Conteúdo Programático da Disciplina de Geotecnia Aplicada a Rejeitos de Mineração

PÓSGRADUAÇÃO EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA IEC PUC MINAS Professor João Paulo de Sousa Silva GEOTECNIA APLICADA A REJEITOS DE MINERAÇÃO Disciplina Engenheiro Civil UFOP2005 Mestre em Geotecnia USP2014 Doutor em Geotecnia UnB2022 18 anos de experiência em geotecnia aplicada a mineração em projetos no Brasil América do Sul e África Engenheiro Geotécnico na Vale SA desde 2011 João Paulo de Sousa Silva 31 971781262 silva81jpsgmailcom CONTATOS PROFESSOR 2 CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 8 AULAS 1 Visão sistêmica de uma unidade de mineração Processos de geração de rejeitos Tipos e características dos rejeitos 2 Métodos de disposição de rejeitos em polpa bombeada espessados e filtrados 3 Sistemas de disposição de rejeitos construção operação manutenção e desativação 4 Comportamento geotécnico de rejeitos 5 Dimensionamento geotécnico de sistemas de disposição de rejeitos barragens empilhamento drenado pilhas etc 6 Segurança de sistemas de disposição de rejeitos legislação e normas aplicáveis principais causas de rupturas e métodos de análise de riscos de ruptura 7 Plano de segurança de barragens de mineração e plano de ações emergenciais 8 Projeto de desativação e Prova Final 3 CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO 8 AULAS Listas de Exercícios 30 Pontos 2 Trabalhos de Grupo Tema ministrado em sala de aula 30 Pontos Prova para avaliação dos conhecimentos adquiridos 40 Pontos 4 AULA 1 BIBLIOGRAFIA LUZ LINS INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE MINÉRIOS 2010 httpmineraliscetemgovbrbitstreamcetem7123CCL00220010pdf VICK STEVEN G PLANNING DESIGN AND ANALYSIS OF TAILINGS DAMS 1990 httpsopenlibraryubccasoacIRclecollectionsubccommunityandpartnerspublicati52387items10394902 CHAPTER 1 NATURE AND PRODUCTION OF TAILINGS 5 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS Mineração Por quê INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 7 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS Mineração Por quê 8 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 9 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS MINERAL 10 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS METAIS NA NATUREZA 11 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 12 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 13 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 14 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 15 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS 16 INTRODUÇÃO À GEOTECNIA DE REJEITOS PROCESSO PRODUTIVO 17 COMPLEXO MINEIRO LAYOUT Acessos Depósitos de rejeitos Depósitos de estéril Ferrovia Pátios de estocagem Planta de beneficiamento 18 PRE STRIPPING Também conhecido tecnicamente como decapeamento é a retirada das primeiras camadas ou capas de material da mina antes que seja feita a lavra do minério 19 ESTÉRIL DE MINA Os resíduos sólidos das operações de mineração são produzidos em quantidades impressionantes e de enorme variedade Provavelmente a forma mais reconhecida é decapagem de estéril Definições Os estéreis constituem todo o material momentaneamente sem valor econômico extraído na operação de aproveitamento do minério Normalmente é composto por rochas ou solos provenientes do decapeamento da jazida 20 RUN OF MINE A extração ou explotação do minério de uma jazida pode ser a céu aberto ou subterrânea O ROM runofmine que é minério lavrado na mina alimenta a usina de tratamento 21 OPERAÇÕES UNITÁRIAS O minério bruto procedente da etapa de lavra de uma mina passa por diversas operações unitárias que são assim classificadas i cominuição britagem e moagem ii peneiramento separação por tamanhos e classificação ciclonagem classificação em espiral iii concentração gravítica magnética eletrostática flotação etc iv desaguamento espessamento e filtragem v secagem secador rotativo spray dryer secador de leito fluidizado vi disposição de rejeito 22 23 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 24 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 25 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 26 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 PROCESSO MINERAL REQUISITOS PARA CONCENTRAÇÃO 1 LIBERABILIDADE Individualização das espécies a separar em partículas livres Partícula livre uma única espécie mineral Partícula mista mais de uma espécie mineral Partícula mista Partículas livres 28 PROCESSO MINERAL Como fazer a liberação mineral Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 29 Liberação PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 30 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 PROCESSO MINERAL 31 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 32 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 33 Cominuição Britagem Ex britador de mandíbulas Moagem Ex moinho de bolas PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 34 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 35 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 36 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 Classificação Ex peneira vibratória Ex classificador espiral Ex hidrociclones 37 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 38 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 39 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 40 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 41 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 42 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 43 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 44 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 45 Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 Concentração Ex Separação por meio denso Ex Separação magnética Ex Flotação 46 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 47 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 48 REQUISITOS PARA A FLOTAÇÃO PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 49 FLOTAÇÃO PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 DESAGUAMENTO Ex Espessador Ex Filtro de Disco Cerâmico Ex Filtro Horizontal de Correia Ex Filtro Prensa 50 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 51 PROCESSO MINERAL Fonte Notas de aula do prof Daniel Bastos PUC 2021 Exemplo de Fluxograma de Processo 52 Fonte IBRAM 2016 PROCESSO MINERAL REJEITOS Ocasionalmente o termo rejeitos é utilizado em sentido generalizado para se referir a qualquer resíduo em forma sólida proveniente de mina ou usina Porém é importante trabalharmos com uma definição mais estrita Os rejeitos podem ser compreendidos como partículas de rocha britada que são produzidas ou depositadas em forma de polpa Esta definição abrange a grande maioria dos resíduos de processamento mineral remanescentes após a extração de minerais valores Desta forma não inclui produtos oriundos de decapagem ou outros processos que geram resíduos como cinzas volantes ou xisto betuminoso esses produzidos e manuseados na forma seca 54 REJEITOS Com a crescente demanda por minérios as estruturas de contenção dos resíduos tendem a se tornarem maiores 55 Geralmente a caracterização dos rejeitos é realizada pela análise de suas propriedades físicas as quais incluem granulometria gravidade específica e plasticidade Um projeto para disposição de rejeitos deve avaliar a natureza física dos rejeitos e as características químicas dos efluentes Desse modo a combinação física e química deve ditar o tipo de descarte e o grau de conservadorismo A compreensão dos rejeitos começa com o conhecimento dos processos pelos quais são produzidos O tipo de minério sendo processado geralmente permite algumas generalizações razoavelmente válidas sobre a natureza física geral do material É preciso considerar os tipos de contaminantes e suas concentrações esperadas REJEITOS 56 Fonte Vick 1990 RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS REJEITOS Categoria Características Gerais Rejeitos de rocha mole Softrock tailings Rejeitos finos de carvão Trona insols da produção de carbonato de sódio Rejeitos de potássio Contêm frações de granular e ultrafina mas os ultrafinos podem dominar as propriedades gerais em função da presença de argila Rejeitos de rocha dura Hardrock tailings Chumbozinco Cobre Ouroprata Molibdênio Níquel sulfetado Pode conter frações de areia e lama mas geralmente as lamas são de baixa plasticidade ou não plásticas As areias costumam controlar o comportamento desses rejeitos Rejeitos finos Argilas fosfáticas Lamas vermelhas de bauxita Rejeitos finos de ferro Lamas de areias betuminosas A fração areia é comumente pequena ou ausente As partículas de tamanho de silte ou argila podem gerar problemas de volume de descarte Rejeitos grosseiros Rejeitos de areias betuminosas de urânio de gesso Rejeitos granulares de ferro e de fosfato Contêm principalmente areias ou siltes não plásticos exibindo comportamento e características de engenharia geralmente favorável REJEITOS 57 Fonte Vick 1990 Chumbo e Zinco Chumbo e zinco comumente ocorrem em associação A concentração é por flotação muitas vezes em pH ligeiramente alcalino Minérios de chumbo e zinco são frequentemente associados à rocha quartzítica ou dolomítica produzindo partículas de rejeitos duras e angulares Os rejeitos de chumbozinco são geralmente de baixa plasticidade e teor de argila mesmo para a fração de lama Lagergren e Griffith 1973 Mabes et al 1977 Altas densidades dos sólidos em alguns casos têm sido associadas com a presença de pirita nos rejeitos REJEITOS 58 Fonte Vick 1990 Assim como o chumbo e o zinco o ouro e a prata são frequentemente associados em corpos de minério sendo por vezes extraídos em combinação A concentração por flotação é normalmente usada para depósitos de baixo teor Alternativamente este tipo de rejeito pode ser processado em alguns moinhos por lixiviação de cianeto de sódio com efeitos óbvios sobre o caráter do efluente de rejeitos líquidos A lixiviação de cianeto se realizada requer condições ligeiramente alcalinas geralmente obtidas pela adição de cal Os minérios de ouro e prata geralmente contêm pouca argila e os rejeitos produzidos são de baixa plasticidade a não plásticos Hamel e Gunderson 1973 Gravidade Específica costuma ser de 26 à 31 O pesos específicos mais altos são provavelmente devidos à presença de pirita em rejeitos de ouro REJEITOS Ouro e Prata 59 Fonte Vick 1990 Cobre O minério de cobre costuma ser extraído de minérios de rocha dura em lavras a céu aberto Usualmente são concentrados por flotação Os rejeitos totais são não plásticos e relativamente grosseiros com cerca de 45 passando na 200 embora sejam esperadas variações de em diferentes minas Moagens mais finas podem ser produzidas por moinhos que extraem outros minerais em associação com cobre como por exemplo prata ou zinco Rejeitos inteiros são geralmente não plásticos As gravidades específicas variam de 26 a 28 Volpe1979 e 27 a 30 Mittal e Morgenstern 1976 Como é o caso de muitos dos minerais de rocha dura gravidades específicas mais altas quando encontradas normalmente decorrem da presença de pirita no minério REJEITOS Fonte Vick 1990 Ferro As rochas para produção de ferro são principalmente a hematita magnetita limonita itabirito e minerais relacionados Em geral a concentração é realizada por separação gravimétrica por vezes associada a separação magnética Esses processos de concentração resultam em rejeitos relativamente grossos Há também operações de concentração por flotação que permitem liberar mineralização adicional de baixo grau ou não magnética A flotação requer cominuição de tamanhos muito finos Assim uma dada operação pode produzir um ou ambos os tipos de rejeitos REJEITOS 61 Ferro Sigla Material U Lamas ou rejeitos ultrafinos F Rejeitos granulares ou de flotação T Rejeitos totais Sigla Local de coleta IT1 Usina 1 IT2 Usina 2 ITP Usina P B21 Mistura ou blend de rejeitos ESB Depósito de rejeitos REJEITOS 62 Ferro Correlação entre o teor de ferro e a densidade dos grãos para os rejeitos estudados Curvas de compactação Proctor Normal para os rejeitos estudados Distribuição granulométrica de rejeitos de minério de ferro REJEITOS Curvas granulométricas de alguns rejeitos brasileiros REJEITOS 64 EFLUENTES Durante o processo de flotação vários produtos químicos orgânicos podem ser gerados incluindo ácidos graxos óleos e polímeros Esses produtos químicos orgânicos raramente são de grande preocupação em efluente pois têm baixas concentrações e comparativamente baixa toxicidade O ajuste do pH durante a flotação pode ter efeitos nos constituintes inorgânicos do efluente da fábrica e este efeito é acentuado quando se emprega lixiviação ácida ou alcalina Como resultado o pH é frequentemente um indicador útil dos tipos gerais de constituintes no efluente da fábrica e várias categorias de efluentes podem ser definidas nesta base Classes de Efluentes 65 Fonte Vick 1990 ESBOÇO DA APRESENTAÇÃO Neutro Esta condição é produzida por simples lavagem ou operações de separação por gravidade onde o pH não é substancialmente alterado Os produtos químicos no efluente serão principalmente aqueles da rocha mãe que são solúveis em pH neutro Os níveis de sulfatos cloretos sódio e cálcio podem estar um pouco elevados para efluentes dessa classe Alcalino A elevação do pH do efluente também pode resultar em concentrações elevadas de sulfatos cloretos sódio e cálcio entre outros Ademais alguns contaminantes metálicos podem estar presentes A mobilização catiônica de metais pesados em concentrações muito altas geralmente não ocorre Ácido A redução do pH aumenta os níveis de equilíbrio de muitos metais contaminantes Efluentes de lixiviação ácida podem apresentar altos níveis de constituintes catiônicos como ferro manganês cádmio selênio cobre chumbo zinco e mercúrio se presentes na rocha hospedeira Efluentes ácidos também exibem concentrações elevadas de tais ânions como sulfatos eou cloretos Classe de efluentes de baixo pH estão entre os mais problemático dos resíduos Classes de Efluentes 66 Fonte Vick 1990