Artigo Aproveitamento de Rejeitos Magnesita

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APROVEITAMENTO DOS REJEITOS DO MINRIO MAGNESITA PARA

FINS DE PAVIMENTAO

Ramon Dutra Lobo1, Alexandre de Souza Lima1

(1) Graduando em Engenharia Civil pela Faculdade de Tecnologia e Cincias, Vitria da Conquista Ba, Brasil, E-mail: [email protected], [email protected]

Resumo

O objetivo deste artigo avaliar a eficcia da utilizao de rejeitos do processo industrial de britagem do minrio

magnesita em industrias de minerao na cidade de Brumado, em misturas com solo local, para aplicao como base e sub-

base de pavimentos vicinais em substituio aos servios de conservao corretiva rotineira, considerado de baixa

durabilidade. A atividade mineradora gera uma quantidade significativa de refugos sem que haja uma destinao mais

adequada destes, o que contribui para degradao ambiental. Trabalhou-se com amostras de cascalho de minrio puro,

cascalho adicionado a um solo de textura argilosa e cascalho com adio de rejeitos finos ou custica provenientes dos

filtros de manga dos fornos, nas quais foram realizados ensaios em laboratrio de caracterizao, compactao e CBR. Os

resultados encontrados nos ensaios laboratoriais demonstraram que os rejeitos de minrio magnesita puros, com um tero de

material grado, apresentou desempenho satisfatrio para aplicao em bases com CBR=120%. O refugo de magnesita

quando adicionado custica tambm apresentou resistncia elevada e as demais misturas revelaram ndices bem abaixo,

porm com aplicao em sub-bases rodovirias. Os equipamentos e mtodo de aplicao das misturas apresentados neste

trabalho quando usados em pavimentao podem ser teis de dois modos: possibilitando a construo da base e ou subbase

de boa qualidade e contribuindo para diminuio do passivo ambiental.

Palavras-chave: Rejeitos; Minrio Magnesita; Pavimento; Ambiental.

USE OF MAGNESITE ORE TAILINGS FOR PAVING PURPOSES Abstract

The purpose of this article is to assess the effectiveness of the use of tailings from the ore crushing industrial

process magnesite in mining industries in the town of Brumado, in mixtures with local soil, for use as a base and sub-base

of a road with pavements in place corrective conservation routine services, considered low durability. Mining activity

generates a significant amount of waste without proper disposal of these, which contributes to environmental degradation.

Worked with samples of pure ore gravel, gravel added to a clayey texture soil and gravel with added fine tailings or caustica

from the bag filters the furnaces, in which trials were conducted in the laboratory of characterization, compression and

CBR. The results found in laboratory tests have shown that pure magnesite ore tailings, with a third of coarse material,

presented satisfactory performance for application in bases with CBR = 120%. The scrap of magnesite when added to

caustica also showed high resistance and the other mixtures revealed indexes well below though with application in road

sub-bases. The equipment and application of mixtures method presented in this paper when used in paving can be useful in

two ways: allowing the construction of base and subbase or good quality and contributing to decrease environmental liabilities.

Key words: Tailings; Magnesite Ore; Pavement; Environmental.

1 INTRODUO

O Brasil, pelas prprias dimenses territoriais, possui uma grande extenso da malha

rodoviria, principalmente de estradas vicinais, de grande importncia socioeconmica para o Pas.

As tcnicas construtivas ou de manuteno convencionais de rodovias demandam altos

investimentos inviabilizando aquelas que apresentam baixo volume de trfego, caracterstica da

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maioria dos acessos municipais e que no possuem tratamentos adequados, aumentando o custo

com transporte, desconforto, insegurana em dias chuvosos e acarretando riscos sade dos

habitantes a margem das estradas de terra, pela ao da poeira que a circulao dos veculos

provoca. O pavimento deve resistir aos esforos oriundos do trfego de veculos e clima, e a

propiciar aos usurios melhoria nas condies de rolamento, com conforto, economia e segurana

(BERNUCCI et al, 2006). Medina e Motta (2005, p.14), comentam os objetivos da pavimentao de

estradas e ruas: melhorar as estradas de terra, protegendo-as da ao da gua, do desprendimento de

poeira e pedras, enfim, tornando-as mais cmodas e seguras ao trfego e mais durveis.

A atividade mineradora produz uma quantidade relevante de materiais estreis e rejeitos que

normalmente so despejados nas bancas das minas ou estocados em reas abertas expostas as

intempries acarretando contaminaes ao meio ambiente.

O magnsio (Mg) o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre DNPM (2009),

bastante resistente, duro e leve, sendo encontrado em mais de 60 minerais na forma de compostos

naturais. A magnesita um mineral de carbonato de magnsio expresso pela frmula MgCO2,

contendo 47,81% de MgO e 52,19% de CO2, (CETEM, 2005), importante matria prima com

diversas aplicaes, como na indstria qumica, farmacutica, de vidro, cimento e principalmente na

produo de refratrios, materiais capazes de suportar altas temperaturas sem perder suas

propriedades fsico-qumicas, como os tijolos utilizados para revestimento dos alto fornos no

processo de fabricao do ao. A magnsia custica resulta do processo de calcinao da magnesita

em fornos convencionais a temperaturas de 800C a 1000C, com teor de MgO acima de 85%. Esse

derivado de magnesita tem como aplicao a fabricao do cimento Sorel, como define Saliba

Jnior, C. C.(2009) o concreto de cimento Sorel contendo xido de magnsio, hidratado para

carbonato de magnsio, ideal para limpar CO2 do ar, pela sua absoro dentro do ambiente

construdo. As principais jazidas de magnesita no Brasil esto localizadas na cidade de Brumado,

Estado da Bahia, com destaque para as empresas mineradoras: Magnesita Refratrios S/A,

Indstrias Qumicas Xilolite S.A e Ibar Nordeste S.A.

Apesar de gerar riquezas para o municpio, a minerao tem gerado problemas

socioambientais, como crescimento desordenado e degradao ambiental (MESSIAS, 2010),

portanto, a alternativa de uso mais nobre dos rejeitos em pavimentos, diminui o passivo ambiental

de duas formas: reduz os estoques de estreis do processo de minerao e contribui para a retirada

do CO2 da atmosfera, pois, a utilizao do magnsio sob a forma de xido (MgO), material fino e

muito reativo, retido nos filtros dos fornos, ao ser misturado com o cascalho de minrio e gua,

reage solidificando e retornando a sua formula original, o MgCO2. Ainda segundo Saliba Junior, C.

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C.(2009), entre as possveis aplicaes de mercado para cimentos e concretos magnesianos,

fundamentalmente caracterizveis como variaes do cimento Sorel, destacam-se a pavimentao

de ruas, rodovias e estradas operacionais.

O emprego de materiais naturais em camadas constitutivas de pavimentos como os rejeitos

minerais, vem sendo utilizado h muito tempo, porm, pressupe a proximidade das jazidas de

emprstimo com o local de aplicao atentando ao custo beneficio e aos parmetros ambientais, o

que justifica esta pesquisa considerando o objeto e local de estudo. Desta forma, os resduos do

minrio granulares e finos se tornam fonte de materiais a serem aproveitados na aplicao de bases

rodovirias, que segundo Seno (2001, p.46) consiste em base de solo estabilizado

granulometricamente com a utilizao de solos naturais, rochas alteradas, naturais ou misturas

artificiais de solos e rochas alteradas ou, ainda, de qualquer combinao desses materiais que

oferecem, aps o umedecimento e a compactao, boas condies de estabilidade.

Vargas (1977) define como estabilizao de solos, o processo pelo qual se confere ao solo

uma maior resistncia s cargas ou eroso, por meio de compactao, da correo da

granulometria e da sua plasticidade ou da adio de substncias que lhe confiram uma coeso

proveniente da cimentao ou aglutinao de suas partculas. A mistura solo agregado com finos

preenche os vazios existentes, aumentando o contato com os gros proporcionando um aumento da

resistncia. A estabilidade da base em pavimentos flexveis depende das propriedades do material

utilizado e muito da sua granulometria, responsvel por mobilizar o atrito interno de suas partculas

para resistir aos esforos de deformao no estado de tenses.

O aproveitamento de resduos industriais no Brasil para fins de engenharia tem se revelado

uma alternativa vivel, de baixo custo, pois sua retirada da mina franqueada e ambientalmente

correto. Portanto, sistematizar os estudos e mtodos de aplicao em acordo com as normas

tcnicas, empregando solues alternativas, valorizando os recursos locais disponveis, reduzindo

custos e impacto ambiental, o desafio da engenharia rodoviria.

Pelo exposto, o objetivo geral deste artigo foi atestar a viabilidade tcnica de aplicao dos

rejeitos oriundos do processamento do minrio magnesita em bases e sub-bases rodovirias.

Especificamente, analisar sobre a tica ambiental o reaproveitamento dos resduos em pavimentos e

classificar as amostras dos materiais pelos sistemas USCS e HRB.

2 MATERIAIS E MTODOS

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O espao geogrfico objeto deste estudo est contido no Municpio de Brumado, conhecido

como a capital do minrio, com uma rea de 2 226,796 km, populao 68 776 habitantes (IBGE,

2013), considerado um importante entroncamento rodovirio (BA-262, BA-148 e BR-030) e,

naturalmente, um polo de atrao para as cidades vizinhas, conforme ilustra a Figura 1 do mapa

politico e rodovirio, informando a localizao do Municpio de Brumado no Estado da Bahia.

Figura 1: Localizao do Municpio de Brumado no Estado da Bahia

Fonte: IBGE (2010).

Sua economia est baseada na minerao seguida das atividades agropastoris e do setor de

servios. O sistema virio, que interliga as diversas localidades do municpio, responsvel pelo

escoamento da produo composto em sua maioria por estradas de terra ou cho batido, com

manuteno irregular, sujeitas a formao de trilhas de roda e buracos.

Para alcanar os objetivos propostos neste estudo, foram necessrias visitas tcnicas a

empresa Magnesita Refratrios S/A, situada em Brumado, para coleta de amostras dos rejeitos

industriais. Foram coletadas tambm solos de uma jazida, j identificada por estudos anteriores,

para efeitos comparativos, localizada na estrada que liga o municpio de Barra do Choa e o distrito

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de Lucaia, Estado da Bahia, no KM 9,7, referenciado por aparelho receptor GPS do ponto de coleta

da amostra localizado na Zona 24L, com S 14.80240 e O 40.52564.

Foram utilizados quatro tipos de amostras e adotado o trao (relao entre os componentes da

mistura em volume) para utilizao dos rejeitos com fins de pavimentao, baseado em aplicaes

empricas realizadas pela prpria empresa nos ltimos dez anos. A primeira amostra separada

continha apenas o cascalho, ou seja, solos grossos mal graduados com presena de solos oriundo do

desmonte do minrio na mina, aps serem passados no britador e separados como rejeito. A

segunda amostra considerou uma mistura com cerca de 67% do cascalho com a caustica ou xido

de magnsio retidos nos filtros dos fornos levando-se em conta o trao 2:1. O objetivo deste trao

foi acrescentar material de granulometria mais fina, tornando-a uma mistura mais fina. A terceira

amostra consistiu em uma mistura com 50% de cascalho com 50% de um solo j pesquisado com

baixo CBR, apresentando textura argilosa, no intuito de observar o comportamento do cascalho com

adio de material menos resistente. Para a quarta amostra, utilizou-se apenas este solo argiloso

puro, retirado da jazida do local acima citato, apenas para efeito de comprovao. As misturas

foram traadas manualmente e depois vertidas nos corpos cilndricos.

2.1. Solos

Os solos do presente trabalho so provenientes da zona rural do municpio de Barra do Choa,

apresentando textura argilosa e cor amarelada, retirado de uma encosta ao lado da estrada que liga

Barra do Choa e Lucaia, no Km 9,7, Estado da Bahia.

2.2. Rejeitos de minrio

2.2.1 Rejeitos grados ou cascalho

Com uma produo atual acima das 400 mil toneladas ano de magnesita beneficiada segundo

o DNPM (2009), tambm so gerados estreis de minerao no processo de britagem aos quais so

separados conforme a seguinte granulometria:

Acima de 70,0mm grado

Entre 70,0mm e 28,6mm cascalho

Abaixo de 28,6mm refugo

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As quantidades podem ser estimadas conforme a formula (t/tROM), tonelada beneficiada em

relao a tonelada bruta, cuja faixa de valores situa entre 0,57 a 0,77, que pode variar em

decorrncia das diferentes caractersticas de cada jazida.

2.2.2. Rejeitos de xido de magnsio

Durante o processo industrial, quando a magnesita submetida ao processo de calcinao, so

gerados e descartados os rejeitos do minrio retidos nos filtros de manha dos fornos, cuja

quantidade est baseado no teor mdio da jazida e tecnologia de processamento envolvido, podendo

atingir uma faixa ampla variando entre 0,18 a 1,12 em relao a quantidade de magnesita

beneficiada.

A magnesita submetida a tratamentos trmicos entre 1800 a 2100 que resulta no xido de

magnsio calcinado ou periclsio e gs carbnico. A reao que ocorre nos fornos :

MgCO3 MgO + CO2

As pilhas de estril geradas a partir dos processos de britagem e beneficiamento so separadas

por tipos de materiais e granulometrias diferentes, ou seja, para o talco, refugo de britagem, estril

da mina, terra e refugo do peneiramento, que so depositados em pilhas separadas e prxima das

fontes geradoras.

2.3. Coleta e secagem das amostras de solo e dos rejeitos.

A coleta correspondeu a primeira etapa deste estudo, com a utilizao de ps, picaretas e

sacos de rfia para armazenar as amostras com cerca de 100 kg cada. Em seguida foram

transportadas ao laboratrio da Empresa Municipal de Urbanizao de Vitria da Conquista

EMURC, onde procedeu a secagem ao ar livre e sombreado.

2.4 Ensaios e classificao de solos realizados

Realizaram-se com as misturas os ensaios normatizados de anlise granulomtrica (ABNT

NBR 7181:1988), limite de liquidez (ABNT NBR 6459:1984), limite de plasticidade (ABNT NBR

7180:1984), determinao da massa especfica (ABNT NBR 6508:1984) compactao na energia

intermediria (ABNT NBR 7182:1988) e CBR na energia intermediria.

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3 RESULTADOS E DISCUSSES

A seguir, apresentam-se os resultados dos ensaios em laboratrio, separados e na condio

de mistura de materiais. De acordo com SENO (2005) o pavimento constitudo por um sistema

de camadas assentes sobre terreno de fundao ou subleito. Este estudo envolve a aplicao de

materiais no corrigidos granulometricamente em camadas de base e sub-base, constitudas de solos

naturais, cascalho de minrio e mistura de materiais, destinadas a resistir aos esforos verticais e

horizontais oriundos do trafego proporcionando condies de rolamento adequadas, conforto e

segurana aos usurios. O cascalho um material de granulometria grossa ou com grande

porcentagem de pedregulho, resultante do desmonte de rochas e posterior processo de britagem

destinado ao segmento de beneficiamento do minrio.

Na Tabela 1, encontram-se a caracterizao dos solos e misturas que foram utilizados neste

estudo.

Tabela 1 Peso especifico dos slidos e Valores LL, LP e IP

Parmetros A 049 A 050 A 051 A 052

Peso Especfico dos Slidos ( s) - g/cm 2,408 1,915 1,650 2,010

Limites de Atterberg (%)

Limite de liquidez (LL) NL NL 50 30

Limite de plasticidade (LP) NP NP 26,2 18,3

ndice de plasticidade (IP)

- - 23,8 11,7

Fonte: Laboratrio EMURC.

As curvas granulomtricas dos materiais estudados so apresentadas a seguir atravs dos

Grficos 1(a), 1(b), 1(c) e 1(d) referentes as amostras 049, 050, 051 e 052, respectivamente. O

Grfico 1(a) mostra a curva granulomtrica da amostra 049 referente ao rejeito puro ou cascalho

oriundo do processo de britagem do minrio, sento este, o principal rejeito objeto deste artigo.

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Grfico 1(a): Curva Granulomtrica da Amostra 049.

Fonte: Laboratrio de Geotecnia LCL (2015).

O Grfico 1(b) mostra a curva granulomtrica da amostra 050, que formada pela mistura do

rejeito (ou cascalho) com a custica no trao em volume 2:1, sendo que a custica o rejeito de

minerao retido nos filtros de manga dos fornos de magnesita, no processo de calcinao.

Grfico 1(b): Curva Granulomtrica da Amostra 050.


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O Grfico 1(c) representa a curva granulomtrica do solo argiloso que foi retirado do

Municpio de Barra do Choa - BA, o qual neste trabalho designado de amostra 051.

Grfico 1(c): Curva Granulomtrica da Amostra 051.


O Grfico 1(d) mostra a curva granulomtrica da mistura do solo argiloso, em estudo, com o

rejeito (ou cascalho da minerao da magnesita) no trao em volume 1:1 (um para um),

representativa da Amostra 052.

Grfico 1(d): Curva Granulomtrica da Amostra 052.


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As classificaes dos materiais segundo os sistemas USC e TRB (ou HRB) esto descritas na

Tabela 2. Observa-se que o solo da amostra A51 se localizou sobre a linha B da carta de

plasticidade da classificao USCS, portanto, foi classificada como de transio ou duplo

enquadramento.

Tabela 2 Classificao USC e TRB

Classificao

Amostras USC THRB

A 49 Rejeito ou cascalho de minrio GP A-1-A

A 50 Rejeito ou cascalho misturado com custica (MgO) SM A-1-B

A 51 Solo argiloso da jazida de Barra do Choa CL-CH A-7-6

A 52 Rejeito ou cascalho misturado com solo argiloso SC A-2-6

Fonte: Laboratrio EMURC

A curva de compactao importante para a obteno do teor de umidade timo e do peso

especifico seco mximo do solo e precede os ensaios CBR, pois ela importante para determinar o

CBR do solo, cujo resultado definido com base no teor de umidade timo da curva de

compactao.

A seguir, tm-se as curvas de compactao das amostras A49, A50, A51 e A52, representadas

pelos Grficos 2(a), 2(b), 2(c) e 2(d).

Grfico 2(a): Curva de Compactao na energia intermediria da Amostra 049.

Fonte: Laboratrio EMURC (2015).

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Grfico 2(b): Curva de Compactao na energia intermediria da Amostra 050.


Grfico 2(c): Curva de Compactao na energia intermediria da Amostra 051.


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Grfico 2(d): Curva de Compactao na energia intermediria da Amostra 052.


O CBR de cinco pontos utilizado no estudo de subleitos, sub-bases, bases de pavimentos,

inclusive no estudo de jazidas. Para solos de bases ou sub-bases, pode-se utilizar a energia de

compactao intermediria no ensaio CBR. Alm disso, o mtodo do DNER atual DNIT para o

dimensionamento de pavimentos rodovirios. Este ensaio importante para o controle tecnolgico

dos materiais empregados na construo do pavimento de estradas (ou rodovias). A seguir tm-se os

Grficos 3, 4, 5 e 6 que mostram os resultados dos ensaios CBR realizados com as amostras A049,

A050, A051 e A052, na energia intermediria, definido com base no teor de umidade tima da

curva de compactao. No Grfico 3, foi traada a curva CBR representativa da amostra A 049,

somente com rejeitos ou cascalho de minrio.

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Grfico 3: Curva traada com os cinco pontos do ensaio CBR na energia intermediria da Amostra 049.

Fonte: Pesquisa de campo - EMURC (2015).

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Neste Grfico 4 analisado o resultado do ensaio CBR dos rejeitos ou cascalho misturados

com a caustica ou xido de magnsio, outro tipo de refugo do minrio beneficiado da Amostra 050.



18

O Grfico 5 referente a Amostra 051 de solo argiloso puro da jazida de Barra do Choa.



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A curva de CBR traada abaixo se refere Amostra 052, mistura de rejeitos ou cascalho com solo

argiloso da jazida de Barra do Choa.



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Os resultados das expanses dos solos, representados pelos Grficos 7(a), 7(b), 7(c) e 7(d),

das Amostras 049, 050, 051 e 052, para o CBR na energia intermediria de Proctor, verifica-se que

todos os solos apresentaram expanso igual a 0%, o que bom para a finalidade de pavimento.

Grfico 7(a): Curva de Expanso da Amostra 049.


Grfico 7(b): Curva de Expanso da Amostra 050.


Grfico 7(c): Curva de Expanso da Amostra 051.


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Grfico 7(d): Curva de Expanso da Amostra 052.


4 CONCLUSES

As principais concluses deste trabalho so as que seguem:

i. O rejeito puro ou cascalho oriundo do processo de britagem do minrio um excelente

material para pavimentao e pode ser usado em base e sub-base.

ii. O rejeito puro ou cascalho quando misturado com a custica (xido de magnsio),

outro tipo de refugo gerado no tratamento trmico da magnesita e retido nos filtros dos

fornos, no trao em volume 2:1 (dois de cascalho e um de custica), tambm um

excelente material para ser utilizado em bases e sub-bases de pavimentos.

iii. O rejeito ou cascalho quando misturado com solo argiloso tipo A-7-6, mostrou

desempenho modesto. Contudo, pode ser utilizado para camada de sub-base.

iv. Verifica-se que todos os solos apresentaram expanso igual a 0%, o que muito bom

para finalidades de pavimentao.

v. Usualmente as misturas de materiais so realizadas em peso, contudo, neste trabalho a

mistura foi realizada em volume para melhor reproduzir o que ocorre na prtica

adotada nos depsitos de rejeitos de minerao.

5 - AGRADECIMENTOS

A Magnesita Refratrios S/A, IBAR Nordeste S/A e a Industria Xilolite, pela franquia a

visitas em suas instalaes bem como pela coleta de amostras e esclarecimentos tcnicos. Ao

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tcnico em estradas, Sr. Jos Ribamar Viegas pelo material disponibilizado e ao Professor Doutor

Hlio Marcos Fernandes Viana, nosso mestre e orientador.

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