Análise do comportamento mecânico de rejeito de minério de ferro submetido a ativação alcalina pelo método “One-Part”

Abstract

O setor da mineração representa uma atividade essencial para a economia do Brasil, representando cerca de 4% do PIB. Em contrapartida, geram um volume expressivo de resíduos decorrentes dos processos de lavra e beneficiamento, colocando o setor como o maior produtor mundial de resíduos. Ademais, a pressão pública alicerçada nas tragédias ocorridas em Brumadinho e Mariana, a proximidade de áreas urbanas e a dificuldade para novos licenciamentos forçam o setor de mineração a apoiar a utilização de novas alternativas para assim, garantir sua sobrevivência. Com isso, torna-se necessário, estudos que viabilizem a adoção de alternativas sistemáticas de disposição do rejeito de minério de ferro. Como alternativa, destaca-se a técnica de empilhamento a seco de rejeitos, com a incorporação de um agente cimentante obtido através da álcali-ativação. Desta forma, o objetivo geral é analisar o comportamento mecânico de um sistema de estabilização de rejeito de minério de ferro submetido a ativação alcalina pelo método “One-Part” utilizando como precursor o metacaulim ativado por hidróxido de sódio e silicato de sódio. Uma Análise de Variância (ANOVA), realizada para avaliar a eficácia da Metodologia de Superfície de Resposta foi utilizada para estruturar o estudo, revelou que esta foi capaz de prever, com precisão satisfatória, os valores máximos de resistência à compressão das amostras consideradas. Ao otimizar o ligante alternativo obteve-se uma relação de 3,39 para a variável SiO2/Al2O3 e 0,49 para Na2O/SiO2. A metodologia e a análise microestrutural da matriz cimentante revelaram que ambas as variáveis analisadas não exercem influência após os 7 dias de cura e comprovaram a competitividade desse geopolimero ao compará-lo com o cimento Portland CP-V. comportamento tensão-deformação da amostra com dosagem otimizada foi obtido através de ensaios triaxiais, os quais revelaram um comportamento característico de solos estruturados, com valores de ϕˈpico de 45,6°, cˈpico de 157,5 kPa e ϕˈúltima de 42°.

The mining sector represents an essential activity for the Brazilian economy, representing around 4% of GDP. On the other hand, they generate a significant volume of waste resulting from the mining and processing processes, placing the sector as the world's largest producer of waste. In addition, public pressure based on the tragedies that occurred in Brumadinho and Mariana, the proximity to urban areas and the difficulty in obtaining new licenses force the mining sector to support the use of new alternatives in order to guarantee its survival. With this, it becomes necessary, studies that enable the adoption of systematic alternatives for the disposal of iron ore tailings. As an alternative, the technique of dry stacking of tailings stands out, with the incorporation of a cementing agent obtained through alkali-activation. Thus, the general objective is to analyze the mechanical behavior of an iron ore tailings stabilization system subjected to alkaline activation by the "One-Part" method using metakaolin activated by sodium hydroxide and sodium silicate as precursor. An Analysis of Variance (ANOVA), performed to evaluate the effectiveness of the Response Surface Methodology was used to structure the study, and revealed that it was able to predict, with satisfactory accuracy, the maximum values of compressive strength of the samples considered. When optimizing the alternative ligand, a ratio of 3.39 was obtained for the variable SiO2/Al2O3 and 0.49 for Na2O/SiO2. The methodology and microstructural analysis of the cement matrix revealed that both analyzed variables do not exert influence after 7 days of curing and proved the competitiveness of this geopolymer when comparing it with Portland cement CP-V. The stress-strain behavior of the sample with optimized dosage was obtained through triaxial tests, which revealed a characteristic behavior of structured soils, with values of ϕˈpeak of 45.6°, cˈpeak de 157,5 kPa e ϕˈlast de 42°.