Desenvolvimento de argamassas cimentícias a partir da valorização de minerais contidos em rejeitos de carvão catarinense

Abstract

Reservas de carvão estão distribuídas em todos os continentes, em aproximadamente 70 países. De acordo com sua formação geológica, apresentam diferenças de qualidade e quantidade de rejeitos gerados associados à sua extração e beneficiamento. No Brasil, do total de minério bruto de carvão extraído (ROM, do inglês run-of-mine), cerca de 50% é descartado como rejeito (material em fim de vida destinado a aterros ou backfill). Este rejeito bruto é composto por três frações residuais (materiais passíveis de serem valorizados): pirítica, argilosa e carbonosa. Sabe-se que a quantidade de rejeito armazenado apenas na região carbonífera de Santa Catarina, desde o início do século XX, chega a mais de 300 milhões de toneladas. Todos os meses, aproximadamente 300 mil toneladas de rejeitos são adicionados aos aterros na região sul catarinense. Procurando utilizar o material descartado, esta pesquisa teve como objetivo estudar a valorização de minerais contidos em rejeitos de carvão em uma argamassa cimentícia, de forma a contribuir com a construção de uma economia circular incluindo a indústria da mineração de carvão da região. Amostras de rejeitos foram coletadas de forma inovadora por segregação em cada um dos processos de beneficiamento das seis mineradoras fornecedoras de carvão energético da região. A caracterização físico-química mostrou diferenças e semelhanças entre as amostras permitindo seu agrupamento. Frações argilosas formam maioria em quase todas as amostras, com destaque para o grupo das caulinitas e ilitas. O mineral pirita também está presente em maior ou menor intensidade em todas as amostras. É proposto um beneficiamento para concentrar a pirita e liberar a fração argilosa para uso em formulações com cimento Portland. Nesta, utilizou-se carbonato de bário como agente inibidor de sulfatos solúveis presentes na fração residual argilosa do rejeito. As características da fração argilosa valorizada têm significativa influência na trabalhabilidade e na densidade das argamassas desenvolvidas. Obteve-se resistências adequadas para uso em elementos argamassados sem função estrutural ou com resistência à compressão de até 12 MPa.

Abstract: Coal reserves are distributed on all continents in approximately 70 countries. Their geological formation shows differences in the quality and quantity of tailings associated with their extraction and processing. In Brazil, of the total extracted run of mine (ROM), about 50% is discarded as tailings (end-of-life material destined for landfills or backfill). These coarse tailings comprise three residual fractions (materials that can be recovered): pyritic, clayey, and carbonaceous. It is known that the number of tailings stored in the coal mining region of Santa Catarina alone, since the beginning of the 20th century, reached more than 300 million tons. Every month, approximately 300 thousand tons of tailings are added to landfills in the southern region of Santa Catarina. This research aimed to study the valorization of minerals contained in coal tailings in a cement mortar to contribute to constructing a circular economy, including the coal mining industry in the region. Residual samples were collected innovatively by segregation in each beneficiation process of the six mining companies that supply energy coal in the region. The physical-chemical characterization showed differences and similarities between the samples allowing for their grouping. Clay fractions form the majority in almost all samples, emphasizing the group of kaolinites and illites. The mineral pyrite is also present in all samples to a greater or lesser extent. Beneficiation is proposed to concentrate the pyrite and release the clay fraction for use in Portland cement formulations. In this one, barium carbonate was used as an inhibitor of soluble sulfates present in the residual clayey fraction of the tailings. The characteristics of the valued clay fraction significantly influence the workability and density of the mortars developed. Suitable compressive strength for use in mortar elements with no structural function up to 12 MPa was achieved.