MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de Engenharia de Minas
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral – PPGEM
DISPOSIÇÃO DE ESTÉRIL EM CAVA - UM ESTUDO DE CASO
LUCIANA RODRIGUES DE FARIA
Ouro Preto/MG Outubro de 2016
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto
Departamento de Engenharia de Minas
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral – PPGEM
DISPOSIÇÃO DE ESTÉRIL EM CAVA - UM ESTUDO DE CASO
Autora: LUCIANA RODRIGUES DE FARIA
Orientador: Prof. Dr. ADILSON CURI
Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação do Departamento de Engenharia de Minas da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mineral.
Área de concentração:
Lavra de Minas
Ouro Preto/MG Outubro de 2016
Catalogação: www.sisbin.ufop.br
F224d Faria, Luciana Rodrigues de .
Disposição de estéril em cava [manuscrito]: um estudo de caso / Luciana Rodrigues de Faria. - 2016.
102f.: il.: color; grafs; tabs. Orientador: Prof. Dr. Adilson Curi.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Universidade Federal de Ouro Preto. Departamento de Engenharia de Minas. Pós Graduação em Engenharia Mineral.
Área de Concentração: Lavra de minas.
1. Mina a céu aberto. 2. Impacto ambiental. 3. Lavra a céu aberto
-Sequenciamento. 4. Lavra a céu aberto - Disposição de estéril. I. Curi, Adilson. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Titulo.
iv
AGRADECIMENTOS
Neste espaço gostaria de agradecer a todos que contribuíram para a realização deste trabalho, em especial:
Ao PPGEM pela oportunidade de estudo e à CAPES, pela bolsa concedida;
Aos professores do Departamento de Engenharia de Minas da UFOP e aos colegas de curso, pelas ótimas aulas e discussões;
Ao professor Adilson Curi, pelas ideias e orientação;
Aos meus colegas do Instituto Tecnológico Vale, Germán, Luciano, Leandro, Paulo, Gustavo e Taís, que me ajudaram com tantas revisões e ideias;
À minha família, pelo incentivo e apoio;
v
RESUMO
A atividade da mineração é a base para o desenvolvimento social e econômico da sociedade, mas, apesar de sua importância, é um setor sempre lembrado pelos problemas com as questões ambientais. Desta maneira, este trabalho busca a conciliação entre o conceito de sustentabilidade ambiental e a mineração, com o uso consciente e sustentável da natureza. Esta dissertação pretende discutir a inclusão de parâmetros ambientais na atividade de lavra, aliando o aspecto técnico ao ambiental, através da avaliação da disposição de estéril dentro da cava simultaneamente à lavra, método este que aqui será chamado “Sequenciamento Verde”. Com os resultados obtidos, foi possível a análise desta metodologia em três diferentes vertentes: comparação econômica entre o método tradicional e o proposto, possíveis ganhos ambientais e possibilidade de esterilização de reservas.
Palavras-chave: mina a céu aberto, impacto ambiental, sequenciamento de lavra,
vi
ABSTRACT
The mining sector is the basis for social and economic development in the society. Despite its importance, it is an industrial sector always associated to environmental problems. Thus, this study aims to conciliate the concept of environmental sustainability and mining operations with the conscious and sustainable use of nature. It intends to discuss the inclusion of environmental parameters in the mine scheduling activity combining the technical aspects to the environmental assessment through the waste disposal in the pit during the mining operations. This methodology will be called "Sequenciamento Verde". With the obtained results, it was possible to analyze this methodology in three different aspects: economic comparison between the traditional method and the proposed method, potential environmental gains and possibility of preclude the remaining reserves.
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Processo de suprimento mineral ... 5
Figura 2: A mineração e o mercado consumidor ... 6
Figura 3: Fases de um projeto de mineração e a capacidade de influência nos custos ... 7
Figura 4: Classificação de recursos e reservas ... 8
Figura 5: Bloco representando o domínio total e domínio total discretizado em blocos menores. ... 9
Figura 6: Modelo de blocos conceitual ... 11
Figura 7: Fluxograma do algoritmo dos cones flutuantes ... 14
Figura 8: Seção vertical do modelo de blocos ... 15
Figura 9: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (1,4) ... 15
Figura 10: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (2,4) ... 16
Figura 11: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (3,4) ... 16
Figura 12: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (3,3) ... 17
Figura 13: Configuração final da cava pelo método dos cones flutuantes ... 17
Figura 14: Matriz de blocos econômicos ... 18
Figura 15: Acumulação dos valores dos blocos ... 19
Figura 16: Aplicação da fórmula do algoritmo de Lerchs & Grossman ... 19
Figura 17: Configuração final da cava pelo algoritmo de Lerchs & Grossman ... 20
Figura 18: Exemplo de sequencia de lavra ... 22
Figura 19: Sequência de lavra por cavas aninhadas ... 23
viii
Figura 21: Drenos no formato espinha de peixe ... 26
Figura 22: Dreno de fundo ... 27
Figura 23: Tipos de sistemas de drenagem ... 28
Figura 24: Método descendente de construção de pilha de estéril ... 29
Figura 25: Método ascendente de construção de pilha de estéril ... 29
Figura 26: Tipos de pilhas de estéril ... 30
Figura 27: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, ao início das atividades de lavra. ... 33
Figura 28: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, no meio da vida da mina. ... 34
Figura 29: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, ao final das atividades de lavra. ... 34
Figura 30: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, ao início das atividades de lavra. .. 35
Figura 31: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, no meio da vida da mina. ... 35
Figura 32: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, ao final das atividades de lavra. ... 36
Figura 33: Planejamento para o fechamento ... 38
Figura 34: Fluxograma das etapas do trabalho ... 39
Figura 35: Minerais estratégicos no contexto do Brasil ... 42
Figura 36: Gráfico das curvas de parametrização ... 43
Figura 37: Gráfico do relatório do VPL – escolha da cava ótima ... 45
Figura 38: Cava matemática ótima ... 45
Figura 39: Cava operacional ... 46
Figura 40: Comparação da aderência entre cava matemática e cava operacional... 47
ix
Figura 42: Seção longitudinal da comparação cava matemática x cava operacional ... 48
Figura 43: Pilha de estéril gerada para o sequenciamento convencional ... 50
Figura 44: Ano 12 – exaustão de uma porção da cava ... 50
Figura 45: Cava e pilha de estéril até o ano 12 ... 51
Figura 46: Cava e pilha de estéril até o ano 14 ... 52
Figura 47: Cava e pilha de estéril até o ano 15 ... 52
Figura 48: Pilhas de estéril geradas para o Sequenciamento Verde ... 55
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Abordagens para o planejamento da cava final ... 13
Tabela 2: Casos de disposição de resíduos em cava ... 32
Tabela 3: Dados para otimização da cava ... 44
Tabela 4: Aderência entre cavas matemática e operacional ... 48
Tabela 5: Configurações da pilha de estéril do Sequenciamento Convencional ... 49
Tabela 6: Resultados incrementais obtidos no Sequenciamento Verde ... 54
Tabela 7: Configurações da pilha de estéril do Sequenciamento Verde ... 55
xi
APÊNDICES
Apêndice 1: Pushbacks gerados pelo software para o sequenciamento convencional no estudo de caso de uma mina de potássio ... 67 Apêndice 2: Sequenciamento convencional ano a ano gerado pelo software no estudo de caso de uma mina de potássio ... 70 Apêndice 3: Resultados acumulados ao longo dos anos para VPL e tonelagens de minério e estéril obtidos no sequenciamento convencional ... 77 Apêndice 4: Pushbacks gerados pelo software para o Sequenciamento Verde no estudo de caso de uma mina de potássio ... 78 Apêndice 5: Sequenciamento Verde ano a ano gerado pelo software no estudo de caso de uma mina de potássio ... 80 Apêndice 6: Resultados acumulados ao longo dos anos para VPL e tonelagens de minério e estéril obtidos no Sequenciamento Verde ... 87
xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
CAPES – Coordenação de Aperfeiçoamento Pessoal de Nível Superior CAPEX – Capital Expenditure (Despesas de Investimento)
DMT – Distância Média de Transporte
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineração
K2O – Óxido de Potássio
LG - Lerchs-Grossmann (algoritmo de Lerchs-Grossmann) NBR – Norma Brasileira
OPEX – Operational Expenditure (Despesas operacionais) PPGEM – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral REM – Relação Estéril-Minério
UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto VEB – Valor Econômico do Bloco
xiii
SUMÁRIO
RESUMO... v
ABSTRACT... vi
LISTA DE FIGURAS………... vii
LISTA DE TABELAS... x
LISTA DE APÊNDICES ... xi
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ... xii
1 INTRODUÇÃO ... 1
1.1 Objetivos ... 3
1.2 Estrutura da Dissertação ... 3
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 5
2.1 Planejamento de Lavra ... 5
2.1.1 Fases de um Projeto de Mineração ... 5
2.1.2 Recursos e Reservas ... 7
2.2 Limites da Lavra ... 9
2.2.1 Modelo de Blocos ... 9
2.2.1.1Valor Econômico dos Blocos ... 11
2.2.2 Abordagens para o Planejamento da Cava ... 12
2.2.3 Método dos Cones Flutuantes ... 13
2.2.4 Algoritmo de Lerchs & Grossman ... 18
2.3 Sequenciamento de Lavra ... 21
2.4 Disposição de Estéril ... 24
2.4.1 Projeto de Pilha de Estéril ... 24
xiv
2.4.1.2Tipos de Pilhas de Estéril ... 29
2.4.2 Disposição em Cava ... 31
2.5 Impactos Ambientais Provocados pela Mineração ... 36
3 METODOLOGIA DO TRABALHO ... 39 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 41 4.1 Estudo de Caso ... 41 4.1.1 Minérios de potássio ... 41 4.2 Dados do projeto ... 43 4.2.1 Reserva ... 43
4.2.2 Modelo de Blocos e Otimização ... 43
4.2.3 Operacionalização da Cava ... 46
4.3 Sequenciamento da Lavra ... 49
5 CONCLUSÕES ... 56
5.1 Conclusões ... 56
5.1.1 Comparação Econômica: Valor Presente Líquido ... 56
5.1.2 Comparação Ambiental ... 57
5.1.3 Esterilização da Reserva ... 59
5.1.4 Considerações finais ... 60
5.2 Recomendações para trabalhos futuros ... 61
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 62
1
1 INTRODUÇÃO
A atividade de mineração é milenar e essencial para o desenvolvimento socioeconômico da sociedade moderna. É um setor da economia de extrema importância, que emprega milhões de pessoas ao redor do mundo e movimenta bilhões de dólares todo ano, tanto de lucros como de investimentos em equipamentos e tecnologias. Atualmente, a indústria da mineração está inserida num mercado global e competitivo, que força as empresas, não só de mineração, mas de todos os segmentos, a melhorar suas práticas, seja no âmbito social, ambiental ou econômico (Mahmoud, 2013).
Há uma grande dificuldade de encontrar depósitos minerais de boa qualidade, acessíveis, com alto teor, grande tonelagem e num país estável econômica e politicamente. As reservas consideradas de qualidade e de fácil acesso já foram achadas em tempos passados, resultando numa dificuldade muito maior para os trabalhos atuais, onde, ao lidar com os problemas citados acima, a empresa esbarra em impasses ambientais e de aderência econômica (Mahmoud, 2013). A grave consequência disto são os problemas ambientais e o aumento dos custos operacionais, que contribuem para reduzir o Valor Presente Líquido – VPL - podendo chegar até a inviabilidade do projeto.
O conceito de sustentabilidade ambiental foi colocado pela primeira vez em 1987 na The World Commission on Environment and Development, da Oxford University Press, e o define da seguinte maneira:
“Habilidade da humanidade em garantir recursos para atender as necessidades do presente sem comprometer a habilidade de gerações futuras em atender suas próprias necessidades.”
É impossível pensar em desenvolvimento da sociedade, qualidade de vida e crescimento econômico sem a utilização de recursos minerais. Desta forma, o conceito de desenvolvimento sustentável conduz ao pensamento que é evidente a importância da conciliação entre a atividade mineral e o uso consciente e sustentável da natureza (Borges, 2009). Há, então, a necessidade da integração de fatores econômicos, sociais e ambientais para a tomada de qualquer decisão. Infelizmente, a mineração continua focando seus trabalhos em considerações técnicas e financeiras, enquanto as questões ambientais e sociais são relegadas ao longo da vida da mina. Ao final das atividades, acabam sendo tratadas sem o devido cuidado, na maioria das vezes mais como medidas mitigadoras dos impactos, e não da
2 solução deles. Hoje em dia, não só o fechamento, mas todas as medidas ambientais que devem ser tomadas ao longo da vida da mina devem ser pensadas junto do planejamento de todo o projeto. Em alguns países, incluindo o Brasil, o direcionamento dado para os aspectos ambientais é mandatório até para o começo das atividades da empresa. Deve-se ter em mente que a maximização do VPL sem considerar o fechamento de mina não é uma maximização real do VPL, pois postergar as questões ambientais é desfavorável para a empresa, que arcará com custos muito maiores no futuro (Mahmoud, 2013).
Diante do exposto, esta dissertação abre espaço para a discussão da inclusão de parâmetros ambientais nas atividades da mineração, mais especificamente no planejamento da lavra, através de uma metodologia aqui denominada “Sequenciamento Verde”, empenhando-se para aliar o aspecto técnico ao ambiental.
Atualmente, ao se enxergar um projeto de lavra, percebe-se como ele é um projeto integrado, onde se deve levar em consideração a cava final, o sequenciamento de lavra, com todas suas questões técnicas e operacionais, a disposição de estéril, a formação dessas pilhas de estéril e as questões ambientais. A abordagem ambiental é de suma importância não só para a empresa, uma vez que as partes interessadas também incluem os trabalhadores, comunidades, governos e acionistas.
As minas com operações a céu aberto movimentam uma grande quantidade de material, dentre eles o estéril, que é depositado em áreas adjacentes à cava, áreas estas que podem ser muito maiores que a própria cava. Além disso, a disposição de estéril também envolve custos de preparação da pilha, transporte, licenciamentos, geotecnia e outros. O sequenciamento de lavra busca a melhor solução para a lucratividade da mina e define sua vida útil e razão de produção, obedecendo às ressalvas geotécnicas e operacionais. Aliando as questões técnicas e operacionais às questões ambientais, já existem alguns estudos sobre a disposição de estéril dentro da própria cava, e esse procedimento tem se tornado uma tendência atual. Assim sendo, este trabalho analisará a possibilidade de dispor o estéril dentro da cava, mas seguindo uma metodologia alternativa, onde a disposição acontece ao mesmo tempo que a lavra. Os ganhos ambientais alcançados com esta metodologia são fáceis de ser imaginados, como a agilidade nos processos de reabilitação, diminuição da área degradada com a pilha de estéril e diminuição da DMT – distância média de transporte. Então, além dos ganhos ambientais, também será analisado o fator econômico, ou seja, se eventualmente o Sequenciamento Verde pode ser atrativo economicamente ou não.
3
1.1 Objetivos
Como descrito no Capítulo 3 – Metodologia do Trabalho - será aplicado sobre um estudo de caso dois sequenciamentos de lavra diferentes. Baseando-se nos resultados destes dois sequenciamentos, será discutido o ganho ambiental que a metodologia traz através da não utilização de outras áreas para a disposição do estéril. No quesito financeiro, será examinada a influência que a metodologia acarreta no VPL, com o propósito de investigar se há alterações significativas nos ganhos financeiros da empresa.
O objetivo deste trabalho é, portanto, investigar a metodologia do “Sequenciamento Verde” econômica e ambientalmente. Será analisada, paralelamente, a possibilidade de esterilização da reserva. Portanto, faz-se interessante levantar os prós e contras desta técnica, já que ela pode contribuir positivamente na minimização da pegada ambiental da mineração, mas pode levar a esterilização de uma reserva remanescente.
1.2 Estrutura da Dissertação
Esta dissertação está dividida em seis capítulos, com o intuito de alcançar os objetivos propostos, aplicando a metodologia apresentada e discutindo os resultados obtidos, apresentados da seguinte forma:
Capítulo 1 – Introdução
O primeiro capítulo é composto pela introdução aos assuntos tratados na dissertação, apresentando o problema e definindo os objetivos a serem alcançados.
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica
Apresenta a revisão bibliográfica, abordando itens como: o planejamento de lavra e suas fases; a obtenção dos limites da lavra através de um modelo de blocos e algoritmos de otimização; o sequenciamento de lavra e o projeto de pilha de estéril, explicando questões como os tipos de pilhas e seus métodos construtivos. A revisão bibliográfica é encerrada abordando itens sobre gerenciamento ambiental na mineração, os impactos que a atividade traz para a sociedade e o meio ambiente e exemplos de disposição de estéril e rejeito em cava.
4
Capítulo 3 – Metodologia do Trabalho
Apresenta os métodos propostos para realizar a pesquisa, que incluem a utilização de uma base de dados de tutorial de software de planejamento de lavra e a aplicação de dois sequenciamentos de lavra diferentes, com fins de comparação econômica e ambiental.
Capítulo 4 – Resultados e Discussões
Este capítulo mostra os resultados obtidos através da metodologia proposta, onde o modelo foi analisado de duas maneiras distintas. São apresentados o estudo de caso e os resultados e discussões dos trabalhos realizados, contemplando gráficos e tabelas comparativos de sequenciamento e VPL.
Capítulo 5 – Conclusões
Mostra uma revisão final do trabalho, as conclusões alcançadas através dos resultados obtidos no estudo de caso em questão e recomendações para trabalhos futuros.
5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Planejamento de LavraA lavra compreende todas as etapas necessárias para a extração do bem mineral de forma economicamente viável, segura e sustentável. Para tanto, deve ser feito um planejamento de lavra que vise o melhor aproveitamento dos recursos minerais, recuperando-os de forma organizada e otimizando a quantidade drecuperando-os recursrecuperando-os extraídrecuperando-os em função da maximização do lucro.
2.1.1 Fases de um Projeto de Mineração
A indústria da mineração é, na economia, responsável pelo suprimento de recursos minerais à sociedade. Para tanto, a mineração tem as funções de descobrir, cubar, lavrar, processar e comercializar seus produtos. O setor é estimulado a partir da dupla “potencialidade e necessidade”, como pode ser visto na Figura 1. A potencialidade é a jazida em si, que, junto da demanda desses bens na economia, permite o suprimento mineral (Calaes, 2006).
Figura 1: Processo de suprimento mineral Fonte: Calaes, 2006
O suprimento de minerais tem um caráter dinâmico, intimamente relacionado ao mercado, depleção e avanços tecnológicos, como mostra a Figura 2. O mercado consumidor cria uma demanda por bens minerais, forçando investimentos na prospecção e na exploração mineral. Novos depósitos são descobertos e avaliados, e, se provada sua viabilidade técnica e econômica, são lavrados, processados e vendidos, completando o ciclo. Segundo Calaes (2006), este ritmo de produção motiva esforços constantes na exploração mineral. Depósitos
6 mais “fáceis” de serem encontrados são lavrados primeiramente, levando a um processo contínuo de depleção e, consequentemente, onerando o suprimento mineral ao longo do tempo. Já os avanços tecnológicos estão presentes em todo o ciclo, pois é interessante aperfeiçoar métodos de exploração, técnicas de lavra e processos de beneficiamento a fim de se reduzir os custos das operações, contribuindo ainda para anular os efeitos da depleção.
Figura 2: A mineração e o mercado consumidor Fonte: Hustrulid & Kuchta, 2006
Os processos envolvidos na recuperação de bens minerais são divididos em Prospecção, Exploração, Desenvolvimento, Lavra e Fechamento de Mina, sendo que a Lavra ainda pode ser subdividida em Planejamento, Implementação e Produção, que também possuem suas próprias subfases. É importante destacar também a logística de escoamento dos minérios, que tanto interna como externamente, é um fator que influencia na competitividade do produto.
A Figura 3 mostra que a maior possibilidade relativa de influenciar nos custos de produção acontece na fase de planejamento. Nesta fase, faz-se uma análise detalhada de aspectos técnicos e econômicos, provendo critérios para tomadas de decisão sendo, portanto, a fase mais importante para o sucesso de um empreendimento. A fase de planejamento é dividida em três partes: estudo conceitual, análise de pré-viabilidade econômica (ou estudo preliminar) e estudo de viabilidade econômica.
7
Figura 3: Fases de um projeto de mineração e a capacidade de influência nos custos Fonte: Hustrulid & Kuchta, 2006 - Adaptação
O Estudo Conceitual fornece uma avaliação inicial, buscando ressaltar os principais aspectos de investimento para uma possível mina. Nesta fase, aceitam-se erros de estimação de custos e investimentos na ordem de 30%. Na Análise de Pré-Viabilidade Econômica estabelecem-se conceitos técnicos, qualidade e quantidade do minério, possíveis cronogramas de produção, estimativas de custos de investimento e de operação e o fluxo de caixa do projeto. Se os resultados da análise de pré-viabilidade econômica são satisfatórios, passa-se para a etapa de Estudo de Viabilidade Econômica. Nesta fase prepara-se um estudo detalhado, capaz de levar a uma decisão de investimento (Lee, 1984).
Na fase de Implementação, a possibilidade de influenciar nos custos diminui drasticamente, chegando à zero no final do comissionamento. A implementação se refere às atividades de construção, preparação da mina e da infraestrutura necessária ao projeto e ao comissionamento, onde são feitos testes de operação, a fim de assegurar as exigências para o startup (Lee, 1984). A partir deste ponto, a produção da mina começa, com a planta sendo alimentada pela mina até atingir um regime onde a qualidade e quantidade de produto estão no nível desejado.
2.1.2 Recursos e Reservas
Recurso mineral é a ocorrência de algum mineral de interesse econômico, identificado com base em informações geológicas disponíveis, mas que ainda não foi avaliado economicamente. Quando os recursos minerais são estudados e comprovam viabilidade
8 técnica e econômica, passam a ser chamados de reservas, ou seja, os recursos estão disponíveis para lavra. Avanços tecnológicos e flutuações nos preços das commodities podem tornar antigos recursos em reservas, ou, ao contrário, inviabilizar reservas já definidas (Curi, 2014).
Segundo Hustrulid & Kuchta (2006), recursos e reservas podem ser classificados como mostrado na Figura 4:
Figura 4: Classificação de recursos e reservas Fonte: Hustrulid & Kuchta, 2006 – Adaptação.
O recurso medido possui alto grau de confiança em suas informações, tendo passado por trabalhos de pesquisa mineral bem detalhados e alcançando características geológicas bem definidas, como densidade, tonelagem, forma, profundidade e teor. O recurso indicado possui uma precisão geológica menor, onde suas características são estimadas com um grau de confiança razoável. Já o recurso mineral inferido é baseado em evidências geológicas, onde assume-se a continuidade do corpo mineral, mas com baixo grau de confiança. Reservas provadas e prováveis correspondem às partes economicamente lavráveis dos recursos medidos e indicados, respectivamente.
Desta maneira, pode-se concluir que recursos e reservas relacionam-se de maneira dinâmica: o aumento no grau de conhecimento geológico pode transformar um recurso inferido em recurso medido, à medida que os trabalhos de exploração mineral avançam e fornecem resultados mais pertinentes e conclusivos. Da mesma maneira, um recurso medido pode tornar-se reserva provada se estudos mostrarem que fatores econômicos, técnicos, ambientais e legais são favoráveis e permitem a continuidade do projeto.
9
2.2 Limites da Lavra 2.2.1 Modelo de Blocos
O modelo de blocos é a base para projetos de cava no planejamento da lavra. Essa divisão permite discretizar o domínio que será avaliado por meio de um modelo matemático, transformando o bloco numa pequena porção que o algoritmo do modelo consegue enxergar. O modelo de blocos representará o corpo de minério, armazenando informações que serão utilizadas antes e durante todas as operações de lavra. Além disso, o uso de computadores permite atualizações constantes nos planos de lavra e o tratamento de diversos parâmetros, por meio de análises de sensibilidade.
Para se otimizar uma cava de mineração é necessário um modelo tridimensional do corpo de minério, que é obtido através dos trabalhos de pesquisa mineral. A partir daí um bloco tridimensional, com posição definida de acordo com um sistema de coordenadas, envolve todo o volume do depósito a ser estudado, e é, então, dividido em blocos menores, como mostrado na Figura 5. Cada pequeno bloco é analisado individualmente em função de características geológicas, minerais, metalúrgicas e econômicas, que, juntas, atribuem um valor, ou peso, para cada um deles.
Figura 5: Bloco representando o domínio total e domínio total discretizado em blocos menores.
A forma dos blocos é geralmente igual, com seção horizontal quadrada ou retangular e altura igual à altura do banco de lavra, ou submúltiplo dela. Quanto ao tamanho do bloco, Rudeno (1981) apud Carmo (2001) esclarece que blocos pequenos podem conduzir para uma excessiva suavização e imprecisão do modelo. Blocos maiores conseguem responder a questões sobre a recuperação do minério sem delimitar a posição exata dos teores dentro do bloco, minimizando então os impasses associados com a estimação vinda dos blocos pequenos.
10 A principal função do modelo de blocos é ajudar na definição dos limites finais da cava. O trabalho começa diferenciando-se a reserva geológica da reserva recuperável, ou lavrável. Segundo Carmo (2001), a reserva geológica corresponde à totalidade do depósito, sem se considerar quaisquer aspectos técnicos ou econômicos. A reserva lavrável refere-se à parte do depósito que pode ser extraída com lucro. Não se pode pensar em aproveitar a totalidade do depósito, desprezando-se os aspectos econômicos, pois essa alternativa não se preocupa em maximizar os lucros, e pode até levar a prejuízos financeiros. A alternativa de aproveitar exclusivamente as partes ricas do depósito (lavra seletiva) também deve ser descartada, pois traz falsos resultados positivos, uma vez que, novamente, não há a preocupação em maximizar os lucros. Além disso, a lavra seletiva não é ambientalmente sustentável, uma vez que pode inviabilizar a reserva remanescente (Costa, 1979 apud Carmo, 2001).
Posto isto, deve-se buscar uma solução intermediária para o aproveitamento do minério, que será alcançada a partir da análise computacional do modelo de blocos. Segundo Peroni (2002), algoritmos de otimização analisam o modelo de blocos e definem um projeto cuja configuração resultante apresente:
1. máxima lucratividade; 2. maior valor presente líquido;
3. maior aproveitamento dos recursos minerais.
A Figura 6 apresenta um exemplo de modelo de blocos conceitual, onde alguns blocos já foram extraídos.
11
Figura 6: Modelo de blocos conceitual Fonte: Crawford & Davey, 1979
Finalizando, pode-se dizer que os limites finais da cava buscam não só maximizar o lucro. Além disso, também definem tamanho e forma da cava ao final da sua vida útil, a extensão das reservas lavráveis e a quantidade de estéril que será removido ao longo das atividades. Delimitam a fronteira até onde o depósito é economicamente viável, dentro da qual estruturas do empreendimento, como pilhas de estéril, barragens de rejeito e plantas de beneficiamento não podem ser construídas.
2.2.1.1 Valor Econômico dos Blocos
Um dos desafios do projeto da cava é encontrar um conjunto de blocos que fornecerá o máximo valor possível, levando em consideração as restrições impostas. Desta maneira, o valor econômico de um bloco (VEB) é de suma importância, e pode ser calculado como na Equação 1:
12 onde,
1. Receita (R) = valor da porção recuperável e vendável do bloco;
2. Custos Diretos (CD) = custos que podem ser atribuídos diretamente ao bloco, como custos de perfuração, desmonte, carregamento e transporte etc.
O valor econômico do bloco – VEB – não leva em consideração o lucro ou o prejuízo, pois podem acontecer casos de blocos de estéril que, por não apresentarem receita, possuem VEB negativo, blocos de minérios ou blocos com ambos, onde o VEB pode ser menor, igual ou maior que zero decorrente da qualidade e quantidade de minério contido nele (Carmo, 2001). Para atingir os valores de lucro ou prejuízo (Equação 2), devem-se considerar também os custos indiretos:
3. Custos Indiretos (CI) = custos que não podem ser atribuídos individualmente a cada bloco. São custos dependentes com o tempo, como salários, depreciação de equipamentos etc.
Lucro (ou prejuízo) = ∑ (VEB) – CI (2) Deste modo, qualquer critério de otimização escolhido para o planejamento da cava final deve obedecer à Equação 3:
Máximo Z = ∑ (VEB)j (3) Vale ressaltar que este máximo está sujeito a restrições de estabilidade de taludes e das operações da lavra.
2.2.2 Abordagens para o Planejamento da Cava
O primeiro passo para o planejamento da produção é a concepção de um projeto de cava final. A Tabela 1, adaptada de Wright (1990), mostra diversos tipos de abordagem para o planejamento da cava final, seus autores e períodos de lançamento. A escolha de um método em particular depende da familiaridade com o modelo, assim como a disponibilidade de informações exigidas por ele. A Tabela 1 mostra que as técnicas mais empregadas são a simulação e a programação dinâmica, que serão explicadas mais adiante através dos métodos dos cones flutuantes e do algoritmo de Lerchs & Grossman.
13 Tabela 1: Abordagens para o planejamento da cava final
Fonte: Wright, 1990 Métodos básicos Autor Ma nua l S im ulaç ão P rogr amaç ão li ne ar P rogr amaç ão dinâmica Te oria de Gr afos P ara metr iz aç ão Axelson (1964) X
Lerchs & Grossman (1965) X X
Pana (1966) X
Meyer (1966) X
Erikson (1968) X
Fairfield & Leigh (1969) X
Johnson & Sharp (1971) X
Francois-Bongarçon &
Marechal (1976) X
Lee & Kim (1979) X
Koenigsberg (1982) X
Wilke & Wright (1984) X
Shenggui & Starfield (1985) X
Wright (1987) X
2.2.3 Método dos Cones Flutuantes
O método dos cones flutuantes (Pana & Carlson, 1966; Lemmieux, 1979) busca o contorno final ótimo do depósito de uma maneira simples e fácil, utilizando basicamente dois parâmetros: o modelo econômico de blocos e as restrições físicas e geomecânicas, através do ângulo final do talude.
Um cone é definido no espaço com ápex voltado para baixo e arestas com inclinação de α graus, inclinação esta correspondente ao ângulo final do talude. Este cone faz uma varredura bloco a bloco, calculando a somatória do valor econômico dos blocos, ∑VEB,
14 localizados dentro do cone. É um método de tentativas, e quando a avaliação é positiva, ou seja, o valor de um bloco consegue pagar a retirada dele mesmo e do material imediatamente acima, os blocos contidos no cone são lavrados (Lemmieux, 1979). Se a avaliação é negativa, os blocos são deixados e a análise prossegue, até que os cones economicamente lavráveis acabem. A cava final é alcançada a partir da interseção de todos os cones de valor econômico positivo. A Figura 7 mostra o princípio de funcionamento do método dos cones flutuantes.
Figura 7: Fluxograma do algoritmo dos cones flutuantes Fonte: Wright, 1990 - Adaptação
O exemplo a seguir ilustra a aplicação do método dos cones flutuantes:
Toma-se uma seção vertical do modelo de blocos, como mostrado na Figura 8. A seção tem 5 linhas (i) e 10 colunas (j). A análise começa na linha 1 e coluna 1, fazendo uma varredura até encontrar um bloco positivo, neste caso o bloco (1,4), de valor 3. Este bloco é lavrado e o valor acumulado da cava é 3. A seção passa a ter a configuração da Figura 9.
15
Figura 8: Seção vertical do modelo de blocos Fonte: Carvalho, 2009
Figura 9: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (1,4) Fonte: Carvalho, 2009
Acabados os blocos positivos na linha 1, o cone segue para a linha 2, onde o bloco (2,2) tem valor igual a 1. Para se lavrar este bloco, é necessária a lavra dos blocos acima dele, (1,1), (1,2) e (1,3). Como a somatória deste cone é -4, o cone é considerado fraco e não é lavrado. Segue-se pela linha até o bloco (2,4), de valor igual a 7. Acrescenta-se ao cone somente os blocos (1,3) e (1,5), pois o (1,4) já foi considerado anteriormente. O cone é lavrado, a cava apresenta valor parcial igual a 5 e toma a configuração da Figura 10.
Na Figura 11, retoma-se a varredura do cone flutuante, que encontra o bloco (3,3), que, apesar de positivo, tem cone com valor -1, portanto inviável. O próximo bloco positivo é o (3,4), de valor 8. Este novo cone tem valor 2, que, acumulado com o cone anterior passará a
16 valer 7. A lavra dos blocos (3,5) e (3,7) não é possível, pois seus cones tem valores negativos em 1 e 5, respectivamente.
Figura 10: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (2,4) Fonte: Carvalho, 2009
Figura 11: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (3,4) Fonte: Carvalho, 2009
Após cada atualização na geometria é importante reavaliar blocos positivos que anteriormente não foram considerados viáveis. É o caso do bloco (3,3), que passa a ser viável depois da lavra do bloco (3,4), resultando numa cava de valor 8 e geometria como na Figura 12.
17
Figura 12: Configuração parcial da cava, lavra do bloco (3,3) Fonte: Carvalho, 2009
Os blocos positivos das linhas 4 e 5 resultam em cones fracos. Dessa maneira, a cava final seria a da Figura 12, com valor 8. Ocorre que o método apresenta imperfeições ligadas à combinação dos blocos. Os blocos (5,4) e (5,5), quando analisados individualmente, apresentaram valores negativos para seus cones, mas quando são analisados em conjunto, geram um cone positivo de valor 1, que deve ser incluído na cava final, resultando em uma cava com valor 9, como visto na Figura 13. Dessa maneira, concluímos que o método possui falhas e não pode garantir que a cava ótima será encontrada (Dowd & Onur, 1992 apud Peroni, 2002). A ordem como a varredura dos blocos ocorre pode influenciar nessa busca.
Figura 13: Configuração final da cava pelo método dos cones flutuantes Fonte: Carvalho, 2009
18
2.2.4 Algoritmo de Lerchs & Grossman
Lerchs e Grossman publicaram em 1965 um algoritmo de otimização bidimensional de cavas usando conceitos de Programação Dinâmica.
O método trabalha com uma matriz (i, j) de blocos econômicos, conforme a Figura 14 (mesma matriz da Figura 8), com i representando a linha e j representando a coluna onde um determinado bloco está fixado. Para cada bloco é atribuído seu respectivo VEB. O próximo passo, Figura 15, difere da matriz anterior ao inserir uma linha (i=0) somente com valores iguais a 0 e calcular o valor acumulado Mij para cada coluna da matriz:
Mij = ∑ mkj (com k de 1 a i), (4)
onde,
Mij = benefício obtido com a extração de uma coluna da sessão;
mkj = valor atual do bloco.
Figura 14: Matriz de blocos econômicos Fonte: Carvalho, 2009
19
Figura 15: Acumulação dos valores dos blocos Fonte: Carvalho, 2009
O passo seguinte consiste em somar o valor do bloco com o bloco adjacente à esquerda que tenha o maior valor, segundo a Equação 5:
Pij = Mij + Máx. P i-1,j-1 (5)
P i,j-1
P i+1,j-1
A Figura 16 ilustra a aplicação da Equação 5:
Figura 16: Aplicação da fórmula do algoritmo de Lerchs & Grossman Fonte: Carvalho, 2009
20 Todos os blocos devem ser atualizados com novos valores seguindo este modelo. Uma seta pode ser desenhada no sentido do bloco original para o bloco de maior valor, para ajudar na visualização da configuração final da cava.
Finalmente, a matriz da Figura 17 define o limite da cava com o maior valor possível. Observa-se que a configuração final da cava obtida com o algoritmo de Lerchs & Grossmann coincide com a Figura 13, a cava final obtida pelo método dos cones flutuantes, ou seja, os dois métodos apresentaram a mesma cava final.
Figura 17: Configuração final da cava pelo algoritmo de Lerchs & Grossman Fonte: Carvalho, 2009
O exemplo acima tem relação 1:1 nos ângulos de talude, o que nem sempre acontecerá. De acordo com Carmo (2001), o processo de otimização está ligado à escolha do ângulo de talude e mudanças nos ângulos implicam em modificações na maneira de combinar os blocos. Como exemplo, toma-se uma cava com a relação vertical/horizontal de 2:1, que seguirá uma relação um pouco modificada, mostrada na Equação 6:
Pij = Mij + Máx P i-2, j-1 (6)
P i-1, j-1
P i, j-1
P i+1, j-1
21
2.3 Sequenciamento de Lavra
O planejamento da cava é uma das mais importantes funções do engenheiro no desenvolvimento de um projeto de mineração. Para a evolução deste projeto, consideram os seguintes fatores: naturais (condições geológicas e geotécnicas, tipos e características de minérios, topografia, etc.); econômicos (teor e tonelagem, teor de corte, CAPEX e OPEX, condições do mercado, razão de produção, etc.); e tecnológicos (tecnologia disponível, equipamentos e aspectos geométricos de operacionalização da cava). Anteriormente, no item 2.2, foi levantada a importância da definição do limite da cava, uma vez que todas as decisões de projeto serão fundamentadas nesse limite. Porém, esta geometria ótima da cava não leva em consideração o seu progresso ao longo do tempo. Existem inúmeras maneiras de se lavrar os recursos para alcançar os limites da cava, que podem orientar a diversos resultados técnicos e econômicos (Flores, 2008). Desta maneira, também deve ser dada atenção à elaboração de uma sequência ótima da lavra e ao sequenciamento de produção ao longo da vida da mina.
Planos de lavra podem ser de curto, médio e longo prazo, diferenciando-se no grau de detalhamento. Presume-se, por exemplo, que planos com prazos menores apresentem maior grau de acuracidade e confiança em suas estimativas. Planos de longo prazo têm como objetivo definir os limites da cava, podendo passar por atualizações ao longo do tempo, com o objetivo de adequar-se a novas situações, como mudanças na economia, melhoria no conhecimento da reserva e aperfeiçoamento de tecnologias de mineração. O planejamento de médio prazo diz respeito à escala e à sequência de produção. São estabelecidos equipamentos e sistemas de operação que atendam a produção dentro dos critérios ótimos de produtividade e os compromissos de produção da empresa. A programação de produção tem objetivo de maximizar o Valor Presente Líquido – VPL – e o retorno do investimento através da lavra, beneficiamento e venda do produto mineral. Já o planejamento de curto prazo tem finalidade de guiar as atividades de lavra para um período curto, na casa dos semestres, trimestres, meses, semanas, podendo chegar até mesmo ao planejamento diário. Tem como objetivo determinar áreas de lavra e desenvolvimento no curto prazo que gere o maior fluxo de caixa, mas respeitando o conceito econômico e geométrico da cava ótima, através de um conjunto de sequências ótimas de expansão que levem à exaustão da reserva lavrável.
Por sequenciamento de lavra entende-se especificar a sequência na qual os blocos devem ser lavrados, garantindo a geometria de desenvolvimento da cava, de maneira a se alcançar o maior retorno econômico possível, ou seja, a melhor sequência de lavra é aquela
22 que maximiza o VPL de maneira prática e operacional. Peroni (2002) comenta que dentro do sequenciamento de lavra, além da sequência de extração dos blocos, define-se a vida útil da mina a partir da razão de produção e projetam-se os avanços operacionais, ou pushbacks. Ainda segundo o autor, citando Seymor (1995), técnicas de pesquisa operacional auxiliam o engenheiro de minas a suprimir rapidamente as alternativas menos atrativas, concentrando seus esforços nas opções mais rentáveis a médio e longo prazo. A Figura 18 exibe uma sequência de lavra, cuja melhor relação custo benefício vai de A a G.
Figura 18: Exemplo de sequencia de lavra Fonte: Mathieson, 1982 - Adaptação
A extração ordenada dos blocos está vinculada a restrições técnicas e econômicas, como ângulos seguros para os taludes, espaço razoável para a operação e manobra de equipamentos, assim como a quantidade máxima de bancos que devem ser lavrados simultaneamente (Pegman et al., 1996, apud Amaral, 2008). Goodwin et al. (2005) colocam como restrições econômicas fatores como a capacidade da planta de beneficiamento, o limite máximo de contaminantes no produto para controle de qualidade e a oscilação do preço do minério ao longo do tempo.
Existem várias técnicas que tratam da programação da produção, entre elas os Métodos Paramétricos, Programação Linear, Programação Dinâmica e Heurística. Entretanto, todas elas esbarram em impasses como: não conseguir atender todas as restrições do
23 problema, oferecer somente soluções sub-ótimas e sem parâmetros de qualidade, e satisfazem melhor os problemas de pequeno porte (Flores, 2008). Alguns destes métodos usam cavas aninhadas (nested pits), ilustrada na Figura 19, que retiram os blocos através de uma sucessão de lavra de pequenas cavas que podem ser caracterizadas pelos diferentes teores de corte. Outra maneira consiste em avanços na cava pela lavra de conjunto de blocos, como mostrado na Figura 20.
Figura 19: Sequência de lavra por cavas aninhadas Fonte: Hustrulid & Kuchta, 2006.
Figura 20: Avanços pela retirada de conjunto de blocos Fonte: Mathieson, 1982 - Adaptação
24
2.4 Disposição de Estéril 2.4.1 Projeto de Pilha de Estéril
Robertson et al. (1985), citados por Aragão (2008), definem estéril como um material natural constituído por um ou mais minerais, desprovido de valor econômico, mas que necessariamente precisa ser retirado, com o objetivo de liberar o minério. A movimentação deste material pode ter um caráter negativo no desenvolvimento da mina, com consequências de ordem econômica, de segurança e ambiental, devido aos grandes volumes movimentados nas operações mineiras, disponibilidade de áreas adequadas para a disposição de estéril e às imposições dos órgãos reguladores (Aragão, 2008).
Robertson et al. (1985), Vandre (1985) e Wahler (1979), todos citados por Aragão (2008), comentam que a partir do final da década de 70 e início da década de 1980 novos projetos de disposição de estéril começaram a ser planejados, tratando de maneira controlada o projeto, a construção, a operação e a reabilitação das estruturas finais. Antigamente, os estéreis eram dispostos em bota-fora de forma desordenada, sem maiores preocupações ambientais, de estabilidade ou operacionalidade. Nos dias de hoje, não só as exigências ambientais, como também questões sociais e de segurança tornam o trabalho mais rigoroso.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT – especifica em sua NBR 13029 de 2006 as condições mínimas para a elaboração do projeto de disposição de estéril em pilha na mineração, sendo do planejamento de longo prazo a atribuição de elaborar tanto o projeto de pilha de estéril quanto seu sequenciamento no decorrer das atividades de lavra. Alguns aspectos devem ser analisados para que se siga uma abordagem adequada sobre a disposição do material: definição das necessidades do sistema, estudos de impacto ambiental, estudos geológicos e geotécnicos, estudos hidrológicos (regime hidrológico, cheias máximas prováveis, dimensionamento da drenagem superficial), projeto da pilha (geometria, acessos de construção e manutenção, drenagens interna e superficial, análise de estabilidade de taludes) e planos de desativação (Peroni, 2008; Curi, 2014).
A elaboração do projeto de pilha começa com uma estimação de volumes e tipos de estéril que serão empilhados. A quantidade de estéril gerada pode ser estimada durante o planejamento de longo prazo, a partir da cava operacional e deve considerar possíveis mudanças nos cenários econômicos. Uma pilha de minério marginal, também chamado de estéril temporário, deve ser preferencialmente posicionada próximo à usina de tratamento,
25 para reduzir a distância de transporte em caso de uma eventual retomada. Quanto ao tipo, o estéril pode ser analisado a partir da distribuição granulométrica e da caracterização geoquímica. A distribuição granulométrica interfere na escolha do ângulo de estabilização da pilha, enquanto a caracterização geoquímica analisa possíveis alterações que o estéril pode sofrer ao entrar em contato com o ar e água, e os impactos que isso pode acarretar. Com isso, uma boa caracterização geoquímica permite que materiais diferentes sejam gerenciados de forma adequada, minimizando custos de operação e manutenção da pilha (Peroni, 2008).
A pesquisa para a localização da pilha de estéril envolve a obtenção de conhecimento sobre possíveis locais para a acomodação do material, através da análise de elementos relacionados à geologia, topografia, vegetação, hidrologia, clima etc. O ideal seria a disposição do material dentro da própria cava ou o mais próximo possível dela, ou em áreas já degradadas dentro do limite legal do empreendimento. Sobre este ponto, Peroni (2008) comenta o dilema entre a redução do custo de lavra e a imobilização de recursos, uma vez que, por um lado, a proximidade da pilha com a cava reduz custos operacionais, mas por outro, pode acarretar uma possível esterilização de reserva remanescente. O autor lista quatro passos para auxiliar na escolha do local da pilha:
1. Identificação de locais com potencial de receber o estéril, locais estes posicionados fora da área da cava econômica com preço de mercado futuro o mais otimista possível;
2. Ordenar os locais disponíveis de acordo com a capacidade de armazenamento e os custos de transporte por tonelada;
3. Avaliar a viabilidade geotécnica e geológica dos locais com capacidade adequada e menores custos;
4. Estimar os custos de recuperação.
Na perspectiva ambiental, Aragão (2008) explica que deve-se estudar se a área é destinada a parques, reservas ecológicas, se é sítio arqueológico ou histórico, ou se possui nascente de algum rio. Sendo este o caso, a disposição de estéril só ocorre com autorização de órgãos ambientais competentes. Além disso, deve-se descrever os possíveis impactos ambientais, com o objetivo de escolher o local onde estes serão os menores possíveis. Ao final do planejamento, o projeto de pilha de estéril deve conter conhecimentos aprofundados sobre a disposição do material, avaliações das condicionantes ambientais, possíveis impactos
26 ambientais e estratégias para mitigação destes impactos, para que possa então ser avaliado pelos órgãos ambientais competentes, responsáveis pela concessão da licença.
2.4.1.1 Construção da Pilha de Estéril
A construção da pilha de estéril começa com a limpeza da cobertura vegetal, consistindo no desmatamento, destocamento da área e remoção do solo superficial (ABNT, 2006). Se este solo for rico em compostos orgânicos, deve ser armazenado e posteriormente reaproveitado para recobrimento de locais que serão revegetados. A remoção do solo também contribui com a estabilidade, uma vez que esta camada pode funcionar como uma superfície lubrificante entre o terreno da fundação e o material da pilha (Eaton et al., 2005 apud Aragão, 2008; Freitas, 2004).
O próximo passo compreende a execução de serviços de drenagem e desvios de cursos d’água existentes. Aragão (2008) comenta que em áreas com surgência ou solo úmido, os drenos podem ser feitos de pedregulhos e direcionados para uma vala coletora. Já os drenos de fundo podem consistir em colchões ou valas preenchidas com pedregulhos e, em casos de vazões maiores, instalam-se tubos. O conjunto de drenos tem a forma de uma espinha de peixe, onde os drenos mestres são assentados no fundo do talvegue, ilustrado na Figura 21. Em alguns casos, é necessário um tapete drenante no contato com a fundação, aumentando assim a estabilidade, como mostra a Figura 22. Todos os drenos de fundo são conduzidos até o enrrocamento de pé, com o objetivo de evitar erosões e taludes de praia (Freitas, 2004).
Figura 21: Drenos no formato espinha de peixe Fonte: Carvalho, 2009
27
Figura 22: Dreno de fundo Fonte: Freitas, 2004
Aragão (2008), citando McCarter (1990), explica a importância de se controlar a água superficial nas pilhas, cujos objetivos são: impedir a saturação dos taludes, prevenir a infiltração da água dentro da pilha, reduzir a erosão na superfície da pilha e o surgimento de rupturas por fluxo de água. Segundo Freitas (2004), os sistemas de drenagem podem ser internos, superficiais ou periféricos, ilustrados na Figura 23 e explicados a seguir:
Drenagem interna (drenagem de fundo): estruturas drenantes construídas no interior da pilha, orientando o escoamento das águas. Evita que águas subterrâneas ou de infiltrações formem seus próprios caminhos internos provocando instabilização da pilha.
Drenagem superficial: evita o escoamento da água da chuva que cai sobre a pilha em si, com o objetivo de evitar erosões. É feita através de caimentos de 1 a 2% nas praças e 5% nas bermas (em direção ao pé da bancada superior). Dessa forma, a água não escorre pelas faces dos taludes. Canaletas devem ser instaladas, conduzindo a água para pontos de descida. As descidas devem ser executadas com enrrocamentos, a fim de se reduzir a velocidade da água.
Drenagem periférica: tem função de evitar que águas que caiam dentro da área de contribuição e drenagem eventualmente escoem em direção à pilha, evitando que este volume d’água e sua velocidade causem danos à estrutura da pilha.
28
Figura 23: Tipos de sistemas de drenagem Fonte: Freitas, 2004
A pilha pode ser construída de duas maneiras: método ascendente ou método descendente.
O método descendente, mostrado na Figura 24, é feito sem planejamento, como um bota-fora. Neste caso, não existe preparação da fundação da pilha, não há estruturas drenantes e nem compactação do material, ou seja, o método não atende a questões mínimas de segurança, podendo causar escorregamentos e erosão. Além disso, no período chuvoso uma grande quantidade de finos é carreada para cursos d’água localizados a jusante (Carvalho, 2009).
O método ascendente é ilustrado na Figura 25. É o mais adequado, por ter um planejamento, permitindo que seja feito de forma ordenada e controlada e atendendo todos os procedimentos de segurança e estabilidade. Neste método, cada alteamento é suportado pelo
29 anterior, e, desta maneira, qualquer ruptura terá que passar pelo banco de baixo, que vai atuar como apoio para o pé do talude e fornecerá certo confinamento para os solos da fundação. A compactação do material acontece devido ao tráfego dos próprios equipamentos utilizados, contribuindo para a estabilização da pilha. A altura dos bancos varia entre 10 e 15 metros e as bermas devem ter largura de, pelo menos, 6 metros.
Figura 24: Método descendente de construção de pilha de estéril Fonte: Freitas, 2004.
Figura 25: Método ascendente de construção de pilha de estéril Fonte: Freitas, 2004.
2.4.1.2 Tipos de Pilhas de Estéril
De acordo com Aragão (2008), classificar as pilhas contribui para previsões sobre o comportamento interno da pilha e para prevenir que ela seja construída numa potencial área problema. Várias classificações propostas na literatura usam aspectos como a configuração das pilhas ou suas características de fundação para especificá-las em tipos (OSM, 1989; MESA, 1975; USBM, 1982; Taylor & Greenwood, 1981; Wahler, 1979 e BC Mine Waste Rock Pile Research Committee, 1991), como ilustrado na Figura 26.
30
Figura 26: Tipos de pilhas de estéril
Fonte: BC Mine Waste Rock Pile Research Committee, 1991 - adaptação
A Figura 26(a) ilustra o preenchimento em vale, ou Valley Fills, onde ocorre o preenchimento completo ou parcial do vale. A construção da pilha pode ocorrer como num bota-fora, com despejo do material pela encosta, ou de forma ascendente. Como visto anteriormente, o método ascendente demanda mais tempo e planejamento, porém possibilita melhor controle operacional, facilitando a recuperação da área. A Figura 26(b) representa um aterro transversal, ou Cross-Valley Fills, uma variação do Valley Fills. Neste método, a pilha atravessa de um lado a outro do vale e conta com taludes bem estabilizados tanto a montante quanto a jusante. A Figura 26(c) mostra um aterro em encosta, também chamado de Sidehill Fills. Neste caso, o preenchimento ocorre em terreno íngreme e não obstrui cursos de drenagens. O aterro em crista é ilustrado na Figura 26(d) e também pode ser chamado Ridge Crest Fills. Corresponde a uma variação do aterro em encosta, porém neste caso, a disposição do material ocorre dos dois lados da crista do morro. Finalizando, têm-se as pilhas, ou Heaped
31 Fills, como mostrado na Figura 26(e), cujo método consiste em camadas de material estéril com taludes em todos os lados (Peroni, 2008).
2.4.2 Disposição em Cava
Anualmente, bilhões de toneladas de minério são extraídas no mundo. Junto com este material, são também geradas muitas toneladas de resíduos (estéril e rejeito), que podem corresponder entre 1 a 5 vezes o volume de minério lavrado. Diante destes números, percebe-se que o gerenciamento de resíduos é de grande relevância no sucesso do empreendimento mineiro, pois o descarte do estéril e do rejeito são fontes potenciais de contaminação do meio ambiente (Vasconcelos, 2008).
O uso de cavas exauridas para fins de disposição de resíduos é uma prática bem aceita em diversos países do mundo e inclui, além da acomodação de estéreis e rejeitos da mineração, refugos de outras atividades como resíduos de processos industriais e lixos e esgotos municipais (Kuyucak, 1999). Ainda segundo o autor, em alguns países, como o Canadá, órgãos ambientais estimulam a indústria de mineração a conceberem o projeto de cava já considerando a possibilidade de usá-la como meio de disposição de estéril.
Mend (1995) apud Kuyucak (1999) conduziu um estudo que localizou mais de 40 locais pelo mundo onde cavas eram ou ainda são utilizadas para dispor resíduos, como Canadá, Estados Unidos, Austrália e Alemanha. A Tabela 2 mostra alguns destes países, especificando os tipos de minério, de resíduos, de cobertura e a necessidade posterior de monitoramento da área:
32 Tabela 2: Casos de disposição de resíduos em cava
Fonte: Vasconcelos, 2008
Mina Local Minério Tipo de
resíduos
Tipo de
cobertura Monitoramento
Rum Jungle Austrália Urânio
Rejeito, estéril e resíduos de cianeto Úmida e seca Águas subterrâneas e superficiais Island Copper BC,
Canadá Cobre Estéril Úmida
Águas subterrâneas Bell Mine BC, Canadá Cobre Estéril reativo Úmida e seca Águas superficiais Iron Mountain California, EUA Ouro, prata, cobre e zinco Rejeito piritoso e lama Úmida Águas subterrâneas e superficiais Berkeley Montana, EUA Cobre Drenagem
ácida de mina Úmida
Águas subterrâneas Brenda Mine BC, Canadá Cobre Água de processo Úmida Águas superficiais
Mt. Morgans Austrália Ouro Rejeito e
estéril Seca -
Lichtenberg Thurigia,
Alemanha Urânio Estéril Úmida
Águas subterrâneas e
superficiais
A disposição de rejeitos e estéreis dentro da cava apresenta vantagens como: estabilização das paredes da cava, controle de geração de drenagem ácida, redução na lixiviação de metais pesados, prevenção de acidentes com barragens (que deixaram de ser construídas) e redução de custos com manutenção da estrutura de contenção do resíduo, uma vez que a cava é mais estável do que uma barragem ou pilha (Lage, 2001). Entretanto, é importante considerar que não se deve supor que todas as cavas estão aptas a receber resíduos. Questões de geotecnia da cava e caracterização geoquímica e hidrogeológica do resíduo devem ser analisados em conjunto para chegar a uma resposta sobre a possibilidade deste método de descarte (Vasconcelos, 2008).
Como se pode perceber nos exemplos citados, a disposição de resíduos em cavas, não só de mineração, mas de outros tipos, já é uma prática bastante usada no mundo. Contudo, a metodologia buscada neste trabalho difere dos usos citados acima ao propor que a disposição
33 de estéril de mina aconteça ao mesmo tempo que as atividades de lavra, enquanto nos casos já citados, a disposição começou após a vida útil da mina. Esta metodologia não é um procedimento que pretende ser aplicado em todos os casos, exigindo estudos de mina para mina.
A seguir são apresentados dois exemplos, ambos pertencentes ao projeto de minério de ferro da Rio Tinto em Simandou, Guiné (Figura 27 a Figura 32). O projeto consiste em duas cavas, Ouéléba e Pic de Fon. No inicio da lavra, uma pilha de estéril é formada próxima a cava. À medida que a lavra avança, o estéril é acomodado tanto na pilha como dentro da parte já lavrada da cava. As Figura 29 e Figura 32 mostram claramente que esta prática traz benefícios estéticos ao minimizar os impactos na topografia da região, e diminui a área a ser revegetada (Lage, 2001), uma vez que o estéril cobre os taludes profundos.
Figura 27: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, ao início das atividades de lavra. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
34
Figura 28: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, no meio da vida da mina. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
Figura 29: Sequência de lavra em Ouéléba, Simandou, ao final das atividades de lavra. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
35
Figura 30: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, ao início das atividades de lavra. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
Figura 31: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, no meio da vida da mina. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
36
Figura 32: Sequência de lavra em Pic de Fon, Simandou, ao final das atividades de lavra. Fonte: Relatório interno Rio Tinto, SEIA, 2012.
2.5 Impactos Ambientais Provocados pela Mineração
A crosta terrestre tem diversos usos para a humanidade. É nela que acontecem os ciclos das matérias orgânicas e inorgânicas, necessárias para a sobrevivência do homem. A fixação e nutrição vegetal, a extração de materiais, o armazenamento de água são exemplos deles. Com o desenvolvimento da humanidade ao longo do tempo, tem-se também que o solo e as rochas são importantes para o suporte das nossas edificações e disposição dos nossos resíduos.
O impacto ambiental é inerente à atividade mineradora, uma vez que, para fornecer os recursos necessários para o desenvolvimento da sociedade alteram-se as características ambientais naturais. Desta maneira, a relação do setor mineral com o meio ambiente é mais complexa que a maioria dos outros setores econômicos, pois, apesar de não ser o único tipo de atividade impactante no ambiente (várias outras atividades causam sérios problemas ambientais de degradação do solo e subsolo, como pode-se perceber no Brasil casos de desmatamento, agricultura, monocultura, pecuária, garimpos e barragens de todos os tipos), a mineração tem proporções maiores e causa degradação visual e estética (Borges, 2009). Além das escavações feitas para a recuperação do minério, outras estruturas são necessárias para o andamento das atividades, como estradas, usinas de beneficiamento, escritórios, oficinas,
37 fornecimento de água e energia etc. Os principais impactos relacionados à mineração estão presentes desde a exploração até seu desativamento, trazendo consequências para os meios físico, biótico e socioeconômico.
Deve-se então cuidar para que todas essas atividades que contribuem para impactos ambientais sejam realizadas em conformidade com a legislação ambiental vigente no país. No caso do Brasil, a Constituição de 1988 estabelece no parágrafo 2º do artigo 225 a responsabilidade das empresas pela recuperação ambiental das áreas degradadas pela extração de minérios. Instrumentos legais, referentes a licenciamento ambiental, relatórios de impactos ambientais, planos para recuperação de áreas degradadas – PRAD - existem para forçar as empresas a operarem causando menos degradações. Soluções técnicas também contribuem para a redução dos impactos, uma vez que as melhorias nas tecnologias aumentam a eficiência dos processos e diminuem perdas energéticas.
A recuperação das áreas impactadas pela mineração é um tema novo no Brasil. Até os anos 80, toda a atenção era voltada para o aproveitamento dos recursos minerais. Só então a questão ambiental passou a ser uma variável a se considerar e tem entrado gradativamente nas discussões sobre o tema. O tema é tão importante que deve-se ter em mente que a falta de preocupação com parâmetros ambientais deste a pesquisa mineral até o fechamento da mina tem poder de influenciar no sucesso ou não do empreendimento, devendo então ser incorporado em todo o planejamento do projeto.
Diante da complexidade destes impactos, destaca-se a importância de trabalhar o planejamento integrado e sistêmico para o gerenciamento ambiental na mineração (Vale, 2003). O planejamento ambiental antecipa as diretrizes para o uso sustentável e racional do recurso natural, pautado pelo fator ambiental como determinante para a tomada de decisões. Ao antecipar os impactos, o planejamento permite o acréscimo de ações orientadas à prevenção e proteção, controle e monitoramento, descomissionamento e fechamento e remediação e restauração logo na concepção do projeto (Borges (2009), Vale (2003)). O gerenciamento consolida e formaliza os planos propostos anteriormente, proporcionando o uso sensato da capacidade ambiental em completa consideração com outras demandas dos recursos naturais (Borges, 2009; Higgins, 1988 apud Lage, 2001).
Atualmente, planos para o fechamento da mina são concebidos concomitantemente com o projeto da mina, devendo ser atualizados regularmente e, assim, ganhando maior detalhamento ao longo da vida do empreendimento (Figura 33). É fundamental um
38 planejamento adequado para essa etapa, incluindo objetivos bem definidos e estimativas de custos. Estes custos podem também ser minimizados se a empresa der atenção adequada para a gestão ambiental desde o nascimento do empreendimento. Esta abordagem é de suma importância não só para a empresa, uma vez que as partes interessadas também incluem os trabalhadores, governos, acionistas e principalmente a comunidade onde a mina está inserida, uma vez que esta é a maior interessada sobre o futuro de um local que faz parte do seu dia a dia.
O planejamento do fechamento da mina abrange a desativação da mina e a reabilitação da área. A desativação começa no final da operação da mina e inclui o descomissionamento das estruturas. Reabilitar uma área degradada consiste em devolver equilíbrio e estabilidade ao local, mas não da exata forma como ela existia antes, ou seja, serão considerados potenciais usos futuros para a área. O pós-fechamento engloba o monitoramento e a manutenção em longo prazo, até que se possa garantir a estabilidade do local e a criação de um ecossistema autossustentável.
Figura 33: Planejamento para o fechamento Fonte: ICMM, 2008
