GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL SECRETARIA DO DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO, CIÊNCIA E

TECNOLOGIA PROGRAMA DE APOIO AOS POLOS TECNOLÓGICOS

POLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA DO VALE DO CAÍ

Boletim Técnico

Minimização dos impactos ambientais: da jazida ao beneficiamento de rochas

Projeto “Vitrocerâmicos desenvolvidos a partir de Rochas Ígneas da Formação Serra Geral”

Convênio: 51/2013 Processo: 490-25.00/13-1

Equipe executora:

Dr.–Ing. Robinson C. D. Cruz (Coordenador) Dra. Janete E. Zorzi

Dr. Sérgio G. Echeverrigaray Dra. Jaíne Webber Ma. Maira Finkler

Eng. Ângelo Pradella Titton Eng. Arthur Susin Neto

Eng. Daniel Golle

_____________________________________________________________________________ INSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS

R. Irmão Moretto nº 75 – Bom Princípio – RS – Brasil – CEP 95765-000 (+55)54-36341100 – www.ucs.br/site/imc

2

Minimização dos impactos ambientais:

da jazida ao beneficiamento de rochas

1 INTRODUÇÃO

2 TÉCNICAS DE CONTROLE DE EMISSÃO DE POEIRA

2.1 Aspersão de água

2.2 Otimização na infraestrutura da mineradora

2.3 Coleta e separação da fração fina de rochas

3 UTILIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA COMO SUBPRODUTO

3.1 Aplicação como fertilizante

3.2 Substituição do cimento

3.3 Produção de vitrocerâmicos

4 MELHORARIA DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

4.1 Controle da umidade da rocha na moagem

4.2 Correção do fator de potência

4.3 Manutenções preventivas e preditivas

4.4 Aumento da eficiência energética na extrusão

1 INTRODUÇÃO

Este boletim técnico é resultado de uma

das metas previstas no projeto “Vitrocerâmicos

Desenvolvidos a partir de Rochas Ígneas da

Formação da Serra Geral” desenvolvido pelo

IMC - UCS com base no convênio 51/2013,

Processo 490-25.00/13-1 da Secretaria do

Desenvolvimento Econômico, Ciência e

Tecnologia do estado do Rio Grande do Sul.

Este boletim técnico apresenta metodologias e

práticas que podem ser utilizadas para

minimizar o impacto ambiental na fase de

extração de rochas na jazida e no

beneficiamento do minério. O conteúdo aborda

técnicas de britagem e moagem que

minimizam a geração de resíduos particulados

(poeira), além de dispositivos e técnicas de

processamento que reduzem o consumo

energético.

As rochas, de um modo geral, ainda são

consideradas materiais de construção de baixo

valor agregado, e talvez por isso, as etapas de

extração e beneficiamento geralmente não

ocorrem sob condições ideais do ponto de vista

ambiental e energético. Dentre os aspectos

ambientais mais relevantes, o principal é a

emissão de materiais particulados (Figura 1),

que podem prejudicar tanto os trabalhadores e

população vizinha à zona de extração quanto a

fauna e flora do local.

Neste boletim técnico serão

apresentadas algumas metodologias adotadas

no Brasil e em outros países para redução da

emissão de materiais particulados e do

consumo energético. O controle da poeira

compreende técnicas mais tradicionais, como a

aspersão de água, até técnicas mais

sofisticadas, como a coleta dos materiais

particulados por aeroclassificadores, cujo

produto separado pode ser utilizado como

subproduto para outras aplicações.

Figura 1: Atividade de mineração e beneficiamento de rochas sem e com controle de poeira

Sem controle de poeira

Com controle de poeira

Fonte: adaptado de 1

1 Zedco Solutions, disponível em: www.zedcosolutions.com

3

2 TÉCNICAS DE CONTROLE DE EMISSÃO DE POEIRA

2.1 Aspersão de água

A disponibilidade de água, aliada a

facilidade de instalação e manutenção dos

sistemas empregados, faz desta técnica a mais

utilizada.

Os sistemas de aspersão de água devem

ser instalados nos locais mais críticos da

mineradora, onde há maior produção de poeira,

conforme ilustrados na Figura 2.

Figura 2: Indicação para a instalação dos aspersores de água

Alimentação

Transporte

Descarga

Fonte: adaptado de 2, 3, 4, 5

2 Andrew B. Cecala, et al. Dust Control Handbook for Industrial Minerals Mining and Processing, 2012. 3 Tesab Engineering, disponível em: www.tesab.com 4 Asperminas, disponível em: www.asperminas.com.br 5 IndiaMART InterMESH Ltd, disponível em: www.indiamart.com

4

2.1.1 Tipos de aspersores

Existem diversos modelos de

aspersores de água disponíveis no mercado. O

ideal é optar por aspersores cuja nuvem de

aspersão seja a maior possível, a qual irá

permitir que uma área maior seja atingida.

Adicionalmente, a pressão de trabalho deve ser

adequada para que o sistema opere

corretamente e com o máximo de eficácia. Na

Figura 3 é possível observar alguns tipos de

aspersores e os locais onde geralmente são

utilizados.

Para evitar a obstrução dos bicos

aspersores por possíveis sujeiras presentes na

água é sugerida a utilização de filtros junto à

captação de água. É indispensável a realização

de inspeções periódicas para identificar

possíveis problemas ou danos que possam

prejudicar a aspersão.

Figura 3: Tipos de aspersores de água

Em linha

(esteiras)

Isolados (locais variados)

Circulares

(final das esteiras)

Canhão

(carrgamento de materiais)

Fonte: 6, 7, 8, 9

6 Fluidjet Projetos e Serviços Industriais Ltda, disponível em: www.fluidjet.com.br 7 CRG Comercial de Equipamentos, disponível em: www.crg-ba.blogspot.com 8 BossTek Industrial Dust & Odor Control Solutions, disponível em: www.bosstek.com 9 Quarry Magazine, A portable answer to dust suppression. Disponível em: www.quarrymagazine.com

5

2.1.2 Utilização de sabões e outros tensoativos

A utilização da água, apesar de evitar a

emissão de poeira, pode reduzir a eficiência da

moagem. Para contornar esse efeito, podem ser

utilizados sabões ou aditivos tensoativos, os

quais reduzem a viscosidade da água e

aumentam a eficiência de moagem.

Os sabões e tensoativos também

proporcionam nuvens de água maiores e com

gotas menores, o que aumenta a capacidade de

controle na emissão de poeira pelos aspersores

utilizados. O ideal é a utilização de uma gota

com tamanho próximo ao tamanho das

partículas que devem ser abatidas.

2.1.3 Coleta e reaproveitamento da água

As áreas de mineração ocupam grandes

porções da superfície do solo. Por meio de

estudo hidrográfico é possível detectar áreas

propícias à formação de reservas de água. Se a

área de mineração não possui lagos naturais, a

formação destes pode ser induzida da

escavação do terreno ou alterações na

topografia do local.

A existência destes reservatórios

possibilita, além da captação da água da chuva,

o retorno da água utilizada no controle de

poeira, a qual poderá ser utilizada novamente.

Assim, haverá um ciclo de utilização da água

no interior da área minerada. A localização do

reservatório de água deve ser estratégica e o

mais próxima possível da atividade de

mineração (Figura 4), para evitar despesas com

o transporte e o bombeamento de água.

A água proveniente de locais onde há a

presença de óleos ou outros contaminantes,

como por exemplo, próximo a regiões de

manutenção de veículos, deve passar por um

tratamento prévio, antes de chegar ao lago para

reutilização.

Figura 4: Reservatório de água na mineradora

Fonte: Google Earth

2.1.4 Otimização do tempo de aspersão e controle de poeira no ar

É possível aumentar a eficiência da

aspersão através da otimização do tempo em

que a mesma permanece ativa. Essa otimização

pode ser realizada por meio do controle de

poeira no ar. O controle da poeira no ar pode

ser realizado visualmente, ou,

preferencialmente com a utilização de

dispositivos específicos, tais como contadores

de partículas portáteis, cujos exemplos são

apresentados na Figura 5.

10 PCE Instruments, disponível em: www.pce-medidores.com.pt 11 Turnkey Instruments Brasil, disponível em: www.turnkeyinstrumentsbrasil.com

Figura 5: Contadores de partículas portáteis

Fonte: 10, 11

6

2.2 Otimização na infraestrutura da mineradora

A melhora na infraestrutura da

mineradora pode contribuir para a redução da

emissão de poeira, por meio da alteração no

layout ou realização de atividades de rotina.

2.2.1 Pavimentação de vias permanentes

As vias permanentes são vias que dão

acesso às diversas instalações da mina. Esses

trajetos, geralmente, não são alterados à

medida que a atividade de mineração avança

ao longo dos anos. Desta forma, recomenda-se

a pavimentação dessas vias para que a emissão

de poeira seja contida nesses locais, conforme

mostrado na Figura 6.

2.2.2 Definição de vias provisórias

As vias provisórias caracterizam-se

como vias que alteram seu traçado a medida

que a exploração mineral avança. Em muitos

locais, não há a definição clara dessas vias, o

que pode causar acidentes e dificultar o

controle de emissões de poeira.

Desta forma, a definição de vias

provisórias de movimentação, irá permitir que

o tráfego de pessoas nesses locais seja

reduzido. Adicionalmente, a via poderá ser

mantida permanentemente úmida, através da

utilização de caminhões pipa, conforme

exemplificado na Figura 7.

Figura 6: Via permanente com pavimento asfáltico na mineradora

Fonte: Arquivo do IMC.

Figura 7: Utilização de caminhões pipa para a manutenção da umidade em vias provisórias

Fonte: 12, 13

12 Lubritem Special Vehicles & Equipment, disponível: em www.lubritem.com 13 GMCO Corporation, disponível em: www.gmcocorp.com

7

2.2.3 Centralização das atividades mineradoras

As atividades de mineração devem ser

realizadas, preferencialmente, nas regiões

centrais da mina, conforme exemplo da

mineradora na Figura 8. Desta forma, é

possível reduzir o raio no qual a poeira será

dispersa. Além disso, deve-se evitar que as

atividades mineradoras sejam próximas a

edificações e comunidades vizinhas. Também

é importante identificar o sentido preferencial

dos ventos.

Figura 8: Exemplo de mineradora com operação na região central

Fonte: Google Earth

2.2.4 Utilização de cortina vegetal

A cortina vegetal pode ser definida

como um conjunto de árvores e arbustos

presentes na periferia de uma mineradora

(Figura 9). O objetivo dessa cortina vegetal é

evitar que os materiais particulados cheguem

até a vizinhança.

O ideal é a utilização de árvores com

crescimento rápido, como por exemplo,

eucaliptos ou pinus, os quais irão permitir que

a barreira adquira altura considerável em

menor período de tempo. Em adição às árvores

de maior porte, recomenda-se o plantio de

arbustos e árvores de menor porte, as quais

possibilitam a contenção de poeira em cotas

mais baixas, como por exemplo, capim

elefante.

Figura 9: Cortina vegetal na mineradora

Fonte: Google Earth

8

2.3 Coleta e separação da fração fina de rochas

Além do controle da emissão de poeira,

os materiais particulados mais finos podem ser

coletados e, posteriormente utilizados em

outras aplicações.

O processo de coleta da fração de

partículas mais finas geralmente requer um

investimento maior, se comparado aos

processos descritos anteriormente. Entretanto,

esse subproduto, o qual poderá ser utilizado em

aplicações mais nobres e de alto valor

agregado, podem viabilizar economicamente o

investimento neste tipo de equipamento.

2.3.1 Peneiras ultrafinas

As peneiras ultrafinas (Figura 10) são

uma classe de equipamentos que possibilitam

a separação de partículas em tamanhos entre

0,075 a 1 mm.

Figura 10: Peneira ultrafina para coleta e

separação de partículas

Fonte: 14

2.3.2 Filtros manga

Os filtros manga são dispositivos

amplamente utilizados para a retirada e

fracionamento dos materiais finos. Uma

representação esquemática desse tipo de filtro

é apresentada na Figura 11. Os filtros manga

operam através da passagem de ar carregado

com poeira por tecidos ou peneiras.

A classe de partículas retidas por esses

filtros depende do tecido e do fluxo de ar

utilizados, podendo ser desde partículas muito

finas (submicrométricas), até partículas mais

grossas.

Figura 11: Filtro manga

Fonte: adaptado de 2

14 Metso, disponível em: www.metso.com/br

9

2.3.3 Aeroclassificadores

Os aeroclassificadores são dispositivos

que permitem a separação de partículas através

do fluxo de ar, sem a utilização de filtros. A

Figura 12 ilustra o esquema de funcionamento

de três modelos de aeroclassificadores

disponíveis comercialmente. Cada tipo, de

aeroclassificador possibilita a classificação de

partículas com tamanhos distintos, abrangendo

desde a escala micrométrica até a escala

milimétrica.

Figura 12: Tipos de aeroclassificadores

Centrífugo (20 a 100 μm)

Gravitacional inercial (75 a 300 μm)

Gravitacional industrial (177 a 2000 μm)

Fonte: adaptado de 15

15 Britamaq Import, disponível em: www.britamaq.com.br

10

3 UTILIZAÇÃO DA FRAÇÃO FINA COMO SUBPRODUTO

Os materiais particulados, após

fracionados, podem ser utilizados em

aplicações variadas. Algumas das atividades

relacionadas à utilização da fração fina de

rochas já estão em fase de aplicação ou

desenvolvimento.

3.1 Aplicação como fertilizante

A aplicação de partículas finas de rocha

como fertilizantes de solo é denominada de

rochagem. Esse processo vem sendo

amplamente estudado no país nos últimos anos

e é utilizado para aumentar a produtividade de

diversas culturas. O processo de rochagem é

benéfico ao solo pois repõe, através da

decomposição das partículas finas das rochas,

os nutrientes retirados pelas plantas.

Figura 13: Fertilização com pó de rocha

Fonte: 16

Por ser um material natural, a rocha é

uma alternativa mais ecologicamente correta

se comparada a outras formas de fertilização

dos solos. Uma vez que a maioria dos

fertilizantes utilizados no país são importados,

a utilização de pó de rocha pode favorecer a

competitividade no mercado brasileiro.

3.2 Substituição do cimento

A adição de partículas finas de rocha

em substituição parcial ao cimento Portland

16 Projeto Soja Brasil. Técnica de manejo: rochagem melhora a fertilidade dos solos. Disponível em:

www.projetosojabrasil.com.br 17 PEREIRA, Caio. Tipos de concretos utilizados na construção civil. Escola Engenharia. Disponível em:

www.escolaengenharia.com.br.

(Figura 14) para formulação de concretos vêm

sendo pesquisada e em alguns casos já

utilizada. Geralmente, partículas finas são

indesejadas na produção de agregados.

Entretanto, a adição de proporções adequadas

de partículas finas pode melhorar o

empacotamento e, consequentemente, as

propriedades mecânicas do concreto. Um

estudo prévio deve ser realizado para

determinação do teor de substituição, que pode

variar muito para cada traço de concreto.

Figura 14: Concreto com pó de rocha

Fonte: 17

3.3 Produção de vitrocerâmicos

Materiais vitrocerâmicos são formados

quando minerais são parcialmente fundidos e

posteriormente tratados termicamente para que

ocorra a formação de cristais na sua

microestrutura predominantemente vítrea. A

utilização de partículas finas de rocha basáltica

para produção desses materiais já é utilizada

em outros países. Nestas aplicações a

granulometria fina (submicrométrica) da rocha

é condição fundamental para se obter uma

microestrutura homogênea do vitrocerâmico.

No Brasil, essa aplicação ainda está em

fase de desenvolvimento. Os vitrocerâmicos

possuem elevadas propriedades mecânicas e

são pouco susceptíveis ao desgaste. Esses

materiais são utilizados em aplicações

variadas, tais como produção de fibras e

vergalhões, revestimentos de tubulações

metálicas para transporte de minério, pisos

resistentes à ataque químico (Figura 15).

11

Figura 15: Produtos vitrocerâmicos produzidos a partir de pó de rocha

Fonte: adaptado de 18, 19, 20

4 MELHORARIA DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

4.1 Controle da umidade da rocha na moagem

Rochas secas são cominuídas mais

facilmente que rochas úmidas. Uma das

maneiras de aumentar a eficiência de moagem,

e consequentemente a eficiência energética da

operação, é cobrir parte da pedreira que

envolve as etapas de britagem. A Figura 16

apresenta um britador primário coberto

utilizado para esta finalidade.

Figura 16: Britador primário alocado em área coberta

Fonte: 14

18 CBP Engineering Corp, disponível em: www.cbpengineering.com 19 BasaltNet, disponível em: www.basaltnet.it 20 Techobasalt, disponível em: www.technobasalt.com

12

4.2 Correção do fator de potência

O Fator de Potência (FP) individual das

máquinas, ou de toda a mineradora, é um forte

indicador do quão eficiente está o consumo de

energia elétrica. Basicamente, o FP é uma

relação entre a potência ativa e a potência

reativa, o qual indicará, ao final do mês, se

haverá custos extras na conta de energia devido

a multas junto a concessionária.

A ANEEL (Agência Nacional de

Energia Elétrica) e a ABNT (Associação

Brasileira de Normas Técnicas) indicam como

referência mínima aceitável para FP o valor de

0,92. Quando o FP for maior ou igual a 0,92,

isto indica um consumo de energia elétrica

com qualidade e de forma eficiente.

4.2.1 Controle de watt-hora

Quando se trabalha com o FP abaixo de

0,92 há um incremento de calor nos condutores

e equipamentos, reduzindo consideravelmente

a eficiência do sistema elétrico. Com o excesso

da energia reativa, ocorrem aumentos na

corrente elétrica e, como consequência,

acarreta ao sistema elétrico quedas e oscilações

de tensão.

O fator de potência (FP) pode ser

registrado pelos medidores de watt-hora

eletrônicos. Desta forma, recomenda-se a

instalação destes dispositivos nas empresas

mineradoras.

4.2.2 Uso de inversor de frequência

O inversor de frequência é um

dispositivo eletrônico que varia a velocidade

de rotação de um motor de indução trifásica.

Portanto o uso de um inversor de frequência

reduz drasticamente o consumo de energia

elétrica. Este efeito é refletido no aumento da

vida útil dos equipamentos, diminuição dos

gastos com manutenção e melhor resultado no

controle do processo. Recomenda-se a

instalação de inversores de frequência em

motores de indução trifásica.

O inversor de frequência apresentado

na Figura 17 é de velocidade variável para

motores de indução trifásicos, possui controle

21 WEG S.A, disponível em: www.weg.net

de torque, de velocidade, de posicionamento e

alta capacidade de sobrecarga. Tais

características possibilitam economia de

energia elétrica, aumento de produtividade e

melhoria de qualidade dos processos.

Figura 17: Inversor de frequência industrial

Fonte: 21

4.2.3 Uso de banco de capacitores

Indústrias que trabalham em tensão

média (de 1 a 36,2 kV) e alta (acima de 36,2

kV), em corrente alternada (CA) – valores de

tensão ditados pela NBR 5410 e NBR 14039 –

recomenda-se a utilização de banco de

capacitores com a finalidade de manter o FP

acima de 0,92. Em épocas de baixa produção

e/ou férias coletivas, o ideal é que o banco de

capacitor seja desligado, pois o excesso de

carga capacitiva compromete o sistema

elétrico de potência. Na Figura 18 é possível

visualizar um banco de capacitores trifásico.

Figura 18: Banco de capacitores trifásico

Fonte: 21

13

4.3 Manutenções preventivas e preditivas

O agendamento de tarefas de

manutenções preventivas e a avaliação dos

equipamentos periodicamente são

recomendados. Tais medidas evitam diversos

problemas mecânicos e eletroeletrônicos.

Portanto, através da execução de tais

medidas e iniciativas, é possível prolongar a

vida útil das máquinas e equipamentos,

contribuindo para um consumo de energia

elétrica mais eficiente.

4.4 Aumento da eficiência energética na extrusão

Um dos processos utilizados para

obtenção de produtos vitrocerâmicos é a

extrusão. Uma vez que as rochas extrudadas

possuem uma granulometria fina e são

altamente abrasivas, aditivos podem ser

utilizados para reduzir o atrito entre o material

a ser extrudado e as superfícies do

equipamento (rosca, canhão e matriz).

Aditivos surfactantes utilizados para a

conformação de rochas por extrusão reduzem

o consumo de energia elétrica e proporcionam

uma maior vazão mássica de material, ou seja,

aumentam a eficiência energética na produção

de materiais cerâmicos pelo processo de

extrusão.

O Instituto de Materiais Cerâmicos

avaliou o desempenho energético do processo

de extrusão para argilas encontradas na região.

Esses materiais foram conformados por

extrusão e avaliados quanto à eficiência

energética proporcionada pela adição de 1 %m.

de aditivo surfactante. A Tabela 1 apresenta os

resultados de eficiência energética para a

extrusão de argilas. Levando em consideração

que a granulometria das rochas utilizadas no

projeto é da mesma ordem de grandeza das

argilas industriais, fica evidente a eficácia do

uso de aditivos surfactantes quando aplicados

para a extrusão de materiais cerâmicos.

Tabela 1: Parâmetros obtidos na extrusão de uma formulação sem surfactante (SS) e de uma

formulação com surfactante (CS)

Parâmetro avaliado Formulação SS Formulação CS Variação do parâmetro

Potência 1,6 kW 0,6 kW -62 %

Produção 10,7 g/s 13,9 g/s +30 %

Consumo 149,3 J/kg 43,1 J/kg -71 %

Fonte: adaptado de 22

AGRADECIMENTOS

A equipe técnica do projeto agradece às empresas Concresul (www.concresul.com), Conpasul

(www.conpasul.com.br) e Fagundes (www.fagundes.com) pelo apoio recebido e pelas frutíferas

discussões que inspiraram a elaboração deste boletim técnico.

22 M. Finkler et al. Aditivo surfactante de fonte renovável para redução do consumo energético na extrusão de

massas de cerâmica vermelha. Cerâmica 64 (2018) 373-380.