PROJETO DE TECNOLOGIA DAS ÁGUAS - REUSO DA ÁGUA DE MINERAÇÃO DO COBRE-1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MINAS E MEIO AMBIENTE 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
TECNOLOGIA DAS ÁGUAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRATAMENTO DO SISTEMA PARTICULADO PARA REUSO DA ÁGUA NA 
MINERAÇÃO DO MINÉRIO DE COBRE EM CANAÃ DOS CARAJÁS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Marabá – PA 
2019 
Carla Cibele Deodato Gomes – 201640609028 
Lorrayne Sampaio Freitas – 201740609021 
 
§ 
 
 
 
 
RESUMO 
 
 Este projeto foi baseado pela necessidade de proteger os recursos hídricos 
apresentando melhores gestões de como reaproveitar a água da mineração na mina 
do sossego. Presente em quase todas as etapas da obtenção do cobre, sendo sua 
deposição final na barragem de contenção de rejeito, a água apresenta considerável 
desperdício. Com o uso da centrifuga transportadora de tambor maciço é possível 
reutilizar 14.672.424 L de água por 43.957,89 toneladas de rejeito produzido por dia. 
A empresa Vale que finalizou o último ano com lucro líquido de US$ 6,86 bilhões, 
enfrentou várias baixas por problemas causados pelo sistema particulado, logo o 
projeto apresentado seria muito lucrativo a custo benefício, tanto para a empresa 
quanto para a sociedade e meio ambiente. 
 
 
Palavras-chave: Água; mineração; rejeito; reuso.
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 3 
2. OBJETIVO ................................................................................................... 5 
2.1 Objetivo Geral ............................................................................................................................... 5 
2.2 Objetivo Específico ........................................................................................................................ 5 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 6 
3.1 Materiais ....................................................................................................................................... 6 
3.2 Métodos ........................................................................................................................................ 6 
3.2.1 Usina do sossego .................................................................................................................... 6 
3.2.2 Cominuição e Classificação .................................................................................................... 6 
3.2.3 A flotação de cobre do sossego.............................................................................................. 7 
3.2.4 Desaguamento do concentrado ............................................................................................. 8 
3.2.5 O Rejeito ................................................................................................................................. 9 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 10 
5. CÁLCULO DE CUSTOS DA PESQUISA .................................................. 14 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 15 
 
 
 
3 
 
1. INTRODUÇÃO 
Que a água é importante para sobrevivência não é nenhum segredo, presente 
em tudo inclusive no corpo humano (de 70 – 75%) é um recurso vital, mas é sabido 
também do desmantelo com esse bem. Com base nisso, é natural perguntar-se “e se 
a água acabar? O que faremos ?”. São respostas difíceis de serem encontradas, logo 
outras perguntas menos extremas podem ser feitas como “quais saídas podemos 
utilizar para que isso não aconteça?”. 
Embora a água esteja presente nos mais variados recantos, os belos cenários 
formados por oceanos e rios só se conhecem na terra, pois apenas neste planeta foi, 
até o presente momento, comprovada a existência da água no estado líquido. (LENZI, 
2014) 
Segundo a Agência Nacional de Águas, na lei nº 9.433 de 8 de janeiro de 1997, 
que ficou conhecida como Lei das Águas, a Política Nacional de Recursos Hídricos 
(PNRH) estabeleceu instrumentos para a gestão dos recursos hídricos de domínio 
federal (aqueles que atravessam mais de um estado ou fazem fronteira) e criou o 
Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SINGREH). 
Considerada uma lei moderna que criou condições para identificar conflitos pelo 
uso das águas, por meio dos planos de recursos hídricos das bacias hidrográficas, e 
arbitrar conflitos no âmbito administrativo. O acompanhamento da evolução da gestão 
dos recursos hídricos em escala nacional é feito por meio da publicação do Relatório 
de Conjuntura dos Recursos Hídricos, que a cada quatro anos faz um balanço da 
implementação dos instrumentos de gestão, dos avanços institucionais do Sistema e 
da conjuntura dos recursos hídricos no País. 
Historicamente, o Brasil tem registrado uma relação importante entre o 
aproveitamento dos recursos minerais e o crescimento da economia nacional. 
Atualmente, a mineração é um dos setores básicos da economia do Brasil, 
representando cerca de 9% do PIB e gerando aproximadamente 500 mil empregos 
diretos. (IBRAM et al., 2006) 
Segundo o Sindicato das Indústrias Minerais do Estado do Pará (SIMINERAL), 
o setor da mineração tem sido um dos principais motores de crescimento da Região 
Norte especialmente no Pará, - em números, gera 266 mil empregos diretos e indiretos 
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na cadeia produtiva local e responde por 20% do PIB paraense - onde se encontram 
as duas maiores jazidas da região: a de Oriximiná, que lavra bauxita e a de Serra dos 
Carajás, que aparece como uma das maiores do planeta e produz o minério de ferro 
mais puro do mundo. O ferro continua sendo o principal produto exportado pela 
indústria de mineração do Pará, representando US$ 9,196 bilhões, seguido por cobre, 
com US$ 2,064 Bilhões. 
Uma das minerações de cobre mais conhecidas, ocorre em Canaã dos Carajás 
na mina do sossego, com o início da produção em 2004 que marcou a entrada da Vale 
no mercado mundial de cobre e ajudou a transformá-la em uma das maiores empresas 
de mineração diversificada do planeta. Sossego é a primeira mina de cobre da Vale e 
contribui de forma significativa para o desenvolvimento da cidade. 
Segundo o instituto brasileiro de mineração, o ministério do meio ambiente e a 
agência nacional das águas, a atividade da mineração provoca, como várias outras 
atividades econômicas, problemas ambientais, de modo geral, e aos recursos 
hídricos, em particular, principalmente no que se refere à poluição das águas e à 
degradação de áreas sob exploração mineral, não obstante os avanços, 
especialmente observados nos últimos dez anos, de iniciativas para a implementação 
de ações que visam à mitigação desses impactos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
 
 
 
2. OBJETIVO 
2.1 Objetivo Geral 
Desenvolver iniciativas que incentivem às boas práticas na gestão de recursos 
hídricos e que buscam a garantia da utilização consciente. 
 
2.2 Objetivo Específico 
Reutilização da água do sistema particulado da mineração de minério de Cobre 
da mina do Sossego em Canaã dos Carajás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
 
 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1 Materiais 
• Centrífuga de rosca transportadora de tambor maciço 
• Sistema de monitoramento 
 
3.2 Métodos 
 
3.2.1 Usina do sossego 
A usina do Sossego processa 41.000 toneladas de minério de cobre por dia e 
está projetada para uma produção superior a 470.000 toneladas de concentrado de 
cobre por ano (1.287,67 toneladas por dia). O fluxograma de processo é apresentado 
na figura 1. 
Figura 1- Fluxograma da usina do sossego 
 
 
3.2.2 Cominuição e Classificação 
É transportado então por caminhões de capacidade de 240 toneladas e 
alimentam a britagem, num tamanho máximo de aproximadamente 1,20 m - um 
britador giratório comabertura de 167 mm na posição aberta e atualmente opera com 
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taxa de 2.500 t/h -. O produto britado, com 80% passante em 6 polegadas , é 
transportado por uma correia de longa distância e alimenta uma pilha pulmão cônica 
de 41.000 toneladas de capacidade útil. 
O minério é retomado da pilha pulmão por três alimentadores em linha, com 
velocidade variável e alimentam a moagem semi-autógena (SAG). O SAG opera em 
circuito fechado com rebritagem dos pebbles, numa carga circulante média de 25%. 
A produtividade do SAG é da ordem de 1.841 tbs/h e a sua descarga é realizada por 
grelhas (3 1/2" com aproximadamente 10% de área aberta), que alimentam duas 
peneiras vibratórias com abertura de 13 mm. Este produto é bombeado para o circuito 
de classificação, que é constituído por duas baterias de ciclones de (33"), as quais 
operam em circuito fechado reverso com dois moinhos de bolas, com uma carga 
circulante na faixa de 300%. As baterias da ciclonagem são constituídas por 8 ciclones 
cada, o underflow da ciclonagem alimenta as moagem de bolas, com uma 
percentagem de sólidos de aproximadamente 70%. Os moinhos têm um F80 na faixa 
de 2.500 11m e operam com até 35% de enchimento, seu P80 está na faixa de 147 
pm. Por sua vez, o overflow da ciclonagem constitui a alimentação rougher, 
caracterizada, atualmente por um P80 de 0,147 mm e 35% de sólidos. 
A água de processo que é adicionada na etapa de moagem/classificação está 
presente nos seguintes pontos: Alimentação da moagem SAG, peneiramento, caixa 
de alimentação da ciclonagem e bacias de under e over da ciclonagem. De acordo 
com o pareto de consumo o moinho SAG é responsável por 40% do gasto de água da 
planta, a substituição de toda ou parte da água nova neste moinho seria ideal para 
redução do consumo. 
 
3.2.3 A flotação de cobre do sossego 
Após as etapas de cominuição e classificação o minério passa pela etapa de 
concentração por flotação direta, sendo o concentrado final o produto da etapa cleaner 
que é encaminhado para a etapa de desaguamento. 
Os overflows da ciclonagem e moagem de bolas alimentam o circuito de flotação, 
com capacidade para processar 1.841 t/h (base seca) de minério, num teor de cobre 
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médio da ordem de 1%, 65% retido em 0,210 mm e densidade de aproximadamente 
3,0 g/cm3 . A flotação é composta por três etapas: rougher, cleaner e scavenger-
cleaner. 
A etapa de flotação rougher consiste em duas linhas paralelas e independentes, 
constituídas por 7 células Outokumpu cada uma, com capacidade de 160 m3 e 
aeração forçada. O rejeito corresponde a 95% do rejeito final , sendo direcionado à 
barragem com vazão média de 1.740 t/h. Ressalta-se ainda que o pH médio da 
alimentação está em torno de 8,7. 
Os valores típicos dos produtos da etapa rougher em relação ao rejeito são: 0,05 
a 0,07% de cobre, enquanto na etapa cleaner de 4% de cobre e a etapa escavenger-
cleaner de 0,3 a 0,5% de cobre. 
O concentrado final é transportado para o espessador e posteriormente filtrado. 
 A água na etapa de concentração é utilizada principalmente para quebra de 
espuma e escoamento de concentrados. 
 
3.2.4 Desaguamento do concentrado 
O concentrado final obtido na etapa cleaner é direcionado ao espessador, que 
opera com alimentação em torno de 15,5% de sólidos. A floculação é realizada com 
auxílio de poliacrilamida aniônica na dosagem de 31 g/ton de concentrado. 
 O underflow do espessador, com percentagem de sólidos de 60-65 %, seguirá, 
através de bombas com velocidade variável, para o tanque de alimentação da 
filtragem, de 720 m3 , dotado de agitador, suficiente para mais de 5,5 h de operação. 
Posteriormente, o concentrado é transferido para filtragem. A filtragem consiste 
em dois filtros prensas (Metso) com capacidade de produção da ordem de 54 t/h. A. 
umidade do concentrado final está variando entre 9,0 - 9,5%. O overflow é água de 
processo e retorna a moagem de bolas 
 
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3.2.5 O Rejeito 
O rejeito final é composto pelo volume proveniente de duas linhas rougher e uma 
linha scavenger da cleaner, sendo depositado na barragem de rejeitos. 
O sedimento (fase sólida) se acumula na parede do tambor devido à maior 
densidade. A rosca transportadora giratória transporta o sólido continuamente às 
aberturas de saída. A(s) fase(s) líquida(s) flui(em) ao longo da rosca transportadora. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
É sabido que sistemas particulados são misturas sólidos-sólidos e/ou sólidos-
líquidos provenientes das plantas de extração e beneficiamento de mineração, cuja 
disposição final ocorre na forma de contenção (barragem). As características de tais 
sistemas podem ser: Massa especifica do rejeito (ρp), percentagem da composição 
(%) e a esfericidade (Ф). 
Utilizando-se das informações que a vazão da centrífuga de rosca 
transportadora de tambor maciço é 30 m³/h e assumindo um regime de operações de 
16 horas. Todos esses dados são apresentados na figura 2. 
 
Figura 2 - Processo de uma centrífuga de rosca transportadora de tambor maciço e seus dados. 
 
 
 
 
Sabendo que o rejeito rougher corresponde a 95% do rejeito final e é direcionado 
a barragem com uma vazão mássica de 1.740 t/h, aplicando a equação 1 obtemos a 
vazão de rejeito total. 
ṁ
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 
ṁ𝑟𝑒𝑗𝑒𝑖𝑡𝑜,𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑒𝑟
% 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑗𝑒𝑖𝑡𝑜
 𝑥 100 (1)
 
Logo produz 41.760 toneladas por dia, e o rejeito total é de 43.957, 89 toneladas 
por dia e 1.318.736,7 toneladas de rejeito por mês. 
Falando em vazão volumétrica e aplicando equação 2 
Vazão = 30m³/h 
Entrada do rejeito 
Saída do rejeito 
Água para reuso 
Roperação: 16 horas 
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ṁ = 𝜌. 𝑄 (2) 
Onde, 
Q, é a vazão volumétrica 
ρ, é a densidade do rejeito 
Para obtermos a sua densidade deve ser analisado que o minério de cobre é 
basicamente calcopíritico, ressalta-se ainda a pequena presença de bornita e 
calcocita, sendo que a ganga compreende silicatos e magnetita, além de óxidos e 
carbonatos em quantidade menores. A mineralização com maiores teores de cobre é 
encontrada preferencialmente na zona brechada, além de sua disseminação, 
principalmente, em granitos, gabros, biotita xisto, metavulcânica ácida, actinolititos e 
magnetitos. A composição química e mineralógica média do minério sulfetado 
processado na usina do Sossego são apresentados na tabela 1 junto com cada 
densidade obtida na literatura. 
Tabela 1 - Composição mineralógica(%) a partir de amostras de testemunhos de sondagem e densidades 
Minerais (Fórmula) 
Composição 
mineralógica (%) 
Densidade 
(Kg/m³) 
Quartzo (SiO2) 26 2650 
Feldspato 27 2540 - 2760 
Clorita ((Mg,Al,Fe)12[(Si,Al)8O20](OH)16) 14 2600 - 3000 
Biotita (K(Mg,Fe2+)3[AlSi3O10](OH,F)2) 10 2700 - 3300 
Magnetita (Fe2+Fe2O4) 9 5170 - 5200 
Calcopirita (CuFeS2) 3 4100 - 4600 
Bornita (Cu5FeS4) <1 5060 - 5400 
Calcocita (Cu2S) <1 5500 - 5800 
Hematita (α-Fe2O3) 1 5200 - 5260 
Anfibólio 2 2900 - 3600 
Carbonatos 6 2850 - 4000 
Epidoto (Ca2Al2(Fe3+,Al)O(SiO4)(Si2O7)(OH)) 2 3350 - 3500 
 
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Para descobrir a densidade do rejeito seria necessário um experimento laboratorial 
que consistiria em: 
Foram preparadas então soluções de rejeito. Esses volumes são individualmente 
transferidos para um balão de 50mL, para preparar uma solução por vez, em seguida 
o balão é completado com água até a altura do menisco. Com soluções em duplicata. 
O picnômetro foi pesado seco, e em seguida preenchido com a solução, é colocado o 
termômetro, até transbordar. Após isso, seca-se o picnômetro por fora e pesa-se ele 
cheio. 
Para determinar a densidade do rejeito, primeiro calculamos a massa (equação 3) 
da seguinte forma: 
mrejeito = m1 − m2 (3) 
Onde: 
• m1, é a massa do picnômetro cheio; 
• m2, é a massa do picnômetro vazio. 
 
Para calcular a densidade utilizamos a equação 4: 
 
D =
mrejeito
V
 (4) 
 
Sendoo “V” o volume do picnômetro, e D a densidade do rejeito. 
Como não foi possível fazer a análise laboratorial, assumiremos que a densidade 
do rejeito será igual a 7,4 g/cm³ ou 7400 Kg/m³, aplicando os valores na equação 5 e 
transformando toneladas pala quilogramas na vazão mássica, obtemos que: 
 
𝑄 =
1740000
𝑘𝑔
ℎ
7400
𝑘𝑔
𝑚3
 (5) 
Logo a vazão volumétrica será de 235,13 m³ de rejeito por hora, ou 5643,24 m³ 
por dia. 
Sabendo que a vazão da centrífuga de rosca transportadora de tambor maciço 
é 30 m³/h com um regime de operação de 16 horas por dia, aplicamos sobre a 
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equação 6 para obter tempo necessário para separar o sólido e a água do sistema 
particulado. 
𝑉𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎𝑑𝑜 = 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑟𝑒𝑗𝑒𝑖𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎 𝑥 1ℎ
30𝑚³
 (6) 
 
Logo levaria 188,10 horas para terminar de centrifugar o volume de rejeito 
produzido por dia, e como o regime de operação é de 16 horas, aplicando a equação 
7 obtemos a quantidade de dias necessário para centrifugar o rejeito. 
𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎çã𝑜 = 
𝑉𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎𝑑𝑜
𝑅𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜
 (7) 
 
Logo, levaria 11,75 dias para concluir a centrifugação. 
Fazendo um parecer técnico observamos que: 
• Para o tratamento de 5643,24 m³ do efluente do cobre, com um regime 
de duração de 16 horas, e vazão de 30m³/h da centrifuga de rosca 
transportadora de tambor maciço, seria necessárias 188,10 horas. 
 
• Sendo a massa específica do rejeito de 7,4 g/cm³ ou 7400 Kg/m³ pode se 
afirmar que em 1m³, ou seja a cada 1000L, teremos 7400 Kg de 
particulado, logo em 1 L há 7,4 Kg de particulado em 2,6 L de água. 
 
• Logo em 5643,24 m³ do efluente do cobre de rejeito termos: 41.759.976 
Kg de particulado e 14672,424 m³ de água. 
Logo observamos, que aplicando essa técnica seria possível obtermos 
14.672.424 L de água para reuso. 
 
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5. CÁLCULO DE CUSTOS DA PESQUISA 
O projeto foi desenvolvido visando a sua aplicação na mina do sossego, em 
Canaã dos Carajás, pertencente a empresa Vale que finalizou o último ano com lucro 
líquido de US$ 6,86 bilhões, porém enfrentou várias baixas por conta dos 
rompimentos das barragens de Mariana e Brumadinho logo o projeto apresentado 
séria muito lucrativo a custo benefício, tanto para a empresa quanto para a sociedade 
e meio ambiente. 
Vale lembrar ainda que algumas pesquisar apontam o perigo que a barragem da 
mina do sossego apresenta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
REAPROVEITAMENTO de rejeito da flotação para redução do consumo de água 
na usina de Cobre do Sossego. Revista minérios & minerales, [S. l.], 23 maio 2018. 
Disponível em: https://revistaminerios.com.br/reaproveitamento-de-rejeito/. Acesso 
em: 29 jun. 2019. 
MELO RESENDE, Fábio. Sistemas de Gestão de Resíduos de 
Mineração. Minicurso. III Semana acadêmica de engenharia química, 2019, Marabá. 
M.A. , Nankran et al. CONTROLE OPERACIONAL DA USINA DO 
SOSSEGO. XXII ENTMME I VII MSHMT, Ouro Preto-MG, p. 1-8, 30 nov. 2007. 
LUCRO da Vale cresce 24,6% em 2018, para R$ 25,6 bilhões. UOL, São Paulo, 
27 mar. 2019. Disponível em: 
https://economia.uol.com.br/noticias/redacao/2019/03/27/vale-tem-lucro-em-
2018.htm. Acesso em: 30 jun. 2019.