Estudo do efeito da energia de compactação no comportamento mecânico de rejeitos de Mineração de cobre - cimento Portland

Abstract

Os dois incidentes envolvendo a ruptura de barragens contendo rejeitos de mineração nos anos de 2015 e 2019, com consequentes impactos socioambientais expressivos, motivaram as autoridades brasileiras a modificar a legislação vigente. Assim, está vedada a construção de novas barragens de rejeitos com alteamento a montante, e há a exigência de fechamento, através do descomissionamento seguido da descaracterização, das já existentes. Esse cenário estimula as empresas do setor à busca por alternativas para disposição dos rejeitos de mineração, sendo a disposição em pilhas uma opção viável. Nessas, o rejeito filtrado é compactado seguindo condições pré-definidas em termos de grau de compactação e umidade, o que confere a essas estruturas um grau de previsibilidade e, portanto, de segurança, superior em relação à tradicional disposição hidráulica em estruturas com alteamento a montante. Eventualmente, pode-se adicionar algum agente cimentante ao rejeito filtrado antes da compactação visando a melhoria nas suas características mecânicas (e.g., resistência, rigidez e durabilidade). Nesse sentido, a presente pesquisa analisa o comportamento mecânico de misturas de rejeito de minério de cobre (RMC) com cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI), considerando três condições de compactação e RMC provenientes de dois locais distintos com relação ao ponto de descarga na bacia. Para isso, realizou-se a caracterização geotécnica dos materiais, seguido de um programa experimental que envolvia a execução de ensaios para medição da rigidez inicial, resistência à compressão não confinada, resposta tensão-deformação na compressão triaxial (confinamento de 0,3, 4 e 12 MPa) e das características de lixiviação de algumas misturas. Dessa forma, avaliou-se o efeito do teor de cimento (1, 3 e 5%) e da energia de compactação (modificada, normal e baixa), para os dois RMC aos 7 dias de cura. De maneira geral, os resultados indicaram os efeitos expressivos da energia de compactação e do teor de cimento na rigidez, resistência e resposta tensão-deformação das misturas estudadas e a influência inexpressiva do tipo de RMC na resposta mecânica. Os dois primeiros aspectos foram devidamente capturados por relações do tipo potência em correlações com o índice porosidade/teor volumétrico de cimento. Ademais, há indicativo de que o RMC possa ser transicional, denotando a possível influência das características de compactação na localização dos pontos que definem o estado crítico no plano volumétrico. Na avaliação ambiental, o RMC P300 foi classificado como resíduo não perigoso inerte classe II B e o RMC P1500 como resíduo não perigoso não inerte classe II A. Em suma, o presente estudo contém resultados úteis à prática do empilhamento de rejeitos filtrados ao indicar a influência de aspectos-chave no desempenho de misturas de RMC com cimento Portland.

The two incidents involving the rupture of dams containing mining tailings in 2015 and 2019, with consequent significant socio-environmental impacts, prompted Brazilian authorities to modify the current legislation. Thus, the construction of new tailings dams with upstream elevation is prohibited and there is a requirement for the closure, through decommissioning followed by decharacterization, of existing ones. This scenario encourages companies in the sector to seek alternatives for the disposal of mining waste, with disposal in piles being a viable option. In these, the filtered waste is compacted following pre-defined conditions in terms of degree of compaction and humidity, which gives these structures a degree of predictability and, therefore, safety, superior to the traditional hydraulic disposal in structures with upstream elevation. Eventually, some cementing agent can be added to the filtered waste before compaction in order to improve its mechanical characteristics (e.g., resistance, rigidity and durability). In this sense, this research analyzes the mechanical behavior of mixtures of copper ore tailings (RMC) with high early strength Portland cement (CP V-ARI), considering three compaction conditions and RMC from two different locations in relation to the discharge point in the basin. For this, the geotechnical characterization of the materials was carried out, followed by an experimental program that involved the execution of tests to measure initial stiffness, unconfined compressive strength, stress-strain response in triaxial compression (confinement of 0.3, 4 and 12 MPa) and the leaching characteristics of some mixtures. Thus, the effect of the cement content (1, 3 and 5%) and the compaction energy (modified, normal and low) for the two RMCs at 7 days of curing was evaluated. In general, the results indicated significant effects of compaction energy and cement content on the stiffness, strength and stress-strain response of the studied mixtures, and the insignificant influence of the type of RMC on the mechanical response. The first two aspects were adequately captured by powertype relationships in correlations with the porosity index/volumetric cement content. Furthermore, there is an indication that the RMC may be transitional, denoting the possible influence of compaction characteristics on the location of the points that define the critical state in the volumetric plane. In the environmental assessment, RMC P300 was classified as inert non-hazardous waste class II B and RMC P1500 as non-inert non-hazardous waste class II A. In summary, the present study contains useful results for the practice of stacking filtered waste by indicating the influence of key aspects on the performance of RMC mixtures with Portland cement.