Técnicas para a disposição de rejeitos de minério de ferro
Djanira Alexandra Monteiro dos Santos
Mestranda PPGEM, Escola de Minas/UFOP
[email protected]
Adilson Curi
Professor Associado, Escola de Minas/UFOP
[email protected]
José Margarida da Silva
Professor Adjunto, Escola de Minas/UFOP
[email protected]
RESUMO
Este artigo é uma revisão bibliográfica sobre as técnicas utilizadas na disposição dos
rejeitos de minério de ferro. O tema é abordado de forma geral, definindo rejeitos, formas de
disposição, estruturas de contenção, métodos construtivos.
Palavras chaves
Rejeitos, Barramentos, minério de ferro.
ABSTRACT
This article is a bibliographical review on techniques used on disposal of iron ore tailings.
This subject is discussed in general terms, defining tailings, methods of disposal, tailing dam
structures, and methods of construction.
Key Words
Tailings dam, iron ore, disposal methods
Introdução
A mineração é uma atividade econômica fundamental para o desenvolvimento de um país,
que envolve um conjunto de processos, actividades e técnicas essenciais para a extração de
bens minerais da crusta terrestre. Associada a mineração está a produção de grande
quantidade de resíduos, que requerem um tratamento e disposição adequados para não
impactarem o ambiente.
Na mineração são gerados dois tipos principais de resíduos que são os estéreis, produzidos
pela lavra ou retirada do minério da jazida, e os rejeitos, produzidos pelo seu beneficiamento.
Atualmente as empresas de mineração têm procurado incorporar nos estudos do seu plano de
lavra alternativas mais seguras e econômicas para a disposição dos rejeitos.
Muitas empresas de mineração para reduzir os custos envolvidos na construção das estruturas
de contenção de rejeitos optam pela utilização do próprio rejeito como elemento construtivo
sem controle tecnológico, o que em muitos casos já causou graves acidentes devido a ruptura
das estruturas.
Nos últimos anos houve uma grande evolução das técnicas de disposição de rejeitos, que
contribuíram para uma maior recuperação de água no processo de beneficiamento, reduzindo
a quantidade de água nos rejeitos e permitindo maior estabilidade e segurança nas estruturas
de contenção dos materiais.
Rejeitos
Rejeitos são resíduos de mineração que resultam dos processos de beneficiamento a que se
submetem os minérios, visando a redução e regularização da granulometria dos grãos,
eliminação dos minerais associados e melhoria da qualidade do produto final. Na sua
composição apresentam partículas de rocha, água e as substâncias químicas envolvidas no
processo de beneficiamento.
Dependendo do tipo de minério e das operações de extração e beneficiamento utilizadas, estes
materiais exibem características mineralógicas, geotécnicas e físico-químicas variáveis,
podendo se apresentar como rejeitos granulares (com granulometria de areias médias e finas),
ou lamas (partículas com a granulometria de siltes e argilas).
Para obtenção do concentrado de ferro, o minério é submetido a etapas sucessivas de
peneiramento, britagem, moagem, deslamagem e flotação em colunas, a maioria delas
envolvendo água. Por isso geralmente os rejeitos de minério de ferro apresentam-se na forma
de polpas, constituídas por uma fração líquida e uma sólida com diferentes minerais em
suspensão e elementos químicos dissolvidos. Para cada tonelada de minério de ferro é
produzida em média 0,5 toneladas de rejeitos, sendo a razão gravimétrica entre o produto final
e os rejeitos produzidos de 2:1 (Boscov, 2008).
A maioria dos rejeitos de minério de ferro é considerada granular, com baixa permeabilidade,
boas condições de drenagem e resistência e baixo potencial poluidor, cujo comportamento
geotécnico é determinado por essas características e pela forma de deposição.
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Disposição de rejeitos
Os rejeitos produzidos pelo processo de beneficiamento podem ser descartados de duas
formas: líquida (polpas), sendo o seu transporte feito em tubulações através de bombas ou por
gravidade; ou sólida (pasta ou granel), com o transporte feito por camiões ou correias
transportadoras.
A sua disposição pode ser feita: em superfície, em escavações subterrâneas e em ambientes
subaquáticos. A disposição subterrânea envolve o preenchimento de galerias onde o minério
já foi extraído e caso sejam seguidos os procedimentos de segurança e ambientais necessários,
este método pode-se mostrar bastante económico e com menos impacto ambiental.
A disposição subaquática não é muito utilizada devido ao seu elevado potencial poluidor. Em
compensação, a disposição em superfície é a mais aplicada, podendo o material ser disposto
em barragens ou diques; em pilhas de rejeito se o material estiver na forma sólida; ou na
própria mina, em áreas já lavradas ou minas abandonadas. Os diques construídos em áreas
planas ou pouco inclinadas, e as barragens construídas em vales, para servirem de bacias de
contenção de rejeitos são normalmente chamados de barragens de rejeito.
A construção de barragens de rejeitos é o procedimento mais implementado pelas
mineradoras. As características e o tipo de barragem dependem do tipo de rejeitos. Rejeitos na
forma de lamas, cuja granulometria se assemelha a das argilas, geralmente são dispostos em
barragens convencionais, semelhantes as barragens de contenção de água, mas construídas
com solo argiloso ou em enrocamento com núcleo argiloso, onde se faz a deposição
subaquática do material.
Para a deposição dos rejeitos granulares a construção mais favorável é a de barragens por
aterro hidráulico, sendo o próprio rejeito utilizado para a construção dos alteamentos. Está
técnica permite a construção de alteamentos sucessivos na barragem, mas exige a aplicação de
princípios geotécnicos durante o seu projeto e construção, porque o comportamento da
barragem pode ser afetado pela velocidade do fluxo de rejeitos, concentração da lama,
propriedades mecânicas dos rejeitos e das características de deposição.
A construção das barragens de rejeito pode ser feita com material compactado trazido de áreas
de empréstimo ou com o próprio rejeito. O uso do próprio rejeito na construção das barragens
é o método mais difundido devido ao seu baixo custo, disponibilidade do material e facilidade
construtiva.
Quando as barragens são construídas com o próprio rejeito, elas comportam-se como aterros
hidráulicos, que são estruturas construídas pelo transporte e deposição de solo em meio
aquoso. A maior desvantagem desta técnica é que o lançamento hidráulico de rejeitos provoca
segregação hidráulica - processo fundamental na construção de aterros hidráulicos, afetando
diretamente a distribuição granulométrica e as condições de fluxo ao longo da praia. Outro
problema é a formação de potenciais focos de liquefação, provocada por vibrações no terreno
devido ao desmonte com explosivos próximo das barragens, alteamentos muito rápidos, etc.,
aumentando o risco de ruptura.
Podem ser empregados três métodos para a construção de barragens de rejeito alteadas com o
próprio rejeito (figura 1):
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1) Método de alteamento à montante
2) Método de alteamento à jusante
3) Método da linha de centro
Para os três casos, inicialmente é feito um dique de partida com material de empréstimo e ao
longo do tempo são construídos os alteamentos. Os rejeitos são lançados ao longo da crista do
dique por ciclones ou por series de pequenas tubulações, para que haja uma formação
uniforme da praia. A sedimentação das partículas dá-se em função do seu tamanho e
densidade, isto é, as partículas mais finas e leves ficam em suspensão e transportam-se para o
centro da barragem, e as partículas mais grossas e pesadas sedimentam-se rapidamente mais
próximo do dique. A diferença entre estes métodos está na direcção do alteamento em relação
ao dique inicial.
Alteamento a montante
Alteamento a jusante
Alteamento por linha de centro
Figura 1 – Métodos construtivos de barragens de rejeito (Araújo, 2006)
Nos métodos a jusante e por linha de centro usam-se normalmente ciclones, cujo underflow
(material de maior granulometria) é empregue na construção dos alteamentos e o overflow
(finos) é depositado no dique. Os rejeitos são depositados pela técnica de aterro hidráulico,
que quando aplicada ao alteamento a montante facilita a execução da barragem tornando este
método mais económico e por esta razão, o mais utilizado pelas mineradoras. Entretanto,
neste método não é possível a implantação de drenagem interna, o que pode levar a
instabilidade e piping da estrutura, caso haja infiltração de água no talude. Como alternativa
para solucionar este problema tem sido empregado o método de alteamento por linha de
centro que garante um controle geotécnico maior às barragens. As principais características
destes métodos construtivos estão resumidas na tabela 1.
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Tabela 1 – Resumo das características dos métodos de construção de barragens de rejeito.
Montante
Método mais empregado
Método construtivo
Construção de dique inicial e
diques de alteamento no talude
de montante com material de
empréstimo, estéreis de lavra ou
com os grossos da ciclonagem
Lançamento pela crista por
ciclonagem ou sistema de tubos
Jusante
Linha de centro
Construção de dique inicial
impermeável e barragem de
pé
Separação dos rejeitos na
crista do dique por meio de
hidrociclones]
Variante do método a
jusante
Dreno interno e
impermeabilização a
montante
Mais de 40% de areia
Tipo de rejeito
recomendado
Baixa densidade de polpa para
promover segregação
Qualquer tipo
Areias ou lamas de baixa
plasticidade
Requisitos de
descarga dos
rejeitos
Descarga periférica e bom
controle de água livre
acumulada
De acordo com o projeto
Descarga periférica,
conservando o eixo da
barragem
Armazenamento de
água
Não recomendado para grandes
volumes
Bom
Aceitável
Resistência sismica
Fraca em áreas de alta
sismicidade
Boa
Aceitável
Restrições de
alteamentos
Recomendável menos de 5 a 10
m/ano, perigoso se mais alto
que 15 m/ano
Nenhuma
Pouca
Requisitos de
alteamento
Solo natural, rejeitos ou estéreis
Rejeitos ou estéreis
Rejeitos ou estéreis
Menor custo
Vantagens
Maior velocidade de alteamento
Utilizado em lugares onde há
área restrita
Desvantagens
Baixa segurança por causa da
linha freática próxima ao talude
de jusante, susceptibilidade de
liquefação, possibilidade de
piping
Maior segurança
Compactação de todo o
corpo da barragem
Podem-se misturar os
estéreis da lavra
Necessidade de grandes
quantidades de grossos de
ciclonagem (problema nas
1ªs etapas)
Deslocamento do talude de
jusante (proteção superficial
só no final da construção)
Flexibilidade do volume
de grossos de ciclone
necessário com relação
ao metodo de jusante
Necessidade de sistemas
de drenagem eficientes e
sistemas de contenção a
jusante
Fonte: Adaptado de Boscov, 2008.
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Para o lançamento hidráulico dos rejeitos são normalmente utilizados sistemas de canhões e
hidrociclones. No descarregamento com canhões as partículas separam-se na própria praia em
função das características do rejeito, velocidade de descarga e concentração, ao passo que
com os hidrociclones os rejeitos sofrem uma separação granulométrica antes de serem
descarregados.
A prática da ciclonagem é a mais comum, porém ela apresenta alguns problemas como por
exemplo, rejeitos com partículas de diferentes densidades poderão influenciar a separação
dando como resultado um underflow de partículas finas mas com alta densidade. Este tipo de
problema é comum acontecer na ciclonagem dos rejeitos de minério de ferro. Estes rejeitos
apresentam este comportamento no lançamento hidráulico motivados pela segregação
hidráulica, que proporciona uma diferenciação granulométrica das partículas em função da
forma, tamanho e densidade, formando zonas com propriedades geotécnicas diferentes. Por
essa razão, podem existir na barragem regiões com alta concentração de partículas de ferro.
Como já foi referido, os rejeitos de minério de ferro apresentam propriedades, como a alta
permeabilidade e baixa compressibilidade, que lhes garantem um processo de sedimentação e
adensamento em curto espaço de tempo, sendo do ponto de vista geotécnico os rejeitos mais
favoráveis ao uso. Antes do seu descarte, a polpa de rejeito, dependendo dos métodos de
disposição, poderá passar por alguns processos como o espessamento ou deslamagem,
filtragem e ciclonagem, visando a recuperação de maior quantidade de água, aproveitamento
de algumas parcelas de rejeito e separação granulométrica das partículas.
O pré - adensamento (pasting) das lamas (argilas) em silos antes da sua disposição na
barragem, é uma das novas técnicas adotadas atualmente para polpas (rejeitos granulares) para
a redução da quantidade de água nos rejeitos e facilitar a sua secagem por evaporação (figura
2). Esta técnica permite maior estabilidade da estrutura, facilita a recuperação ambiental e
reduz o perigo de acidentes com deslizamentos.
Figura 2 – Rejeitos apôs secagem por evaporação. (Araújo, 2006)
Os rejeitos adensados ou pastas são fluidos homogéneos em que o processo de segregação
granulométrica das partículas não acontece, e apresentam drenagem insignificante de água
quando dispostos de forma suave em superfícies estáveis. A sua produção é feita por
desaguamento dos rejeitos finos e a sua disposição, tanto em superfície, quanto em
escavações subterrâneas, é feita de maneira a formarem superfícies com ligeira inclinação.
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Os aparelhos mais indicados para produzir um underflow com a consistência de pastas, sem
abusar do uso de floculantes são os espessadores de pastas, cujos procedimentos de seleção e
dimensionamento não são os mesmos aplicados para espessadores de polpa.
Com vista na redução de impacto ambiental, redução dos custos de disposição de rejeitos e
melhor balanço hídrico, a MBR (Minerações Brasileiras Reunidas SA) criou o projeto pasting
que consiste na disposição na cava exaurida da Mutuca dos estéreis e dos rejeitos adensados
gerados pela mina de Capitão Xavier. O resultado do adensamento dos rejeitos mostrou-se
satisfatório, proporcionando a possibilidade de recuperação aproximada das características
topográficas da região da cava da Mutuca e minimizou a ocupação de áreas na superfície para
implantação de novas barragens.
A formação de pastas de rejeitos apresenta as seguintes vantagens (Ávila):
Aumento do teor de sólidos o que implica maior capacidade do reservatório.
O material resultante não provoca saturação do dique;
O dique serve apenas de apoio da lama porque o risco de saturação é baixo;
Os riscos para jusante são menores;
Há maior facilidade de revegetação (figura 3).
Figura 3 – Características das pastas depois de revegetadas. (Ávila)
Considerações finais
Como não são elementos geradores de receitas para as mineradoras, geralmente, ao
tratamento, disposição e destino dos rejeitos, não é dada a devida importância, havendo por
isso construções de barragens de rejeito sem projetos de engenharia.
A disposição de rejeitos pode causar diversos impactos ao ambiente, como a poluição visual,
causada pela alteração da paisagem natural, contaminação de águas subterrâneas e
superficiais, contaminação do ar, assoreamento de cursos de água etc. E estes impactos podem
se agravar em função do tipo de disposição que for adotado e do não cumprimento dos
requisitos básicos de segurança e controle ambiental.
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Como se referiu neste trabalho, os rejeitos de minério de ferro apresentam propriedades que
favorecem a sua disposição por aterro hidráulico, que é uma das técnicas mais empregada no
descarte de rejeitos. Mas o adensamento ou pasting dos rejeitos é consideravelmente mais
vantajoso que as disposições convencionais. O adensamento permite que a determinada
percentagem de sólidos, não se forme segregação das partículas, resultando em ângulos de
deposição mais altos que permitem comportar maiores volumes de material disposto. Além
disso, as pastas secam por evaporação propiciando a formação de solo compacto mais rápido,
o que facilita a recuperação ambiental.
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