Melhoramento de rejeitado mineiro através de ligantes sustentáveis

Abstract

O melhoramento de rejeitado mineiro com recurso a ligantes como o cimento Portland, corresponde, atualmente, à técnica de estabilização mais utilizada. Está, porém, comprovado que a indústria da produção de cimento contribui de forma muito significativa para a pegada ambiental do setor industrial mundial, associada ao consumo de grandes quantidades de energia e produção de grandes quantidades de gases com efeito de estufa. A estabilização por ativação alcalina surgiu assim como uma tecnologia alternativa, com reduções significativas dos consumos de energia e de recursos, traduzindo se num método mais sustentável em termos ambientais e financeiros, face às técnicas de estabilização tradicionais. Esta técnica permite a reutilização e introdução de diversos resíduos inorgânicos e industriais na economia circular, com consequente redução destes materiais em aterro. Neste contexto, esta dissertação surgiu com principal foco no melhoramento do rejeitado mineiro, produzido pela exploração mineira de Neves Corvo, através da aplicação da técnica de ativação por via alcalina de resíduos industriais (cinzas volantes), um outro resíduo muito abundante em aterro. Com o desenvolvimento deste tipo de ligantes sustentáveis, pretende-se promover o melhoramento e inertização do rejeitado mineiro, obtendo-se, portanto, um material com melhor desempenho mecânico e ambiental. O plano de trabalhos realizado consistiu na caraterização do rejeitado mineiro, do ponto de vista geotécnico, seguida da realização de ensaios de compactação Proctor, ensaios California Bearing Ratio, ensaios de permeabilidade e ensaios de compressão triaxial com instrumentação local. A par destes ensaios, efetuou-se ainda a caraterização química, mineralógica e microestrutural do rejeitado mineiro e do resíduo industrial utilizado no processo de ativação alcalina (cinzas volantes). Através de ensaios de compressão uniaxial definiu-se a mistura alcalina mais promissora para estabilização do rejeitado, ou seja, a mistura que revelou melhor desempenho mecânico. Esta mistura foi posteriormente avaliada através de ensaios triaxiais com instrumentação local. Aplicou-se ainda a teoria dos estados críticos, de forma a avaliar o desenvolvimento dos parâmetros que definem a linha de consolidação normal, linha de expansão e linha de estados críticos, antes e após estabilização do rejeitado. Com base no estudo desenvolvido, concluiu-se que o melhoramento do rejeitado mineiro através da técnica de ativação alcalina, conduz a resultados mecânicos muito promissores.

Nowadays, the improvement of mine tailings using binders such as Portland cement, corresponds to the most used stabilization technique. However, it is proven that the cement production industry is a major contributor to the environmental footprint of the global industrial sector, justified by the consumption of large amounts of energy and the production of large quantities of greenhouse gases. Alkaline activation stabilization has emerged as an alternative, with significant reductions in energy and resource consumption, resulting in a more environmentally and financially sustainable method compared to traditional stabilization techniques. This technique allows the reuse and introduction of various inorganic and industrial waste in the circular economy, with consequent reduction of these materials in landfills. In this context, this dissertation developed with the main focus on the improvement of the mine tailings, produced by the mine of Neves Corvo, through the application of the technique of alkaline activation of industrial waste (fly ash), another residue very abundant in landfills. With the development of sustainable binders, it is intended to promote the improvement and inertization of the mine tailings, thus obtaining a material with better mechanical and environmental performance. The work plan consisted of the characterization of the mine tailings, from the geotechnical point of view, followed by Proctor compaction tests, California Bearing Ratio tests, permeability tests and triaxial compression tests with local instrumentation. In addition to these tests, the chemical, mineralogical and microstructural characterization of the mine tailings and the industrial residue used in the alkaline activation process (fly ash) was also performed. Through uniaxial compression tests, the most efficient alkaline mixture was defined for stabilization of the mine tailings, in other words, the mixture that revealed better mechanical performance. This mixture was later evaluated through triaxial tests with local instrumentation. The theory of critical states was also applied to evaluate the development of the parameters that define the normal consolidation line, expansion line and critical states line, before and after stabilization of the mine tailings. Based on the study developed, it was concluded that the improvement of the mine tailings with the alkaline activation technique, leads to very promising mechanical results.