Estabilização/solidificação de rejeitos de mineração de zinco filtrados e compactados com a adição de agentes cimentantes

Abstract

Os rejeitos de mineração são gerados durante o processo de beneficiamento de minérios. Sua disposição deve ser realizada em estruturas adequadas, de modo a evitar impactos ambientais e a saúde humana. No caso do rejeito de mineração de zinco esta importância é ainda maior dado o potencial de contaminação atrelada a alta concentração de sulfatos e a presença de metais pesados no material. Dessa forma, encontrar soluções mais seguras para a disposição deste material, diminuindo seu potencial de lixiviação, são grandes desafios para a comunidade geotécnica. Neste aspecto, a utilização de agentes para a estabilização/solidificação destes contaminantes, vem se revelando uma solução viável e efetiva. Portanto, o objetivo desta pesquisa é avaliar o comportamento hidráulico, ambiental, químico e mecânico de um rejeito de mineração de zinco filtrado, quando estabilizado com cimento Portland associado a fontes de cálcio como a cal virgem e o cloreto de cálcio. Neste aspecto, foram realizados ensaios de condutividade hidráulica e de lixiviação em permeâmetro de paredes flexíveis buscando um melhor entendimento do comportamento hidráulico e ambiental do rejeito natural e estabilizado. Ainda, foram executados dois planejamentos experimentais (fatoriais completos), para a avaliação dos efeitos de cada um dos fatores na resposta mecânica das misturas. Nos tratamentos com maior teor de agente, foram realizadas análises químicas e mineralógicas, além de ensaios triaxiais (consolidados isotropicamente drenados e não drenados), a fim de elucidar o comportamento do material estabilizado ao longo do tempo. Os resultados indicaram uma diminuição na lixiviação dos sulfatos e dos metais pesados, promovida pelo efeito de íon comum e pelo encapsulamento na matriz cimentícia, respectivamente. Através das análises químicas e mineralógicas, observou-se a formação de silicato de cálcio hidratado, responsável pelo encapsulamento dos contaminantes. Por fim, o emprego destes agentes promoveu um aumento da resistência e rigidez das amostras, sendo a melhor resposta obtida para a mistura com cal virgem e cimento Portland.

Mining tailings are generated during the mineral beneficiation process. Its disposal must be carried out in appropriate structures to avoid environmental impacts and damage to human health. In the case of zinc mining tailings, this is even more important, due to the potential of contamination associated with high concentrations of sulfates and the presence of heavy metals in the material. Therefore, finding safer solutions for the disposal of this material, and reducing its leaching potential, is a major challenge for the geotechnical community. In this regard, the application of agents for the stabilization/solidification of these contaminants has been demonstrated to be both a viable and effective solution. Therefore, the objective of this research is to evaluate the hydraulic, environmental, chemical, and mechanical behavior of filtered zinc mining tailings, when stabilized with Portland cement associated with calcium sources such as quicklime and calcium chloride. In this regard, hydraulic conductivity and leaching tests were performed in a flexible-wall permeameter in order to better understand the hydraulic and environmental behavior of the natural and stabilized material. Furthermore, two experimental designs (full factorials) were performed to evaluate the effects of each factor on the mechanical response of the mixtures. In treatments with higher agent content, chemical and mineralogical analyses were performed, in addition to triaxial tests (isotropically consolidated, drained and undrained), in order to elucidate the behavior of the stabilized material over time. The results indicated a decrease in the leaching of sulfates and heavy metals, promoted by the common ion effect and encapsulation in the cement matrix, respectively. Through chemical and mineralogical analyses, the formation of hydrated calcium silicate was observed, responsible for the encapsulation of contaminants. Finally, the use of these agents promoted an increase in the resistance and stiffness of the samples, with the best response being obtained for the mixture with quicklime and Portland cement.