Estabilização de um rejeito de mineração de ouro com ligante alcalino : abordagem mecânica, microestrutural, mineralógica e de lixiviação

Abstract

A mineração de ouro é um estratégico setor para o desenvolvimento da economia do Brasil. No entanto, suas operações resultam em uma elevada quantidade de resíduos denominados rejeitos de mineração de ouro (RMO). Atualmente, esses rejeitos tendem a ser dispostos a seco após etapas de filtragem, processo denominado dry stacking. Na prática, problemas relacionados ao desempenho mecânico e à dificuldade de operação em dias muito chuvosos ou muito secos sugerem a aplicação de rejeitos filtrados cimentados. A adição de ligantes convencionais é problemática, pois sua produção está associada à elevada demanda energética e à significativa emissão de gases poluentes. Assim, o uso de ligantes alternativos à base de resíduos, como os ligantes álcali-ativados (LAA), surge como uma possibilidade para a estabilização de RMO. A técnica de ativação alcalina em uma parte, apenas com uso de materiais sólidos, torna o uso de LAA mais prática, viável e segura em campo. Nesse contexto, o presente estudo propõe o uso de um LAA one-part, composto por escória granulada de alto-forno (EGAF), hidróxido de sódio (HS) e silicato de sódio (SS), na estabilização de RMO para disposição por dry stacking. A proposta consiste em avaliar a influência do grau de compactação, do teor de ligante e do tempo de cura na resistência e na rigidez do material, verificando a aplicabilidade como metodologia de dosagem do índice porosidade/teor volumétrico de ligante (η/Biv). Além disso, o estudo visa avaliar a microestrutura e a mineralogia da matriz cimentada resultante. Outro aspecto importante é o uso de diferentes tipos de ensaios de lixiviação, a fim de validar ambientalmente a imobilização de metais por meio da técnica de solidificação/estabilização (S/E). Todas as análises foram comparadas ao uso de cimento Portland (CPIV) como ligante convencional. Os resultados demonstraram, na melhor condição, que o LAA utilizado resultou em resistência à compressão não confinada de 8,55 e 9,18 MPa, aos 7 e 63 dias de cura, respectivamente, superiores aos 2,61 e 6,92 MPa obtidos com o CPIV, apresentando excelente desempenho em idades iniciais. O teor de ligante e o grau de compactação foram fatores significativos no desempenho mecânico do material, corroborando a importância do uso do índice (η/Biv). O mesmo tratamento mais resistente, apresentou maior durabilidade por ciclos de molhagem e secagem, resultando em perda de massa acumulada (PMA) de 1,39% em relação aos 2,97% do tratamento utilizando CPIV. Estudos microestruturais verificaram que uma estrutura mais densa e organizada de géis cimentantes do tipo C(N)-A-S-H resultou nesse desempenho superior ao do CPIV. Além disso, constatou-se que esse gel incorporou as partículas do RMO em uma matriz cimentante resistente. O RMO foi inicialmente classificado como não perigoso e não inerte. O processo de estabilização, em relação à lixiviação de metais pesados, foi avaliado, sendo os resultados dependentes do tipo de ensaio e do elemento analisado. Ficou clara, portanto, a importância de uma análise global (mecânica, durabilidade e ambiental) no emprego de ligantes para disposição de RMO cimentados por dry stacking.

Gold mining is a strategic sector for the development of the Brazilian economy. However, its operations generate large quantities of waste known as gold tailings (GT). Recently, these tailings have tended to be dry-disposed after filtration steps in a process known as dry stacking. In practice, issues related to mechanical performance and operations during extremely rainy or dry days suggest the use of filtered cemented tailings. The addition of conventional binders is problematic, since their production requires high energy consumption and results in significant emissions of harmful gases. Consequently, the use of waste-based alternative binders, such as alkali-activated binders (AAB), has emerged as an option for GT stabilization. The one-part alkali activation method, which uses only solid materials, makes the application of AAB more practical, viable, and safer for in situ conditions. In this context, this study proposes the use of a one-part AAB, composed of ground granulated blast furnace slag (GGBS), sodium hydroxide (SH), and sodium silicate (SS), for GT stabilization for dry stacking disposal. The study evaluates the significance of the degree of compaction, binder content, and curing time on the strength and stiffness of the material, verifying the possibility of using the porosity/volumetric binder content (η/Biv) index as a dosage parameter. The investigation also evaluates the microstructure and mineralogy of the resulting bonded matrix. Another important aspect is the use of various leaching tests to environmentally assess the immobilization of metals using the solidification/stabilization (S/S) method. All analyses were compared with the use of ordinary Portland cement (OPC) as a conventional binder. The results show that the AAB used resulted in unconfined compressive strength of 8.55 and 9.18 MPa at 7 and 63 days of curing, respectively, which are higher than the 2.61 and 6.92 MPa obtained using OPC, demonstrating excellent short-term performance. Binder content and degree of compaction were significant factors affecting mechanical performance, corroborating the importance of the η/Biv index. The same treatment that resulted in higher strength also led to greater durability under drying-wetting cycles, with an accumulated loss of mass (ALM) of 1.39%, compared to 2.97% for the OPC treatment. Microstructural studies showed that a denser and more organized structure of cementitious gels (C(N)-A-S-H type) resulted in superior performance compared to OPC. Furthermore, it was found that this gel incorporated the GT particles into a resistant cementitious matrix. GT was initially classified as non-hazardous and non-inert waste. The stabilization process, regarding to heavy metal leaching, was evaluated, and the results depended on the type of test and the element analyzed. This highlights the importance of a comprehensive (mechanical and environmental) analysis when using binders for the disposal of cemented GT by dry stacking.