Aproveitamento das Águas Subterrâneas no Processo de
Produção de Minério de Ferro da Mina de N4E, Pará/Brasil.
Helio Alexandre Lazarim*
Rosan Moreira de Figueirêdo**
ABSTRACT
The N4E Iron Mine, property of CVRD Group, is an open pit mine placed at Serra
dos Carajás Mineral Province, Pará, Brazil. The production of iron ore is about 25 millions
of tons per year. In 1991 the water table was reached. Dewatering techniques have been
employed since then. In this case, dewatering means the operation of 16 pumping wells
with a flow rate approximately 300 l/s.
The water from the ore body is withdrawn from the pit through two shafts connected
to a Drainage Gallery. This gallery have 2300 meters of length and drain into Geladinho
Creek, east of the N4E Mine. The groundwater from the Gallery is drained off to the
tailings dam by Geladinho Creek. In the dam the water is repumped to the Beneficiation
Plant with a flow rate of 600 l/s. Within this approach, search for other water sources is
avoided, i. e., groundwater from dewatering is totally reused in the beneficiation process of
iron ore.
Palavras-chave: minério de ferro, água subterrânea, medida mitigadora
1.
RESUMO
A Mina de Ferro N4E, de propriedade da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD),
caracteriza-se como uma atividade de mineração em cava a céu aberto localizada na
Província Mineral da Serra dos Carajás, Estado do Pará, Brasil. Sua produção é da ordem
de 25Mt de minério de ferro por ano.
Para viabilizar as atividades de lavra na Mina N4E torna-se necessário o rebaixamento do
nível de água subterrânea no interior da cava. O referido rebaixamento é realizado com uma
bateria de 16 poços tubulares profundos, totalizando uma vazão da ordem de 300 l/s. As
águas subterrâneas são retiradas por gravidade da área da cava através de uma Galeria de
Drenagem posicionada 130 metros abaixo da base da Mina. A Galeria se estende por 2300
metros até desaguar no Vale do Igarapé Geladinho. A conexão entre N4E e a Galeria de
Drenagem é feita por quatro poços do tipo shaft que servem ainda para o escoamento de
águas pluviais.
Como parte do processo de produção de minério de ferro deve ser salientada a necessidade
da existência de uma usina de tratamento de minerais, cujo consumo médio de água é
aproximadamente 600 l/s. Quase metade deste consumo é assegurada pelas vazões
constantes do rebaixamento do nível de água subterrânea. Em termos ambientais esta
recirculação parcial de água tem como objetivo evitar a busca de novas fontes de água
industrial.
2.
INTRODUÇÃO
A Mina de Ferro de N4E, de propriedade da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD),
localiza-se a 700 km da cidade de Belém, no sul do Estado do Pará, Brasil (Figura 1),
particularmente na denominada Província Mineral da Serra dos Carajás. Nesta região a
produção de minério de ferro é da ordem de 50Mt por ano, dos quais aproximadamente
25Mt são provenientes da Mina de N4E.
As explotações de minério de ferro em minas a céu aberto comumente atingem o
nível de água subterrânea nas cavas. Em cada um destes casos torna-se necessário o
rebaixamento do nível de água subterrânea. Em geral, este tipo de operação de lavra
consiste no funcionamento contínuo de baterias de poços tubulares profundos, isto permite
manter as frentes de lavra sem presença de água.
A Mina de N4E iniciou suas atividades no ano de 1985. Somente em 1991, quando a
lavra atingiu a cota 625, foi iniciado o processo de rebaixamento do nível de água
subterrânea. Para isto foram perfurados poços tubulares profundos e piezômetros no interior
da cava. Atualmente, na Mina de N4E, o rebaixamento se faz através da operação de 16
poços tubulares profundos. Juntos perfazem uma vazão de rebaixamento da ordem de 300
l/s. Estas águas subterrâneas são retiradas da área da cava através de uma Galeria de
Drenagem e são lançadas na barragem de rejeitos do Igarapé Geladinho, nas proximidades
da Mina.
A explotação de minério de ferro necessita de uma usina de beneficiamento para
concentração do bem mineral. A água utilizada neste tipo de processo industrial é
transportada da barragem de rejeitos. Parte desta água é proveniente das atividades de
rebaixamento
realizadas na Mina de N4E. Além disso, como projeto futuro, o aproveitamento desta água
subterrânea será realizada junto à saída da Galeria de Drenagem, o que diminuirá o
recalque de água até a usina de baneficiamento.
Figura 1 – Mapa de localização da área de estudo. A Mina de N4E está
aproximadamente a 700 km de Belém, capital do Estado do Pará.
3.
HIDROGEOLOGIA
A Mina de N4E localiza-se na Província Mineral da Serra dos Carajás. Na área da
Mina são encontradas rochas Arqueanas do Grupo Grão Pará, que por sua vez são
representadas pelas seguintes formações, segundo Macambira et al. (1990): Fm.
Parauapebas, Fm. Carajás e Fm. Igarapé Cigarra (Figura 2). A Formação Parauapebas, base
da seqüência, é constituída por basaltos e riolitos subordinados.
A Formação Carajás é constituída por jaspilitos bandados da fácies oxido, sendo
protominério dos depósitos de ferro de bvr54Carajás. Na Mina de N4E este litótipo chega a
atingir 220 metros de espessura. Os jaspilitos apresentam bandas milimétricas a
centimétricas de hematita/magnetita alternadas com bandas de espessuras semelhantes de
sílica (jaspe/chert/calcedônia). As jazidas de ferro ocorrem onde as bandas de material
silicoso estão ausentes. Esta ausência permitiu a geração de espaços vazios nos corpos de
minério, estes ocos foram preenchidos por água subterrânea, portanto os corpos de minério,
na região de Carajás, formam uma unidade hidroestratigráfica de condutividade hidráulica
elevada.
A Formação Igarapé Cigarra, topo estratigráfico da área de estudo, é constituída por
basaltos e rochas sedimentares químicas e detríticas (tufo, formações ferríferas bandadas,
chert s e arenitos).
Recobrindo discordantemente os litótipos descritos acima encontramos coberturas
sedimentares de canga e solo elúvio coluvionário, ambas recentes.
Em termos hidrogeológicos as coberturas sedimentares servem como via de recarga
de água para o sistema de fluxo de água subterrânea existente na região de Carajás. Nos
arredores da Mina de N4E as rochas de origem vulcanossedimentar das Formações
Parauapebas e Igarapé Cigarra comportam-se como unidades hidroestratigráficas contendo
baixos valores de condutividade hidráulica, o que lhes dá caráter de aqüitardo (Frasa,
2001).
As rochas da Formação Carajás devem ser compreendidas como formadoras de duas
unidades hidroestratigráficas coincidentes com jaspilitos e corpos de minério. Quando
representadas pelos jaspilitos possuem um caráter de aqüitardo servindo como barreira
hidrogeológica no sistema de fluxo. Por sua vez, os corpos de minério apresentam elevados
valores de condutividade hidráulica, devido este fato o rebaixamento da Mina N4E é feito
através de poços tubulares profundos instalados nestes corpos de minério.
Figura 2 – Representação geológica na região em torno da Mina de N4E. A
topografia representada no perfil A/B é anterior às atividades de lavra.
O rebaixamento é realizado através da operação de 16 poços tubulares profundos.
Estes poços apresentam um diâmetro de revestimento de 10 polegadas, dos quais 14 são
instalados com bombas submersas e 2 são conectados até a Galeria de Drenagem que escoa
água por gravidade para fora da área da cava. Além destes, dois outros poços conectam a
cava até a Galeria de Drenagem. São poços do tipo shaft isolados do meio hidrogeológico
no qual estão inseridos.
A Galeria de Drenagem de água possui 3 metros de largura, 3,5 metros de altura e
2300 metros de comprimento. Seu objetivo é viabilizar a retirada das águas subterrâneas e
pluviais da área da cava, transportando-as até o Igarapé Geladinho. No vale do referido
igarapé existe uma barragem de rejeitos onde as águas subterrâneas e pluviais provenientes
de N4E são misturadas com águas industriais provenientes da usina de beneficiamento de
minério de ferro. A partir da área da barragem a água é bombeada até as instalações
industriais da área da usina.
Pelo exposto verifica-se que o esquema de escoamento de água subterrânea, para os
poços de bombeamento, consiste nas seguintes etapas: dos poços a água segue até os shafts,
daí entram na Galeria de Drenagem e escoam até o Igarapé Geladinho rumo à barragem de
rejeitos posicionada neste Igarapé. Da barragem a água é bombeada até a usina de
beneficiamento sendo utilizada de forma industrial.
4.
UTILIZAÇÃO INDUSTRIAL DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS
Em toda mineração a céu aberto, a interferência nos recurso hídricos é marcante, seja
na fase de exploração/explotação, tratamento ou carregamento.
Ao se processar a atividade de exploração/explotação, e tão logo sejam atingidos os
níveis mais inferiores da cava, na maioria das vezes, o lençol freático comporta-se de forma
a encontrar uma região de menor resistência gerando nestes pontos um grande fluxo
contínuo de água com vazões consideráveis, muitas vezes interferindo de forma intensiva
nos andamento dos processos minerários ali desenvolvidos.
Para evitar a paralisação da lavra, uma técnica muito utilizada cujos resultados são
perfeitos e adequados às atividades, tanto do ponto de vista minerário como também
ambiental, é o rebaixamento do lençol freático, que permite dentre outras coisas
reaproveitar este recurso para os processos de beneficiamento mineral, com ganhos
consideráveis para o meio ambiente, principalmente por permitir o seu reaproveitamento e
reduzindo a necessidade em impactar o ecossistema com a construção de barragens que
funcionam como contenção de finos mas também como reservatório de água para utilização
nas plantas de beneficiamento.
4.1 - SÓLIDOS PARA A BARRAGEM DO GELADO
O primeiro fato é que a CVRD vem se preocupando com a emissão de sólidos para a
Barragem do Gelado há algum tempo. Isto não só pela causa ambiental, tendo em vista que
a diminuição da emissão de rejeitos sólidos exigiria alteamentos da Barragem em períodos
maiores o que, consequentemente, minimizaria os eventuais impactos, principalmente os
relativos a áreas de empréstimos e de inundação, como também à causa econômica da
Empresa, tendo em vista que isto possibilitaria a comercialização de mais e maiores
quantidades de produtos, se os panoramas de mercado se mantiverem como hoje.
Para isso, estudos específicos foram desenvolvidos sob os pontos de vista técnico e
econômico dentro da realidade de Carajás, do bem mineral em questão (minério de ferro) e,
principalmente, da escala de produção. É exatamente a escala da Mina de Carajás que
impede o prosseguimento em estudos de alternativas que se prestam muito bem em outras
realidades de produção, como é o caso do espessamento do tipo lamelas por exemplo.
Entretanto, a mudança do tipo de espessamento em si, assim como os estudos e testes
com outros tipos de floculantes, o que é uma linha de desenvolvimento de Gerências
específicas de Carajás, não viriam a diminuir a quantidade de sólidos rejeitados no
tratamento e por isso emitidos para a Barrage m, e sim apenas otimizar e melhorar a
“performance” do processo, além de permitir a consolidação de novos critérios a serem
empregados na implantação de novos projetos. Isto pode ser exemplificado, em Carajás, no
estudo/projeto que ora se desenvolve para a ampliação da produção dos atuais 52 milhões
de toneladas para 82,5 milhões. Atualmente, para a escala de 52 milhões, existem 2 (dois)
espessadores de rejeito de 80 m implantados. Por uma regra de três simples, para o aumento
de produção para 82,5 milhões seriam necessários mais 2 (duas) unidades. Porém, os
estudos internos desenvolvidos, não só com a utilização de novos reagentes, mas também
de novas modalidades operacionais e de projeto, permitiram que viesse a ser projetado
apenas 1 (uma) unidade, o que sem dúvida diminuirá as obras de infra-estrutura,
minimizando os desmates e cortes necessários.
O que realmente diminuirá a emissão de sólidos para a Barragem do Gelado em todos
estes estudos que a CVRD desenvolve e desenvolveu é a implantação de uma Unidade de
Deslamagem, a ser instalada entre a atual Unidade de Peneiramento Secundário e os
Espessadores de Rejeito, cujo “underflow” deste últimos é o bombeado para a Barragem do
Gelado. Aqui, foi desenvolvido um Projeto específico, contemplando 5 (cinco) linhas
paralelas com estágios “rougher”, “cleaner” e “scavenger”, em que 3 (três) destas linhas já
se encontram em implantação industrial. A CVRD despendeu cerca de 10 milhões de reais
neste projeto e na respectiva implantação, o que reduzirá em mais de 60% do sólido hoje
descartado para a Barragem do Gelado, obviamente se as condições de mercado assim
permitirem, pois o material então recuperado será comercializado.
Em linhas gerais, a alimentação da deslamagem será o material fino proveniente do
Peneiramento Secundário, diluído até atingir a percentagem de sólidos desejada, em cerca
de 30% em peso. A polpa proveniente da área do Peneiramento Secundário será recebida,
por gravidade, em um tanque com agitação mecânica, de onde será então bombeada
através de uma bomba centrífuga horizontal (uma cada linha) para o distribuidor “rougher”
da deslamagem. Este distribuidor dividirá o fluxo para duas baterias, com 10 hidrociclones
de 10” cada uma.
O “underflow” da ciclonagem “rougher” será bombeado para a etapa “cleaner”, e o
“overflow” também bombeado para a etapa “scavenger”, através de bombas específicas.
A carga circulante da deslamagem será constituída pelo “overflow” do “cleaner” e
pelo “underflow” da etapa “scavenger”, com o primeiro se destinando para a etapa
“scavenger”, e o segundo para a etapa “cleaner”.
É fundamental que na Deslamagem a recuperação de finos seja maximizada. No
balanço de massas do Projeto é prevista a recuperação global de 64% dos finos
provenientes do Peneiramento Secundário, e de 78,8% somente na etapa “rougher”.
Pelo menos 2 (dois) hidrociclones serão dotados de válvulas pneumática tipo
guilhotina, possibilitando melhor controle.
Na etapa ‘rougher” está sendo prevista a utilização de 40 hidrociclones de 10” ,
distribuídos em 4 (quatro) baterias com 10 unidades cada, sendo 2 (duas) baterias para cada
linha.
Para a etapa “cleaner” a previsão é do emprego de 80 hidrociclones de 4”,
distribuídos em 4 (quatro) baterias com 20 unidades cada, sendo 2 (duas) para cada linha.
Já na etapa “scavenger” são previstas 200 unidades de 4”, distribuídos em 8 (oito)
baterias com 25 (vinte e cinco) cada, sendo 4 (quatro) para cada linha.
O “overflow” das etapas “scavenger” constituirá o rejeito do circuito de Deslamagem,
o qual será conduzido por gravidade através de um sistema de calhas para os espessadores
de rejeito. Já o “underflow” da etapa “cleaner” será o produto final, o qual será
conduzido, também por gravidade através de calha, para a etapa de Concentração de PFCL,
ou diretamente para a Filtragem.
O arranjo permite o isolamento, através de válvulas pneumáticas tipo guilhotina, de
cada conjunto radial (bateria).
Na operação de Deslamagem os itens mais importantes são:
•
Garantir a máxima recuperação de finos provenientes do Peneiramento Secundário;
•
Minimizar os “by-passes”, tanto para os “underflows” como para os “overflows” de
todas as etapas;
•
Obter o diâmetro de corte especificado;
•
Manter a percentagem de sólidos dos produtos finais (“underflow” da etapa “cleaner” e
“overflow” da etapa “scavenger” adequadas para o escoamento natural em calhas, por
gravidade;
•
Obter curvas de partição próximas de operações de ciclonagens eficientes.
Em anexo são apresentados os projetos específicos da Deslamagem, já em
implantação.
4.2 - RECUPERAÇÃO DE ÁGUA E SÓLIDOS
É inquestionável que a mais rápida e pronta recuperação sólidos e de água
“despejados” ou “entornados” durante as operações unitárias das diversas Unidades
Industrial de Carajás é benéfica, quer em termos econômicos, quer em termos operacionais,
quer inclusive em termos ambientais.
Em termos ambientais que é o que importa, embora estes “despejamentos” não
venham a se dirigir para a Barragem do Gelado, e sim do Geladinho, a recuperação da água
ao longo das operações industriais, viria a diminuir a demanda de água proveniente da
captação do Gelado. Isto, sem dúvida, deve ser visto de forma positiva, e até certo ponto
um tanto distante mas como medida mitigadora, tendo em vista que isto minimizaria o
consumo de energia, e qualquer economia de energia é uma diminuição de impacto
ambiental. Além do mais, a paralisação de bombas com motores de 1.500 CV, mesmo que
por um curto período, minimizará o afugentamento da fauna local.
Dentro desta filosofia, a CVRD desenvolve um projeto específico de recuperação de
sólidos e de água ao longo da Planta industrial de Tratamento de Minério de Ferro, o qual
contempla a implantação de 3 (três) Unidades de Recuperação de Sólidos e de Água,
estrategicamente localizadas em pontos mais baixos, para onde as drenagens pluviais,
industriais seriam dirigidas.
Em anexo é apresentado desenhos de localização destas Unidades, e das Unidades em
si, com respectivos balanços de massa.
Em linhas gerais, nestas Unidades o material sólido mais grosseiro seria recuperado
com máquina (carregadeiras de pequeno porte rebaixadas), o material sólido de
granulometria intermediária recuperado em hidrociclone, classificador tipo Akins e peneira
desaguadora, e a água remanescente por bombeamento.
5.
RESULTADOS OBTIDOS E PERSPECTIVAS FUTURAS
Será construído um ponto de captação de água junto à abertura da Galeria, no vale do
Igarapé Geladinho, com o objetivo de bombear água a partir deste ponto até a Usina de
Beneficiamento. Este fato deverá implicar num bombeamento menor do que atualmente
realizado, pois a Galeria está mais próxima da Usina de Beneficiamento do que o atual
ponto de captação de água, localizado na Barragem de Rejeitos.
6.
CONCLUSÕES
É possível concluir que o rebaixamento do nível de água subterrânea na Mina de
N4E, necessário para as atividades de lavra, são conciliados com outros projetos industriais
existentes em Carajás. Desta forma estas águas são aproveitadas no processo de
beneficiamento de minério de ferro.
Posto isto, os possíveis impactos ambientais decorrentes das atividades minerarias e
principalmente dos processos que utilizam os recursos hídricos podem ser minimizados,
visto que proporciona o reaproveitamento nas etapas de processamento e co-processamento
do minério de ferro.
7. BIBLIOGRAFIA
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