Análise do comportamento mecânico de rejeito de minério de ferro submetido a ativação alcalina pelo método “two parts”

Abstract

O Brasil ocupa posição de liderança no cenário global de mineração, como sendo uma das maiores produções do mundo. Dos minérios produzidos, o minério de ferro é o mineral metálico com maior volume de produção, logo gera grandes quantidades de rejeito, ou seja, material não aproveitado resultante do processo de beneficiamento do minério, geralmente dispostos em barragens. Entretanto, ocorreram inúmeros acidentes com barragens de rejeitos, que acarretaram a proibição de construções de barragens a montante, impulsionando a busca por novas soluções para disposição destes. Por esse motivo, surge como possiblidade a substituição das barragens por pilha de rejeito filtrado. Espera-se com essa estrutura, obter características geotécnicas mais favoráveis, em função da redução do índice de vazios, maior homogeneidade e controle da estrutura. Buscando melhorar as propriedades do rejeito filtrado para ser disposto em pilhas, mostra-se como possibilidade torná-lo mais resistente e capaz de suportar solicitações indutoras de liquefação, através da estabilização química por ativação alcalina. Com base neste contexto, o presente trabalho analisou a eficiência da estabilização do rejeito de minério de ferro através da álcali ativação a base de metacaulim, silicato de sódio e hidróxido de sódio pelo método de “two parts”. Para isso, buscou-se a dosagem ótima de precursor e ativadores, variando as razoes SiO2/Al2O3 e Na2O/SiO2 do sistema e posteriormente otimizou a dosagem através da metodologia de superfície resposta. Ademais, se analisou o comportamento quanto a diferentes tempos de cura. Com a dosagem ótima, foram analisadas as propriedades mecânicas (resistência ao cisalhamento e comportamento tensão-deformação) que comprovaram a eficiência da estabilização observando um aumento significativo de resistência proporcionado pela cimentação. Quando comparado ao cimento Portland os resultados mostraram que a álcali ativação necessita de maiores tempos de cura para atingir sua resistência final, contudo essa alcança valores superiores de resistência aos 28 e 60 dias de cura dias de cura, comprovando sua efetividade. Através de análises MEV/EDS determinou-se que o produto de reação do cimento Portland é diferente do produto de reação do geopolímero, sendo para o primeiro um gel C-S-H, enquanto para o segundo é um sílico aluminato alcalino N-A-S-H.

Brazil occupies a leading position in the global mining scenario, as one of the world's largest productions. Of the ores produced, iron ore is the metallic mineral with the highest production volume, thus generating large amounts of tailings, i.e., unused material resulting from the ore beneficiation process, usually disposed of in dams. However, numerous accidents have occurred with tailings dams, which led to a ban on the construction of dams upstream, driving the search for new solutions to dispose of them. For this reason, it is possible to replace the dams by filtered tailings piles. With this structure, it is expected to obtain more favorable geotechnical characteristics, due to the reduction of the void index, greater homogeneity, and control of the structure. Seeking to improve the properties of the filtered tailings to be disposed in piles, it is possible to make them more resistant and able to withstand liquefaction-inducing stresses, through chemical stabilization by alkaline activation. Based on this context, this paper seeks to analyze the stabilization efficiency of iron ore tailings through alkali activation based on metakaolin, sodium silicate and sodium hydroxide. For this, the optimal dosage of precursor and activators was sought, varying the ratios SiO2/Al2O3 and Na2O/SiO2 of the system and later optimized the dosage through the surface response methodology. Furthermore, the behavior was analyzed regarding different curing times. With the optimal dosage, the mechanical properties (shear strength and stress-strain behavior) were analyzed, which proved the stabilization efficiency, observing a significant increase in strength provided by cementation. When compared to Portland cement, the results showed that alkali activation requires longer curing times to reach its final strength, however it reaches higher strength values at 28 and 60 days of curing days of curing, proving its effectiveness. Through SEM/EDS analysis, it was determined that the reaction product of Portland cement is different from the reaction product of the geopolymer, being for the first a C-S-H gel, while for the second it is an alkaline silica aluminate N-A-S-H.