Características gerais das cavas de mineração e suas contribuições para a formação de DAM

A seleção do processo de lavra se dá devido à estrutura e disposição do corpo mineralizado e por características do material geológico da rocha encaixante (BLOWES et al., 2003). Os métodos mais comuns de lavra de minério são em operações de subsuperfície, através de galerias, e em operações em superfície, tais como lavra em tiras (strip mining) ou em cavas (open pit mining). No caso do presente estudo, será dada ênfase somente na operação em cavas, a qual é semelhante ao processo de lavra no Distrito Areeiro de Seropédica-Itaguaí.

Operação de lavra em cavas de mineração é o processo de extração de corpos mineralizados na superfície ou próximo desta. Muitas destas cavas são adjacentes ou conectadas a operações em subsuperfície (galerias) e aumentaram substancialmente em número há duas décadas, refletindo a evolução de técnicas metalúrgicas e crescimento em escala da tecnologia de operações de extração de minérios com baixos teores de metais, como por exemplo, minas de cobre e ouro de baixos teores (MILLER et al., 1996).

As cavas de mineração são escavadas em uma série de patamares, semelhantes a degraus, o que facilita o acesso ao minério e mantém a estabilidade das paredes da cava. Em áreas onde o lençol freático é alto (próximo a superfície), pode ser necessário, durante a operação, o bombeamento da água (dewatering) para a extração do minério (Figura 12). Escavação e bombeamento de água das cavas expõem porções de corpos mineralizados e rochas regionais, os quais se encontravam antes enterrados e/ou submersos, para atmosfera, oxidando a minerais sulfetados.

Oxidação de minerais sulfetados nas paredes das cavas resulta em acidificação da água presente, a qual é enriquecida em SO4, metais dissolvidos e outros elementos traços (Figura

12). A extensão da oxidação dos sulfetos é dependente da área de superfície da exposição de minerais sulfetados (tamanho das paredes da cava) e duração da atividade de mineração (DAVIS & ASHENBERG, 1989). Em porções superiores da cava, onde as bordas podem ser removidas ocasionalmente, minerais sulfetados podem oxidar por prolongado período de tempo. A área de superfície das paredes é consideravelmente maior que o estimado, devido a irregularidades, tais como fraturas, falhas, além da acumulação nos níveis de cascalho, podendo, então, ser de 27 a 161 vezes maior que o estimado em modelos tridimensionais (MORIN & HUTT, 1997).

Muitas cavas são preenchidas com rejeitos de rocha e de moagem de minério sulfetado e outros materiais, os quais podem ter maior oxidação devido a este procedimento (Figura 13). Tal fato pode causar uma depreciação na qualidade do efluente gerado. Ao término da atividade e mineração (ao exaurir-se a capacidade da mina), há o encerramento do bombeamento do lençol freático e, com isso, a sua ascensão. Além do input da água subterrânea, as cavas estão sujeitas a entradas de águas superficiais e pluviais e a elevação final do nível da água dependerá das condições hidrológicas locais e propriedades das rochas adjacentes a cava. Em contrapartida, os principais mecanismos de perda d’água nas cavas são a evaporação e saídas de água por água subterrânea e água superficial (transbordamento ou rompimento de dique).

Na mina Spenceville, na Califórnia, Levy et al. (1997) realizaram um balanço hídrico baseado nos componentes supracitados e acusou que os principais fatores de entrada de água na cava seriam o escoamento superficial (runoff) > precipitação > entrada pela água subterrânea; e os principais componentes de saída de água seriam a evaporação > saída pela água subterrânea. Logo, foi estimado aproximadamente 2 anos para atingir o volume máximo da cava com subseqüente inundação (reflood). Com a cava preenchida, a saída de água por transbordamento é iniciada e a saída via água subterrânea aumenta.

Em contraste, a cava de mineração em Berkeley, em Montana, EUA, é esperado um período de 26 anos para o início da inundação, permitindo, então, maior exposição de minerais sulfetados nas paredes da cava e possível acúmulo de minerais secundários (DAVIS & ASHENBERG, 1989). Estes minerais secundários podem se dissolver no escoamento superficial ocasionado por chuvas ou no input de água subterrânea. Após a inundação da cava, a oxidação de sulfetos pela atmosfera abaixo da superfície da água será limitada devido a baixa solubilidade de O2 na água (ocasionado, principalmente pela temperatura). Já os sulfetos presentes acima da superfície da água, serão continuamente oxidados mesmo após o encerramento da atividade mineira.

Figura 12 – Figura esquemática de uma cava de mina durante (a) e depois (b) das atividades de extração do minério (modificado de MILLER et al., 1996)

A química das cavas de mineração é dependente de alguns fatores, tais como geologia das paredes das cavas, a duração da oxidação de sulfetos e condições hidrológicas locais (MIILLER et al., 1996; SHEVENELL et al., 1999). Algumas cavas têm pH próximo a neutralidade e contêm baixas concentrações de seus componentes dissolvidos. Estes lagos podem servir para recreação de uma comunidade ou de uma cidade. Outros lagos, entretanto, são ácidos e contêm altas concentrações de metais dissolvidos e podem ser perigosos para a fauna local (MILLER et al., 1996; MORIN & HUTT, 1997). Miller et al. (1996) e Shevenell et al. (1999) compararam a química das águas de várias cavas de mineração no oeste dos EUA. Cavas associadas a minério sulfetado e rochas com baixa porcentagem de carbonatos geraram águas acidas com altas concentrações de metais dissolvidos, enquanto que cavas escavadas em rochas regionais com presença abundante de carbonatos o pH estava próximo a neutralidade, contendo baixas concentrações de metais dissolvidos. Alguns elementos, incluindo arsênio, selênio e mercúrio, se encontravam presentes em altas concentrações sob condições de pH neutro, o qual é predominante em terrenos carbonáticos. A Tabela 3 apresenta dados de química de água de cavas de mineração.

A profundidade relativa da cava, a qual é representada pela razão entre a profundidade máxima e o diâmetro médio da cava, é maior do que em lagos naturais, resultando em menor mistura em profundidade (BACHMANN et al., 2001; RAMSTEDT et al., 2003; DENIMAL et al., 2005). A grande profundidade relativa típicas das cavas de mineração somada às altas concentrações de sólidos dissolvidos, resultam em uma estratificação estável da água. Por exemplo, Ramstedt et al. (2003) observaram haloclina, redoxclina e termoclina em diferentes profundidades na cava de Udden, norte da Suécia. A mistura limitada que persiste em algumas cavas podem resultar no desenvolvimento de uma zona anóxica permanente na base. As zonas anóxicas são limitantes para a oxidação do Fe (II) e fornece um ambiente adequado para bactérias anaeróbicas, incluindo bactérias ferro-redutoras e sulfato-redutoras. Em cavas derivadas de mineração de metais, concentrações de carbono orgânico podem ser baixas o bastante para limitar a reações de ferro e sulfato-redução (BLODAU & PFEIFFER, 2003; RAMSTEDT et al., 2003). Nas porções óxicas da coluna d’água, a oxidação do Fe (II) e precipitação de Fe (III) como óxido-hidróxidos podem ocorrer e, com isso, retirar metais traço da coluna d’água. A parte superior da cava, ou seja, a porção mais óxica, pode, portanto, conter baixas concentrações de constituintes dissolvidos em relação a águas mais profundas da mesma.

A distribuição destes constituintes na cava afetará a qualidade da água que será descarregada em sistemas aqüíferos adjacentes e em descargas superficiais (MORIN & HUTT, 1997).