Comportamento mecânico de resíduo de minério de ferro estabilizado com agentes aglomerantes

Abstract

A indústria de extração mineral tem grande importância no desenvolvimento econômico de diversos países, bem como, tem papel fundamental no desenvolvimento da sociedade, tendo em vista que os produtos explorados são essenciais para uso cotidiano. Entretanto, tais atividades são responsáveis por um elevado impacto ambiental, consumindo recursos não renováveis e gerando milhões de metros cúbicos de resíduos anualmente. Os resíduos, por sua vez, acabam sendo dispostos em barragens de contenção, apresentando um potencial de dano catastrófico em casos de ruptura. Neste cenário, faz-se necessário o desenvolvimento de novas soluções para uso destes resíduos de mineração, buscando formas alternativas de deposição e/ou formas de reciclagem, como materiais alternativos. O objetivo deste estudo é avaliar a resposta mecânica, a partir de ensaios de resistência e durabilidade, de resíduo de minério de ferro estabilizado com diferentes agentes cimentantes, sendo estes: (i) cimento Portland de alta resistência inicial; e (ii) ligante álcali-ativado. Para desenvolvimento do ligante alternativo utilizou-se, como fonte de aluminossilicato e cálcio, a cinza de casca de arroz e a cal de carbureto e, como fonte de elemento alcalino, uma mistura de hidróxido e silicato de sódio. Com base em um estudo estatístico experimental, desenvolveram-se diferentes dosagens de materiais precursores e ativadores alcalinos que atingiram valores na faixa de 1 à 13 MPa aos 7 dias de cura. A partir da metodologia de superfície de resposta obteve-se um ligante álcaliativado dosado para o melhor desempenho mecânico. Posteriormente, avaliaram-se misturas de resíduo de minério de ferro com os agentes aglomerantes, tendo resultados na faixa de 500 a 4500 kPa de resistência à compressão simples, 40 a 400 kPa de resistência à tração na compressão diametral e 5 a 40% de perda de massa acumulada por ciclos de molhagem, secagem e escovação. Conclui-se o potencial uso de agentes cimentantes para melhora de resistência e durabilidade de resíduo de minério de ferro.

The mineral extraction industry is of great importance in the economic development of several countries, as well as having fundamental role for development of society, considering that the exploited products are essential for daily use. However, such activities are responsible for a high environmental impact, consuming non-renewable resources and generating millions of cubic meters of waste annually. The waste, in turn, ends up being disposed of in containment dams, presenting a potential for catastrophic damage in cases of rupture. In this case, it is necessary to develop new solutions for the use of these mining waste, seeking alternative forms of disposal and/or forms of recycling as alternative materials. The aim of this study is to evaluate the mechanical response, from strength, stiffness and durability tests, of iron ore tailing stabilized with different cementing agents, namely: (i) high initial strength Portland cement; and (ii) activated alkali binder. For the development of the alternative binder, rice husk ash and carbide lime were used as a source of aluminosilicate and calcium and, as a source of alkaline element, a mixture of sodium hydroxide and sodium silicate. Based on an experimental statistical study, different dosages of precursor materials and alkaline activators were developed, which reached values in the range of 1 to 13 MPa at 7 days of curing. From the response surface methodology, an alkali-activated binder was dosed for the best mechanical performance. Subsequently, mixtures of iron ore residue with the binding agents were evaluated, with results in the range of 500 to 4500 kPa of simple compressive strength, 40 to 400 kPa of tensile strength in diametric compression and 5 to 40% loss of mass accumulated by cycles of wetting, drying and brushing. The potential use of cementing agents to improve strength and durability of iron ore residue is concluded.