Analysis of the mechanical behavior of alkali-activated iron ore tailings with blast furnace slag

Diante do grande consumo dos recursos naturais e geração de resíduos, principalmente pelo setor construtivo, torna-se imprescindível a busca por soluções inovadoras e sustentáveis. Ligado a isto, no decorrer dos anos diversos setores tem evoluído tecnologicamente, como o da mineração, que vêm adotando melhores métodos para os processos de beneficiamento. No entanto muitas jazidas existentes no Brasil têm apresentado teores mais baixos de minerais puros, se comparado com anos anteriores, gerando assim maiores quantidades de rejeitos de mineração no beneficiamento. Neste contexto surge a necessidade do desenvolvimento de novas alternativas de disposição e aplicações para os elevados volumes de rejeitos gerados. Desse modo a presente pesquisa propõe o estudo de rejeitos de minério de ferro, oriundo de Minas Gerais, submetido a estabilização através da álcali-ativação com escória de alto forno, silicato de sódio e hidróxido de sódio. Com intuito de avaliar o comportamento mecânico deste rejeito com adição de teores de 5%, 7,5% e 10% do ligante álcali-ativado. Sendo este ligante otimizado através da metodologia de superfície de resposta e análise da variância. Realizando ensaios de caracterização física, química-mineralógica, de resistência à compressão simples, e triaxiais drenados. Assim como, executando uma comparação com o rejeito estabilizado com CAA, e com cimento Portland de alta resistência CPV-ARI, o qual, tende a assegurar um controle da eficiência da ativação alcalina neste rejeito. Na otimização do ligante obteve-se as razões molares ótimas de SiO2/Al2O3 com 4,616 e Na2O/SiO2 com 0,307. Para as análises do comportamento mecânico através de resistência à compressão simples, atingiram-se valores entre 0,98MPa a 8,45MPa para o CAA, e valores entre 1,1MPa e 5,01MPa para CPV-ARI, considerando 7 e 28 dias de cura. Evidenciando a grande competitividade e eficiência da álcali ativação diante de um aglomerante convencional. Verificou-se também a adequabilidade do índice η/Biv para previsão da RCS nas misturas de CAA e CPV-ARI. Por fim, o comportamento tensão-deformação analisado para mistura com CAA, através de ensaios triaxiais drenados, demonstrou um comportamento característico de solos estruturados e uma natureza coesiva friccional, com valores de φpico de 48,10°, c’ de 248,65 kPa, e φúltimo de 44,86°.Faced with the great consumption of natural resources and waste generation, mainly by the construction sector, it is essential to search for innovative and sustainable solutions. Linked to this, over the years several sectors have evolved technologically, such as mining, which have been adopting better methods for the beneficiation processes. However, many existing deposits in Brazil have presented lower levels of pure minerals, compared to previous years, thus generating greater amounts of mining tailings in the processing. In this context, the need arises to develop new disposal alternatives and applications for the high volumes of waste generated. Thus, the present research proposes the study of iron ore tailings, from Minas Gerais, subjected to stabilization through alkali-activation with blast furnace slag, sodium silicate and sodium hydroxide. In order to evaluate the mechanical behavior of this tailings with the addition of levels of 5%, 7.5% and 10% of the alkali-activated binder. This ligand was optimized through the response surface methodology and analysis of variance. Carrying out physical, chemicalmineralogical, simple compressive strength and drained triaxial tests. As well, performing a comparison with the tailings stabilized with CAA, and with high strength Portland cement CPVARI, which tends to ensure a control of the efficiency of alkaline activation in these tailings. In the optimization of the ligand, the optimal molar ratios of SiO2/Al2O3 with 4.616 and Na2O/SiO2 with 0.307 were obtained. For the analysis of mechanical behavior through simple compressive strength, values between 0.98MPa and 8.45MPa were reached for CAA, and values between 1.1MPa and 5.01MPa for CPV-ARI, considering 7 and 28 days of cure. Evidencing the great competitiveness and efficiency of alkali activation against a conventional binder. It was also verified the suitability of the η/Biv index to predict the RCS in the mixtures of CAA and CPVARI. Finally, the stress-strain behavior analyzed for mixture with CAA, through drained triaxial tests, showed a characteristic behavior of structured soils and a frictional cohesive nature, with φpeak values of 48.10°, c' of 248.65 kPa, and φultimate of 44.86°