Nova metodologia para determinação de propriedades de sedimentação e adensamento de rejeitos de mineração

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WANDER RODRIGUES DA SILVA NOVA METODOLOGIA PARA DETERMINAÇÃO DE PROPRIEDADES DE SEDIMENTAÇÃO E ADENSAMENTO DE REJEITOS DE MINERAÇÃO Tese apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de PósGraduação em Engenharia Civil, para obtenção do título de Doctor Scientiae. VIÇOSA MINAS GERAIS – BRASIL 2008 A um amigo que partiu: “.mesmo que o tempo e a distância digam não. A certeza de que um dia o encontrarei.” ii AGRADECIMENTOS A Deus, pois sem ELE nada seria possível. À milha filha Sara, pelo amor incondicional. À minha enteada Mariana, por se tornar parte da minha vida. À minha esposa Edilene pelo amor, pelo carinho e pela amizade. Aos meus pais, irmãs, sobrinho e cunhados, pelo apoio e incentivo nas horas em que mais precisei. Ao meu orientador e amigo, Professor Roberto Francisco de Azevedo, pelo apoio, pela orientação e pelos ensinamentos a todo o momento. A todos os amigos, que contribuíram e torceram pelo meu sucesso. Especialmente, à Universidade Federal de Viçosa, a grande responsável por toda a minha vida acadêmica e profissional. iii BIOGRAFIA WANDER RODRIGUES DA SILVA, filho de Floriano Rodrigues da Silva e de Jacinta Ines Coutinho da Silva, nasceu em 13 de março de 1970, na cidade de Paula Cândido-MG. Em agosto de 1994, graduou-se Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), em Viçosa-MG. Em fevereiro de 1998, obteve o título de Mestre em Engenharia Geotécnica pela Universidade de Federal de Viçosa (UFV). Desde junho de 2004, é integrante do quadro de engenheiros da Universidade Federal de Viçosa (UFV). Em março de 2003, iniciou o Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, em nível de Doutorado, na Universidade Federal de Viçosa (UFV), defendendo tese em 22 de agosto de 2008. iv SUMÁRIO Página LISTA DE TABELAS. LISTA DE FIGURAS . RESUMO . ABSTRACT. 1 INTRODUÇÃO. 1.1 Colocação do problema . 1.2 Objetivos. 1.3 Organização da tese. 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. 2.1 Introdução. 2.2 Reservatórios de rejeito e processo de deposição . 2.3 Sedimentação. 2.3.1 Teoria. 2.3.2 Ensaios de laboratório . 2.4 Adensamento com deformações finitas . 2.4.1 Teoria. 2.4.2 Ensaios de laboratório . 2.5 Características geotécnicas de rejeitos de mineração. 3. MATERIAL E MÉTODOS. 3.1 Material . 3.1.1 Rejeitos. 3.1.2 Ensaios de caracterização. 3.1.3 Ensaio edométrico tipo HCT . 3.1.3.1 Descrição do equipamento. vii ix xvii xix 1 1 5 7 8 8 8 12 12 17 20 20 24 27 47 47 47 47 48 48 v 3.1.4 Ensaio de sedimentação em coluna . 3.1.4.1 Descrição dos equipamentos . 3.2 Métodos . 3.2.1 Ensaios de caracterização. 3.2.2 Ensaio edométrico tipo HCT . 3.2.3 Ensaio de coluna . 3.3 Metodologia proposta para interpretação do ensaio HCT . 4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS . 4.1 Caracterização. 4.2 Ensaios de sedimentação em coluna . 4.2.1 Ensaios de sedimentação na coluna grande . 4.2.1.1 Rejeito de monazita. 4.2.1.2 Rejeito de ácido fosfórico I . 4.2.1.3 Rejeito de zinco. 4.2.1.4 Rejeito de lavagem de bauxita I . 4.2.1.5 Rejeito de ferro II. 4.2.2 Ensaios de sedimentação na coluna pequena . 4.2.2.1 Rejeito de monazita. 4.2.2.2 Rejeito de zinco. 4.2.2.3 Rejeito de ferro II. 4.3 Ensaio edométrico Tipo HCT. 4.3.1 Rejeitos de lavagem de bauxita. 4.3.2 Rejeitos de ferro . 4.3.3 Rejeitos de ouro. 4.3.4 Rejeito de níquel . 4.3.5 Rejeitos de ácido fosfórico. 4.3.6 Rejeito de zinco . 4.3.7 Rejeito de monazita . 4.3.8 Rejeito de cobre. 5. CONCLUSÕES. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 57 57 60 60 60 67 73 76 76 77 77 77 83 83 93 98 102 102 105 107 110 110 111 113 115 116 118 120 123 128 131 vi LISTA DE TABELAS Página 2.1 Resumo das características das amostras de rejeito . 2.2 Limites de consistência de amostras de rejeito de lamas vermelhas . 2.3 Limites de consistência de amostras de rejeitos . 2.4 Peso específico das partículas . 3.1 Vazões, seus respectivos tempos de curso e velocidades darcianas . 4.1 Peso específico das partículas e limites de consistência dos rejeitos estudados. 4.2 Distribuição granulométrica dos rejeitos estudados . 4.3 Ensaio de sedimentação em coluna grande – rejeito de monazita . 4.4 Parâmetros do modelo analítico . 4.5 Ensaio de sedimentação em coluna grande – rejeito de ácido fosfórico . 4.6 Parâmetros do modelo analítico . 4.7 Ensaio de sedimentação em coluna – rejeito de zinco. 34 35 36 36 51 76 77 78 79 84 86 88 vii Página 4.8 Parâmetros do modelo analítico . 4.9 Ensaio de sedimentação em coluna – lavagem de bauxita I . 4.10 Parâmetros do modelo analítico . 4.11 Ensaio de sedimentação em coluna – rejeito de ferro II. 4.12 Parâmetros do modelo analítico . 4.13 Ensaio de sedimentação em coluna – monazita . 4.14 Parâmetros do modelo analítico . 4.15 Ensaio de sedimentação em coluna – zinco. 4.16 Parâmetros do modelo analítico . 4.17 Ensaio de sedimentação em coluna – ferro II. 4.18 Parâmetros do modelo analítico . 4.19 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – lavagem de bauxita . 4.20 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – ferro. 4.21 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – ouro . 4.22 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – níquel . 4.23 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – ácido fosfórico . 4.24 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – zinco. 4.25 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – monazita. 4.26 Parâmetros obtidos pelo programa HCTPlus – cobre . 89 93 95 98 99 103 104 105 106 108 109 110 112 114 115 117 118 121 123 viii LISTA DE FIGURAS Página 1.1 Dique de rejeitos da empresa Rio Capim Caulim, em Barcarena-PA. . 1.2 Barragem de rejeitos de Marzagão, em Saramenha-MG. . 1.3 Barragem de rejeito da empresa Rio Paracatu Mineração, em Paracatu-MG. 1.4 Barragem de rejeito da empresa Votorantim, em Três Marias-MG. . 2.1 Métodos construtivos de barragens de rejeito. . 2.2 Esquema de alteamento da Barragem do Doutor. . 2.3 Sequência de formação da camada de solo. 2.4 Elemento infinitesimal para determinação da equação da continuidade. . 2.5 Linhas características e movimento da interface líquido sobrenadante-rejeito. 2.6 Coluna de Been e Sills (1981). . 2.7 Caixa de testes de grandes dimensões. 2.8 Coluna de sedimentação usada por Santos (2001). 2 3 3 4 9 11 12 14 16 18 19 20 ix Página 2.9 Diferentes sistemas de coordenadas. . 2.10 Elemento de solo na configuração inicial e deformada. . 2.11 Distribuição granulométrica de lamas vermelhas de diferentes procedências. 2.12 Distribuição granulométrica de alguns rejeitos. . 2.13 Distribuição granulométrica de alguns rejeitos. . 2.14 Distribuição granulométrica da Lama vermelha da Alumar-Norte, em São Luis do Maranhão. . 2.15 Faixa de variação da distribuição granulométrica da lama vermelha neutralizada da ALCAN, em Saramenha/Ouro Preto. . 2.16 Faixa de variação da distribuição granulométrica da lama vermelha não-neutralizada da ALCAN, em Saramenha/ Ouro Preto. . 2.17 Faixa de variação da distribuição granulométrica da lama vermelha neutralizada e não-neutralizada da ALCAN, em Saramenha/Ouro Preto. 2.18 Faixa de variação da distribuição granulométrica de rejeitos de cobre no Chile. . 2.19 Intervalos de limites de consistência de alguns rejeitos. . 2.20 Compressibilidade de alguns rejeitos de mineração. . 2.21 Permeabilidade de alguns rejeitos de mineração. . 2.22 Curvas de compressibilidade (a) e permeabilidade (b) obtidas por Alves (1992). 2.23 (a) Curvas de compressibilidade e (b) curvas de permeabilidade obtidas por Silva (1999). . 2.24 Curvas obtidas na estação J13, por Santos (2000). 2.25 Curvas obtidas na estação J8, por Santos (2000). 2.26 Curvas de compressibilidade e permeabilidade obtidas por Botelho (2001). 22 23 28 28 30 31 31 32 32 33 35 37 37 38 39 40 41 42 x Página 2.27 Resultados de ensaios edométricos do tipo CRD de resíduos de lavagem e processamento de bauxita. . 2.28 Comparações entre as curvas de compressibilidade e permeabilidade da lama vermelha neutralizada da ALCAN obtidas em diversos trabalhos. . 2.29 Curvas de compressibilidade e permeabilidade de lamas fosfáticas. . 3.1 Visão esquemática do sistema completo. 3.2 nterface ar-água. . 3.3 Detalhes da bomba de fluxo. . 3.4 Foto da pedra porosa instalada no pedestal da célula. . 3.5 Foto do tubo de acrílico rosqueado no pedestal. 3.6 Foto do top cap instalado na ponta do pistão. . 3.7 Foto mostrando pedra porosa instalada no top cap. . 3.8 Foto mostrando o sistema de carregamento. . 3.9 Transdutor diferencial de pressão. . 3.10 Transdutor de deslocamento. . 3.11 Sistema de aquisição de dados. 3.12 Sistema de aplicação de pressão utilizado na calibração dos transdutores. 3.13 Coluna para ensaio de sedimentação. . 3.14 Detalhe da régua de medição e do furo para retirada de amostra. 3.15 Coluna para ensaio convencional de sedimentação. . 3.16 Homogeneização da amostra. 3.17 Preparação da amostra na câmara de ensaio. 3.18 Amostra dentro da câmara durante aplicação da contrapressão. . 43 45 46 48 49 50 52 52 53 53 54 55 55 56 57 58 59 59 60 61 62 xi Página 3.19 Ensaio de sedimentação. . 3.20 Extração de amostra de rejeito durante ensaio de sedimentação. . 3.21 Colocação de amostra de rejeito para determinação do teor de umidade. 3.22 Pesagem da amostra em balança de alta precisão. 69 3.23 Descida com o tempo da interface líquido sobrenadantelama em coordenadas eulerianas. 3.24 Descida com o tempo da interface líquido sobrenadantelama em coordenadas materiais. 4.1 Descida da interface com o tempo - rejeito de monazita. . 4.2 Comparação entre as descidas da interface com o tempo, obtidas experimental e analiticamente - rejeito de monazita. . 4.3 Variações do teor de umidade com o tempo, obtidas experimentalmente. . 4.4 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 100 minutos. . 4.5 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 200 minutos. . 4.6 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 600 minutos. . 4.7 Comparação entre as variações do teor de umidade com o tempo, obtidas experimental e analiticamente. 4.8 Descida da interface com o tempo – ácido fosfórico I. . 4.9 Comparação entre as descidas da interface com o tempo, obtidas experimental e analiticamente – ácido fosfórico I. . 4.10 Variações do teor de umidade com o tempo, obtidas experimentalmente. . 4.11 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 100 minutos. . 64 68 69 73 71 79 79 80 81 81 82 82 85 85 86 86 xii Página 4.12 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 200 minutos. . 4.13 Distribuição de teor de umidade na coluna para t = 900 minutos. . 4.14 Comparação entre as variações do teor de umidade com o tempo, obtidas experimental e analiticamente. 4.15 Descida da interface com o tempo – zinco. . 4.16 Comparação entre as descidas da interface com o tempo, obtidas experimental e analiticamente – zinco. . 4.17 Variações do teor de umidade com o tempo, obtidas experimentalmente. . 4.18 Distribuição de teor de umidade na Acesso em: 17 jul. 2009) 65 O Marechal Castelo Branco assumiu a Presidência da República em 15.04.1964. 116 A denominação do bairro remete à figura de Francisco dos Santos, o Chico dos Santos, dono de um rancho às margens do rio Machado onde ele administrava um entreposto de mercadorias, uma venda e uma pousada para os viajantes que comercializavam produtos através da estação de Fama (1896) da Estrada de Ferro Muzambinho e do barco que ia de Fama até a Cachoeira (ainda existente no rio Machado e próxima ao bairro). Segundo um de seus descendentes, Sr. João Esmeraldo Reis, nascido em 1932, figura de destaque no bairro, quando da construção de Furnas, a expectativa dos moradores é que a energia elétrica chegasse ao bairro. Até então apenas os moradores mais abastados do bairro eram sócios de uma pequena usina elétrica, inaugurada em 12 de abril de 1951.66 Em seu depoimento à pesquisadora, em estudo prévio sobre a comunidade atendida pela Fundamar, em 1994, Sr. João Esmeraldo relembrou as várias pontes construídas sobre o rio Machado, interligando o bairro do Chico dos Santos ao bairro do Coroado no município vizinho de Alfenas. Antes da construção da primeira ponte a travessia era de barco e para o gado era na água. Segundo o depoente, quando a primeira ponte foi construída, em torno de 1920, só aqueles que contribuíram para a obra tinham livre acesso. Os demais tinham que pagar para atravessar ou se valerem dos préstimos do barqueiro, Chiquinho Cordeiro. Depois que o rio Machado foi represado por Furnas, no bairro Chico dos Santos (1965?) a terceira ponte foi construída pela comunidade com ajuda de ambas prefeituras – Paraguaçu e Alfenas. O Sr. João Esmeraldo 66 O jornal “O Paraguassu”, Paraguaçu (MG), n. 496 de 15 abr. 1951 traz a notícia: “Inauguração da Luz Eletrica no Bairro Chicos dos Santos”. Segundo Sr. João Esmeraldo, eram vinte e dois sócios envolvidos na construção da usina de energia elétrica, captando as águas do ribeirão que deságua no rio Machado, no bairro Chico dos Santos. O responsável pela usina era Geraldo de Abreu, de Alfenas. 117 participou da construção da ponte de madeira amarrada com cipó, a base era de pedra e sua extensão era de 22m. Foi construída entre 25 de julho e 25 de agosto de 1967. Edição de “A Voz da Cidade” de 1º de outubro de 1967 confirma a informação de nosso depoente. Furnas só viria construir a ponte sobre o rio Machado, em substituição à antiga, já interditada, em 1981. O jornal “A Voz da Cidade” de 28 de março de 1981 refere-se a um convênio entre a Prefeitura Municipal de Paraguaçu e Furnas – Centrais Elétricas S/A para construção de obras para evitar o ilhamento de alguns produtores rurais, cujas propriedades localizam-se nas margens do lago de Furnas. Refere-se ainda à construção da nova ponte do rio Machado, de interesse direto dos moradores do Bairro dos Santos (bairro Chico dos Santos, em Paraguaçu) e do Coroado, no município de Alfenas, a ser executada diretamente por Furnas. Raro exemplo de publicação de memórias sobre um bairro rural do município de Paraguaçu, o livro “Memórias do Chico dos Santos”, de autoria de Edson Vianei Alves (1949-2002), sobrinho materno do depoente João Esmeraldo, registra suas lembranças sobre o rio Machado, ao tempo de seu pai, Joaquim Felipe: “No rio Machado, ele [o pai] pescava dourado, curimba, tubarana, piapava, mandi, bagre e lambari.” (ALVES, 2000, p. 34) Sr. José Cavaleiro, mais conhecido por Tonico Cavaleiro (1933), também nascido e ainda morador no bairro Chico dos Santos, lembra-se também das boas pescarias no rio Machado. Mas afirma que o represamento do rio facilitou muito a vida, pela facilidade de captação d‟água para a lavoura, 118 principalmente do alho, principal atividade do bairro na década de 50 a 60.67 Sr. Hélio Meirante, nascido em 1935, também nascido e ainda residente nas mesmas terras que foram de seus pais, às margens do rio Machado, lembra-se que seu pai perdeu três alqueires de terra e foi indenizado pelo valor nominal das mesmas. Seu irmão, Ademir de Souza Meirante, nascido em 1953, calcula em dez alqueires as terras perdidas por seu pai para Furnas. A chegada dos técnicos de Furnas no bairro é rememorada pelos irmãos Meirante: Foi uma coisa. Da moda que a gente nem esperava. Que antes a gente via passar, fazer a marcação, e ficava abismado de ver aquelas condução no meio do pasto. Que era para fazer a marcação, onde a água ia atingir. [.] Eles não explicava nada. Eles entrava [sic] no meio do pasto, com aqueles jipes, com aqueles aparelhos, marcando tudinho. Eles nunca veio [sic] aqui. (Depoimento do Sr. Hélio Meirante, 2009) Foi enchendo e foi acabando tudo. Se não vendesse [para Furnas] já perdia tudo. Lá no retiro, pra baixo do Matão, o rapaz não quis vender a casa, o terreno, de jeito nenhum. Não vendeu. Eu vi a casa, o terreno foi subindo, sumiu tudo. Perdeu tudo. [.] Que nem eles falou [sic]: „aqui tando cheio é nossa, tando seco é seu‟. (Depoimento do Sr. Ademir Meirante, 2009) Sr. Tonico Cavaleiro, quando indagado sobre a reação da população do bairro à chegada de Furnas, disse: “o povo achou bão [sic] e é bão [sic] até hoje”.68 67 O almanaque “O Sul-Mineiro Ilustrado” em reportagem intitulada “O Desenvolvimento de Paraguassú e a Administração Cristiano Otoni do Prado”, datado de 1941, informa sobre a cultura de alho no município, cuja produção “figura em primeiro logar no Brasil”. 68 Os depoimentos desses moradores ribeirinhos foram filmados por um grupo de educadores da Fazenda-Escola Fundamar, em 2009. Fragmentos de seus depoimentos foram incorporados a uma apresentação em PowerPoint integrante do instrumento de capacitação dos educadores, objeto dessa dissertação. 119 6.9. CINQUENTENÁRIO DE FURNAS: DUAS VERSÕES DISTINTAS Em 2000, a denúncia sobre as péssimas condições sanitárias do lago de Furnas era objeto do jornal “A Voz da Cidade”, em 1º de setembro. À época a preocupação era com o baixo nível das águas do lago, que prejudicava o turismo, principal fonte de renda da população lindeira. O jornal faz um paralelo entre os prejuízos daquele momento e aqueles sofridos à época da constituição do lago. E especula sobre as causas do rebaixamento do nível das águas, entre elas, a rivalidade entre o então presidente Fernando Henrique Cardoso e o governador Itamar Franco69, sobre a privatização de Furnas. Segundo essa versão, frente às ameaças do governador contra a privatização, o Presidente teria pedido à direção da empresa para esvaziar o lago. O jornal ainda noticia uma reunião de representantes da Associação dos Municípios do Lago de Furnas (ALAGO) com a diretoria da empresa em 28.11.2000, para encontrar soluções para as agressões ambientais que a represa vinha sofrendo, bem como recuperar o passivo que a empresa tinha com os municípios lindeiros: Diariamente são despejados no local, dejetos sanitários, industriais e agrotóxicos. A falta de infra-estrutura e a de uma política de utilização do Lago vem comprometendo o desenvolvimento da região, que aposta no turismo como uma das ferramentas para reverter a estagnação econômica. (A VOZ DA CIDADE, 12 set. 2000, p. 1) Em 2007, ano do cinqüentenário de Furnas, o jornal Estado de Minas, de Belo Horizonte, trouxe dois artigos sobre o evento, que evidenciam opiniões distintas sobre os impactos gerados pelo empreendimento. 69 O governador Itamar Franco e o Presidente Fernando Henrique Cardoso assumiram seus respectivos cargos em 1999. O Presidente iniciava então seu segundo mandato. 120 Luiz Neves de Souza, mestre em turismo e meio ambiente, em artigo intitulado “Os 50 Anos do Lago de Furnas”, denuncia a ausência de políticas públicas que canalizassem esforços voltados à preservação ambiental e também de projetos consistentes e objetivos para o fomento e desenvolvimento do turismo na região. E reclama: Basta percorrer as 34 cidades do Lago de Furnas e observar, em todas elas, toneladas de rejeitos em esgoto e lixo, além de defensivos agrícolas que são despejados em diversas regiões que se dizem próprias para o turismo e para a prática de esportes náuticos, para não falar da situação caótica da rede viária local. (SOUZA, 2007) O senador Eliseu Resende, no artigo intitulado “A Epopéia de Furnas” em “homenagem evocativa ao cinqüentenário”, imagina que sem a energia elétrica e a Petrobrás, o Brasil estaria hoje nos mesmos níveis de muitos países da África. Durante esse tempo [desde 1957] construímos nossos portos e modernizamos outros; instalamos a indústria química de base; desenvolvemos a produção de veículos e de navios; e entramos, firmes, na aeronáutica. Para tudo isso contribuiu a energia de Furnas e a que ela transporta e distribui, pelo principal sistema de interligação das grandes geradoras nacionais (RESENDE, 2007, p. 9). Ambos pontos de vista refletem faces distintas de um mesmo fato histórico. A percepção do ganho pela geração de energia para o desenvolvimento industrial nacional versus os prejuízos study has some limitations. The study sample consisted of a selected cohort of CML patients, as the enrollment was carried out in a single center. It is part of an observational study that was initially designed to evaluate imatinib-induced cardiotoxicity. Therefore, patients with cardiac disease, who have shown to be at increased risk for drug-induced nephrotoxicity [36], were excluded. The data were collected from the medical records, and the number of measurements differed among patients. Furthermore, only CML patients were enrolled. The effectiveness of imatinib has been demonstrated in several other diseases [3, 38, 39, 40] and it is also important to evaluate nephrotoxicity in these patients, as it is not known whether the propensity to develop imatinibinduced nephrotoxicity is related to the underlying malignancy. conclusions In conclusion, physicians should be aware that imatinib treatment may result in acute kidney injury and that the long- term treatment may cause a significant decrease in the estimated GFR and chronic renal failure. Therefore, it is important to monitor renal function of CML patients under imatinib therapy by measuring the creatinine levels and estimating GFR. Attention must be paid to concomitant administration of other potentially nephrotoxic agents, to avoid additive nephrotoxicity in these patients. acknowledgements We gratefully acknowledge the contributions of our patients, their families, and the hematologists (Cla´udia de Souza, Simone Magalha˜es, and Gustavo Magalha˜es). We also thank Heloisa Vianna for the constructive comments and suggestions, and Ka´tia Lage and Vera Chaves for the expert secretarial assistance. funding Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientı´fico e Tecnolo´ gico (478923/2007-4) to ALR; Fundaxca˜o de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais (PPM 328-08) to ALR; Coordenadoria de Aperfeixcoamento do Ensino Superior, Brazil (BEX 1199-09-9), to MSM. disclosure The authors declare no conflict of interest. references 1. Pappas P, Karavasilis V, Briasoulis E et al. Pharmacokinetics of imatinib mesylate in end stage renal disease. A case study. Cancer Chemother Pharmacol 2005; 56: 358–360. 2. 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