Comportamento químico e mecânico de rejeitos de mineração de zinco sob baixas a altas tensões efetivas

Abstract

A Engenharia Geotécnica ainda apresenta pouco entendimento e pesquisas envolvendo as propriedades dos rejeitos de mineração após dispostos em barragens e confinados sob diferentes tensões. Apesar da tendência em construir reservatórios cada vez maiores, ainda não existem pesquisas sobre o comportamento da maioria dos rejeitos submetidos à altas tensões efetivas, o que aumenta as incertezas e riscos de projeto. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo principal caracterizar e avaliar o comportamento geomecânico do rejeito de mineração de zinco a partir de ensaios de laboratório. O material estudado é proveniente da Barragem dos Peixes situada nas dependências do complexo industrial da Votorantim Metais Zinco, em Juiz de Fora – MG. Foram realizados ensaios de caracterização física como granulometria por sedimentação, limites de Atterberg e densidade real dos grãos; ensaios de caracterização química de microscopia eletrônica e elementar (FRX e DRX) e; ensaios de caracterização geomecânica triaxiais CIU com tensões efetivas variando de 20 a 4000 kPa e até níveis de deformação axial maiores que 20%, a fim de caracterizar o estado crítico do material. O rejeito de mineração de zinco foi caracterizado como um material com granulometria variando entre areia siltosa a silte aronosa com alta compressibilidade, constituído essencialmente por compostos de enxofre (S). Com o aumento do nível de tensões efetivas nos ensaios CIU, o material apresentou variação do parâmetro de resistência de pico de 30° < φ’ < 38,7° e variação do seu comportamento entre contrátil e dilatante dependendo do índice de vazios inicial da amostra. Observou-se quebra da fraca cimentação inicial e quebra de partículas da matriz arenosa com o aumento dos níveis de tensões. Foram plotadas curvas de tendência das linhas de consolidação isotrópica (LCI) e do estado crítico (LEC), paralelas para tensões acima de 400kPa.

Geotechnical Engineering still presents little understanding and research involving the properties of mining tailings after being laid in dams and confined under different stresses levels. Despite the tendency to build larger reservoirs (ROBERTSON, 2011), there is still no research on the behavior of most tailings subjected to high effective stresses, which increases project uncertainties and risks. In this context, the main objective of this work is to characterize and evaluate the geomechanical behavior of the zinc mining tailings by laboratory tests. The material studied comes from the “Barragem dos Peixes” located in the industrial complex of Votorantim Metais Zinco, in Juiz de Fora - MG. Physical characterization tests were carried out as granulometry by sedimentation, Atterberg limits and real grain density; besides of chemical characterization tests of elemental and electronic microscopy (FRX and XRD). In order to characterize the critical state of the material, CIU triaxial tests were carried out with effective stresses varying from 20 to 4000 kPa even axial deformation levels greater than 20%. Zinc mining tailings were characterized as a material with particle size ranging from silt sand to sand silt, high compressible, consisting essentially of sulfur (S) compounds. With the increase of the effective stress level in the CIU tests, the material presented variation of the shear resistance parameter of 30° < φ’ < 38,7° and variation of its contractive and dilatant behavior depending on the sample initial void index. Weak initial cementation breakdown and sandy matrix particle breakdown were observed with increasing stress levels. The isotropic consolidation line (ICL) and the critical state line (CSL) were estimated by results and they became parallel for effective stresses above 400 kPa.