Aproveitamento das Águas Subterrâneas no Processo de Produção de Minério de Ferro da Mina de N4E, Pará/Brasil.

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1 Aproveitamento das Águas Subterrâneas no Processo de Produção de Minério de Ferro da Mina de N4E, Pará/Brasil. ABSTRACT Helio Alexandre Lazarim* Rosan Moreira de Figueirêdo** The N4E Iron Mine, property of CVRD Group, is an open pit mine placed at Serra dos Carajás Mineral Province, Pará, Brazil. The production of iron ore is about 25 millions of tons per year. In 1991 the water table was reached. Dewatering techniques have been employed since then. In this case, dewatering means the operation of 16 pumping wells with a flow rate approximately 300 l/s. The water from the ore body is withdrawn from the pit through two shafts connected to a Drainage Gallery. This gallery have 2300 meters of length and drain into Geladinho Creek, east of the N4E Mine. The groundwater from the Gallery is drained off to the tailings dam by Geladinho Creek. In the dam the water is repumped to the Beneficiation Plant with a flow rate of 600 l/s. Within this approach, search for other water sources is avoided, i. e., groundwater from dewatering is totally reused in the beneficiation process of iron ore. Palavras-chave: minério de ferro, água subterrânea, medida mitigadora

2 1. RESUMO A Mina de Ferro N4E, de propriedade da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), caracteriza-se como uma atividade de mineração em cava a céu aberto localizada na Província Mineral da Serra dos Carajás, Estado do Pará, Brasil. Sua produção é da ordem de 25Mt de minério de ferro por ano. Para viabilizar as atividades de lavra na Mina N4E torna-se necessário o rebaixamento do nível de água subterrânea no interior da cava. O referido rebaixamento é realizado com uma bateria de 16 poços tubulares profundos, totalizando uma vazão da ordem de 300 l/s. As águas subterrâneas são retiradas por gravidade da área da cava através de uma Galeria de Drenagem posicionada 130 metros abaixo da base da Mina. A Galeria se estende por 2300 metros até desaguar no Vale do Igarapé Geladinho. A conexão entre N4E e a Galeria de Drenagem é feita por quatro poços do tipo shaft que servem ainda para o escoamento de águas pluviais. Como parte do processo de produção de minério de ferro deve ser salientada a necessidade da existência de uma usina de tratamento de minerais, cujo consumo médio de água é aproximadamente 600 l/s. Quase metade deste consumo é assegurada pelas vazões constantes do rebaixamento do nível de água subterrânea. Em termos ambientais esta recirculação parcial de água tem como objetivo evitar a busca de novas fontes de água industrial. 2. INTRODUÇÃO A Mina de Ferro de N4E, de propriedade da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), localiza-se a 700 km da cidade de Belém, no sul do Estado do Pará, Brasil (Figura 1), particularmente na denominada Província Mineral da Serra dos Carajás. Nesta região a produção de minério de ferro é da ordem de 50Mt por ano, dos quais aproximadamente 25Mt são provenientes da Mina de N4E. As explotações de minério de ferro em minas a céu aberto comumente atingem o nível de água subterrânea nas cavas. Em cada um destes casos torna-se necessário o rebaixamento do nível de água subterrânea. Em geral, este tipo de operação de lavra consiste no funcionamento contínuo de baterias de poços tubulares profundos, isto permite manter as frentes de lavra sem presença de água. A Mina de N4E iniciou suas atividades no ano de Somente em 1991, quando a lavra atingiu a cota 625, foi iniciado o processo de rebaixamento do nível de água subterrânea. Para isto foram perfurados poços tubulares profundos e piezômetros no interior da cava. Atualmente, na Mina de N4E, o rebaixamento se faz através da operação de 16 poços tubulares profundos. Juntos perfazem uma vazão de rebaixamento da ordem de 300 l/s. Estas águas subterrâneas são retiradas da área da cava através de uma Galeria de Drenagem e são lançadas na barragem de rejeitos do Igarapé Geladinho, nas proximidades da Mina. A explotação de minério de ferro necessita de uma usina de beneficiamento para concentração do bem mineral. A água utilizada neste tipo de processo industrial é transportada da barragem de rejeitos. Parte desta água é proveniente das atividades de rebaixamento

3 realizadas na Mina de N4E. Além disso, como projeto futuro, o aproveitamento desta água subterrânea será realizada junto à saída da Galeria de Drenagem, o que diminuirá o recalque de água até a usina de baneficiamento. Figura 1 Mapa de localização da área de estudo. A Mina de N4E está aproximadamente a 700 km de Belém, capital do Estado do Pará. 3. HIDROGEOLOGIA A Mina de N4E localiza-se na Província Mineral da Serra dos Carajás. Na área da Mina são encontradas rochas Arqueanas do Grupo Grão Pará, que por sua vez são representadas pelas seguintes formações, segundo Macambira et al. (1990): Fm. Parauapebas, Fm. Carajás e Fm. Igarapé Cigarra (Figura 2). A Formação Parauapebas, base da seqüência, é constituída por basaltos e riolitos subordinados. A Formação Carajás é constituída por jaspilitos bandados da fácies oxido, sendo protominério dos depósitos de ferro de bvr54carajás. Na Mina de N4E este litótipo chega a atingir 220 metros de espessura. Os jaspilitos apresentam bandas milimétricas a centimétricas de hematita/magnetita alternadas com bandas de espessuras semelhantes de sílica (jaspe/chert/calcedônia). As jazidas de ferro ocorrem onde as bandas de material

4 silicoso estão ausentes. Esta ausência permitiu a geração de espaços vazios nos corpos de minério, estes ocos foram preenchidos por água subterrânea, portanto os corpos de minério, na região de Carajás, formam uma unidade hidroestratigráfica de condutividade hidráulica elevada. A Formação Igarapé Cigarra, topo estratigráfico da área de estudo, é constituída por basaltos e rochas sedimentares químicas e detríticas (tufo, formações ferríferas bandadas, cherts e arenitos). Recobrindo discordantemente os litótipos descritos acima encontramos coberturas sedimentares de canga e solo elúvio coluvionário, ambas recentes. Em termos hidrogeológicos as coberturas sedimentares servem como via de recarga de água para o sistema de fluxo de água subterrânea existente na região de Carajás. Nos arredores da Mina de N4E as rochas de origem vulcanossedimentar das Formações Parauapebas e Igarapé Cigarra comportam-se como unidades hidroestratigráficas contendo baixos valores de condutividade hidráulica, o que lhes dá caráter de aqüitardo (Frasa, 2001). As rochas da Formação Carajás devem ser compreendidas como formadoras de duas unidades hidroestratigráficas coincidentes com jaspilitos e corpos de minério. Quando representadas pelos jaspilitos possuem um caráter de aqüitardo servindo como barreira hidrogeológica no sistema de fluxo. Por sua vez, os corpos de minério apresentam elevados valores de condutividade hidráulica, devido este fato o rebaixamento da Mina N4E é feito através de poços tubulares profundos instalados nestes corpos de minério. Figura 2 Representação geológica na região em torno da Mina de N4E. A topografia representada no perfil A/B é anterior às atividades de lavra. O rebaixamento é realizado através da operação de 16 poços tubulares profundos. Estes poços apresentam um diâmetro de revestimento de 10 polegadas, dos quais 14 são instalados com bombas submersas e 2 são conectados até a Galeria de Drenagem que escoa

5 água por gravidade para fora da área da cava. Além destes, dois outros poços conectam a cava até a Galeria de Drenagem. São poços do tipo shaft isolados do meio hidrogeológico no qual estão inseridos. A Galeria de Drenagem de água possui 3 metros de largura, 3,5 metros de altura e 2300 metros de comprimento. Seu objetivo é viabilizar a retirada das águas subterrâneas e pluviais da área da cava, transportando-as até o Igarapé Geladinho. No vale do referido igarapé existe uma barragem de rejeitos onde as águas subterrâneas e pluviais provenientes de N4E são misturadas com águas industriais provenientes da usina de beneficiamento de minério de ferro. A partir da área da barragem a água é bombeada até as instalações industriais da área da usina. Pelo exposto verifica-se que o esquema de escoamento de água subterrânea, para os poços de bombeamento, consiste nas seguintes etapas: dos poços a água segue até os shafts, daí entram na Galeria de Drenagem e escoam até o Igarapé Geladinho rumo à barragem de rejeitos posicionada neste Igarapé. Da barragem a água é bombeada até a usina de beneficiamento sendo utilizada de forma industrial. 4. UTILIZAÇÃO INDUSTRIAL DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS Em toda mineração a céu aberto, a interferência nos recurso hídricos é marcante, seja na fase de exploração/explotação, tratamento ou carregamento. Ao se processar a atividade de exploração/explotação, e tão logo sejam atingidos os níveis mais inferiores da cava, na maioria das vezes, o lençol freático comporta-se de forma a encontrar uma região de menor resistência gerando nestes pontos um grande fluxo contínuo de água com vazões consideráveis, muitas vezes interferindo de forma intensiva nos andamento dos processos minerários ali desenvolvidos. Para evitar a paralisação da lavra, uma técnica muito utilizada cujos resultados são perfeitos e adequados às atividades, tanto do ponto de vista minerário como também ambiental, é o rebaixamento do lençol freático, que permite dentre outras coisas reaproveitar este recurso para os processos de beneficiamento mineral, com ganhos consideráveis para o meio ambiente, principalmente por permitir o seu reaproveitamento e reduzindo a necessidade em impactar o ecossistema com a construção de barragens que funcionam como contenção de finos mas também como reservatório de água para utilização nas plantas de beneficiamento SÓLIDOS PARA A BARRAGEM DO GELADO O primeiro fato é que a CVRD vem se preocupando com a emissão de sólidos para a Barragem do Gelado há algum tempo. Isto não só pela causa ambiental, tendo em vista que a diminuição da emissão de rejeitos sólidos exigiria alteamentos da Barragem em períodos maiores o que, consequentemente, minimizaria os eventuais impactos, principalmente os relativos a áreas de empréstimos e de inundação, como também à causa econômica da Empresa, tendo em vista que isto possibilitaria a comercialização de mais e maiores quantidades de produtos, se os panoramas de mercado se mantiverem como hoje. Para isso, estudos específicos foram desenvolvidos sob os pontos de vista técnico e econômico dentro da realidade de Carajás, do bem mineral em questão (minério de ferro) e,

6 principalmente, da escala de produção. É exatamente a escala da Mina de Carajás que impede o prosseguimento em estudos de alternativas que se prestam muito bem em outras realidades de produção, como é o caso do espessamento do tipo lamelas por exemplo. Entretanto, a mudança do tipo de espessamento em si, assim como os estudos e testes com outros tipos de floculantes, o que é uma linha de desenvolvimento de Gerências específicas de Carajás, não viriam a diminuir a quantidade de sólidos rejeitados no tratamento e por isso emitidos para a Barragem, e sim apenas otimizar e melhorar a performance do processo, além de permitir a consolidação de novos critérios a serem empregados na implantação de novos projetos. Isto pode ser exemplificado, em Carajás, no estudo/projeto que ora se desenvolve para a ampliação da produção dos atuais 52 milhões de toneladas para 82,5 milhões. Atualmente, para a escala de 52 milhões, existem 2 (dois) espessadores de rejeito de 80 m implantados. Por uma regra de três simples, para o aumento de produção para 82,5 milhões seriam necessários mais 2 (duas) unidades. Porém, os estudos internos desenvolvidos, não só com a utilização de novos reagentes, mas também de novas modalidades operacionais e de projeto, permitiram que viesse a ser projetado apenas 1 (uma) unidade, o que sem dúvida diminuirá as obras de infra-estrutura, minimizando os desmates e cortes necessários. O que realmente diminuirá a emissão de sólidos para a Barragem do Gelado em todos estes estudos que a CVRD desenvolve e desenvolveu é a implantação de uma Unidade de Deslamagem, a ser instalada entre a atual Unidade de Peneiramento Secundário e os Espessadores de Rejeito, cujo underflow deste últimos é o bombeado para a Barragem do Gelado. Aqui, foi desenvolvido um Projeto específico, contemplando 5 (cinco) linhas paralelas com estágios rougher, cleaner e scavenger, em que 3 (três) destas linhas já se encontram em implantação industrial. A CVRD despendeu cerca de 10 milhões de reais neste projeto e na respectiva implantação, o que reduzirá em mais de 60% do sólido hoje descartado para a Barragem do Gelado, obviamente se as condições de mercado assim permitirem, pois o material então recuperado será comercializado. Em linhas gerais, a alimentação da deslamagem será o material fino proveniente do Peneiramento Secundário, diluído até atingir a percentagem de sólidos desejada, em cerca de 30% em peso. A polpa proveniente da área do Peneiramento Secundário será recebida, por gravidade, em um tanque com agitação mecânica, de onde será então bombeada através de uma bomba centrífuga horizontal (uma cada linha) para o distribuidor rougher da deslamagem. Este distribuidor dividirá o fluxo para duas baterias, com 10 hidrociclones de 10 cada uma. O underflow da ciclonagem rougher será bombeado para a etapa cleaner, e o overflow também bombeado para a etapa scavenger, através de bombas específicas. A carga circulante da deslamagem será constituída pelo overflow do cleaner e pelo underflow da etapa scavenger, com o primeiro se destinando para a etapa scavenger, e o segundo para a etapa cleaner. É fundamental que na Deslamagem a recuperação de finos seja maximizada. No balanço de massas do Projeto é prevista a recuperação global de 64% dos finos provenientes do Peneiramento Secundário, e de 78,8% somente na etapa rougher. Pelo menos 2 (dois) hidrociclones serão dotados de válvulas pneumática tipo guilhotina, possibilitando melhor controle.

7 Na etapa rougher está sendo prevista a utilização de 40 hidrociclones de 10, distribuídos em 4 (quatro) baterias com 10 unidades cada, sendo 2 (duas) baterias para cada linha. Para a etapa cleaner a previsão é do emprego de 80 hidrociclones de 4, distribuídos em 4 (quatro) baterias com 20 unidades cada, sendo 2 (duas) para cada linha. Já na etapa scavenger são previstas 200 unidades de 4, distribuídos em 8 (oito) baterias com 25 (vinte e cinco) cada, sendo 4 (quatro) para cada linha. O overflow das etapas scavenger constituirá o rejeito do circuito de Deslamagem, o qual será conduzido por gravidade através de um sistema de calhas para os espessadores de rejeito. Já o underflow da etapa cleaner será o produto final, o qual será conduzido, também por gravidade através de calha, para a etapa de Concentração de PFCL, ou diretamente para a Filtragem. O arranjo permite o isolamento, através de válvulas pneumáticas tipo guilhotina, de cada conjunto radial (bateria). Na operação de Deslamagem os itens mais importantes são: Garantir a máxima recuperação de finos provenientes do Peneiramento Secundário; Minimizar os by-passes, tanto para os underflows como para os overflows de todas as etapas; Obter o diâmetro de corte especificado; Manter a percentagem de sólidos dos produtos finais ( underflow da etapa cleaner e overflow da etapa scavenger adequadas para o escoamento natural em calhas, por gravidade; Obter curvas de partição próximas de operações de ciclonagens eficientes. Em anexo são apresentados os projetos específicos da Deslamagem, já em implantação RECUPERAÇÃO DE ÁGUA E SÓLIDOS É inquestionável que a mais rápida e pronta recuperação sólidos e de água despejados ou entornados durante as operações unitárias das diversas Unidades Industrial de Carajás é benéfica, quer em termos econômicos, quer em termos operacionais, quer inclusive em termos ambientais. Em termos ambientais que é o que importa, embora estes despejamentos não venham a se dirigir para a Barragem do Gelado, e sim do Geladinho, a recuperação da água ao longo das operações industriais, viria a diminuir a demanda de água proveniente da captação do Gelado. Isto, sem dúvida, deve ser visto de forma positiva, e até certo ponto um tanto distante mas como medida mitigadora, tendo em vista que isto minimizaria o consumo de energia, e qualquer economia de energia é uma diminuição de impacto ambiental. Além do mais, a paralisação de bombas com motores de CV, mesmo que por um curto período, minimizará o afugentamento da fauna local. Dentro desta filosofia, a CVRD desenvolve um projeto específico de recuperação de sólidos e de água ao longo da Planta industrial de Tratamento de Minério de Ferro, o qual

8 contempla a implantação de 3 (três) Unidades de Recuperação de Sólidos e de Água, estrategicamente localizadas em pontos mais baixos, para onde as drenagens pluviais, industriais seriam dirigidas. Em anexo é apresentado desenhos de localização destas Unidades, e das Unidades em si, com respectivos balanços de massa. Em linhas gerais, nestas Unidades o material sólido mais grosseiro seria recuperado com máquina (carregadeiras de pequeno porte rebaixadas), o material sólido de granulometria intermediária recuperado em hidrociclone, classificador tipo Akins e peneira desaguadora, e a água remanescente por bombeamento. 5. RESULTADOS OBTIDOS E PERSPECTIVAS FUTURAS Será construído um ponto de captação de água junto à abertura da Galeria, no vale do Igarapé Geladinho, com o objetivo de bombear água a partir deste ponto até a Usina de Beneficiamento. Este fato deverá implicar num bombeamento menor do que atualmente realizado, pois a Galeria está mais próxima da Usina de Beneficiamento do que o atual ponto de captação de água, localizado na Barragem de Rejeitos. 6. CONCLUSÕES É possível concluir que o rebaixamento do nível de água subterrânea na Mina de N4E, necessário para as atividades de lavra, são conciliados com outros projetos industriais existentes em Carajás. Desta forma estas águas são aproveitadas no processo de beneficiamento de minério de ferro. Posto isto, os possíveis impactos ambientais decorrentes das atividades minerarias e principalmente dos processos que utilizam os recursos hídricos podem ser minimizados, visto que proporciona o reaproveitamento nas etapas de processamento e co-processamento do minério de ferro. 7. BIBLIOGRAFIA COSTA, J. B. S.; ARAÚJO, O. J. B.; SANTOS, A.; JOÃO, X. S. J.; MACAMBIRA, E. M. B.; LAFON, J. M A Província Mineral de Carajás: Aspectos Tectono Estruturais, Estratigráficos e Geocronológicos. Boletim do Museu Paraense Emílio Goeldi, v. 7, p MACAMBIRA, J. B.; RAMOS, J. F. F.; ASSIS, J. F. P.; FIGUEIRAS, A. J. M Projeto Serra Norte / Projeto Pojuca. Convênios SPLAN/UFPa e DNPM/DOCEGEO/ UFPa. Relatório Final. Belém, 150p. FRASA 2001 Modelización hidrogeológica de la Mina N4E. Proyeto Carajás. FRASA Ingenieros Consultores, S.L. Madri, Espanha, 50p.