Estabilização de rejeitos de minério de ferro filtrados com uso de aditivos para disposição em pilhas compactadas (dry stacking)

Abstract

Com os acidentes catastróficos ocorridos nos últimos anos, decorrentes do rompimento de barragens de mineração de ferro no Brasil, sugiram legislações mais restritivas à utilização de estruturas de barramento para a disposição dos rejeitos, o que proporcionou maior segurança à população, porém restringiu a utilização deste tipo de estrutura pela indústria da mineração. Sendo assim, a comunidade geotécnica, empresas mineradoras e empresas projetistas, necessitaram identificar outras metodologias de disposição de rejeitos como alternativas à substituição das barragens. Deste modo, somando-se ao avanço das tecnologias de filtragens de rejeitos, foi observada grande oportunidade nos empilhamentos a seco (dry stacking) de rejeitos compactados de minério de ferro. Diferentemente da disposição em barragens, onde ocorre geralmente o espigotamento de rejeito em polpa nos reservatórios, a disposição em pilhas ocorre similarmente a obras de terraplanagem, na qual são necessários muitos equipamentos para a compactação do material na umidade ótima, no grau de compactação adequado e na espessura especificada, de modo que a estrutura formada por taludes e bermas seja construída. Esta pesquisa visa a identificação de aditivos para estabilização de rejeito de minério de ferro que proporcionem ganhos geotécnicos com a sua aplicação em pilhas. Foram utilizados percentuais variados de bentonita, cimento, cal, agregado siderúrgico e estéril para a realização das misturas. Após a realização de ensaios de caracterização, compactação, resistência à compressão simples (RCS) e triaxial CIU SAT , foi possível identificar as misturas mais efetivas. Dentre elas, o rejeito com 2% de cimento, o rejeito com 2% de cal, o rejeito com 6% de agregado siderúrgico e a mistura com 80% de rejeito com 20% de estéril. As estabilizações com bentonita apresentaram redução dos parâmetros de resistência. Após a identificação dos percentuais ótimos, foram realizadas análises de estabilidade de uma pilha hipotética, na qual foram avaliadas diversas metodologias de utilização das misturas no empilhamento. Após as análises, pôde-se identificar que a estabilização de rejeito com 2% de cal apresentou as maiores médias de ganhos dos Fatores de Segurança (FS), 18,64%, possibilitando inclusive a otimização de ângulos de face geral dos taludes (em 11°), aumento da altura da pilha e, consequentemente, aumento da capacidade de volumétrica da estrutura. Por fim, também foram realizadas análises de estabilidade para verificação da otimização dos ângulos de face geral dos taludes da mistura de 80% de rejeito com 20% de estéril (em 4°), o que também proporcionou ganhos quanto à capacidade volumétrica da estrutura, porém com maiores vantagens econômicas de utilização (em relação a cal). Palavras-chave: Rejeito de minério de ferro. Dry stacking. Parâmetros de resistência. Aditivos no rejeito. Otimização de empilhamentos a seco de rejeitos.

With the catastrophic accidents that have occurred in recent years, resulting from the rupture of iron mining dams in Brazil, more restrictive legislation has been approved, related to the use of dam structures for tailings disposal, which provided greater safety to the population, but restricted the use of this type of structure by the mining industry. Therefore, the geotechnical community, mining companies and design companies needed to identify other tailings disposal methodologies as alternatives to the replacement of dams. Thus, in addition to the advancement of tailings filtering technologies, a great opportunity was observed in dry stacking of iron ore compacted tailings. Differently from the disposal in dams, where the tailings slurry is released in the reservoirs, the disposal in piles occurs similarly to earthworks, where a lot of equipment is necessary for the compaction of the material in the optimal humidity, in the adequate degree of compaction and in the specified thickness, so that the structure formed by slopes and berms is built. This research aims to identify additives for the stabilization of iron ore tailings that provide geotechnical gains with their application in piles. Varying percentages of bentonite, cement, lime, steel and sterile aggregate were used to produce the mixtures. After carrying out characterization, compaction, simple compressive strength (SCS) and CIU SAT triaxial tests, it was possible to identify the most effective mixtures. Among them, the tailings with 2% of cement, with 2% of lime, with 6% of steel aggregate and 80% of tailings with 20% of sterile were the best. Stabilizations with bentonite showed a reduction in strength parameters. After identifying the optimal percentages, stability analyzes of a hypothetical pile were performed, where different methodologies for using the mixtures in the pile were evaluated. After the analyses, it was possible to identify that the tailings stabilization with 2% lime presented the highest average gains of the Safety Factors (SF), 18.64%, even allowing the optimization of general face angles of the slopes (in 11°), increase in the height of the pile and consequently increase in the volumetric capacity of the structure. Finally, stability analyzes were also carried out to verify the optimization of the general face angles of the slopes of the mixture of 80% of tailings with 20% of sterile (at 4°), which also provided gains in the volumetric capacity of the structure, but with greater economic advantages of use (in relation to lime). Keywords: Iron ore tailings. Dry stacking. Resistance parameters. Additives in tailings. Optimization of tailings dry stacking.