Estabilização de resíduo de mineração de ferro por meio de um sistema ligante álcali-ativado de metacaulim e silicato de sódio alternativo

Abstract

O setor da mineração representa uma atividade essencial para a economia, uma vez que é responsável pela produção de insumos indispensáveis a vida cotidiana. Entretanto, as atividades mineradoras geram volumes significantes de resíduos no decorrer dos processos de extração. Diversos desastres e grandes riscos atrelados a barragens de resíduos de mineração fazem da disposição destes materiais um desafio moderno. Como uma alternativa, a disposição de resíduos de mineração tem se concentrado no método de empilhamento a seco, entretanto para sua aplicação é necessário a compreensão adequada acerca do comportamento dos resíduos de mineração. Como um recurso capaz de melhorar a resistência mecânica e consequentemente o risco de colapso dos resíduos e mineração de ferro se apresenta a estabilização química, com uso de agentes cimentantes. Nesta conjuntura, como cimentos convencionais apresentam um alto impacto ambiental, espera-se globalmente pesquisas por novos materiais alternativos aos tradicionais. Neste contexto, o processo de álcali-ativação se apresenta como uma solução para os obstáculos inerentes a geração de resíduos, relacionados aos materiais cimentícios tradicionais. Esta pesquisa objetiva avaliar o comportamento mecânico e microestrutural de um resíduo de mineração de ferro (RMF) estabilizado por um cimento álcali ativado (CAA) composto de dois subprodutos da mineração: um metacaulim alternativo e um silicato de sódio alternativo, submetidos a um regime de deformações planas. Esta avaliação foi realizada a partir de ensaios simple shear e ensaios de microscopias eletrônicas de varredura (MEV) com EDS. O ensaio simple shear permite a condição de deformação plana em amostras totalmente saturadas sob condições de carregamento não drenadas. Foram realizadas misturas de resíduo de minério de ferro com 0, 1, 3, e 5% CAA, a fim de quantificar a influência dessa variável nos parâmetros de resistência e deformabilidade do material estudado. Os resultados mostram o grande impacto positivo na resistência do sistema RMFCAA principalmente para proporções de 3 e 5% de CAA, entretanto a adição de 1% CAA foi suficiente para reduzir a tendencia compressiva encontrada nas amostras sem cimentação. A análise microestrutural permitiu observar que o resíduo de mineração de ferro, caracterizado pela ausência de ligação entre partícula, passa a apresentar ligações entre partículas à medida que se aumenta o teor de cimento, com produtos de reações identificados como géis N-A-S-H. Por fim, os resultados demonstraram que o CAA se apresenta como uma opção adequada para o melhoramento do comportamento mecânico do resíduo de mineração de ferro.

The mining sector represents an essential activity for the economy, being responsible for the production of indispensable products to everyday life. However, mining activities generate significant volumes of tailings during the extraction processes. Several disasters and major risks linked to tailings dams make the disposal of these materials a modern challenge. In this context, the need for adequate knowledge about the behavior of mine tailings is evidenced. A resource capable of improving mechanical resistance and consequently the risk of collapse presented is chemical stabilization, with use of cementing agents. At this juncture, as conventional cements have a high environmental impact, research is expected globally for new materials alternative to traditional ones. In this context, the alkali-activation process presents itself as a solution to the obstacles inherent to the generation of waste, related to traditional cementitious materials. This study aims to evaluate the mechanical and microstructural behavior of an iron ore tailing (IOT) stabilized by an alkali activated cement (AAC) composed of two by-products: an alternative metakaolin (MK) and an alternative sodium silicate (SS) through plane strain regiment. This evaluation was performed from simple shear assays and scanning electron microscopy (SEM) with EDS. The simple shear test allows a plane condition of shear in fully saturated samples under undrained loading conditions. Mixtures of iron tailings were made with 0, 1, 3, and 5% AAC to quantify the influence of this variable on strength and deformability parameters. The results from simple shear test show the greatest impact on the resistance of the IOT-binder from proportions of 3% and 5% AAC, however the addition of 1% AAC was sufficient to reduce the compressive tendency of the specimens without cementation. Regarding the microstructural characterization, it was observed that iron ore tailing, characterized by the absence of connection between particles, starts to present links between particles, with majority products of reactions N-A-S-H gels. Finally, the results showed the AAC presented is effective in cementing and stabilizing iron ore tailings, improving the overall capacities.