Thesis (M.Eng.)--University of Pretoria, 2004. / Includes summary. Includes bibliographical references (leaves 92-100).

A amostra utilizada para este estudo faz parte do material depositado na barragem de rejeitos da mina de carvão da “Carbonífera Criciúma”, localizada na região sul do país (Santa Catarina). Usualmente os finos de carvão junto com a parte mineral, provenientes do processo de beneficiamento são denominados de “lodo” e são descartados como rejeitos, depositados na bacia de decantação. A recuperação dos finos de carvão provenientes do lodo pode propiciar a obtenção de um concentrado que poderia ser aproveitado como combustível na geração de energia elétrica. Também pode contribuir como fator de diminuição do impacto ambiental, minimizando a formação da drenagem ácida de minas (DAM), gerada pelo conteúdo de enxofre contido no material em estudo, além de reduzir o espaço físico ocupado pela barragem de rejeito. Entre os métodos de beneficiamento de carvão, a flotação se destaca como um dos mais importantes para concentração desse lodo, em particular no tratamento de partículas finas. Para caracterizar o lodo, fez-se um estudo de análise granulométrica, que permite definir que estamos trabalhando com um material fino uma vez que 83,0% é menor que 0,710 mm. Concomitantemente realizaram-se análises elementares e análises imediatas, seguindo as normas Brasileiras. NBR 8293, NBR 8289, NBR 8290, NBR 8299. Os resultados mostraram que, a partir da alimentação com cerca de 63% de cinzas, foi possível obter concentrados com teores de cinzas de aproximadamente de 30%, com recuperações mássicas de cerca de 40%, demonstrando que é possível a recuperação da matéria orgânica, a partir do lodo por flotação convencional. / The sample used for this study is part of the material deposited in the tailings dam of the coal mine "Carbonífera Criciúma" located in the southern region (Santa Catarina). Usually the coal fines along with the mineral part, from the beneficiation process are called "sludge" and are discarded as waste, and deposited in the tailings pond. The recovery of coal fines can facilitate the obtainment of a concentrate that could be used as fuel in power generation. It can also contribute as a factor of environmental impact reduction by minimizing the formation of acid mine drainage (AMD), generated by the sulfur contained in the material under study, in addition to reducing the physical space occupied by the tailings dam. Among the methods coal beneficiation, flotation stands out as one of the most important concentration of the ore, particularly in the treatment of fine particles To characterize the material, we need to do a particle size analysis’s study, it will allows us to define that we are dealing with a 83,0% thin material, thinner than 0,710 mm. Simultaneously we will do elemental analyzes and spot analysis, following the Brazilian standard. NBR 8293, NBR 8289, NBR 8290, NBR 8299. The results showed that, from a supply with about 63% ash concentration, were obtained around 30% of ash and about 40% of carbonaceous mass recoveries. This demonstrate that it is possible to recover organic matter from the tailing by conventional flotation.

A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. O lançamento direto em reservatórios contidos por diques consiste na forma mais comum de disposição dos resíduos de mineração em superfície. Estes diques podem ser construídos por alteamentos sucessivos a montante (upstream), prática desaconselhada em alguns países. Apesar de se tratar de um processo de baixo custo, o tipo de aterro a montante é uma operação de risco, pois a montante as barragens são sensíveis à liquefação e também porque a estabilidade das barragens pode ser ameaçada pelo excesso de poro pressão gerado dentro do depósito durante a construção. Para atender às exigências de projetos de áreas de disposição de resíduos é, portanto, fundamental entender o comportamento destes materiais. Resíduos exibem considerável variabilidade em suas características físicas, químicas e mineralógicas, que conferem um comportamento distinto dos geomateriais usualmente encontrados em depósitos naturais. Entre os diferentes resíduos destacam-se ouro e bauxita cuja prática de exploração no Brasil é revestida de considerável interesse econômico e ambiental. Nesta tese estes materiais são analisados a partir de uma extensa campanha de investigação geotécnica baseada em um programa de ensaios de laboratório destinados à caracterização destes resíduos e à definição de parâmetros constitutivos. Para fins comparativos são realizados ensaios com um material siltoso, porém inerte. A condutividade hidraúlica e compressibilidade dos resíduos foram obtidas através de ensaios oedométricos executados com estágios de carga e gradientes hidráulicos constantes. Ensaios triaxiais foram realizados com altos níveis de tensões de confinamento e distintas trajetórias de tensões, para a definição da linha do estado crítico e a identificação do comportamento destes materiais através de ensaios com Bender Elements. A análise dos resultados obtidos permitiu comparações entre a linha de consolidação oedométrica (LCO), a linha de consolidação isotrópica (LCI) e a linha do estado crítico (LEC) que definiram a resposta de liquefação estática do material. No espaço e - log (p´) o aparecimento de um comportamento instável alterou significativamente a inclinação da LEC com relação a LCI e a LCO. A mesma mudança de inclinação é observada tanto no parâmetro de estado como no módulo cisalhante do solo quando plotados contra a tensão efetiva média. Com base nessas evidências, é defendido que o LEC de resíduos de mineração é altamente não-linear, e servem como indicativo de três respostas distintas do solo: uma resposta estável quando LCO, LCI e a LEC exibem paralelismo, um comportamento meta-estável em baixas tensões de confinamento levando à liquefação e quebra de grãos para altas tensões de confinamento da amostra. O avanço nas pesquisas relativas à disposição de resíduos provenientes de indústrias de mineração com o conhecimento dos fenômenos que se processa, poderá evitar a ocorrência de ruptura de barragens, que teria como conseqüência desastres ambientais de grande impacto. / Production and deposition of mining tailings is a problem confronting geotechnical engineers given the dimension of tailings deposits and environmental risks. The direct launching of tailings in reservoirs contained by dikes consists in a common type of waste disposal. These dikes can be constructed by successive upstream embankments, a relatively simple and economical process adopted in some countries. Although it is a low cost process, the upstream embankment is an operation of great risk, especially because tailings are susceptible to liquefaction and also because the stability of the dams can be threatened by excess of pore pressures generated inside the deposit during construction. To meet design requirements of disposal of residues it is therefore essential to understand the behavior of these materials. Tailings show a considerable variability in their physical, chemical and mineral characteristics that confer a distinct behavior to the geo-materials usually found in natural deposits. The present work gives emphasis to gold and bauxite tailings that encompass substantial economic and environmental interest in Brazil. In the thesis, an extensive laboratory geotechnical investigation program is carried out in an attempt to characterize these residues and to establish design constituent parameters. For comparative purposes an inert silty material is also tested. Compressibility and hydraulic conductivity were measured in oedometer tests performed at constant load and constant hydraulic gradient tests. Triaxial tests were carried out at high stress levels and different stress paths in order to establish the position and shape of the critical state line. In addition measured with Bender Elements are evaluated. The results between the oedometer consolidation (OCL), isotropic consolidation (ICL) and critical sate (CSL) lines allowed the static liquefaction response to be directly assessed. In a e-log (p’) space, the onset of a meta-stable behaviour significantly changes the slope of the CSL relative to both ICL and OCL. The same change in slope is observed on both the state parameter and the small strain shear modulus measured by bender elements when plotted against mean stress. Based on these evidences it is advocated that the CSL of the tailing is highly non-linear in nature, which lead to three distinct soil responses: a stable response when OCL, ICL and CSL exhibit similar slopes, a meta-stable beahaviour at lower stress leading to liquefaction and a crushable response for higher mean stresses. Advanced research on tailings from mining industries with due recognition of the phenomena of liquefaction may prevent dam failure, and consequently may prevent major environmental disasters.

O minério de ferro produzido no complexo de Carajás traz consigo características mineralógicas que conferem um elevadíssimo teor de Fe em todas as suas frações granulométricas. Dessa forma, ao final da cadeia produtiva, tanto os produtos comerciais mais grosseiros quanto os finos contem cerca de 62% de Fe contido na sua composição. Importante destacar que em Carajás as fases no processamento desse minério são apenas para cominuição e classificação por tamanho. Não existem etapas de concentração e os produtos são diferenciados por suas respectivas curvas granulométricas: o “granulado” - mais grosseiro (> 13 mm), o “Sinter-Feed” (< 13 mm e > 0,5 mm) e o “pellet feed” (< 0,15 mm). Garantir a correta distribuição granulométrica da matéria prima é uma premissa de mercado. A ultima etapa da classificação é feita através de hidrociclones e gera um overflow ultrafino de altíssima superfície específica maior que 6.500 Blaine e com 45% até 95 % < 7 μm. E ainda possui um elevado teor de Fe - cerca de 62 %. Dessa forma os objetivos gerais dessa pesquisa buscaram a solução para essa oportunidade de recuperar e vender esses rejeitos. O estudo sugeriu através de ensaios com tecnologias capazes de desaguar os ultrafinos gerados para 9,00 % de umidade, que é o valor que permite a movimentação e o manuseio desses rejeitos, além de permitir sua incorporação na blendagem de produtos mais grossos. Desse modo, foram realizados experimentos em diversos laboratórios externos e em escala piloto na Usina de Carajás com amostras dos dois rejeitos ultrafinos das duas fases de hidrociclonagem: o natural e o moído. Ficou evidente que o equipamento tem de combinar necessariamente e de forma eficiente dois fatores essências ao desaguamento: elevadíssimas pressões e altas temperatura na operação desses ultrafinos. A produtividade atingida foi da ordem de 50 t/h x m² para o rejeito da hidrociclonagem do Sinter Feed e 40 t/h x m² para o rejeito dos hidrociclones da Moagem. / The Iron ore that is produced in Carajás mining complex brings mineralogical characteristics that give a very high Fe content in all its size fractions. Thus, at the end of the production chain both coarser and fine contains about 62% Fe contained in its composition. Importantly, in Carajás stages in the processing of this ore are for reduction and classification by size. There is thus no concentration steps and products are differentiated by their respective size distribution curves: the "grain" - coarser (> 13 mm), the "Sinter-Feed" (<13 mm and > 0.5 mm) and the "pellet feed" (<0.15 mm). Ensure proper particle size distribution of the raw material is a market premise. The last step of classification is made using hydrocyclones and generates an overflow ultrafine high specific surface area greater than 6.500 Blaine and with 45% to 95% <7 μm. And has a high Fe content - about 62%. The overall objectives of this research sought the solution to this opportunity to recover and sell these “tailings”. The study suggested by testing with technologies capable of flowing into the ultrathin generated to 9.00% of moisture, which is the value that allows movement and handling these wastes, and allows their incorporation into the blending of thicker products. Thus, experiments were carried out in several external laboratories and pilot-scale plant in the Carajás with samples of both ultrafine “tailings” of the two phases of hydrocycloning: the natural and the ground. It was evident that the equipment must necessarily match and two efficiently factors essences to dewatering: very high pressure and high temperature operation of these “tailings”. The productivity achieved was around 50 t/h x m² in reject of the Sinter Feed hydrocycloning and 40 t/h x m² to reject of the grinding hydrocyclones.

Elemento estratégico na inserção de um país no contexto do desenvolvimento tecnológico e no cenário econômico internacional a indústria de mineração, que envolve a extração e o processamento de minério, resulta na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. Neste sentido, a presente pesquisa é um estudo de investigação geotécnica em uma área de disposição de resíduos de mineração de zinco, com o objetivo de caracterizar adequadamente o rejeito evitando os riscos de acidentes e impactos ambientais. A área de disposição em estudo resulta do processo de mineração do zinco da Votorantim Metais e Zinco, localizada em Juiz de Fora – MG, na qual os resíduos foram lançados em uma barragem por via úmida, em forma de lama. Os ensaios foram realizados em três ilhas de investigação (PZC01, PZC02 e PZC03), nas quais foram realizados ensaios de palheta (vane test), piezocone (CPTU), cone sísmico (SCPTU) e coleta de amostras para ensaios de laboratório. A campanha teve como objetivo avaliar principalmente a influência da velocidade de carregamento na estimativa dos parâmetros geotécnicos a partir dos ensaios de campo, e para isso foram empregadas distintas velocidades de rotação no ensaio de palheta e de cravação do piezocone. Complementarmente foi analisada a influência da velocidade em argilas, ensaios nos quais os efeitos viscosos são predominantes. Com isto é possível buscar uma análise integrada para avaliar a ocorrência de drenagem parcial durante os ensaios combinada, se necessário, aos efeitos viscosos. Nestas análises são usados resultados de trabalhos anteriores (i. e. BLIGHT, 1968 e BISCONTIN & PESTANA, 1999), estabelecendose uma metodologia para interpretação de ensaios de campo em resíduos de mineração de zinco. / Strategic to a nation´s development and essential to its recognition as an economical international player, the mining industry comprises the extraction and processing of minerals and produces, as a consequence, large amounts of tailings that represent important environmental risks and impacts. The present research focus on the study of zinc tailings and attempts to contribute in a general understanding of tailings behavior to allow reliable engineering design of tailing deposits to reduce the risk of failure and contamination. This goal has been achieved throughout a study of a large zinc tailing deposit from Votorantim Metais e Zinco, at Juiz de Fora, in the state of MG, Brazil. In this area, tailings are deposited as slurry. The study of this material has been made by carrying out vane tests, piezocone tests (CPTU) and seismic cone tests (SCPTU), as well as by collecting disturbed samples for laboratory investigation. The site investigation comprises three investigation positions (PZC01, PZC02 e PZC03), selected to give a representative evaluation of the area and its variations. Tests were performed to investigate rate effects and its implications on the prediction of soil properties assessed from testing data. Different penetration and rotation rates have been selected to allow data to be gathered over a range of testing rates, which allows both partial drainage and viscous effects to be evaluated. These effects have been analyzed in an integrated framework given raise to an interpretation method that allows in situ testing results to be interpreted and soil parameters to be estimated. Other published information has been used for comparison (i. e. BLIGHT, 1968 e BISCONTIN & PESTANA, 1999). The work offers a solid base for guidance the interpretation of in situ tests in zinc tailings.

A amostra utilizada para este estudo faz parte do material depositado na barragem de rejeitos da mina de carvão da “Carbonífera Criciúma”, localizada na região sul do país (Santa Catarina). Usualmente os finos de carvão junto com a parte mineral, provenientes do processo de beneficiamento são denominados de “lodo” e são descartados como rejeitos, depositados na bacia de decantação. A recuperação dos finos de carvão provenientes do lodo pode propiciar a obtenção de um concentrado que poderia ser aproveitado como combustível na geração de energia elétrica. Também pode contribuir como fator de diminuição do impacto ambiental, minimizando a formação da drenagem ácida de minas (DAM), gerada pelo conteúdo de enxofre contido no material em estudo, além de reduzir o espaço físico ocupado pela barragem de rejeito. Entre os métodos de beneficiamento de carvão, a flotação se destaca como um dos mais importantes para concentração desse lodo, em particular no tratamento de partículas finas. Para caracterizar o lodo, fez-se um estudo de análise granulométrica, que permite definir que estamos trabalhando com um material fino uma vez que 83,0% é menor que 0,710 mm. Concomitantemente realizaram-se análises elementares e análises imediatas, seguindo as normas Brasileiras. NBR 8293, NBR 8289, NBR 8290, NBR 8299. Os resultados mostraram que, a partir da alimentação com cerca de 63% de cinzas, foi possível obter concentrados com teores de cinzas de aproximadamente de 30%, com recuperações mássicas de cerca de 40%, demonstrando que é possível a recuperação da matéria orgânica, a partir do lodo por flotação convencional. / The sample used for this study is part of the material deposited in the tailings dam of the coal mine "Carbonífera Criciúma" located in the southern region (Santa Catarina). Usually the coal fines along with the mineral part, from the beneficiation process are called "sludge" and are discarded as waste, and deposited in the tailings pond. The recovery of coal fines can facilitate the obtainment of a concentrate that could be used as fuel in power generation. It can also contribute as a factor of environmental impact reduction by minimizing the formation of acid mine drainage (AMD), generated by the sulfur contained in the material under study, in addition to reducing the physical space occupied by the tailings dam. Among the methods coal beneficiation, flotation stands out as one of the most important concentration of the ore, particularly in the treatment of fine particles To characterize the material, we need to do a particle size analysis’s study, it will allows us to define that we are dealing with a 83,0% thin material, thinner than 0,710 mm. Simultaneously we will do elemental analyzes and spot analysis, following the Brazilian standard. NBR 8293, NBR 8289, NBR 8290, NBR 8299. The results showed that, from a supply with about 63% ash concentration, were obtained around 30% of ash and about 40% of carbonaceous mass recoveries. This demonstrate that it is possible to recover organic matter from the tailing by conventional flotation.

A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. O lançamento direto em reservatórios contidos por diques consiste na forma mais comum de disposição dos resíduos de mineração em superfície. Estes diques podem ser construídos por alteamentos sucessivos a montante (upstream), prática desaconselhada em alguns países. Apesar de se tratar de um processo de baixo custo, o tipo de aterro a montante é uma operação de risco, pois a montante as barragens são sensíveis à liquefação e também porque a estabilidade das barragens pode ser ameaçada pelo excesso de poro pressão gerado dentro do depósito durante a construção. Para atender às exigências de projetos de áreas de disposição de resíduos é, portanto, fundamental entender o comportamento destes materiais. Resíduos exibem considerável variabilidade em suas características físicas, químicas e mineralógicas, que conferem um comportamento distinto dos geomateriais usualmente encontrados em depósitos naturais. Entre os diferentes resíduos destacam-se ouro e bauxita cuja prática de exploração no Brasil é revestida de considerável interesse econômico e ambiental. Nesta tese estes materiais são analisados a partir de uma extensa campanha de investigação geotécnica baseada em um programa de ensaios de laboratório destinados à caracterização destes resíduos e à definição de parâmetros constitutivos. Para fins comparativos são realizados ensaios com um material siltoso, porém inerte. A condutividade hidraúlica e compressibilidade dos resíduos foram obtidas através de ensaios oedométricos executados com estágios de carga e gradientes hidráulicos constantes. Ensaios triaxiais foram realizados com altos níveis de tensões de confinamento e distintas trajetórias de tensões, para a definição da linha do estado crítico e a identificação do comportamento destes materiais através de ensaios com Bender Elements. A análise dos resultados obtidos permitiu comparações entre a linha de consolidação oedométrica (LCO), a linha de consolidação isotrópica (LCI) e a linha do estado crítico (LEC) que definiram a resposta de liquefação estática do material. No espaço e - log (p´) o aparecimento de um comportamento instável alterou significativamente a inclinação da LEC com relação a LCI e a LCO. A mesma mudança de inclinação é observada tanto no parâmetro de estado como no módulo cisalhante do solo quando plotados contra a tensão efetiva média. Com base nessas evidências, é defendido que o LEC de resíduos de mineração é altamente não-linear, e servem como indicativo de três respostas distintas do solo: uma resposta estável quando LCO, LCI e a LEC exibem paralelismo, um comportamento meta-estável em baixas tensões de confinamento levando à liquefação e quebra de grãos para altas tensões de confinamento da amostra. O avanço nas pesquisas relativas à disposição de resíduos provenientes de indústrias de mineração com o conhecimento dos fenômenos que se processa, poderá evitar a ocorrência de ruptura de barragens, que teria como conseqüência desastres ambientais de grande impacto. / Production and deposition of mining tailings is a problem confronting geotechnical engineers given the dimension of tailings deposits and environmental risks. The direct launching of tailings in reservoirs contained by dikes consists in a common type of waste disposal. These dikes can be constructed by successive upstream embankments, a relatively simple and economical process adopted in some countries. Although it is a low cost process, the upstream embankment is an operation of great risk, especially because tailings are susceptible to liquefaction and also because the stability of the dams can be threatened by excess of pore pressures generated inside the deposit during construction. To meet design requirements of disposal of residues it is therefore essential to understand the behavior of these materials. Tailings show a considerable variability in their physical, chemical and mineral characteristics that confer a distinct behavior to the geo-materials usually found in natural deposits. The present work gives emphasis to gold and bauxite tailings that encompass substantial economic and environmental interest in Brazil. In the thesis, an extensive laboratory geotechnical investigation program is carried out in an attempt to characterize these residues and to establish design constituent parameters. For comparative purposes an inert silty material is also tested. Compressibility and hydraulic conductivity were measured in oedometer tests performed at constant load and constant hydraulic gradient tests. Triaxial tests were carried out at high stress levels and different stress paths in order to establish the position and shape of the critical state line. In addition measured with Bender Elements are evaluated. The results between the oedometer consolidation (OCL), isotropic consolidation (ICL) and critical sate (CSL) lines allowed the static liquefaction response to be directly assessed. In a e-log (p’) space, the onset of a meta-stable behaviour significantly changes the slope of the CSL relative to both ICL and OCL. The same change in slope is observed on both the state parameter and the small strain shear modulus measured by bender elements when plotted against mean stress. Based on these evidences it is advocated that the CSL of the tailing is highly non-linear in nature, which lead to three distinct soil responses: a stable response when OCL, ICL and CSL exhibit similar slopes, a meta-stable beahaviour at lower stress leading to liquefaction and a crushable response for higher mean stresses. Advanced research on tailings from mining industries with due recognition of the phenomena of liquefaction may prevent dam failure, and consequently may prevent major environmental disasters.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3086182 bytes, checksum: 4b69e203f6c1009206c0c02ab70748d9 (MD5) Previous issue date: 2011-06-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work it was carried out a series of laboratory tests towards chemical, mineralogical and geotechnical characterization of rejects from iron ore processing, for use in paving. Material sampling was done in specific points as they were generated during the beneficiation process along the cycle, in order to preserve their properties. The alternative applicability as paving materials is intended to minimize some of the negative impacts caused in ores as well as by reducing the volume of rejects disposed in tailing dams . Thus, their properties were evaluated for use in structural layers of pavement. The rejects studied were generated by flotation separation and magnetic concentration, sampled from Alegria Mine plant, located at Mariana, Minas Gerais, Brazil. The laboratory testing program carried out the following tests: sieve analysis, Atterberg Limits (LL and PL), Specific gravity, compaction, CBR (California Bearing Ratio), compressive strength rejects of improved with cement, Durability by wetting and drying cycles, Resilient Modulus, X-ray diffraction, optical and induction Spectrometry, and pH. The rejects studiend wer classified as A4 (flotation) and A4 (magnetic concentration) according to TRB classification system. These materials are suitable for use as sub-base or improved base with additon of cement according to ABNT (1990, EB 2096). CBR test results using intermediate energy of both rejects showed to be compatible with the requirements for sub-base of flexible pavements, Diffraction analysis revealed the presence of non-expansive clay minerals. Results of resilient modulus tests agrred well when using the composite model as a function of confining and deviator stress. Test results from compressive strength and durability by wetting and drying of both rejects improved with cement will serve as reference for future research works. In conclusion, these reject materials from iron mining presented a potential for paving purposes specially when improved with cement. / Neste trabalho foram investigadas em laboratório as características químicas, mineralógicas e geotécnicas dos rejeitos provenientes do beneficiamento do minério de ferro, objetivando-se a sua inserção no ciclo produtivo, como materiais de construção para pavimentação. A coleta dos materiais foi efetuada em pontos específicos do processo de beneficiamento, interceptando-se os seus lançamentos em barragem, preservando-se assim as suas propriedades e características individuais. A aplicabilidade ensejada destina-se a minimização dos impactos negativos decorrentes das áreas de empréstimo necessárias às obras de pavimentação e a redução do volume dos rejeitos dispostos em barragens. Assim, foram avaliadas as suas propriedades para utilização em camadas estruturais do pavimento. Os rejeitos analisados foram os da separação por flotação e concentração magnética, coletados na usina de beneficiamento Alegria, pertencente a Companhia Vale, Mariana- MG, Brasil. O programa de laboratório envolveu a realização dos seguintes ensaios: Granulometria conjunta, LL e LP, Massa específica dos sólidos, Compactação, CBR, Resistência à compressão simples e Durabilidade por molhagem e secagem dos rejeitos melhorados com cimento Portland, Triaxial de cargas repetidas, Difratometria de raio X, Espectometria por indução ótica e pH. Pela classificação TRB o rejeito da flotação é A4 e o da concentração A3, e suas composições granulométricas são compatíveis para utilização como materiais para sub-base ou base em solo cimento, ABNT (1990) EB 2096. Os resultados CBR dos dois rejeitos na energia intermediária bem como as suas expansões CBR foram:compatíveis com as exigências para sub-base de pavimentos flexíveis. As análises por difratometria apresentam presença de argilominerais não expansivos. O modelo de melhor ajuste do módulo resiliente foi o composto em função da tensão desviadora e tensão confinante. Os rejeitos de mineração de ferro apresentaram potencial para uso em pavimentação especialmente quando melhorados com cimento.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3946937 bytes, checksum: a1d71f36faebfa651715bafa3ad0ddbd (MD5) Previous issue date: 2013-07-26 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This study conducted an array of tests to characterize the physic-mechanical and hydraulic properties of mixtures of iron ore tailings from the processing of iron ore, with and without addition of CP II-E-32 Portland cement with slag, aiming the application in layers of road pavements and construction of embankments. Tailing samples were obtained from specific points of iron ore processing by flotation and magnetic concentration. Tailings were termed flotation and concentration and collected from the processing plant Alegria, owned by Companhia Vale S.A. To meet the proposed goals were evaluated geotechnical parameters used in the characterization of pavement layers by means of an experimental program that included the following laboratory tests: (i) particle size tests, (ii) Atterberg limits (LL and LP), (iii) solid unit weight (iv) compaction, (v) CBR, (vi) compressive strength, (vii) analysis of immersion of specimens, (viii) durability by wetting and drying, (ix) permeability (x) application of the MCT methodology (Mini-MCV compaction and weight loss by immersion). The mixture with highest CBR value, with 60% flotation + 40% concentration, was identified by the TRB classification system and classified as A-4(1) and exhibited particle size composition compatible for use as a sub-base material according to DNIT specifications (2006). Nevertheless, it has a coefficient of uniformity between 5 and 6, which indicates a uniform grain size, reflecting negatively on the hydromechanical behavior. For application as a pavement base, the mixture should be studied with an increase of 8.5% cement, percentage determined by this work, to meet the average strength of 2.1 MPa, required for soil-cement mixtures according to ABCP (1980). / Neste trabalho, foi realizada uma campanha de ensaios de caracterização das propriedades físico-mecânicas e hidráulicas de misturas de rejeitos provenientes do beneficiamento de minério de ferro, com e sem adição de cimento Portland composto com escória, tipo CP II-E-32, visando à aplicação em camadas de pavimentos rodoviários e à construção de aterros. As amostras de rejeito foram obtidas de pontos específicos dos processos de beneficiamento do minério de ferro pelos processos de flotação e concentração magnética. Os rejeitos foram denominados de flotação e concentração e coletados na usina de beneficiamento Alegria, pertencente à Companhia Vale S.A. Para atender aos objetivos propostos, foram avaliados parâmetros geotécnicos utilizados na caracterização de camadas de pavimentos por meio de um programa experimental que abrangeu os seguintes ensaios de laboratório: (i) granulometria conjunta, (ii) limites de Atterberg (LL e LP), (iii) massa específica dos sólidos, (iv) compactação, (v) CBR, (vi) resistência à compressão simples, (vii) análise da imersão de corpos de prova em água, (viii) durabilidade por molhagem e secagem, (ix) permeabilidade e (x) aplicação da metodologia MCT (compactação Mini-MCV e perda de massa por imersão). A mistura que apresentou maior valor de CBR, com 60 % flotação + 40 % de concentração, foi identificada pelo sistema de classificação TRB, e classificada como A-4(1) e apresentou composição granulométrica compatível para utilização como material de sub-base conforme especificações do DNIT (2006). No entanto, possui um coeficiente de uniformidade entre 5 e 6, o que denota uma granulometria uniforme, refletindo negativamente no comportamento hidromecânico. Para aplicação como base de pavimentos, a mistura deverá ser estudada com um acréscimo de 8,5 % de cimento, porcentagem determinada por este trabalho, para atender à resistência mecânica média de 2,1 MPa, requerida para misturas de solo- cimento conforme ABCP (1980).

Elemento estratégico na inserção de um país no contexto do desenvolvimento tecnológico e no cenário econômico internacional a indústria de mineração, que envolve a extração e o processamento de minério, resulta na geração de elevadas quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. Neste sentido, a presente pesquisa é um estudo de investigação geotécnica em uma área de disposição de resíduos de mineração de zinco, com o objetivo de caracterizar adequadamente o rejeito evitando os riscos de acidentes e impactos ambientais. A área de disposição em estudo resulta do processo de mineração do zinco da Votorantim Metais e Zinco, localizada em Juiz de Fora – MG, na qual os resíduos foram lançados em uma barragem por via úmida, em forma de lama. Os ensaios foram realizados em três ilhas de investigação (PZC01, PZC02 e PZC03), nas quais foram realizados ensaios de palheta (vane test), piezocone (CPTU), cone sísmico (SCPTU) e coleta de amostras para ensaios de laboratório. A campanha teve como objetivo avaliar principalmente a influência da velocidade de carregamento na estimativa dos parâmetros geotécnicos a partir dos ensaios de campo, e para isso foram empregadas distintas velocidades de rotação no ensaio de palheta e de cravação do piezocone. Complementarmente foi analisada a influência da velocidade em argilas, ensaios nos quais os efeitos viscosos são predominantes. Com isto é possível buscar uma análise integrada para avaliar a ocorrência de drenagem parcial durante os ensaios combinada, se necessário, aos efeitos viscosos. Nestas análises são usados resultados de trabalhos anteriores (i. e. BLIGHT, 1968 e BISCONTIN & PESTANA, 1999), estabelecendose uma metodologia para interpretação de ensaios de campo em resíduos de mineração de zinco. / Strategic to a nation´s development and essential to its recognition as an economical international player, the mining industry comprises the extraction and processing of minerals and produces, as a consequence, large amounts of tailings that represent important environmental risks and impacts. The present research focus on the study of zinc tailings and attempts to contribute in a general understanding of tailings behavior to allow reliable engineering design of tailing deposits to reduce the risk of failure and contamination. This goal has been achieved throughout a study of a large zinc tailing deposit from Votorantim Metais e Zinco, at Juiz de Fora, in the state of MG, Brazil. In this area, tailings are deposited as slurry. The study of this material has been made by carrying out vane tests, piezocone tests (CPTU) and seismic cone tests (SCPTU), as well as by collecting disturbed samples for laboratory investigation. The site investigation comprises three investigation positions (PZC01, PZC02 e PZC03), selected to give a representative evaluation of the area and its variations. Tests were performed to investigate rate effects and its implications on the prediction of soil properties assessed from testing data. Different penetration and rotation rates have been selected to allow data to be gathered over a range of testing rates, which allows both partial drainage and viscous effects to be evaluated. These effects have been analyzed in an integrated framework given raise to an interpretation method that allows in situ testing results to be interpreted and soil parameters to be estimated. Other published information has been used for comparison (i. e. BLIGHT, 1968 e BISCONTIN & PESTANA, 1999). The work offers a solid base for guidance the interpretation of in situ tests in zinc tailings.