MODELAÇÃO FÍSICA DA DISPOSIÇÃO DE REJEITOS DE BAUXITA POR MEIO DE DIQUES-TESTES

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  Dissertação de Mestrado MODELAđấO FễSICA DA DISPOSIđấO DE REJEITOS DE BAUXITA POR MEIO DE DIQUES-TESTES AUTOR: GIOVANI JOSÉ PEDROSA ORIENTADOR: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP) PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM GEOTECNIA DA UFOP OURO PRETO - MAIO DE 2012

  

“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

  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.

  

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.

  

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.

  

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 so- called ‘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.

  

Lista de Figuras

Figura 2.1 –Afloramento e amostra de bauxita .......................................................................... 5Figura 2.2 – Platô e perfil típico de bauxita (região de Paragominas/PA) ................................. 6Figura 2.3 – Fluxograma simplificado do Processo Bayer (Massola, 2005) ............................. 8Figura 2.4 – Sistema de disposição de rejeitos de lama vermelha (Silva Filho et al., 2007) ... 10Figura 2.5 – Estágios do processo de contração dos rejeitos por ressecamento ...................... 11Figura 2.6 – ‘Curva característica’ e limite de contração LC (Silva, 2003) ............................ 12Figura 2.7 – Mosaico das trincas de ressecamento em rejeitos finos ...................................... 13Figura 2.8 – Evolução do processo de ressecamento em baias (Araújo, 2006) ....................... 14Figura 2.9 – Distribuição de poropressões em depósitos de rejeitos com drenagem de fundo 16Figura 2.10 – Esquema geral do Tanque Classe A .................................................................. 21Figura 2.11 – Esquema geral do Atmômetro de Piche ............................................................ 22Figura 3.1 – Mapa de localização do empreendimento ........................................................... 23Figura 3.2 – Perfil geológico da região de Paragominas (Multigeo, 2005) ............................. 27Figura 3.3 – Operações de desmatamento na região do Platô Miltônia ................................... 31Figura 3.4 – Sequência de Lavra utilizada pela MPSA (Multigeo, 2005) ............................... 32Figura 3.5 – Operações de recapeamento do solo após o processo de lavra ............................ 34Figura 3.6 – Fluxograma simplificado do processo de beneficiamento da MPSA .................. 35Figura 3.7 – Trajeto do mineroduto da MPSA até Barcarena/PA ........................................... 36Figura 3.8 – Sistema de disposição de rejeitos da MPSA ........................................................ 38Figura 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 .......... 46Figura 4.3 – Curva granulométrica do rejeito MPSA com a utilização de defloculante ......... 46Figura 4.4 – Gráfico de limite de liquidez para amostra ensaiada em umidade natural ......... 48Figura 4.5 – Gráfico do limite de liquidez para amostra seca em estufa ................................. 48Figura 4.6 – Resultados das amostras ensaiadas dos rejeitos .................................................. 49Figura 4.7 – Difratograma de Raios-X do rejeito analisado .................................................... 50Figura 4.8 – Ensaio de adensamento e resultados deformações axiais x tempos de ensaio .... 51Figura 4.9 – Preparação da amostra do rejeito para os Ensaios HCT ...................................... 52Figura 4.10 – Vista geral da câmara triaxial com o rejeito MPSA .......................................... 53Figura 4.11 – Vista geral do equipamento HCT com bomba de fluxo .................................... 54Figura 4.12 – Gráfico ‘Índices de vazios x Tensões Efetivas’ ................................................. 56Figura 4.13 – Gráfico ‘Permeabilidades x Índices de Vazios’ ................................................ 56Figura 5.1 – Tanques de alvenaria para estudos da disposição dos rejeitos da MPSA ............ 60Figura 5.2 – Lançamento dos rejeitos em polpa e em lama espessada nos tanques ................ 60Figura 5.3 – Secagem e contração dos rejeitos depositados nos tanques ................................ 61Figura 5.4 – Formação da praia de rejeitos no Tanque TQR4 ................................................. 61Figura 5.5 – Ressecamento e mosaico de trincas dos rejeitos do Tanque TQR4 .................... 62Figura 5.6 – Escavação de dique-teste na área do Platô Miltônia-3 ........................................ 63Figura 5.7 – Layout geral dos diques-testes construídos no Platô Miltônia-3 ......................... 64Figura 5.8 – Sistemas de disposição de rejeitos por espigotamento e utilizando spray bars. .. 65Figura 5.9 – Sistema extravasor adotado nos diques-testes ..................................................... 66Figura 5.10 – Réguas graduadas para leituras das camadas de rejeitos depositados ............... 68Figura 5.11 – Passarela instalada em dique-teste para acesso e coleta de amostras ................ 68Figura 5.12 – Pluviômetro instalado nas imediações dos diques-testes .................................. 69Figura 5.13 – Tanque Classe A instalado anexo ao pluviômetro na área-teste ....................... 71Figura 5.14 – Balança Marcy utilizada para monitoramento dos teores de sólidos da polpa .. 72Figura 5.15 – Consistência no lançamento da polpa de rejeitos .............................................. 73Figura 5.16 – Dinâmica do fluxo viscoso e padrões de drenagem dos rejeitos ....................... 74Figura 5.17 – Contração dos rejeitos e formação das trincas de ressecamento ....................... 74Figura 5.18 – Mosaico tridimensional de trincas no ressecamento dos rejeitos de bauxita .... 75Figura 5.19 – Lançamento e sedimentação de nova camada de rejeitos .................................. 76Figura 5.20 – Amostrador de pistão estacionário utilizado em campo .................................... 76Figura 5.21 – Balança de aquecimento halógeno .................................................................... 77Figura 5.22 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências de coleta do Dique D-01 . 79Figura 5.23 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências de coleta do Dique D-02 . 79Figura 5.24 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências de coleta do Dique D-03 . 80Figura 5.25 – Lançamento de rejeitos no Dique D-03 por espigote ........................................ 80Figura 5.26 – Geometria, locação das réguas e pontos-referências de coleta do Dique D-04 . 81Figura 5.27 – Lançamento de rejeitos no Dique D-04 por spray bars ..................................... 81Figura 6.1 – Dados de precipitação na área - teste no período de monitoramento .................. 83Figura 6.2 –Taxas de evaporação obtidas pelo método de Linacre e pelo tanque classe A .... 85Figura 6.3 – Dados de monitoramento das temperaturas médias diárias locais ...................... 85Figura 6.4 – Lâmina d’água sobrenadante após o lançamento da primeira camada ................ 87Figura 6.5 – Vertedor triangular acoplado ao extravasor do Dique D-01 ................................ 88Figura 6.6 – Gráfico de recalques: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-01 .......... 88Figura 6.7 – Teores de sólidos: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-01 ............... 89Figura 6.8 – Gráfico de recalques: monitoramento das Camadas 1 e 2 do Dique D-02 .......... 90Figura 6.9 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-02 ........................ 91Figura 6.10 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-03 ...................... 94Figura 6.11 – Avanço da Camada 2 dos rejeitos lançados no Dique D-03.............................. 94Figura 6.12 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 2 do Dique D-03 ...................... 96Figura 6.13 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 3 do Dique D-03 ...................... 98Figura 6.14 – Teores de sólidos: monitoramento das Camadas 1, 2 e 3 do Dique D-03 ......... 99Figura 6.15 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 1 do Dique D-04 .................... 101Figura 6.16 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 2 do Dique D-04 .................... 103Figura 6.17 – Teores de sólidos: monitoramento da Camada 2 do Dique D-04 .................... 104Figura 6.18 – Teores de sólidos: comparação dos resultados: Camadas 2 de D-03 e D-04 .. 104Figura 6.19 – Formação das trincas iniciais: 3° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 ... 106Figura 6.20 – Evolução das trincas: 12° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 .............. 107Figura 6.21 – Evolução das trincas: 14° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 .............. 107Figura 6.22 – Evolução das trincas: 20° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 .............. 108Figura 6.23 – Mosaico das trincas: 35° dia do lançamento da Camada 2 de D-03 ............... 108Figura 6.24 – Mosaico das trincas (detalhe): trincas primárias e secundárias. ...................... 109

  

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 – Insumos necessários para produção de 1t de alumina (ABAL, 2007) .................. 8Tabela 3.1 – Teores (%) de alumina e de sílica no Platô Miltônia (Brandt, 2003) .................. 27Tabela 3.2 – Características gerais das barragens do sistema de rejeitos da MPSA ................ 39Tabela 3.3 – Cotas finais e dos alteamentos das barragens ..................................................... 41Tabela 4.1 - Relação dos ensaios de caracterização geotécnica dos rejeitos da MPSA .......... 43Tabela 4.2 – Parâmetros iniciais da amostra dos rejeitos da MPSA. ....................................... 45Tabela 4.3 – Resultados dos ensaios de granulometria (ABNT, 1995) ................................... 47Tabela 4.4 – Resultados dos ensaios de consistência ............................................................... 47Tabela 4.5 – Resultados da análise química do rejeito analisado ............................................ 51Tabela 4.6 - Valores dos índices físicos iniciais dos ensaios HCT .......................................... 55Tabela 4.7 - Valores dos índices físicos finais ........................................................................ 56Tabela 4.8 – Parâmetros constitutivos do rejeito da MPSA .................................................... 57Tabela 4.9 – Leis de compressibilidade e permeabilidade do rejeito MPSA .......................... 57Tabela 5.1 – Geometria dos diques-testes ................................................................................ 65Tabela 5.2 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-01 e D-02 .................................. 79Tabela 5.3 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-03 e D-04 .................................. 82Tabela 6.1 – Espessuras da primeira camada do monitoramento do Dique D-03 ................... 92Tabela 6.2 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-03 .................... 95Tabela 6.3 – Espessuras da terceira camada do monitoramento do Dique D-03 ..................... 97Tabela 6.4 – Espessuras da primeira camada do monitoramento do Dique D-04 ................. 100Tabela 6.5 – Espessuras da segunda camada do monitoramento do Dique D-04 .................. 102

  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 Al O : Alumina

  2

3 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 D-02: dique teste n° 2 D-03: dique teste n° 3 D-04: dique teste n° 4

  e: índice de vazios E : Evaporação e : Tensão Efetiva nula

  00 e : pressão de vapor a E : evaporação no lago ou reservatório

  L

  e : pressão de vapor de saturação

  s

  F: fator de correção Fe: Ferro

  h: altitude H : Altura reduzida do corpo de prova

  s

  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 P : Precipitação Média Mensal

  m Q: Vazão de saída do reservatório Ra: radiação extraterrestre R : irradiância solar na superfície do lago

  s

  S: Enxofre Sc :Escândio Sr: Estrôncio T: Temperatura média do ar t: tempo T : temperatura média mensal do ponto de orvalho

  d

  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

  : taxa de evaporação real ocorrida nos reservatórios dos diques-testes

  dt λ

  : taxa de evaporação medida no tanque classe A

  tca λ

  σ ’: Tensão Efetiva

  ϕ: latitude

  

Índice

CAPÍTULO 1............................................................................................................................ 1

  

CAPÍTULO 3.......................................................................................................................... 23

  3.4.1. Desmatamento e Limpeza ................................................................................ 31

  3.4. PROCESSOS DE LAVRA DA BAUXITA NA MPSA ...................................... 30

  3.3.6. Argila Variegada (ARV) .................................................................................. 30

  3.3.5. Bauxita Amorfa (BA)....................................................................................... 29

  3.3.4. Bauxita Cristalizada com Bauxita Amorfa (BCBA) ........................................ 29

  3.3.3. Bauxita Cristalizada (BC) ................................................................................ 29

  3.3.2. Bauxita nodular (BN) ....................................................................................... 28

  3.3.1. Capeamento Argiloso (CAP) ........................................................................... 28

  3.3. DEPÓSITOS DE BAUXITA NA REGIÃO DE PARAGOMINAS/PA ............. 26

  3.2. GEOLOGIA REGIONAL.................................................................................... 24

  3.1. NATUREZA E LOCALIZAđấO DO EMPREENDIMENTO .......................... 23

  ESTUDO DE CASO: MINERAđấO PARAGOMINAS (MPSA) ...................................... 23

  2.3.2.3. Evaporímetros .......................................................................................... 20

  INTRODUđấO ..................................................................................................................... 1

  2.3.2.2. Modelos Matemáticos .............................................................................. 19

  2.3.2.1. Relações Empíricas .................................................................................. 17

  2.3.2. Evaporação ....................................................................................................... 16

  2.3.1. Drenagens de Fundo e Superficial ................................................................... 15

  2.3. DISPOSIđấO DE REJEITOS FINOS EM BAIAS DE RESSECAMENTO ..... 10

  2.2. PROCESSO DE PRODUđấO DA ALUMINA ................................................... 7

  2.1. GÊNESE DA FORMAđấO DA BAUXITA ........................................................ 5

  DISPOSIđấO DE REJEITO DE BAUXITA POR RESSECAMENTO ........................................ 5

  

CAPÍTULO 2............................................................................................................................ 5

  1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAđấO ..................................................................... 3

  1.2. JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS DO TRABALHO ........................................... 2

  1.1. CONSIDERAđỏES INICIAIS.............................................................................. 1

  3.4.2. Sequenciamento da lavra ................................................................................. 32

  3.4.3. Limpeza da Superfície do Minério e Escarificação ......................................... 33

  MODELAđấO FÍSICA DO SISTEMA DE DISPOSIđấO DE REJEITOS DA MPSA POR MEIO DE DIQUES

  6.3. MONITORAMENTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-02 .... 90

  6.2. MONITORAMENTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-01 .... 86

  6.1. MONITORAMENTO DOS DADOS CLIMÁTICOS ......................................... 83

  APRESENTAđấO E ANÁLISE DO MONITORAMENTO EM CAMPO ........................ 83

  

CAPÍTULO 6.......................................................................................................................... 83

  5.6. SISTEMA DE DISPOSIđấO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-03 E D-04 ... 80

  5.5. SISTEMA DE DISPOSIđấO DOS REJEITOS NOS DIQUES D-01 E D-02 ... 78

  5.4. LANÇAMENTO E MONITORAMENTO DOS REJEITOS ............................. 72

  5.3. CONSTRUđấO E INFRAESTRUTURA DOS DIQUES - TESTES ................ 62

  5.2. MODELAđấO FễSICA PRELIMINAR EM TANQUES DE ALVENARIA .... 59

  5.1. BASES DA MODELAđấO FễSICA DOS REJEITOS DA MPSA.................... 58

  TESTES ............................................................................................ 58

  −

  

CAPÍTULO 5.......................................................................................................................... 58

  3.4.4. Escavação do Minério e Recuperação Ambiental das Áreas Lavradas ........... 33

  4.8. ENSAIOS DE ADENSAMENTO HCT COM BOMBA DE FLUXO................ 52

  4.7. ENSAIO DE ADENSAMENTO CONVENCIONAL ........................................ 51

  4.6. ANÁLISE QUÍMICA DOS REJEITOS .............................................................. 50

  4.5. CTC E DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X ......................................................... 49

  4.4. ENSAIOS DE LIMITES DE CONSISTÊNCIA ................................................. 47

  4.3. ENSAIOS DE GRANULOMETRIA................................................................... 45

  4.2. ENSAIOS PRELIMINARES ............................................................................... 44

  INTRODUđấO ................................................................................................... 43

  CARACTERIZAđấO TECNOLÓGICA DOS REJEITOS DA MPSA .............................. 43 4.1.

  

CAPÍTULO 4.......................................................................................................................... 43

  3.7. SISTEMA DE DISPOSIđấO DOS REJEITOS DA MPSA ............................... 37

  3.6. TRANSPORTE DOS MINÉRIOS PROCESSADOS ......................................... 36

  3.5. PROCESSOS DE BENEFICIAMENTO DA BAUXITA NA MPSA ................ 34

  6.4. MONITORAMENTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-03 .... 91

  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 DISPOSIđấO 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. RECOMENDAđỏES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................ 113

  

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................... 115

  CAPÍTULO 1

  INTRODUđấO

1.1. CONSIDERAđỏES 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 pós- adensamento. 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.

1.2. 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 pré- adensados 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

  2 total de 19.000 m .

  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 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.

   ESTRUTURA DA DISSERTAđấO 1.3.

  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 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.

  CAPÍTULO 2 DISPOSIđấO DE REJEITO DE BAUXITA POR RESSECAMENTO

2.1. GÊNESE DA FORMAđấO DA BAUXITA

  A bauxita foi descoberta em 1821, por um cientista francês chamado Pierre Berthier (1782- 1861), 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 (Al O ) em que a proporção

  2

  3

  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 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 (Al O ) com teores variando entre 50 e 55% (Anjos & Silva,

  2

  3 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) encontram- 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.

   PROCESSO DE PRODUđấO DA ALUMINA 2.2.

  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 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) A digestão constitui a fase mais essencial de todo o processo. A polpa e a solução pré- aquecida 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 (Al O ) por meio do processo Bayer (processo aplicado pela Alunorte).

  2

3 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 m ou 325 mesh),

  µ

  2

  apresenta uma área superficial de 13-22 m /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.

Figura 2.4 – Sistema de disposição de rejeitos de lama vermelha (Silva Filho et al., 2007)

2.3. DISPOSIđấO 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 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 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 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

  o 90 , 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).

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.

  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.

  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 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; E : evaporação no lago ou reservatório, mm/dia;

  L

  T: Temperatura média do ar, (°C);

  h: altitude do local (m); ϕ: latitude local (°); T : temperatura média mensal do ponto de orvalho (°C)

  d

  A temperatura do ponto de orvalho (T ) pode ser obtida pela seguinte equação:

  d

  8,16 log # (2.2)

  $

  Sendo: e a pressão de vapor dada em kPa e calculada pela relação: a

  % )* & '(

  # (2.3)

  $

  Sendo: e : pressão de vapor de saturação ( kPa);

  s

  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 - 10 1 20,83 40 - 2,556 7 (2.4)

  

4

  sendo: E : evaporação no lago ou reservatório, mm/mês;

  L

  T: temperatura média diária, °C, obtida pela média dos valores extremos diários; z: altitude local (m);

  2 R : irradiância solar na superfície do lago ( W/m ); s

  u: velocidade média do vento, m/s, tomada a 2 m de altura da superfície da água; T : temperatura do ponto de orvalho (°C)

  d F: fator de correção devido a altitude do local, dado por: F = 1,0 – 0,000087z.

  A quantificação da irradiância solar (R ) é feita com base nos dados de precipitação e na

  s

  distribuição das nuvens, a partir da seguinte relação:

  3 3 0,85 0,0479 (2.5)

  4 $

  sendo: Ra: radiação extraterrestre;

  C: média do número de décimos do céu ocupado por nuvens durante a observação, que é estimado em função da precipitação média mensal (P , em mm) pela expressão:

  m <

  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.

2.3.2.2. Modelos Matemáticos

  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; E : Evaporação; P: Precipitação sobre o reservatório; A: Área do reservatório.

  A evaporação seria, então, estimada pela relação:

  F C D G

  • : (2.8)

  E E

  Considerando que o volume e a área podem ser correlacionadas por uma função da forma

  b

2 V=aA (V em hm e A em km ) e, utilizando-se as unidades habituais de cada variável, a

  relação anterior pode ser reescrita como:

  N

  7 C D $ME .2E E G G

  HH. HêK 2,592 · - : 1000 (2.9)

  

E ∆>

  2

3 Para: A (km ), P (mm/mês), I e Q ( m /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, curva- chave 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 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 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.

  CAPÍTULO 3 ESTUDO DE CASO: MINERAđấO PARAGOMINAS (MPSA)

3.1. NATUREZA E LOCALIZAđấO 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 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.

  2 A província bauxitífera de Paragominas ocupa uma área de aproximadamente 50.000 km . 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).

  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 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

  2 por uma extensão de 927 km , 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 Bauxita Cristalizada Bauxita Nodular Alumina

  Média 50,47 44,42 Mínima 48,80 40,36

  Máxima 52,20 49,17 Sílica Reativa

  Média 3,98 4,49 Mínima 3,00 3,47

  Máxima 4,95 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 Fe O . Essa zona de

  2

  3

  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 Al O total em torno de

  2

  3

  44,42% (máxima de 49,17% e mínima de 40,36%) e SiO total em torno de 4,49% (máxima

  2 de 4,99% e mínima de 3,47%).

  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 Al O total em

  2

  3

  torno de 50,47% (máxima de 52,20% e mínima de 48,80%) e de SiO total de 3,98% (máxima

  2 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).

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:

  • 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).

  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)

  • 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.

  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.

  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 da peneira do moinho SAG, que é previamente britado em um britador de impacto

  oversize (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 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) 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.

   SISTEMA DE DISPOSIđấO DOS REJEITOS DA MPSA 3.7.

  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.

  Planta de Beneficiamento B6 B1 Dique Teste

  Canal de Contorno B2 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.

  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

  Número de Alteamentos Barragens Método Construtivo Previstos B1 alteada p/ montante

  8 B2/B3/B4 linha de centro

  8 B5 alteada p/ jusante

  3 B6 dique de partida -

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 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

  Cota Cota Cota Cota Cota Cota Construção Alteamento Alteamento Alteamento Alteamento Barragens Final 2007 2008 2009 2010/11 2011/12 (m)

  (m) (m) (m) (m) (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 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.

  CAPÍTULO 4 CARACTERIZAđấO TECNOLốGICA DOS REJEITOS DA MPSA 4.1.

   INTRODUđấO

  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 50 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 N 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) 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 diques- testes 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 ( ) presentes a

  ψ

  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 (G ) foi obtida pelo

  s 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.

  3 G

  (%) (%) s s (kN/m )

  w inicial inicial ψ γ

  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 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.

  Peneiras

  200 140 100 60 40 20 10 4 3/8 1/2 1" 11/2 )

  100 (%

  90 sa

  80 as

  70 P

  60 ue

  Granulometria q

  50 m

  40 age

  30 nt

  20 ce

  10 or P

  0,001 0,01 0,1

  1 10 100 Diâmetro dos Grãos (mm)

Figura 4.2 – Curva granulométrica do rejeito MPSA sem a utilização de defloculante

  Peneiras

  200 140 100 60 40 20 10 4 3/8 1/2 1" 11/2 2" )

  100 (%

  90 sa

  80 as

  70 P Granulometria

  60 ue

  50 q m

  40

  30 age nt

  20 ce

  10 or P

  0,001 0,01 0,1

  1 10 100 Diâmetro dos Grãos (mm)

Figura 4.3 – Curva granulométrica do rejeito MPSA com a utilização de defloculanteTabela 4.3 – Resultados dos ensaios de granulometria (NBR 7181)

  Granulometria (%) Ensaio Natureza Argila Silte Areia Pedr.

  D ( m) D ( m)

  50 µ 90 µ

  I com defloculante 49,1 48,8 2,0 0,0 2,0 10,0

  II sem defloculante 2,5 89,8 7,7 0,0 9,0 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 w ) dos rejeitos, foram

  L

  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 w ), os valores

  P

  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

Figura 4.4 – Gráfico de limite de liquidez para amostra ensaiada em umidade natural

  10 56,0 56,5 57,0 57,5 58,0 58,5 59,0

  90

  70

  60

  40

  30

  50

  20

  80

  NÚMERO DE GOLPES LIMITE DE LIQUIDEZ

  ID A D E (% )

  T E O R D E U M

  90

Figura 4.5 – Gráfico do limite de liquidez para amostra seca em estufa

  70

  60

  40

  30

  50

  20

  80

  

NÚMERO DE GOLPES

LIMITE DE LIQUIDEZ

  ID A D E (% )

  T E O R D E U M

  63,0 63,2 63,4 63,6 63,8 64,0 64,2 64,4 64,6 64,8

  Lançando-se estes resultados no Gráfico de Plasticidade de Casagrande (Figura 4.6), observa- se 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

  10 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 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 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

  Valor Valor Elemento Elemento (mg/kg) (mg/kg)

  Al 240134,00 P 177,7 Ba 26,76 S 356,20 Ca 101,40 Sc 4,598

  Co 17,08 Sr 27,35 Cr 110,2 Th 51,6 Fe 103904 Ti 8997

  K 127,1 V 265,3 Mg 49,57 Y 18,1 Mn 153 Zn 16,7

  Na 92,00 Zr 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 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 (e ), determinação do teor de umidade inicial e determinação da massa

  00 específica dos sólidos.

Figura 4.9 – Preparação da amostra do rejeito para os Ensaios HCT 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 (e ) e da altura reduzida do corpo de prova (H ).

  00 s

  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, 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.

  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:

  B

  e = A(б’+Z) (4.1)

  D

  K = Ce (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 ENSAIO 01 ENSAIO 03 ENSAIO 04

3 Massa específica dos sólidos (g/cm ) 2,71 2,71 2,71

  Teor de umidade (%) 325,85 228,6 245,68

  3 Massa específica úmida (g/cm ) 1,22 1,35 1,20

  3 Massa específica seca (g/cm ) 0,29 0,41 0,35

Índice de vazios inicial 8,45 5,61 6,83

Teor de sólidos (%) em peso 23,48 30,43 28,93

Tabela 4.7 - Valores dos índices físicos finais (adensamento por 48h)

  ÍNDICES FÍSICOS ENSAIO 01 ENSAIO 03 ENSAIO 04

Teor de umidade (%) 280,63 220,32 225,87

  3 Massa específica úmida (g/cm ) 1,25 1,33 1,21

  3 Massa específica seca (g/cm ) 0,329 0,414 0,372

Índice de vazios (e ) 7,25 5,55 6,28

  00 Altura reduzida (H ) 0,75 1,03 0,898 s

Teor de sólidos (%) em peso 26,27 31,22 30,69

Teor de sólidos final (%) em peso 60,59 60,64 60,57

  Índices de vazios x Tensões Efetivas

  8

  7

  6 s o

5 Ensaio 1

  zi va Ensaio 3 e

  4 d

  Ensaio 4 e

  3 ic d Ín

  2

  1 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

  6 s o

  5 zi

  Ensaio 1 va e

4 Ensaio 3

  d e

  3 ic

  Ensaio 4 d Ín

  2

  1 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’ 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 MPSATabela 4.9 – Leis de compressibilidade e permeabilidade do rejeito MPSA

  

PARÂMETROS ENSAIO 01 ENSAIO 03 ENSAIO 04

A 3,98 3,46 3,9

B -0,22 -0,17 -0,18 Z 0,063 0,073 0,065 C 3,89E-08 2,19E-08 2,19E-08 D

  6,25 6,33 6,27 1 23,5 3 30,4 4 28,9 e = 3,9834 (σ' + 0,0631)

  • -0,2163 e = 3,4458 (σ' + 0,0733) -0,1723 e = 3,8983 (σ' + 0,0654) -0,1754 k = 3,8929 x 10 -8

  . e 6,2511 k = 2,1879 x 10

  • -8 . e 6,3261 k = 2,1930 x 10 -8

  . e 6,2665 Ensaio teor de sólidos inicial (%)

  Lei de compressibilidade Lei de permeabilidade

  CAPÍTULO 5

MODELAđấO FễSICA DO SISTEMA DE DISPOSIđấO DE REJEITOS

DA MPSA POR MEIO DE DIQUES TESTES

  

−−−−

5.1. BASES DA MODELAđấO FễSICA 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 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 área- teste da MPSA para reavaliação destas análises em escala real. Os fundamentos destes processos de modelação física são apresentados a seguir.

5.2. MODELAđấO FễSICA 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.

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 tanquesFigura 5.3 – Secagem e contração dos rejeitos depositados nos tanques

  No tanque de rejeitos n 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

  3

  entre 0,4 e 0,6 m /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 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.

   CONSTRUđấO E INFRAESTRUTURA DOS DIQUES - TESTES 5.3.

  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

  2

  estruturas de alimentação e extravasamento dos rejeitos. Numa área da ordem de 19.000 m , 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

  • 4 -5

  permeabilidades entre 10 e 10 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

  64 Figura 5.7 – Layout geral dos diques-testes construídos no Platô Miltônia-3 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

  3 Dique Altura (m) Largura (m) Comp. (m) Volume (m )

  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.

  Sistemas de disposição de rejeitos por espigotamento e utilizando spray bars.

Figura 5.8 –

  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

  2

  variar com valores de 100; 200; 314; 400 ou 1000 cm . No caso em estudo, foi utilizado

  69

  2

  um anel com área de 400 cm . 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:

  V p 10 .

  (5.1)

  =

  A sendo: p: precipitação diária (mm);

  3 V: volume coletado no pluviômetro (m ou cm );

  

2

A: área do anel receptor do pluviômetro (cm ).

  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 diques- testes (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

  (5.2)

  = n.λ dt tca

  71 sendo: : taxa de evaporação r o real ocorrida nos reservatórios dos diques-tes testes (mm/dia);

  dt λ : taxa de evaporação ão medida no tanque classe A (mm/dia). tca

  λ

5.4. LANÇAMENTO E E MONITORAMENTO DOS REJEITOS

  Os rejeitos sob a forma d a de polpa foram desviados para a área-teste e l e lançado nos diques experimentais por meio io de uma derivação do rejeitoduto, sob concep cepções diversas para aferição dos diferentes es modelos deposicionais utilizados. Portanto nto, tanto a maneira quanto o período de lanç nçamento de rejeito em cada dique da área-test teste foram realizados de formas distintas. Durante as fases de la lançamento, os teores de sólidos presentes tes na polpa foram continuamente monitora rados por meio de balança Marcy (Figura 5.1 5.14), com medições efetuadas a cada 30 min inutos, sendo estes resultados, então, aferidos dos com os dados de controle da planta indust ustrial.

Figura 5.14 – Balança M Marcy utilizada para monitoramento dos teores d s de sólidos da 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

  3

  mediante a coleta da amostra em recipiente em aço inoxidável com 1.000 cm 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

  o de 90 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 D- 03 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 DISPOSIđấO 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, ria, locação das réguas e pontos-referências de col coleta do Dique D-01Figura 5.23 – Geometri tria, locação das réguas e pontos-referências de col oleta do Dique D-02Tabela 5.2 – Ci Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D- -01 e D-02

  Dique D-01 D D-02 Ciclo de Data do do Espessura da camada Data do E Espessura da camada lançamento lançamen ento lançada (cm) Lançamento lançada (cm)

  1º 30/03/201 2011 60 15/03/2011

  46 2º 15/06/201 2011 60 15/06/2011

  50

  79

5.6. SISTEMA DE DIS

  ISPOSIđấO DOS REJEITOS NOS DIQUE UES D-03 E D-04

  Os diques D-03 e D- -04 apresentam seção retangular e foram m utilizados para a verificação da formação ão de praias dos rejeitos. No dique D-03, a disp isposição dos rejeitos foi feita por espigotamen ento (espigotes 1 e 2), sendo utilizado um sist istema de spray bars no caso do dique D-04.

  04. Em cada caso, as réguas foram numerada das de R01 a R12 e foram definidos os pon ontos principais de coleta para correlação d dos resultados das análises do comportamen ento dos rejeitos acumulados ao longo do tem mpo (Figuras 5. 24 a 5.27).

Figura 5.24 – Geometria, ria, locação das réguas e pontos-referências de col coleta do Dique D-03Figura 5.25 – – Lançamento de rejeitos no Dique D-03 por e r espigote

  80

Figura 5.26 – Geometria, ria, locação das réguas e pontos-referências de col coleta do Dique D-04Figura 5.27 – Lançamento de rejeitos no Dique D-04 por sp r spray bars

  Em cada um destes diqu ques, foram lançadas três camadas com espessu ssuras variáveis entre 30 e 60 cm, comportando ndo três ciclos sucessivos de disposição, em per períodos da ordem de três meses (Tabela 5.3). 3). No dique D-03, a primeira camada de reje ejeitos da modelação física do processo foi de depositada diretamente sobre o solo de fundaç dação local, ao passo que, no caso do dique D D-04, a primeira camada de teste foi lançada a parcialmente sobre camada pré-existente de de rejeitos ressecados (Figura 5.14).

  81

  82 Tabela 5.3 – Ciclos de lançamento de rejeitos nos diques D-03 e D-04 Dique D-03 D-04

  Ciclo de lançamento Data do lançamento

  Espessura da camada lançada (cm) Data do

  Lançamento Espessura da camada lançada (cm)

  1º 22/12/2010 32 22/12/2010 30 (não monitorada) 2º 31/03/2011 60 15/03/2011

  40 3º 09/06/2011 60 09/06/2011

  60

6.1. MONITORAMENTO DOS DADOS CLIMÁTICOS

  50

  Dias

  P re ci pi ta çã o (m m )

  90

12/15/2010 1/15/2011 2/15/2011 3/15/2011 4/15/2011 5/15/2011 6/15/2011 7/15/2011

  80

  70

  60

  83 CAPÍTULO 6

  

APRESENTAđấO E ANÁLISE DO MONITORAMENTO EM

CAMPO

  30

  20

  10

Figura 6.1 – Dados de precipitação na área - teste no período de monitoramento

  , 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.

  2

  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 cm

  40 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

  85 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).

  1 2/ 2 9/

  27 /7 E va po ra çã o (m m )

  Dias de monitoramento método de linacre tanque classe A

  5

  10

  15

  20

  25

  30

  35 29/

  12 5/ 1 12/

  1 19/ 1 26/

  2 16/ 2 23/

  7

  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/

  13 /7 20 /7

  29 /6 6/

Figura 6.3 – Dados de monitoramento das temperaturas médias diárias locais

  16 /2 23 /2

  0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

  15 /1

  2

  22 /1

  2

  29 /1 2 5/

  1

  12 /1 19 /1

  26 /1 2/

  2 9/

  2

  2/

  15 /6 22 /6

  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

  7 T em pe ra tu ra ( C ) Período de monitoramento 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 0,7.λ (6.1) = dt tca

  Sendo: : taxa de evaporação real ocorrida nos reservatórios dos diques-testes (mm/dia);

  λ dt : taxa de evaporação medida no tanque classe A (mm/dia). λ tca

  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 DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-01

  3 O dique D-01 possui seção quadrada de 44 m de lado e volume total de 4424 m , 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 /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

  0,70 0,60 ) (m

  Camada 1 a

  0,50 ad

  Camada 2 m ca

  0,40 a d ia éd

  0,30 m ra su

  0,20 es sp E

  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

  60 )

  50 % ( os

  40 id ól s camada 1 de

  30 r camada 2 eo T

  20

  10

  1

  3

  5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 Período de monitoramento

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 ção não são substancialmente afetadas pelas as variáveis sazonais (Figura 6.2).

6.3. MONITORAMEN NTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO NO DIQUE D-02

  3 O dique D-02 possui seç eção de 44 m x 39 m e volume total de 3.954 m m , dotado também

  de espigote lateral para ra o lançamento dos rejeitos. Duas camadas f s foram lançadas em 15/03/2011 e 15/06/2011 1, com espessuras médias de 46 e 50 cm, res respectivamente, com 33% de sólidos. A Fig Figura 6.8 apresenta a evolução dos recalques ues dos depósitos de rejeitos formados pelo la lançamento das camadas 1 e 2 no Dique D-0

  02. A camada 1 foi monitorada por 76 dias e s e a segunda, por 20 dias, neste caso incluindo do um período de 18 dias da fase de ressec secamento dos rejeitos (segundo patamar d r dos recalques). O monitoramento da cam amada 2 foi interrompido no 20° dia dev devido à problemas operacionais ocorridos d s durante a pesquisa de campo. Como no dique que D-01, o dique D- 02 também foi utilizado do para a verificação da correlação entre espe pessuras de camadas lançadas e evolução das das taxas de secagem com base nas variáveis eis ambientais locais (Capítulo 5).

Figura 6.8 – Gráfico d de recalques: monitoramento das camadas 1 e e 2 do Dique 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 ) % ( os

  40 id ól s de

  30 r eo T

  20

  10

15/3 22/3 29/3 5/4 12/4 19/4 26/4 3/5 10/5

  Período de monitoramento

Figura 6.9 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 1 do Dique D-02

6.4. MONITORAMENTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-03

  O dique D-03 possui seção retangular de 150 m de comprimento por 44 m de largura, e

  3

  volume total de 14.383 m , 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 espessura espessura

  recalque (cm) Réguas inicial (cm) final (cm) (após 90 dias)

  ≅

  40

  20

  20 R1 R2

  25

  05

  20

  30

  05

  25 R3

  92 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), observando- se 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

  60

  50 %) ( os

  40 id ól S

  30 de r estufa eo

  20 T balança ohaus

  10

  2

  2

  2

  2

  2

  1

  1

  1

  1

  1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 /1 1/ 3/ 5/ 7/ 9/

  11

  13

  15

  17

  19

  21

  23

  22

  24

  26

  28

30 Período de monitoramento

Figura 6.10 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 1 do Dique D-03

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 espessura espessura

  recalque (cm) Réguas

  (após 55 dias)

  inicial (cm) final (cm) ≅ R1

  90

  55

  35

  55

  30

  25 R2 R3 105

  70

  35

  50

  25

  25 R4 R5

  35

  10

  25

  85

  50

  35 R6 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 %) ( os

  40 id ól estufa s

  30 de balança ohaus r eo T

  20

  10

  4

  4

  4

  4

  4

  5

  5

  5

  5

  5 /4 /4 /4 /4 /4 /4 /4 /4 /4 /4 /5 /5 /5 /5 /5 /5 /5 /5 1/ 3/ 5/ 7/ 9/ 1/ 3/ 5/ 7/ 9/

  11

  13

  15

  17

  19

  21

  23

  

25

  27

  29

  11

  13

  15

  17

  19

  21

  23

  25 Período de monitoramento

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.

   Monitoramento da Terceira Camada 6.4.3.

  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 espessura espessura recalque (cm)

  Réguas inicial (cm) final (cm) (após 21 dias)

  ≅

  110

  80

  30 R1 130

  90

  40 R2 R3

  75

  50

  25

  65

  50

  15 R4 105

  90

  15 R5

  15

  00

  15 R6

  10

  00

  10 R7

  30

  00

  30 R8 R9

  00

  00

  00 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

  7 T eo r de s ól id os Período de monitoramento passarela 1 passarela 2

  14 /6 15 /6

  30 /6 1/

  28 /6 29 /6

  26 /6 27 /6

  24 /6 25 /6

  22 /6 23 /6

  20 /6 21 /6

  18 /6

19

/6

  16 /6 17 /6

  12 /6 13 /6

  98 Figura 6.13 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 3 do Dique D-03 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:

  10 /6 11 /6

  6

  70 9/

  60

  50

  40

  30

  20

  10

  • 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).

  80

  70

  60 ) % (

  50 os id camada 1

  ól

  40 s de camada 2 r

  30 eo T teor de sólidos esperado

  20 camada 3 10 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

6.5. MONITORAMENTO DA DISPOSIđấO DE REJEITOS NO DIQUE D-04

  O dique D-04 possui seção retangular de 202,3 m de comprimento por 39 m de largura,

  3

  e volume total de 16.328 m . 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.

   Monitoramento da Segunda Camada 6.5.1.

  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 espessura espessura recalque (cm)

  Réguas inicial (cm) final (cm) (após 60 dias)

  ≅

  R1

  35

  20

  15

  40

  25

  15 R2

  45

  30

  15 R3

  05

  00

  05 R4

  05

  00

  05 R5

  10

  00

  10 R6 100 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

  60 os

  50 id ól s

  40 de r eo passarela 1

30 T

  passarela 2

  20

  10

16/3 23/3 30/3 6/4 13/4 20/4 27/4 4/5 11/5

Período de monitoramento

Figura 6.15 – Teores de sólidos: monitoramento da camada 2 do Dique D-04

  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.

   Monitoramento da Terceira Camada 6.5.2.

  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 espessura espessura

  recalque (cm) Réguas

  (após 54 dias)

  inicial (cm) final (cm) ≅ R1

  80

  50

  30

  80

  50

  30 R2 R3

  90

  60

  30

  50

  25

  25 R4 R5

  50

  20

  30

  50

  20

  30 R6 R7

  05

  00

  00

  10

  00

  00 R8 R9

  05

  00

  00 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

  70

  60 os id passarela 1

  ól

  50 s passarela 2 de

  40 r eo T

  30

  20

  10

  6

  7

  7

  7

  7

  7 /6 /6 /6 /6 /6 /6 /6 /6 /6 /6 /7 /7 /7 /7 /7 /7 /7 /7 /7 /7 /7 9/ 1/ 3/ 5/ 7/ 9/

  11

  13

  15

  17

  19

  21

  23

  25

  27

  29

  11

  13

  15

  17

  19

  21

  23

  25

  27

  29

  31 Período de monitoramento

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

  70

  60 os id ól

  50 s camada 2 de

  40 r camada 3 eo T

  30

  20

  10 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 Período de monitoramento

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

  70 )

  60 % ( os

  50 id ól

  Camada 2 (D-03) S

  40 de r

  Camada 3 (D-04) eo

30 T

  20

  10 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

  107

Figura 6.20 – Evolução das trincas: 12° dia do lançamento da camada 2 de D-03Figura 6.21 – Evolução das trincas: 14° dia do lançamento da Camada 2 de D-03Figura 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

  109 Figura 6.24 – Mosaico das trincas (detalhe): trincas primárias e secundárias.

  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 condutivid
  • 4 -5

  hidráulicas compatíveis com a técnica proposta (da ordem de 10 a 10 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. RECOMENDAđỏES 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

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  120

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REPOSITORIO INSTITUCIONAL DA UFOP: Níveis de base fluviais : síntese dos principais condicionantes e dinâmica de instalação.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO - UFOP INSTITUTO DE FILOSOFIA, ARTES E CULTURA Programa de Pós-Graduação em Filosofia
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REPOSITORIO INSTITUCIONAL DA UFOP: New evidence of Neoarchean crustal growth in southern São Francisco Craton : the Carmópolis de Minas Layered Suite, Minas Gerais, Brazil.
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F. C. de Araújo - REPOSITORIO INSTITUCIONAL DA UFOP: New developments on BE/BE multi-zone algorithms based on krylov solvers - applications to 3D frequency-dependent problems.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS NÚCLEO DE GEOTECNIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA
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PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP OURO PRETO – AGOSTO DE 2017
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