ESTUDO COMPARATIVO DE LAVRA DE GIPSITA COM UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS: CASO DO SÍTIO VIRA MÃO ARARIPINA/PE

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1 ESTUDO COMPARATIVO DE LAVRA DE GIPSITA COM UTILIZAÇÃO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS: CASO DO SÍTIO VIRA MÃO ARARIPINA/PE Gregório Macêdo Filho, Engº de Minas (UFPE), mestrando em Engenharia de Recursos Naturais na Universidade Polítecnica da Catalunya Espanha Leonardo Pena, Engº de Minas (UFPE), mestrando em Engenharia Mineral na Universidade Federal de Pernambuco Júlio César de Souza, Professor do Depto de Engª de Minas (UFPE), Dr. Engª (UFRGS, 1996), RESUMO O presente trabalho foi elaborado com objetivo de desenvolver o planejamento de lavra à céu aberto a partir da modelagem geológica de uma jazida de gipsita localizada em Araripina - PE. Foram utilizadas ferramentas computacionais com o objetivo de realizar um estudo comparativo entre os métodos de lavra por bancadas múltiplas e lavra em tiras (strip mining), esse último uma alternativa de explotação sustentável para as empresas mineiras da região. O método de lavra em tiras é normalmente utilizado na extração de carvão mineral na Região Sul e bauxita na Região Norte do Brasil, não sendo adotado como forma de explotação da gipsita no Pólo Gesseiro do Araripina. A área de estudo, Sítio Vira Mão, apresenta um grande potencial de mineralização, com a gipsita mostrando excelentes resultados em termos qualitativos: ausência de anidrita e baixos teores de resíduos insolúveis. Palavras Chave: Gipsita; mineração a céu aberto; Bacia do Araripe; métodos de lavra ABSTRACT The present work was elaborated aiming the open pit mine planning from geologic model of a crude gypsum deposit located in Araripina - PE. Computational tools had been used with the objective of realize a comparative study of multiple benches and the cut and fill mining method (strip mining), this last one an alternative of sustainable exploitation for the regional gypsum mining companies. The strip mining method normally is used in the coal exploitation at South Region and bauxite exploitation at North Region of Brazil and is not adopted for gypsum mining at Araripina region. The study area, Vira Mão farm, presents a great mineralization potential, with crude gypsum showing excellent results in qualitative terms: anhydrite absence and low levels of insoluble residues. Keywords: Gypsum; open pit mining; Araripe basin; mining methods

2 GEOLOGIA DA REGIÃO No Brasil, as reservas que apresentam melhores condições de aproveitamento econômico estão situadas na região Semi-Árida, mais precisamente na Bacia Sedimentária do Araripe. A Bacia do Araripe estende-se por uma área de km², numa região limítrofe entre os Estados do Piauí, Ceará, Bahia e Pernambuco, com destaque para este último, onde está implantado o Pólo Gesseiro do Araripe, a uma distância média de 700 quilômetros das 8 principais capitais estaduais da região nordeste. Nesta região o embasamento cristalino é composto por seqüências de rocha xistosa predominante e migmatitos homogêneos e heterogêneos, com as camadas que formam o pacote de rochas sedimentares situando-se sobre tal embasamento cristalino. A Formação Santana tem sua origem em um ambiente marinho/lacustre apresentando uma sedimentação com seqüência estratificada, semi-horizontal, formada por siltitos, siltitos argilosos, margas e bancos calcários, gipsita, calcários laminados, e folhelhos betuminosos com espessura média de 250 m (SOBRINHO Et al., 2006). A gipsita da região recebe várias denominações de acordo com sua aparência e/ou pureza: cocada, rapadura, pedra branca, anidrita, alabastro, estrelinha e Johnson, destinadas desde a fabricação de material para uso odontológico até peças de artesanato. CADEIA PRODUTIVA DA GIPSITA A cadeia produtiva que envolve a mineração de gipsita no Pólo Gesseiro do Araripe engloba uma vasta rede formada por empresas de micro, pequeno e médio porte que geram cerca de empregos diretos e aproximadamente indiretos nos Estados do Ceará, Piauí, Bahia e Pernambuco. Pernambuco é o líder na produção deste minério com cerca de 90% da produção nacional ( t.), seguido por Maranhão, produzindo 5,5% ( t.) e Ceará com 3,5% ( t.), conforme dados do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM-b, 2006 e DNPM, 2008). A gipsita é o principal bem mineral explotado pelo setor da mineração do Semiárido pernambucano, responsável por 52,3% de todo o valor da produção mineral na região, concentrada principalmente nos municípios de Ouricuri, Ipubi, Araripina e Trindade (DNPM, 2008). Com um faturamento anual que gira em torno de US$ 300 milhões, o Pólo Gesseiro conta com 37 minas em produção, cerca de 100 calcinadoras e aproximadamente 300 pequenas unidades produtoras de artefatos que são responsáveis pela maior parte da produção nacional de gesso, participando com t (85% da produção). O Estado de Pernambuco, especificamente, possui uma reserva estimada em 1,22 bilhões de toneladas de gipsita com qualidade para produzir gesso de alto teor de pureza. Isso torna suas reservas uma das mais expressivas e importantes do mundo com capacidade prevista de explotação para mais 600 anos (BENVINDO DA LUZ Et al., 2005).

3 Ainda de acordo com o DNPM (2009), as reservas medidas e lavráveis, com aproximadamente 300 milhões de toneladas e 192 milhões de toneladas respectivamente, coloca o Pólo como uma região de grande potencial exploratório, haja vista também o aumento no consumo nacional de derivados da gipsita, além do crescimento nas exportações destes produtos para países tidos como grandes consumidores de gesso como é o Chile e EUA. MATERIAIS E MÉTODOS O estudo foi realizado em uma área de uma ocorrência de gipsita de aproximadamente 219,60 hectares, situada mais ao centro da área total de 633,32 hectares, o Sítio Vira Mão, a 14,7 km de distância a SW (sudoeste) de Araripina, no Alto Sertão do Estado de Pernambuco, 685 km de distância do Recife. O cálculo de volumes de sólidos com dimensões regulares pode ser feito por meio de equações matemáticas, em sua maioria simples. Já o cálculo de volumes de sólidos irregulares, como é o caso de depósitos minerais, se faz através de um modelo de cálculo capaz de fornecer um volume estimado ao encontrado no subsolo. Na metodologia utilizada neste trabalho para a estimativa de volumes do depósito mineral, foi adotado o método de modelagem de blocos, que consiste na elaboração de um bloco virtual padrão, com dimensões (largura, altura e comprimento) fracionárias baseadas na geometria do corpo mineral estudado. Todo o estudo de planejamento da mina foi realizado com base nas informações geradas pelo software de modelagem geológica DATAMINE Studio 2.0. A escolha do software como ferramenta de trabalho neste projeto se deve a facilidade de manuseio desta ferramenta, variedade de comandos operacionais, tanto para inserir, quanto para processar, manipular e gerar dados estatísticos, gráficos, geológicos e de mineração com rapidez e confiabilidade. Os dados de entrada para a modelagem geológica computacional foram obtidos a partir do Relatório Final de Pesquisa Mineral, submetido ao Departamento Nacional da Produção Mineral (MINERAÇÃO TREVO, 2002), onde constam: 16 furos de sondagem, comprimento dos furos, espessura das camadas que compõem o subsolo, análises químicas e o mapa planialtimétrico da área, na forma de arquivos em formatos.dxf (Auto-CAD) e.xls (EXCEL) A partir desses dados foram gerados os correspondentes arquivos DATAMINE collars2.dm, contendo as coordenadas em 3 dimensões da boca dos furos, geology.dm, com as informações litológicas, assays.dm, com as informações relativas às análises realizadas sobre as amostras de sondagem e topo.gip, com os dados sobre a topografia da área. Os arquivos collars2.dm e geology.dm foram, posteriormente, combinados no arquivo furos.dm com informações sobre a posição e orientação de cada furo de sondagem, litologia e análises mineralógicas. A tabela 01 resume os dados de posicionamento da boca dos furos (arquivo collars2.dm).

4 Tabela 01 Coordenadas UTM dos furos de sondagem. BHID XCOLLAR YCOLLAR ZCOLLAR FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT FGT As análises químicas das amostras minerais de superfície e principalmente os dados fornecidos pelo trabalho de sondagem são os únicos permitidos para estimativa de teor de reservas e recursos minerais, como pode ser visualizado na Tabela 02 abaixo: Tabela 02 Analise química dos furos de sondagem. ANALISE QUÍMICA FUROS DETERMINAÇÕES FGT - 03 FGT - 10 FGT - 12 FGT 18 Umidade a 45 C (%) 0,20 0,18 0,14 0,09 Perda ao fogo a 1000 C (%) 21,26 21,86 20,87 21,00 Resíduo insolúvel e sílica (%) 1,15 0,72 1,08 0,80 Sulfato (em S0 3 ) (%) 45,08 44,02 45,60 45,70 Cálcio (em CaO) (%) 32,19 32,01 31,14 32,80 Magnésio (em MgO) (%) 0,20 1,20 0,69 0,10 A partir da plotagem dos furos de sondagem na área de trabalho do software foi possível a criação do sólido representativo do corpo de minério, por meio da construção das seções verticais da jazida. As informações contidas nos furos (litologia e mineralogia) serviram de base para criação de strings, figuras poligonais utilizadas para delimitar os corpos geológicos, separando litologicamente a ocorrência mineral dos demais componentes litológicos presentes no subsolo. As strings serviram de base para geração das wireframes, um sólido geométrico formado por uma malha triangular que envolve as strings, responsável pela configuração final do corpo e que, após seu processamento junto com o modelo de blocos, permite a determinação final do volume de gipsita contida no subsolo, como também, o volume de material considerado estéril.

5 Todavia, o cálculo dos volumes de gipsita e estéril só efetiva-se após a introdução da topografia do terreno na modelagem geológica devido ao fato que o nível topográfico é o elemento limitador superior do jazimento, caso contrário, teria-se uma superfície plana horizontal acima da jazida o que não condiz com a realidade. A projeção gráfica do corpo de minério e topografia é apresentada na figura 01. Figura 01 - Projeção Gráfica do Corpo de Minério. Com a inserção do limite superior da cava imposto pelo relevo local através da representação gráfica da topografia e após o processamento dos dados realizados pelo software obteve-se uma jazida com reservas da ordem de ,20 m³ ou ,77 t de gipsita disponíveis para a lavra. O regime operacional desta mina prevê uma produção mensal de t de minério, a ser explotado em dois turnos diários de quatro horas, vinte e dois dias por mês, onze meses por ano. Os aspectos tecnológicos, de infra-estrutura, sócio-políticos e econômicos na região de implantação do empreendimento, além da disponibilidade de equipamentos, são considerados fundamentais na seleção de ambos os métodos adotados, de modo a adequar-se a explotação da jazida em estudo. O planejamento das operações de desmonte prevê formas diferenciadas para remoção da camada de estéril, que deverá ser realizada mecanicamente, haja vista ser um material incosolidado (argila), de fácil desagregação e com altura máxima de 8 m. Já a extração do minério deve ser feita por desmonte com explosivos por ser uma rocha de dureza elevada. Os parâmetros técnicos e geométricos abaixo apresentados foram definidos para o desenvolvimento do projeto da cava, tanto para o caso da explotação em Bancadas Múltiplas como para a Lavra em Tiras. Inclinação do furo (A f ) = 15 Altura da bancada (H b ) = 8 m (Bancadas Múltiplas) Altura da bancada (H b ) = 11m (Lavra em Tiras) Diâmetro do furo (D f ) = 3,0

6 Os equipamentos destinados à lavra foram dimensionados para permitir a produção mensal estimada pelo projeto, utilizando o menor número de equipamentos que ofereçam a produtividade desejada a custos mínimos e sob condições seguras de trabalho, adequadas às características da mina em ambos os métodos. Também foram considerados equipamentos já disponíveis na empresa titular da área de lavra. Desta forma, optou-se pelos equipamentos relacionados na tabela 03, que apresenta também as cpondições operacionais de cada um dos equipamentos. Tabela 03 Características dos equipamentos de lavra EQUIPAMENTOS Descrição Capacidade (m³) Eficiência do equipamento Tempo de ciclo (s) Coeficiente de giro Escavadeira hidráulica 3,0 0, ,10 Caminhão basculante 12,0 0, Pá-carregadeira 1,5 0, ,15 Descrição Perfurabilidade (m/h) Eficiência do equipamento Disponibilidade mecânica Comprimento do furo Perfuratriz 8 0,80 0,85 11,29 Os explosivos e acessórios foram selecionados de forma a proporcionar melhor desempenho com relação às características geomecânicas do maciço rochoso, disponibilidade no mercado regional, menor custo operacional, maior segurança no transporte e manuseio, e minimização dos impactos ambientais causados pelo desmonte, além do fator climático. RESULTADOS Como resultado do processamento dos dados importados para o software, da modelagem de blocos e da projeção da cava final por Bancadas Múltiplas, foi definida uma reserva estimada em ,24 t de gipsita e ,18 t de estéril no interior da cava final, o que dá uma relação estéril/minério de 2,29 : 1 (t/t), recuperando-se 85% da gipsita contida na jazida e obtendo-se um faturamento total na ordem de R$ ,00. A figura 02 apresenta a projeção da cava por bancadas múltiplas com um exagero vertical de 5 vezes. Figura 02 - Projeção da cava por bancadas múltiplas (exagero vertical de 5 X)

7 Por outro lado, o método de lavra em tiras (Strip Mining) indicou como resultado final, uma relação estéril/minério de 2,1 : 1 (t/t), menor que aquela obtida pelo método em bancadas múltiplas (2,29 : 1) além de permitir uma recuperação de 100% da gipsita contida na jazida e um faturamento na ordem de R$ ,03. A figura 03 apresenta a projeção da cava por Lavra em tiras com um exagero vertical de 5 vezes. Figura 03 - Projeção da cava por lavra em tiras (exagero vertical de 5 X) A definição do faturamento ao longo da vida útil da cava foi feita com base numa série histórica de preços dos últimos 11 anos obtida junto a publicações do Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM-a, 2006 e DNPM, 2008). A partir desses dados (gráfico 01) pode-se chegar a um valor médio de mercado de R$ 12,37 / t como preço de venda da gipsita extraída no Pólo Gesseiro do Araripe. Todavia, atualmente, o valor de mercado da tonelada de gipsita encontra-se próximo de R$ 20,00, valor esse adotado para o cálculo do faturamento da Empresa neste trabalho.

8 Gráfico 01- Curva de oferta de gipsita no mercado (Brasil 1997 a 2007) A tabela 04 apresenta um resumo comparativo geral, onde se encontram os principais parâmetros técnicos e econômicos que compõem o planejamento de lavra, de acordo com os dois métodos de lavra estudados neste trabalho. Tabela 04 Confronto entre métodos de lavra. BANCADAS MÚLTIPLAS X LAVRA EM TIRAS Setor Descrição Unidade Bancadas múltiplas Lavra em Tiras Estéril t , ,90 Densidade do Estéril t/m³ 2,60 2,60 Densidade da Gipsita t/m³ 2,35 2,35 Minério t , ,77 Pesquisa Operacional Econômico Vida Útil Mês RE/M (t/t) - 2,29 : 1 2,11 : 1 Recuperação % 85,00 100,00 Escavadeira Unid. 1,00 1,00 Pá-carregadeira Unid. 1,00 1,00 Caminhão Unid. 2,00 2,00 Perfuratriz Unid. 1,00 1,00 N Furos Mensais Unid. 20,00 21,00 Profundidade dos Furos m 9,33 11,33 Produção Mensal t 6.000, ,00 Mão de Obra Func. 8 8 Faturamento R$ , ,40 Custo Anual de Operação R$ , ,00 Custo Administrativo anual R$ , ,00 Estimativa Anual de Receita R$ , ,00 Passivo Ambiental - Sim Não Taxa Interna de Retorno % 59,26 65,14 payback Ano 1,65 1,53 Valor Presente Liquido (12% a.a.) R$ , ,48

9 É notável que, no caso da explotação de gipsita pelo método de Lavra em Tiras (strip mining), percebe-se que a técnica de mineração não somente é viável do ponto de vista econômico, como também mostra um maior retorno financeiro do empreendimento. Isto se deve principalmente ao fato de que os custos gerados durante toda a vida útil da mina pelos equipamentos destinados aos serviços de transporte do estéril e construção do aterro controlado de estéril, são maiores no caso do desenvolvimento por Bancadas Múltiplas, pois necessita-se que os mesmos sejam enviados a um depósito de estéril (aterro controlado de estéril) fora da área de mineração (cava). IMPACTOS GERADOS A área onde se situa a mineração encontra-se numa região de extrema importância do ponto de vista ambiental por apresentar um ecossistema bastante frágil e por deter mananciais subterrâneos e superficiais de água além de uma Área de Preservação Ambiental (APA), onde está localizada a Floresta Nacional do Araripe (RAPOSO DE AGUIAR, 2007). A mineração é conhecida como uma atividade que normalmente gera um grande impacto ambiental sejam estes temporários ou definitivos, locais ou progressivos, que geram um passivo ambiental. Este representa um custo à empresa, não apenas durante o período de vida útil da mina, mas também após o seu fechamento através da manutenção das obras realizadas como medidas de recuperação e reabilitação ambiental que deverão ser financiadas por um percentual do lucro do exercício, com destinação compulsória, direcionado a investimentos na área ambiental (INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA, 2004). Seguramente, os impactos ambientais mais comuns gerados pela atividade mineira no Pólo Gesseiro do Araripe são: 1) o desmatamento de grandes áreas, movimentação de grandes massas de terra e alteração na morfologia do terreno para abertura da cava e construção das pilhas de estéril; 2) a contaminação do solo pelo uso de explosivos, resíduos lubrificantes e combustíveis, além da alterabilidade da composição química e remoção dos nutrientes do solo; 3) a perda da biodiversidade devido a desmatamento e queimadas para abertura da cava e vias de acesso; 4) a poluição sonora, poluição do ar e da água superficial e subterrânea geradas pelo uso de explosivos e movimentação de máquinas; 5) a erosão de matérias da superfície por ação da chuva e do vento (FERNANDES Et al., 2007). A maior vantagem apresentada pelo método de Lavra em Tiras é a possibilidade de recuperação ambiental da área explorada paralelamente às atividades de explotação da mina, por meio da deposição do material estéril e rejeitos dentro da própria cava reduzindo bastante os impactos gerados pela formação de grandes pilhas de estéril. Esse procedimento proporciona dois grandes benefícios. O primeiro, diz respeito à empresa, com a recuperação da área degradada ao passo que se desenvolve a mina, o que reduz o custo causado pelo passivo ambiental e valorização do terreno após o fechamento da mina, além de manter o equilíbrio ambiental, deixando a mesma com a fauna e flora local. O segundo, de interesse geral, tem relação ao aproveitamento posterior do lugar, seja para fins urbanos, recreativos, ambiental ou econômico.

10 CONSIDERAÇÕES FINAIS A adoção do método de lavra desenvolvido por Bancadas Múltiplas para explotação de gipsita no Pólo Gesseiro do Araripe se mostrou técnica e economicamente aplicável, confirmando o que tradicionalmente já vem sendo feito pelas empresas de mineração da região. Porém, se comparado com o método de lavra em tiras, por oferecer parâmetros de decisão (taxa interna de retorno, Payback e Valor Presente Líquido) melhores. Além disso o método de lavra em tiras apresenta impactos ao meio ambiente menores, devido sua operação que já permite a recuperação da área explotada simultaneamente ao processo de lavra, sem a necessidade de transporte do estéril para longas distâncias e construção de depósitos de estéril (aterro controlado de estéril). O fato do método de Lavra em Tiras ( Strip mining ) não ser aplicado na região pode ser simplesmente por uma questão de costume e tradição local, já que, técnica e economicamente, é uma excelente alternativa ao método de Bancadas Múltiplas atualmente adotado na região. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENVINDO DA LUZ, A.; FREITAS LINS, F.A. Rochas e Minerais Industriais: Usos e especificações. Rio de Janeiro. CETEM/MCT, DNPM-a (Departamento Nacional de Produção Mineral). Anuário Mineral Brasileiro - AMB Brasília, DF, DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral). Mineração do Semi-árido Brasileiro. Brasília, DF, DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral). Sumário Mineral Brasileiro. Brasília, DF, DNPM-b (Departamento Nacional de Produção Mineral). Sumário Mineral Brasileiro. Brasília, DNPM, 2006, p FERNANDES, F. R. C.; BENVINDO DA LUZ, A; MATOS, G.M.M.; CASTILHO, Z. C. Tendências Tecnológicas - Brasil Rio de Janeiro: CETEM/MCT, INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA. Manual de restauración de terrenos y evaluación de impactos ambientales en minería. Madrid, MINERAÇÃO TREVO. Relatório de Pesquisa Mineral. Gipsita. Submetido Departamento Nacional de Pesquisa Mineral, Recife. Mimeo, RAPOSO DE AGUIAR, L. Avaliação da ecoeficiência de programas e projetos ambientais voltados às micro e pequenas empresas do Pólo Gesseiro do Araripe, Estado de Pernambuco. Dissertação (Mestrado) Departamento de Gestão e Políticas Ambientais, Universidade Federal de Pernambuco. Recife, SOBRINHO, A.C.P.L.; AMARAL, A.J.R.; DANTAS, O.C. Gipsita. In: Brasil, 2006.