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
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
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.
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
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.”
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.
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
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
5
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Planejamento de Lavra
A 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
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.
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
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.
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
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.
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
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 Teoria
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
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:
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.
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
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
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
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
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.
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.
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
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).
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.
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
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
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).
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
30
Figura 26: Tipos de pilhas de estéril
Fonte: BC Mine Waste Rock Pile Research Committee, 1991 - adaptação
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
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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
39
3
METODOLOGIA DO TRABALHO
A primeira parte do trabalho consiste na fundamentação teórica, feita através da revisão bibliográfica dos tópicos de planejamento de lavra, algoritmos para a definição da cava, sequenciamento de lavra, disposição de estéril de mineração, mostrando as formas de depositar os resíduos resultantes da mineração e impactos ambientais. O entendimento destes conceitos é importante para introduzir a temática principal deste trabalho, uma vez que uma nova metodologia de disposição de estéril é proposta e analisada quanto a sua influência nas questões ambientais e econômicas na mineração.
O estudo de caso foi trabalhado no Laboratório de Planejamento de Lavra do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral da Universidade Federal de Ouro Preto, através de ferramentas computacionais próprias para aplicação na indústria mineral.
Os dados disponíveis do caso estudado foram retirados de uma cava hipotética de um minério de potássio utilizada em tutoriais de softwares de planejamento de lavra e foram trabalhados de acordo com o esquema da Figura 34.
40 A partir do recurso geológico, é feito o modelo de blocos, onde cada bloco é analisado individualmente com a incorporação de atributos relativos ao tipo de minério, parâmetros econômicos (como o preço do minério, custos de lavra e processamento), recuperações da mina e do processamento e parâmetros geotécnicos (conforme item 2.2.1 – Modelo de Blocos). Uma vez preparado o modelo de blocos, o trabalho continua com a otimização da cava, com o objetivo de se alcançar a sua geometria final ótima.
O próximo passo é a operacionalização da cava, etapa obrigatória e que exige do engenheiro especial cuidado para não fugir da solução ótima obtida pelo programa, devido à colocação de acessos, cristas e bermas. Além disso, dados como a capacidade de produção, os equipamentos que serão utilizados e a localização de pilhas de disposição de estéril, planta de beneficiamento e outras instalações também devem ser considerados. Portanto nesta fase, diversas cavas operacionais devem ser desenhadas, tanto para a cava final quanto para as cavas dos períodos de lavra, escolhendo-se as que apresentarem maior aderência à cava matemática.
Parte-se então para o sequenciamento de lavra, foco principal desta dissertação. A proposta dessa metodologia trabalha com dois sequenciamentos de lavra diferentes: o primeiro caso segue as práticas atuais, com objetivos de atender metas de produção e de lucro.
No segundo caso, aqui chamado de “Sequenciamento Verde”, além de buscar atender o alvo
de produção, também aborda a questão ambiental. No método proposto nesta dissertação, a disposição de estéril acontecerá preferencialmente dentro da cava simultaneamente às atividades de lavra, baseado no propósito de sustentabilidade buscado neste estudo. Para tanto, a lavra começa em uma porção do corpo mineral, antecipando a exaustão nesta área, que posteriormente será usada para a disposição de estéril. Neste método, deve ser considerado como premissa básica que seja feita uma boa análise da malha de sondagem da reserva, assegurando que a mesma seja bem fechada e estudada para que a disposição do estéril não aconteça em potenciais áreas de minério (Carvalho, 2009).
41
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Estudo de Caso
O estudo de caso deste trabalho consiste em uma cava hipotética utilizada em tutoriais de softwares de planejamento de lavra. Trata-se de um depósito teórico de rochas de K2O –
óxido de potássio – utilizado principalmente na produção de fertilizantes. Os parâmetros base para o desenvolvimento do estudo também são provenientes do tutorial.
4.1.1 Minérios de potássio
A denominação potássio é uma maneira generalizada para representar a grande variedade de minerais potássicos. Apesar de ser o sétimo elemento mais comum da crosta terrestre e estar amplamente difundido, não ocorre em sua forma elementar, devido a sua alta reatividade e afinidade com outros elementos. Por este motivo, é usual a utilização do termo
“K2O equivalente” para expressar o potássio contido no minério (Oliveira, 2009; Silva, 2013).
A aplicação do potássio é fortemente ligada à agricultura, sendo seu principal uso associado com nitrogênio e fósforo para a fabricação de fertilizantes. Mais de 95% da produção mundial de potássio é destinada à produção de fertilizante, ficando os outros 5% para usos industriais como fabricação de vidros especiais, sabões, detergentes, cerâmicas e produtos farmacêuticos (Greenwell (1999) apud Nascimento et al. (2005)). Os dois principais
produtos gerados no beneficiamento dos minérios de potássio são os sais de cloreto de potássio, que contém de 60 a 62% de K2O, e de sulfato de potássio, que contém de 50 a 52%
de K2O (Oliveira, 2009).
Minérios de potássio são considerados estratégicos no contexto brasileiro, como pode ser visto na Figura 35. Segundo colocado pelo IBRAM (2015) no Plano Nacional de Mineração 2030, o conceito de mineral estratégico está associado a três condições de referência:
1. Bem mineral do qual o país é dependente de importações em alto percentual para o suprimento de setores vitais da sua economia;
2. Minerais que tem perspectiva de crescimento em importância nas próximas décadas por sua aplicação tecnológica e
42
Figura 35: Minerais estratégicos no contexto do Brasil
Fonte: IBRAM, 2015
No Brasil, o potássio está inserido no primeiro caso, onde há grande dependência externa. Todo o hemisfério sul é pobre em depósitos de potássio, sendo a mina de Taquari-Vassouras (SE) a maior do Brasil, mas que ainda assim não corresponde nem a 10% das necessidades do país (DNPM, 2004; Nascimento et al., 2005). A produção de fertilizantes é considerada de importância estratégica devido ao aumento da população mundial e a diminuição da pobreza no mundo, o que demandará cada vez mais o aumento da produção de alimentos e a melhora de sua qualidade. Neste cenário, tem-se que os fertilizantes NPK (nitrogênio, fósforo e potássio) tem papel significativo para o aumento da produtividade agrícola. Entretanto, o déficit brasileiro na produção de fertilizantes é imenso para os três elementos: o Brasil tem uma dependência externa na ordem de 90% para potássio, 70% para nitrogênio e 50% para fósforo (IBRAM, 2015; Silva, 2013).
Compreendendo-se a relevância estratégica do potássio, é indispensável a busca por novas jazidas ou fontes alternativas aos depósitos de evaporitos e novas práticas que melhorem os processos para sua extração. Este trabalho tem como estudo de caso a rocha silicatada Verdete, um meta-argilito glauconítico que ocorre na região do Alto Paranaíba, em Minas Gerais. As reservas desta região apresentam teores na ordem de 10% de K2O. Além
43
4.2 Dados do projeto
4.2.1 Reserva
O trabalho começou com a elaboração das curvas de parametrização, com a finalidade de se analisar o potencial de reservas do caso em estudo e obter o teor médio dos blocos a partir de um teor de corte. As curvas de parametrização estabelecem a relação entre teores e quantidades de minério no depósito, através de duas curvas: tonelagem x teor de corte e teor médio dos blocos x teor de corte.
Partiu-se de um valor já definido para o teor de corte, igual a 7,5%, pré-estabelecido no relatório do caso hipotético, com resultados que podem ser vistos na Figura 36 e que conduz a uma reserva de 19.392.625 toneladas, com teor médio de 9,79% de K2O.
Figura 36: Gráfico das curvas de parametrização
4.2.2 Modelo de Blocos e Otimização
44 construir a função beneficio. Através dele estabelece-se se o bloco é minério, minério marginal ou estéril. Esta função benefício é que fornece o valor econômico do bloco (VEB), visto no item 2.2.1.1 deste trabalho, ou seja, é um valor atrelado ao lucro e ao custo relativo a cada bloco.
Estão presentes no caso cinco litologias, chamadas no software de CODE 1, CODE 2, CODE 3, CODE 4 e CODE 5. Entretanto, para a produção desta discussão, as litologias foram separadas em somente dois tipos: CODE 1, CODE 2 e CODE 3 como minério e CODE 4 e CODE 5 como estéril.
Tabela 3: Dados para otimização da cava
Parâmetros Valores
Preço do Minério US$ 187,74/t
Custo de Mina US$ 3,00/t
Custo de Processo US$ 55,29/t
Recuperação Metalúrgica 100% acima de 7,5% K2O
0% abaixo de 7,5% K2O Custo de reabilitação, descomissionamento e
fechamento de mina US$ 0,91/t
Taxa de desconto anual (%) 10%
Output rate 330 000 t/ano
45
Figura 37: Gráfico do relatório do VPL – escolha da cava ótima
46
4.2.3 Operacionalização da Cava
Após a otimização, a cava matemática segue para a operacionalização, etapa obrigatória e que exige do engenheiro especial cuidado para não fugir da solução ótima obtida pelo programa. Este estágio é necessário para definir a estrutura da mina que permitirá a lavra de maneira segura e eficiente, consistindo no traçado de rampas para a locomoção dos equipamentos e bermas e taludes em função de parâmetros geotécnicos, dimensão de equipamentos e outros. O conjunto destes fatores influencia diretamente na aderência entre cava matemática e cava operacional, que, consequentemente impacta a quantidade de material extraído. Desta maneira, quanto melhor a aderência obtida, maior será a certeza que as variáveis anteriormente estimadas, como VPL, REM (Relação Estéril-Minério) e teor médio se mantêm na prática. A Figura 39 reproduz a cava operacional, mostrando em verde a configuração da rampa de acesso.
Figura 39: Cava operacional
Os parâmetros utilizados para operacionalizar a cava matemática foram:
Rampas: 12,5 metros de largura e 8% de inclinação. Para bancadas inferiores, 10% de inclinação
Largura da berma: 5 metros para CODE 4 e 3 metros para CODE 1, 2, 3, 5 Altura da bancada: 5 metros
47 Diversas cavas operacionais foram construídas, permitindo a comparação entre cava operacional e cava matemática ótima e escolhendo a que apresentou maior aderência à cava matemática ótima. A partir desta confrontação, representada na Figura 40, verificam-se as alterações no VPL, movimentação de material e REM. Os resultados da Tabela 4 mostram que foi alcançado êxito nesta fase, já que os valores encontrados sofreram alterações muito pequenas. A massa de minério obtida na cava operacional corresponde a 97,14% da massa de minério obtida na cava matemática, enquanto a massa de estéril aumentou somente 0,46%, o que, consequentemente também aumentou a REM em 3,41%. O fato da cava operacional movimentar mais material que o estimado na cava matemática já era esperado, pois nela são respeitados fatores como ângulo de talude, bermas, rampas e outros. As Figura 41 e Figura 42 ilustram esta questão, com as linhas laranja representando a cava operacional e cinza a cava matemática. Através destas linhas percebe-se que a cava operacional extrapola os limites ótimos para a inclusão de bermas e rampas.
48
Tabela 4: Aderência entre cavas matemática e operacional
CAVA MATEMÁTICA CAVA OPERACIONAL VARIAÇÃO
VPL ($) 351.057.687,00 343.648.305,00 - 2,11%
Massa de Minério (t) 12.403.965 12.049.769 - 2,86%
Massa de Estéril (t) 26.473.790 26.596.109 0,46%
Massa Total (t) 38.877.755 38.645.878 - 0,60%
REM 2.1343 2.2071 3,41%
Figura 41: Seção transversal da comparação cava matemática x cava operacional
