Papel branco de bombeamento de lama vermelha

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Lago Monte Rosser

Projeto de Remediação – Ensaios da Bomba de Lama – Descobertas

 

 


FOLHA DE CONTROLE DE DOCUMENTOS

Cliente Rio Tinto Alcan
Título do Projeto Remediação de Ativos Excluídos da Rio Tinto Alcan
Título do documento Teste da Bomba de Lama – Resultados
Documento Nº. MDE0182RP0038WPR
Este documento compreende DCS TOC Texto Lista de Tabelas Lista de Números Não. de

Apêndices

1 1 16 0

 

Rev. Estado Autor(s) Revisado por Aprovado por Escritório de Origem Data de emissão
D01 Rascunho W Orsmond C Masson Píer Oeste 22 out ’11
F01 Final W Orsmond C Masson W Orsmond Píer Oeste 15 nov ’11

 

1 INTRODUÇÃO

Mt Rosser Pond é uma represa de rejeitos de resíduo de bauxita (lama vermelha) situada dentro das Montanhas Diablo ao norte da cidade de Ewerton, na Jamaica.

white-paper-red-mud-jamaica-map-figure-1-1Figura 1.1

A “lagoa” é na verdade uma represa feita pelo homem que cobre uma área de cerca de 40ha e tem aterros de até 53m de altura ao longo do lado sul que forma o apreensão. Ele foi inicialmente construído em 1959 para atuar como um lago de rejeitos para tirar o resíduo de bauxita (lama vermelha) da Usina Ewarton situada a cerca de 5km de distância e 300m mais baixo. A lama vermelha foi bombeada como um chorume que compreende cerca de 20% de sólidos para a lagoa durante um período de cerca de 32 anos até 1991, quando a lagoa foi substituída pela Instalação de Empilhamento e Secagem de Lama charlemount. Durante esse período, os aterros da lagoa (conhecidos como barragens), foram elevados até 7 vezes proporcionando uma elevação final da crista de 472m. A lagoa, no entanto, nunca foi preenchida à sua capacidade final de projeto e o nível da praia de lama permaneceu em cerca de 469m e a área central cerca de 458m deixando uma depressão côncava que detinha cerca de 1,4mil m3 de água com pH elevado e algum conteúdo cáustico.

white-paper-red-mud-photo1-1Foto 1.1: Lagoa do Monte Rosser olhando do canto sudeste para o noroeste

O plano de remediação da lagoa inclui a remoção da água aulada e, em seguida, a reestação da superfície de lama para ser livre drenagem para que possa ser estabilizada e vegetada. Cerca de 500.000 m3 de lama precisarão ser movidos por uma distância de até 1km para criar o perfil necessário. Devido à natureza muito macia das lamas superficiais (força de tesoura inferior a 3kPa) sua capacidade de rolamento é inferior a 20kPa, portanto não é acessível usando até mesmo equipamentos de terraplanagem modificados. Além disso, as lamas são tireotróficas e sob qualquer vibração ou carregamento de tesoura, rapidamente liquefazer resultando em redução significativa na força da tesoura e perda da capacidade de rolamento. O uso de equipamentos convencionais de terraplenagem exigiria, portanto, extensas estradas de transporte “flutuantes” com alto risco de maquinário ficar preso ou perda total da planta e risco para o pessoal. Foi, portanto, decidido investigar a possibilidade de bombear a lama vermelha in-situ.

Um teste de bombeamento de lama foi realizado para avaliar a viabilidade do uso desta técnica para fazer o movimento da lama a granel. Bombear lama vermelha não é incomum e as lamas foram inicialmente bombeadas até o Monte Rosser Pond. No entanto, as lamas são geralmente bombeadas a um teor sólido de 30% ou menos. Uma vez depositados, eles podem levar anos para se reconsolidar e firmar o suficiente para permitir o acesso a terraplanagem leve e plantas agrícolas.

 

Além do bombeamento de lama, o ensaio incluiu o enchimento de três geotubos de pequena escala para avaliar seu desempenho, pois estes podem ser necessários como parte dos trabalhos de remassagem.

Referência do projeto: AuM 0894 Jamaica. Árbitro do pacote de trabalho HSEQ: JWP# 11001

1.1 OBJETIVO DO JULGAMENTO

O principal objetivo do ensaio da bomba era determinar se as lamas poderiam ser bombeadas em seu estado insituu e, se não, que quantidade de água é necessária e como as variações no teor de água afetam as taxas de bomba.

Ligado a isso estava a:

  • ganhar uma apreciação das dificuldades em bombear nessas condições
  • obter uma compreensão do comportamento das lamas ao redor da área da bomba.
  • avaliar como as lamas se comportaram uma vez depositadas e como reagem quando depositadas na água.

Para os geotubos, o objetivo principal era avaliar como os tubos continham as lamas bombeadas e como eles reagiram com o tempo.

2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

O teste de bombeamento de lama foi realizado usando uma bomba EDDY de 4″. Esta bomba foi recomendada devido à sua capacidade de manusear sólidos variáveis e mecanismo de operação robusto. A unidade da bomba incorporou uma unidade hidráulica e cabeça de corte. A unidade foi montada no boom de uma escavadeira JCB 220 que também forneceu a alimentação hidráulica para alimentar a bomba para a faixa necessária de 30-40 GPM a 3.500 a 4.000 psi (2428MPa). A cabeça do cortador foi alimentada por uma unidade de potência hidráulica autônoma capaz de fornecer os 30gpm necessários a 200psi (1,9 l/s a 13,8MPa). Se montada em uma escavadeira de 30 toneladas com sistema hidráulico do Sistema 14 e alimentação auxiliar dupla para o boom, toda a potência hidráulica necessária para a bomba e a cabeça do cortador podem ser fornecidas pela escavadeira. Este equipamento, no entanto, não estava disponível na época na Jamaica.

white-paper-red-lama-escavador-attchment-photo3-1 FOTO 3.1: Bomba EDDY em acessório escavador

Além da bomba montada na escavadeira, uma escavadeira de Longo Alcance (CAT 325) foi usada para mover lamas em direção à cabeça do cortador, mas também para soltar as lamas e misturar em água adicional para facilitar o bombeamento. A água foi adicionada bombeando-a diretamente da lagoa usando uma bomba de água diesel de 3″.

Antes de bombear as lamas, a bomba de lama operaria em modo de recirculação para preparar a bomba. Quando no modo de recirculação (recirculação), o material bombeado seria desviado para um tubo de descarga curto montado na bomba direcionada para trás paralelamente à cabeça do cortador. Esta ação ajudaria a agitar e agitar as lamas.

white-paper-red-mud-excavator-attchment-photo3-2Foto 3.2: CAT 325 Longo alcance (boom de 60 pés) e JCB220 com bomba de lama Eddy.

Os geotubos para os ensaios tinham 6m de comprimento e 1m de altura (preenchidos) e eram fornecidos pela Tencate. Os tubos eram feitos de um poliéster tecido – GT1000M e tinham um ponto de enchimento superior central. Um conjunto de sacos pequenos com um conjunto de teste de polímero também foi fornecido, mas isso não foi tentado durante esta ocasião.

white-paper-red-mud-geotube-fill-photo3-3Foto 3.2: Geotube antes do enchimento

3 PROPRIEDADES MATERIAIS

Uma investigação de solos geotécnicos foi realizada nas lamas dentro da lagoa do Monte Rosser em 2004. Mostrou que o material é predominantemente de argila com aproximadamente 13% de areia, 29% de argila e 58% de lodo utilizando análise convencional de peneira e hidrômetro. Os limites de Atterberg indicam que o material é intermediário à argila de alta plasticidade. No entanto, as lamas variam através do lago e também verticalmente. Isso é principalmente como consequência do processo de deposição e localização de descarga. Perto do local de descarga, os materiais do curso se estabeleceriam primeiro e os materiais mais finos se dispersariam mais longe e na extremidade oposta da lagoa. Os resultados são apresentados na figura 4.1.

white-paper-red-mud-figure4-1Figura 4.1: Análise de classificação (método convencional de mecânica do solo, SI 2004)

No início deste ano, amostras adicionais de lama foram testadas, pois ficou evidente que os testes padrão de mecânica do solo não forneceram uma avaliação precisa deste material fino. Isso ficou particularmente evidente em testes feitos com peneira seca que mostram o material como areia bem classificada (ver resultados para amostras 5300, 5301, 5302 na figura 4.2). Quando dispersada na água, mesmo com um agente, a reologia ‘yield-pseudo-plastic’ das lamas parecia afetar os resultados do hidrômetro com grandes variações entre os testes (ver resultados de amostras PFT4&5 colhidas durante ensaios de bombeamento de lama na figura 4.2).

Os testes adicionais consistem em realizar classificações usando um Analisador de Partículas Laser. Os resultados indicaram que as lamas são predominantemente silte, embora o silte % variou de 30% a 80% com o material sendo mais arenoso ou mais argila (até 15% de argila). Veja os resultados das amostras terminando em “L” na figura 4.2 abaixo.

white-paper-red-mud-particle-size-distribution-figure4-2Figura 4.2: Análise de classificação de lamas secas utilizando peneira seca (5300-2), lama molhada utilizando peneiração & hidrômetro (PFT) e análise a laser (Suffex L).

Os testes de teor de umidade nas lamas retiradas de dentro da lagoa de lama, mas abaixo da água a ponded variaram de 100% a 150% (50% a 40% de sólidos). As lamas no local de teste da bomba foram de 137% (42% de sólidos).

A força do shear era geralmente muito baixa variando de 1kPa a 6kPa aumentando com profundidade. Sondas dinâmicas anteriormente realizadas indicaram que as lamas são “muito macias” a 5m aumentando ligeiramente em força para “macia” a uma profundidade de 9m após a qual aumentam para a firme ficar dura.

O pH das lamas variou de 10,3 a 11,7, (av. 11,2). Testes anteriores indicaram que as lamas superficiais têm o pH mais baixo, embora uma vez através da crosta, o pH tende a ser maior. Ao fazer os ensaios, as lamas até uma profundidade de cerca de 2,5m foram misturadas, portanto qualquer estratificação no pH não pôde ser determinada.

4 ACHADOS

4.1 BOMBEAMENTO DE LAMA

Inicialmente, o bombeamento era problemático principalmente devido à descapacitação da escavadeira. Isso foi diagnosticado como um problema de bomba hidráulica e a escavadeira foi substituída. A cabeça do cortador (que também atua para proteger a ingestão) tendia a cegar com lama (Foto 5.1) e também não estava fornecendo agitação suficiente para liquefazer as lamas. Isso foi parcialmente resolvido adicionando “agitadores” (2 laços de aço soldados em ambos os lados) à cabeça do cortador rotativo e também um “pente” (Foto 5.2) para manter as lacunas dentro da cabeça do cortador abertas.

white-paper-red-mud-cutter-head-comb-photo-5-1-5-2Foto 5.1: Cabeça de cortador cega com lama Foto 5.2: Cabeça de cortador com pente adicionado

As taxas de bombeamento de lama variaram de 21 l/s a 52 l/s (332 – 824gpm) e era claramente visível que quanto mais líquidos as lamas eram, maior era a taxa de bomba. As amostras foram colhidas em diferentes taxas de descarga e teor de umidade e sólidos por cento determinados por testes laboratoriais. Os resultados são traçados na Figura 5.1 e, embora dispersos, dão uma indicação dos efeitos do conteúdo de sólidos sobre as taxas de fluxo. O teor natural de umidade das lamas (insitu) no local do teste foi de 137%, ou 42% de sólidos. Isso é mostrado na Figura 5.1 como uma linha vertical. As lamas de bombeamento próximas aos sólidos por cento foram alcançadas, embora as taxas de fluxo fossem baixas.

Como mencionado anteriormente, a escavadeira de longo alcance foi usada para soltar as lamas. A água era bombeada da lagoa usando uma bomba de 3″ para a escavação e o longo alcance trabalharia as lamas para misturar a água. A bomba de lama seria então usada no modo de recirculação para misturar ainda mais as lamas em um estado mais consistente. Mesmo com essa mistura e agitação, a água tendia a se concentrar na superfície. Isso ajudou o processo inicial de escorraçamento da bomba e, uma vez que lamas mais espessas a 1m a 2m abaixo da superfície poderiam ser bombeadas. No entanto, descobriu-se que as lamas mais profundas tendiam a ser irregulares e isso reduziria significativamente ou interromperia o fluxo que exige que a bomba fosse levantada em lamas mais finas ou tendo que voltar ao modo re-circ ou ter que re-prime totalmente. A descarga da bomba foi, portanto, muito inconsistente, pois a posição de admissão de sucção precisava constantemente de ajuste na tentativa de obter descarga adequada, mas também bombear as lamas mais grossas possíveis.

white-paper-red-mud-pumping-high-solids-photo-5-3-5-4Foto 5.3: Bomba de lama em re-circ / modo de escoramento Foto 5.4: Descarga de lama (±30l/s, ±37% sólidos)

white-paper-red-mud-flow-vs-solids-figure-5-1Figura 5.1: Gráfico de fluxo em vários sólidos conteúdo

A descarga das lamas bombeadas foi através de 30m de mangueira flexível e 60m de tubo HDPE de 4″ que tinha um diâmetro interno de cerca de 87mm (3,5″). As lamas foram descarregadas na praia de lama original, que fica em um gradiente de cerca de 9%. Ao depor as lamas lentamente fluiu para baixo gradiente. Às vezes, o fluxo parava e as lamas se acumulavam e então fluíam novamente em um movimento de onda. O ângulo natural do repouso seria, portanto, alguns graus menos do que isso – provavelmente de 5% a 6%.

white-paper-red-mud-discharge-photo-5-5-5-6Foto 5.5: Ponto de descarga de lama Foto 5.6: Lama sendo descarregada

Embora as lamas tenham uma força de tesoura muito baixa, e na agitação liquefato, os lados da escavação tinham força suficiente para ficar cerca de 2m perto da vertical. Mesmo durante a noite, houve queda limitada e o banco poderia ser prejudicado por cerca de 0,5m com a cabeça/agitador do cortador antes de entrar em colapso.

No término do bombeamento, a fim de lavar a tubulação, finas lamas aquáticas foram bombeadas até que a linha estivesse limpa. Um sistema de válvula “T” foi então usado para conectar a linha da bomba de água de 3″ e isso foi então usado para lavar o tubo com água.

4.2 GEOTUBES

Três geotubes (1m x 6m) foram preenchidos com lama vermelha bombeada usando a bomba Eddy de 4″. As taxas de enchimento foram de cerca de 30 a 40l/s, embora fosse difícil avaliar, pois a consistência do fluxo e da lama não era visível.

O tubo 1 foi preenchido inicialmente com lama mais escorrendo e, em seguida, lama mais espessa como o operador da bomba tem uma melhor sensação de condições. O tubo estava cheio até ficar firme. O segundo tubo foi preenchido com lamas mais grossas e o enchimento continuou até que o tubo estava esticado. Estes dois tubos foram posicionados na praia inclinada, a fim de formar uma pequena área de apreensão “U” que mais tarde seria preenchida com lama bombeada. Embora a área tenha sido preparada, o solo inclinado fez com que o primeiro tubo girasse cerca de 20 graus. O tubo estava estaco e o lado downslope preenchido. Uma cama mais definida foi criada para o segundo tubo e o mesmo problema de rotação foi limitado. Os dois tubos cheios com lama a ponded são mostrados nas Fotos 5.7 e 5.8. Além de um pequeno vazamento no contato entre os dois geotubos, o lago das lamas foi bem sucedido.

white-paper-red-mud-geo-tubes-forming-photo-5-7-5-8Foto 5.7: Dois tubos geo formando o bund da lagoa de ensaio Foto 5.8: Lamas após bombeamento são líquidas

O terceiro tubo foi posicionado no solo nivelado. Estava cheio de lamas de cor média (mas consistente) e foi preenchido até que o tubo estava esticado.

white-paper-red-mud-geotubes-photo-5-10-5-11Foto 5.10: Geotube antes de encher Foto 5.11: Geotube preenchido tenso – nota verpage /sangramento

Nos três casos, houve muito pouca perda de lama ou infiltração dos tubos. Quando estava em pé, um pouco de água vermelha se espremeria ao redor da área de pressão. Uma vez preenchido, o saco inteiro teria pequenas gotículas vermelhas no exterior (visível na Foto 5.11), mas a infiltração era nominais geral.

Os tubos foram monitorados e as fotos mais recentes tiradas em 10 de outubro de 2011 (6 semanas após o enchimento) mostram como os tubos reduziram em volume devido à desaguamento das lamas contidas. Estima-se que a perda de volume seja de cerca de 30%. O teor de umidade previsto seria, portanto, de cerca de 90% e os sólidos em torno de 53%.

white-paper-red-mud-geotubes-full-photo-5-12-5-13Foto 5.12: Geotube #3 preenchido à capacidade Foto 5.13: Geotube #3after 6 semanas

white-paper-red-mud-geotubes-before-after-photo-5-14-5-15Foto 5.14: Geotube #4 após 6 semanas Foto 5.15: Geotube #1 após 6 semanas

As lamas bombeadas para o lago de ensaio atrás dos geotubos eram médias grossas a grossas, provavelmente na ordem de 37 – 40% de sólidos. Após 6 semanas, a lama não só se consolidou, mas secou significativamente com rachaduras de superfície largas e profundas, como são evidentes na Foto 5.14 e 5.15.

O monitoramento dos tubos e da lagoa de ensaios está em andamento.

6 PRÓXIMOS PASSOS

O julgamento demonstrou que:

  1. As lamas podem ser bombeadas, embora a água precise ser adicionada para alcançar volumes de descarga “normais”.
  2. As lamas podem ser bombeadas perto de seu teor de umidade insitu e, provavelmente, em seu teor de umidade in-situ se eles foram mais agitados e o sistema de tubulação foi projetado para reduzir as perdas de atrito.
  3. A bomba precisa de um método de escoramento, pois as lamas são muito grossas para permitir que ela se ento.
  4. O acesso na superfície da lama é problemático e será muito difícil na lama bombeada.

Portanto, se o bombeamento for usado como o principal método de mover as lamas para reestilizar a lagoa, então a configuração da bomba precisa como mínimo o seguinte:

  1. Ser capaz de acessar a superfície da lama e se mover de forma eficiente e segura. A sugestão é ter a bomba montada em um pontão que é posicionado usando corda de alta resistência (dynema) ou cabo de aço. O sistema de bomba deve ser controlado remotamente, pois isso limitaria o movimento regular de pessoal nas lamas.
  2. Tenha um sistema de escoramento que não exija água na superfície.
  3. Ser capaz de agitar as lamas ao redor da cabeça de sucção para liquefazer completamente.
  4. Tenha capacidade de energia e volume suficientes para bombear as lamas perto ou em conteúdo de umidade in-situ e descarregá-las cerca de 1000m através de um gasoduto flexível.

Também ficou evidente nos ensaios que as lamas não caem e fluem prontamente. Portanto, será necessário ter uma escavadeira anfíbia para soltar as lamas na área ao redor da cabeça da bomba. Esta lama enfraquecida e mais líquida também ajudaria o movimento do pontão da bomba. Para limitar também a quantidade de movimento que o pontão precisará fazer, a escavadeira anfíbia também pode mover lamas em direção ao local da bomba.

7 PROGRAMA

Usando a capacidade da bomba de lama de 4″, o movimento da lama levaria cerca de 1,5 a 2 anos, no entanto, a bomba precisará ser mais adequada à tarefa. Um período-alvo de 1 ano, no entanto, parece razoável. No entanto, antes disso, os equipamentos precisarão ser adquiridos e importados para a Jamaica. Os acessórios da bomba de dragagem de escavadeira de 6 e 10 polegadas também estão sendo considerados como uma opção para gmp mais alto e um cronograma de conclusão mais agressivo. Um programa preliminar é o seguinte:

Dez 2011 – Março de 2012 : Procure Bomba e escavadeira anfíbia. Obter pontão fabricado na Jamaica
Abril 2012 – Maio de 2012 : Fábrica de importação e estabelecer no local
Junho 2012 – Junho de 2013 : Bombeamento de lama e terraplenagem a granel
Julho de 2013 – julho de 2014 : estabilização superficial e início da vegetação.[/et_pb_text]

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