Het Braziliaanse mijnafval spoot weg met een snelheid van 120 km/u

Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen. Deze week: wat gebeurde er bij de damdoorbraak in Brazilië?

Nog op 29 januari, vier dagen na het bezwijken van de dam bij de ijzermijn van het Braziliaanse Brumadinho, werd iemand levend uit het weggestroomde mijnafval gered. Daarna zijn geen overlevenden meer gevonden. De rode modder is tot stilstand gekomen en begint in te klinken: er valt alweer overheen te lopen. De voorheen zo heldere rivier in het dal waar de modder naar toe liep heeft de kleur van het mijnafval aangenomen. Milieudeskundigen vragen zich af hoe gevaarlijk de rode modder is en welk risico de natuur stroomafwaarts loopt. Er is al veel dode vis gezien. Mijneigenaar Vale SA noemt het weggestroomde afval onschuldig. Het zou voornamelijk uit silicaat bestaan. Zeg maar: zand.

De ligging van de ijzermijn (wit) in het Braziliaanse Brumadinho, de verwoeste brug (geel) en de twee webcams (rood). Google Earth

Wie op Google Earth de plaats Brumadinho gevonden heeft en inzoomt op een gebied acht kilometer oostnoordoost daarvan vindt makkelijk de plaats waar de ramp zich voltrok. De haarscherpe opnames zijn van juli vorig jaar.

Het blijkt dat het ijzererts bij Brumadinho in dagbouw wordt gewonnen en wel op zo grote schaal dat het een wonder mag heten dat er überhaupt nog heldere rivieren waren. Maar ze waren er, YouTube toont ze als je de naam van de ijzermijn (Córrego do Feijão) intikt. Er zijn ook oude luchtopnamen die laten zien hoe de poel met mijnafval (de tailing pond) er vóór de ramp bij lag. Eigenlijk zijn er twee poelen, elk achter zijn eigen dam. Zo’n tailing dam blijkt een brede, grasbegroeide aarden wal van misschien wel honderd meter hoog. De leeggelopen tailing pond lag onder aan een heuvel, je kunt goed zien dat er beken op uitkwamen. In het vuile water boven het afval groeiden algen – dat geeft enig vertrouwen.

Het mag een wonder heten dat er nog heldere rivieren zijn in het gebied waar het ijzererts wordt gewonnen

Waaruit bestond dat mijnafval, dat wil je weten. Mijnbouwkundigen uit Delft en Londen hebben het uitgelegd: het is het restproduct van een klassiek maar nog steeds verbazingwekkend scheidingsproces waarin het ruwe ijzererts van ongewenst materiaal wordt gescheiden, in de eerste plaats van het begeleidende kwarts. Ertsanalyses laten zien dat het erts rond Brumadinho voornamelijk bestaat uit ijzeroxiden (hematiet en itabiriet) gemengd met kwarts (silicaat), wat aluminiumoxide en kleine hoeveelheden mangaan en fosfor. Let wel: er komen geen zware metalen in voor, daar zou de staalindustrie ook geen prijs op stellen.

Het erts wordt met ‘truck & shovel’ uit de berghelling gehaald, gebroken en tot poeder vermalen en vervolgens onderworpen aan een proces dat froth flotation heet. ‘Schuimscheiding’. Het poeder wordt opgenomen in water waar zoveel lucht doorheen blaast dat een schuimkraag ontstaat. Frothers (hulpstoffen zoals plantaardige oliën of alcoholen) stabiliseren het schuim en andere hulpstoffen bewerkstelligen dat het kwarts bij uitstek in het schuim belandt en het ijzeroxide juist kwantitatief in het water achter blijft. Voor het kwarts worden vaak ether-aminen ingezet, voor het ijzeroxide is er maïszetmeel. Voorwaarde voor een goede scheiding is dat de pH (zuurgraad) wordt opgevoerd tot een waarde van 10 à 10,5. Dat wordt met gebluste kalk (Ca(OH)2) gedaan.

De hulpstoffen worden zoveel mogelijk uit het proces teruggewonnen, maar dat verhindert niet dat de onnutte kwartsdeeltjes met aanhangende ether-aminen, oliën e.d. in de tailing ponds terecht komen en dat het afval daar een hoge pH heeft. Niet zo hoog als in het flotatie-proces zelf, want gaandeweg zakt de zuurgraad altijd naar meer neutrale waarde. Als milieuvriendelijke hulpstoffen zijn gebruikt kunnen die langs natuurlijke weg worden afgebroken. Daarbij wordt vaak zuurstof opgenomen. Welk proces Vale preciés inzette bij Brumadinho is niet bekend, er is weinig reden om voetstoots aan te nemen dat de modder ongevaarlijk is.

Voor deze rubriek is een ander aspect van de ramp zeker zo interessant, dat is de manier waarop de tailing dam brak. Die is besproken op een blog van de American Geophysical Union (AGU). Twee videocamera’s (voorzien van tijdnotatie) hebben de gebeurtenissen vastgelegd. De eerste laat zien hoe de dam op 25 januari bijna momentaan bezwijkt en al zijn sterkte verliest. Het mijnafval spuit weg met een snelheid van rond de 120 km/u. De tweede camera toont de aankomst van de modder verderop op het terrein. De snelheid is dan gezakt tot 66 km/u.

Het AGU-blog legt nadruk op de waarneming dat mijnpersoneel op het moment van de ramp bezig was met een boring in de aarden wal. Dat was, is bekendgemaakt, een routineboring die zicht moest bieden op mogelijke bewegingen van of in de wal. Onbedoeld maar onvermijdelijk wekte het boortoestel (de coring rig) trillingen op in de wand. De suggestie is dat dit de dam fataal is geworden.

Het valt niet uit te sluiten dat de aarden wal met water verzadigd was geraakt. Afhankelijk van het sediment dat in de wal was verwerkt (korrelgrootte, pakkingsdichtheid, e.d.) werd-ie daarmee gevoelig voor liquefactie, een plotselinge vervloeiing onder invloed van een schok of trilling. Heel veel tailing dams hebben dit lot ondergaan. De meeste mensen kennen liquefactie uit de tijd dat ze met nat zand op het strand een stevig kasteel bouwden dat soms zomaar als een pudding in elkaar zakte.