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Uso e reuso da água no processamento mineral: uma revisão do cenário mundial. Bruna Ketlyn Silva Cota Emily Mayer Andrade Becheleni 1. RESUMO O uso da água na mineração tem o potencial de afetar a qualidade das águas superficiais e subterrâneas. As operações de mineração usam água para o processamento mineral e recuperação do metal, controle de poeira e satisfazer as necessidades dos trabalhadores no local. A demanda de água de uma mina pode variar em função do seu tamanho, do mineral a ser extraído e do processo de extração a ser utilizado. Com a atual crise hídrica, a taxa de reutilização e reciclagem de água no processamento mineral tem aumentado com a ajuda de práticas de conservação de águas inovadoras, por exemplo: equipamentos que aumentam a velocidade de sedimentação das partículas contidas no efluente, aproveitamento das águas de chuvas, aplicação de tecnologia que removem a salinidade da água de processo e viabilizam o reuso industrial da água, osmose reversa, eletrodiálise reversa, cristalização. 2. ABSTRACT The usage of water on mining has the potential to affect the quality of this resource on superficial and underground levels. The mining operations use the water in many ways, as in mineral processing, in metal recovery, in dust controlling and in human consumption. This resource demand on mining can variate due to its size, the mineral extraction and the extracting process to be used. With the ongoing water crises, the recycling and reutilization percentage has been raised, thanks to the utilization of new water conservation methods, for example: equipment that raise the velocity of particles sedimentation contained on effluent, pluvial water utilization, usage of technology that can remove the water salinity from the processing, enabling his industrial usage, reverse osmosis, reverse electrodialysis, and crystallization. 3. INTRODUÇÃO O Brasil é um país que possui um volume de recursos hídricos abundante, cerca de 13,7% da água mundial. Porém, a sua má distribuição (quase 70% da reserva do Brasil está localizada na região Norte, onde vivem menos de 10% da população) faz com que regiões como o Nordeste que abriga cerca de 53.081.950 habitantes sofra durante os longos períodos de estiagem (FRANCISO, 2015; MMA, 2014). Cerca de 21% dessa água é destinada ao setor industrial em que a mineração está incorporada (IBRAM, 2015). Segundo estimativa elaborada pelo IGAM (Instituto Brasileiro das Águas), a vazão total de água captada para mineração é de 29.170 litros/segundo, o equivalente a 2.520.288.000 litros/dia (O Tempo, 2015). Considerando o consumo de água utilizada pela mineração por dia, esta mesma quantidade abastece mais de 13 milhões de brasileiros. Porém, os bens minerais são de extrema importância para a sociedade, estão presentes em diversas formas, como nas construções civis, nos fertilizantes, na estrutura e nas cores de todos os utensílios e equipamentos do dia-a-dia. O hábito de valorizar os bens finais que proporciona conforto e atende as necessidades, faz com que não se note a importância destes. Até mesmo o registro da história do homem se baseia nos recursos minerais, como a Idade da Pedra, do Bronze, do Ferro, da Prata, do Aço, dos Minerais Energéticos (carvão, petróleo e minerais radioativos) e o mais recente, dos Minerais do Futuro (superligas, polímeros, cerâmicas, entre outros) (Dumar, 2013). Portanto, quanto maior o crescimento econômico e populacional, maior o consumo de bens minerais, o que implica diretamente no aumento do consumo de recursos hídricos pela mineração. A mineração é conhecida internacionalmente como a atividade que mais contribui para o desenvolvimento econômico, nos últimos anos, o setor de mineração, tem influenciado positivamente o saldo da balança comercial brasileira, elevando-a, devido aos altos valores obtidos com a exportação de commodities minerais (Figura 1) (Dumar, 2013). Figura 1. Comparativo de saldos do Setor Mineral X Saldo Brasil, valores em milhões de dólares US$ FOB (Fonte: Ibram, 2015). 4. CRISE HÍDRICA O Brasil possui grande disponibilidade de recursos hídricos com 53% do manancial de água doce disponível na América do Sul e possui o maior rio do mundo (rio Amazonas). Porém, o país sofre com a escassez de água potável em alguns locais. A má distribuição da água faz com que 72% desta esteja presente na região amazônica, restando 27% para a região Centro-Sul e 1% apenas para a região Nordeste. A maior parte da população, não reside nos locais onde a água se encontra em maior disponibilidade. A ausência de saneamento básico e água potável em 55% das residências da população brasileira é outro fator agravante (Francisco, 2015). Desde 2014 o Brasil passou a viver a maior crise hídrica de sua história. A cidade de São Paulo, área mais povoada do país, é também a mais atingida pela crise hídrica. O principal reservatório da cidade (Sistema Cantareira), vem apresentando sucessivos recordes de baixas em seu volume em épocas do ano que costumava estar cheio (Pena, 2015). De acordo com Wstane & Lemos (2015), o contexto atual não se trata somente de um contexto de crise pela escassez hídrica, mas principalmente de uma crise de disputa e conflito por gestão territorial e de recursos hídricos. O desperdício de água é um problema socioambiental que, é geralmente associado principalmente pela imprensa por hábitos domésticos como torneira mal fechada, demora no chuveiro, entre outros. Mas há o desperdício durante o abastecimento de água, causado por falhas técnicas nas tubulações e sistemas públicos de distribuição. Segundo um relatório do Ministério das Cidades, no Brasil, cerca de 41% de toda a água tratada no país é desperdiçada, sendo impossível contabilizar exatamente o número de litros e cerca de R$ 4 bilhões de prejuízo (Pena, 2015). Segundo a Organização das Nações Unidas para a Alimentação e Agricultura (FAO) a atividade socioeconômica que mais consome água é a agropecuária, 70% de toda a água consumida no mundo é utilizada para a irrigação de lavouras e no Brasil esse número cresce para 72% devido ao país ter expressiva produção nesse setor da economia. A atividade industrial é responsável por 22% do consumo de água no mundo, e o uso doméstico cerca de 8% (Pena, 2015). Na agricultura acontece outro tipo de desperdício, sistemas inadequados de irrigação ou aproveitamento fazem com que grande parte da água seja desperdiçada, tanto pelo uso incorreto quanto pelas altas taxas de evaporação. A contaminação dos solos, do lençol freático e de alguns rios devido ao uso de agrotóxicos também agrava a situação. Sendo assim, é preciso adotar medidas alternativas, por exemplo, o gotejamento, nesse processo é utilizado um sistema em que apenas algumas gotas são usadas para umedecer os solos e garantir ao vegetal cultivado o suficiente para sua sustentação ou microaspersão onde é concentrado o intervalo de irrigação apenas onde se deseja que o cultivo se desenvolva, não desperdiçando água em corredores e zonas não produtivas (Pena, 2015). A agricultura é o setor da economia que mais necessita de medidas de redução e reciclagem de água, pois cerca de 60% de toda a água utilizada na irrigação é perdida por desperdício. Em termos de média estatística, uma redução de 10% dessa perda é suficiente para abastecer o dobro da população mundial atual (Pena, 2014). Em alguns tipos de produção na indústria, a água é empregada no resfriamento dos equipamentos, no qual a água de reuso (água residuária que está dentro dos padrões estabelecidos para sua reutilização) poderia serbem empregada (Santos, 2015). Processos como osmose reversa, eletrodiálise e cristalização os quais são empregados em efluentes salobres, são utilizados para tornar a água adequada para o reuso na indústria (Sampaio et al., 2010; Randaw et al., 2011). 5. ÁGUA NA MINERAÇÃO Segundo Pinto (2011), a água está presente na maioria das etapas da engenharia mineral, desde a lavra, diversas operações no tratamento de minérios, utilizações fundamentais na metalurgia extrativa, transporte do produto final, terminando após seu reuso do efluente final. Portanto, para a mineração, a água é um recurso natural estratégico, escasso e dotado de valor econômico. A Tabela 1 apresenta valores obtidos para a definição de coeficientes técnicos para o uso da água na indústria mineral brasileira (IBRAM & CNI, 2012). Tabela 1. Consumo de água (m³) em algumas tipologias minerais (2010) Tipologia Mineral Vazão Consumida/Unidade Produzida (m³/ton) Cobre 2,03 Ferro 0,18 a 1,0 Fosfato 6,6 a 13,8 Potássio 0,11 Manganês 0,03 a 0,17 Ouro 0,14 a 2,28 Titânio 1,58 Fonte: Ibram & CNI, 2012. A água está presente no processo de moagem, onde é utilizada para cominuir o minério, sendo contaminada por minerais e/ou metais dissolvidos. Para extração química dos metais, processos que geralmente envolvem adição de compostos químicos, por exemplo a lixiviação, a qual produz uma solução residual lixiviada contendo minerais dissolvidos (Mining Facts, 2015). Os processos de desmonte das rochas por explosivos, óleos e graxas de equipamentos e maquinários diversos ou até mesmo partículas finas a ultrafinas provenientes do manuseio do minério desmontado podem contaminar a água subterrânea. A contaminação da água natural durante os processos de tratamento de minérios faz com que seu uso se torne ineficiente, tendo então, a necessidade de um tratamento da água para viabilizar a recuperação das suas propriedades, objetivando readequá-la ao uso, diminuindo ou eliminando a necessidade de captação de água nova (Pinto, 2011). Nas unidades de beneficiamento de minérios, pode-se reutilizar água de processo, (água utilizada em operações tais como espessamento, filtragem, centrifugação, peneiramento a úmido, flotação, bacias de rejeito), nas usinas de concentração, o que contribui para diminuir o consumo de água nova no processo. A Figura 2 apresenta o fluxograma descritivo do sistema de recirculação da água na mineração do ferro com o aproveitamento de 80% da água coletada do reservatório (Pinto, 2011). Figura 2. Desenho esquemático do sistema de recirculação de água na mineração do ferro (Fonte: ANA & IBRAM, 2006). A Figura 3 mostra a utilização de água na aspersão de pistas e praças para controle de emissão de poeira, transporte de materiais e lavagem de equipamentos. Figura 3. Uso da água para controle de emissão de poeira (Fonte: ANA & IBRAM, 2006). 6. EFEITOS DO MAU-USO DA ÁGUA Nas serras, as minerações diminuem à vazão das nascentes e desmatam extensas áreas de cobertura natural em áreas de recarga hídrica, além disso, para o escoamento do minério de ferro por meio de minerodutos, utiliza-se bilhões de litros de água (Wstane & Lemos, 2015). Segundo o Senador João Capiberibe (2014) em uma hora de funcionamento, minerodutos utilizam a quantidade suficiente para abastecer uma cidade com 500 mil habitantes durante o mesmo período de tempo. Áreas de mananciais importantes que abastecem a Região Metropolitana de Belo Horizonte estão ameaçadas devido a forma como algumas atividades econômicas estão sendo desempenhadas. O setor de mineração é muito forte, e, se articula com instâncias políticas além de negar sua relação conflituosa existente na gestão das águas dessa região (Wstane & Lemos, 2015). Segundo Barreda (2012), os rejeitos de flotação desde os anos 60 no Brasil, têm sido colocados em barragens de rejeito, gerando expressivo risco a ocasionar impactos ambientais graves. A possibilidade do rompimento destas barragens é preocupante, pois pode gerar a contaminação de centenas de metros cúbicos de rejeito contendo metais pesados (como por exemplo, minérios carbonatados, os fosfatados, os sulfetados e os cloretos, entre outros, que favorecem alterações significativas na concentração iônica da água devido às suas dissoluções), causando problemas ambientais e à saúde da população, perda de vidas humanas, contaminação no solo e cursos d’água (ANA & IBRAM, 2006). A Figura 4 apresenta um decréscimo na ocorrência de incidentes em barragens de rejeitos no mundo desde 1988. Porém no Brasil a situação foi inversa, a partir de 1988 houve um aumento considerável no número de incidentes. O caso mais recente foi o da Samarco Mineração, cujo rompimento de duas barragens levou a contaminação de vários rios, destruição de municípios e foram registradas mortes e pessoas desaparecidas. Com a queda das barragens, mais de 62.000.000 m³ de rejeitos e água foram despejados sobre os distritos de Mariana (G1, 2015). Figura Figura 4. Incidentes com barragens de rejeitos no Brasil e no Mundo (Fonte: Alves, 2009). 7. REUSO DE ÁGUA NA MINERAÇÃO Um dos objetivos atuais mais importantes na mineração é o investimento na pesquisa de técnicas de tratamento de efluentes para a redução do volume de disposição de rejeito líquido, reutilização da água de processo e redução do consumo de água nova visando a preservação ambiental e desenvolvimento sustentável. Sem o devido tratamento, o lançamento destes efluentes ao corpo receptor, pode causar danos expressivos, podendo também, dependendo de suas características, causar danos à saúde humana (Delta, 2013). A Resolução CONAMA nº 430/2011 trata sobre as condições, diretrizes, parâmetros e padrões para a gestão do lançamento de efluentes em corpos d’água receptores, determinando que, efluentes de qualquer fonte poluidora poderão ser lançados diretamente nos corpos receptores somente após o devido tratamento e seguindo as orientações legais. Na mineração, entende-se como água de reciclagem aquela retornada ao processo após tratamento ou não e, cujas características físicas e químicas são adequadas ao processo. Parâmetros físico-químicos como pH, potencial de oxidação (Eh), dureza da água, são parâmetros de controle mais simples e primários, porém, não se trata de um controle único. Alguns fatores são considerados para a reciclagem de água como: disponibilidade de água nova limitada devido à localização da usina ou por restrições ambientas, elevado custo do tratamento da água para devolvê-la ao meio ambiente, custos operacionais reduzidos com a recuperação de reagentes residuais, provável redução de custo no bombeamento da água nova de distâncias longas, processo mais utilizado na mineração brasileira (sólidos residuais da água removidos), cumprimento das exigências legais do meio ambiente (ANA & IBRAM, 2006). A água de reciclagem na unidade industrial geralmente provém da barragem de rejeitos, cujas condições ambientais e químicas não foram estudadas em escala piloto. Essas circunstâncias causam imprevistos nas operações industriais, que exigem conhecimentos apropriados sobre os constituintes mineralógicos dissolvidos na água e a forma como eles interferem no processo. Por isso, é recomendável a utilização de métodos de monitoramento da água de reciclagem e também da água nova. A situação ideal entre a quantidade de água nova no processo e a reciclagem é aquela em que ocorre o descarte zero, ou seja, a otimização do processo de reciclagem permite a reutilização de toda a água já usada (IBRAM, 2012). A Empresa PirâmideExtração e Comércio de Areia, localizada na região do Ribeira, implantou um projeto na unidade “Porto Seguro”, em Arapongal, município de Restrito, no estado de São Paulo. O objetivo foi reutilizar a água do beneficiamento, em condições apropriadas para retornar ao circuito, livre de materiais orgânicos, argilas particulares entre outros contaminantes que alteram a qualidade da areia produzida. Para a viabilização do projeto foram implantadas antes do decantador final, valas de decantação de 300m. Após este percurso, 100% dos contaminantes já sedimentaram e a água já está em condições de retornar ao beneficiamento. Instalou- se um conjunto de bombas anexado à estrutura de alvenaria do decantador que possibilita o bombeamento de aproximadamente 320 m³/h de água, 40% da quantidade utilizada no beneficiamento (SANTOS, 2013). Antes das melhorias, a captação de água do rio era de 557 m³/h, eram utilizadas 5 bombas, após a implementação do projeto, a da captação de água foi de 297,35 m³/h, em 2 bombas, ou seja, 55% do volume anteriormente utilizado. Com a implantação deste programa, a empresa recebeu o prêmio Fiesp/Ciesp de Conservação e Reuso de Água (SANTOS, 2013). Uma das maiores mineradoras de ouro do mundo, a Newmont Mining Corporation, em Nevada, Estados Unidos da América, enfrenta um desafio referente ao excesso de poeira. Problemas respiratórios, de visibilidade reduzida e preocupações ambientais de escoamento são gerados devido aos graves níveis de poeiras nas estradas da mina que são altamente trafegadas. A poeira estava sendo controlada por uma solução de cloreto de magnésio, e eram gastos 100 milhões de galões, ou seja, 380.000m³ de água em caminhões-pipa para o processo (GE Water, 2010). A GE em parceira com a Newmont, desenvolveu uma estratégia a longo prazo de suspensão de pó centralizado por agente químico orgânico (DC 9112). A utilização desse agente promoveu o endurecimento da superfície das estradas, deixando-a sem poeira durante longo período. Assim, foi possível, reduzir a frequência das ações de redução de poeira das estradas e, consequentemente, reduzir o consumo de água (90% de redução), o volume de combustível utilizado, em 48.000 galões (182.000 L) e o custo operacional anual (economia de U$ 378.000) (GE Water, 2010). Uma mina de carvão em Tutuka, África do Sul, instalou uma unidade industrial em que se utiliza o processo de osmose reversa para o reuso total, não havendo descarte da mina e da torre de resfriamento. Antes da instalação do processo, a mina continha uma etapa de pré-tratamento que utiliza areia para diminuir os contaminantes orgânicos (Sampaio et al., 2010). Para a extração de areia e cascalho geralmente é necessário lavar o material. Nesse processo é gerado uma grande quantidade de água poluída, o valor exato irá depender do tamanho da mina e de sua produção, a empresa Luciano Carraro Tavares, localizada no município de Esmeraldas, possui a concessão de outorga de 105,0 m³/h e a produz anualmente 35.000 m³ de areia e argila (GOVERNO DO ESTADO DE MINAS GERAIS, 2012). Os efluentes gerados são lançados em tanques onde partículas finas são depositadas, o que exige uma grande área, variados efluentes e longo tempo. Uma tecnologia chamada decanter, que otimiza o tratamento dessa água de lavagem, de cascalho e areia, dispensando o uso de tanques de deposição e processando diariamente 2.200 toneladas de Iodo por ano, garantindo redução no consumo de água, nos custos operacionais anuais e em espaço (Flottweg, 2015). A água consumida em 17 unidades operacionais da Vale para transporte de minério e lavagem de peças e equipamentos corresponde a um total de 137 milhões de m³/ano, equivalente ao consumo médio anual de uma cidade de 1.500.000 habitantes (Cordeiro, 2006). Desde a implantação da Política Nacional de Recursos Hídricos (2002) da Vale verifica-se que suas unidades operacionais recirculam 80% de toda a água consumida (Figura 5). Gráfico 3. Diagnóstico da utilização de água em cada uma das unidades operacionais da CVRD (Fonte: Cordeiro, 2006). A Samarco Mineração é uma empresa de lavra, beneficiamento, transporte e pelotização de minério de ferro. Através de um mineroduto de 396 km de extensão, a produção da unidade de Germano é transportada à unidade de Ubu, em que estão localizadas as plantas de pelotização e o porto. A água utilizada no processo produtivo da Samarco, na unidade de Germano, é captada em duas fontes: o rio Piracicaba (água nova), afluente do rio Doce, e a barragem de Santarém, localizada a 11km da planta de beneficiamento (Reis et al, 2006). O sistema de recirculação de água nesses processos recebeu investimentos como uma terceira tubulação no sistema (investimento de US$ 350.000) e mais duas bombas para recirculação (investimento de US$ 60.000). A Figura 6 ilustra o aumento da quantidade de água recirculada em 11,8% de 1999 a 2004 (Figura 6) (Reis et al., 2006). Figura 6. Evolução do percentual de recirculação de água no processo. (Fonte: Reis et al., 2006). A diminuição do consumo específico de água captada do Rio Piracicaba e da barragem de Santarém, atinge 31,4% do total de água consumida em 1999, quando foi implementada a meta de redução de recursos hídricos. Em 2004, a empresa eliminou aproximadamente 12.000.000 m³ de captação de água. Aumentando a densidade da polpa bombeada pelo mineroduto, em 2,36%, em 2004, houve uma diminuição de bombeamento anual de água para Ponta Ubu de aproximadamente 320.000 m³, em relação a 1999 (Reis et al., 2006). A empresa Anglo Gold Ashanti produtora de ouro de mina subterrânea, preocupada com a crise hídrica e os elevados custos de energia elétrica e água, a partir de 2014 começou a pensar em soluções para o reuso da água utilizada nas minas. Os desafios operacionais foram os investimentos crescentes relacionados à implementação de estações de bombeamento, custos associados ao manejo de lama (captação, transporte e descarte), aumento da complexidade no sistema de abastecimento de água e de desaguamento, bombeamento de água turva em cascata. A solução foi a instalação de uma Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) em Subsolo. Entre os principais desafios do projeto estão as dificuldades de construção da ETE à 800 metros de profundidade, o espaço físico requerido, a variação do pH e presença de hidrocarbonetos no efluente. No início de 2015, a Vallourec Mineração iniciou um projeto que reduz o volume de rejeitos lançados na barragem de rejeitos. Na primeira etapa foram instaladas seis peneiras desaguadoras próximas à barragem, para receber, recuperar e empilhar 60% dos rejeitos grossos gerados no beneficiamento. Na segunda etapa, a parte mais fina é recuperada em dois filtros prensas e, em seguida, também é empilhada. Após os processos de desaguamento e filtragem, os rejeitos são conduzidos para a barragem, onde passam pela etapa de clarificação (remoção dos sólidos da água). Foi possível recuperar um volume considerável de água para reutilização nos processos produtivos, reduzindo a necessidade de consumo de água novo e o restante é devolvido à natureza seguindo os parâmetros legais de lançamento de efluentes (Brandão, 2015). Uma empresa da África do Sul recupera água através da tecnologia de Osmose Reversa que tem como objetivo alcançar o sistema de Drenagem Ácida da Mina. Os resíduos sólidos produzidos de gipsita e um líquido são eliminados em lagoas de evaporação. Na eliminação do gesso na gipsita e um líquido são eliminados em lagoas de evaporação. Na eliminação do gesso são gerados altos custos, para compensá- los, os resíduos são tratados em dois processos:GypSLiM (Gipsita em enxofre, calcário e Magnesita) e GypBump (Gipsita convertida em produto para construção e mineração, incluindo o carbonato de cálcio, de magnésio e enxofre). Ao utilizar o método CEF (Eutectic Freeza Crystallization) de tratamento de soluções aquosas, como salmouras mostrou que o resíduo líquido obtido a partir da água recuperada da empresa, pôde ser reduzido em 97%, recuperando 9,9% da água global e produção de 25.000 m³/d (Randall et al., 2011). 8. CONCLUSÃO O alto consumo de água que o setor minerador apresenta, é apontado como um dos maiores causadores da crise hídrica, porém a mineração está diretamente relacionada com o bem-estar na sociedade, afinal, sem acesso a água em volumes proporcionais a produção, é impossível haver mineração em escala industrial. Cada vez mais as empresas usam técnicas que viabilizam a otimização do processo e métodos de tratamento, tais como, a instalação em circuitos fechados, em que o desperdício é mínimo, fontes de água para captação de chuva, disposição de rejeitos na forma de sólidos utilizando espessadores, beneficiamento à seco, onde há o aproveitamento da umidade natural do ambiente. 9. AGRADECIMENTOS Agradeço ao suporte financeiro oferecido pelo CNPQ, SOEBRAS e pela Escola de Engenharia da Faculdade Kennedy. 10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Agência Nacional de Águas – ANA; Instituto Brasileiro de Mineração – IBRAM. (2006). A gestão dos recursos hídricos e a mineração. Brasília: ANA, 334 p. Água: Um recurso cada vez mais ameaçado. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/estruturas/sedr_proecotur/_publicacao/140_publicacao0906 2009025910.pdf>. Acesso em 15 de julho de 2015. Água usada na mineração faz até o PT criticar governo Pimentel em MG. O Tempo. Minas Gerais. 23 mar 2015. ALVES, A.R.C. (2009). 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