A Importância da Reologia do Minério de Ferro Material Típico de Alteamento de Barragens por Montante Nathália COUTO Neemias DIAS

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1 A Importância da Reologia do Minério de Ferro Material Típico de Alteamento de Barragens por Montante Nathália COUTO Neemias DIAS Aloysio SALIBA Bárbara SANTOS

2 BARRAGENS DE REJEITOS NO BRASIL BRASIL: país importante no setor de mineração; produção mineral é uma das maiores do mundo; mineração - pilares da sustentação da economia: 10 anos U$ 232 bilhões (Fonte: IBRAM, 2015). Ano 2016 U$ 21,6 bilhões em exportação de minério --- Ferro: 13 bilhões (Fonte: IBRAM, 2017). BARRAGENS DE CONTENÇÃO DE REJEITOS: Operações do tratamento dos minérios: britagem, moagem, filtragem e secagem. ORIGINAM: Rejeitos que necessitam ser dispostos

3 INCIDENTES ENVOLVENDO BARRAGENS DE REJEITOS Causa da ruptura 1. Galgamento 2. Instabilidade de taludes 3. Terremoto 4. Fundação 5. Percolação 6. Estrutural 7. Erosão 8. Subsidência de mina 9. Desconhecido Nº de incidentes Método Construtivo Montante Retenção de água Jusante Linha de centro Desconhecido Fonte: ICOLD (2001) Tailing dams risk of dangerous occurrences: lessons learnt from practical experiences.

4 BARRAGENS DE REJEITO LAMA: Bombeada hidraulicamente para um reservatório com recuperação do excesso de água; Lançamento: composta por partículas finas, geralmente baixas concentrações de sólidos (Fluido Newtoniano); Após adensamento: decantação das partículas sólidas em suspensão, podendo gerar um fluido altamente viscoso no caso de uma ruptura.

5 BARRAGENS DE REJEITO ALTEAMENTO POR MONTANTE COM O PRÓPRIO REJEITO: construção inicial de pequenos diques sendo posteriormente lançado o rejeito no topo destes diques; parcela seca e segue uma sequência de deposição, constituindo camadas fofas com o próprio rejeito, de elevada compressibilidade; os rejeitos devem conter de 40% a 50% de areia e polpa com alta porcentagem de sólidos (ex. produto da ciclonagem); LIQUEFAÇÃO: se o material está em estado de saturação completa e com baixos índices de permeabilidade, caso haja a aplicação repentina de pressões externas, a fase sólida pode se transformar em líquida ao absorver parte ou a totalidade desta pressão aplicada. Rejeito flui como um líquido viscoso.

6 MÉTODOS DE ALTEAMENTO Montante Jusante Linha de centro MONTANTE: Vantagens econômicas Maximiza volume de armazenamento Mais exposta a risco de ruptura JUSANTE: Melhores condições de estabilidade Volume necessário para o alteamento pode chegar a 3x se comparado o método de montante

7 ALTEAMENTO POR MONTANTE Considerando a aplicabilidade do método de montante seria importante definir uma metodologia de controle que pudesse assegurar a qualidade destas estruturas e tornálas mais seguras, entretanto, isso só será possível a partir do conhecimento das variáveis envolvidas no processo, como as características reológicas e geotécnicas.

8 REOLOGIA DOS REJEITOS REOLOGIA : ciência que estuda as propriedades de deformação e do escoamento da matéria quando o mesmo está submetido a esforços. Fonte: VLIET, T. V.; LYKLEMA, H. (2005). Parâmetros reológicos: - viscosidade - tensão limite de escoamento ( Yield Stress ). Variam exponencialmente com C v do rejeito

9 CURVA DE RESISTÊNCIA AO ESCOAMENTO x CONCENTRAÇÃO EM SUSPENSÃO DE REJEITOS Fonte: BOGER, D.V. (2013) Rheology of Slurries and Environmental Impacts in the Mining Industry.

10 PROPRIEDADES DOS FLUIDOS Quanto a deformação do material Corpo Elástico Ideal Fluido Viscoso Ideal Viscoelástico* Newtonianos Não Newtonianos Quanto as propriedades do fluido Independentes no tempo Pseudoplástico Dilatante Viscoplástico ou Binghamianos Dependentes do tempo Tixotrópico Reopético Viscoelástico* * Os viscoelásticos possuem propriedades entre o fluido viscoso e o corpo elástico. Caso seja um fluido viscoso ideal, classifica-se como Não- Newtoniano.

11 PROPRIEDADES REOLÓGICAS Os ensaios realizados corroboram com o entendimento das propriedades físicas e reológicas dos fluxos hiperconcentrados, sendo caracterizados principalmente pelas curvas de: Tensão cisalhante x Taxa de cisalhamento; Viscosidade x Concentração volumétrica; Tensão de escoamento x Concentração volumétrica.

12 RUPTURA DA BARRAGEM DO FUNDÃO 05 de novembro de 2015; Volume de ruptura: 32 Mm³ Alteamento por montante: REJEITO ARENOSO: alteamento LAMA: depositado mais a jusante em um dique de contenção de lama Peso específico: Lama: 3,9 4,0 Rejeito arenoso: 2,8 2,9 Fonte: Fundão Investigation (2016)

13 CONCEITO / PROJETO DA BARRAGEM Alteamento por montante separação rejeito arenoso / lama Lama Rejeito Arenoso Dique 1

14 BARRAGEM DO FUNDÃO separação rejeito arenoso / lama

15 TESTES DE REOLOGIA: REÔMETRO Reômetro AR 2000ex, fabricado pela TA Instruments.

16 TESTES DE REOLOGIA: SLUMP Obtenção do parâmetro reológico: tensão limite de escoamento.

17 PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DA AMOSTRA

18 PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DA AMOSTRA Densidade real dos grãos (g/cm³) 3,09 Limite de Plasticidade (%) (NBR 7180) Limite de Liquidez (%)(NBR 6459) Índice de Plasticidade (%) (NBR 7180) Classificação NP NP NP Areia fina silto-arenosa

19 REOLOGIA C V = 50,9% Curva azul: incremento logarítmico de tensão (1 a 150 Pa) Curva vermelha: incremento logarítmico de taxa de cisalhamento (0,01 a /s)

20 C V = 50,9% REOLOGIA Tensões de cisalhamento x Tempo Deformação x Tempo (s)

21 REOLOGIA C V = 50,9% VISCOSIDADE

22 SLUMP C v (%) τ y (Pa) 46,50 30,76 50,60 40,58 52,60 46,32 57,14 73,33

23 REÔMETRO x SLUMP

24 Curva de viscosidade x Cv

25 Contato: Nathália Couto Machado