Seminário
Cavas de Mina: Uso para Disposição
de Resíduos
(Possibilidades e Restrições)
Uso de Cavas para Disposição de Resíduos
por: Antonio Carlos Girodo
Prof. Departamento de Engenharia de Minas da UFMG
Engenheiro de Minas / Consultor da Feam
Belo Horizonte, MG - Outubro de 2008
Sumário
1. Apresentação: O Problema da Disposição de
Resíduos Urbanos / Industriais em Cavas
2. Noções de Política Mineral
3. Impactos Ambientais Advindos da Mineração
4. Considerações sobre a Água na Mineração
5. Qualidade das Águas: Água Ácida de Mina
6. Sobre a Disposição de Resíduos em Cavas de
Minas Abandonadas: os Bons Exemplos da
Mutuca e da Copelmi
O Problema da Disposição de Resíduos
Urbanos e Industriais em Cavas Desativadas
• O problema de disposição de resíduos sólidos (urbanos e
industriais) é um importante tema discutido por séculos. No
passado, acreditava-se que a lixívia destes resíduos
purificava-se espontaneamente pela penetração e
percolação no solo e em longo termo não se constituía em
problema. Assim a prática geral era depositar os resíduos
em áreas limítrofes dos centros populacionais.
• Notadamente a partir dos anos 50, apercebeu-se que os
depósitos de resíduos urbanos e eventualmente industriais
efetivamente constituíram-se em enormes problemas, pois
estão ligados à contaminação d’ água subterrânea, geração
de gás metano pela decomposição da matéria orgânica,
proliferação de animais daninhos (ratos,baratas) emissão de
mau-cheiro etc.
• Por razões óbvias,ninguém quer depósitos de
resíduos perto de suas residências ou locais de
convívio, cunhando-se, na América do Norte, o
termo Síndrome NIMBY “Not in my Backyard”. Isto
posto, a alocação de novos sítios para deposição
de resíduos está se tornando muito difícil. Assim,os
sítios tecnicamente apropriados para guardar
resíduos v.g. acima do nível d’água subterrânea e
fora do contacto de seres humanos tornaram-se
alvos de imposições legais para estocagem de
rejeitos.
• Neste contexto,a alternativa lógica para a Sindrome
NIMBY para a Síndrome NIMBY é o uso de cavas
de minas desativadas,que oferecem diversas
vantagens,entre elas:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
A existência de uma escavação prévia pode se constituir num volume
apropriado para estocagem de resíduos, sem necessidade de haver
maciços investimentos em obras civis;
Muitas escavações mineiras ocorrem acima do nível d’ água
subterrânea, minorando o eventual impacto no aqüífero;
Normalmente encontram-se estéreis de mina ou rejeitos de usina nas
adjacências o que permite cobrir os resíduos (urbanos ou industriais
estocados;
As grandes minas desativadas geralmente encontram-se ligadas à
rede viária da região e que pode ser usada para o transporte dos
resíduos;
A maioria das minas desativadas (nem todas) situam-se longe de
áreas residenciais;
As velhas minas desativadas comumente dispõem de notáveis
informações hidrológica / hidrogeológica;
Inobstante às vantagens arroladas poderão subsistir entraves à
estocagem de resíduos como por exemplo grandes cavas não
devidamente preparadas ou impróprias para a recepção de
resíduos,como por exemplo uma escavação abandonada em
ambiente cárstico. De fato, cada caso é um caso individualizado.
Tudo deve ser estudado com extremo cuidado, para não se fazer
bobagens
Noções de Política Mineral
• Recursos e riquezas
• Desenvolvimento sustentável: (1) recursos minerais
(minérios e combustíveis fósseis); (2) recursos
ambientais (ecossistemas)
• Minérios exaurem-se (conservação); Ecossistemas
trabalham de graça (reciclam nutrientes, provêem
habitats, sequestram carbono etc.)
• Sustenibilidade: (1) fluxo constante; (2)
conservação ecossistemas
• Políticas e programas: progresso social;
conservação ambiental; competitividade
"A mineração é uma atividade que é (e
continuará sendo) a principal provedora de
materiais para a humanidade. Os desafios
técnicos, sociais e ambientais que se
colocam para a indústria mineral, em nível
mundial, requerem o aperfeiçoamento e o
contínuo desenvolvimento de novos
métodos
de
mineração
e
de
processamento de minerais que permitam
minimizar os impactos ao meio ambiente e,
ao mesmo tempo, fornecer os recursos
necessários
para
a
economia."
(www.mining.ubc.ca)
O QUADRILÁTERO FERRÍFERO
0
20 Km
BELO
HORIZONTE
N
GRUPO ITACOLOMI
OURO PRETO
SUPERGRUPO MINAS
SUPERGRUPO RIO DAS VELHAS
EMBASAMENTO
44°00'
Fases da Mineração
• Brasil e LGBs – Levantamentos Geológicos
Básicos
• Fases da Mineração (Peele, 1945 modificado)
–
–
–
–
–
Prospecção
Pesquisa Mineral
Desenvolvimento
Lavra & Tratamento dos Minérios
Recuperação de áreas degradadas
Mina De Águas Claras, MBR, de 1971 a 2003
Mina de Córrego do Feijão
Mineração e Impacto Ambiental
Mineração pode ser definida como a
remoção de minérios / minerais industriais
da crosta terrestre para o serviço do
Homem.
Axioma: Toda atividade mineira impõe
alguma mudança no meio ambiente, daí a
causa do impacto ambiental.
Exaustão das reservas
As reservas minerais exaurem-se e assim, a
mineração corresponde a um uso
temporário dos terrenos.
• Corolário: A mineração termina,
o terreno fica.
Vida Típica de uma Mina
•
•
•
•
Descoberta do distrito – prospectos, tentativas
de produção
Sucessivas investigações por geólogos e
engenheiros de minas
Reconhecimento do potencial (maiores corpos
de minério)
Período de pré-produção
- Estudos preliminares
- Delineamento dos corpos de minério
- Estudos de viabilidade / Projeto básico
( continuação )
•
•
•
Implantação e Pré-operação
Produção e expansões
Declínio da Produção
- Recuperação de pilares
- Reaproveitamento de rejeitos, etc
•
Desativação
Impactos Ambientais na
Mineração
• Destruição de habitats e biodiversidade no local
da mina
• Ecossistema / habitat / proteção biodiversidade
terrenos adjacentes.
• Paisagem / Impacto visual / perda de uso da terra
• Estabilização e reabilitação do local
• Estéril da mina e disposição de rejeitos
• Ruptura de barragens de rejeitos
• Abandono de equipamentos, rejeitos sólidos,
infiltrações
• Emissões aéreas
• Poeiras
(continua)
• Consumo de energia
• Assoreamento e mudança de regime de rios
• Descargas de efluentes e drenagem ácida
(sulfetos)
• Alteração de aqüíferos
• Geração de estéreis e rejeitos
• Perigos do manuseio de substâncias químicas,
segurança e exposição de trabalhadores
• Ruídos
• Radiações (minas de urânio)
• Saúde e Segurança no local de trabalho
• Valores arqueológicos e culturais
• Comunidades urbanas e rurais nas
proximidades da minerações.
Bingham Canyon, Utah
Chuquicamata, Chile
Kirunavaara, Suécia
Palabora, África do Sul
Rheinbraun, Colnia
Alemanha
MIRNY, Sibéria
Mirny
Kimberlito de Canastra I, São Roque de Minas, MG
Importância da Água Subterrânea
Localização
Oceanos
Geleiras
Lençóis Subterrâneos
Atmosfera
Lagos de Água Doce
Lagos de Água Salgada
Rios e Canais
Volume 1012m³
(%)
1.317.260
29.100
8.397
13
125
104
1
97,2
2,15
0,625
0,001
0,009
0,008
0,0001
Driving Forces do Ciclo Hidrológico
A água é mantida em circulação na
superfície do planeta por duas forças
motrizes (driving forces):
– Gravidade: que leva a água, notadamente no
estado líquido (mas também sólido) para as
partes mais baixas do planeta;
– Energia solar (radiante): que provoca a
evaporação e, como o ar úmido é mais leve
que o ar seco, ele ascende as camadas mais
altas da troposfera.
• Esses processos básicos são resumidamente
descritos a seguir:
– Condensação: ocorre quando o ar úmido se resfria,
dando origem a pequenas gotículas de água.
– Precipitação: o choque entre as gotículas em suspensão
provoca o seu crescimento (coalescência) tornando-as
suficientemente pesadas para se precipitarem sob a
forma de chuva (neve, granizo ou orvalho).
– Infiltração: parte da precipitação que atinge o solo inflitrase em subsuperfície constituindo os mananciais
subterrâneos.
– Escoamento superficial: parte da precipitação que atinge
o solo pode escoar pela superfície ou ser recolhida
diretamente por corpos ou cursos d’água.
– Evapotranspiração: o ciclo hidrológico se completa com o
retorno da água à atmosfera sob a forma de vapor d’água
por evaporação (simples mudança de fase) ou por
transpiração (notadamente dos vegetais). Esse fenômeno
conjunto denomina-se evapo-transpiração.
Balanço Hídrico
Tomando-se como referência um trato de terreno (v.g. bacia
hidrográfica) e aplicando-se convenientemente o princípio da
conservação das massas (de água) pode-se para um dado
intervalo de tempo ∆t, demonstrar a equação:
Princípio: Conservação das massas
P = (S + B) + (E + T) + ∆V
P = D + ET + ∆V
Para ∆t → ∞ ⇒ P = D + ET
P
é a precipitação
D
é o deflúvio, escoamento total ou “runoff”, composto
pelos escoamentos superficial (S), subsuperficial e subterrâneo (B).
ET
é a evapotranspiração, composta pela evaporação
(E) e transpiração (T).
∆V é a variação do volume armazenado na bacia
hidrográfica em referência, considerando os reservatórios superficiais
e subterrâneos.
A equação geral do balanço hídrico pode ser simplificada
quando aplicada para longos períodos de tempo e
grandes áreas, desprezando-se a variação do volume
armazenado:
P = D + ET
As unidades dos componentes das equações dos balanços
hídricos costumam ser expressas em milímetros por mês ou
por ano (mm/mês ou mm/ano) ou numa unidade de valor
(m³/s).
Distribuição das Águas Subterrâneas
• A água ao se infiltrar no solo se sujeita às forças de atração molecular
ou adesão, à tensão superficial ou efeitos de capilaridade e à atração
gravitacional.
•
Abaixo da superfície e em função das ações dessas forças e da
natureza do terreno, a água pode-se encontrar na zona de aeração ou
na zona saturada. Na primeira, os interstícios do solo são parcialmente
ocupados pelos espaços livres. Na segunda a água ocupa todos os
vazios prevalecendo a pressão hidrostática.
•
A zona de aeração, próxima à superfície, costuma ser subdividida
em três subzonas:
– subzona de água do solo: mais próxima á superfície, com água
higroscópica absorvida do ar e mantida em torno das partículas por
adesão.
– -subzona intermediária: com água pelicular e gravitacional, esta
última, em trânsito para posições mais baixas, movidos pela força da
gravidade.
– água capilar: que ascende da zona saturada devido a fenômenos
capilares ( lei de Jurin )
•
Na zona de saturação encontra-se a água subterrânea possível de
ser explotada por diversas técnicas especializados.
Água do solo
Zona intermediária
Água pelicular e gravitacional
Zona capilar
Água capilar
Zona de saturação
Água subterânea
Camada impermeável
Água vadosa
Zona de aeração
Zona de saturação
Zona de água do solo
Aquíferos
• O não-especialista chama toda água abaixo da
superfície da Terra de água subterrânea,
porém na Hidrologia esta denominação
costuma ser restrita à água que circula na zona
saturada.
• Denomina-se aqüífero toda formação geológica
capaz de conter água e ainda permitir que
quantidades significativas deve água se
movimentem em seu interior em condições
naturais. As formações permeáveis como ar
areia, arenitos e formações ferríferas
parcialmente decompostas são excelentes
aqüíferos.
Princípios Básicos de Escoamento em Meios Porosos
(Lei de Darcy)
Em 1856 Henri Darcy publicou uma série de experiências
sobre a relação entre o gradiente hidráulico e o fluxo
d'água em meios porosos, mostrando que a vazão do
fluido obedece à seguinte expressão:
∆H
Q = K ⋅ A⋅
= K ⋅ A⋅ J
∆L
Q
V = = K ⋅ J , onde :
A
ou
Escoamento em Regime Permanente
- Lei de Darcy: q = −k . A.
dh
, ou
ds
vs =
q
dh
= −k
A
ds
Considerando o caso tridimensional e esquema isótropo, vem:
vx = −k ⋅
Com,
h=z+
∂h
,
∂x
v y = −k ⋅
∂h
e
∂y
vz = −k ⋅
∂h
∂z
p
, potencial hidráulico (piezométrico).
ρg
Levando-se em conta a equação da continuidade dq=0, pode-se escrever:
∂v x ∂v y ∂v z
+
+
= 0, ou
∂x
∂y
∂z
∂ 
∂h  ∂ 
∂h  ∂ 
∂h 
 − k ⋅  +  − k ⋅  +  − k ⋅  = 0
∂x 
∂x  ∂y 
∂y  ∂z 
∂z 
∂2h ∂2h ∂ 2h
+ 2 + 2 = 0 ou
2
∂x
∂y
∂z
 ∂2
∂2
∂2
 2 + 2 + 2
∂y
∂z
 ∂x

 ⋅ h = 0

A qual, simplificando, resulta:
ou ainda: div (grad.h) = 0 ou ∇ 2 (h ) = 0 que é a equação geral de escoamento dos
fluidos.
Tipos de Aquífero
Existem fundamentalmente três tipos primários de
aqüíferos:
- Aqüífero poroso - aquele no qual a água circula nos
poros dos solos e grãos constituintes das rochas
sedimentares ou sedimentos;
- Aqüífero fissural - aquele no qual a água circula pelas
fraturas, fendas e falhas nas rochas;
- Aqüífero cárstico – aquele no qual a água circula
pelas aberturas ou cavidades causadas pela dissolução
de rochas, principalmente nos calcários;
Hidrologia Cárstica
Hidrologia Cárstica
DOLINAS
Rebaixamento do nível d'água em
mineração
Mina a céu
aberto
nascente
Aqüífero superior
Barreira hidráulica
Aqüífero inferior
Mina subterrânea
Manuseio de Água na Mina de Vazante
Notas sobre DAM – Drenagem Ácida de Minas
1. Como conseqüência da lavra de carvão, sulfetos
polimetálicos, urânio etc., grandes quantidades de pirita
ficam expostas à meteoração, ocorrendo a DAM / Drenagem
Ácida de Minas. A DAM é decorrente da conjugação de
quatro fatores, nomeadamente: ÁGUA, AR (Oxigênio),
Enxofre (FeS2) e Thiobacillus Ferrooxidans.
a) a água torna-se fortemente corrosiva (ácida);
b) há a degradação do ecossistema aquático;
c) ocorre a solubilização de metais pesados (veneno).
2. A manutenção da água limpa pode ser levada a cabo de
duas maneiras (não mutuamente exclusivas):
a) Atuação preventiva: estudando a hidrogeologia das
minas e impactos decorrentes;
b) Forçando minerações cumprirem normas pertinentes.
3. Tratamento de DAM
a) técnica ativa: tamponamento e inundação de mina;
b) técnica passiva: neutralização química (cal, calcário)
e purificação d’água com plantas (taboas).
4. Estudos de Casos:
a) Minas de carvão na antiga R. D. Alemã (extrema
poluição por DAM);
b) Iron Mountain: Shasta County, Califórnia,USA.
Operou no período de 1860 a 1962 e foi o maior produtor de
Cu da california. Tornou-se depois o campeão mundial de
água ácida despejando anualmente no Spring Creek 730 tpa
de Cu, Zn,Zn e Cd;
c) Bunker Hill: Zn, Coeur d’Alene, complexo sistema de
DAM;
d) Nuclebrás: Poços de Caldas, DAM ligada a antiga
mina de urânio.
Notas Preliminares sobre
Disposição de Resíduos
• O tema de disposição de resíduos é um assunto ligado à
Engenharia Civil e especialmente à Engenharia Sanitária e
Ambiental. Assume-se que o Brasil produza cerca de
300tpd lixo urbano. Isto corresponde a cerca de 110.000
tpa de lixo urbano. Os volumes de rocha (minério e estéril)
movimentados anualmente pelas minerações são
significativamente superiores aos valores citados. Não
temos, no momento, quaisquer valores para avaliar o
volume anual de resíduos industriais.
• Uma vez que a disposição de resíduos é um assunto de
Engenharia, há que haver estudos, projetos e cálculos
para bem acomodar este material em cavas abandonadas.
Com certeza um dos primeiros passos será a
caracterização dos resíduos a serem estocados.
• Através de uma rápida consulta à bibliografia imediatamente disponível,
os resíduos urbanos industriais podem ser preliminarmente classificados
nas seguintes categorias:
– I. Resíduos Perigosos;
– II. Resíduos não-especificados
– III. Resíduos Urbanos
• É muito difícil, numa primeira instância e sem estudos mais detalhados,
delinear fatores técnicos e econômicos ligados à disposição de resíduos
em cavas de minas desativadas. Todavia alguns destes fatores podem
ser:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Características gerais da cava abandonada;
Natureza do resíduo a ser estocado;
Eventuais restrições ligado ao zoneamento da região;
Condições climáticas;
Hidrologia e Hidrogeologia;
Geologia subjacente;
Condições geotécnicas;
Estabilidade das estruturas;
Pressão imobiliária etc.
• Alguns Exemplos:
– Todos conhecem a história do acidente ecológico da Mineração Rio
Verde que ocorreu no município de Nova Lima. A antiga cava da
mina guardava rejeitos da mineração o que é interessante. No
entanto houve rompimento das paredes da cava em função dos
esforços solicitantes superarem os esforços resistentes. Estruturas
rompem-se por serem mal-projetadas, mal-construídas, mal-mantidas
ou mal-operadas. É fundamental se ter boa Engenharia (com E
maiúsculo);
– Imagine que se estoque lixo orgânico num domínio cárstico. Istoé um
despautério, pois tal resíduo pode contaminar, irreversivelmente, todo
o aqüífero do cárste;
– Uma massa estéril piritosa (de mina de carvão, sulfetos polimetálicos,
urânio etc. não pode ser largado a céu-aberto, pois as águas das
chuvas percolando estes escombros produzem água ácida. Todavia
este material poderia ser jogado num lago fundo de uma cava de
minério de ferro,pois não havendo oxigênio disponível na água no há
geração de água ácida.
Alguns Bons Exemplos a Serem Seguidos
Mutuca, MBR no QF e Carvão da Copelmi em Butiá, RS
• Cava da Mutuca: concepção dos planejadores de
minada MBR de guardar estéreis e rejeitos de
novas minas abertas nas vizinhanças;
• Lavra em tiras da COPELMI: o pasto, o lago e a
sede da fazenda em Butiá, RS, tudo foi minerado,
recuperado e provavelmente vendido ou trocado
por outra área pela COPELMI. O aterro sanitário
feito na cava da mina de carvão recebe cerca de
50 a 70% do lixo do Estado do Rio Grande do Sul.
Cava da Mina da Mutuca
COPELMI
Butiá, RS