Influência da granulometria no comportamento mecânico de rejeitos de minério de ferro

Abstract

A ocorrência de acidentes e a insegurança associada à disposição de rejeitos saturados em barragens de rejeito de mineração com alteamento a montante geraram restrições legais em relação a esse tipo de estrutura. Nesse cenário, os avanços nas tecnologias de filtragem possibilitam a obtenção de rejeitos não saturados, os quais podem ser armazenados em uma condição mais segura; isto é, na forma de pilhas. A separação do rejeito entre partículas mais finas e mais arenosas favorece a eficiência tanto dos processos de beneficiamento quanto da filtragem. No entanto, a disposição final normalmente se dá através da mistura entre os rejeitos com diferentes granulometrias. Ademais, as pilhas devem ser projetadas para receber materiais de granulometria variável ao longo de sua vida útil devido à expressiva variabilidade da rocha de origem e às variações inerentes aos processos de beneficiamento mineral. Assim, a presente tese busca analisar a influência da granulometria no comportamento mecânico de rejeitos de mineração de ferro. Para isso, são utilizados dois rejeitos obtidos em diferentes etapas do beneficiamento e três misturas artificiais produzidas a partir desses materiais e compostas por 20, 30 e 40% do rejeito mais fino Os materiais são avaliados a partir de ensaios de índices de vazios limite, compactação do tipo Proctor e ensaios de compressão triaxial considerando uma ampla faixa de tensões de confinamento (50 kPa a 40 MPa) e diferentes estados de compactação. Os resultados demonstram que a granulometria afeta as características de compactação e o arranjo formado entre os grãos, dependendo da energia aplicada. A influência da granulometria na compressibilidade e na rigidez está relacionada ao grau de compactação e à faixa de pressões analisada. A adição de finos também aumenta a resistência no estado crítico (M) e altera o formato e a posição da Linha de Estado Crítico (LEC) no plano volumétrico. A compactação de rejeitos com granulometrias distintas na condição ótima resulta em parâmetros de estado semelhantes, o que reflete em resistência de pico e dilatância parecidas. Além disso, o incremento no teor de finos aumenta o número de coordenação e reduz a quebra de partículas durante a compressão isotrópica e o cisalhamento

The recent incidents and the safety-related issues of saturated tailings disposal resulted in regulatory restrictions regarding upstream dams. In this scenario, advances in filtering technologies improved the tailings' dewatering, enabling tailings disposal in a safer condition by dry stack structures. The iron recovery and tailings filtration efficiency are improved by separating the finer particles from the coarser ones. However, the tailings with different gradings are usually mixed before disposal. Besides, the stacks must be designed to receive materials of different gradings due to the variation in the ore characteristics and the production processes. Accordingly, this thesis aims to study the grading influence on the mechanical behavior of iron ore tailings. The study analyses two tailings obtained at different beneficiation stages and three artificial mixtures comprising 20, 30, and 40% of the finer tailings. The materials are evaluated through maximum and minimum densities tests, compaction type Proctor, and triaxial tests considering a wide range of confining stresses (50 kPa to 40 MPa) and different initial compaction states. The results show that grading affects the compaction characteristics and the arrangement formed between the grains, depending on the energy applied. The grading influence on compressibility and stiffness depends on the degree of compaction and the range of pressures. Adding fines also increases the critical state strength (M) and changes the shape and location of the Critical State Line (CSL) in the volumetric plane. Compacting different tailings in the optimum condition results in similar state parameters, reflecting similar peak strength and dilatancy. In addition, the increase in fine content increases the coordination number and reduces particle breakage during isotropic compression and shearing