DEMIN - Departamento de Engenharia de Minas
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Item Impacto da pandemia no custo ponderado de capital em empreendimentos minerais.(2023) Resende, Tamires Gomes; Souza, Felipe Ribeiro; Souza, Felipe Ribeiro; Miranda, José Fernando; Oliveira, Michel MeloDiante de um momento de incertezas como uma pandemia global, a decisão de investir ou não em um projeto pode trazer consequências irreversíveis. Sendo assim, a análise econômica de um empreendimento deve ser feita cuidadosamente, considerando acima de tudo, os riscos e retornos associados a cada ativo. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo realizar uma análise do custo ponderado de capital para avaliar os impactos causados pela crise da pandemia da Covid-19 nos empreendimentos minerais. Uma vez que permite considerar todos os indicadores econômicos e suas constantes modificações, o modelo CAPM (Capital Asset Pricing Model) surge como uma metodologia capaz de encontrar a taxa mínima de atratividade ou taxa de retorno de um empreendimento. O software NPV Studio permite encontrar, para uma reserva fictícia, o valor presente líquido correspondente a cada uma das taxas de retorno encontradas, permitindo a análise de diferentes cenários, que variam de acordo com o posicionamento do investidor. Foi possível observar o aumento do custo de capital em quase todos os cenários, exceto para as commodities de metal. Apesar das perspectivas negativas, fatores como o aumento da demanda internacional e a manutenção das atividades contribuíram para o resultado.Item Uso da simulação para avaliar plano operacional de Lavra definido por modelo de otimização baseado em algoritmos genéticos.(2023) Braga, André Teixeira; Cabral, Ivo Eyer; Destro, Elton; Cabral, Ivo Eyer; Gomes Júnior, Aloísio de Castro; Pantuza Júnior, GuidoA dinâmica de um plano operacional de lavra baseia-se no conhecimento dos diversos teores os quais atribuem diferentes qualidades ao minério encontrado em cada frente de lavra, para que, havendo a mistura deles, os parâmetros de qualidade exigidos pelo beneficiamento e pelo cliente final sejam alcançados. Com base nisso, foi desenvolvido um aplicativo computacional capaz de estabelecer, em um tempo aceitável de processamento, um plano operacional de lavra em uma mina a céu aberto, visando atender aos parâmetros propostos (parâmetros de controle da qualidade da mistura, metas de produção, relação estéril-minério e taxa de utilização média dos caminhões), bem como definir o número de viagens em cada frente de lavra (produção de cada frente). O desenvolvimento do aplicativo computacional foi realizado no ambiente de desenvolvimento integrado (Integrated Development Environment - IDE) Lazarus, que utiliza a linguagem de programação Pascal. O código implementado no aplicativo computacional foi definido por um modelo de otimização baseado em Algoritmos Genéticos (AG). O último passo foi a realização da simulação dos resultados encontrados com o aplicativo computacional desenvolvido, com o objetivo de realizar a avaliação dos resultados encontrados utilizando testes estatísticos, mais especificadamente, testes de hipóteses. Para a simulação foi utilizado o software de simulação Arena.Item Caracterização e concentração do minério da mina de Extremo Norte (Vazante-MG).(2023) Rodrigues, Karine Fernandes; Pereira, Carlos Alberto; Nogueira, Francielle Câmara; Pereira, Carlos Alberto; Silva, Denilson da Costa; Alexandrino, Júnia Soares; Oliveira, Michelly dos SantosNo presente trabalho foram realizados estudos do minério de zinco, chumbo e prata proveniente da mina de Extremo Norte, com objetivo de aumentar a recuperação de chumbo. A piromorfita (Pb5(PO4)3Cl) - principal mineral portador de chumbo contido no minério estudado - pode ser recuperada de forma eficiente no processo de flotação, utilizando o coletor oleato de sódio (NaOL). No entanto, o fato da dolomita (CaMg(CO3)2) ser o principal mineral de ganga presente no minério estudado, faz com que a seletividade do NaOL em relação a piromorfita seja comprometida. Nesse sentido, para uma separação eficiente dos minerais estudados, foi avaliado o efeito depressor dos reagentes carboximetilcelulose (CMC), ácido cítrico (AC) e ácido etilenodiamino tetra-acético (EDTA), por ensaios de microflotação e medidas dos ângulos de molhamento. Um estudo detalhado do minério de Extremo Norte foi realizado, incluindo caracterização física, química e mineralógica pelo TIMA (Tescan Integrated Mineral Analizer). Por fim, utilizando as condições que se mostraram promissoras nos ensaios de microflotação, foram realizados ensaios de flotação em bancada. Os resultados obtidos nos ensaios microflotação indicaram que o CMC e o AC reduziram acentuadamente a recuperação de dolomita, sem prejudicar a flotabilidade da piromorfita. No entanto, o EDTA não atuou de forma eficiente na depressão da dolomita. Os valores dos ângulos de molhamento apresentados pela mistura de NaOL e depressor foram intermediários aos valores apresentados pelos tratamentos realizados com a água destilada e com o NaOL puro, corroborando os resultados obtidos nos ensaios de microflotação. A caracterização mineralógica, realizada pelo TIMA, mostrou que o minério estudado é composto majoritariamente por hematita, willemita e dolomita, apresentando uma quantidade pequena de piromorfita. Além disso, essa análise mostrou um baixo grau de liberação para essas fases minerais, especialmente para a piromorfita. Os resultados obtidos nos ensaios de flotação indicaram uma baixa seletividade do coletor NaOL em relação a piromorfita. Os resultados obtidos nesse trabalho mostraram que, devido as características do minério de Extremo Norte, a concentração de Pb por flotação não é viável. Adicionalmente, foi desenvolvido um estudo sobre o efeito do potencial redox da polpa na recuperação da galena, utilizando amil xantato de potássio (KAX) como coletor. Ensaios de microflotação analisaram a flotabilidade da galena sob um potencial anódico, induzido por peróxido de hidrogênio, e sob um potencial catódico, induzido por sulfeto de sódio. A influência de diferentes estágios de oxidação da superfície desse mineral em sua flotabilidade também foi analisada. Além disso, foram realizadas medidas do potencial zeta e dos ângulos de molhamento. Os resultados dos ensaios de microflotação mostraram que a galena tem uma alta flotabilidade na ausência e na presença do coletor KAX. Observou-se que uma oxidação moderada na superfície desse mineral pode contribuir para uma melhoria na sua flotabilidade com o coletor KAX. No entanto, potenciais extremamente anódicos e catódicos causam flotabilidade próxima de zero. Os resultados do potencial zeta mostraram que o sulfeto de sódio afetou a interação entre KAX e a galena. As medidas do ângulo de molhamento corroboraram com os resultados obtidos nos ensaios de microflotação. De acordo com esses resultados, o controle do potencial redox da polpa pode tornar a flotabilidade da galena, com o coletor KAX, mais eficiente.Item Electroconductímetro con Arduino para monitoreo en celda de flotación.(2023) Guerrero Vargas, Jorge Carlos; Luz, José Aurélio Medeiros da; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Luz, José Aurélio Medeiros da; Milhomem, Felipe de Orquiza; Silveira, Marcus Alexandre de Carvalho Winitskowski daA retenção dinâmica da fase gasosa na suspensão, conhecida como (hold-up), é um parâmetro importante nos sistemas de flotação, já que é influenciada pelo fluxo volumétrico do gás inserido e pelo diâmetro das bolhas, refletindo a área interfacial disponível para a aderência de partículas hidrofóbicas. Portanto, neste estudo, desenvolveu-se um eletrocondutivímetro operando a 1,0 kHz, com o propósito de atenuar os efeitos da eletrólise no eletrodo. O desenho do eletrodo anular permitiu maior mobilidade do fluido e das partículas suspensas. O circuito eletrônico desenvolvido é compatível com o Arduino Uno, já que o Arduino é um microcontrolador com uma plataforma de arquitetura aberta que permite medições em tempo real e através da calibração com soluções padrão de KCl, a 25 °C foi obtido um intervalo de medição de 0,002 S/m a 1,000 S/m. Os testes de condutividade elétrica envolveram uma dispersão de sólidos binários em diferentes porcentagens (0%, 15%, 28%, 45%, 60%, 75% e 100%). Foram utilizados dois tipos de esferas de vidro, denominados sólidos finos (diâmetro 1,747 x 10-5 m) e sólidos grossos (diâmetro 1,08 x 10-3 m), da mesma forma, foram realizados testes com esferas suspensas em farinha de mandioca em três concentrações volumétricas controladas (0%, 12% e 24%). Estes experimentos buscaram simular bolhas de ar dispersas aleatoriamente em um meio contínuo, (como uma suspensão aquosa de minerais finos em uma célula de flotação). Subsequentemente, foram realizados ensaios com uma célula Denver em escala laboratorial para investigar a interface gás-líquido, utilizando óleo de pinho (principalmente constituído por alfa-terpineol) como agente espumante, com uma dosagem de 0,1%. O propósito de todos esses experimentos foi avaliar a aplicabilidade, (ou eventualmente, aprimorar a precisão) da equação clássica de Maxwell, que correlaciona a eletrocondutividade de um sistema composto por esferas dispersas (inclusões) com propriedades elétricas discrepantes da fase contínua.Item Efeito das tensões dinâmicas produzidas pelos desmontes de rochas no dimensionamento ótimo de pilares de Mina.(2023) Cano Nunez, Alcides Eloy; Silva, José Margarida da; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Paneiro, Gustavo André; Munaretti, Enrique; Iramina, Wilson Siguemasa; Silva, José Margarida daNa lavra subterrânea, um dos métodos mais utilizados para corpos de minério de baixa inclinação e baixa profundidade relativa é o de câmaras e pilares (C&P). Um dimensionamento ótimo das escavações nesse método envolve uma análise criteriosa das forças que participam ou carregam a estrutura do pilar, bem como, das lajes que compõem o teto dos vãos. O pilar é o principal sistema de suporte natural e, para tanto, deve atender às solicitações de resistência, garantindo a lavra do recurso mineral. O pilar tem tanto o topo quanto sua base sob esforços listostáticos, isto é, tensões normais e cisalhantes; assim também, a estrutura em questão é exposta a tensões dinâmicas provenientes dos desmontes de rochas, durante os estágios de produção mineral. A combinação das tensões litostáticas e dinâmicas configura um estado real de tensões que age na estrutura geotécnica. Uma prática comum no dimensionamento de pilares de mina é desconsiderar as tensões geradas pela onda sísmica, sob alegação que as magnitudes destas tensões não interferem na resistência do pilar. Tal prática aplicada no dimensionamento, que visa encontrar a seção transversal de suporte do pilar, é questionável por envolver subjetividade. Portanto, uma metodologia simplificada induz a erros na avaliação das forças e, a estrutura de sustentação pode trabalhar em condição de fadiga, o que levaria a apresentar porções em fase de coalescência e deformação, situação que evidencia a quebra dos seus parâmetros de resistência. Diante do exposto, foi estudado o problema de dimensionamento de pilares de mina em uma mineradora subterrânea localizada a 350 metros de profundidade e, nesta tese, se propôs identificar e estimar as tensões dinâmicas provenientes dos desmontes de rochas via algoritmos matemáticos, bem como representar o comportamento da onda sísmica no modelo de simulação. Após análises de otimização foi encontrada uma tensão de 4,87 MPa, enquanto, segundo a simulação, o valor da tensão dinâmica foi de 5,28 MPa e, estes valores agem na parede do pilar.Item Os fundamentos da transformação digital nas operações de lavra : pessoas, processos e tecnologia.(2023) Felsch Junior, Walter Schmidt; Lima, Hernani Mota de; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Lima, Hernani Mota de; Morais, Juarez Lopes de; Tomi, Giorgio Francesco Cesare de; Rodovalho, Edmo da Cunha; Souza, Felipe RibeiroA mineração está em constante evolução em seus processos produtivos. Com o advento das tecnologias de sistemas embarcados, transmissão remota de dados e processamento computacional, novas ferramentas, processos e atribuições de pessoas surgiram na indústria mineral. No entanto, o uso de novos produtos associados a tecnologia demandam uma série de ajustes e adaptações no âmbito de processos e pessoas. As competências e qualificações pessoais não são frequentemente atualizadas ao mesmo ritmo que as evoluções tecnológicas. Além disso, a literatura não define soluções para medir a influência do fator humano nos processos das operações de mina a céu aberto. Para lidar com a gestão operacional na mineração devem ser considerados três fatores principais: pessoas, processos e tecnologia. A interação entre estes três fatores deve atingir um ponto ótimo para evitar a alienação, a frustração e o caos tecnológico. Esta tese fornece novos métodos que visam aprimorar a capacitação de pessoas nos centros de controle operacionais, inserir processos automatizados para análise de dados em tempo real, introduzir trabalhos técnicos referentes a sistemas de telemetria e GPS de alta precisão, e destaca os benefícios da implementação de caminhões autônomos na mineração. O estudo que envolve a capacitação de pessoas culminou no aumento da capacidade produtiva da frota de transporte em 19%. A prática de análise dados em tempo real e estruturação de processos resultou no aumento da produtividade de carregamento em 4,71%, além de reduzir em 6,8% as filas no carregamento. A utilização de dados de telemetria associado a um processo bem definido de ações e responsabilidades de pessoas gerou a redução dos custos operacionais de 3,3%. O controle de drenagem realizado por pontos de GPS de alta precisão se mostrou mais eficaz comparado com a metodologia tradicional e possui um alto potencial para melhorias na segurança e redução de ineficiências operacionais. A simulação da operação com o cenário autônomo constatou aumentos na produtividade e utilização das frotas de carga e transporte e evidenciou que a preparação da mina para o recebimento da tecnologia pode gerar resultados expressivos.Item Aumento do teor de ferro de produtos granulados por meio da remoção de minerais de ganga por tecnologia Ore Sorting.(2023) Melo, Jonathan Alves Gomes Ferreira; Silva, José Margarida da; Lima, Neymayer Pereira; Silva, José Margarida da; Petter, Carlos Otávio; Luz, José Aurélio Medeiros daNos últimos anos, as commodities minerais têm levado as mineradoras a buscar soluções inovadoras no mercado para otimizar suas operações, manter a lucratividade, reduzir os riscos e aumentar solidez no mercado. Com o empobrecimento dos corpos minerais, e consequentemente menor oferta de minérios de alto teor, o beneficiamento tem tratado grandes volumes de ganga associados a porções de baixo teor. Realizar uma lavra seletiva é muitas vezes inviável do ponto de vista econômico. As tecnologias ore sorting e bulk ore sorting tornaram-se uma grande oportunidade em face de minérios cada vez mais difíceis e complexos de tratar, pois são adequadas para a eliminação de resíduos, para o desvio de materiais para diferentes fluxos de processo, para a produção de produtos pobres e com qualidade final, melhoria de qualidade de produtos de minério e reprocessamento de estéril. Este estudo é focado especificamente na tecnologia ore sorting para tratamento de granulados de minério de ferro, aplicada para partículas com tamanho entre 50 mm e 6,3 mm. Uma característica da tecnologia ore sorting é a versatilidade e a semelhança em múltiplas aplicações minerais. Baseado na necessidade de melhoria de qualidade química, o trabalho tem por objetivo avaliar os testes realizados com granulados de minério de ferro da Vale e pesquisar sob a ótica econômica um estudo de caso para a implantação da tecnologia em uma usina. Os testes mostraram que é possível aumentar o teor de ferro dos granulados de minério de ferro por meio da rejeição de partículas de baixa massa específica. Foram obtidos acréscimo de até 5 pontos absolutos no teor de ferro, porém com baixas recuperações. Além da classificação de partículas de baixa massa específica, os sensores demonstraram capacidade para identificar e rejeitar contaminantes como metais, cerâmicas, borrachas e plásticos. Os estudos da avaliação econômica indicaram que, para os cenários avaliados, o VPL é negativo, porém, quando comparado a um cenário de implantação de uma nova instalação para britagem do granulado de baixa qualidade, ela se torna mais atrativa.Item Aprendizado de máquina aplicado à moagem de minério de ferro.(2023) Silva, Daniel Henrique Cordeiro; Lima, Hernani Mota de; Alves, Vladmir Kronemberger; Alves, Vladmir Kronemberger; Souza, Ernandes Sávio de; Bergerman, Maurício GuimarãesO aprendizado de máquina, juntamente com outras novas tecnologias, desempenha um papel significativo no advento da Indústria 4.0, impulsionando a otimização de vários processos em diversos setores, incluindo o Tratamento de Minérios. Com a crescente disponibilidade de dados de chão de fábrica, algoritmos avançados podem aprimorar a tomada de decisões e aumentar a eficiência, reduzindo custos e aumentando a lucratividade. No beneficiamento de minério, algumas das oportunidades a serem exploradas estão atreladas à utilização das ferramentas de Big Data, Machine Learning e Inteligência Artificial, e podem trazer benefícios na manutenção preditiva, previsão de teores químicos ou de propriedades físicas, bem como controle e otimização de processos e redução do consumo de energia. Especificamente para processos como a moagem, ferramentas de aprendizado de máquina tendem a ter seus ganhos potencializados se combinados com modelos matemáticos consolidados – sejam eles empíricos ou fenomenológicos, advindos do conhecimento do processo. Este trabalho explora a combinação de aprendizado de máquina com modelos de processo já estabelecidos para prever a granulometria do produto em uma planta de moagem de minério de ferro, que é o principal parâmetro de qualidade a ser monitorado. O objetivo é investigar como essas equações podem contribuir para a um desempenho melhor dos modelos preditivos, de forma a otimizar a tomada de decisão operacional na unidade. Por fim, as métricas observadas indicam boa acurácia para os modelos desenvolvidos com a inclusão de equações de processo consagradas, com grande potencial de utilização em operação. Reafirma-se, então, que a ciência de dados e os modelos preditivos são ferramentas de significante potencial valor para otimizar e melhorar a eficiência e a qualidade do processamento mineral e das operações de moagem. Eles permitem que os operadores tomem decisões assertivas e medidas proativas para a melhoria nas operações.Item Utilização do rejeito do beneficiamento de zinco para aplicação agrícola.(2023) Lopes, Blenda Wyslia Magri; Pereira, Carlos Alberto; Pereira, Carlos Alberto; São José, Fábio de; Henriques, Andréia BicalhoA Nexa Resources é uma empresa de mineração e metalurgia com foco na produção de zinco, cobre e chumbo e possui seis minas polimetálicas localizadas no Peru e no Brasil. A unidade localizada na cidade de Vazante-MG, combinando todas as operações, está entre as cinco maiores produtoras de zinco do mundo. Para o aproveitamento da jazida de minério de zinco são feitas etapas de beneficiamento que acarretam na geração de rejeito, proveniente da etapa de flotação. Esse material está associado a elementos tais como: chumbo, cádmio, prata, cobalto, cobre, níquel e elementos terras-raras leves. Esses elementos possuem características contaminantes e demandam do desenvolvimento de uma forma técnica de redução dos seus teores que seja ambientalmente favorável, além de economicamente viável, com foco principal no chumbo (Pb) e cádmio (Cd) para que esse material possa ser reutilizado ou melhor armazenado. Uma alternativa para a utilização desse rejeito é a aplicação como pó calcário agrícola, com alto potencial nutritivo, corretivo de solo. Para isso, incorporou-se as amostras advindas do rejeito com carvão e cloreto de cálcio (CaCl2) em diferentes proporções. Posteriormente, testes exploratórios foram realizados em forno tubular rotativo variando a temperatura, o tempo de residência e a porcentagem de reagentes utilizados. A partir desses resultados, novos testes foram planejados e executados em testes de bancada e, por fim, em ambiente relevante, isto é, em um forno rotativo de maior capacidade para simular condições mais próximas às industriais. Esses testes também incluiram diferentes condições de temperatura, tempo e quantidade de reagentes utilizados, com o objetivo de obter melhores resultados quanto a porcentagem de Cd e Pb presentes nas amostras. Os testes exploratórios não obtiveram resultados efetivos quanto a redução dos teores de Cd e muito pouco eficientes em relação ao Pb, sendo possível notar maior tendência de redução quando o tempo do teste foi maior (90 e 120 min), quando houve a presença de CaCl2 e em temperaturas mais altas (1150°C). Os testes de bancada foram realizados sem a adição de CaCl2 e não foram totalmente efetivos, com resultados promissores envolvendo os testes com temperatura de 900°C, tempo de 120 min e 43% de carvão. Já para os testes realizados em ambiente relevante, os resultados indicaram efetividade quando o material foi submetido a temperatura de 900°C, com 40% de adição de carvão e 4% de CaCl2. Portanto, as variáveis envolvidas nesse estudo foram significativas para a redução do teor de chumbo e cádmio dentro do intervalo avaliado.Item Influência da goethita no limite de umidade transportável - TML de finos de minério de ferro.(2023) Paula, Raphael Lessa de; Lima, Rosa Malena Fernandes; Ferreira, Rodrigo Fina; Lima, Rosa Malena Fernandes; Lima, Neymayer Pereira; Alves, Vladmir KronembergerO Brasil é o segundo produtor mundial de minério de ferro, tendo produzido 460 milhões de toneladas no ano de 2021. Cerca de 360 milhões de toneladas desta produção foram exportadas, principalmente, para os seguintes países: China (68%), Malásia (6,4%) e Japão (3,6%). A exportação é feita via transporte marítimo, que é regulamentado em âmbito internacional pela Organização Marítima Internacional (IMO), visando garantir a segurança das embarcações e da tripulação, devido aos riscos químico, estrutural, de estabilidade e a possibilidade de liquefação das cargas úmidas de materiais a granel transportados. Por essa razão, a umidade dos produtos embarcados de minérios, tais como finos de minério de ferro, deve ser inferior ao Limite de Umidade Transportável (TML – Transportable Moisture Limit), que corresponde à umidade em massa (base úmida) para grau de saturação de 80%. Este parâmetro pode ser obtido por meio de teste de compactação, dentre eles cita-se o teste Proctor/Fagerberg Modificado para Finos de Minério de Ferro (PFD80). O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da proporção da goethita (FeO.OH) nos resultados do Limite de Umidade Transportável (TML) de finos de minério de ferro. Para tal, foi efetuada caracterização física (análise granulométrica, massa específica e área superficial específica), química e mineralógica (microscopia ótica e difração de raios X) de duas amostras naturais de finos de minério de ferro denominadas de amostra 1 (SF1), contendo 10,70% de goethita (PPC = 1,94% ) e amostra 2 (SF2) com 53,40% de goethita (PPC = 6,13%), que foram misturadas em diferentes proporções de SF1:SF2 (100:0; 0:100; 25:75; 33:67; 50:50; 67:33; 75:25) para posterior ensaios de Proctor (PFD80) e determinação do Limite de Umidade Transportável. Pelos resultados obtidos, foi constatado que, quanto maior o teor de goethita em produtos de finos de minério de ferro, foi obtido maior valor de TML, levando em consideração uma mesma distribuição granulométrica.