Dissertação de Mestrado ESTUDO DE METODOLOGIAS ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO DE

147 Pages·2008·5.54 MB·Portuguese

Dissertação de Mestrado

ESTUDO DE METODOLOGIAS
ALTERNATIVAS DE DISPOSIÇÃO DE
REJEITOS PARA A MINERAÇÃO CASA DE
PEDRA – CONGONHAS/MG

AUTOR: MARCELO MARQUES FIGUEIREDO

ORIENTADORES: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP) e
Profa. Dra. Terezinha de Jesus Espósito (UFMG)

MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP

OURO PRETO - NOVEMBRO DE 2007

F475e Figueiredo, Marcelo Marques.

Estudo de Metodologias Alternativas de Disposição de Rejeitos para a
Mineração Casa de Pedra - Congonhas/MG [manuscrito] : Estudo de
Metodologias Alternativas de Disposição de Rejeitos para a Mineração Casa
de Pedra – Congonhas/MG / Marcelo Marques Figueiredo. – 2007.
ix, 100 f.: il., color; graf., tabs, fotografía.

Orientadores: Prof. Dr. Romero César Gomes e Terezinha de Jesus
Espósito.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de
Minas. Núcleo de Geotecnia

Área de concentração: Geotecnia Aplicada a Mineração.

1. Geotecnia - Teses. 2. Refugos (mineração) - Aspectos ambientais. -
Teses. 3. Refugos (mineração) – Metodologia - Teses. 4. Mineração – Casa de
Pedra – Congonhas/MG - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II.
Título.

CDU: 628.5

Catalogação: [email protected]
DEDICATÓRIA

A TODAS AS PESSOAS QUE FAZEM PARTE DA MINHA VIDA, AMIGOS E
FAMILIARES. COM ELES APRENDI QUE O CAMINHO É LONGO, PORÉM
POSSÍVEL DE SER TRILHADO COM PAZ, SABEDORIA E MUITO AMOR.
NAMASTÉ!!

iv
AGRADECIMENTOS

Ao professor Romero César Gomes, pela orientação e pelas excelentes discussões
geotécnicas.

A professora Terezinha Espósito, pela orientação, incentivo e apoio, desde o curso de
especialização até o mestrado profissional.

Á Companhia Siderúrgica Nacional – CSN, pela oportunidade do trabalho e
disponibilização de dados e informações, em especial à Dinalva, como principal contato
no início dos estudos.

Ao professor Jorge Valadão, pela conversa inicial, e ao Christian Osorio, pela
disponibilização de alguns resultados de ensaios.

A todos os professores e colegas do Mestrado Profissional em Geotecnia da UFOP
pelos conhecimentos trocados e pelas amizades feitas.

Aos meus pais, irmãs e avó, pelo apoio e amor incondicional. Em especial ao meu pai e
a minha mãe. Obrigado por tudo, sem vocês nada disso seria possível.

A Juju, pela paciência, carinho e amor de todas as horas. Obrigado por existir!

Aos amigos da SETE, pelo companheirismo e pela possibilidade de aprendizado e
amadurecimento profissional. Em especial ao Rogério, por ter sido a primeira pessoal a
me instigar nos caminhos da geotecnia.

Ao Morrabaxo, amigos, ontem, hoje e sempre. É bom saber que tenho amigos como
vocês, apesar dos caminhos e valores muitas vezes opostos.

Aos amigos do Núcleo Ananda, em especial ao Govinda e a Beá, pela amizade e
ensinamentos. Namasté!
v
RESUMO

Atualmente, os rejeitos do processamento dos minérios são descartados em barragens de
contenção em superfície, formadas através de barramentos convencionais (barragens de
terra compactada), construídas com a utilização de materiais provenientes de jazidas de
empréstimo ou com o próprio estéril e/ou rejeito gerado na mina e nas instalações de
beneficiamento. Essas barragens, geralmente são construídas em etapas, com
alteamentos sucessivos realizados preferencialmente por montante. Visando minimizar
os impactos ambientais e os custos associados aos processos de contenção e
recuperação de água do processo, as empresas vêm procurando novas alternativas de
disposição desses materiais. No presente trabalho foram estudadas para a Mineração
Casa de Pedra, metodologias alternativas de disposição de rejeitos, compreendendo: a
disposição do rejeito granular na forma de aterro hidráulico (pilha de rejeito), a
disposição de rejeitos desaguados (espessados) e/ou em pasta, e a co-disposição de
rejeitos e estéreis em superfície. Dessa forma, visando a definição das metodologias
propostas, foi feita uma caracterização tecnológica destes materiais, com base em
resultados de ensaios de campo e laboratório realizados ao longo da vida útil do
empreendimento. A partir dos estudos, pode-se concluir, preliminarmente, que os
rejeitos gerados em Casa de Pedra tendem a apresentar condições tecnológicas
favoráveis para disposição dos rejeitos granulares (rejeito da flotação) na forma de
aterro hidráulico e para disposição dos rejeitos finos (lama da ciclonagem secundária)
desaguados (espessados) e/ou em pasta. Com relação a co-disposição de estéreis e
rejeitos, este método deverá ser melhor estudado para aplicação aos rejeitos da CSN,
considerando sobretudo a previsão de utilização de estéril na construção da futura
Barragem do Batateiro.

vi
ABSTRACT

Currently, tailings from the ore processing have been discarded in surface containment
dams, which are formed through conventional lathe bed constructed by the use of
materials provided from “loan deposits” or by the own waste and/or tailings generated
in the mine and improvement facilities. These tailing dams are usually built in stages
with successive rising preferentially accomplished by upstream method. Seeking to
minimize the environmental impact and the costs associated to the containment and
water recovery processes, mining companies have been searching new alternatives for
these materials’ disposal. This present paper is a result from an analysis of alternative
tailings disposal methodologies for the Mining Casa de Pedra. The methodologies are:
a) the disposal of granular tailings as a hydraulic fill technique; b) the disposal of
drained tailings (thickened) and/or in paste; and c) the co-disposal of tailings and waste
in the surface. In order to define the above mentioned methodologies, a technological
characterization of these materials was developed. Preliminarily, it can be concluded
from these studies that the generated rejects in the Mining Casa de Pedra tend to present
favorable technological conditions for granular tailings disposal (flotation tailings) as a
hydraulic fill and for thin tailings disposal (secondary cycloning mud), which might be
drained (thickened) and/or in paste. Regarding to the co-disposal of wastes and tailings,
this method must be studied to a greater extent in a way to apply to CSN’s tailings. It
must be also considered the foreseen of tailing use in the future construction of
“Batateiro Dams”.

vii
Lista de Figuras

Figura 2.1 − Exemplo de pilha de rejeito construída pela técnica de aterro hidráulico
(Espósito, 2005).
Figura 2.2 − Praia de rejeito formada pela técnica de aterro hidráulico (Espósito, 2004).
Figura 2.3 – Esquema básico de um hidrociclone.
Figura 2.4 – Serie de hidrociclones localizados na crista de uma barragem.
Figura 2.5 – Grupos de materiais de empréstimo de acordo com a norma soviética
SNIP-II-53-73 (modificado – Moretti & Cruz, 1996, citado em Ribeiro, 2000).
Figura 2.6 – Correlações entre valores de ângulos de atrito e a densidade relativa para
solos granulares (modificado – Schmertman, 1978, citado em Ribeiro, 2000).
Figura 2.7 – Resultados de ensaios conepenetrométricos realizados na praia da
barragem de contenção de rejeitos de minério de ferro de Gongo Soco (Albuquerque
Filho, 2000).
Figura 2.8 – Relação entre massa específica dos grãos e teores de ferro em rejeitos de Fe
(modificado – Espósito e Lopes, 2000, citado em Hernandez, 2002).
Figura 2.9 – Relação de dependência do ângulo de atrito com a porosidade e a
granulometria (Lopes, 2002).
Figura 2.10 – Resultados de ensaios CIU para rejeitos de minério de ferro (Gomes et al.,
2002).
Figura 2.11 – Trajetória de tensões dos ensaios para o rejeito de minério de ferro
(Gomes et al., 2002).
Figura 2.12 – Exemplos típicos de rejeitos espessados.
Figura 2.13 – Caracterização de diferentes tipos de rejeitos (Laudriault modificado,
2002).
Figura 2.14 – Espessadores de alta densidade de cone profundo (Jewell, 2002).
Figura 2.15 – Ângulos de disposição para polpas de alta densidade e para pasta, para
diferentes tipos de terreno (Laudriault, 2002).
Figura 2.16 – Consistências de mistura para disposição, seus correspondentes
equipamentos para desaguamento e bombeamento, ângulos de repouso e incremento de
volume de rejeito para disposição (adaptado de Laudriault, 2002).
viii
Figura 2.17 – Disposições típicas de rejeitos espessados e/ou em pasta (Robinsky,
2002).
Figura 2.18 – Representação esquemática do teste de abatimento de cone ou “slump”
(Clayton, et al, 2003).
Figura 2.19 – Arranjo esquemático do teste de “flume” ou de calha (Sofrá et al., 2002,).
Figura 2.20 – Variação do ângulo de atrito para variadas taxas de concentração de
estéreis e rejeitos (Leduc et al., 2003).
Figura 2.21 – Variação na permeabilidade para variadas taxas de concentração de
estéreis e rejeitos (Leduc et al., 2003).
Figura 2.22 – Bacias de rejeito construídas no depósito de estéril (Leduc et al., 2003,
modificado).
Figura 2.23 – Mistura de rejeito com estéril no topo do depósito (Leduc et al., 2003,
modificado).
Figura 2.24 – Injeção de rejeito em furos verticais no topo do depósito de estéril (Leduc
et al., 2003, modificado).
Figura 2.25 – Injeção de rejeito em furos inclinados no topo do depósito de estéril
(Leduc et al., 2003, modificado).
Figura 2.26 – Disposição de rejeito em camadas finas no topo do depósito (Leduc et al.,
2003, modificado).

Figura 3.1 – Macrofluxograma da planta de beneficiamento – 16.000.000 t/ano.
Figura 3.2 – Vista de jusante da barragem B3 (CSN, 2006).
Figura 3.3 – Vista de jusante da barragem B4 (CSN, 2006).
Figura 3.4 – Vista de jusante da barragem B5 (CSN, 2006).
Figura 3.5 – Vista de jusante da barragem B6 (CSN, 2006).
Figura 3.6 – Seção esquemática da barragem do Batateiro (DAM, 2004).
Figura 3.7 – Seção típica da barragem Casa de Pedra (DAM, 2004).

Figura 4.1 – Microfotografias da amostra da lama da ciclonagem secundária: a) e-
secundários, 2000x; b) e- secundários, 3500x; c) e- retroespalhados, 1000x; d) seção
polida, e- retroespalhados, 750x (Osorio, 2005).

ix
Figura 4.2 - Microfotografias da amostra do rejeito da flotação: a) e- secundários, 750x;
b) e- secundários, 500x; c) e- retroespalhados, 1000x; d) seção polida, e-
retroespalhados, 500x (Osorio, 2005).
Figura 4.3 - Difratograma de raios x da amostra da lama da ciclonagem secundaria.
Figura 4.4 - Difratograma de raios x da amostra do rejeito da flotação.
Figura 4.5 – Distribuição granulométrica da lama da ciclonagem secundária (Osorio,
2005).
Figura 4.6 - Distribuições granulométricas do rejeito da flotação (Osorio, 2005).
Figura 4.7 – Resultados de ensaio de piezocone realizados na praia de rejeitos da
barragem B3 (DAM, 2004).
Figura 4.8 – Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x
deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra I (DAM, 2004).
Figura 4.9 - Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x
deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra II (DAM, 2004).
Figura 4.10 - Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x
deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra III (DAM, 2004).
Figura 4.11 - Diagramas tensão desviadora x deformação axial, poropressão x
deformação axial e razão de tensões x deformação axial – Amostra IV (DAM, 2004).
Figura 4.12 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões totais – Amostra III
(DAM, 2004).
Figura 4.13 – Envoltória de ruptura obtida em termos de tensões efetivas – Amostra III
(DAM, 2004).
Figura 4.14 – Trajetória em termos de tensões efetivas – Amostra III (DAM, 2004).
Figura 4.15 – Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste -
Amostra I – lama da ciclonagem secundária (Osorio, 2005).
Figura 4.16 – Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste -
Amostra II – rejeito da flotação (Osorio, 2005).
Figura 4.17 – Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste -
Amostra III – mistura de 75% da amostra I e 25% da amostra II (Osorio, 2005).
Figura 4.18 - Gráfico de viscosidade em função da velocidade de rotação da haste
Amostra IV – mistura de 50% da amostra I e 50% da amostra II (Osorio, 2005).

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