, que envolve a sua solubilização em ácido fluorídrico
(HF), resulta a eliminação do silício por evaporação.
Tabela 4.5 – Resultados da análise química do rejeito analisado
Elemento
Al
Ba
Ca
Co
Cr
Fe
K
Mg
Mn
Na
Valor
(mg/kg)
240134,00
26,76
101,40
17,08
110,2
103904
127,1
49,57
153
92,00
Elemento
P
S
Sc
Sr
Th
Ti
V
Y
Zn
Zr
Valor
(mg/kg)
177,7
356,20
4,598
27,35
51,6
8997
265,3
18,1
16,7
559
4.7. ENSAIO DE ADENSAMENTO CONVENCIONAL
Ensaios de adensamento convencional e eletrocinético foram realizados com os rejeitos da
MPSA em célula especialmente desenvolvida na UFOP (Ferreira, 2011). A Figura 4.8
apresenta um ensaio convencional em andamento sob uma tensão estática constante de 15 kPa
e a evolução das deformações axiais da amostra ensaiada do rejeito, ao longo de 24 horas de
ensaio. A altura inicial do corpo de prova foi igual a 16,0 cm e a deformação axial total obtida
igual a 57,4% (para uma redução da espessura igual a 91,9 mm).
Figura 4.8 – Ensaio de adensamento e Gráfico de deformações axiais x tempos de ensaio
51
O teor de umidade médio apresentado pela amostra de rejeito, após a realização do ensaio de
adensamento, foi de 76,49%, sendo a porcentagem de sólidos média final de 56,66%
(Ferreira, 2011). Estes valores mostraram-se muito próximos às porcentagens de sólidos finais
alcançadas em períodos de 30 dias de disposição nas barragens de contenção de rejeitos da
MPSA, que são da ordem de 60%, evidenciando o potencial de estabilização dos depósitos de
rejeitos locais de bauxita por meio de sobrecargas.
4.8. ENSAIOS DE ADENSAMENTO HCT COM BOMBA DE FLUXO
O Ensaio HCT com bomba de fluxo constitui uma técnica experimental para a determinação
das relações constitutivas de compressibilidade e de permeabilidade de materiais finos, pelo
método de fluxo induzido por meio de uma bomba de fluxo. Recentemente na UFOP, foi
desenvolvida uma versão avançada deste equipamento, utilizando sistemas conjugados de
aplicação de cargas, reversão de fluxos, aquisição e tratamento automático de dados. Quatro
ensaios (sendo uma réplica) foram realizados neste novo equipamento disponível na UFOP
(Cançado, 2010).
Fez-se previamente uma homogeneização do rejeito, com proporções iniciais de sólidos para
execução dos ensaios, da ordem de 25 a 30% (Figura 4.9), tomando-se uma porção suficiente
para montagem do corpo de prova dos ensaios de adensamento e de permeabilidade HCT,
incluindo os seguintes ensaios complementares: determinação do índice de vazios para a
tensão efetiva nula (e00), determinação do teor de umidade inicial e determinação da massa
específica dos sólidos.
Figura 4.9 – Preparação da amostra do rejeito para os Ensaios HCT
52
Na montagem do corpo de prova, por meio de um funil apoiado na borda superior do tubo de
acrílico da câmara, a lama foi colocada cuidadosamente e em pequenas porções até ser
atingida a altura desejada. Depois de montado, o corpo de prova foi deixado em repouso por
um período de 24 horas para ser submetido ao processo de sedimentação e adensamento sob a
ação do peso próprio. Ao final desta fase, foi feita a medida da altura atualizada do corpo de
prova, sendo esta altura considerada para a determinação do índice de vazios correspondente à
tensão efetiva nula (e00) e da altura reduzida do corpo de prova (Hs).
Em seguida, colocou-se um papel filtro no topo do corpo de prova, adicionando-se água até se
atingir uma altura de aproximadamente 5,0 cm, introduzindo-se em seguida o cabeçote de
acrílico. O cabeçote foi posicionado cuidadosamente, deixando-o descer livremente até se
apoiar no topo do corpo de prova. A câmara interna foi, então, completada com água e, em
seguida, fez-se a montagem e o preenchimento com água da câmara externa da célula triaxial
(Figura 4.10).
Figura 4.10 – Vista geral da câmara triaxial com o rejeito MPSA
Na sequência, foi feita a montagem dos instrumentos de medidas das deformações e
poropressões, fixando-se o transdutor de deformações (LVDT) na estrutura de suporte da
célula e conectando-se o transdutor de pressão com a válvula da base da câmara interna, em
contato com a pedra porosa da base do corpo de prova. O pistão da célula foi, então,
53
destravado e deixado descer lentamente até se apoiar levemente no topo do cabeçote de
acrílico. Nesta condição, o pistão é novamente travado, fazendo-se a medida da altura
atualizada do corpo de prova. Esta medida foi utilizada como referência para a determinação
das variações das alturas do corpo de prova nas fases seguintes do ensaio. Estas fases
seguintes correspondem aos ensaios de adensamento e de permeabilidade propriamente ditos,
com e sem carregamento. Inicialmente, o corpo de prova foi submetido ao adensamento
induzido pela ação das forças de percolação, induzidas pela retirada de água da base da
amostra, por meio de sucção imposta pela bomba de fluxo, com uma vazão de fluxo
previamente programada (Figura 4.11).
Figura 4.11 – Vista geral do equipamento HCT com bomba de fluxo
A imposição de um fluxo descendente resulta no deslocamento das partículas sólidas e
consequentes variações das tensões efetivas, obtidas pelas poropressões geradas na base do
corpo de prova. Numa segunda etapa do ensaio, faz-se a aplicação de cargas, que são, então,
incrementadas gradualmente até se atingir 50 kPa. Esse procedimento leva algo em torno de 1
hora e, então, o corpo de prova é deixado adensar por um período de 24 horas. Na fase final, é
feita a determinação da permeabilidade do corpo de prova previamente adensado. Neste
sentido, é induzido novo fluxo à amostra, agora com valores de vazão bem menores, com a
finalidade de se determinar o coeficiente de permeabilidade correspondente ao estado final do
estágio de adensamento. Para os ensaios realizados, aplicou-se um fluxo com a bomba
operando com uma vazão de 0,15 ml/min.
54
Todos os dados dos ensaios foram obtidos e monitorados eletronicamente, através do novo
sistema de aquisição de dados e da instrumentação eletrônica implementada na aparelhagem.
As deformações verticais foram registradas por um transdutor de deformação linear (LVDT),
enquanto que as poropressões geradas na base do corpo de prova foram obtidas por meio de
um transdutor de pressão. As variações de deformação e de poropressão, captadas por sinais
eletrônicos dos instrumentos de medição, foram enviadas para o sistema de aquisição de
dados, interpretados pelo programa Catman 32, especialmente desenvolvido para efetuar a
codificação dos sinais via calibração prévia dos instrumentos.
As características de compressibilidade e permeabilidade da amostra ensaiada são
estabelecidas pelas chamadas leis constitutivas (‘índice de vazios x tensão efetiva’ e ‘índice
de vazios x permeabilidade’), por meio dos modelos matemáticos desenvolvidos para
representar analiticamente essas relações a partir de valores determinados experimentalmente
nos ensaios realizados, expressas por:
e = A(б’+Z)B
(4.1)
K = CeD
(4.2)
Sendo: A, B, C, D e Z parâmetros constitutivos do material, obtidos pela aplicação do
software SICTA (Abu-Hejleh, A. N. & Znidarcic, D., 1992).
Os valores dos índices físicos iniciais e finais (após adensamento) dos ensaios HCT com
bomba de fluxo, realizados com o rejeito MPSA, estão sistematizados nas Tabelas 4.6 e 4.7,
respectivamente. Os resultados dos ensaios estão indicados nas Figuras 4.12 e 4.13. O ensaio
02 foi realizado apenas como réplica (ensaio de controle) do ensaio 01.
Tabela 4.6 - Valores dos índices físicos iniciais dos ensaios HCT
ÍNDICES FÍSICOS
3
Massa específica dos sólidos (g/cm )
Teor de umidade (%)
3
Massa específica úmida (g/cm )
3
Massa específica seca (g/cm )
Índice de vazios inicial
Teor de sólidos (%) em peso
ENSAIO 01
ENSAIO 03
ENSAIO 04
2,71
325,85
2,71
228,6
2,71
245,68
1,22
1,35
1,20
0,29
8,45
23,48
0,41
5,61
30,43
0,35
6,83
28,93
55
Tabela 4.7 - Valores dos índices físicos finais (adensamento por 48h)
ÍNDICES FÍSICOS
Teor de umidade (%)
ENSAIO 01
280,63
ENSAIO 03
220,32
ENSAIO 04
225,87
1,25
1,33
1,21
Massa específica seca (g/cm )
Índice de vazios (e00)
0,329
7,25
0,414
5,55
0,372
6,28
Altura reduzida (Hs)
Teor de sólidos (%) em peso
Teor de sólidos final (%) em peso
0,75
26,27
60,59
1,03
31,22
60,64
0,898
30,69
60,57
3
Massa específica úmida (g/cm )
3
Índices de vazios x Tensões Efetivas
8
7
Índice de vazios
6
5
Ensaio 1
4
Ensaio 3
Ensaio 4
3
2
1
0
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Tensão Efetiva (kPa)
Figura 4.12 – Gráfico ‘Índices de vazios x Tensões Efetivas’
Permeabilidades x Índices de vazios
8
7
Índice de vazios
6
5
Ensaio 1
4
Ensaio 3
3
Ensaio 4
2
1
0
1,00E-10 1,00E-09 1,00E-08 1,00E-07 1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 1,00E-03 1,00E-02
Permeabilidade (cm/s)
Figura 4.13 – Gráfico ‘Permeabilidades x Índices de Vazios’
56
Com base nos resultados das Figuras 4.12 e 4.1, foram obtidos os parâmetros constitutivos do
rejeito (Tabela 4.8) e suas correspondentes leis de compressibilidade e de permeabilidade,
expressas pelas relações ‘índices de vazios x permeabilidades’ e ‘índices de vazios x tensões
efetivas’ (Tabela 4.9).
Tabela 4.8 – Parâmetros constitutivos do rejeito da MPSA
PARÂMETROS
A
B
Z
C
D
ENSAIO 01
3,98
-0,22
0,063
3,89E-08
6,25
ENSAIO 03
3,46
-0,17
0,073
2,19E-08
6,33
ENSAIO 04
3,9
-0,18
0,065
2,19E-08
6,27
Tabela 4.9 – Leis de compressibilidade e permeabilidade do rejeito MPSA
Ensaio
teor de sólidos
inicial (%)
1
23,5
e = 3,9834 (σ' + 0,0631)
-0,2163
k = 3,8929 x 10 . e
3
30,4
e = 3,4458 (σ' + 0,0733)
-0,1723
k = 2,1879 x 10 . e
4
28,9
e = 3,8983 (σ' + 0,0654)
-0,1754
k = 2,1930 x 10 . e
Lei de compressibilidade
57
Lei de permeabilidade
-8
6,2511
-8
6,3261
-8
6,2665
CAPÍTULO 5
MODELAÇÃO FÍSICA DO SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS
DA MPSA POR MEIO DE DIQUES − TESTES
5.1. BASES DA MODELAÇÃO FÍSICA DOS REJEITOS DA MPSA
Na Mineração Paragominas, os rejeitos de bauxita são previamente adensados em
espessadores convencionais e dispostos, na forma de polpa, em barragens de contenção
escalonadas, visando o ressecamento gradual dos mesmos sob drenagem e evaporação e,
complementarmente, a recuperação de água para o processo, a obtenção de maiores
densidades finais do rejeito com economia de áreas de disposição, bem como a reservação de
polpa com maior densidade e menores teores de umidade, minimizando-se os riscos de
eventuais rupturas. Para a implantação do sistema, admite-se a lama espessada com teores de
sólidos da ordem de 33%.
No processo de disposição subaérea, a lama espessada deve ser lançada nos reservatórios das
barragens de contenção de forma alternada, de forma a permitir o rodízio da disposição e
ciclos de secagem completa dos rejeitos. Neste contexto, o rejeito é depositado em finas
camadas, permitindo-se seu adensamento e drenagem antes do lançamento da camada
seguinte, de modo a produzir uma condição do material mais consistente, com baixas
poropressões e eventualmente sob sucção.
A fase de sedimentação é relativamente rápida e as magnitudes das variações de volume
dependem essencialmente do teor de sólidos inicial da polpa. Nas fases de adensamento e de
ressecamento, a evolução dos recalques ocorre ao longo do tempo, sendo a fase de
ressecamento dividida em estágios unidimensional (contração vertical) e tridimensional, no
qual ocorre a abertura generalizada e a propagação das trincas de ressecamento. As variáveis
ambientais são determinantes no processo de ressecamento, particularmente a evaporação,
que é condicionada primariamente pela radiação solar e, subordinadamente, pelas influências
58
relativas devidas às temperaturas da água e do ar, da pressão de vapor e das correntes de vento
locais.
Neste contexto, a modelação física em escala real constitui uma metodologia bastante
adequada para se aferir a natureza e a magnitude dos fenômenos físicos associados à
disposição subaérea de rejeitos finos de mineração. Nesta abordagem, torna-se possível
avaliar, sob condições controladas e repetidas, o comportamento destes materiais sob
sedimentação, adensamento e ressecamento em estágios sucessivos.
Esta abordagem foi aplicada ao caso dos rejeitos finos de bauxita gerados na MPSA. Numa
fase inicial, ensaios em modelos reduzidos de alvenaria foram construídos para se estabelecer
análises qualitativas e de caráter geral sobre o comportamento da disposição subaérea destes
rejeitos. Numa fase seguinte, quatro diques de grandes dimensões foram construídos em áreateste da MPSA para reavaliação destas análises em escala real. Os fundamentos destes
processos de modelação física são apresentados a seguir.
5.2. MODELAÇÃO FÍSICA PRELIMINAR EM TANQUES DE ALVENARIA
Uma série de quatro tanques com paredes em alvenaria foram construídos em área próxima ao
complexo da MPSA, três deles com seção retangular (para caracterização das taxas de
secagem dos rejeitos nas condições ambientais da região) e um quarto em setor circular, este
específico para avaliação da geometria e formação da praia de rejeitos (Figura 5.1). Réguas de
madeira graduadas foram instaladas em pontos distintos dos tanques para monitoramento das
espessuras dos rejeitos.
59
Figura 5.1 – Tanques de alvenaria para estudos da disposição dos rejeitos da MPSA
Os rejeitos foram lançados nos tanques por espigotamento, com concentrações iniciais de
sólidos variando entre 32 e 35%, faixa de variação entre polpa e lama espessada (Figura 5.2).
As condições locais proporcionaram uma rápida evaporação, secagem e ressecamentos dos
rejeitos, com formação de uma típica superfície convexa do material ressecado junto às
paredes dos tanques (Figura 5.3).
Figura 5.2 – Lançamento dos rejeitos em polpa e em lama espessada nos tanques
60
Figura 5.3 – Secagem e contração dos rejeitos depositados nos tanques
No tanque de rejeitos n0 4 (TQR4), no formato de um setor circular com cerca de 12,0 m de
raio e 45º de ângulo central, a lama espessada foi depositada com o objetivo de se avaliar o
comportamento dos rejeitos em termos da formação da praia. Para uma vazão de descarga
entre 0,4 e 0,6 m3/h, a declividade média da praia em formação foi de cerca de 4% (Figura
5.4).
Figura 5.4 – Formação da praia de rejeitos no Tanque TQR4
61
A dinâmica do fluxo evidenciou uma sedimentação rápida das partículas sólidas e o avanço da
frente líquida em fluxos preferenciais de água limpa com algum material coloidal, formando
deltas nos limites da praia de rejeitos, onde o ressecamento tendia a ocorrer quase que de
imediato. Com o avanço do processo de secagem, delineava-se claramente o mosaico de
trincas em padrão tridimensional (Figura 5.5).
Figura 5.5 – Ressecamento e mosaico de trincas dos rejeitos do Tanque TQR4
Estes testes preliminares demonstraram que a técnica de secagem é viável para o caso dos
rejeitos finos de bauxita da MPSA e que não se justificava o espessamento da lama além de
35% de sólidos. Com base nestes modelos simplificados para análises qualitativas, passou-se
então à fase de campo, com a extrapolação destes estudos para diques-testes de grandes
dimensões.
5.3. CONSTRUÇÃO E INFRAESTRUTURA DOS DIQUES - TESTES
No escopo deste trabalho, numa tentativa de se avaliar, de forma controlada e sistêmica, o
processo de disposição de rejeitos em polpa gerados na planta industrial da Mineração
Paragominas S.A., foram construídos grandes estruturas-testes de contenção em áreas
previamente lavradas do complexo da mineração.
As estruturas foram concebidas em grande escala, com geometria padronizada, e dotadas de
estruturas de alimentação e extravasamento dos rejeitos. Numa área da ordem de 19.000 m2,
62
localizada a sudoeste do Platô Miltônia-3, os diques foram escavados (taludes periféricos
1H:2V) através do capeamento argilo-arenoso gibbsítico local (Figura 5.6), que apresenta
permeabilidades entre 10-4 e 10-5 cm/s, valores obtidos por meio de ensaios com o
permeâmetro de Guelph. Nesta área, foram construídos dois diques maiores, de formato
retangular, anexos a outros dois diques menores de seção quadrada (Figura 5.7).
Figura 5.6 – Escavação de dique-teste na área do Platô Miltônia-3
63
Figura 5.7 – Layout geral dos diques-testes construídos no Platô Miltônia-3
64
A geometria dos diques incluiu a execução do fundo com declividade de 1% na direção
do lançamento dos rejeitos, favorecendo, assim, o escoamento das águas em direção ao
extravasor. O extravasor foi executado na forma de uma estrutura drenante de gabiões
envolvida por um geotêxtil não tecido. As dimensões características dos diques
(designados como D-01 a D-04) estão indicadas na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 – Geometria dos diques-testes
Dique
Altura (m)
Largura (m)
Comp. (m)
Volume (m3)
D-01
2,0
44,0
44,0
4.424
D-02
2,0
39,0
44,0
3.954
D-03
2,0
44,0
150,0
14.383
D-04
2,0
39,0
202,3
16.328
Na concepção dos diques, os rejeitos de bauxita em forma de polpa serão desviados da
planta industrial até a área de teste e lançados por uma das bordas da escavação (bordas
de menor dimensão) por meio de espigotamento ou utilizando-se a técnica de spray bars
(Figura 5.8). Tais variações tiveram por objetivo avaliar a influência das variáveis do
sistema de disposição na formação da praia de rejeitos.
Figura 5.8 – Sistemas de disposição de rejeitos por espigotamento e utilizando spray bars.
65
No sistema de espigotamento, o rejeito é lançado por uma tubulação derivada do
rejeitoduto, formando uma bacia de deposição e induzindo um elevado carreamento de
sólidos em direção às estruturas do extravasor.
Na técnica de disposição de rejeitos com barras aspersoras (spray bars), tubos são
dispostos longitudinalmente ao longo da praia, com pequenos furos distribuídos ao
longo de seu comprimento, visando reduzir os efeitos erosivos das pressões de
lançamento da polpa nos rejeitos previamente depositados, reduzindo, desta forma, o
arraste das partículas solidas e melhorando os processos de segregação hidráulica ao
longo da praia formada.
Na borda oposta ao lançamento dos rejeitos, foi instalado o sistema extravasor,
projetado como um espigão em tulipa construído com gabiões e revestido com geotêxtil
não tecido em sua porção frontal. A lama, lançada na borda oposta à do extravasor,
tende a se espraiar ao longo do reservatório com precipitação contínua das partículas
sólidas. Uma segregação hidráulica natural tende a ocorrer ao longo de toda a extensão
dos diques e a água superficial, com partículas em suspensão, é coletada pelo extravasor
e esgotada através do tubo coletor instalado na fundação do espigão (Figura 5.9).
Figura 5.9 – Sistema extravasor adotado nos diques-testes
66
Estes dispositivos foram adotados no intuito de simular as reais condições do sistema
extravasor adotado nas barragens de contenção de rejeitos da MPSA. Entretanto, a
presença do geotêxtil nestas condições, em contato direto com os rejeitos em suspensão,
demandaria a necessidade de estudos específicos do comportamento dreno-filtrante
destas interfaces para as condições locais (Araújo, 2005). Nas estruturas reais, foram
observados, em muitos pontos, evidentes sinais de colmatação das mantas têxteis
durante os ciclos operacionais de disposição dos rejeitos.
Com o lançamento da polpa em aterro hidráulico, tem início um complexo mecanismo
de interação do sistema sólido-líquido do material descartado com os rejeitos
previamente depositados, que dependem essencialmente da segregação ou não da fase
sólida em meio aquoso. No primeiro caso, a água e os grãos comportam-se como fases
independentes, enquanto polpas não segregadas comportam-se como fluidos viscosos.
Em conformidade com o processo de segregação, as partículas mais grossas e/ou mais
pesadas tendem a ser depositadas próximas aos pontos de descarga, enquanto as
partículas finas e/ou mais leves tendem a fluir ao longo da superfície do aterro,
formando a chamada ‘praia de rejeitos’.
Para o acompanhamento da conformação das espessuras das camadas de rejeitos,
durante e após o lançamento, foram instaladas nove réguas ao longo de seções
transversais dos reservatórios dos diques D-01 e D-02 e doze réguas ao longo dos
reservatórios dos diques D-03 e D-04. As réguas, fabricadas em madeira e possuindo
dois metros de comprimento útil, foram posicionadas de forma a caracterizar a
superfície geral de evolução dos rejeitos estocados (Figura 5.10).
67
Figura 5.10 – Réguas graduadas para leituras das camadas de rejeitos depositados
Adicionalmente, um conjunto de passarelas de madeira (Figura 5.11) foi construído ao
longo dos diques de modo a permitir a coleta de amostras dos rejeitos em pontos
internos aos diques, tanto para monitoramento dos teores de sólidos ao longo do tempo
como para execução de análises laboratoriais complementares, realizadas em laboratório
situado no próprio domínio do empreendimento. Três níveis de passarelas foram
executados no caso dos diques maiores D-03 e D-04.
Figura 5.11 – Passarela instalada em dique-teste para acesso e coleta de amostras
68
Para a caracterização das condições de contorno, relativas às condições climáticas,
foram quantificados os parâmetros relativos à precipitação e à evaporação diária. Das
variáveis estudadas, a que possui maior variabilidade é a precipitação, pois, embora a
região amazônica seja considerada uma das regiões mais chuvosas do território nacional
(valores médios anuais da ordem de 2544,8 mm), mudanças significativas de valores
são verificadas de um ano para o outro. Deve-se levar em consideração também a não
uniformidade das precipitações devido à formação de chuvas convectivas, comuns
durante as estações chuvosas que se estendem de dezembro a maio, denominado
regionalmente como inverno. Portanto, um pluviômetro foi instalado em próximo aos
diques (Figura 5.12) para controle e monitoramento contínuo dos dados de precipitação
local.
Figura 5.12 – Pluviômetro instalado nas imediações dos diques-testes
Pluviômetros são recipientes, dimensionados para coletarem volumes suficientes das
maiores precipitações dentro do intervalo de tempo definido para a frequência de
observações (geralmente da ordem de 24 horas). Acima do recipiente, é colocado um
funil com anel receptor biselado, que define a área de interceptação, sendo o anel
posicionado segundo a horizontal.
O pluviômetro foi posicionado a uma altura de 1,5 m em relação ao solo e fixado por
estacas de madeira de 10 x 7 cm. A área do anel receptor não é normalizada, podendo
variar com valores de 100; 200; 314; 400 ou 1000 cm2. No caso em estudo, foi utilizado
69
um anel com área de 400 cm2. A medição da precipitação foi efetuada diariamente com
base no volume de água coletado no pluviômetro (leituras sempre às 09:00h por meio
de uma proveta graduada), a partir da relação:
p = 10.
V
A
(5.1)
sendo:
p: precipitação diária (mm);
V: volume coletado no pluviômetro (ml ou cm3);
A: área do anel receptor do pluviômetro (cm2).
Uma vez que não se tinha localmente nenhum dispositivo para a medição da evaporação
ocorrida nos diques, utilizou-se inicialmente o método indireto baseado na equação de
Linacre (1977), que permite uma estimativa de evaporação de um lago com base apenas
da temperatura média do ar e nas coordenadas geográficas do local.
Posteriormente, um tanque circular classe A foi instalado ao lado do pluviômetro para a
medição das taxas efetivas de evaporação na área (Figura 5.13), tendo sido construído
em aço galvanizado chapa n° 22, com 121 cm de diâmetro interno e 25,5 cm de
profundidade. O tanque foi posicionado e nivelado sobre um estrado de madeira, cerca
de 15 cm de altura em relação ao solo e preenchido com água limpa até uma
profundidade de 5 cm da borda superior. Este nível de água não deve ser rebaixado mais
do que 7,5 cm em relação à borda superior, ou seja, não é permitida uma variação de
nível d’água no interior do tanque maior do que 2,5 cm.
70
Figura 5.13 – Tanque Classe A instalado anexo ao pluviômetro na área-teste
A taxa de evaporação, medida com o auxílio de um paquímetro fixado em um poço
interno denominado ‘poço tranquilizador’, é resultado das mudanças de nível de água
no tanque, levando-se em consideração a precipitação ocorrida. A manutenção da água
entre as profundidades recomendadas e a renovação regular da água para se evitar
problemas de turbidez reduzem substancialmente potenciais erros das medições.
Em função da intervenção integrada dos diferentes fatores climáticos locais sobre uma
área de grandes dimensões, como tende a ocorrer no caso de reservatórios dos diquestestes (e, com maior ênfase, também nos reservatórios das barragens de contenção de
rejeitos), as taxas de evaporação local tendem a ser menores do que daquelas medidas
diretamente em um tanque classe A. Assim, atribui-se um fator de correlação n
(tipicamente com valor entre 0,67 e 0,81) entre a taxa de evaporação ocorrida nos
reservatórios dos diques-testes e a taxa de evaporação medida a partir do tanque classe
A, ou seja:
λ dt = n.λ tca
(5.2)
71
sendo:
λdt: taxa de evaporação real ocorrida nos reservatórios dos diques-testes
diques testes (mm/dia);
λtca: taxa de evaporação medida no tanque classe A (mm/dia).
5.4. LANÇAMENTO E MONITORAMENTO DOS REJEITOS
Os rejeitos
jeitos sob a forma de polpa foram desviados para a área-teste
área teste e lançado nos diques
experimentais por meio de uma derivação do rejeitoduto, sob concepções diversas para
aferição dos diferentes modelos deposicionais utilizados. Portanto, tanto a maneira
quanto
to o período de lançamento de rejeito em cada dique da área-teste
área teste foram realizados
de formas distintas.
Durante as fases de lançamento, os teores de sólidos presentes na polpa foram
continuamente monitorados por meio de balança Marcy (Figura 5.14), com medições
m
efetuadas a cada 30 minutos, sendo estes resultados, então, aferidos com os dados de
controle da planta industrial.
Figura 5.14 – Balança Marcy utilizada para monitoramento dos teores de sólidos da
d polpa
72
A balança Marcy constitui um dispositivo portátil e bastante prático para aferir
densidades de polpas com densidade relativa de sólidos na faixa de 1,2 a 7,8, sem a
necessidade de utilização de gráficos, ábacos ou cálculos matemáticos. O ensaio é feito
mediante a coleta da amostra em recipiente em aço inoxidável com 1.000 cm3 de
capacidade e a utilização de um conjunto de 12 discos indicadores intercambiáveis para
o registro de diferentes intervalos das leituras de densidade.
O rejeito de bauxita gerado pela MPSA tem como característica principal ser um
material
extremamente
fino.
Na
concepção
do
sistema
de
disposição
do
empreendimento, a prerrogativa básica adotada visava garantir um teor mínimo de
sólidos de 33% para a polpa final (Figura 5.15).
Figura 5.15 – Consistência no lançamento da polpa de rejeitos
No lançamento de uma camada de rejeitos em polpa em um reservatório de disposição,
ocorrem simultaneamente os processos de sedimentação e adensamento, bem como a
formação de uma camada de água sobrenadante. A dinâmica do fluxo viscoso ao longo
da praia de rejeitos é governada pelas condições de contorno e pelas variáveis locais de
deposição, sendo o fluxo preferencial continuamente alterado pelas sucessivas variações
dos processos físicos de arraste, deposição e rearranjo dos grãos, conformando múltiplas
feições sedimentares como ondulações, depressões, dunas e laminações (Figura 5.16).
73
Figura 5.16 – Dinâmica do fluxo viscoso e padrões de drenagem dos rejeitos
A condição otimizada de fluxo que induz maiores densidades in situ e,
consequentemente, maior estabilidade do aterro hidráulico depende das variáveis de
deposição
e
das
características
geotécnicas
da
fração
sólida
transportada,
correspondendo a uma compatibilização máxima envolvendo as seguintes grandezas:
velocidade média do fluxo, espessura média do fluxo, concentração e viscosidade da
polpa, granulometria das partículas sólidas, forma e massa específica dos grãos (Athmer
& Pycroft, 1986; Blight, 1994; Gomes, 2010).
A espessura desta lâmina d’água é função das taxas locais de drenagem e de
evaporação. Com a eliminação da água superficial, tem início o processo de contração
unidimensional e tridimensional e a consequente formação de trincas de ressecamento
(Figura 5.17).
Figura 5.17 – Contração dos rejeitos e formação das trincas de ressecamento
74
O processo é caracterizado como unidimensional quando as contrações (recalques) são
essencialmente verticais. Na sequência do processo, surgem tensões laterais de tração e,
com a contínua secagem, o processo torna-se de caráter tridimensional. Devido à
contração tridimensional, as trincas de contração propagam-se em profundidade,
segundo arranjos erráticos e complexos. As condições de contorno locais influenciam
decisivamente o avanço do processo de ressecamento. Com a evolução do processo,
forma-se um mosaico de trincas ao longo de toda a camada ressecada (Figura 5.18). A
morfologia das trincas será dependente da composição mineralogia dos rejeitos e das
condições climáticas locais (temperatura, chuva), tendendo a se interceptam em ângulos
de 90o e formando polígonos aproximadamente quadrangulares.
Figura 5.18 – Mosaico tridimensional de trincas no ressecamento dos rejeitos de bauxita
Na sequência do enchimento dos diques, após o ressecamento dos rejeitos e da
formação do padrão tridimensional das trincas, procedia-se ao lançamento de nova
camada, repetindo-se os mecanismos físicos de segregação hidráulica, sedimentação e
ressecamento dos novos rejeitos (Figura 5.19). As análises da capacidade de estocagem
do reservatório, ao final e ao longo de sua vida útil, implicam o conhecimento das
variáveis específicas do balanço hídrico local e a caracterização do modelo de deposição
da polpa, o que envolve procedimentos de coleta periódica de amostras dos rejeitos
depositados.
75
Figura 5.19 – Lançamento e sedimentação de nova camada de rejeitos
A coleta de amostras foi realizada de forma sistemática durante os trabalhos de campo,
ao longo das fases de adensamento e ressecamento dos rejeitos. No caso dos diques D03 e D-04, a coleta foi facilitada pelos acessos propiciados pelas passarelas de madeira
e, assim, a amostragem compreendeu diferentes zonas e seções dos reservatórios.
Entretanto, para os diques D-01 e D-02, a obtenção de amostras em vários pontos do
depósito só se tornou possível para o caso dos rejeitos consolidados. Nas fases de
adensamento, a coleta ficou restrita às partes mais próximas às bordas dos diques.
Foram utilizados amostradores tipo caneco para o caso de lamas fluidas e tipo pistão
estacionário para lamas mais consistentes (Figura 5.20).
Figura 5.20 – Amostrador de pistão estacionário utilizado em campo
76
As amostras, devidamente identificadas e acondicionadas, eram levadas ao laboratório
de análises da MPSA, para a obtenção dos teores de umidade e de sólidos
correspondentes. Os teores de umidade e de sólidos os ensaios foram determinados
convencionalmente pela metodologia da norma NBR6457 (ABNT, 1986). Como
aferição complementar, utilizou-se também a balança determinadora de umidade
OHAUS.
Este equipamento consiste em uma unidade microprocessadora digital de secagem por
aquecimento halógeno sob altas temperaturas (Figura 5.21), com desempenho até 40%
mais rápido que o processo de secagem por lâmpadas infravermelhas. Utilizando
amostras reduzidas para os ensaios, da ordem de 0,5 a 5,0g, permite a obtenção de
temperaturas de 200°C em menos de 1 minuto.
Figura 5.21 – Balança de aquecimento halógeno (balança OHAUS)
A partir da pesagem inicial da amostra (0,5 a 5,0g), o aquecimento halógeno é acionado
e aplicado uniformemente sobre a amostra, por ação reflexiva intensa da superfície
interna do recipiente metálico que contém a amostra e que é revestido em ouro. As
temperaturas são controladas em tempo integral por meio de um sensor de temperatura
localizado diretamente acima da amostra. Leituras em tempo real podem ser obtidas em
77
mostrador gráfico no painel de controle frontal da balança, em termos dos valores de
tempos e temperaturas programados, tempos decorridos de secagem, % de umidade, %
de sólidos, peso atualizado da amostra e gráficos da evolução do processo de secagem.
O equipamento permite a caracterização final dos teores de umidade e de sólidos
presentes na amostra em apenas 5 minutos.
Os procedimentos descritos acima constituíram a metodologia geral aplicada, de forma
constante e generalizada, para a modelação do processo de disposição dos rejeitos de
bauxita em polpa nos diques-testes construídos na Mineração Paragominas S.A. Estes
estudos contemplaram a avaliação da influência relativa das espessuras das camadas dos
rejeitos lançados (análises realizadas nos diques D-01 e D-02) e da natureza, formação e
geometria da praia de rejeitos (análises realizadas nos diques D-03 e D-04), conforme a
sistemática apresentada nos itens subsequentes.
5.5. SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-01 E D-02
Os diques D-01 e D-02 apresentam seção quadrada e foram utilizados para a verificação
da correlação entre espessuras de camadas lançadas e evolução das taxas de secagem
com base nas variáveis ambientais locais. Foram estudadas camadas de rejeitos com
espessuras variáveis entre 40 e 60 cm (Tabela 5.2). Em ambos os reservatórios, foram
instaladas nove réguas numeradas de R01 a R09 e definidos os pontos principais de
coleta para correlação dos resultados das análises do comportamento dos rejeitos
acumulados ao longo do tempo (Figuras 5. 22 e 5.23).
78
Figura 5.22 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências
pontos referências de coleta do Dique D-01
D
D
Tabela 5.2 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques DD-01 e D-02
Dique
Ciclo de
lançamento
Data do
lançamento
1º
2º
30/03/2011
15/06/2011
D-01
D
D-02
Espessura da camada
Data do
lançada (cm)
Lançamento
Espessura da camada
lançada (cm)
60
60
15/03/2011
15/06/2011
79
46
50
5.6. SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-03
D
E D-04
Os diques D-03 e D--04
04 apresentam seção retangular e foram utilizados para a
verificação da formação de praias dos rejeitos. No dique D-03,
D 03, a disposição
dispo
dos rejeitos
foi feita por espigotamento (espigotes 1 e 2), sendo utilizado um sistema de spray bars
no caso do dique D-04.
04. Em cada caso, as réguas foram numeradas de R01 a R12 e
foram definidos os pontos principais de coleta para correlação dos resultados
resu
das
análises do comportamento dos rejeitos acumulados ao longo do tempo (Figuras 5. 24 a
5.27).
D
Figura 5.25 – Lançamento de rejeitos no Dique D-03
03 por espigote
80
D
Figura 5.27 – Lançamento de rejeitos no Dique D-04
04 por spray bars
Em cada um destes diques, foram lançadas três camadas com espessuras variáveis entre
30 e 60 cm, comportando três ciclos sucessivos de disposição, em períodos
perí
da ordem de
três meses (Tabela 5.3). No dique D-03,
D 03, a primeira camada de rejeitos da modelação
física do processo foi depositada diretamente sobre o solo de fundação local, ao passo
que, no caso do dique D-04,
D 04, a primeira camada de teste foi lançada parcialmente
pa
sobre
camada pré-existente
existente de rejeitos ressecados (Figura 5.14).
81
Tabela 5.3 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-03 e D-04
Dique
Ciclo de
lançamento
Data do
lançamento
1º
2º
3º
22/12/2010
31/03/2011
09/06/2011
D-03
D-04
Espessura da camada
Data do
lançada (cm)
Lançamento
Espessura da camada
lançada (cm)
32
60
60
22/12/2010
15/03/2011
09/06/2011
82
30 (não monitorada)
40
60
CAPÍTULO 6
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DO MONITORAMENTO EM
CAMPO
6.1. MONITORAMENTO DOS DADOS CLIMÁTICOS
As variáveis climáticas monitoradas na área dos diques-testes foram os dados relativos à
precipitação e à evaporação, medições realizadas diariamente, além dos registros das
temperaturas locais.
As medições de precipitação foram obtidas por meio do pluviômetro com área de 400
cm2, instalado na área dos diques, no período compreendido entre dezembro de 2010 a
julho de 2011 (total de sete meses). Os resultados deste monitoramento climático estão
apresentados na Figura 6.1.
90
80
Precipitação (mm)
70
60
50
40
30
20
10
0
12/15/2010
1/15/2011
2/15/2011
3/15/2011
4/15/2011
5/15/2011
6/15/2011
7/15/2011
Dias
Figura 6.1 – Dados de precipitação na área - teste no período de monitoramento
83
No período típico das estações chuvosas (dezembro a maio), as precipitações diárias são
comumente superiores a 10 mm, com eventos específicos que raramente ultrapassaram
50 mm (6 ocorrências ao longo de todo o período das chuvas), com picos entre 70 e 80
mm, no período março-abril. Durante o mês de março, têm-se precipitações
praticamente todos os dias e esta concentração tende a se prolongar até meados de maio.
A partir de então, precipitações de 10 mm tendem a constituir o limite superior das
precipitações diárias.
A precipitação total na área-teste durante o período chuvoso foi da ordem de 1500 mm,
com valor médio diário da ordem de 10 mm. Assim, constata-se um período bastante
específico de intervenção das chuvas na área, concentrado entre meados de dezembro e
meados de maio, período este relativamente longo (05 meses), com aporte de chuvas
todas as semanas, que se tornam praticamente diárias ao longo do mês de março. A
questão imposta, portanto, é avaliar em que medida os elevados índices pluviométricos
locais poderiam interferir no processo de ressecamento dos rejeitos de bauxita
depositados nas barragens de contenção da MPSA.
Para responder de forma consistente esta questão, foi instalado um tanque circular
chamado de tanque classe A, ao lado do pluviômetro, para a medição das taxas efetivas
de evaporação na área-teste do trabalho. Devido ao atraso oriundo da instalação do
tanque e visando preservar o conjunto das correlações entre precipitações e taxas de
evaporação durante todo o período do monitoramento, as medições das taxas de
evaporação foram obtidas indiretamente pela equação de Linacre (1977), que permite
uma estimativa de evaporação de um lago com base apenas da temperatura média do ar
e nas coordenadas geográficas do local.
Os resultados obtidos por ambas as metodologias (no período de monitoramento
compreendido entre meados de dezembro de 2010 ao final de julho de 2011, sendo o
tanque instalado no local em meados de abril/2011) estão apresentados na Figura 6.2.
Os dados coletados demonstram que a metodologia de Linacre tende a superestimar os
valores das taxas de evaporação obtidas diretamente em campo por meio de tanque do
tipo classe A. Com base nos resultados medidos pelo tanque, as taxas de evaporação
locais variaram entre 3 e 5 mm/dia.
84
7,00
6,00
Evaporação (mm)
5,00
4,00
3,00
2,00
método de linacre
1,00
tanque classe A
15/12
22/12
29/12
5/1
12/1
19/1
26/1
2/2
9/2
16/2
23/2
2/3
9/3
16/3
23/3
30/3
6/4
13/4
20/4
27/4
4/5
11/5
18/5
25/5
1/6
8/6
15/6
22/6
29/6
6/7
13/7
20/7
27/7
0,00
Dias de monitoramento
Figura 6.2 –Taxas de evaporação obtidas pelo método de Linacre e pelo tanque classe A
Esta mesma faixa de variação, entretanto, está inserida no âmbito das medidas indiretas
das taxas de evaporação obtidas pela relação de Linacre, evidenciando, portanto, que a
evaporação local é pouco afetada pelas variáveis de precipitação, particularmente no
período de chuvas mais intensas. Tal fato é também ratificado pelas medidas das
temperaturas locais, praticamente invariáveis no período monitorado (Figura 6.3).
35
30
Temperatura (°C)
25
20
15
10
27/7
20/7
6/7
13/7
29/6
22/6
8/6
15/6
1/6
25/5
18/5
4/5
11/5
27/4
20/4
6/4
13/4
30/3
23/3
9/3
16/3
2/3
23/2
9/2
16/2
2/2
26/1
19/1
5/1
12/1
0
29/12
5
Período de monitoramento
Figura 6.3 – Dados de monitoramento das temperaturas médias diárias locais
85
Para as condições locais, as observações de campo indicaram um fator da ordem de 0,7
de correlação entre a taxa de evaporação ocorrida nos reservatórios dos diques-testes e a
taxa de evaporação medida a partir do tanque classe A, ou seja:
λ dt = 0,7.λ tca
(6.1)
Sendo:
λdt: taxa de evaporação real ocorrida nos reservatórios dos diques-testes (mm/dia);
λtca: taxa de evaporação medida no tanque classe A (mm/dia).
Assim, uma vez que as temperaturas locais tendem a sempre permanecer acima de 25°C
e pela natureza tipicamente convectiva das precipitações locais (chuvas de curta duração
e elevada intensidade), conclui-se que as variáveis ambientais não constituem aspectos
restritivos à metodologia de disposição dos rejeitos da MPSA, não interferindo de forma
condicionante no processo de secagem dos materiais descartados nas barragens, mesmo
nos períodos mais críticos das estações chuvosas.
6.2. MONITORAMENTO DA DISPOSIÇÃO DE REJEITOS NO DIQUE D-01
O dique D-01 possui seção quadrada de 44 m de lado e volume total de 4424 m3, dotado
de espigote localizado lateralmente para o lançamento dos rejeitos. A disposição dos
rejeitos foi feita por espigote lateral (Figura 5.22) em duas camadas com 0,60m de
espessura, medindo-se os recalques do depósito com a evolução das taxas de secagem
dos materiais por meio de réguas numeradas e convenientemente distribuídas ao longo
do depósito de rejeitos. Este dique foi utilizado para a verificação da correlação entre
espessuras de camadas lançadas e evolução das taxas de secagem com base nas
variáveis ambientais locais (Capítulo 5).
Este dique não possuía passarelas de acesso, logo,nas fases de adensamento, a coleta
ficou restrita aos rejeitos depositados próximos às bordas do dique. A primeira camada
foi lançada no dia 30/03/2011 e a segunda em 15/06/2011. Os teores de sólidos iniciais
86
foram de 33,8% no primeiro lançamento e de 35,4% no segundo, valores estes
superiores ao mínimo estipulado nas premissas do sistema de disposição de rejeitos da
MPSA (33%).
Imediatamente após lançamento, evidenciou-se um processo de sedimentação contínua
seguida do adensamento dos rejeitos, pela ação primária dos floculantes presentes na
polpa, resultando na formação de uma lâmina de água sobrenadante bem definida sobre
todo o depósito (Figura 6.4). A vazão média desta drenagem por escoamento superficial
no lançamento dos rejeitos foi medida por meio de um vertedouro triangular situado na
saída do extravasor, sendo da ordem de 0,25 l/s (Figura 6.5).
água sobrenadante na
superfície do rejeito
Figura 6.4 – Lâmina d’água sobrenadante após o lançamento da primeira camada
A Figura 6.6 apresenta a evolução dos recalques dos depósitos de rejeitos formados pelo
lançamento das camadas 1 e 2 no Dique D-01, a partir das leituras diárias das réguas de
monitoramento. Para a primeira camada, o período de monitoramento foi de 66 dias e,
para a segunda camada, de 20 dias.
87
Figura 6.5 – Vertedor triangular acoplado ao extravasor do Dique D-01
Espessura média da camada (m)
0,70
0,60
Camada 1
0,50
Camada 2
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65
Período de monitoramento (Dias)
Figura 6.6 – Gráfico de recalques: monitoramento das camadas 1 e 2 do Dique D-01
No caso da Camada 1, monitorada por um período maior, a evolução dos recalques por
adensamento estendeu-se até cerca de 27 dias após o lançamento, tendendo, então, à
estabilização (recalque total de 50%), correspondente a uma taxa de recalque da ordem
de 1,1 cm/dia neste período. O segundo patamar de recalques resulta dos efeitos de
88
contração da lama de bauxita durante o processo de ressecamento e trincamento dos
rejeitos, resultando em uma ‘praia de rejeitos’ com declividade final de 0,56%.
As correspondentes variações dos teores de sólidos dos rejeitos ao longo do tempo estão
indicadas pelas curvas da Figura 6.7, abrangendo um período de monitoramento de 40
dias para ambas as camadas (medições descontinuadas em um período intermediário das
medições para o caso da Camada 2). A primeira camada foi lançada em período típico
das grandes precipitações locais, enquanto a segunda foi lançada em período seco, de
grande insolação e de precipitações isoladas (Figura 6.1).
70
Teor de sólidos (%)
60
50
40
camada 1
camada 2
30
20
10
0
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
Figura 6.7 – Teores de sólidos: monitoramento das camadas 1 e 2 do Dique D-01
Nota-se que, em ambos os casos, o limite de referência de 60% para os teores de sólidos
dos materiais depositados foi atingido em torno de 27 dias, o que implica uma taxa
média de acréscimo da concentração de sólidos da ordem de 0,95%/dia. A evolução
destes ganhos é mais substancial para o caso da Camada 2 (lançada sobre os rejeitos
previamente consolidados e ressecados da Camada 1), particularmente devido à maior
concentração inicial de sólidos (35,4%). Complementarmente, conclui-se que o mosaico
de trincas conformado pelos rejeitos previamente ressecados atuou efetivamente como
fronteira drenante de base do depósito, uma vez que as condições de fluxo superficial e
89
das taxas de evaporação não são substancialmente afetadas pelas variáveis sazonais
(Figura 6.2).
D
O dique D-02
02 possui seção de 44 m x 39 m e volume total de 3.954 m3, dotado também
de espigote
igote lateral para o lançamento dos rejeitos. Duas camadas foram lançadas em
15/03/2011 e 15/06/2011,
1, com espessuras médias de 46 e 50 cm, respectivamente, com
33% de sólidos. A Figura 6.8 apresenta a evolução dos recalques dos depósitos de
rejeitos formados
ados pelo lançamento das camadas 1 e 2 no Dique D-02.
D 02. A camada 1 foi
monitorada por 76 dias e a segunda, por 20 dias, neste caso incluindo um período de 18
dias da fase de ressecamento dos rejeitos (segundo patamar dos recalques). O
monitoramento da camada 2 foi interrompido no 20° dia devido à problemas
operacionais ocorridos durante a pesquisa de campo. Como no dique D-01,
D
o dique D02 também foi utilizado para a verificação da correlação entre espessuras de camadas
lançadas e evolução das taxas de secagem
secagem com base nas variáveis ambientais locais
(Capítulo 5).
Figura 6.8 – Gráfico de
d recalques: monitoramento das camadas 1 e 2 do Dique
D
D-02
90
O comportamento geral é muito similar ao observado nas análises anteriores. Para a
Camada 1, foi obtido um recalque total por adensamento de 69,6% a uma taxa de 0,7
cm/dia. A Figura 6.9, por sua vez, apresenta os dados relativos à evolução dos teores de
sólidos da Camada 1. Neste caso, foram necessários aproximadamente 40 dias para ser
atingido o limite de 60%, o que corresponde uma taxa média de acréscimo de sólidos de
0,68%/dia, inferior às taxas obtidas no Dique D-01.
70
60
50
40
30
20
10
0
15/3
22/3
29/3
5/4
12/4
19/4
26/4
3/5
10/5
Figura 6.9 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 1 do Dique D-02
O dique D-03 possui seção retangular de 150 m de comprimento por 44 m de largura, e
volume total de 14.383 m3, sendo dotado de espigotes centrais para o lançamento dos
rejeitos. Foram lançadas três camadas por espigotamento central (utilizando-se dois
espigotes espaçados de 15 m), com espessuras variáveis entre 30 e 60 cm, comportando
três ciclos sucessivos de disposição, em períodos da ordem de três meses sendo o
principal objetivo do monitoramento, a verificação da formação de praias dos rejeitos
(Capítulo 5). Os procedimentos de campo incluíram o monitoramento dos teores de
sólidos e dos teores de umidade ao longo do tempo, bem como a evolução dos recalques
91
ocorridos até a secagem do depósito e a geração do mosaico final das trincas de
ressecamento.
6.4.1. Monitoramento da Primeira Camada
Em função de problemas operacionais ocorridos na planta durante o período previsto
para o início do lançamento dos rejeitos no Dique D-03, particularmente em termos da
garantia de teores mínimos de sólidos de 33%, os rejeitos bombeados precisaram, então,
serem desviados para o Dique D-04 em caráter emergencial (conformando, assim, uma
‘camada de base’ de rejeitos no dique D-04, que, portanto, não será considerada nos
estudos de monitoramento dos rejeitos lançados naquele dique, como apresentado no
item seguinte deste trabalho).
Resolvidos estes problemas, procedeu-se ao lançamento da primeira camada de rejeitos
(com teor de sólidos em torno de 30%) no Dique D-03, realizado no dia 22/12/2010,
com espessura média de 32 cm, e com medições de teores de sólidos com balança
Marcy a intervalos de 30 minutos. O lançamento dos rejeitos foi realizado apenas por
meio do espigote nº 2 (espigote situado à direita da linha de descarga). O
monitoramento de campo compreendeu um período total de 32 dias, que se estendeu até
24/01/2011.
No lançamento inicial, a disposição dos rejeitos ficou limitada ao terço superior do
depósito, no domínio das réguas R1, R2 e R3 (Figuras 5.24 e 5.25). Nesta etapa, devido
às limitações do depósito, foram processadas apenas as leituras iniciais e finais (após a
completa consolidação dos rejeitos, cerca de 90 dias após o lançamento) das espessuras
dos rejeitos, medidas nos pontos de locação destas respectivas réguas (Tabela 6.1).
Tabela 6.1 – Espessuras da primeira camada do monitoramento do Dique D-03
Réguas
espessura
inicial (cm)
espessura
final (cm)
recalque (cm)
R1
R2
R3
40
25
30
20
05
05
20
20
25
92
(após ≅ 90 dias)
O recalque médio final obtido nesta primeira camada foi da ordem de 21,7 cm (68,4%).
O espigote nº 2 está localizado na zona intermediária entre as réguas R2 e R3, de forma
que os recalques tenderam a ser significativamente maiores nesta região do depósito
(valores da ordem de 80 a 83%) e bem menores na região da régua R3 (valores da
ordem de 50%), induzindo transversalmente um desnível na zona R1-R2 de 0,7% e um
platô no sentido R3-R2 (borda direita-eixo do dique).
De qualquer forma, constata-se um padrão de recalques elevados, o que indica um
processo efetivo de drenagem local (por infiltração no terreno de fundação do platô, por
percolação da lâmina d’ água sobrenadante e por evaporação) e consolidação dos
rejeitos. Por outro lado, o lançamento desta primeira camada atua também como base de
regularização do trecho inicial do depósito para a disposição das camadas subsequentes.
A Figura 6.10 apresenta os resultados do monitoramento dos teores de sólidos da
Camada 1 no período de testes, a partir de medições diárias dos teores de umidade das
amostras coletadas no depósito. Estas medições foram efetuadas tanto pelo método
tradicional da estufa como pela utilização da Balança Ohaus, que utiliza amostras muito
menores e viabiliza resultados em prazos bem mais reduzidos (Capítulo 5), observandose uma grande congruência entre os dados obtidos por ambas as metodologias.
Os resultados ratificam os dados dos ensaios HCT que, por sedimentação e
adensamento em meio aquoso, os teores de sólidos tendem a se estabilizar em torno de
60%, e que este limite é atingido num período da ordem de 15 dias. Note-se que este
período foi caracterizado pela ocorrência de elevadas precipitações, sem alterações
significativas das taxas locais de evaporação, como demonstrado previamente. Para os
dados relativos à primeira camada, a taxa de concentração de sólidos dos rejeitos foi da
ordem de 30%/15 dias, ou seja, com média de 2%/dia.
93
70
Teor de Sólidos (%)
60
50
40
30
estufa
balança ohaus
20
10
23/1
21/1
19/1
17/1
15/1
13/1
11/1
9/1
7/1
5/1
3/1
1/1
30/12
28/12
26/12
24/12
22/12
0
6.4.2. Monitoramento da Segunda Camada
O lançamento da segunda camada de rejeitos (com teor de sólidos em torno de 30% e
espessura média de 60 cm) foi realizado no dia 31/03/2011, através de espigotamento
duplo (espigotes nº 1 e nº 2), com a polpa avançando até cerca da metade da extensão
do dique D-03 sobre a camada inicialmente consolidada (Figura 6.11).
Figura 6.11 – Avanço da camada 2 dos rejeitos lançados no Dique D-03
94
O monitoramento de campo compreendeu um período total de 55 dias, que se estendeu
até 25/05/2011. Neste caso, o avanço dos rejeitos alcançou a metade superior do
depósito, no domínio das réguas R4, R5 e R6. As leituras iniciais e finais das espessuras
dos rejeitos, medidas nos pontos de locação das respectivas réguas de monitoramento,
estão dadas na Tabela 6.2.
Tabela 6.2 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-03
Réguas
espessura
inicial (cm)
espessura
final (cm)
recalque (cm)
R1
R2
R3
R4
R5
R6
90
55
105
50
35
85
55
30
70
25
10
50
35
25
35
25
25
35
(após ≅ 55 dias)
O recalque médio final obtido para a segunda camada foi de 30 cm (da ordem de 43%),
com uma tendência bastante uniforme de evolução ao longo do depósito gerado, apesar
da distribuição irregular dos rejeitos dispostos no dique pela técnica de duplo
espigotamento (tendência de uma clara maior acumulação dos resíduos na faixa à direita
do depósito).
A ‘praia de rejeitos’ final apresentou declividades finais variando entre 0,4 e 0,6%. As
declividades transversais foram muito variáveis, tendendo a desenvolver desníveis no
sentido do eixo longitudinal do depósito, com valores próximos a 2%. Com ênfase ainda
maior que no caso da primeira camada, constatou-se que a indução das primeiras trincas
nos rejeitos ressecados constitui um claro indicador da tendência de estabilização final
das variações das espessuras das camadas de rejeitos (leituras estabilizadas das réguas
de monitoramento).
A Figura 6.12, por outro lado, apresenta os resultados do monitoramento dos teores de
sólidos da Camada 2 no período de testes, a partir de medições diárias dos teores de
95
umidade (pelos métodos da estufa e Balança Ohaus) das amostras coletadas, a partir das
frentes de acesso proporcionadas pela primeira passarela de madeira.
70
60
50
40
estufa
30
balança ohaus
20
0
1/4
3/4
5/4
7/4
9/4
11/4
13/4
15/4
17/4
19/4
21/4
23/4
25/4
27/4
29/4
1/5
3/5
5/5
7/5
9/5
11/5
13/5
15/5
17/5
19/5
21/5
23/5
25/5
10
Figura 6.12 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 2 do Dique D-03
Os resultados mostram uma evolução bem mais restritiva dos teores de sólidos, que
atingem o limite de 60% num período da ordem de 45 dias, com uma taxa de
concentração de sólidos dos rejeitos da ordem de 2%/dia. Note-se que este período foi
caracterizado pela ocorrência de elevadas precipitações, sem alterações significativas
das taxas locais de evaporação, como demonstrado previamente. Para os dados relativos
à primeira camada, a taxa de acréscimo da concentração de sólidos dos rejeitos foi da
ordem de 30%/15 dias, ou seja, com média, portanto, de 2/3%/dia. Este valor é três
vezes menor que a taxa obtida para a primeira camada lançada.
6.4.3. Monitoramento da Terceira Camada
O lançamento da terceira camada de rejeitos (com teor de sólidos em torno de 33% e
espessura média de 60 cm) foi realizado no dia 09/06/2011, através de espigotamento
duplo (espigotes nº 1 e nº 2), com a polpa avançando até cerca de ¾ da extensão do
dique D-03 sobre as camadas previamente depositadas. Os resultados incluem apenas os
96
primeiros 21 dias do monitoramento de campo (até 30/06/2011). As leituras iniciais e
finais das espessuras dos rejeitos, medidas nos pontos de locação das respectivas réguas
de monitoramento, estão dadas na Tabela 6.3.
Tabela 6.3 – Espessuras da terceira camada do monitoramento do Dique D-03
Réguas
espessura
inicial (cm)
espessura
final (cm)
recalque (cm)
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
110
130
75
65
105
15
10
30
00
80
90
50
50
90
00
00
00
00
30
40
25
15
15
15
10
30
00
(após ≅ 21 dias)
O recalque médio final obtido para a terceira camada foi de 22,5 cm (da ordem de
32,7%), com uma distribuição algo irregular dos recalques ao longo do depósito gerado
pela técnica de duplo espigotamento (agora com uma tendência de maior acumulação
dos resíduos ao longo do eixo longitudinal do depósito). A ‘praia de rejeitos’ final
apresentou oscilações de declividades desde 0% até 1,8% em padrão irregular e bastante
errático. As declividades transversais mostraram-se ainda mais erráticas, atingindo
magnitudes de até 4,3% em zonas específicas do depósito (zona R5-R6). A Figura 6.13
apresenta os resultados do monitoramento dos teores de sólidos da Camada 3 no período
de 21 dias, a partir de medições diárias dos teores de umidade das amostras coletadas ao
longo das duas primeiras passarelas de madeira.
Os resultados obtidos foram bem mais efetivos daqueles observados para a camada
anterior; em se tratando de polpas lançadas com teores de sólidos iguais ou maiores que
33%, a evolução do processo de sedimentação e deságue dos rejeitos foi muito rápida e
o limite de 60% foi alcançado em períodos da ordem de 15 a 20 dias, o que implicou
taxas de concentração de sólidos dos rejeitos da ordem de 1,3 – 1,6%/dia para os
rejeitos depositados numa faixa entre 40 a 80 m dos pontos de descarga.
97
70
60
Teor de sólidos
50
40
passarela 1
passarela 2
30
20
10
9/6
10/6
11/6
12/6
13/6
14/6
15/6
16/6
17/6
18/6
19/6
20/6
21/6
22/6
23/6
24/6
25/6
26/6
27/6
28/6
29/6
30/6
1/7
0
Estes aspectos diferenciados do comportamento geotécnico dos rejeitos ficam mais bem
evidenciados quando são correlacionadas as curvas do monitoramento dos teores de
sólidos com o tempo para as três camadas analisadas (Figura 6.14), tomando-se o valor
de 60% como limite de referência do processo. Note-se que os teores de sólidos da
camada 3 alcançam valores de até 70% para um período de observação superior a 50
dias. Os resultados da figura ilustram as influências relativas das camadas depositadas
nos seguintes termos:
•
Camada 1 (32 cm) ao longo de ¼ do depósito, taxa de sólidos da ordem de 2%;
•
Camada 2 (60cm) ao longo de ½ do depósito, taxa de sólidos da ordem de 2/3%;
•
Camada 3 (60cm) ao longo de ¾ do depósito, taxa de sólidos da ordem de 1,5%;
•
Limite de 60%: camada 1 (15 dias); camada 2 (45 dias); camada 3 (20 dias).
98
80
70
60
50
camada 1
40
camada 2
30
teor de sólidos esperado
20
camada 3
10
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55
Período de monitoramento (dias)
Figura 6.14 – Teores de sólidos: monitoramento das camadas 1, 2 e 3 do Dique D-03
Os dados obtidos são bastante esclarecedores no que se refere aos mecanismos de
desaguamento dos rejeitos. As condições de deságue da lâmina sobrenadante e da
evaporação local permaneceram essencialmente similares em todos os casos. A
diferença das condições de fronteira drenantes está expressa pela existência da camada
de base maior ou menor dos rejeitos previamente consolidados e tridimensionalmente
trincados (camadas 2 e 3), conformando um mosaico de trincas que constituiriam, a
princípio, linhas preferenciais de fluxo para a drenagem de fundo do depósito.
Por outro lado, as condições de drenagem dos rejeitos são muito influenciadas pela
metodologia de disposição baseada na técnica de duplo espigotamento, que tende a
favorecer a formação não de uma praia propriamente dita, mas de um longo platô onde
se formam bolsões de águas acumuladas, de difícil drenagem. No caso destes bolsões de
água, a precipitação parece ter relevância exponencial, não em termos de influência nas
taxas de evaporação, mas em termos da manutenção continuada dos mesmos por longos
períodos.
99
O dique D-04 possui seção retangular de 202,3 m de comprimento por 39 m de largura,
e volume total de 16.328 m3. Foram lançadas duas camadas por meio de spray bars,
visando analisar o comportamento geotécnico do adensamento dos rejeitos em função
de diferentes naturezas do sistema de disposição adotado, sendo o principal objetivo do
monitoramento, a verificação da formação de praias dos rejeitos (Capítulo 5). Como
exposto previamente, estas camadas foram lançadas sobre uma ‘camada-base’ de
rejeitos consolidados e que foram desviados durante a fase inicial de enchimento do
Dique D-03, por problemas operacionais do sistema de bombeamento dos rejeitos até a
área-teste.
6.5.1. Monitoramento da Segunda Camada
A segunda camada de rejeitos foi lançada no Dique D-04 (com baixo teor de sólidos, na
faixa de 27%) em 15/03/2011, com espessura média de 40 cm, pela técnica de spray bar
(Figura 5.27). A disposição dos rejeitos estendeu-se até a locação da segunda passarela,
além do domínio das réguas R4, R5 e R6 (Figura 5.26). O monitoramento de campo
compreendeu um período total de quase 60 dias, que se estendeu até 13/05/2011.
As leituras iniciais e finais das espessuras dos rejeitos, medidas nos pontos de locação
das réguas de monitoramento, estão dadas na Tabela 6.4, enfatizando-se que o spray bar
estava posicionado pouco à frente da linha das réguas R1-R2-R3.
Tabela 6.4 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-04
Réguas
espessura
inicial (cm)
espessura
final (cm)
recalque (cm)
R1
R2
R3
R4
R5
R6
35
40
45
05
05
10
20
25
30
00
00
00
15
15
15
05
05
10
100
(após ≅ 60 dias)
O recalque médio final obtido para a segunda camada foi de 10,8 cm (da ordem de
46,3%), com uma formação da ‘praia de rejeitos’ com declividades longitudinais entre
0,4 e 0,6% e declividades transversais médias de 0,15%. A Figura 6.15, por outro lado,
apresenta os resultados do monitoramento dos teores de sólidos da Camada 2 no período
de testes (pelos métodos da estufa e Balança Ohaus) das amostras coletadas nas frentes
de acesso proporcionadas pelas duas primeiras passarelas de madeira instaladas no
Dique D-04.
80
70
Teor de sólidos
60
50
40
passarela 1
30
passarela 2
20
10
0
16/3
23/3
30/3
6/4
13/4
20/4
27/4
4/5
11/5
Os resultados mostram que o limite de referência de 60% foi rapidamente atingido num
período da ordem de 15 dias, para amostras coletadas ao longo das passarelas 1 e 2, o
que resulta em uma taxa de concentração de sólidos dos rejeitos da ordem de 1,8%/dia.
Estes dados são particularmente relevantes ao se considerar a condição inicial dos
rejeitos depositados (27% de sólidos) e o período de monitoramento caracterizado pela
ocorrência de elevadas precipitações.
6.5.2. Monitoramento da Terceira Camada
A terceira camada de rejeitos foi lançada no Dique D-04 (com elevado teor de sólidos,
acima de 33%) em 09/06/2011, com espessura média de 60 cm, também utilizando-se a
101
técnica por spray bar. A disposição dos rejeitos estendeu-se além da metade do dique,
no domínio das réguas R7, R8 e R9. O monitoramento de campo compreendeu um
período total de 54 dias, que se estendeu até o final do mês de julho de 2011. As leituras
iniciais e finais das espessuras dos rejeitos, medidas nos pontos de locação das
respectivas réguas de monitoramento, estão indicadas na Tabela 6.5.
Tabela 6.5 – Espessuras da terceira camada do monitoramento do Dique D-04
Réguas
espessura
inicial (cm)
espessura
final (cm)
recalque (cm)
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
80
80
90
50
50
50
05
10
05
50
50
60
25
20
20
00
00
00
30
30
30
25
30
30
00
00
00
(após ≅ 54 dias)
O recalque médio final obtido para a terceira camada de rejeitos foi de 29,2 cm (da
ordem de 43,8%) ao longo do depósito formado até a linha R4-R5-R6. A declividade
média da ‘praia de rejeitos’ foi da ordem de 0,55% para todo o depósito formado (com
valores máximos de 0,8% e valores mínimos de 0,4%), com declividades transversais
variando entre 0% e 0,3%.
A Figura 6.16 apresenta os resultados do monitoramento dos teores de sólidos da
Camada 3 no período de testes (54 dias), com base em resultados de laboratório
realizados com amostras coletadas ao longo das duas primeiras passarelas de madeira
do Dique D-04.
102
90
80
Teor de sólidos
70
60
passarela 1
50
passarela 2
40
30
20
10
17/7
19/7
21/7
23/7
25/7
27/7
29/7
31/7
25/6
27/6
29/6
1/7
3/7
5/7
7/7
9/7
11/7
13/7
15/7
9/6
11/6
13/6
15/6
17/6
19/6
21/6
23/6
0
Figura 6.16 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 3 do Dique D-04
A influência positiva da técnica adotada neste caso fica evidente por estes resultados,
uma vez que os teores de sólidos alcançam 60% em períodos da ordem de 20 dias (para
camadas com 60 cm de espessura média), o que resulta em uma taxa de concentração de
sólidos dos rejeitos da ordem de 1,35%/dia, da mesma ordem de grandeza do estágio
anterior (15 dias para camadas com 40 cm de espessura média). A continuidade das
leituras efetuadas para amostras coletadas junto à passarela 1 (mais próxima ao ponto de
descarga) demonstrou que os teores de sólidos tendem a atingir patamares de quase 80%
após 50 dias de secagem.
Os resultados da evolução dos teores de sólidos para ambas as camadas estão indicados
na Figura 6.17, mostrando a eficiência do processo de disposição utilizando-se
dispositivos do tipo spray bar. Há uma tendência de uniformidade de comportamentos
para ambas as camadas, sendo o adensamento dos rejeitos do segundo lançamento
terceira camada) francamente favorecido pela drenagem de base devido à formação de
trincas nos rejeitos ressecados da primeira camada.
103
90
80
Teor de sólidos
70
60
50
camada 2
40
camada 3
30
20
10
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59
Figura 6.17 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 2 e 3 do Dique D-04
Esta conclusão torna-se ainda mais contundente quando se comparam os resultados de
duas camadas lançadas com mesma espessura média (60 cm), depositadas pelas técnicas
de espigotamento (segunda camada lançada no Dique D-03) e por spray bar (terceira
camada lançada no Dique D-04), como apresentado na Figura 6.18.
90
80
Teor de Sólidos (%)
70
60
50
Camada 2 (D-03)
40
Camada 3 (D-04)
30
20
10
0
1 3
5
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55
Período de Monitoramento (dias)
Figura 6.18 – Teores de sólidos: comparação dos resultados, camadas 2 e 3 dos Diques
D-03 e D-04
104
Com efeito, no segundo caso, há uma nítida tendência de formação de uma praia mais
uniforme e de declividade constante, que favorece os processos de remoção da lâmina
sobrenadante, de equalização das taxas de evaporação, eliminação da presença de
processos erosivos concentrados e a formação de bolsões de água acumulada, além de
promover a intensificação e distribuição de padrões de trincas dos rejeitos previamente
consolidados, acelerando os efeitos da drenagem sub-superficial.
6.6. MONITORAMENTO DE TRINCAS
O fenômeno do ressecamento é típico de materiais finos e consiste na contração
contínua do material devido às perdas d'água por evaporação superficial e/ou drenagem
de base, em função das sucções geradas durante o processo. Além da radiação solar,
outras variáveis relevantes nos efeitos da evaporação são a ação do vento, temperaturas
da água e do ar e a umidade relativa do ar. A drenagem de base depende particularmente
da geometria e da declividade do fundo do depósito, da espessura das camadas lançadas
e da condutividade hidráulica do terreno de fundação.
Com a evolução do processo de desaguamento e da consequente contração dos rejeitos,
são mobilizados esforços de tração nos materiais que induzem a abertura de trincas, em
dois estágios distintos: trincas unidimensionais resultantes de processos de contração
vertical induzidos essencialmente pelos recalques do depósito e trincas tridimensionais,
caracterizadas por um mosaico de descontinuidades (trincas de ressecamento) induzidas
por recalques e efeitos de contração multidirecional. A morfologia das descontinuidades
depende da mineralogia do material e das condições climáticas locais. As primeiras
trincas, chamadas primárias, tendem a apresentar orientação tipicamente sub-paralela,
enquanto as trincas subsequentes (secundárias) tendem a ser aproximadamente normais
às primárias, com o conjunto conformando padrões na forma de seções quadrangulares
ou hexagonais em superfície.
O processo de ressecamento e de formação de trincas nos diques-testes da MPSA foi
avaliado em caráter específico e detalhado no caso do lançamento da segunda camada
105
de rejeitos no dique D-03, ao longo de um período de monitoramento de 35 dias,
conforme descrito a seguir.
As trincas foram iniciadas tão logo teve início o processo de ressecamento, geralmente a
partir do segundo dia após lançamento dos rejeitos, desenvolvendo-se a partir das
extremidades dos diques, pela ação otimizada da drenagem periférica imposta pelas
condições de fronteira do depósito (Figura 6.19). Com o avanço do ressecamento,
forma-se um padrão característico de trincas normais e/ou sub-paralelas às bordas do
depósito, formando feições quadrangulares (Figura 6.20).
À medida que o processo de secagem continua, surgem trincas multidirecionais e de
pequena extensão na parte central da área-teste, conformando feições tipicamente
hexagonais, ao passo que as trincas periféricas tendem a apresentar mais extensas e
mais abertas (Figura 6.21). Este padrão tende a se tornar típico: as trincas periféricas
evoluem sistematicamente na direção da zona central do depósito, formando faixas
isoladas de rejeitos, de grande extensão e sub-paralelas (Figura 6.22).
Figura 6.19 – Formação das trincas iniciais: 3° dia do lançamento da camada 2 de D-03
106
Figura 6.20 – Evolução das trincas: 12° dia do lançamento da camada 2 de D-03
Figura 6.21 – Evolução das trincas: 14° dia do lançamento da Camada 2 de D-03
107
Figura 6.22 – Evolução das trincas: 20° dia do lançamento da camada 2 de D-03
Na fase final do processo, forma-se o mosaico de trincas definitivo, caracterizado pelas
trincas primárias mais abertas e de grande extensão conformando os limites mais nítidos
das colunas isoladas dos rejeitos ressecados cortadas pelas trincas secundárias, mais
fechadas e limitadas pelas dimensões dos elementos isolados (Figura 6.23). Há uma
clara tendência de articulação normal entre as diferentes trincas na conformação dos
padrões quadrangulares dos blocos isolados dos rejeitos ressecados (Figura 6.24).
Figura 6.23 – Mosaico das trincas: 35° dia do lançamento da Camada 2 de D-03
108
Figura 6.24 – Mosaico das trincas (detalhe): trincas primárias e secundárias.
109
CAPÍTULO 7
CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
Esta dissertação teve como objetivo geral avaliar o comportamento geotécnico dos
rejeitos de bauxita da Mineração Paragominas (MPSA), dispostos sob a forma de polpa
e submetidos a processos de sedimentação e ressecamento em barragens de contenção,
por meio de resultados de simulações físicas em diques-testes em escala real, associados
a dados de caracterização tecnológica dos materiais a partir de ensaios de laboratório.
7.1. CONCLUSÕES
•
Os ensaios de granulometria demonstraram que a tendência à floculação da
fração fina do rejeito da MPSA ocorre geralmente para partículas de fração
argila menores que 0,06 mm (sendo mais frequente para as partículas menores
que 0,01 mm); o rejeito da MPSA caracteriza-se como um material fino
composto basicamente por siltes e argilas de elevada plasticidade (LL entre 50%
e 70%) e alta compressibilidade;
•
O rejeito da MPSA é composto basicamente pelos minerais caulinita, gibsita,
goethita e hematita, apresentando baixo potencial de CTC (em torno de 4,88
cmol/g) e com Atividade A< 0,75 (materiais inativos);
•
Os resultados dos ensaios HCT com fluxo indicaram que o comportamento
geotécnico dos rejeitos em termos de adensamento e compressibilidade nos
reservatórios de barragens de contenção, é pouco afetado pelos teores iniciais de
sólidos dos rejeitos lançados em polpa nos reservatórios das barragens (as curvas
de permeabilidade são essencialmente concordantes, o mesmo ocorrendo para as
curvas de compressibilidade, a partir de tensões da ordem de 10 kPa); todos os
ensaios resultaram em teores de sólidos finais da ordem de 60%;
110
•
A técnica de espessamento dos rejeitos adotada na MPSA depende de uma
conjugação criteriosa dos mecanismos de escoamento superficial da lâmina
d’água sobrenadante, da evaporação superficial e da drenagem de base, sendo
que:
- as taxas de evaporação locais não são afetadas substancialmente pelas variáveis
ambientais;
- a condição de escoamento superficial ocorre livremente nos lançamentos
iniciais de rejeitos por espigotamento, mas o processo é bastante comprometido
nas fases subseqüentes pela tendência de formação de praias irregulares, erosão
superficial do depósito e formação de bolsões de águas acumuladas;
- na disposição pela técnica de spray bar, estes elementos são muito
minimizados quando não eliminados por completo. Com efeito, ocorre uma
nítida tendência de formação de uma praia mais uniforme e de declividade
constante, que favorece os processos de remoção da lâmina sobrenadante, de
equalização das taxas de evaporação, eliminação da presença de processos
erosivos concentrados e a formação de bolsões de água acumulada, além de
promover a intensificação e distribuição de padrões de trincas dos rejeitos
previamente consolidados, acelerando os efeitos da drenagem sub-superficial;
- a influência positiva da técnica adotada neste caso fica evidente pelos
resultados obtidos neste projeto de pesquisa, que mostraram que os rejeitos
depositados pela técnica de spray bar alcançaram teores de sólidos de 60% em
períodos da ordem de 15 a 20 dias após o lançamento dos rejeitos (para camadas
com 40 cm a 60 cm de espessura média), o que resultou em taxas de acréscimo
da concentração de sólidos dos rejeitos da ordem de 1,35 a 1,8%/dia; por outro
lado, as medidas de campo mostraram ainda que os teores de sólidos tendem a
atingir patamares de quase 80% após 50 dias de secagem;
- o mosaico de trincas unidimensionais e tridimensionais resultantes de
processos de contração e de tração dos rejeitos possibilita o desenvolvimento de
padrões de drenagem de base que garantem uma efetiva remoção das águas
111
intersticiais do depósito dos rejeitos em consolidação em prazos operacionais
compatíveis;
- os solos de fundação do platô Miltônia-3 apresentam condutividades
hidráulicas compatíveis com a técnica proposta (da ordem de 10-4 a 10-5 cm/s,
valores obtidos por ensaios com o permeâmetro de Guelph), proporcionando
também condições de drenagem de fundo adequadas para a plena consolidação
dos rejeitos em prazos e condições operacionais adequadas;
•
A técnica de espessamento dos rejeitos por ressecamento é viável e pertinente
para os rejeitos da MPSA em depósitos gerados na área do platô Miltônia-3,
adotando-se a técnica de disposição utilizando spray bars, metodologia que já
está sendo aplicada na MPSA;
•
A técnica de espessamento dos rejeitos por ressecamento é questionável nas
condições atuais do sistema de disposição de rejeitos, pelos condicionantes
hídricos e hidrogeológicos do vale local (demandando análises adicionais por
meio de ensaios in situ);
•
Os estudos de caracterização tecnológica dos rejeitos indicaram que as
premissas de 60% como limite operacional dos teores de sólidos obtidos pelas
técnicas de secagem dos rejeitos são bastante realistas e similares às que seriam
obtidas por adensamento imposto pela aplicação de sobrecargas;
•
A composição mineralógica dos rejeitos e a influência relativa dos floculantes
sintéticos adotados no processo de beneficiamento industrial dos rejeitos da
MPSA constituem elementos essenciais para a elaboração de projetos
alternativos.
112
7.2. RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões de trabalhos complementares para subsidiar e dar continuidade ao
estudo desenvolvido são propostas as seguintes abordagens:
•
Realização de estudos hidrogeológicos nos depósitos do vale para uma aferição
das influências relativas de zonas de recarga e da efetiva capacidade drenante da
base do sistema operacional de disposição de rejeitos praticado pela empresa;
•
Simulação numérica do processo do enchimento dos diques-testes e correlação
dos resultados com os dados do monitoramento de campo;
•
Melhoria dos parâmetros de input do projeto do quarto alteamento, com
repercussão direta na vida útil das obras projetadas, por meio de intervenções
nas variáveis de disposição dos rejeitos e no desempenho do processo de
ressecamento dos mesmos sob drenagem e evaporação. No primeiro caso, uma
alternativa de aplicação rápida e simples seria a adoção de sistema de
lançamento dos rejeitos por meio de ‘spray bars’ e não por espigotamento,
visando propiciar uma superfície de exposição muito mais uniforme e efetiva
aos efeitos de evaporação, induzindo maiores acréscimos dos teores de sólidos
finais obtidos. No segundo caso, alternativas potenciais implicam a obtenção de
resultados de sondagens piezométricas realizadas no interior dos reservatórios de
rejeitos, demandando logísticas de acesso e prazos mais elaborados.
Independentemente dos resultados formais das sondagens piezométricas, parece
explícita a necessidade de readequação das áreas de disposição dos rejeitos de bauxita
da MPSA, com foco óbvio na área do platô Miltônia-3 e flexibilização das alternativas
de disposição (necessidade de um plano diretor focado em sistemas distintos para
disposição dos rejeitos gerados). Nesta concepção, recomenda-se adotar estudos
complementares para:
- disposição dos rejeitos no platô Miltônia-3 pela técnica de spray bars;
113
- adoção de técnicas conjugadas de disposição, por meio de desaguamento prévio
parcial (reduzindo os volumes de água incorporada ás polpas de rejeitos);
- aplicação das técnicas de adensamento eletrocinético em campo (particularmente
nas áreas das barragens de contenção como alternativa possível para se promover a
remoção das águas instersticiais);
- estudos específicos para disposição parcial dos volumes dos rejeitos (geotubos, por
exemplo).
114
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT (1984). Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm – Determinação da
massa específica. NBR6508, Associação Brasileira de Normas Técnicas, 8 p., São
Paulo.
ABNT (1984). Solo – Análise granulométrica. NBR7181, Associação Brasileira de
Normas Técnicas, 13 p., São Paulo, SP.
ABNT (1984). Solo – Determinação do limite de liquidez. NBR6459, Associação
Brasileira de Normas Técnicas, 6 p., São Paulo, SP.
ABNT (1984). Solo – Determinação do limite de plasticidade. NBR7180, Associação
Brasileira de Normas Técnicas, 3 p., São Paulo, SP.
ABNT (1986). Solo – Preparação para Ensaios de Compactação e Ensaios de
Caracterização. NBR6457, Associação Brasileira de Normas Técnicas, 9 p., São Paulo,
SP
Abu-Hejleh, A. N. & Znidarcic, D. (1992). User manual for computer program SICTA.
Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of
Colorado, Boulder, Colorado,101 p..
Abu-Hejleh, A.N. & Znidarcic, D. (1995). “Desiccation Theory for Soft Cohesive
Soils”.Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 121(6), 493-502.E, S. Houston and
W. Wray, eds., 163-174.
Anjos, F. V & Silva, J. B. (1983) - As Usinas de Produção de Alumínio da ALCAN no
Brasil: Parte 1: Processo Bayer para a Produção de Alumina. Parte 2: O Processo
Eletrolítico Para a Produção de Alumínio - Public. da ALCAN Alumínio do Brasil.
Aquino, T.F. (2007) - Beneficiamento Químico da Bauxita de Santa Catarina.
Florianópolis: UFSC, 2007. 103p. Dissertação (Mestrado), Programa de Pós Graduação
115
em Engenharia Química, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis.
Araújo, G.S. (2005). Estudo Experimental do Comportamento Dreno – Filtrante de
Interfaces Rejeitos Finos – Geotêxteis, Dissertação de Mestrado, Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, UFOP, Ouro Preto, 177p.
Associação
Brasileira
do
Alumínio
(ABAL),
www.abal.org.br/industria/estatisticas_bauxita.asp, acessado em 03 de jan. 2011.
Athmer, J. B. E. M.; & Pycroft, A. S. (1986) – Methods and results of quality control
for hydraulic placed sand fill. 11 th World Dredging Congress. Vol. I, 95-610.
Ávila, J.P. Soares, R. E. & Costa, L. H. D. (1995) - Deposição de rejeitos finos pelo
método de secagem In: 3° Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e Disposição de
Resíduos Industriais e de Mineração (REGEO). Anais. Ouro Preto, MG, vol 01, p. 97 –
108.
Bizinella, G. A. et al (1980) – Projeto Tapajós/Sucurundi: Relatório Final.
Superintendência Regional de Manaus (SUREG/MA), Companhia de Pesquisa de
Recursos Minerais (CPRM), 8 v. Manaus.
Blight, G. E. (1994) – The master profile for hydraulic fill tailings beaches. Proc.
Institute of Civil Engineering Geothecnical Engineering, 107; 27-40.
Brandt Meio Ambiente (2005) – Estudo de Impactos Ambientais (EIA), Lavra e
Beneficiamento de Bauxita, Capítulo 6 – Diagnóstico Ambiental, Belo Horizonte 122 p.
Bray, E. L. - Bauxite and Alumina. Mineral Commodity Summaries 2010, Washington:
U.
S.
Geological
Survey,
2010.
p.
26
–
27.
Disponível
em
http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/2010/mcs2010.pdf. Acesso em 14 de julho
2011.
Camargo, O.A.; Moniz, A.C.; Jorge, J.A.; Valadares, J.M. (2009). Métodos de análise
química, mineralógica e física de solos do IAC. Campinas, Instituto Agronômico de
Campinas, 77p. (IAC Boletim Técnico, 106, Edição revista e atualizada).
116
Cançado, N.L. (2010). Desenvolvimento de Equipamento modificado para Ensaio HCT
com Bomba de Fluxo. Ouro Preto: UFOP, 2010. 98 p. Dissertação (Mestrado),
Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro
Preto.
Costa, J.H.B. (2010) - Modelagem Matemática da Operação de Escrubagem da Bauxita
de Paragominas – PA. São Paulo: USP, 2010. 135 p. Tese (Doutorado), Programa de
Pós Graduação em Engenharia Mineral, Departamento de Engenharia de Minas e
Petróleo, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo.
EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa em Agropecuária (1997). Manual de
métodos de análises de solo. 2.ed. Rio de Janeiro, Ministério da Agricultura e do
Abastecimento,. 212p.
Faria Jr., L. E. C. (1979) - Estudo sedimentológico da Formação Pedra de Fogo –
Permiano – Bacia do Maranhão. UFPA. 1979 Belém, 57p. Dissertação (Mestrado),
Universidade Federal do Pará, Belém.
Ferreira, L. D. (2011) – Desenvolvimento de Equipamento de Laboratório para o Estudo
de Fenômenos Eletrocinéticos no Processo de Adensamento de Resíduos de Mineração.
Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Geotecnia, UFOP, Ouro
Preto, 150 p.
Gandhi, R. et al. (2008) – Design and operation of the world´s first long distande
bauxite slurry pipeline. In: TMS 2008 ANNUAL MEETING & EXHIBITION, 137.
New Orleans, LA. Lights Metals: Alumina and Bauxite, V. 16 p.
Gibson, R.E.; England, G.L; Hussey, M.J.L. (1967) Theory of one-dimensional
consolidation of saturated clays, I. Finite non-linear consolidation of thin homogeneous
layers. Géotechnique, London, v. 17, n. 3, p. 261-273.
Goés, A. M. (1981) - Estudo sedimentológico dos sedimentos Barreiras, Ipixuna e
Itapecuru, no nordeste do Estado do Pará e noroeste do Maranhão. Belém: UFPA,1981.
55 p. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Pará, Belém.
117
Gomes, R. C. (2010) – Ensaios Preliminares de Caracterização dos rejeitos de Bauxita
da Mineração Bauxita Paragominas – MBP, Relatório Técnico, 23 p.
Hind, R. A., Bhargava, S. K. e Grocott, S. C (1999). The surface chemistry of Bayer
process solids: a review”. Colloids and surfaces A: Physicochemical and engineering
aspects, n. 146, pp.359-374.
IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineração. Sistema de informações e análises da
economia mineral brasileira. 5ª Edição. Brasília. 2010. 28 p.
ICOLD (2002) – International Commision on Large Dams, Belo Horizonte, 1 CD-ROM
International Aluminium Institute (IAI), http://www.world-aluminium.org, acessado em
02 fev. 2011.
Koutschoubey, B.; et. al. (2005) - Caracterização e Gênese dos depósitos de Bauxita da
Província Bauxitífera de Paragominas, Noroeste da Bacia do Grajaú, Nordeste do
Pará/Oeste do Maranhão. In: MARINI, O. J.; QUEIROZ, E. T.; RAMOS, B. W. (Eds)
Caracterização de Depósitos Minerais em Distritos Mineiros da Amazônia,cap. XI, p.
691-782, VGArte, Brasília.
Linacre, E. T. (1977) - A simple formula for estimating evapotranspiration rates in
various climates, using temperature data alone. Agricultural Meteorology, v.18, p.409424.
Linacre, E. T. (1993) - Data-sparse estimation of lake evaporation using a simplified
Penman equation. Agricultural and Forest Meteorology, Elsevier, Amsterdam, v.64,
n.3-4, p.237-256.
Mártires, R. A. C.; Santana, A. L. (2008) - Informe Mineral Pará 2007/2008. 10 p.
Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM), Belém.
Massola, C.P. (2008). Flotação Reversa da Bauxita de Miraí, MG. Dissertação de
Mestrado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 85p.
118
Multigeo - Engenharia Mineral, Geologia e Meio Ambiente (2006)– Planejamento de
Lavra, Projeto MBP – Mina de Bauxita Paragominas CVRD, Relatório Técnico, Belo
Horizonte 116 p.
Oliveira, M. C. F.; Silva, I. M. O.; Moraes, J. C.; Costa, J. P. R. (1983) - Estudo
Comparativo das Taxas de Evaporação e Evapotranspiração em Belém-PA,
Universidade Federal do Pará, Departamento de Meteorologia e Geofísica, pag. 45-55.
Pagin, S.; Cera, D.; Érico, J. C. D. (1983) - Alumínio: do minério ao lingote. In: As
usinas brasileiras de metalurgia extrativa dos metais não ferrosos, Associação Brasileira
de Metais (ABM), São Paulo.
Sampaio, J.A.; Andrade, M.C.; Dutra; A.J.B. (2005) - Bauxita. Rochas & Minerais
Industriais: Usos e Especificações, pag. 279 – 304, Centro de Tecnologia Mineral
(CETEM), Rio de Janeiro.
Silva, D.R. (2003). Estudo do Processo de Ressecamento de um Rejeito Fino de
Minério de Ferro em uma Área Teste, Dissertação de Mestrado, Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, UFOP, Ouro Preto, 141p.
Silva Filho, E. B.; Alves, M. C. M.e Da Motta, M (2007). Lama vermelha da indústria
de beneficiamento de alumina: produção, características, disposição e aplicações
alternativas. Revista Matéria, v. 12, n. 2, pp. 322 – 338.
Souza, W.B. (2008) - Estudo da Adição de Lama de Bauxita em Polímero de Poli
(Metacrilato de Metila) por meio de Polimerização em Massa e Moldagem em Casting,
Dissertação de Mestrado, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, autarquia
vinculada á Universidade de São Paulo, São Paulo, 106 p.
Subba Rao, K. S. and Satyadas, G. L., 1985, - Measurement of Volumetric and Linear
Shrinkage on Back Cotton Soil, Geotech. Test. J., Vol. 8, pp. 66–70.
Tucci, C. E. M. & Beltrame, L. F. S. (2001) – Evaporação e Evapotranspiração, In:
Hidrologia: ciência e aplicação, 2ed., 2reimp. p. 253 – 283. Ed. Universidade/UFRGS
Porto Alegre.
119
VALE (2010) – Apresentação do Projeto Bauxita Paragominas, 2010.
Villar, L. F. S. (2002) - Estudo do Adensamento e Ressecamento de Resíduo de
Mineração e Processamento de Bauxita. Rio de Janeiro: PUC-Rio 2002. 461 p. Tese
(Doutorado). Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
120

Fazer Download... - NUGEO

Transcrição

Documentos relacionados

a Central Nuclear do Nordeste

SIKKENS PORTUGUES.indd

Processamento de Rejeitos de Carvão e Redução do Impacto

Ciências - PSS 010/2014 - Prefeitura de Ouro Preto

CHAMADA DE PROFESSORES PEB-HE - CIÊNCIAS

No da revisão: 05 Data: jul/2010 Código: POP

Ficha técnica

MCF 707

PHH - Panantec ATMI

Densimetro Gurley