PPGEM - Doutorado (Teses)

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Especificação de rochas ornamentais utilizadas na construção civil aplicando técnicas de estatística multivariada e aprendizado de máquina.
(2023) Zagôto, Juliano Tessinari; Lana, Milene Sabino; Pereira, Tiago Martins; Lana, Milene Sabino; Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Santos, Tatiana Barreto dos; Frasca, Maria Heloisa Barros de Oliveira; Klen, André Monteiro
O Brasil é mundialmente reconhecido como potência produtora e exportadora de rochas ornamentais. Com grande beleza estética e qualidades físico-mecânicas inquestionáveis, as rochas ornamentais brasileiras estão espalhadas por grandes obras no mundo. Nessa perspectiva, este trabalho visa estabelecer um índice de qualidade e um critério de seleção de rochas ornamentais para revestimentos aplicados na construção civil. Para isso foi elaborado um banco de dados dos resultados dos ensaios de caracterização tecnológica de 285 amostras de rochas naturais, adotados como variáveis. Esse estudo propôs um índice de qualidade para as rochas ornamentais utilizando-se dos valores dos parâmetros tecnológicos gerais de referência, atribuindo pesos a eles e conforme o ambiente no qual a rocha é aplicado. Os ambientes foram definidos como A (piso interno seco de baixo tráfego), B (parede interna seca), C (parede interna molhada), D (parede externa), E (bancada interna seca), F (bancada interna molhada), G (bancada externa) e H (outras aplicações). Com o auxílio do software estatístico livre R foram utilizados métodos de estatística multivariada e de aprendizado de máquina. Da análise de componentes principais, pudemos extrair que as três primeiras componentes explicam aproximadamente 51% do problema. Da análise de agrupamentos foram gerados 5 (cinco) grupos classificados como G1 (Grupo dos Quartzitos), G2 (Grupo dos Granitos), G3 (Grupo majoritariamente formado por Granitos), G4 (Grupo majoritariamente formado por Granitos ricos em granada ou grupo dos Gnaisses) e G5 (Grupo dos Mármores). A partir daí, foram realizadas as estatísticas descritivas intra e inter grupos. De posse dos grupos formados, foi treinada uma árvore de decisão capaz de indicar uma rocha para um determinado ambiente com altíssimo grau de acerto. A acurácia da árvore de decisão foi de 0,96 e o Índice Kappa 0,95. O trabalho apresenta uma nova abordagem para indicar assertivamente uma rocha natural para um determinado ambiente, diminuindo a subjetividade por meio de um sistema de classificação. Apesar da complexidade matemática das técnicas adotadas, os resultados gerados são de fácil interpretação e simples visualização.
Análise numérica via Mef de problemas poroelásticos.
(2022) Vasconcelos, Luma Alvarenga Carvalho de; Nogueira, Christianne de Lyra; Nogueira, Christianne de Lyra; Porto, Thiago Bomjardim; Santos, Tatiana Barreto dos; Jaques, Daniel Silva; Azevedo, Roberto Francisco de
A variação de volume sofrida por um meio poroso saturado e compressível origina-se da variação do estado de tensão, devido à variação das forças externas ou da condição da água subterrânea. Este fenômeno físico desempenha um papel muito importante em problemas geotécnicos relacionados ao petróleo e engenharia civil, mineração e geologia. Nesta tese, uma formulação acoplada em termos de deslocamento e poro-pressão via método dos elementos finitos considerando o efeito da compressibilidade dos grãos, e do esqueleto sólido e do fluido em meios poroelásticos é apresentada. Para fins de validação e aplicação, a formulação foi implementada no software ANLOG e então aplicada em problemas 1D, 2D e 3D. Quatro exemplos foram investigados: uma coluna poroelástica, o problema de Schiffman, o efeito Mandel e um talude carregado. Os resultados numéricos foram verificados a partir de soluções analíticas e outros resultados numéricos encontradas na literatura especializada, e uma boa concordãncia foi obtida entre eles.
As minas abandonadas no estado de Minas Gerais : avaliação e proposição de um modelo de gestão ambiental.
(2022) Fernandes, Patrícia Rocha Maciel; Lima, Hernani Mota de; Lima, Hernani Mota de; Fonseca, Alberto de Freitas Castro; Flores, José Cruz do Carmo; Miranda, José Fernando; Azevedo, Úrsula Ruchkys de
Mina abandonada ou órfã é um conceito sem definição clara ou totalmente aceita, seja internacionalmente ou nacionalmente. No entanto, no estado de Minas Gerais, a legislação conceitua mina abandonada como aquela com operação de lavra e tratamento de minérios inativas, sem previsão de reinício da atividade, sem medidas de controle ou monitoramento ambiental implementadas, com características de abandono e com o processo de fechamento incompleto ou ausente. Além disso, as causas de seu surgimento são complexas e podem ser exclusivas de um local. Entretanto, prioritariamente, o abandono decorre de falhas no planejamento do fechamento de mina ao longo da operação da atividade e da incapacidade do órgão regulador em exigir no licenciamento ambiental as ações de recuperação progressiva. Esta pesquisa procurou levantar e analisar as boas práticas adotadas internacionalmente na gestão das minas abandonadas e no processo de fechamento da atividade minerária para embasar a proposta desta tese. Em Minas Gerais, a partir da análise de um banco de dados interno do órgão ambiental com 499 minas em situação de suspensão temporária de atividades ou de abandono abandonadas e da análise da legislação ambiental vigente para o licenciamento de atividades minerárias, incluindo a etapa de fechamento de mina, foi possível verificar que inexiste, uma adequada política para a gestão das minas abandonadas, demonstrando um baixo desempenho das ações governamentais hoje em execução, com pouca efetividade interna, junto ao setor minerário e aos demais órgãos públicos atuantes no tema. A partir dos problemas identificados, foram elaboradas propostas com o objetivo de fornecer uma estrutura e diretrizes para orientar a tomada de decisão dos órgãos integrantes do Sistema Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (Sisema) e da Agência Nacional de Mineração (ANM), em relação à priorização, gestão e/ou recuperação de minas abandonadas, minimizando os riscos ao meio ambiente e à segurança da população e potencializando a implementação de soluções eficientes, sustentáveis e inovadoras, em especial: (i) mudanças nas exigências do licenciamento ambiental de atividades minerárias no estado de Minas Gerais; (ii) nova metodologia para a hierarquização do risco ambiental de minas abandonadas no estado de Minas Gerais; (iii) criação do Programa Estadual de Prevenção e Gestão de Minas Abandonadas (PGMA).
Modelagem morfocinética da interface de calcinação de calcários brasileiros.
(2020) Silveira, Marcus Alexandre Carvalho Winitskowski da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Lacerda, Carla Maria Mendes; Faria, Geraldo Lúcio de; Russo, Mário Luís Cabello; Albuquerque, Rodrigo Oscar de
O pleno entendimento do comportamento termodinâmico e cinético na calcinação de partículas de calcário de diferentes tipologias e morfologias, que servem de insumo as mais diversas operações industriais, é ainda uma lacuna de conhecimento científico/tecnológico. Em consequência disso é muito comum ocorrerem efeitos negativos causados por sub e supercalcinação das partículas de calcário no processo de calcinação trazendo prejuízos operacionais. A partir disso, esta tese buscou aperfeiçoar este entendimento cinético do processo de calcinação através de sua modelagem matemática em função da evolução da geometria da frente de reação, a qual é função do formato da partícula. Desta forma, o conhecimento científico gerado poderá contribuir como uma melhora nos projetos de dimensionamento e operação de fornos de calcinação, na minimização dos efeitos de sub e super-calcinação de partículas, e consequentemente promover uma economia dos custos operacionais nos mais diversos setores industriais onde o calcário é aplicado. Primeiramente, amostras de três tipologias de calcário foram preparadas e caracterizadas físico, químico e termoquimicamente. Em seguida foram realizados ensaios exploratórios de calcinação em condições quase isotérmicas e sem controle atmosférico da câmara do reator. Estes ensaios indicaram que a calcinação a temperaturas acima de 1.000 ºC, por um longo período de tempo e sem controle da atmosfera do reator, tende a sinterizar a camada de cal formada. Diferentemente de outros estudos, a estimação dos parâmetros termocinéticos pelos ensaios quase isotérmicos demonstrou ser inadequada para estas amostras de calcário investigadas. Já as curvas termogravimétricas apresentaram ser uma boa alternativa para a obtenção de parâmetros termocinéticos mais confiáveis. Ensaios de calcinação parcial de corpos de prova das amostras de calcário com geometria de paralelepípedo com fluxo de ar natural comprimido indicaram a conveniência de haver um controle da atmosfera do reator para consequente diminuição do tempo necessário para a totalização da calcinação. O modelo morfocinético apresentou 95% de aderência à maioria dos dados experimentais dos ensaios com os paralelepípedos de calcário. A amostra de calcário calcítico é predominantemente compacta, necessitou de um maior tempo de calcinação total em relação a amostra dolomítica. Através da descrição da cinética da evolução da frente interfacial de calcinação por curvas de Lamé, o modelo morfocinético contribui com informações características do material e condições operacionais para um dimensionamento mais assertivo do processo de calcinação.
Estudos de complexação dos íons Ca2+ e Mg2+ na flotação catiônica de minério de ferro.
(2020) Cruz, Daniel Geraldo da; Lima, Rosa Malena Fernandes; Lima, Rosa Malena Fernandes; Monte, Marisa Bezerra de Mello; Lima, Neymayer Pereira; Brandão, Paulo Roberto Gomes; Leão, Versiane Albis
Este trabalho teve por objetivo estudar a possibilidade de complexação dos cátions Ca2+ e Mg2+ e de seus produtos de hidrólise presentes em águas duras, provenientes tanto da adição de reagentes (cal) para controle de pH de polpas quanto da dissolução de carbonatos, na flotação catiônica de minério de ferro, contendo minerais carbonatados associados ao quartzo em sua ganga. Em uma primeira fase, foram realizados ensaios de microflotação em pH 10,5 com os minerais puros (quartzo, hematita e dolomita), usando amido de milho gelatinizado e acetato de eteramina (50% de grau de neutralização) na dosagem de 2,5 mg/L, determinada em estudos prévios. Os reagentes complexantes testados foram hexametafosfato de sódio, ácido cítrico e fluoreto de potássio. Para o entendimento da influência destes reagentes e do EDTA (ácido etilenodiamino tetra-acético, sal dissódico) sobre as cargas superficiais dos minerais (hematita, quartzo e dolomita), foram efetuadas medidas de potencial zeta dos mesmos condicionados somente com NaCl (1x10-3 mol/L) e com os complexantes mencionados anteriormente, mantendo a mesma força iônica (NaCl = 1x10-3 mol/L). O potencial zeta dos minerais diminuiu após o condicionamento com os complexantes, sobretudo com hexametafosfato de sódio, principalmente para a hematita e para a dolomita. Nos ensaios de solubilidade da dolomita com os complexantes, verificou-se que a ordem decrescente de contribuição para solubilização foi: EDTA > ácido cítrico > hexametafosfato de sódio. Ensaios de adsorção em pH 10,5 dos reagentes: amido, amina, EDTA e hexametafosfato de sódio (condicionados individualmente e simultaneamente) com o quartzo e hematita, seguido da determinação dos espectros infravermelhos a transformada de Fourier (reflectância difusa) confirmaram adsorção da amina sobre o quartzo (interações eletrostáticas) e do amido sobre a hematita (adsorção química) e que as possíveis espécies adsorvidas tanto no quartzo quanto na hematita foram o Ca2+, Mg2+, Mg(OH)+ e Mg(OH)2. Nos espectros infravermelhos tanto do quartzo quanto da hematita condicionados com MgCl2, seguido de condicionamento com EDTA / hexametafosfato de sódio, não foi identificada a presença da espécie Mg(OH)2 em suas superfícies, comprovando a eficácia da complexação dos íons Mg2+. Nos ensaios de flotação em bancada efetuados com amostra de itabirito quartzoso (44,7% Fe e 31,8% SiO2) com adição simultânea de íons Ca2+ e Mg2+, verificou-se aumento tanto da recuperação em massa quanto metalúrgica de Fe e consequente diminuição do teor de Fe e aumento do teor de SiO2 nos concentrados obtidos. O emprego de EDTA (1080 g/t) após o condicionamento do minério, com concentração total dos íons Ca2+ e Mg2+ igual a 300 g/t, restabeleceu a seletividade do processo: os teores de Fe e SiO2 no concentrado foram de 63% e 4%, respectivamente), que são similares aos resultados dos ensaios sem a presença desses íons na polpa. Ensaios com itabirito quartzoso e dolomítico, artificial, por planejamento fatorial de experimentos com réplica, avaliaram os seguintes fatores: tempo de agitação da polpa antes da adição de reagentes (0 e 15 minutos), proporção de dolomita no minério (2,5 % e 10%), dosagem de amido (200 e 400 g/t) e dosagem de amina (50 e 150 g/t). De modo geral, obtiveram-se teores de SiO2 de 9% a 23%, teores de Fe de 44% a 58% e índice de seletividade (I.S.) de 2,5 a 6,0. Os melhores resultados com os complexantes foram obtidos com seu uso na proporção de EDTA : cátions = (0,6 : 0,9) e hexametafosfato de sódio : cátions (0,5: 0,8). Para 10 mg/L de íons totais (Ca2+ + Mg2+), os resultados foram: 52% Fe, 9,4% SiO2, 4,4% CaO e 2,3% MgO (EDTA = 82 mg/L); 57% Fe, 9,2% SiO2, 1,7% CaO e 1% MgO (hexametafosfato de sódio = 120 mg/L), com mesmo índice de seletividade (I.S. = 5,8).
Flotação catiônica reversa de minério de ferro com amida-amina.
(2021) Rocha, Geriane Macedo; Lima, Rosa Malena Fernandes; Lima, Rosa Malena Fernandes; Peres, Antônio Eduardo Clark; Matiolo, Elvis; Lima, Neymayer Pereira; Rodrigues, Wendel Johnson
A flotação catiônica reversa é o principal método de concentração de minério de ferro para granulometria -150 µm. O acetato de eteramina é largamente utilizado como coletor de ganga silicatada e o amido como depressor dos minerais de ferro. Atualmente, com o processamento de minérios de baixos teores e mineralogias complexas há um cenário de dificuldade na obtenção, concomitantemente, de concentrados com baixo teor de SiO2 e rejeitos com baixo teor de Fe, além de aumento no consumo de reagentes. Por essa razão, faz-se necessário o desenvolvimento de novos reagentes, que conduzam à separação mais seletiva entre os minerais de ferro e de ganga. Este trabalho avaliou o desempenho da amida-amina Flotinor 10118 como coletor do quartzo na flotação de minério de ferro, comparando-a com o coletor convencional acetato de etermonoamina Flotigam 7100. Esses coletores foram caracterizados quanto a constante de dissociação (pKa) e concentração micelar crítica (CMC), cujos valores da amidaamina (~150 mg/L e pKa=8,3) foram significativamente menores do que da etermonoamina (~800 mg/L e pKa=9,4). Através de estudos fundamentais (microflotação, potencial zeta, isoterma de adsorção e espectroscopia no infravermelho a transformada de Fourier) foi investigado o efeito desses reagentes sobre as propriedades superficiais do quartzo e hematita. Nos ensaios de microflotação verificou-se que as recuperações do quartzo com amida-amina foram maiores do que com etermonoamina. A recuperação do quartzo com 5 mg/L de amidaamina foi > 80% na faixa de pH de 6 a 10,5, mas a janela de seletividade entre quartzo e hematita foi maior (~80%) em pH 10,5. A baixa recuperação da hematita com amida-amina na ausência de amido evidenciou sua baixa afinidade com a superfície desse mineral. A densidade de adsorção da amida-amina foi maior do que a etermonoamina, tanto para o quartzo quanto para a hematita. Medidas de potencial zeta e espectros no infravermelho indicaram que a adsorção da amida-amina sobre o quartzo ocorre principalmente por atração eletrostática. Ensaios de flotação em bancada confirmaram a possibilidade de realizar a flotação catiônica reversa sem amido, usando a amida-amina, para os minérios de João Pereira em pH 8 e Brucutu em pH 10,5. Apesar das dosagens requeridas entre 1,5 a 2 vezes maior de amida-amina em relação a etermonoamina, os resultados de recuperação e qualidade do concentrado foram similares, com o diferencial de não usar amido. Os resultados foram promissores quanto a simplificação da rota de processo e mostraram grande potencial de aplicação industrial da amida-amina.
Fechamento de mina para as minas setecentistas : inventário dos vestígios e avaliação dos ativos e passivos socioambientais resultantes em Ouro Preto, Minas Gerais.
(2021) Barbosa, Viviane da Silva Borges; Lima, Hernani Mota de; Lima, Hernani Mota de; Sobreira, Frederico Garcia; Cavalcant, José Adilson Dias; Suner, Marcia Maria Arcuri; Azevedo, Úrsula Ruchkys de
O período conhecido como Ciclo do Ouro foi marcado pelo desenvolvimento de diferentes técnicas de lavra que resultaram em minas urbanas abandonadas. A análise dos benefícios e malefícios oriundos de atividades mineiras pretéritas é escopo do Fechamento de Mina, área de pesquisa que visa estudar e delimitar novos usos para as áreas que foram transformadas pela mineração. A sede municipal de Ouro Preto concentra grande quantidade de estruturas associadas ao Ciclo do Ouro. As minas subterrâneas são os vestígios mais bem preservados; testemunhos do desmonte hidráulico são facilmente identificáveis nos vazios urbanos e pelos robustos reservatórios de lama situados nas encostas dos morros. Entretanto, os registros estavam disseminados em trabalhos acadêmicos, pois não existia um sistema que propusesse a convergência dos registros. Para resolver o problema da falta de articulação, foi desenvolvida a Plataforma Minas Antigas, um sistema de informação geográfica para organizar, armazenar e distribuir dados sobre os vestígios da mineração setecentista. Atualmente, estão cadastrados 170 minas, 42 poços, 32 ruínas, 20 reservatórios e 9 aquedutos. A Plataforma tem como principal objetivo manter os dados atualizados e garantir a reprodutibilidade de diversas linhas de pesquisas. Além da Plataforma Minas Antigas, pode‐ se destacar como principais contribuições desta tese: (i) o detalhamento da técnica do desmonte hidráulico e, especialmente, a estimativa de volume máximo associado ao reservatório de água para serviços de mineração; (ii) o estudo sobre as minas turísticas de Ouro Preto que revelou a importância econômica do setor e que proporciona uma renda per capita de R$ 2.295 por mês; (iii) a análise multicritério que determinou áreas prioritárias para mitigação de riscos em minas e poços abandonados.
Classificação de maciços rochosos por meio de técnicas da estatística multivariada e inteligência artificial.
(2021) Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Lana, Milene Sabino; Pereira, Tiago Martins; Lana, Milene Sabino; Klen, André Monteiro; Cabral, Ivo Eyer; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Parizzi, Maria Giovana
A presente pesquisa tem como objetivo a proposição de novos modelos para classificação de maciços rochosos brasileiros, baseados no sistema RMR. O banco de dados utilizado possui informações dos parâmetros básicos para obtenção do sistema Rock Mass Rating (RMR). Os modelos propostos são baseados em técnicas da estatística multivariada e técnicas de inteligência artificial. A seleção das variáveis foi feita a partir da análise fatorial. Os modelos de classificação foram treinados por meio de dois tipos de aprendizagem, a supervisionada e a não supervisionada. O processo de aprendizagem se baseia na identificação de padrões no comportamento das variáveis do banco de dados, estabelecendo modelos preditivos no processo de aprendizagem supervisionada e modelos descritivos na aprendizagem não-supervisionada. Portanto, na aprendizagem supervisionada a variável classe (target) deve ser fornecida ao algoritmo, já na aprendizagem não-supervisionada o algoritmo irá indicar os grupos (clusters) com base no comportamento das variáveis, posto isso os clusters são grupos constituídos de amostras similares, com variáveis com comportamento semelhante. Nos métodos supervisionados foram utilizadas as técnicas de redes neurais artificiais, naïve Bayes, random forest e máquinas de vetores de suporte. Para o modelo por aprendizagem não supervisionada foi utilizado o algoritmo partitioning around medoids. A utilização destes métodos quantitativos reduz a subjetividade dos sistemas propostos. O resultado da análise fatorial permitiu a identificação de três fatores comuns, Fator 1, relacionado à resistência e à alteração da rocha; Fator 3, relacionado ao grau de fraturamento do maciço rochoso e Fator 2, relacionado à condição e presença de água no maciço. Assim, a partir da análise fatorial foi feita a seleção das variáveis para o sistema de classificação. Posto isso, um número menor de variáveis foi utilizado, o que difere do sistema de classificação RMR. Os modelos treinados por aprendizagem supervisionada se adequaram à solução do problema abordado, com excelente desempenho para modelos preditivos, apresentando altas taxas de acurácia, precisão e eficácia. Os valores médios de acurácia dos modelos treinados foram de 0,81; 0,89; 0,87 e 0,89 para naïve Bayes, random forest, redes neurais artificiais e máquinas de vetores de suporte, respectivamente. Estes resultados mostraram a possibilidade de definir as classes do RMR com um número menor de variáveis, e que as variáveis selecionadas são realmente os parâmetros mais importantes para determinar a qualidade do maciço rochoso. O modelo treinado pela aprendizagem não supervisionada indicou a formação de 7 grupos, rotulados a partir da V interpretação dos valores das variáveis em cada grupo em conjunto com o valor da variável Pontuação. Os grupos formados foram a Classe A com maciços com resistência alta, pouco alterado, pouco fraturado e seco; Classe B com maciços com resistência média, pouco alterado, com fraturamento médio e seco; Classe C com maciços com resistência alta, pouco alterado, com fraturamento médio e molhado; Classe D com maciços com resistência baixa, muito alterado, pouco fraturado e seco; Classe E com maciços com resistência média, alteração média, com fraturamento médio e molhado; Classe F com maciço com resistência baixa, alteração alta, pouco fraturado e molhado; por fim a Classe G com maciço com resistência baixa, alteração alta, muito fraturado e molhado. O trabalho apresenta novas abordagens para lidar com sistemas de classificação de maciços rochosos, diminuindo a subjetividade, aumentando a seletividade dos parâmetros, reduzindo a dimensionalidade de bancos de dados geotécnicos e otimizando a aplicação de sistemas de classificação. Embora a matemática das técnicas aplicadas seja complexa, os resultados são de fácil interpretação e aplicação. Assim, acredita-se na confiabilidade dos modelos preditivos propostos, além da possibilidade de otimização por meio da utilização de bases de dados mais amplas.
Estado de fraturamento e fragmentação de maciços rochosos.
(2020) Lopes, Paulo Filipe Trindade; Luz, José Aurélio Medeiros da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Silva, José Margarida da; Santos, Tatiana Barreto dos; Sousa, Wilson Trigueiro de; Silva, Valdir Costa e
Cominuição é o termo genérico usado para descrever a progressiva redução no tamanho do minério. Este processo pode ser interpretado como uma integração entre as etapas de perfuração, desmonte, carregamento, transporte, britagem e moagem. Do ponto de vista matemático, esta sucessiva redução do tamanho médio das partículas pode ser descrita através de uma distribuição granulómetrica. O objetivo deste trabalho é conectar os conceitos de fraturamento e fragmentação de maciços rochosos, aplicado ao contexto da mineração, utilizando métodos ultrassônicos para avaliação de microfraturamento, técnicas de estatística multivariada para análise de dados e modelos de regressão e modelagem matemática aplicada. Como resultado final, estes objetivos foram alcançados.
Modelo de blocos para dimensionamento prévio de reforço e suporte para escavações subterrâneas.
(2020) Aquino, Iure Borges de Moura; Lima, Hernani Mota de; Zingano, André Cezar; Lima, Hernani Mota de; Lima, Elissandra Nascimento de Moura; Rodrigues, John Kennedy Guedes; Oliveira Júnior, José Baptista de; Silva, José Margarida da
Escavação subterrânea em rocha é uma prática comum tanto em obras civis quanto em mineração. Garantir a estabilidade e segurança de uma escavação é fundamental para o bom andamento dos trabalhos. Esta tese apresenta e demonstra a viabilidade da utilização de modelos de blocos de classificação geomecânica – RMR e Sistema Q, estimados a partir de testemunhos de sondagem para o dimensionamento e zoneamento da malha dos sistemas de reforço de escavações subterrâneas e previsão da quantidade e custos com estes dispositivos. Além da comparação dos resultados dos métodos de estimativas por krigagem dos indicadores, krigagem ordinária, interpolação pelo inverso do quadrado da distância e interpolação pelo vizinho mais próximo para a construção de modelos de blocos geomecânicos que representem a qualidade do maciço rochoso. Juntamente com a influência das dimensões dos blocos (2 x 2 x 2 m e 5 x 5 x 5 m) nos resultados finais das estimativas. Os trabalhos de modelagem tridimensional incluíram a descrição geotécnica de testemunhos de sondagem; coleta de dados e confecção dos modelos de blocos das variáveis geomecânicas; e a elaboração do modelo de blocos de dimensionamento de reforço através da análise das dimensões da escavação e qualidade do maciço rochoso. As metodologias de dimensionamento de reforço e suporte de Barton e da Norwegian Road Authority foram utilizadas como exemplo nesta tese. Os dados utilizados neste estudo foram coletados a partir da descrição geotécnica de 39 furos de sonda com uma medida total de 4.015 metros na Mina Fazenda Brasileiro, localizada na cidade de Teofilândia, Estado da Bahia, Brasil. Os resultados permitiram afirmar que a krigagem por indicadores é o método mais indicado para estimativas de variáveis geomecânicas. Em relação às dimensões dos blocos adotados nas estimativas, os resultados obtidos tiveram poucas alterações. Entretanto os modelos com blocos de dimensões (2 x 2 x 2 m) apresentaram maior grau de detalhamento devido a maior variância dos resultados. Por sua vez, os modelos de blocos de dimensionamento de reforço e suporte propostos permitiram realizar o dimensionamento prévio da malha de reforço durante a fase de planejamento ou operação da mina, onde para cada bloco do modelo é calculado e definido o tipo de reforço ou suporte necessário. O dimensionamento prévio da malha de reforço possibilitou uma aplicação direta e específica dos modelos de blocos geomecânicos, em vez de uma utilização somente de representação e zoneamento da qualidade e/ou das características geomecânicas do maciço rochoso. Ademais, o dimensionamento prévio permite a maximização do aproveitamento das informações contidas nos testemunhos de sondagem, demonstrando a eficácia e o pioneirismo da utilização de modelos de blocos de dimensionamento de reforço para escavações subterrâneas, e fornece uma aplicação direta e específica dos modelos de blocos geomecânicos. Os modelos de blocos confeccionados foram validados por meio das técnicas de inspeção visual e validação cruzada. A precisão das estimativas para o zoneamento dos sistemas de suporte para a Mina Fazenda Brasileiro foi verificada pela comparação dos valores do índice do Sistema Q obtidos diretamente das paredes laterais da galeria durante o avanço da escavação.
Cinética de flotação no sistema hematita e quartzo com uso de óleos vegetais.
(2020) Milhomem, Felipe de Orquiza; Luz, José Aurélio Medeiros da; Nogueira, Francielle Câmara; Alexandrino, Júnia Soares; Lima, Neymayer Pereira; Rodrigues, Otávia Martins Silva; Luz, José Aurélio Medeiros da
Os coletores são insumos primordiais na flotação, que é o método mais empregado para concentração de materiais de baixo teor e com grau de liberação adequado somente na faixa fina. O processamento físico-químico de minério de ferro usual é por meio da rota catiônica reversa, que é bem sensível à presença deletéria de finos. A flotação aniônica direta, por outro lado, é menos sensível aos finos e se mostra com potencial para flotação de minério de ferro, principalmente para minérios de baixos teores e com muitos finos, podendo ser usados ácidos graxos, hidroxamatos ou sulfonatos como coletores. A ganga, pode ser deprimida por fluossilicatos, metassilicatos ou polissacarídeos. Em vista de que muitos óleos vegetais são ricos em ácidos graxos constituintes, e o seu emprego na flotação levaria a menor impacto ambiental, este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial de aplicação de espécies vegetais (óleos de manga, palma e pequi) saponificadas como coletores na flotação aniônica direta de hematita. O oleato de sódio, que já é empregado como coletor na flotação aniônica direta, foi usado como referência. Ensaios de microflotação em célula de Fuerstenau foram realizados com sistemas purificados de quartzo e hematita, isolados e em misturas sintéticas. Os parâmetros cinéticos para os modelos clássico e retangular foram levantados. A melhor flotabilidade da hematita, de forma geral, fica próxima de pH 8,0 (máximo de concentração do dímero ionomolecular do carboxilato) para os minerais isolados, em presença só de coletor. A flotabilidade foi de 76,4 % para oleato de sódio, 74,3 % para óleo de pequi, 64,9 % para óleo de palma e 56,0 % para óleo de manga. Com misturas binárias, em pH 8, a melhor razão coletor/depressor foi de 900 g/t de coletor e 450 g/t de dextrina como depressor. Oleato de sódio apresentou índice de seletividade de Gaudin de 5,56 e recuperação metalúrgica de 84,76 %, seguido por manga (4,27 e 81 %), pequi (3,8 e 79,18 %) e palma (3,54 e 77,96 %). Houve melhora significativa para óleo de pequi (I.S. de 15,71 e recuperação metalúrgica de 94,02 %) e oleato (I.S. de 9,17 e recuperação metalúrgica de 90,17 %) ao se elevar a temperatura da polpa para 75 °C, durante o condicionamento. Óleo de manga e de palma foram pouco sensíveis ao aumento de temperatura. Ainda assim, pode-se dizer que o uso de sabões de óleos vegetais tem potencial para uso na flotação aniônica direta de minério de ferro, principalmente óleo de pequi aquecido.
Adequação do índice de blastabilidade de modelos de fragmentação ao desmonte de rochas em pedreiras de brita.
(2020) Quaglio, Osvail André; Silva, José Margarida da; Silva, José Margarida da; Morais, Juarez Lopes de; Silva, Valdir Costa e; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Destro, Elton
A construção civil é um dos principais parâmetros para avaliação de desenvolvimento da sociedade moderna, sendo reflexo da evolução humana em termos de tecnologia e bem-estar comum. Um dos insumos mais importantes, intrínsecos a essa indústria, são os agregados, utilizados na produção de concreto, lastro de rodovias, enrocamentos, pavimentação, entre outros. A escarificação do maciço rochoso, para a obtenção da matéria prima, em geral, é feita com auxílio de explosivos e procura produzir material dentro de faixa granulométrica pré-definida, otimizando operações subsequentes de cominuição, gerando o produto final de acordo com especificações técnicas exigidas pelo mercado. Pela natureza dos trabalhos, isso nem sempre é possível, sendo gerados, muitas vezes, blocos de rocha com granulometria maior do que a faixa esperada (matacões), acarretando custos e riscos relativos a equipamentos e pessoal. A geração excessiva de finos pode reduzir as metas de produção nas etapas subsequentes de beneficiamento do material, tornando o processo menos eficiente. Alguns métodos de cálculo são descritos na literatura para estimar o resultado do desmonte com a predição de curva granulométrica teórica resultante, o que permite melhor planejamento e simulação das variáveis geométricas do desmonte em função dos resultados esperados. No entanto, esses cálculos apresentam erros associados às diversas variáveis envolvidas, tendo como principal fator a incerteza na definição das características físicas do maciço rochoso como o módulo de Young e a presença de descontinuidades, que influenciam a ação dos explosivos. No presente trabalho foi realizada adequação dos modelos de cálculo de blastabilidade Kuz-Ram, KCO e Kuz-Ram modificado, de modo a aproximar a curva estimada do desmonte às curvas teóricas dos modelos citados, com utilização de ajustes propostos no fator de rocha (A) e índice de uniformidade de partículas (n). Os trabalhos foram realizados em duas pedreiras de brita do interior de São Paulo, Pedreira Mogiana e Pedreira Nogueirense. A escolha se dá devido à semelhança na litologia e no método de produção das pedreiras e variação na geração de matacões, em média, 24% e 16% de matacões, respectivamente. Os estudos aqui apresentados convalidaram a Técnica de Excitação por Impulso (TEI) para a determinação do módulo de Young, com custos de 90% e tempo de execução 80% inferiores em relação ao método de compressão uniaxial (tensão x deformação) e a fotoanálise por meio do software WipFrag para a definição da curva estimada de distribuição de partículas. Em relação ao fator de rocha A, foram reduzidos os erros em 44% e 24% (D50). Os ajustes das curvas de distribuição granulométrica teórica reduziram os erros em 18% e 21% para as partículas finas (em n20), abaixo da média e 20% e 23% para as partículas acima da média (em n80), para as Pedreiras Mogiana e Nogueirense, respectivamente.
Análise via simulação da ventilação em mina subterrânea - estudo de caso mina Córrego do Sítio I.
(2019) Costa, Leandro de Vilhena; Silva, José Margarida da; Silva, José Margarida da; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Souza, Henor Artur de; Candia, Renan Collantes; Torres, Vidal Félix Navarro
A liberação de calor é um dos fatores que influenciam nas taxas de produção e na eficiência operacional na lavra subterrânea. Esse trabalho mostra a análise do calor liberado na mina subterrânea de estudo. São apresentados estudos como a possibilidade de substituir parte da frota por caminhões elétricos que reduziria significativamente a liberação de calor devido a emissão de zero poluentes, mudanças nos procedimentos operacionais e a construção de um poço de exaustão. Esta avaliação é realizada por meio de medições de calor em campo, análise dos bancos de dados e softwares de modelagem. A redução da quantidade de calor na mina melhoraria o sistema de ventilação, o ambiente de trabalho, o que resultaria em condições adequadas de saúde, segurança e eficiência dos funcionários. Estima-se que que a substituição por equipamentos elétricos reduziria em 40% a demanda por ventilação. São investigadas as principais características do sistema de ventilação em uma mina localizada na região central de Minas Gerais usando o método de realce em subníveis (sublevel stoping), com a ideia de analisar seu comportamento específico em termos de particularidades do fluxo de ar e troca de calor. Dados relativos às condições de ventilação subterrânea são coletados de 2017 a 2019. Primeiro, é necessário criar um banco de dados com diversas variáveis impactantes na ventilação e posteriormente analisar qual(is) dela(s) intefere(m) no sistema no curto e médio prazo. A consideração desses fatores resulta em um planejamento de lavra mais eficiente, reduzindo-se gastos e aumentando a produtividade e consequentemente os lucros.
Estimativa da quantidade de mercúrio usada em uma mina de ouro abandonada e avaliação das técnicas de remediação da área contaminada, em Descoberto – MG.
(2019) Miranda, José Fernando; Lima, Hernani Mota de; Curi, Adilson; Lima, Hernani Mota de; Prado Filho, José Francisco do; Lacerda, Carla Maria Mendes; Flores, José Cruz do Carmo; Silva, Valdir Costa e
A contaminação de solos por metais pesados tem gerado dois grandes problemas em nível mundial. Primeiro, devido à perda do valor do solo e segundo, referente ao risco à saúde das pessoas próximas aos locais contaminados. Em 2002, uma quantidade significativa de mercúrio, oriunda de uma mina de ouro abandonada, foi encontrada numa área rural do município de Descoberto/MG. Durante quase 12 anos, os órgãos fiscalizadores, a par de muitos estudos, limitaram-se a interditar a área, construir caixas de sedimentação, canais de drenagem e barreira de contenção. Medidas meramente paliativas que sequer tocaram o cerne do problema. Em 2014, o Ministério Público Estadual, mediante Ação Civil Pública, que citou o Estado de Minas Gerais e a Fundação Estadual de Meio Ambiente (FEAM) como responsáveis pela gestão do passivo e exigindo a implementação de um projeto de remediação para a área contaminada, adotando a filosofia aplicada para fechamento de mina. A alternativa técnica de remoção do solo contaminado e disposição em aterro Classe I, considerando o cenário vigente à época, foi apresentada pela GEOKLOCK Consultoria e Engenharia Ambiental Ltda., e aprovada pela FEAM sem avaliação de outras técnicas. Este estudo buscou entender como se deu a contaminação, estimou a provável quantidade de mercúrio lançada no meio ambiente (1344 kg), e aquela ainda existente na área contaminada (820 kg). Visando a subsidiar a tomada de decisões por parte dos Órgãos Gestores da descontaminação, este estudo avaliou alternativas de remediação da área além daquela aprovada pela FEAM, mediante uma análise de custo/eficiência. O método eletrocinético apresentou o menor custo unitário, US$ 120,00/t e US$ 260,00/t, conforme se utiliza o menor e o maior custo absoluto, respectivamente. A concentração de Hg residual, após quatro ciclos da técnica eletrocinética, resultaria 1,28 mg(Hg)/kg(solo), ligeiramente superior ao limiar admissível para solo agrícola, que é de 1,2 mg(Hg)/kg(solo).
Influência de íons Mn2+ na depressão de quartzo e espessartita em gondito de manganês.
(2019) São José, Fábio de; Pereira, Carlos Alberto; Pereira, Carlos Alberto; Henriques, Andréia Bicalho; Peres, Antônio Eduardo Clark; Albuquerque, Rodrigo Oscar de; Lima, Neymayer Pereira
A flotação pode ser usada para a concentração de minérios de manganês de baixo teor, assim como se estabeleceu para os minérios de ferro também de baixo teor, pois se adequa ao processamento de minérios complexos, com gangas silicatadas, considerável proporções de óxidos de ferro e wad, além da granulometria fina para liberação. A literatura reporta estudos sobre o emprego da flotação como técnica para concentração do minério de manganês de baixo teor, mas pouco se exploram os fundamentos do processo, como a influência de espécies iônicas sobre o comportamento da ganga. Assim, o foco desta pesquisa foi analisar o comportamento de quartzo e espessartita quando condicionados na presença e ausência de íons Mn2+ além de depressores e coletores. As elevadas proporções de quartzo (acima dos 50%) e espessartita nos minérios de manganês de baixo teor caracterizam os chamados gonditos e tal fato se impõe como dificuldade para concentração do minério. Estudos de microflotação desta pesquisa apontaram que o pH 10 foi determinante pois, para o quartzo condicionado com silicato de sódio neste pH, obteve-se redução de flotabilidade de 12,97%, enquanto para espessartita tal redução foi de 33,85%. Íons Al3+ e Mn2+ superficiais na espessartita podem atuar como pontos preferenciais de ancoragem de espécies como SiO(OH)3 – e Si4O6(OH)6 2-, que se adsorvem por mecanismos de natureza química. A ordem de adição entre o depressor e Mn2+ mostrou importância, pois o íon adicionado antecipadamente elevou a depressão dos minerais. O coletor amida associado ao silicato de sódio levou aos resultados com menores recuperações para quartzo e espessartita. Por outro lado, o mesmo coletor, com silicato de sódio e na presença de íons Mn2+ foi o que proporcionou a melhor flotabilidade da pirolusita. No entanto, ao considerar apenas a adição de coletores, notou-se que o oleato de sódio se posicionou como o melhor por recuperar 84,44% da pirolusita. Na fase de avaliação de rotas para concentração do gondito, como objetivo secundário, a flotação em bancada com oleato de sódio se assemelhou àquela com amida de ácido graxo. A adição de Mn2+ após o silicato de sódio mostrou melhora com a redução de manganês e simultâneo aumento da sílica no rejeito, indicativo de depressão seletiva do quartzo. De outro modo, quando os íons Mn2+ foram adicionados antes do silicato de sódio, elevou-se manganês e sílica no rejeito, fruto de provável depressão preferencial da espessartita. Oleato de sódio (500 g/t) com Mn2+ (500 g/t) adicionados antecipadamente ao silicato de sódio levaram à melhor recuperação de manganês no concentrado. Já a amida pareceu influenciar menos na flotabilidade da sílica, contribuindo para maior recuperação desse composto no rejeito. A concentração magnética como etapa rougher mostrou ser viável, pois se obteve recuperações de 92,48% (22,84% Mn) e 90,74% (22,25% Mn) para as faixas de - 147 a 38 μm e -38 μm (“lama”), respectivamente para intensidade de campo de 15.500 e 12.000 Gauss.
Modelos para previsão do limite de umidade para transporte marítimo de finos de minério de ferro - TML.
(2019) Ferreira, Rodrigo Fina; Lima, Rosa Malena Fernandes; Lima, Rosa Malena Fernandes; Klen, André Monteiro; Gontijo, Carlos de Figueiredo; Pereira, Tiago Martins; Gomes, Romero César
O transporte marítimo de minérios é um elo essencial na cadeia produtiva da mineração, sendo regulamentado em âmbito internacional pela Organização Marítima Internacional (IMO), em cujo arcabouço regulatório figuram leis que visam garantir a segurança das operações. Dentre outras cargas minerais úmidas, os finos de minério de ferro com percentual de goethita inferior a 35% são susceptíveis a liquefação durante o transporte marítimo, em determinadas condições. Este fenômeno pode deslocar a carga e colocar a embarcação e sua tripulação em risco. Para que sejam embarcadas, a lei internacional exige que sua umidade seja inferior ao Limite de Umidade Transportável (TML). Para finos de minério de ferro este parâmetro pode ser obtido pelo teste de Proctor/Fagerberg Modificado para Finos de Minério de Ferro (PFD80), um teste de compactação que consiste em se compactar o minério a uma energia de 27,59 kJ/m³ em diferentes umidades, sendo o TML a umidade em massa base úmida na qual o minério atinge 80% de saturação. O presente estudo propõe três modelos de previsão do TML de finos de minério de ferro definido pelo teste PFD80, utilizando parâmetros obtidos na caracterização tecnológica, e um modelo baseado em um teste de compactação simplificado. Os modelos propostos são ferramentas auxiliares para pesquisa e controle do TML nas operações, que reduzem o tempo de resposta e a quantidade de amostra requerida, e apresentaram boa aderência em comparação com resultados medidos, incluindo dados de outros autores. O estudo avaliou como diferentes características dos minérios influenciam no TML. Como o TML corresponde à umidade na qual 80% dos vazios estão preenchidos por água, ele é proporcional ao volume de vazios. Portanto, parâmetros que influenciam no volume de vazios resultante da compactação influenciam no TML. O estudo constatou que a distribuição granulométrica apresenta o maior nível de influência no TML, e o coeficiente de uniformidade (D60/D10) representa numericamente esta influência. A composição mineralógica influencia o TML de duas formas: refletindo a morfologia das partículas através dos tipos morfológicos de hematita, e indicando minerais com maiores níveis de porosidade, como a hematita martítica e alguns tipos de goethita. A análise química também reflete alguns tipos de minerais presentes, e o grau de hidratação do minério está diretamente relacionado às variações de TML. Sendo expresso em umidade em massa base úmida, o TML também está relacionado à massa específica dos sólidos.
Agregação hidrofóbica aplicada ao beneficiamento de finos de minério de ferro.
(2019) Nogueira, Francielle Câmara; Pereira, Carlos Alberto; Rodrigues, Otávia Martins Silva; Pereira, Carlos Alberto; Peres, Antônio Eduardo Clark; Chaves, Arthur Pinto; Galery, Roberto; Reis, Érica Linhares
No cenário atual da mineração, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas com objetivo de reaproveitar todo material que é depositado em barragens. Grande parte desse material é composto pelo rejeito proveniente das plantas de beneficiamento mineral, entretanto outra parcela é composta por finos de minério, que apesar dos teores de elementos úteis relativamente altos, não conseguem ser processados pelos métodos tradicionais de concentração. Várias alternativas têm sido propostas, dentre as quais se destaca o processo de agregação hidrofóbica por cisalhamento. Diferente dos processos usuais de aglomeração em que são utilizados floculantes ou coagulantes inorgânicos, essa técnica promove a agregação de partículas minerais, seletivamente hidrofobizadas pela ação de coletores, em um sistema submetido a uma intensa agitação. Os agregados hidrofóbicos formados são capazes de aderir na bolha e serem recuperados através da flotação. Apesar do potencial, este processo ainda possui aplicação limitada na indústria mineral brasileira, o que pode ser atribuído à disponibilidade de minérios de fácil processamento e à falta de compreensão a respeito do assunto. Este fato motivou o desenvolvimento desta pesquisa, que teve como objetivo estudar a aplicabilidade da agregação hidrofóbica por cisalhamento para auxiliar a flotação reversa do minério de ferro com granulometria (90% < 38 μm). Primeiramente, foram realizados estudos de agregação utilizando o quartzo. Em seguida, foram realizados ensaios de flotação de bancada, com a etapa de condicionamento em alta intensidade, com o minério de ferro. Para os estudos fundamentais, foram testados diferentes valores de pH, velocidade e tempo de agitação, tipo e concentração de coletor identificando as melhores condições de agregação do quartzo. Os coletores utilizados para hidrofobização dos minerais foram uma amina primária, uma etermonoamina e uma eterdiamina. Os resultados mostraram que não houve agregação das partículas na ausência do coletor, mesmo condicionadas em alta intensidade, comprovando a importância da hidrofobicidade das partículas para formação e crescimento dos agregados. Em relação a intensidade de agitação, o índice de agregação aumentou com a velocidade de rotação. Dentre os valores testados, em 500 rpm, o índice de agregação ficou muito próximo aos testes sem agitação. Em 3.000 rpm, apesar dos maiores índices de agregação, o tamanho dos agregados diminuiu, devido ao forte cisalhamento causado pela agitação do sistema. Quanto a carga das partículas, não foi possível relacionar a agregação do sistema com o potencial zeta das partículas, uma vez que foi observada agregação em altos módulos de potencial zeta, comprovando que a hidrofobicidade é o fator que governa este processo de agregação. Nos ensaios de flotação em bancada, observou-se para todos os reagentes testados um aumento significativo do índice de seletividade com o aumento da velocidade de condicionamento do sistema, com os maiores IS obtidos em 2.200 rpm. O aumento da porcentagem de sólidos de 30 % para 50% também contribuiu para o processo de separação. Quanto a quantidade de coletor, verificou-se que as dosagens de 150 g/t e 200 g/t garantiram melhor seletividade. Ao comparar os reagentes testados, a etermonoamina apresentou os melhores parâmetros de qualidade, ou seja, menor quantidade de sílica e consequente maior teor de ferro no concentrado que os outros reagentes testados. Já a eterdiamina alcançou maiores valores de produtividade quando comparada com a etermoamina. A análise dos resultados permitiu concluir que a agregação hidrofóbica é uma técnica promissora para a recuperação de partículas finas de minério de ferro.
Análise de risco geotécnico em taludes rochosos de mina com uso de técnicas estatísticas multivariadas e de aprendizado de máquina.
(2019) Santos, Tatiana Barreto dos; Lana, Milene Sabino; Klen, André Monteiro; Canbulat, Ismet; Lana, Milene Sabino; Carneiro, Cláudia Aparecida Nonato Gomes; Charbel, Paulo André; Pereira, Thiago Martins; Destro, Elton
O controle do perigo e risco de rupturas em taludes rochosos é uma preocupação em taludes urbanos, rodoviários e de minas. O risco geotécnico é definido matematicamente pela probabilidade da ocorrência da ruptura do talude vezes as consequências adversas desta. É de conhecimento da comunidade geotécnica que a probabilidade de ruptura em taludes rochosos está relacionada às características da rocha intacta e das descontinuidades presentes nos maciços rochosos. Quanto às consequências associadas às rupturas em empreendimentos mineiros pode-se citar: as perdas econômicas e humanas. Os sistemas de análise de risco utilizados normalmente são essencialmente qualitativos e carecem, muitas vezes, de embasamento estatístico. Este trabalho propõe metodologias de análise de perigo e risco baseado no uso de técnicas de estatística multivariada e de aprendizado de máquina. Sistemas de análise de perigo e risco foram propostos. O sistema de análise de perigo foi construído utilizando análise de componentes principais e análise discriminante, com taxa de erro igual a 11,36%. Por fim um gráfico de análise de perigo foi gerado utilizando a distância de Mahalanobis. O sistema de análise de risco foi construído utilizando regressão logística e árvores de classificação. A técnica de regressão logística foi utilizada para gerar uma função de predição capaz de se determinar a probabilidade de que um talude de mina seja estável ou não. A função apresentou taxa de erro igual a 7,95%. A técnica de árvores de decisão foi utilizada para gerar um sistema em que se determina os níveis de consequências adversas da ruptura. A árvore gerada apresentou taxa de erro igual a 18,18%. Por fim foi proposta uma matriz de risco. O sistemas de análise de perigo e risco propostos podem igualmente serem aplicados em taludes rochosos de mina de qualquer natureza. Para obtenção dos sistemas de análise de perigo e risco foi utilizado um banco de dados de 88 taludes de mina localizados em diversos países do mundo. Ambos os sistemas propostos são fáceis de serem utilizados e aplicados de forma expedita em empreendimentos mineiros de grande a pequeno porte.

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