Aplicacáo de mineradores contínuos de superfície na lavra de xisto betuminoso de são mateus do sul - pr

Jaime Dias Filho¹, Carlos Arroyo²,Adilson Curi^2
1Mestrando, Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP, Escola de Minas - PPGEM
² Departamento de Engenharia de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP, Escola de Minas.

Este artigo tem como objetivo apresentar um estudo de viabilidade técnica para um novo modelo de lavra de folhelho (xisto) pirobetuminoso, utilizando equipamentos mineradores contínuos de superfície na mineracao de xisto da Unidade de Industrializacao do Xisto - SIX - da PETROBRAS S.A., localizada no município de São Mateus do Sul, no estado do Paraná. Trata-se de um subsídio técnico inicial para a avaliacao da possibilidade de aplicacao futura desses equipamentos em substituicao ao modelo de lavra atualmente praticado, que utiliza o método por tiras com escavadeira de cacamba de arrasto Dragline Bucyrus Marion 7800. Foram identificadas perdas de minério no modelo de lavra com escavadeira Dragline para as duas camadas de minério presentes na mina. Também foi calculado o aumento da jazida lavrável, decorrente da característica de lavra seletiva dos equipamentos mineradores contínuos de superfície, considerando diferentes espessuras de camadas de xisto. Como resultado, foram realizadas reanálises das variáveis estratégicas globais do negocio de mineracao de xisto, como a relacao estéril/minério e o percentual de recuperacao da jazida

Keywords: Estudo de viabilidade, mineradores contínuos de superfície, mineracao de folhelho pirobetuminoso.

RESUMEN

Este artículo tiene como objetivo presentar un estudio de viabilidad técnica para un nuevo modelo de explotación de esquisto pirobetuminoso, utilizando equipos mineros continuos de superficie en la minería de esquisto de la Unidad de Industrialización del Esquisto - SIX - de PETROBRAS S.A., ubicada en el municipio de São Mateus do Sul, en el estado de Paraná. Se trata de un subsidio técnico inicial para la evaluación de la posibilidad de aplicación futura de estos equipos en sustitución del modelo de explotación actualmente practicado, que utiliza el método por franjas con excavadora de cuchara de arrastre Dragline Bucyrus Marion 7800. Se identificaron pérdidas de mineral en el modelo de explotación con excavadora Dragline para las dos capas de mineral presentes en la mina. También se calculó el aumento de la reserva explotable, derivado de la característica de explotación selectiva de los equipos mineros continuos de superficie, considerando diferentes espesores de capas de esquisto. Como resultado, se realizaron nuevos análisis de las variables estratégicas globales del negocio de la minería de esquisto, como la relación estéril/mineral y el porcentaje de recuperación de la reserva.

Palabras Clave: Estudio de viabilidad, mineros continuos de superficie, minería de esquisto pirobetuminoso.

1. INTRODUCÁO

O atual modelo de lavra de folhelho (xisto) pirobetuminoso da Unidade de Industrializado do Xisto - SIX - é realizado pelo método de lavra por tiras, utilizando uma escavadeira de caçamba de arrasto Dragline Bucyrus Marion 7800 (Figuras 01 (a) e 02), com mais de 50 anos de operacao, baixa disponibilidade mecánica e elevados custos operacionais e de manutencao em comparacao as medias observadas em outras escavadeiras Draglines ao redor do mundo.

Esse estudo envolveu uma ampla pesquisa de mercado para identificar outras opçoes tecnológicas de equipamentos com potencial para substituir a escavadeira Dragline.

Como condÍçao fundamental para a aplicaçáo do método de lavra a céu aberto por tiras, destaca- se a forma e a posÍçáo do macÍço rochoso, que deve ser preferencialmente tabular e composto por camadas com pouca inclinaçáo. Independentemente da resistência mecánica do macÍço, o método pode ser aplicado a qualquer tipo de rocha, desde que o depósito apresente grande extensão lateral, continuidade e uniformidade (Pfleider, 1968, 1973a, apud Hartman, 1987; Anon, 1976a, 1979c, apud Hartman, 1987).

Considerando a predisposÍçáo geológica da jazida de xisto da SIX — caracterizada por ser um depósito acamado, sub-horizontal, tabular e de grande extensão longitudinal — identificou- se a tecnologia de mineraçáo contínua de superfície como a alternativa mais promissora para o desenvolvimento do novo modelo de lavra. Dessa forma, propôs-se a substituÍçáo do modelo atual pelo método de lavra por tiras utilizando mineradores contínuos de superfície.

Adicionalmente, observou-se a aplicaçáo bem- sucedida dessa tecnologia na mineraçáo de bauxita no estado do Para, onde três equipamentos mineradores contínuos de superfície do fabricante Wirtgen (Figura 01(b)), modelo 2500SM, estão em operaçáo, sendo considerados ideais para adaptaçáo á mina de xisto da SIX.

Segundo Wirtgen (2010), os mineradores contínuos de superfície realizam a operaçáo de corte e fragmentaçáo da rocha "in situ" em uma única etapa, por meio de desmonte mecánico. Essa tecnologia elimina imediatamente varias operaçoes unitarias de mina, como perfuraçáo e desmonte com explosivos, carregamento de caminhoes e britagem primaria no tratamento de minérios. Destaca-se ainda pela capacidade de realizar lavra seletiva das camadas, maximizando o aproveitamento da jazida.

Ao compatibilizar as resistências á compressáo simples das rochas da mina de xisto com a faixa de aplicaçáo dos mineradores contínuos de superfície, verificou-se que as tensoes das rochas da mina giram em torno de 100 MPa — dentro da faixa de aplicaçáo econômica desses equipamentos, que operam eficientemente até 130 MPa (Wirtgen, 2010).

Figura 01 Método atual de lavra com Escavadeira Dragline Bucyrus Marion 7800 (a) e nova proposta de lavra com mineradores contínuos de superfície 2500SM Wirtgen (b).

2. MATERIAIS E MÉTODOS

As tiras de lavra possuem dimensoes de 2.500 metros de comprimento por 25 metros de largura, sendo subdivididas em blocos com 50 metros de comprimento por 25 metros de largura. As alturas das tiras — e, consequentemente, dos blocos — são determinadas pelas espessuras das camadas de estéril e de minério. Acima da camada de xisto superior, encontra-se a camada de capeamento, com 16 metros de espessura, composta por argilas e siltitos. Entre as camadas de xisto superior e inferior, com espessuras de 6,3 metros e 3,2 metros, respectivamente, está localizada a camada intermediaria, com 8 metros de espessura, constituída por calcários e siltitos.

A camada de capeamento e a intermediaria são desmontadas com uso de explosivos previamente as escavacoes realizadas pela escavadeira Dragline, que executa a remocao simultánea dessas camadas de estéril, liberando as camadas de xisto (minério) para as operacoes subsequentes de perfuracáo, desmonte de rochas, escavacáo e carregamento em caminhoes. A lavra das camadas de xisto é realizada simultaneamente, obedecendo á proporcáo de duas massas de xisto superior para uma de xisto inferior, a fim de atender ás especificacoes da unidade de tratamento de minérios e da planta industrial. O estéril da tira subsequente é removido pela Dragline e depositado na tira previamente lavrada (Curi, 2017), da qual já foram extraídas as camadas de minério. A atividade de recuperacáo das áreas mineradas ocorre de forma concomitante com as operacoes de lavra (Figura 02).

Para este estudo, adotou-se como premissas — com base na constatacáo de perdas de minério por meio do acompanhamento da espessura in situ versus a espessura efetivamente lavrada — que a perda media no topo da camada de xisto superior é de 0,5 metro, e na base da camada de xisto inferior é de 0,8 metro. Os teores de óleo presentes nos minérios, determinados por ensaios FISCHER conforme a norma ASTM D3 904-80 em laboratorio, apresentam decréscimo do topo para a base das camadas. A camada de xisto superior apresenta um teor medio de óleo de 9%, sendo que seu topo (0,5 metro) possui o maior teor, com 12%. A camada de xisto inferior tem teor medio de 12%, mas sua base (0,8 metro) apresenta o menor teor, de 6%, sendo esta porcáo considerada estéril por comprometer as especificacoes de óleo exigidas pela planta industrial, cliente da operacáo de mineracáo. Com a possibilidade de aproveitamento do topo da camada de xisto superior por meio da lavra seletiva proporcionada pelos mineradores contínuos de superfície, a base da camada de xisto inferior — mesmo com menor teor de óleo — passa a ter potencial de aproveitamento como ROM (Run of Mine), agregando á j azi da da SIX uma massa significativa de minério anteriormente descartada.

Esquema de modelo de lavra de xisto por tiras com Escavadeira Dragline Bucyrus 7800

Figura 02 Mineracao de xisto da SIX com destaque para topo de xisto superior e base de xisto inferior objetos de estudo.

Dada a grande importancia de se preservar um recurso limitado e não renovável — a jazida de minério — conforme destacado pela U.S. Energy Information Administration (EIA, 2018), e adotando-se a premissa da extracao completa do minério disponível, este estudo prioriza o conceito de desenvolvimento sustentável na mineracao. De acordo com o World Wide Fund for Nature (WWF, 2018), desenvolvimento sustentável é aquel e capaz de suprir as necessidades da geracao atual sem comprometer a capacidade das futuras geracoes de suprirem as suas próprias necessidades, ou seja, trata-se de um desenvolvimento que não esgota os recursos naturais.

Com base nesse princípio, a metodologia adotada neste artigo foi estruturada em dois passos, conforme segue:

1. Identificado das causas e quantificacáo das principais perdas de minério inerentes a lavra de xisto com escavadeira de arrasto Dragline;

Causa da perda do topo da camada de xisto superior

O movimento de arraste da caçamba pela Dragline Marion para a remoção da base da camada de capeamento (estéril) remove de forma conjunta o topo da camada de xisto superior (minério);

- Causa da perda da base da camada de xisto inferior

Desconsiderada como ROM devido aos menores teores de óleo de sua base em relacao ao restante da camada, esta com media de 6%.

- Quantificacoes das perdas:

A perda de minério relativa ao topo da camada de xisto superior de 0,5 metros, equivalente a 7,94 % da massa total de minério de xisto superior. Para a camada de xisto inferior a perda media de minério de 0,8 metros, equivalente a 25 % da massa de minério de xisto inferior.

2. Cálculo de aumento de jazida de xisto pela característica da lavra seletiva dos mineradores contínuos de superfície

Conforme Presidência da República, (1968), em seu Art. 6^o, considera-se jazida toda massa individualizada de substancia mineral ou fóssil de valor econômico, aflorando a superfície ou existente no interior da terra.

Os cálculos das jazidas de xisto seguem o modelo de blocos tridimensionais (Yamamoto, 1991), considerou - se três cénanos aplicando - se a Equacao 1 abaixo. Um para o método de lavra atual utilizando a lavra de xisto com Dragline Marion, e outros dois utilizando adicoes nas espessuras de lavra das camadas de xisto superior e inferior com mineradores contínuos de superfície. Contabilizados 679 blocos de xisto superior e 1152 blocos de xisto inferior em toda a mina.

Equacao (1) mostra o cálculo de jazida de xisto

AxBxCxDxE = R(1)

A = Comprimento do bloco (m); B = Largura do bloco (m); C = Altura do bloco (m) em funcáo da espessura da camada;

D = Número de blocos (minério); E = Densidade do minério (t/m³); R = Jazida de xisto (t).

Equacao válida para cálculo de estéril (m³) conforme Tabela 04.

Realizando os cálculos conforme a Equacao (1), obtém-se:

Tabela 01 Jazida com Dragline - Cenário 01

Tabela 02 Jazida com Mineradores - Cenário 02

Tabela 03 Jazida com Mineradores - Cenário 03

Figura 03 Jazida de xisto com Dragline ej azi das incorporadas com uso de mineradores contínuos de superfície.

A jazida incorporada de minério para o cenário 02 foi de 1,7 milhoes de toneladas de xisto ou 10,22 % de aumento em relacao a jazida de xisto do cenário 01 com Dragline. Este é considerado como realista, haja vista por vezes já serem praticadas tais espessuras quando a relacao de massas de xisto superior e de xisto inferior lavradas permite. Para o cenário 03, considerado como em potencial, incorporado cerca de 3,3 milhoes de toneladas de xisto representando 18,81 % de aumento em relacao a jazida de xisto com Dragline. Aproximadamente o dobro de incorporado de minério do cenário 02.

Tabela 04 volume de estéril (m³) da mina de xisto.

3. RESULTADOS

Segundo Curi, 2017, a razão entre o volume de capeamento e a quantidade e reservas de minérios já retirada ou a ser retirada, expressa em unidade volumétrica (ou de peso) é chamada de relacáo estéril/minério (REM).

Foram calculadas as REM como definido a partir dos valores encontrados para jazidas e volume de estéril da mina (Tabela 01, Tabela 02, Tabela 03, Tabela 04) resultando nos valores constantes na (Figura 04). Com a queda das REM pela aplicacáo dos mineradores contínuos de superfície, verifica-se a necessidade de menor esforco operacional para obtencao de uma tonelada de minério, assim como econômico, pois tem - se uma mina mais barata.

Curi, 2014 observa que na lavra de um corpo de minério, é comum abandonar massas mineralizadas por motivos diversos. Não se extraindo portanto, as totalidades das mineralizaçoes, e isso costuma ser expresso por Equacao 2 um número adimensional denominado recuperacao na lavra, que é definido pela expressão:

Figura 04 Relações estéril/minério e Recuperação dajazida na lava.

Figura 05 Recuperação dajazida na lavra.

Aplicada a Equacao 02 obteve-se os valores de recuperacao dajazida de minério (Figura 05). O uso dos mineradores contínuos de superfície apresenta o benefício potencial de maximizar o aproveitamento dajazida na sua totalidade em 100%. Adicionalmente, verifica-se que com o método de lavra atual da mina de xisto com Dragline Marion perde - se 15,83 % do total de minério com potencial de ROM.

Considerando o significativo aumento de 18,81 % de jazida de xisto incorporada a mina da SIX, as menores relacoes estéril/minério o que diminui o esforco de lavra e torna a mina mais barata, o potencial de recuperacao da jazida na sua totalidade, a comprovacao da viabilidade técnica de aplicacao dos mineradores contínuos de superfície a luz de mecánica de rochas, que a geologia da jazida de xisto possui todas as características favoráveis para aplicacao dos mineradores contínuos de superfície, o presente estudo de viabilidade técnica do uso dos mineradores contínuos de superfície na mina de xisto de São Mateus do Sul conclui pela viabilidade de aplicacao dos equipamentos mineradores contínuos de superfície na mina de xisto da SIX.

REFERENCIAS

HARTMAN, H. L. Introductory Mining Engineering. New York. John Wiley & Sons, 1987. 207p;        [ Links ]

WIRTGEN GMBH. Wirtgen Surface Mining Manual, Applications and Planning Guide. 2010. 11 - 12p.

WIRTGEN GMBH. Wirtgen Surface Mining Manual, Applications and Planning Guide. 2010. 20 p.

U.S Energy Information Administration - EIA - Nonrenewable and renewable energy sources. Disponível em: https://www.eia.gov/energyexplained/?page=no nrenewable home. Acesso em: 06 de janeiro de 2018.

World Wide Fund for Nature - WWF. Disponível em: https://www.wwf.org.br/natureza_brasileira/questoesambientais/desenvolvimentosustentavel/. Acesso em: 06 de janeiro de 2018.

CURI, A. Lavra de minas: São Paulo: Oficina dos Textos, 2017. 115 p.

DECRETO N° 62.934, DE 2 DE JULHO DE 1968. Regulamento do Código de Mineracao. Acesso em: 08 de janeiro de 2018: http://www.planalto.gov.br/ccivil 03/decreto/19 50-1969/D62934.htm

CURI, A. Minas a céu aberto: Planejamento de Lavra: São Paulo: Oficina dos Textos, 2014. 117 P.

Yamamoto J. K. 1991. Comparacao de métodos computacionais para avaliacao de reservas: um estudo de caso na Jazida de Cobre de Chapada, GO. Universidade de São Paulo. 90 p. (Tese de doutoramento)

CURI, A. Lavra de minas: São Paulo: Oficina dos Textos, 2017. 101 p.

CURI, A. Minas a céu aberto: Planej amento de Lavra: São Paulo: Oficina dos Textos, 2014. 83 P.

Artículo recibido en: 30.04.2025

Artículo aceptado: 27.05.2025