UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS Curso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas

Tese de Doutorado

"Efeito da Adio de Reagentes Agregantes e de Ligantes sobre a Consistncia em Pastas Minerais"

Autor: Christian Anthony Hernndez Osorio Orientador: Prof. George Eduardo Sales Valado Co-orientador: Prof. Armando Corra de Araujo

Fevereiro/2007

SUMRIO

1. INTRODUO ............................................................................................................................................01

2. OBJETIVOS ............................................................................................................................................08 2.1. Objetivo Geral ............................................................................................................................................08 2.2. Objetivos Especficos ............................................................................................................................................08 3. REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................................................................................09 3.1. Aspectos Preliminares ............................................................................................................................................09 3.2. Preparao das Pastas Minerais ............................................................................................................................................12 3.3. Vantagens dos Sistemas de Preenchimento com Pasta ............................................................................................................................................17 3.4. Disposio de Rejeitos na Forma de Pasta ............................................................................................................................................18 3.5. Reologia, Propriedades Mecnicas e Aditivos de Pastas Minerais ............................................................................................................................................24 3.5.1. Caractersticas reolgicas de pastefill puros ............................................................................................................................................24 3.5.2. Efeito da adio de polmeros orgnicos agregantes em pastas minerais ............................................................................................................................................45 3.5.3. Efeito da adio de ligantes em pastas minerais ............................................................................................................................................53

4. ESTRATGIA EXPERIMENTAL ............................................................................................................................................66 4.1. Materiais Utilizados ............................................................................................................................................66 4.2. Metodologia ............................................................................................................................................66 4.3. Planejamento Experimental ............................................................................................................................................73

5. RESULTADOS E DISCUSSO ............................................................................................................................................77 5.1. Caracterizao da Amostra Slida ............................................................................................................................................77 5.1.1. Densidade ............................................................................................................................................77 5.1.2. Distribuio granulomtrica ............................................................................................................................................77 5.1.3. rea superficial especfica - ASE ............................................................................................................................................82 5.1.4. Composio qumica e mineralgica ............................................................................................................................................82 5.1.5. Comportamento da carga superficial ............................................................................................................................................86 5.2. Caracterizao das Pastas Minerais ............................................................................................................................................87 5.2.1. Pastas sem adio de agentes agregantes e ligantes ............................................................................................................................................87 5.2.2. Efeito de agregantes na consistncia e reologia das pastas ............................................................................................................................................88 5.2.3. Efeito de % de slidos, pH e % de material fino sobre a consistncia e reologia das pastas ............................................................................................................................................94

5.2.4. Efeito de ligantes na consistncia e resistncia compresso das pastas minerais ............................................................................................................................................99 6. CONCLUSES ..........................................................................................................................................114 7. RELEVNCIA DOS RESULTADOS ..........................................................................................................................................117 8. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ..........................................................................................................................................119

REFERNCIAS ..........................................................................................................................................120 ANEXOS ..........................................................................................................................................128

LISTA DE FIGURASFigura 1.1: Descarga ( esquerda) e disposio superficial de uma pasta mineral ( direita). ..............................................................................................................................................3 Figura 3.1: Grfico qualitativo da tenso de ruptura em funo do adensamento de

slidos da pasta. ............................................................................................................................................10 Figura 3.2: Aspecto visual de pastas minerais segundo os trabalhos de Fourie (2003), Bedell (2003) e Coxon (2003). ............................................................................................................................................10 Figura 3.3: Grfico de tenso de cisalhamento em funo do adensamento de slidos para diferentes pastas minerais. ............................................................................................................................................12 Figura 3.4: Espessador de cone profundo piloto e detalhe da descarga de pasta. ............................................................................................................................................14 Figura 3.5: Equipamentos de desaguamento utilizados na produo industrial de polpas e pastas minerais: a) Espessador de alta velocidade; b) Espessador de alta densidade; c) Espessadores de pasta (cone profundo); d) Filtros a vcuo. ............................................................................................................................................15 Figura 3.6: Sistema de bombeamento de deslocamento positivo. ............................................................................................................................................15 Figura 3.7: Frico na tubulao para uma determinada pasta. ............................................................................................................................................16 Figura 3.8: ngulos de disposio para polpas de alta densidade e para pasta, em vrios tipos de terreno. ............................................................................................................................................19 Figura 3.9: Descarga de pasta utilizando uma torre rotatria. ............................................................................................................................................20 Figura 3.10: Transporte sobre rodas para a disposio superficial de pasta. ............................................................................................................................................20 Figura 3.11: Descarga mltipla de pasta aplicada na usina Ekati no Canad. ............................................................................................................................................21

Figura 3.12: Sistema de produo de pasta (espessamento, bombeamento e descarga) para disposio superficial. ............................................................................................................................................22 Figura 3.13: O conceito de co-disposio de pasta e rejeito grosso. ............................................................................................................................................22 Figura 3.14: Co-disposio de pasta de rejeitos finos e rejeitos grossos. ............................................................................................................................................23 Figura 3.15: Estgios finais da co-disposio: a) Disposio; b) Reabilitao. ............................................................................................................................................23 Figura 3.16: Resultados do teste de abatimento de cone (slump). ............................................................................................................................................25 Figura 3.17: Perfil da pasta com 64% de slidos e sem excesso de gua. ............................................................................................................................................26 Figura 3.18: Pastas ensaiadas pelo teste de calha considerando diferentes adensamentos e inclinaes de calha. ............................................................................................................................................27 Figura 3.19: Grfico de predominncia dos estados slido, pasta e polpa para o projeto Yaullyam Casapalca. ............................................................................................................................................29 Figura 3.20: Grfico do ngulo de repouso em funo de adensamento de slidos. ............................................................................................................................................30 Figura 3.21: Fotografias de testes de abatimento e calha de pastas da amostra de rejeito de flotao. ............................................................................................................................................30 Figura 3.22: adimensional. ............................................................................................................................................31 Figura 3.23: Comportamento da viscosidade de pastas adensadas com 70 e 72,5% de slidos. ............................................................................................................................................33 Figura 3.24: Efeito do pH sobre a tenso de ruptura de duas suspenses de alumina. ............................................................................................................................................34 Abatimento adimensional em funo da tenso de escoamento

Figura 3.25: Comportamento do ngulo de repouso de diferentes pastas minerais em funo da largura da calha. ............................................................................................................................................35 Figura 3.26: Comportamento da tenso de escoamento em funo do adensamento da pasta. ............................................................................................................................................36 Figura 3.27: Grficos da tenso de escoamento e viscosidade de Bingham em funo do adensamento das pastas e fotografias do teste de abatimento de cone. ............................................................................................................................................37 Figura 3.28: Grfico da energia de bombeamento em funo do adensamento de slidos em volume. ............................................................................................................................................38 Figura 3.29: Grfico do gradiente de presso em funo do slump do material. ............................................................................................................................................41 Figura 3.30: Grfico do consumo especfico de gua em funo da densidade de polpa. ............................................................................................................................................41 Figura 3.31: Disposio superficial de pasta na usina Bulyanhulu. ............................................................................................................................................44 Figura 3.32: Perfil da umidade gravimtrica em funo do tempo da secagem da pasta da usina Bulyanhulu. ............................................................................................................................................44 Figura 3.33: Alternativas atuais da disposio de rejeitos da minerao. ............................................................................................................................................45 Figura 3.34: a) Formao de agregado ou floco; b) Efeito da dosagem excessiva de floculante. ............................................................................................................................................46 Figura 3.35: Efeito da floculao sobre o comportamento do fluxo de slido em funo da concentrao de slido na descarga do espessador. ............................................................................................................................................47 Figura 3.36: Efeito da floculao sobre o comportamento da tenso de escoamento em funo do adensamento de slido em massa. ............................................................................................................................................48

Figura 3.37: Capacidade de floculao de floculantes no inico, aninico e catinico em funo do valor de pH. ............................................................................................................................................49 Figura 3.38: Efeito da dosagem de floculante sobre a velocidade de sedimentao e a concentrao de slidos na polpa. ............................................................................................................................................50 Figura 3.39: Grfico do ngulo de repouso em funo do adensamento de polpa para valores de pH de 9,12 e de 11,60. ............................................................................................................................................51 Figura 3.40: Tenso de escoamento e energia de separao de flocos (kT) em funo da dosagem de floculantes aninico e no inico. ............................................................................................................................................52 Figura 3.41: Efeito da dosagem de floculante considerando-se o adensamento da

descarga do espessador em funo do fluxo de slido na alimentao. ............................................................................................................................................53 Figura 3.42: Efeito da adio de cal sobre o comportamento do ngulo de repouso em funo do adensamento de slido em massa. ............................................................................................................................................54 Figura 3.43: Resistncia compressiva relativa da pasta de concreto em funo do tempo de cura, com adies de 5, 10 e 15% de meta caulim (MK). ............................................................................................................................................57 Figura 3.44: Densidade da pasta cimentada em funo do contedo de material fino. ............................................................................................................................................57 Figura 3.45: Consumo e custo especfico de ligante em funo da densidade dos rejeitos empregados. ............................................................................................................................................58 Figura 3.46: Efeito da distribuio de tamanho de partculas e da drenagem sobre a resistncia mecnica de pastas cimentadas. ............................................................................................................................................59 Figura 3.47: Distribuies granulomtricas dos rejeitos denominados G1, G2, G3, G4 e G5. ............................................................................................................................................60 Figura 3.48: Efeito do tipo e proporo de ligante sobre sua eficincia de fixao de As. ............................................................................................................................................61

Figura 3.49: Controle de expanso de longo prazo usando MK como ligante. ............................................................................................................................................62 Figura 3.50: Expanso do concreto aps 2 anos em funo do contedo de meta caulim. ............................................................................................................................................63 Figura 3.51: Uso de sensores trmicos para controle do transporte de pasta mineral. ............................................................................................................................................64 Figura 4.1: Fluxograma de processamento das amostras slidas. ............................................................................................................................................67 Figura 4.2: Viscosmetro Brookfield modelo DV-III com os spindles LV-1, LV-2, LV-3 e LV-4. ............................................................................................................................................68 Figura 4.3: Remetro usando tcnica de Vane para medies da tenso de escoamento. ............................................................................................................................................69 Figura 4.4: Cilindro slump de laboratrio. ............................................................................................................................................69 Figura 4.5: Metodologia do teste de cone slump. ............................................................................................................................................70 Figura 4.6: Calha construda em acrlico: a) Vista isomtrica; b) Dimenses e forma. ............................................................................................................................................70 Figura 4.7: Prensa hidralica MTS para realizao de ensaios mecnicos e corpos de prova fraturados por compresso. ............................................................................................................................................71 Figura 4.8: Prensas hidralicas utilizadas para os ensaios de cisalhamento: a) direto; b) triaxial. ............................................................................................................................................71 Figura 4.9: a) Permeabilmetro de Germann; b) Permeabilmetro de Karsten. ............................................................................................................................................72 Figura 4.10: minerais. ............................................................................................................................................73 Figura 5.1: Curva granulomtrica da amostra slida obtida por peneiramento. ............................................................................................................................................78 Aparelho de Vicat usado para determinar a consistncia das pastas

Figura 5.2: Curvas granulomtricas da frao mais fina (