Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Este trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade de obtenção de materiais vítreos e vitrocerâmicos a partir de resíduo de mineração de carvão, resíduo de galvanização contendo zinco e argilito (taguá), utilizando planejamento de misturas para formulação das composições. Os materiais obtidos pelo processo de fusão a 1600 °C foram moídos e caracterizados quanto a sua composição química por FRX (análise química). A cinética de cristalização foi analisada usando ATD (análise térmica diferencial) e dilatometria (óptica e de contato) foi utilizada para verificar a tendência à vitrificação das formulações. A partir dos resultados obtidos, foi possível determinar o perfil de viscosidade das amostras que formaram vidros. A tendência à cristalização e sua cinética utilizando analise térmica diferencial mostraram que a energia de ativação pelos métodos de Kissinger e Matussita é de 1014,5 kJ/mol e a energia de ativação pelo método sugerido por Ozawa foi de 1034,1 kJ/mol. A fase gahnita foi detectada no material vitrocerâmico depois do tratamento térmico realizado em 900 ºC.

O beneficiamento de carvão mineral para a utilização em termoelétricas gera grandes quantida-des de rejeitos, os quais contêm diversos minerais, entre eles a pirita (sulfeto de ferro - FeS2). A pirita, na presença de água e oxigênio se oxida, gerando a drenagem ácida de minas (DAM), principal fonte de contaminação dos aquíferos e do solo nas regiões carboníferas. Atualmente, a DAM é tratada pelo método de neutralização/precipitação de metais. Essa é uma técnica con-siderada “fim-de-tubo” com diversas desvantagens, entre elas o alto custo. Entretanto, através de técnicas preventivas, baseadas nos princípios da produção mais limpa, é possível, concomi-tantemente, minimizar a geração de DAM e agregar valor à parte ou totalidade dos rejeitos de carvão. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção do coagulante sulfato férrico a partir da lixiviação de um concentrado de pirita oriundo de rejeitos de carvão via cristaliza-ção/solubilização de sulfato ferroso, comparando o processo para duas jazidas distintas de car-vão mineral. Amostras de concentrados de pirita foram obtidas de rejeitos de carvão das jazidas do Estado de Santa Catarina, minerados na cidade de Forquilhinha, e do Estado do Paraná, na cidade de Figueira A parte experimental foi realizada a partir de um reator de leito empacotado em planta-piloto e envolveu as seguintes etapas: produção de um lixiviado férrico, conversão do lixiviado férrico em ferroso, precipitação do Fe2+ e do sulfato na forma de cristais de sulfato ferroso heptahidratado com auxílio de etanol. Estudou-se, de forma detalhada, a proporção li-xiviado:etanol para o melhor rendimento do processo. Os cristais de sulfato ferroso produzidos a partir do concentrado de pirita catarinense apresentaram características semelhantes a um pa-drão analítico (menos de 1% de impurezas). Os cristais produzidos a partir da pirita paranaense apresentaram um índice levemente superior ao padrão estabelecido comercialmente (1,08%), além de apresentar alguns metais bastante perigosos à saúde, como arsênio. Também se estudou a produção do coagulante férrico via dissolução dos cristais de sulfato ferroso e oxidação do ferro pela adição de soluções aquosas com agentes ácidos e oxidantes. A melhor condição ob-tida foi a seguinte: 5 g de sulfato ferroso, 7,5 mL de água destilada, 1,5 mL de peróxido de hidrogênio e 5 gotas de ácido sulfúrico. Essa proporção proporcionou um coagulante com quase 12% de ferro, sendo que 97% deste ferro na forma férrica. O coagulante produzido foi utilizado no tratamento de água do corpo hídrico Guaíba, empregando-se como referência os padrões brasileiros de potabilidade (Portaria nº 2914 do Ministério da Saúde). Mostrando-se eficiente no tratamento de água para fins de abastecimento público. / The coal processing for use in power plants, generates amounts of residues, which contain var-ious minerals, such as pyrite (iron sulfide-FeS2). Pyrite, in the presence of water and oxygen, oxidizes, generating acid mine drainage (AMD), the main source of contamination of aquifers and soil in the carboniferous region of Santa Catarina. Currently, the AMD is treated by the method of neutralization/precipitation of metals. This is a technique considered "end-of-pipe" with many disadvantages, like the excessive cost. However, through preventive techniques, based on the principles of cleaner production, it is possible, at the same time, minimize the generation of AMD and to add value to a part or totality of coal waste. Thus, the objective of this work was to study the production of ferric sulphate coagulant from the leaching of a pyrite concentrate from coal tailings via crystallization / solubilization of ferrous sulphate, comparing the process to two distinct mineral coal deposits. Samples of pyrite concentrates were obtained from coal tailings from the State of Santa Catarina mines, mined in the city of Forquilhinha, and from the State of Paraná, in the city of Figueira The experimental part was carried out in a bed reactor packed in a pilot plant and involved the following steps: production of a ferric leachate, conversion of ferric leachate into ferrous, precipitation of Fe2 + and sulphate as crystals of ferrous sulphate heptahydrate. It was also studied, in detail, the proportion leached:ethanol for the best yield of the process. The ferrous sulphate crystals produced from the Santa Catarina pyrite concentrate showed characteristics similar to an analytical standard (less than 1% of im-purities). The crystals produced from the Paraná pyrite concentrate presented an index slightly higher than the commercially established standard (1.08%), besides presenting some metals very dangerous to health, such as arsenic. The production of ferric coagulant was also studied by dissolving the ferrous sulphate crystals and iron oxidation by adding aqueous solutions with acidic and oxidizing agents. The best condition obtained was as follows: 5 g of ferrous sulphate, 7.5 ml of distilled water, 1.5 ml of hydrogen peroxide and, 5 drops of sulfuric acid. This pro-portion provided a coagulant with almost 12% iron, with 97% of this iron in the ferric form. The coagulant produced was used in the water treatment of lake Guaíba, using as reference the Brazilian standards of potability. The coagulant produced showed to be efficient in the water treatment for public supply purposes.

O beneficiamento de carvão mineral para a utilização em termoelétricas gera grandes quantida-des de rejeitos, os quais contêm diversos minerais, entre eles a pirita (sulfeto de ferro - FeS2). A pirita, na presença de água e oxigênio se oxida, gerando a drenagem ácida de minas (DAM), principal fonte de contaminação dos aquíferos e do solo nas regiões carboníferas. Atualmente, a DAM é tratada pelo método de neutralização/precipitação de metais. Essa é uma técnica con-siderada “fim-de-tubo” com diversas desvantagens, entre elas o alto custo. Entretanto, através de técnicas preventivas, baseadas nos princípios da produção mais limpa, é possível, concomi-tantemente, minimizar a geração de DAM e agregar valor à parte ou totalidade dos rejeitos de carvão. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção do coagulante sulfato férrico a partir da lixiviação de um concentrado de pirita oriundo de rejeitos de carvão via cristaliza-ção/solubilização de sulfato ferroso, comparando o processo para duas jazidas distintas de car-vão mineral. Amostras de concentrados de pirita foram obtidas de rejeitos de carvão das jazidas do Estado de Santa Catarina, minerados na cidade de Forquilhinha, e do Estado do Paraná, na cidade de Figueira A parte experimental foi realizada a partir de um reator de leito empacotado em planta-piloto e envolveu as seguintes etapas: produção de um lixiviado férrico, conversão do lixiviado férrico em ferroso, precipitação do Fe2+ e do sulfato na forma de cristais de sulfato ferroso heptahidratado com auxílio de etanol. Estudou-se, de forma detalhada, a proporção li-xiviado:etanol para o melhor rendimento do processo. Os cristais de sulfato ferroso produzidos a partir do concentrado de pirita catarinense apresentaram características semelhantes a um pa-drão analítico (menos de 1% de impurezas). Os cristais produzidos a partir da pirita paranaense apresentaram um índice levemente superior ao padrão estabelecido comercialmente (1,08%), além de apresentar alguns metais bastante perigosos à saúde, como arsênio. Também se estudou a produção do coagulante férrico via dissolução dos cristais de sulfato ferroso e oxidação do ferro pela adição de soluções aquosas com agentes ácidos e oxidantes. A melhor condição ob-tida foi a seguinte: 5 g de sulfato ferroso, 7,5 mL de água destilada, 1,5 mL de peróxido de hidrogênio e 5 gotas de ácido sulfúrico. Essa proporção proporcionou um coagulante com quase 12% de ferro, sendo que 97% deste ferro na forma férrica. O coagulante produzido foi utilizado no tratamento de água do corpo hídrico Guaíba, empregando-se como referência os padrões brasileiros de potabilidade (Portaria nº 2914 do Ministério da Saúde). Mostrando-se eficiente no tratamento de água para fins de abastecimento público. / The coal processing for use in power plants, generates amounts of residues, which contain var-ious minerals, such as pyrite (iron sulfide-FeS2). Pyrite, in the presence of water and oxygen, oxidizes, generating acid mine drainage (AMD), the main source of contamination of aquifers and soil in the carboniferous region of Santa Catarina. Currently, the AMD is treated by the method of neutralization/precipitation of metals. This is a technique considered "end-of-pipe" with many disadvantages, like the excessive cost. However, through preventive techniques, based on the principles of cleaner production, it is possible, at the same time, minimize the generation of AMD and to add value to a part or totality of coal waste. Thus, the objective of this work was to study the production of ferric sulphate coagulant from the leaching of a pyrite concentrate from coal tailings via crystallization / solubilization of ferrous sulphate, comparing the process to two distinct mineral coal deposits. Samples of pyrite concentrates were obtained from coal tailings from the State of Santa Catarina mines, mined in the city of Forquilhinha, and from the State of Paraná, in the city of Figueira The experimental part was carried out in a bed reactor packed in a pilot plant and involved the following steps: production of a ferric leachate, conversion of ferric leachate into ferrous, precipitation of Fe2 + and sulphate as crystals of ferrous sulphate heptahydrate. It was also studied, in detail, the proportion leached:ethanol for the best yield of the process. The ferrous sulphate crystals produced from the Santa Catarina pyrite concentrate showed characteristics similar to an analytical standard (less than 1% of im-purities). The crystals produced from the Paraná pyrite concentrate presented an index slightly higher than the commercially established standard (1.08%), besides presenting some metals very dangerous to health, such as arsenic. The production of ferric coagulant was also studied by dissolving the ferrous sulphate crystals and iron oxidation by adding aqueous solutions with acidic and oxidizing agents. The best condition obtained was as follows: 5 g of ferrous sulphate, 7.5 ml of distilled water, 1.5 ml of hydrogen peroxide and, 5 drops of sulfuric acid. This pro-portion provided a coagulant with almost 12% iron, with 97% of this iron in the ferric form. The coagulant produced was used in the water treatment of lake Guaíba, using as reference the Brazilian standards of potability. The coagulant produced showed to be efficient in the water treatment for public supply purposes.

O beneficiamento de carvão mineral para a utilização em termoelétricas gera grandes quantida-des de rejeitos, os quais contêm diversos minerais, entre eles a pirita (sulfeto de ferro - FeS2). A pirita, na presença de água e oxigênio se oxida, gerando a drenagem ácida de minas (DAM), principal fonte de contaminação dos aquíferos e do solo nas regiões carboníferas. Atualmente, a DAM é tratada pelo método de neutralização/precipitação de metais. Essa é uma técnica con-siderada “fim-de-tubo” com diversas desvantagens, entre elas o alto custo. Entretanto, através de técnicas preventivas, baseadas nos princípios da produção mais limpa, é possível, concomi-tantemente, minimizar a geração de DAM e agregar valor à parte ou totalidade dos rejeitos de carvão. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a produção do coagulante sulfato férrico a partir da lixiviação de um concentrado de pirita oriundo de rejeitos de carvão via cristaliza-ção/solubilização de sulfato ferroso, comparando o processo para duas jazidas distintas de car-vão mineral. Amostras de concentrados de pirita foram obtidas de rejeitos de carvão das jazidas do Estado de Santa Catarina, minerados na cidade de Forquilhinha, e do Estado do Paraná, na cidade de Figueira A parte experimental foi realizada a partir de um reator de leito empacotado em planta-piloto e envolveu as seguintes etapas: produção de um lixiviado férrico, conversão do lixiviado férrico em ferroso, precipitação do Fe2+ e do sulfato na forma de cristais de sulfato ferroso heptahidratado com auxílio de etanol. Estudou-se, de forma detalhada, a proporção li-xiviado:etanol para o melhor rendimento do processo. Os cristais de sulfato ferroso produzidos a partir do concentrado de pirita catarinense apresentaram características semelhantes a um pa-drão analítico (menos de 1% de impurezas). Os cristais produzidos a partir da pirita paranaense apresentaram um índice levemente superior ao padrão estabelecido comercialmente (1,08%), além de apresentar alguns metais bastante perigosos à saúde, como arsênio. Também se estudou a produção do coagulante férrico via dissolução dos cristais de sulfato ferroso e oxidação do ferro pela adição de soluções aquosas com agentes ácidos e oxidantes. A melhor condição ob-tida foi a seguinte: 5 g de sulfato ferroso, 7,5 mL de água destilada, 1,5 mL de peróxido de hidrogênio e 5 gotas de ácido sulfúrico. Essa proporção proporcionou um coagulante com quase 12% de ferro, sendo que 97% deste ferro na forma férrica. O coagulante produzido foi utilizado no tratamento de água do corpo hídrico Guaíba, empregando-se como referência os padrões brasileiros de potabilidade (Portaria nº 2914 do Ministério da Saúde). Mostrando-se eficiente no tratamento de água para fins de abastecimento público. / The coal processing for use in power plants, generates amounts of residues, which contain var-ious minerals, such as pyrite (iron sulfide-FeS2). Pyrite, in the presence of water and oxygen, oxidizes, generating acid mine drainage (AMD), the main source of contamination of aquifers and soil in the carboniferous region of Santa Catarina. Currently, the AMD is treated by the method of neutralization/precipitation of metals. This is a technique considered "end-of-pipe" with many disadvantages, like the excessive cost. However, through preventive techniques, based on the principles of cleaner production, it is possible, at the same time, minimize the generation of AMD and to add value to a part or totality of coal waste. Thus, the objective of this work was to study the production of ferric sulphate coagulant from the leaching of a pyrite concentrate from coal tailings via crystallization / solubilization of ferrous sulphate, comparing the process to two distinct mineral coal deposits. Samples of pyrite concentrates were obtained from coal tailings from the State of Santa Catarina mines, mined in the city of Forquilhinha, and from the State of Paraná, in the city of Figueira The experimental part was carried out in a bed reactor packed in a pilot plant and involved the following steps: production of a ferric leachate, conversion of ferric leachate into ferrous, precipitation of Fe2 + and sulphate as crystals of ferrous sulphate heptahydrate. It was also studied, in detail, the proportion leached:ethanol for the best yield of the process. The ferrous sulphate crystals produced from the Santa Catarina pyrite concentrate showed characteristics similar to an analytical standard (less than 1% of im-purities). The crystals produced from the Paraná pyrite concentrate presented an index slightly higher than the commercially established standard (1.08%), besides presenting some metals very dangerous to health, such as arsenic. The production of ferric coagulant was also studied by dissolving the ferrous sulphate crystals and iron oxidation by adding aqueous solutions with acidic and oxidizing agents. The best condition obtained was as follows: 5 g of ferrous sulphate, 7.5 ml of distilled water, 1.5 ml of hydrogen peroxide and, 5 drops of sulfuric acid. This pro-portion provided a coagulant with almost 12% iron, with 97% of this iron in the ferric form. The coagulant produced was used in the water treatment of lake Guaíba, using as reference the Brazilian standards of potability. The coagulant produced showed to be efficient in the water treatment for public supply purposes.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2015-11-30T09:44:43Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2214957 bytes, checksum: d480203cdae51e217b5f0613c6ea4ee7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-30T09:44:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2214957 bytes, checksum: d480203cdae51e217b5f0613c6ea4ee7 (MD5) Previous issue date: 2014-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os elementos terras raras (ETR) têm ganhado destaque atualmente pela diversidade de aplicações na indústria de alta tecnologia. O grande desafio é o tratamento dos efluentes gerados pela mineração de jazidas contendo ETR, o que leva à mobilização destes elementos no ambiente. Os objetivos deste trabalho foram avaliar a viabilidade de uso de óxidos de ferro sintéticos para a remoção de La presente em águas de drenagem ácida, bem como estudar a natureza das fases mineralógicas formadas e sua estabilidade. Soluções de sulfato de ferro, de lantânio e de alumínio foram misturadas de modo a se obter nove relações molares Fe:Al:La (500:0:1, 500:0:5, 500:0:10, 500:0:25, 500:0:50, 500:80:1, 500:80:5, 500:160:1 e 500:160:5). A síntese foi realizada a pH 11,7 e os tratamentos de relação 500:0:50 e 500:160:5 foram conduzidos também a pH 7,5. O período de síntese foi de 60 dias e, semanalmente, o pH da suspensão foi aferido e corrigido, se necessário. Para avaliar a remoção do lantânio da fase aquosa, também foi feita sua quantificação periódica por meio de ICP-OES. A fase sólida foi caracterizada por análises de espectroscopia de reflectância difusa (ERD), difratometria de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS). O potencial de remobilização do lantânio contido na fase sólida foi avaliado por extrações sequenciais em água e por extração das fases redutíveis por Hidroxilamina 0,5 mol L-1. Todos os tratamentos apresentaram alta eficiência de remoção do La da fase aquosa, porém do tratamento 10 (500:0:50), a pH 7,5 apresentou eficiência ligeiramente menor. Os resultados ainda sugerem que parte do La precipitado nos tratamentos a pH 11,7 não está associado aos óxidos de Fe. A formação de magnetita foi favorecida em baixas proporções de Al e La, ao passo que em maiores proporções, a formação de goethita foi favorecida. Além disso, houve formação de carbonatos de La (Lantanita e Bastinasita) à medida que a proporção de La nos tratamentos aumenta. As fases sólidas formadas revelaram- se estáveis às extrações com água; porém, a remobilização de La foi elevada frente à extração com hidroxilamina. / The rare earth elements (REE) have gained prominence due to the diversity of applications in the high tech industry. The challenge is the treatment of wastewater generated by the mining of deposits containing REE, which leads to the mobilization of these elements into the environment. The aims of this study were to evaluate the viability of using synthetic iron oxides to remove La from acid mine drainage and to study the nature and stability of the mineralogical phases formed. Ferrous sulfate, lanthanum sulfate and aluminum sulfate solutions were mixed to obtain nine Fe:Al:La molar ratios (500:0:1, 500:0:5, 500:0:10, 500:0:25, 500:0:50, 500:80:1, 500:80:5, 500:160:1 e 500:160:5). The synthesis was carried out at pH 11.7 and the treatments with 500:0:50 and 500:160:5 molar ratio were also conducted at pH 7.5. The synthesis lasted 60 days, and the pH of the suspensions was checked weekly and corrected, when necessary. In order to evaluate the removal of La from the aqueous solution, a periodic measurement was made by ICP-OES. The solid phase was characterized by diffuse reflectance spectroscopy (DRS), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM/ EDS) analysis. The potential for remobilization of La contained in the solid phase was evaluated by sequential extractions with water and reducible phase extraction by Hydroxylamine 0.5 mol L-1. All treatments showed high removal efficiency of La from the aqueous solution, but the treatment 10 (500:0:50), at pH 7.5, showed slightly lower efficiency. The results also suggest that part of La precipitated in the treatments at pH 11.7 is not associated with Fe oxides. Magnetite formation was favored by lower proportions of Al and La, whereas in larger ones the formation of goethite was favored. Moreover, the formation of La carbonates (Lanthanite and Bastnasite) was favored as the La proportion increased in the treatments. The solid phase formed proved to be stable to water extractions; however, La remobilization was high in extraction with hydroxylamine.

Os resíduos de mineração, quando dispostos diretamente sobre o solo podem vir a causar contaminação do meio, em decorrência da presença de metais potencialmente tóxicos. Desta forma, a disposição adequada de tais resíduos torna-se necessária, tanto para futuras áreas de disposição como para as que foram degradadas pela disposição inadequada. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a viabilidade geotécnica e geoquímica de solos argilosos transportados, para serem empregados como barreiras selantes (liners) na disposição de resíduos de mineração. Isso visou solucionar o problema ambiental da região do Vale do Ribeira, onde tais resíduos (enriquecidos por metais potencialmente tóxicos) foram dispostos diretamente sobre o solo, contaminando esse compartimento. Desta forma foram caracterizados três solos (SA, SB e SC) coletados na região do Médio Vale do Ribeira (município de Eldorado Paulista). Nestes solos foram realizadas caracterização geotécnica (ensaios granulométricos, limites de consistência, condutividade hidráulica e ensaios de compactação) e caracterizações geológicas-geoquímicas (análises mineralógicas, análises químicas, parâmetros físico-químicos e teor de matéria orgânica). Além das caracterizações foram realizados ensaios de adsorção (batch test), sendo que a solução contaminante foi cloreto de chumbo nas concentrações de 50, 100 e 150 mg kg-1. De maneira geral, notou-se que o solo menos adequado para ser empregado como barreira selante é o SB. O solo SA apresentou características geológicas-geoquímicas mais adequadas para retenção dos metais, principalmente Pb (maior CTC, maior SE, argilominerais não expansivos, presença de ilita, maior teor de matéria orgânica e maior delta pH). Já o solo SC é mais adequado quanto aos parâmetros geotécnicos (maior fração argila, menor fração areia, maior LL, maior IP, maior umidade ótima, e maior índice de vazios). Todos os solos exibiram baixa condutividade hidráulica (10-8 a 10-9 m/s), o que é considerado adequado para uso em barreira selante. Quanto a adsorção de Pb, nota-se que os três solos atuam na retenção do mesmo, sendo que os solos SA e SC apresentaram maior capacidade de adsorção que o solo SB. Desta forma, com todos os resultados conclui-se que os solos SA e SC são viáveis para serem usados na construção de barreiras selantes na região do Vale do Ribeira, por apresentarem características de retenção apropriadas para o metal analisado. / When the mining wastes are disposed on the soil, they may cause environment contamination due to the existence of potentially toxic components. Therefore, the correct disposal of these wastes is necessary, for new areas of disposal as much for areas degraded by the incorrect disposal. In this context, this research aimed to evaluate the geotechnical and geochemical viability for transported clay soils to be applied as liners to dispose mining wastes. This way, the environmental problem of the Vale do Ribeira may be solved, where such wastes (containing potentially toxic metals) were disposed on the soil and contaminated it. Thus, three soils samples (SA, SB and SC) were collected in Eldorado Paulista so they could be characterized. In these soils were conducted geotechnical tests (gradation, Atterberg limits, hydraulic conductivity and Proctor compaction) and geological and geochemical analysis (mineralogical, chemical, physic-chemical and soil organic matter content). Besides, were conducted batch tests using a contaminating solution of PbCl2 with the concentrations of 50, 100 and 150 mg.kg-1. In general terms, the least proper soil to be used as liner is the SB. The SA soil presented the most proper geological and geochemical characteristics for metal adsorption, mainly Pb (higher CEC and surface area, its clay-minerals are not expansive, existence of ilite, higher content of soil organic matter and higher &#916pH). The SC soil is the most proper to be used as liner regarding its geotechnical properties (more clay fraction and less sand fraction, higher liquid limit and plasticity index, water content optimum and void index). All soils presented low hydraulic conductivity (10-8 to 10-9 m/s), that is considered proper to be used in liners. Concerning the Pb adsorption, the three retain it, but the SA and SC soils presented better adsorption capability then the SB soil. Therefore, considering all the results, it may be concluded that the SA and SC soils are preferable to be applied in liners in Ribeira Valley, because they present the most proper characteristics for adsorption of the analyzed metal.

Resíduos de mineração, dispostos em barragens de rejeito, são materiais de baixas densidades e resistências, em geral – muitas vezes, suscetíveis à liquefação. Desta forma, técnicas de melhoramento de solos, tais como o Deep Soil Mixing, surgem como possibilidade à estabilização destes materiais. Neste sentido, baseado nesta técnica, este trabalho visa avaliar o comportamento mecânico de resíduos de mineração de ouro estabilizados com cimento, comparativamente aos rejeitos no estado natural, analisando fatores de influência (quantidade de agente cimentante, umidade inicial das amostras e líquido empregado na moldagem). Para este propósito, ensaios de resistência à compressão simples, de compressão diametral, de ondas ultrassônicas e triaxiais não-drenados (CIU) foram empregados. Os resultados mostram que os resíduos de mineração, nas condições representativas de campo, apresentam baixas resistências e suscetibilidade à liquefação a baixas tensões confinantes. Por sua vez, os ensaios com resíduo estabilizado com cimento revelaram que: o aumento nas taxas de cimentação, a diminuição dos teores de umidade iniciais das amostras e uso de licor proveniente das barragens de rejeito nas moldagens, repercutiram, em geral, em aumentos nas resistências (qu e qt) e na rigidez inicial (G0) das misturas As análises de variância comprovaram que todos os fatores controláveis estudados foram significativos para as respostas avaliadas e demonstraram que a influência da dosagem de cimento foi muito mais pronunciada, em relação às outras variáveis. O comportamento tensão-deformação das misturas, sob condições não-drenadas, foi típico de materiais cimentados submetidos à baixas tensões confinantes – com geração de poro-pressões negativas devidas à tendência à dilatação. Ainda, ficou demonstrado que o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) é adequado para a previsão do comportamento mecânico das misturas resíduo-cimento, considerando os parâmetros estudados – ampliando a possibilidade de aplicação deste índice. Foi observado, que existe uma proporcionalidade direta entre as resistências à tração e à compressão das misturas, que independe da relação η/Civ, sendo esta traduzida através de um valor escalar único (ξ = 0,17). / Mine tailings are materials of low in situ densities and strengths, in general – often susceptible to liquefaction. In view of this, soil improvement methods such as Deep Soil Mixing can be alternatives for the stabilization of these materials. In this sense, based on DSM techniques, this research aims to analyze the mechanical behaviour of cemented gold mine tailings, comparing to its natural condition, evaluating factors that influence the stabilization (cement content, initial water content and type of water for preparing specimens). For this purpose, unconfined compressive tests, splitting tensile tests, ultrasonic pulse velocity tests and undrained triaxial (CIU) tests were used. The results showed that remoulded mine tailings samples presented low strength and liquefaction susceptibility under low confining pressures. In its turn, the tests with cemented gold tailings revealed that: increasing the cement content, decreasing initial water content and using water from the tailings pond (liquor) in moulding provided strength (qu and qt) and initial stiffness (G0) gains on the mixtures of gold mine tailings-Portland cement. In this regard, the variance analysis statistically demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant to the parameters assessed It is also showed that the cement content influence was much more pronounced than other factors. Furthermore, the stress-strain behaviour of the blends is typical of cemented materials under low confining pressures and undrained conditions – with negative pore-pressures build-up. In addition, it is demonstrated that the porosity/cement index controls the mechanical performance of gold tailings-Portland cement blends, considering the whole range of densities and cement contents studied – what broadens the applicability of such index. Finally, it was found a single relationship between tensile (qt) and compressive strength (qu) equal to 0.17, being independent of the porosity/cement ratio.

Os resíduos de mineração, quando dispostos diretamente sobre o solo podem vir a causar contaminação do meio, em decorrência da presença de metais potencialmente tóxicos. Desta forma, a disposição adequada de tais resíduos torna-se necessária, tanto para futuras áreas de disposição como para as que foram degradadas pela disposição inadequada. Neste contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar a viabilidade geotécnica e geoquímica de solos argilosos transportados, para serem empregados como barreiras selantes (liners) na disposição de resíduos de mineração. Isso visou solucionar o problema ambiental da região do Vale do Ribeira, onde tais resíduos (enriquecidos por metais potencialmente tóxicos) foram dispostos diretamente sobre o solo, contaminando esse compartimento. Desta forma foram caracterizados três solos (SA, SB e SC) coletados na região do Médio Vale do Ribeira (município de Eldorado Paulista). Nestes solos foram realizadas caracterização geotécnica (ensaios granulométricos, limites de consistência, condutividade hidráulica e ensaios de compactação) e caracterizações geológicas-geoquímicas (análises mineralógicas, análises químicas, parâmetros físico-químicos e teor de matéria orgânica). Além das caracterizações foram realizados ensaios de adsorção (batch test), sendo que a solução contaminante foi cloreto de chumbo nas concentrações de 50, 100 e 150 mg kg-1. De maneira geral, notou-se que o solo menos adequado para ser empregado como barreira selante é o SB. O solo SA apresentou características geológicas-geoquímicas mais adequadas para retenção dos metais, principalmente Pb (maior CTC, maior SE, argilominerais não expansivos, presença de ilita, maior teor de matéria orgânica e maior delta pH). Já o solo SC é mais adequado quanto aos parâmetros geotécnicos (maior fração argila, menor fração areia, maior LL, maior IP, maior umidade ótima, e maior índice de vazios). Todos os solos exibiram baixa condutividade hidráulica (10-8 a 10-9 m/s), o que é considerado adequado para uso em barreira selante. Quanto a adsorção de Pb, nota-se que os três solos atuam na retenção do mesmo, sendo que os solos SA e SC apresentaram maior capacidade de adsorção que o solo SB. Desta forma, com todos os resultados conclui-se que os solos SA e SC são viáveis para serem usados na construção de barreiras selantes na região do Vale do Ribeira, por apresentarem características de retenção apropriadas para o metal analisado. / When the mining wastes are disposed on the soil, they may cause environment contamination due to the existence of potentially toxic components. Therefore, the correct disposal of these wastes is necessary, for new areas of disposal as much for areas degraded by the incorrect disposal. In this context, this research aimed to evaluate the geotechnical and geochemical viability for transported clay soils to be applied as liners to dispose mining wastes. This way, the environmental problem of the Vale do Ribeira may be solved, where such wastes (containing potentially toxic metals) were disposed on the soil and contaminated it. Thus, three soils samples (SA, SB and SC) were collected in Eldorado Paulista so they could be characterized. In these soils were conducted geotechnical tests (gradation, Atterberg limits, hydraulic conductivity and Proctor compaction) and geological and geochemical analysis (mineralogical, chemical, physic-chemical and soil organic matter content). Besides, were conducted batch tests using a contaminating solution of PbCl2 with the concentrations of 50, 100 and 150 mg.kg-1. In general terms, the least proper soil to be used as liner is the SB. The SA soil presented the most proper geological and geochemical characteristics for metal adsorption, mainly Pb (higher CEC and surface area, its clay-minerals are not expansive, existence of ilite, higher content of soil organic matter and higher &#916pH). The SC soil is the most proper to be used as liner regarding its geotechnical properties (more clay fraction and less sand fraction, higher liquid limit and plasticity index, water content optimum and void index). All soils presented low hydraulic conductivity (10-8 to 10-9 m/s), that is considered proper to be used in liners. Concerning the Pb adsorption, the three retain it, but the SA and SC soils presented better adsorption capability then the SB soil. Therefore, considering all the results, it may be concluded that the SA and SC soils are preferable to be applied in liners in Ribeira Valley, because they present the most proper characteristics for adsorption of the analyzed metal.

Resíduos de mineração, dispostos em barragens de rejeito, são materiais de baixas densidades e resistências, em geral – muitas vezes, suscetíveis à liquefação. Desta forma, técnicas de melhoramento de solos, tais como o Deep Soil Mixing, surgem como possibilidade à estabilização destes materiais. Neste sentido, baseado nesta técnica, este trabalho visa avaliar o comportamento mecânico de resíduos de mineração de ouro estabilizados com cimento, comparativamente aos rejeitos no estado natural, analisando fatores de influência (quantidade de agente cimentante, umidade inicial das amostras e líquido empregado na moldagem). Para este propósito, ensaios de resistência à compressão simples, de compressão diametral, de ondas ultrassônicas e triaxiais não-drenados (CIU) foram empregados. Os resultados mostram que os resíduos de mineração, nas condições representativas de campo, apresentam baixas resistências e suscetibilidade à liquefação a baixas tensões confinantes. Por sua vez, os ensaios com resíduo estabilizado com cimento revelaram que: o aumento nas taxas de cimentação, a diminuição dos teores de umidade iniciais das amostras e uso de licor proveniente das barragens de rejeito nas moldagens, repercutiram, em geral, em aumentos nas resistências (qu e qt) e na rigidez inicial (G0) das misturas As análises de variância comprovaram que todos os fatores controláveis estudados foram significativos para as respostas avaliadas e demonstraram que a influência da dosagem de cimento foi muito mais pronunciada, em relação às outras variáveis. O comportamento tensão-deformação das misturas, sob condições não-drenadas, foi típico de materiais cimentados submetidos à baixas tensões confinantes – com geração de poro-pressões negativas devidas à tendência à dilatação. Ainda, ficou demonstrado que o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) é adequado para a previsão do comportamento mecânico das misturas resíduo-cimento, considerando os parâmetros estudados – ampliando a possibilidade de aplicação deste índice. Foi observado, que existe uma proporcionalidade direta entre as resistências à tração e à compressão das misturas, que independe da relação η/Civ, sendo esta traduzida através de um valor escalar único (ξ = 0,17). / Mine tailings are materials of low in situ densities and strengths, in general – often susceptible to liquefaction. In view of this, soil improvement methods such as Deep Soil Mixing can be alternatives for the stabilization of these materials. In this sense, based on DSM techniques, this research aims to analyze the mechanical behaviour of cemented gold mine tailings, comparing to its natural condition, evaluating factors that influence the stabilization (cement content, initial water content and type of water for preparing specimens). For this purpose, unconfined compressive tests, splitting tensile tests, ultrasonic pulse velocity tests and undrained triaxial (CIU) tests were used. The results showed that remoulded mine tailings samples presented low strength and liquefaction susceptibility under low confining pressures. In its turn, the tests with cemented gold tailings revealed that: increasing the cement content, decreasing initial water content and using water from the tailings pond (liquor) in moulding provided strength (qu and qt) and initial stiffness (G0) gains on the mixtures of gold mine tailings-Portland cement. In this regard, the variance analysis statistically demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant to the parameters assessed It is also showed that the cement content influence was much more pronounced than other factors. Furthermore, the stress-strain behaviour of the blends is typical of cemented materials under low confining pressures and undrained conditions – with negative pore-pressures build-up. In addition, it is demonstrated that the porosity/cement index controls the mechanical performance of gold tailings-Portland cement blends, considering the whole range of densities and cement contents studied – what broadens the applicability of such index. Finally, it was found a single relationship between tensile (qt) and compressive strength (qu) equal to 0.17, being independent of the porosity/cement ratio.

Resíduos de mineração, dispostos em barragens de rejeito, são materiais de baixas densidades e resistências, em geral – muitas vezes, suscetíveis à liquefação. Desta forma, técnicas de melhoramento de solos, tais como o Deep Soil Mixing, surgem como possibilidade à estabilização destes materiais. Neste sentido, baseado nesta técnica, este trabalho visa avaliar o comportamento mecânico de resíduos de mineração de ouro estabilizados com cimento, comparativamente aos rejeitos no estado natural, analisando fatores de influência (quantidade de agente cimentante, umidade inicial das amostras e líquido empregado na moldagem). Para este propósito, ensaios de resistência à compressão simples, de compressão diametral, de ondas ultrassônicas e triaxiais não-drenados (CIU) foram empregados. Os resultados mostram que os resíduos de mineração, nas condições representativas de campo, apresentam baixas resistências e suscetibilidade à liquefação a baixas tensões confinantes. Por sua vez, os ensaios com resíduo estabilizado com cimento revelaram que: o aumento nas taxas de cimentação, a diminuição dos teores de umidade iniciais das amostras e uso de licor proveniente das barragens de rejeito nas moldagens, repercutiram, em geral, em aumentos nas resistências (qu e qt) e na rigidez inicial (G0) das misturas As análises de variância comprovaram que todos os fatores controláveis estudados foram significativos para as respostas avaliadas e demonstraram que a influência da dosagem de cimento foi muito mais pronunciada, em relação às outras variáveis. O comportamento tensão-deformação das misturas, sob condições não-drenadas, foi típico de materiais cimentados submetidos à baixas tensões confinantes – com geração de poro-pressões negativas devidas à tendência à dilatação. Ainda, ficou demonstrado que o índice porosidade/teor volumétrico de cimento (η/Civ) é adequado para a previsão do comportamento mecânico das misturas resíduo-cimento, considerando os parâmetros estudados – ampliando a possibilidade de aplicação deste índice. Foi observado, que existe uma proporcionalidade direta entre as resistências à tração e à compressão das misturas, que independe da relação η/Civ, sendo esta traduzida através de um valor escalar único (ξ = 0,17). / Mine tailings are materials of low in situ densities and strengths, in general – often susceptible to liquefaction. In view of this, soil improvement methods such as Deep Soil Mixing can be alternatives for the stabilization of these materials. In this sense, based on DSM techniques, this research aims to analyze the mechanical behaviour of cemented gold mine tailings, comparing to its natural condition, evaluating factors that influence the stabilization (cement content, initial water content and type of water for preparing specimens). For this purpose, unconfined compressive tests, splitting tensile tests, ultrasonic pulse velocity tests and undrained triaxial (CIU) tests were used. The results showed that remoulded mine tailings samples presented low strength and liquefaction susceptibility under low confining pressures. In its turn, the tests with cemented gold tailings revealed that: increasing the cement content, decreasing initial water content and using water from the tailings pond (liquor) in moulding provided strength (qu and qt) and initial stiffness (G0) gains on the mixtures of gold mine tailings-Portland cement. In this regard, the variance analysis statistically demonstrated that all the factors chosen on the experiment were significant to the parameters assessed It is also showed that the cement content influence was much more pronounced than other factors. Furthermore, the stress-strain behaviour of the blends is typical of cemented materials under low confining pressures and undrained conditions – with negative pore-pressures build-up. In addition, it is demonstrated that the porosity/cement index controls the mechanical performance of gold tailings-Portland cement blends, considering the whole range of densities and cement contents studied – what broadens the applicability of such index. Finally, it was found a single relationship between tensile (qt) and compressive strength (qu) equal to 0.17, being independent of the porosity/cement ratio.