O mínimo que você precisa saber sobre projetos de pilhas de rejeito filtrado

A grande maioria dos projetos de mineração que possuem a necessidade de contenção de rejeitos no mundo envolve a técnica de represamentos de rejeitos pela utilização de barragens. Esses represamentos são desenvolvidos para armazenar a lama de rejeitos que normalmente chega ao represamento com teores de sólidos em torno de 25% a 60%, a depender do espessamento que é realizado antes da deposição. Essa opção por represamentos exige a construção e manutenção da integridade estrutural, bem como a “saúde” geotécnica das estruturas de retenção, além é claro do gerenciamento de grandes quantidades de água.

Após a operação dessas estruturas geotecnicamente complexas, o fechamento desses represamentos pode representar desafios significativos em termos de recuperação físico-química e de considerações geotécnicas. O Quadro 1 mostra um comparativo entre todos os métodos de alteamento entre si e barragens de aterro convencional. Já o Quadro 2, apresenta as vantagens e desvantagens desses métodos bem como características construtivas.

Quadro 1 - Comparativo entre as técnicas construtivas convencionais de represamento de rejeito e barragens de aterro (Fonte: Nieble,1986 (modificado) apud Soares 2010).

Quadro 2 - Vantagens e desvantagens dos métodos convencionais de represamento de rejeitos (Fonte: Nieble,1986 (modificado) apud Soares 2010).

Então nos perguntamos...a partir da Resolução ANM nº 04/2019 quais os desafios do armazenamento de rejeito?

Como o futuro da mineração inclui um exame minucioso da administração do meio ambiente pela indústria, incluindo o uso de água na maioria das regiões do mundo, muitas vezes é buscado um compromisso com alternativas além das represas. A quantidade de água que é 'perdida' para os vazios nos rejeitos armazenados, escoa ou evapora dos represamentos de rejeitos é algo cada vez mais visto pelos olhos críticos de órgãos reguladores e públicos que insistem em avaliar se existem alternativas viáveis para qualquer projeto de mineração proposto . Essa pressão para buscar abordagens alternativas de gerenciamento de rejeitos existe hoje e o futuro provavelmente só verá essas pressões intensificadas.

De maneira geral, os represamentos de rejeito ainda continuam sendo a melhor opção, utilizando pastas de rejeito (final da moagem). Entretanto, com o avanço tecnológico da desidratação nas últimas décadas (filtro à vácuo e pressão de grande capacidade), permitem que o rejeito seja disposto em um estado insaturado. Os rejeitos filtrados geralmente são uma excelente alternativa quando não existe a possibilidade na construção de diques de represamento.

 Cabe ainda ressaltar, que a opção pelo uso de pilhas deve ser avaliada sob o ponto de vista do custo com o transporte, conforme a Figura 1. Com a diminuição do teor de água, aumenta-se o custo de transporte dos rejeitos (por exemplo, os custos de bombeamento aumentam e quando o rejeito se torna um “bolo úmido”, os rejeitos não são mais bombeáveis, sendo necessários outros métodos de transporte). No entanto, à medida que o conteúdo de água diminui o que significa maior recuperação de água no processo, os rejeitos são muito mais facilmente capazes de serem usados em situações estruturais autoportantes, como pilhas.

Figura 1 - Relação do teor de umidade com a forma de transporte do rejeito (Davies, 2011).

Os rejeitos filtrados não são 'secos', mas são insaturados, de modo que a nomenclatura inicial referente a eles como seca é incorreta.

A natureza do material de rejeitos é importante quando se considera a filtração. Não é apenas importante a gradação dos rejeitos, mas também a mineralogia. Em particular, altas porcentagens de minerais de argila

Determinar a maneira mais econômica de obter um produto filtrado consistente com os requisitos geomecânicos dos rejeitos pode ser um desafio. Os fabricantes de filtros são fundamentais para o dimensionamento, mas algum teste piloto é essencial, pois todo produto de rejeitos exibirá seu próprio comportamento de filtragem exclusivo. É importante prever mudanças mineralógicas e de moagem que possam ocorrer ao longo da vida do projeto.

A caracterização do comportamento mecânico do rejeito a ser disposto na pilha deve ser avaliada quanto a trabalhabilidade, deformabilidade, resistência e permeabilidade. Assim, é muito importante a construção de aterros experimentais, ou seja, verificar o grau de compactação, a espessura da camada, condições de umidade e o número de passadas dos equipamentos de compactação. A Figura 2 resume os principais desafios na concepção do projeto de pilhas.

Figura 2 - Desafios na concepção do projeto de pilha de filtrados.

Dentre vários fatores que motivam a escolha de projetos de pilhas de rejeito estão: a necessidade de recuperação de água (pela filtragem de rejeitos) ou possuir aspectos topográficos que excluam a construção convencional da barragem e/ou armazenamento viável em função de volume de material da barragem a ser utilizado.

Apesar de ser um assunto atual a prática de empilhamento de rejeito insaturado não é recente. Existem trabalhos que datam da década de 90. Entretanto, se compararmos com a bibliografia disponível para represamentos convencionais de rejeito, o número de trabalhos de pilhas de rejeito é escasso.

Quais as premissas do rejeitos em projetos de pilhas de filtrados?

As características de resistência, retenção de umidade e condutividade hidráulica dos rejeitos precisam ser estabelecidas para qualquer projeto, considerando a tecnologia. A relação de densidade e de umidade não saturada indicam a expectativa de densidade in situ, bem como a sensibilidade do grau de compactação disponível para qualquer conteúdo de umidade. O grau de saturação ideal de 60 a 80%. Os rejeitos filtrados podem ser colocados em um estado relativamente denso, podendo ser dispostos em encostas de vales e fundações pouco competentes.

Quais os critérios para a escolha da fundação?

A fundação deve ser consistente com os critérios aceitáveis de deformação (estática dinâmica). As condições topográficas são distintas as previstas em projetos de barragens de rejeito. Devemos evitar fluxos de água na direção da pilha. Devemos buscar posicionar a pilha de forma que as partículas não sejam carregadas por correntes de ar. Outro ponto importante é evitar a colocação da pilha onde “cegar” as áreas de descarga de águas subterrâneas (a menos que um sistema de drenagem suficientemente robusto seja projetado, construído e mantido). Deve haver otimização do transporte e/ou transporte da planta de filtragem e possuir capacidade potencial de co-disposição com áreas de descarte.

Qual seria a umidade ideal?

O grau de desidratação depende da tecnologia de filtragem adotada, da taxa de aplicação de rejeitos nessa tecnologia e das características físicas dos rejeitos. O projeto de filtrados deve agilizar a construção, garantir a integridade estrutural após a compactação e o gerenciamento de água. Regra prática: fazer com que o teor de umidade desejado seja equivalente ao teor de umidade ideal do rejeito (Standard Proctor - ASTM D-698). Proctor Modificado para pilhas maiores (equipamentos de compactação de maior porte).

Nenhum corpo de minério é homogêneo. A operação (atividade antrópica) é muito variável. Resultado: As características do filtrado variam e, ocasionalmente, não atende ao conteúdo de umidade alvo. Dificuldade: Some ainda as variações climáticas. A melhor solução para lidar com o filtrado e as variações climáticas é projetar e operar a pilha seca com “zonas”.

Quais as considerações necessárias quanto ao transporte e disposição dos rejeitos?

O design de qualquer pilha seca de rejeitos precisa ser compatível com a forma como a pilha pode ser construída, usando o equipamento de transporte e descarga selecionado. A distância de transporte, a estratégia de posicionamento e o esforço de compactação, além de trabalhos adicionais para fechamento e recuperação, fazem uma diferença complementar maior no custo unitário de uma instalação para pilha de filtrados.

Qual a importância do fechamento?

Para o desenvolvimento do local para uma pilha seca normalmente carece da construção de sistemas de controle de águas superficiais e subterrâneas. Normalmente existem dois sistemas: (i) um sistema de coleta e desvio de água sem contato; (ii) um sistema de interceptação e coleta de águas superficiais de contato, águas subterrâneas impactadas e infiltração da pilha seca. O elemento de fechamento mais importante é um plano de gerenciamento de escoamento superficial garantido com “redundância”. Em todos os casos, é necessário um material de cobertura de fechamento para resistir à erosão do escoamento, evitar poeira e criar um meio de crescimento apropriado para a recuperação do projeto.

Por que fazer zonas estruturantes em pilhas de rejeitos filtrados?

Em regiões de elevada pluviosidade ocorre grande dificuldade operacional e consequentemente o estabelecimento da freática no interior das pilhas. Em função da operação a taxa de produção de rejeitos pode ser elevada e da mesma forma a taxa de formação da pilha; com isso pode haver dificuldade na dissipação do excesso de poropressão. Os métodos de disposição influenciam aspectos como: grau de compactação, umidade e espessura de lançamento das camadas (compactação versus drenagem). Rejeitos em condições saturadas, com comportamentos contráteis e susceptíveis ao aumento da poropressão podem sofrer liquefação.

O que significa zonear a pilha?

Podemos dividir a pilha em duas porções principais, conforme apresentado na Figura 3. As Zonas Estruturantes (ZE) representam a região onde estão localizadas as principais superfícies de rupturas, exerce função estrutural e por isso são dispostos os rejeitos filtrados com controle formal e rigoroso de compactação. Já as Zonas não Estruturantes (ZNE) representam a região onde são dispostos os rejeitos filtrados com flexibilização da compactação e critérios de aceitação como por exemplo disposição de rejeitos acima do teor de umidade de projeto.

Figura 3 - Apresentação das zonas não estruturante e estruturante em pilhas de rejeito filtrado.

Como definir o zoneamento da pilha?

Basicamente a construção dessas zonas é baseada em mudanças no grau de compactação e nos critérios de aceitação (teor de umidade e espessura da camada). A extensão da Zona Estruturante é definida em função das superfícies de rupturas mais críticas (saturação/liquefação), de forma a atender os fatores de segurança admissíveis. A Figura 4 mostra dois exemplos dessa definição.

Figura 4 - Exemplo de análise de estabilidade para subsidiar a definição da zona estruturante na pilha de rejeito filtrados.

Como lidar com esses projetos desafiadores?

Os rejeitos devem ser bem compactados a fim de garantir a estabilidade estática da pilha e evitar a liquefação. Apenas filtragem dos rejeitos não é satisfatória para evitar a liquefação, especialmente em regiões de climas tropicais. É fundamental fazer um controle de longo prazo de condições de construção, operação e drenagem.

Existem dicas de sucesso para esses projetos?

O zoneamento é essencial para uma pilha seca de rejeitos pragmática e eficiente. Se houver compactação e manutenção adequadas do teor de umidade desejado, a infiltração é insignificante. A ressaturação de rejeitos filtrados (adequadamente colocados e compactados) é extremamente difícil (subestimada). As valas de desvio de água devem ser adequadamente revestidas. A água escoada não deve permitir a erosão da superfície dos rejeitos. As especificações de compactação podem ser alcançadas se as camadas de rejeitos forem compactadas dentro de algumas horas após serem transportadas da planta. O local de armazenamento deve ser próximo à planta de filtragem.

Márcio Leão

É Pós-Doutor em Geotecnia pela UFV, Doutor em Geologia de Engenharia pela UFRJ, Doutorando em Geotecnia pela UERJ, Mestre em Geotecnia pela UERJ, Mestre em Geologia de Engenharia pela UFRJ, possui MBA em Gestão de Projetos pela USP e Bacharel em Geologia pela UFRJ. Geólogo com 13 anos de experiência em planejamento de obras de arte de engenharia civil, nacionais e internacionais. É Docente de Graduação e Pós-graduação. É Pesquisador e Consultor nas áreas de Geologia de Engenharia e Geotecnia, com ênfase em mecânica das rochas, mecânica dos solos, barragens, túneis, taludes e meio ambiente, investigações de campo e ensaios de laboratório e in situ, bem com instrumentação geotécnica. É Membro de Comissões Técnicas, de Corpo Editorial e Revisor Ad hoc de Periódicos nacionais e internacionais.