Ney Rosario Amorim
Geoestrutural Consultoria e Projetos Ltda, Belo Horizonte, Brasil,
ney.amorim@geoestrutural.com.br
Roberto Francisco de Azevedo
Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Brasil, razevedo@ufv.br
Osmar Ferreira
Rio Paracatu Mineração, Paracatu, Brasil, osmar.ferreira@rpm.kinross.com.br
André Geraldo Cornelio Ribeiro
Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Brasil, andregcribeiro@yahoo.com.br
RESUMO: A empresa Rio Paracatu Mineração (RPM) atua há cerca de 20 anos na produção de
ouro, no município de Paracatu-MG, com a mais baixa relação material escavado/minério do
mundo, em média 0,45g de minério para 1,0t de material escavado. No momento, viabiliza-se um
projeto de expansão que estenderá a vida útil da mina por mais 20 anos. O ouro está presente no
minério lixiviado e também está associado a arsenopirita, a pirita e a calcopirita. Existe, no entanto,
uma grande preocupação em relação ao fechamento das áreas lavradas, da barragem de rejeitos e
dos tanques específicos para evitar a formação de drenagem ácida de mina. A RPM tem investido
em pesquisas sobre sistemas de coberturas que atendam a essa necessidade. Nesse sentido, montouse
um experimento monitorado no campo para simular o balanço hídrico no local da mineração. O
presente trabalho descreve o experimento montado, bem como a sua instrumentação.
PALAVRAS-CHAVE: Cobertura, Rejeitos, Descomissionamento, Lisímetros.
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1 INTRODUÇÃO
Anualmente a indústria de mineração explora
centenas de milhões de toneladas de solo e
rocha para extrair minerais que, após
beneficiamento, servem para a produção de uma
enorme quantidade de produtos fundamentais
para a civilização moderna (Carrier III et alli
1983).
Freqüentemente, a maior parte do material
explorado é resíduo, estéril e/ou rejeito. Em
alguns casos, como na mineração de cobre ou
ouro, os rejeitos podem representar mais de
99% do minério.
Quando nos resíduos de mineração existem
minerais sulfetados, em presença de água esses
minerais são oxidados gerando uma solução
aquosa ácida denominada de drenagem ácida de
minas (DAM). Trata-se de um dos mais graves
impactos ambientais associados a essa atividade
de mineração.
A empresa Rio Paracatu Mineração (RPM)
atua há cerca de 20 anos na produção de ouro,
no município de Paracatu, em Minas Gerais. A
produção apresenta a mais baixa relação
material escavado/minério do mundo: em média
0,45 g de minério para 1,0 t de material
escavado. Até meados de 2007, a RPM operava
em um sistema não convencional de lavra a céu
aberto que permite explorar o Morro do Ouro
sem que sejam produzidos estéreis. A
mineração iniciou com a produção anual de 6,0
Mt. Em expansões sucessivas ocorridas em
1995, 1997 e 2001 a produção passou para 18,0
Mt/ano.
Nesse processo de beneficiamento do
minério, o ouro e os minerais sulfetados são
concentrados em três estágios. Os rejeitos desse
processo (30% em peso) contêm 20% a 30% de
sulfetos e são depositados de forma subaquática
em pequenos reservatórios revestidos por um
liner de argila e/ou geomembrana PEAD
denominados de “tanques específicos”.
Adiciona-se cal a esses rejeitos para manter o
seu PH entre 6 e 7. Os rejeitos de flotação
(cerca de 70% em peso) são parcialmente
divididos em dois espessadores para a
recuperação de água. A porção grosseira
(underflow), com 30% de teor de sólidos, é
enviada por gravidade para o reservatório da
barragem de rejeitos que tem cerca de 800,0 ha.
Calcário britado é adicionado a esses rejeitos da
flotação para melhorar as suas características
geoquímicas após deposição.
O ouro está presente no minério lixiviado e
também está associado a arsenopirita (FeAsS), a
pirita (FeS2) e a calcopirita (CuFeS2). Existe,
portanto, uma grande preocupação em relação
ao fechamento das áreas lavradas para evitar a
formação de drenagem acida de mina (DAM).
No momento, está sendo viabilizado um
projeto de expansão que passará a produção
para 80 Mt/ano e estenderá a vida útil da mina
por mais 20 anos. Entretanto, nessa expansão, o
Morro do Ouro se tornará uma cava com cerca
de 350 m de profundidade. A lavra da zona
mineralizada exigirá o decapeamento de, no
mínimo, 200 m de material (horizonte A)
gerando, portanto, um volume considerável de
estéril. Esse novo plano de lavra mudará
significativamente o plano de fechamento da
mina, introduzindo a necessidade de
descomissionamento não só das áreas lavradas,
da barragem de rejeitos e dos tanques
específicos, mas também da cava e da pilha de
estéril de 200 Mt que será gerada.
Nesses casos, sistemas de coberturas com
solo terão que ser usados com o objetivo de
minimizar a entrada de oxigênio e água nas
áreas lavradas, nos tanques específicos, no
reservatório da barragem de rejeitos e na pilha
de estéril rochoso.
1.1 Objetivos
Em vista da necessidade da RPM estudar
sistemas de cobertura com solo e o interesse
científico nesses estudos, procurou-se viabilizar
junto à empresa experimentos in situ,
monitorados. Foram, então, projetados e
construídos dois sistemas de coberturas
experimentais um do tipo prescritivo e, o outro,
do tipo evapotranspirativo, ambos com sistema
de monitoramento composto por medidores de
escoamento superficial, lisímetros para medir a
infiltração e instrumentação geotécnica para
monitorar perfis de umidade nas diferentes
camadas de solo.
Estes experimentos foram implantados numa
região chamada de “barraginha” cujo
reservatório serviu para receber os rejeitos
provenientes da operação da planta piloto da
mina.
A partir dos resultados obtidos com estes
experimentos, pretende-se estudar o balanço
hídrico dos sistemas de cobertura (precipitação,
escoamento superficial, evapotranspiração,
infiltração, etc.) bem como conhecer os perfis
de umidade presentes no sistema de cobertura.
Estes dados serão coletados por um período de,
pelo menos, um ano e servirão para
comparações com análises numéricas dos
experimentos, inicialmente calibradas a partir
de ensaios geotécnicos de laboratório feitos
com os diferentes materiais dos sistemas de
cobertura.
A RPM viabilizou a construção dos
lisímetros bem como a compra e instalação de
uma instrumentação inicial.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Sistemas de coberturas são utilizados
principalmente para reduzir a quantidade de
água que infiltra nos resíduos, controlar a
migração de gases e isolar os resíduos do meio
ambiente (Abichou et alli 2004; O’Kane e
Barbour 2003; Koerner and Daniel 1997; etc.).
Os sistemas de cobertura são, normalmente,
divididos em dois tipos: prescritivos e
evapotranspirativos. As coberturas prescritivas
utilizam dos princípios de resistência ao fluxo,
ou seja, camadas com baixa condutividade
hidráulica (argilas compactadas com ou sem
geomembrana ou GCL) para minimizar a
infiltração e maximizar o escoamento
superficial e a evapotranspiração. Os
componentes básicos da cobertura prescritiva
são, uma camada de solo com maior teor de
matéria orgânica, apropriado para o plantio, e
uma camada barreira feita com solo
compactado de baixa condutividade hidráulica
que estaria por cima do material a ser coberto.
A vegetação, além da função estética, tem os
objetivos de garantir a proteção da camada de
cobertura contra agentes erosivos e aumentar a
evapotranspiração. A camada barreira, como o
próprio nome sugere, tem a função de impedir
(minimizar) a passagem de líquidos. As
coberturas evapotranspirativas consistem em
uma camada de solo com maior teor de matéria
orgânica, apropriado para o plantio de uma
cobertura vegetal, sobreposta a uma camada de
solo pouco compactado que tem a função de
armazenar os líquidos que se infiltram durante o
período de chuvas. Os rejeitos a serem cobertos
podem ficar abaixo dessa camada de
armazenamento de líquidos. Durante o período
de chuvas essa camada vai, progressivamente,
saturando sem, entretanto, permitir que uma
quantidade significativa de líquidos alcance os
rejeitos. Assim que precipitação cessa ou
diminui, a evapotranspiração passa a
predominar e vai, também progressivamente,
secando, diminuindo a saturação da camada de
armazenamento até que o próximo período
chuvoso recomece e os processos de
armazenamento e secagem dessa camada se
repitam. Portanto, nesse caso, a camada de solo
ao invés de “impedir” a passagem de liquido,
funciona como uma “caixa de água” que enche
durante os períodos chuvosos e esvazia durante
os períodos de estiagem.
A(s) camada(s) de armazenamento são
constituidas por areias siltosas, siltes e/ou siltes
argilos, e devem ser suficientemente espessa(s)
para que o acréscimo de umidade não ocorra
próximo a base onde se encontra o material que
se pretende proteger. A(s) espessura(s)
necessária(s) dependem das condições
climáticas (evaporação), do tipo de vegetação
usado na camada de cobertura vegetal
(transpiração), das propriedades não saturadas
do(s) solo(s) (condutividade hidráulica e curva
de retenção de água) e do escoamento
superficial.
Existem dois tipos básicos de coberturas
evapotranspirativas: monolíticas e barreiras
capilares. As coberturas evapotranspirativas
monolíticas já foram descritas anteriormente.
As coberturas evapotranspirativas com
barreias capilares utilizam um sistema em que
a camada de armazenamento é sobreposta a
uma camada de material com granulometria
mais grossa (Qian et alli 2002). Essa camada de
material com partículas maiores serve para
aumentar a capacidade de armazenamento da
camada de solo mais fino (Fig. 1).
Figura 1.(a) Barreira Capilar, (b) Curva de retenção de
água no solo, (c) Condutividade Hidráulica (adaptado de
Qian et. Alli, 2002).
Assim, na Figura 1b, observa-se que quando
a frente de infiltração atinge a base do solo fino
(camada de armazenamento) seu teor de
umidade é igual a Af
correspondendo,
aproximadamente, ao valor de entrada de ar do
solo e a sucção igual (ψa). Devido as diferentes
características das curvas de retenção de água
dos solos finos e mais grosso, para essa mesma
sucção o solo grosseiro terá uma umidade Ac,
bem menor do que a do solo mais fino. Em vista
dessa diferença de umidade, o solo grosseiro
terá uma condutividade hidráulica menor do
que a do solo fino, Figura 1c, e funcionará
como um contorno quase impermeável para a
camada de solo fino, possibilitando um melhor
aproveitamento da sua capacidade de
armazenamento.
Segundo Dwyer 2003 e Carlsson 2002,
existem dois problemas principais com relação
à barreira capilar. Um é que o solo fino não
deve colmatar o solo grosseiro. Nesse caso, o
uso de um geotêxtil como elemento de
separação é recomendável. O segundo problema
está relacionado com períodos de precipitações
extremamente elevadas. Em tais situações, a
barreira capilar pode parar de funcionar, uma
vez que quando o solo grosso satura ou chega
próximo da saturação, sua condutividade
hidráulica fica bem maior que a do solo fino
(“quebra da barreira capilar”).
Nyhan et al. 1990, e Khire et al. 1994,
afirmam que as barreiras capilares têm sido
mais efetivas que as convencionais, são mais
facilmente construídas e custam menos que as
coberturas prescritivas.
Há certa controvérsia sobre a efetividade das
barreiras capilares quando relacionadas com as
condições climáticas. Segundo Benson e Khire
1995, estudos de campo têm mostrado que
barreiras capilares com duas camadas são
efetivas em regiões áridas e semi áridas. Além
disto, projetos mais complexos com mais de
duas camadas têm funcionado bem em regiões
úmidas. Por outro lado, Morris and Stormont
1997 comentam que barreiras capilares não são
eficientes em condições climáticas de moderada
a elevadas precipitações, sendo indicadas para
ambientes áridos e semi-áridos.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Os experimentos foram realizados na região
denominada “barraginha”, local que era
utilizado para o lançamento de rejeitos durante
a operação da usina piloto da mina que esteve
em operação por 10 anos. Os rejeitos ali
depositados formavam uma camada com
espessura variando de 0 a 2,5 m que não tinha
capacidade para suportar o tráfego das
máquinas que construíriam os experimentos.
Por esse motivo, sobre a camada de rejeitos, foi
construída uma camada de solo compactado,
com aproximadamente 1,0 m de espessura,
denominada de camada de trafegabilidade. Os
dois sistemas de cobertura descritos a seguir
foram construídos sobre essa camada de
trafegabilidade.
Estudou-se o desempenho de dois
experimentos, conforme apresentados a seguir:
• Experimento 1 – Cobertura Prescritiva:
composta por uma camada de 15 cm de solo
orgânico que se sobrepõem a uma camada de 50
cm de material siltoso que, por sua vez, é
sobreposta a uma camada de 50 cm de argila
compactada (barreira hidráulica).
• Experimento 2 – Cobertura Alternativa:
composta por uma camada de 15 cm de solo
orgânico que se sobrepõem a uma camada de 50
cm de material siltoso que, por sua vez, é
sobreposta a uma camada de 50 cm de cascalho
(barreira capilar).
O projeto dos lisímetros pode ser observado
nas Figuras 2 e 3. Foram instalados três
medidores de umidade (TDR) em cada
experimento, conforme apresentado
esquematicamente na Figura 3.
Figura 2 – Arranjo Geral dos Experimentos
Figura 3 – Detalhe da Instrumentação (TDR) nos
Lisímetros.
As Figuras 4 e 5 apresentam o experimento
em construção e em operação, respectivamente.
Figura 4 – Vista geral da construção dos experimentos
Figura 5 – Vista dos experimentos já com a
instrumentação instalada.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Além da apresentação dos experimentos
implantados no campo, foi possível apresentar
aqui alguns resultados preliminares dos perfis
de umidade medidos nos solos da cobertura
através dos equipamentos TDRs.
As Figuras 6 e 7 apresentam os perfis de
umidade variando com o tempo, nos
experimentos 1 e 2, respectivamente. Cada
inflexão das curvas representa um equipamento.
Perfil de Umidade – Lisímetro 1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
0 10 20 30 40 50 60
Umidade Volumétrica
Profundidade (cm)
ago/07 set/07 out/07 nov/07
dez/07 jan/08 fev/08 mar/08
Figura 6. Perfis de Umidade no Experimento 1 em
diferentes tempos.
Perfil de Umidade – Lisímetro 2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
0 5 10 15 20 25 30 35
Umidade Volumétrica
Profundidade (cm)
ago/07 set/07 out/07
nov/07 dez/07 jan/08
fev/08 mar/08
Figura 7. Perfis de Umidade no Experimento 2 em
diferentes tempos.
Analisando os gráficos apresentados nas
Figuras 6 e 7, é possível observar que as
maiores variações de umidade ocorrem nos
sensores mais superficiais 7 e 3, lisímetro 1 e 4
e 5, lisimetro 2 que acompanharam a
precipitação.
As Figuras 8 e 9 apresentam a variação da
umidade volumétrica com o tempo, associada a
precipitação medida, para os experimentos 1 e
2, respectivamente.
Lisímetro 1 – Umidade X Tempo X Precipitação
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
13/5/07 6/6/07 30/6/07 24/7/07 17/8/07 10/9/07 4/10/07 28/10/07 21/11/07 15/12/07 8/1/08 1/2/08 25/2/08 20/3/08
Tempo (dias)
Umidade Volumétrica
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
mai-07 jun-07 jul-07 ago-07 set-07 out-07 nov-07 dez-07 jan-08 fev-08
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Sensor nº 7 Sensor nº 3
Sensor nº 2 Sensor nº 4
Precipitação
Figura 8. Variação da Umidade Volumétrica com o
tempo e com a Precipitação, para o Experimento 1.
Lisímetro 2 – Umidade X Tempo X Precipitação
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
13/5/07 6/6/07 30/6/07 24/7/07 17/8/07 10/9/07 4/10/07 28/10/07 21/11/07 15/12/07 8/1/08 1/2/08 25/2/08 20/3/08
Tempo (dias)
Umidade Volumétrica
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
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130
140
150
160
170
180
190
200
mai-07 jun-07 jul-07 ago-07 set-07 out-07 nov-07 dez-07 jan-08 fev-08
Tempo (mês)
Precipitação (mm)
Sensor nº 8 Sensor nº 5 Sensor nº 6
Sensor nº 1 Precipitação
Figura 9. Variação da Umidade Volumétrica com o
tempo e com a Precipitação, para o Experimento 2.
Analisando as Figuras 8 e 9, é possível
observar que de maio a outubro a umidade se
manteve constante, só começando a variar com
o início das chuvas.
Nota-se, também, que o sensor 6 na base da
barreira capilar umedece bastante (mais de
26%), enquanto que o sensor 2 na base da
camada restritiva umedece bem menos (cerca
de 14%). No entanto, os sensores 1 e 4 no topo
da camada de trafegabilidade sofrem apenas
pequenas variações de umidade o que parece
indicar que os dois sistemas de cobertura estão
funcionado a contento, pelo menos no que diz
respeito à infiltração das águas pluviais.
5 CONCLUSÕES
Existe uma grande dificuldade em se conhecer o
desempenho de coberturas de aterros
construídas com solos. De acordo com a
bibliografia consultada, uma das formas mais
eficientes de se fazer isto é através da
construção e monitoramento de coberturas em
grandes escalas em que os lisímetros servirão
para medida do percolado que atravessa a
cobertura.
Trata-se de um método amplamente utilizado
em países desenvolvidos mas ainda pouco
difundido no Brasil.
A grande vantagem desta metodologia de
projeto de coberturas quando comparada com a
convencionalmente aplicada, é que os
parâmetros a serem considerados nas análises
são locais, o que inflencia sobremaneira na na
avaliação do desempenho destas estruturas.
Outro fato importante que está sendo
investigado no local dos testes é o desempenho
das coberturas evapotranspirativas no que diz
respeito a capacidade das mesmas em
reservarem as águas nas camadas superficiais
da cobertura e liberá-las para a atmosfera pela
evapotranspiração.
Caso este tipo de cobertura seja considerado
adequado às condições do local, isto poderá
representar uma economia enorme a empresa
RPM, uma vez que a mesma terá que cobrir
áreas muito extensas durante o
descomissionamento da mina. Este tipo de
cobertura além de custar menos que a
convencional, praticamente não tem
manutenção na medida em que não barra o
fluxo mas, atua exatamente como a natureza,
permite que as águas infiltrem e
evapotranspirem, sem que as mesmas atinjam
os resíduos.
AGRADECIMENTOS
À empresa Rio Paracatú Mineração – RPM,
que viabilizou e financiou a implantação dos
experimentos;
REFERÊNCIAS
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Lysimeters for Alternative Landfill Cover
Demonstrations Projects FAMU – FSU College of
Engineering State University System of Florida,
Florida Center for Solid and Hazardous Waste
Management, University of Florida, 88 p.
Benson, C. H. and Khire, M. V., (1995) “Earthen Covers
for Semiarid and Arid Climates,” Landfill Closures –
Enviromental Protection and Land Recovery, ASCE,
Geothecnical Special Publication, No. 53, R. Jeffrey
Dunn and Udai P. Singh, Eds., New York, NY, p.
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Carlsson, E. (2002), Sulphide-Rich Tailings Remediated
by Soil Cover, Doctoral Thesis, Lulea University of
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Carrier, W. D., Bromwell, L. G., and Somogyi, F (1983),
Design Capacity of Slurried Mineral Waste Ponds,
Journal of the Geotechnical Engineering Division,
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Dwyer, F. S. (2003), Water Balance Measurements and
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Khire, M., C. Benson. and P. Bosscber. 1994. Final
Cover Hydrologic Evaluation-PhaseIll,Environmental
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Koerner, R. M. and Daniel, D. E. (1997). Final Covers
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ASCE Press, Reston, Va.
Morris and Stormont (1997), Capillarity Barries and
Subtitle D Covers: Estimating Equivalency, Journal of
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3-10.
Nyhan, J. W., T. E Hakonson and B. J. Drennon. (1990).
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19:281- 288.
O’Kane, M. and Barbour, S. L. (2003) Predicting Field
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Systems for Waste. 6th ICARD, Cairns, QLD, p. 327–
339.
Qian, Xuede; Koerner, Robert M. and Gray, Donald H.
(2002) “Geotechnical Aspects of Landfill Design and
Construction”, in Michigan Department of
Environmental Quality, Waste Management Division,
USA, p 399–437
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