A mineração do ferro é o conjunto de processos e operações utilizadas para o beneficiamento e extração do minério de ferro a partir do maciço rochoso da jazida. O minério de ferro é o resultado da modificação das propriedades físicas de lavra e concentração química do elemento ferro, a fim de ser utilizado principalmente como matéria prima na indústria siderúrgica. A Figura 2.2 apresenta um fluxograma geral do processo de mineração de ferro.
Segundo Silva (2010) entre as principais operações de mineração do ferro se destacam:
a operação de lavra: decapeamento e desmonte do minério, separando a parte estéril e o minério;
a britagem, peneiramento e moagem: redução do tamanho dos grãos para liberação do mineral; a classificação e concentração: separação seletiva das partículas de minério e partículas de minerais de ganga (impurezas), através da presença de água e dos processos de densidade, forma, condutividade, magnetismo, superfície e cor;
os espessamento, filtragem e secagem: redução do volume de água e obtenção das partículas com elevado teor de sólidos.
Separação da Lavra Estéril Minério Disposição final em pilha de Estéril Britagem Moagem Peneiramento Rejeito Concentrado Classificação Concentração Rejeitos: Finos e Granulares Espessamento Filtragem Secagem Produto Final Figura 2.2 Fluxograma do processo de beneficiamento do minério de ferro.
No processo de mineração de ferro surgem subprodutos com baixo ou sem valor econômico, tais como os estéreis na operação da lavra e os rejeitos finos e granulares na separação e concentração de partículas de ferro (Silva, 2010). Os rejeitos gerados dependem do tipo do minério e do método utilizado no beneficiamento (Kuranchie, 2015). O rejeito de minério de ferro avaliado no presente estudo corresponde ao rejeito fino obtido na etapa de concentração.
O Brasil é o segundo maior produtor mundial de minério de ferro. Atualmente o ferro ocupa o primeiro lugar na lista dos minerais exportados em território brasileiro. Em 2014, a produção de minério de ferro foi de 400 milhões de toneladas, com um percentual de participação de 55%, em relação ao total das exportações de minério do Brasil, conforme dados da diretoria de planejamento e desenvolvimento da mineração (IBRAM de 2015). A Figura 2.3 apresenta um panorama dos principais minérios exportados pelo Brasil em 2016 segundo a Diretoria Nacional de Planejamento e desenvolvimento da Mineração DNPM.
Na Figura 2.3 destaca-se o beneficiamento do ferro totalizando mais de 55% em relação aos outros minérios exportados. Em comparação com outros minérios, o minério de ferro também se sobressai na produção de rejeitos, sendo que de cada 10 toneladas de minério produzido são geradas cerca de 8,8 toneladas de rejeitos resultantes do seu beneficiamento e em termos volumétricos o volume de rejeito também supera o do minério extraído. O IBRAM estima a quantidade relativa deste rejeito em 41,38% do volume total produzido no Brasil entre 2010 e 2030.
Dantas (2015) caracterizou quimicamente o rejeito de minério de ferro por meio da análise de raios X por fluorescência FRX para obter os percentuais de óxidos no resíduo. A Tabela 2.2 apresenta a caraterização de óxidos do rejeito de minério de ferro da mina Bonito no estado do Rio Grande do Norte. A análise química da amostra apresentou teores médios de 80% de óxido de ferro, 10,8% de dióxido de sílica e 8,3% de óxido de alumínio. O alto valor da densidades real dos grãos e presença do ferro no rejeito de minério de ferro é atribuída à presença da hematita (Carrasco et al., 2017).
Nery et al., (2017) estudaram o rejeito de minério de ferro do estado de Minas Gerais obtendo a composição química por meio da análise XRF de 63.9% de dióxido de silício, 35% de óxido de ferro e 1.2% de óxido de alumínio. A análises de difração de raios X indicam a presença de quartzo, hematita e caulinita em maior concentração. Os resultados indicam que as partículas finas de rejeito não são tóxicos e apresentam estrutura cristalina estável, inerte, sem presença de substâncias deletérias ou expansivas. Os elevados teores de óxido de ferro e sílica indicam o desenvolvimento de propriedades pozolânicas em partículas de tamanho muito fino (Carrasco et al., 2017).
Tabela 2.2 Caraterísticas dos óxidos presentes no rejeito de minério de ferro. Composto
químico Aparência Formula
Massa especifica (g/cm³) Massa molar (g/mol) Ponto de fusão (°C) Estrutura Percentual médio (%)* Óxido de ferro III
ou óxido férrico - Hematita
Vermelho-
castanho solido Fe2O3 5,242 159,69 1566 Romboédrica 80,0 Dióxido de silício ou sílica Substância em forma de pó branco SiO2 2,200 60,07 1713 Tetraedro 10,8
Óxido de Alumínio Solido branco AL2O3 3,940 101,96 2072 Octaedro 8,3
Óxido de
manganês Verde cristalino MnO 5,450 70,94 1650 Cubica 0,8 Pentóxido de fosforo Pó branco muito deliquescente odor pungente P2O5 2,390 283,89 340 Polimorfa 0,2
Uma possibilidade de disposição dos rejeitos do beneficiamento de minério de ferro é o uso dos mesmos no preenchimento de cavas de minerações já exauridas ou abandonadas, pilhas controladas ou barragens de rejeitos (Campanha, 2011; Guerra, 2014). Em longo prazo é exigido um espaço cada vez maior para a estocagem em regiões próximas a grandes centros urbanos, cuja disponibilidade de áreas é cada vez mais escassa. Além dos impactos ambientais associados à barragens de rejeitos, os riscos de catástrofes, como o rompimento repentino das mesmas, vem despertando preocupação dos órgãos ambientais (Andradre et al., 2016). Em contrapartida, pode- se dizer que a grande maioria dos acidentes acontece com depósitos com predominância de líquidos e não de sólidos. Um depósito com maior teor de sólidos é geralmente mais fácil de administrar, evitando possíveis acidentes.
Hoje, no Brasil, a construção de barragens de rejeitos é o método mais utilizado para a disposição dos rejeitos de mineração, o que não significa ser também o mais seguro e apropriado para o meio ambiente. Assim, o alto risco de um acidente ambiental provocado pelo rompimento de uma barragem, aliado ao prejuízo que isso pode trazer para a empresa e aos riscos de contaminação do solo e das águas de subsuperfície, certamente compensa um investimento a ser feito em métodos alternativos de disposição. Desta forma, os métodos que atenderão plenamente o futuro florescerão de investimentos no desenvolvimento de técnicas de aproveitamento econômico desses rejeitos de modo a garantir a sustentabilidade ambiental.
Pesquisas têm vislumbrado a utilização do rejeito de minério de ferro nas atividades decorrentes da engenharia civil, aplicando rejeitos do beneficiamento de minério de ferro em materiais granulares e coesivos para camadas de base e sub-base de estruturas de pavimentos, tanto a nível de laboratório (Fernandes, 2005; Dantas, 2015) como em trechos experimentais (Saraiva, 2006). Guerra (2014) utilizou o rejeito de minério de ferro pellet feed, como material fíler na produção de blocos intertravados, substituindo proporções de 5% e 10% do cimento, obtendo maiores valores da resistência característica à compressão em comparação com o concreto convencional, indicando potencial cimentante nos blocos de concreto. Da mesma forma, encontra- se pesquisas estudando o efeito cimentante em razão da substituição da fração miúda de agregados para concretos por rejeito de minério de ferro sínter feed, obtendo valores similares de resistência em comparação aos materiais convencionais (Costa, 2009; Yi et al., 2009; Bertocini, et al., 2012; Huang et al., 2013 Apud Guerra, 2014)
Nery et al., (2017) recomendam a utilização do rejeito de minério de ferro como material de enchimento e na forma de agregados finos na utilização de compósitos a base de cimento. No concreto de cimento portland, o rejeito de minério de ferro contribui para o enchimento de vazios
e surgimento de reações pozolânicas pelas reações químicas entre os hidróxidos de cálcio no cimento e a sílica do rejeito, aumentando a coesão entre as partículas e consequentemente a resistência à tração (Carrasco et al., 2017).
Silva (2010) utilizou rejeitos de minério de ferro como fíler em misturas asfálticas, avaliando o desempenho mecânico por meio de ensaios de laboratório. Ao incorporar material de minério de ferro em forma de fíler às misturas asfálticas, o autor observou diminuição da rigidez e queda nos valores do módulo de resiliência, assim como também, diminuição nas deformações plásticas, avaliadas por meio do ensaio de creep estático em comparação a uma mistura asfáltica convencional. Entretanto, ainda não se tem conhecimento de resultados de pesquisas utilizando o rejeito como fíler modificador do ligante asfáltico com fins de pavimentação rodoviária