PPGEM - Mestrado (Dissertações)

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    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 Melo
    Diante 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.
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    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, Guido
    A 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.
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    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 da
    A 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.
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    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 da
    Nos 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.
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    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 Guimarães
    O 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.
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    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 Bicalho
    A 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.
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    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 Kronemberger
    O 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.
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    Desempenho de sistemas de cobertura por meio de modelagem numérica bidimensional para uma pilha de resíduo de bauxita filtrado.
    (2023) Silva Junior, Gedeon Carlos da; Souza, Felipe Ribeiro; Nogueira, Christianne de Lyra; Souza, Felipe Ribeiro; Nogueira, Christianne de Lyra; Maia, Karla Cristina Araújo Pimentel; Lima, Hernani Mota de
    O fechamento de estruturas geotécnicas é uma das etapas obrigatórias em qualquer empreendimento mineral. Um dos principais objetivos de qualquer fechamento desse tipo é a garantia da estabilidade física, química e biológica de longo prazo, com integração ao ambiente de maneira harmoniosa e redução dos impactos associados às atividades minerárias. Nesse sentido, a utilização de sistemas de cobertura se destaca como uma das estratégias mais eficientes para minimizar os impactos ambientais das estruturas de disposição de rejeitos. Este trabalho apresenta análises numéricas de interação solo-planta-atmosfera bidimensionais realizadas no software Seep/W 2023.1 para avaliar o desempenho de diferentes sistemas de cobertura para uma pilha de resíduo de bauxita não inerte filtrado. Para isso, inicialmente foram interpretados ensaios para definição dos parâmetros dos materiais disponíveis para cobertura, além da compilação de dados climáticos e estabelecimento de parâmetros da vegetação. Posteriormente, análises de sensibilidade realizadas avaliaram o refinamento da malha de elementos finitos dos modelos, características da vegetação e variação da geometria. Por fim, análises de cenários de cobertura indicaram que para o clima semiárido sistemas simplificados possuem bom desempenho, entretanto para o clima tropical amazônico apenas sistemas robustos formados por grandes espessuras de barreiras hidráulicas, ou pela utilização de geossintéticos, ou ainda pela utilização de sistemas compostos por barreiras hidráulicas e barreiras capilares, conseguiriam reduzir a infiltração líquida aos valores objetivados na análise. A utilização de modelos numéricos para a avaliação do desempenho de sistemas de cobertura se mostrou eficaz para realização de um primeiro filtro de todas as alternativas estudadas, além de possibilitar o entendimento, a partir de análises de sensibilidade, dos parâmetros e características que mais influenciaram nos resultados.
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    Resistência à compreensão uniaxial do enchimento de rejeito cimentado mina subterrânea de ouro Turmalina - Conceição do Pará/MG.
    (2023) Garcia, Daniel Henrique dos Santos; Silva, José Margarida da; Silva, José Margarida da; Pereira, Mariana Arruda; Santos, Rita de Cássia Pedrosa
    A estabilidade do maciço rochoso é essencial em todas as minas subterrâneas economicamente rentáveis. Neste contexto, o preenchimento de realces/blocos com pasta cimentícia vem sendo uma tecnologia importante na indústria da mineração, devido aos seus benefícios técnicos, econômicos e ambientais. Sabe-se que a segurança de trabalhadores e equipamentos, bem como a manutenção do ciclo de operação, estão diretamente conectados ao tempo de vida da mina. Nesta seara, a mineração subterrânea por corte e enchimento fornece a oportunidade de uma lavra seletiva e, consequentemente, recuperação de pilares que muitas das vezes são constituídos por teores de minério economicamente rentáveis, garantindo o principal objetivo de aumentar a rentabilidade. Um limitante deste método, no entanto, é que aumentando o teor de cimento das pastas de rejeito (pastefill), aumenta-se a resistência do aterro produzido em subsolo, porém leva-se ao aumento direto e exponencial do custo de mineração. Diante disso existe uma necessidade de analisar e estudar os rejeitos da planta de beneficiamento para serem aplicados como pasta de preenchimento mineral (pastefill) objetivando o pré-tratamento necessário e a proporção de cimento Portland necessários para alcançar resistência suficiente na aplicação segura do pastefill. Uma das propriedades importantes do enchimento é a sua resitência. Em algumas minas de cobre e ouro, encontram-se valores de resistência de cerca de 1MPa, com valores de 1 a 4% de ligante. Este estudo foi realizado com intuito de determinar, economicamente, a resistência ideal do enchimento tipo pastefill na Mineração Subterrânea de ouro Turmalina na cidade de Conceição do Pará em Minas Gerais, pertencente ao grupo Jaguar Mining. Amostras de rejeito filtrado “cake” foram coletadas diretamente da planta de beneficiamento e classificadas quimicamente (fluorescência e difração de raios X) e fisicamente (umidade; densidade, granulometria) por meio de ensaios laboratoriais. Foram reproduzidos em laboratório 48 corpos de prova divididos em quatro traços diferentes variando porcentagem de cimento Portland em 1%; 2,5%; 3,5% e 5% moldados em corpos de prova cilíndricos de 5x10 cm. Realizaram-se ensaios de mini abatimento (mini slump-test) e resistência à compressão uniaxial (MPa) de acordo com o tempo de cura, sendo aos 7, 14, 21 e 28 dias. A partir dos resultados, produziram-se curvas para análises e o estudo mostrou que uma pasta com 3,5% de cimento Portland na composição, para a granulometria original do cake da Mina Turmalina, apresentou um gráfico com tendência de crescimento, ou seja, que sua resistência não atingiu seu ganho máximo após os 28 dias de cura. Em tese, este traço permite forças suficientes que possam prevenir falhas, rupturas e colapsos no aterro artificial gerado no subsolo quando comparado com os demais. A pasta contendo 1% de cimento Portland não atingiu parâmetro de resistência à compressão uniaxial satisfatório, apresentando também elevado grau de retração dos corpos de prova na reprodução em laboratório. Para a participação de 5% de adição de ligante apresentou UCS de 1,12 MPa aos 28 dias de cura. Os resultados mostraram que são necessários mais de 28 dias para que o pastefill atinja sua resistência máxima em um ambiente não úmido. Isso implica diretamente o avanço de lavra, mostrando que há a necessidade de tal ciclo ser maior que quatro semanas e o confinamento lateral da pasta seja assegurado.
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    Modelo de simulação para sistemas produtivos integrado entre mina, usina e expedição.
    (2023) Rezende, Marcelo Vieira; Silva, José Margarida da; Destro, Elton; Silva, José Margarida da; Cabral, Ivo Eyer; Rodrigues, Lásara Fabrícia
    As cadeias produtivas industriais, entre elas a mineração, exigem cada vez mais eficiência e integração. Neste sentido, este trabalho propõe o uso da simulação por eventos discretos como ferramenta útil ao planejamento de produção e tomada de decisão em uma mineração, considerando as interferências entre mina, usina de tratamento de minérios e expedição, com enfoque em um horizonte de curto prazo (trimestral). O estudo de caso usou como base um empreendimento com sistema de lavra rígido e integrado por correias, da mina à expedição, com poucas possibilidades de estoque de material ao longo do circuito produtivo para possíveis misturas e ajustes da qualidade do material. Foram simulados cenários os quais propõem soluções para aumento de produção por meio de mudanças nas configurações técnicas do sistema produtivo e não por meio da identificação de melhores frentes de lavra na mina, uma vez que a lavra rígida impõe dificuldades a este tipo de solução. Este trabalho também traz, como um dos fatores geradores de paradas de produção, o tipo de material que está sendo manuseado. Isto é relevante, pois cada tipo de material pode causar um impacto operacional e/ou mecânico, a depender das proporções destes materiais em dado momento do modelo simulado. Devem ser identificados e impactos devem ser mitigados, para os momentos em que ocorrerá a combinação da lavra de materiais com comportamento coesivo, aumentando as possibilidades de entupimentos em dispositivos de transferência. Também devem ser identificados os momentos que ocorrerão a combinação da lavra de materiais com maior resistência mecânica e, portanto, maior probabilidade de causar danos às correias e materiais de desgaste. Na prática atual, rotinas de planejamento de lavra e programação de produção de curto prazo, usualmente, consideram como premissas poucos dados determinísticos, sem levar em conta a dinâmica trazida pela combinação destes possíveis eventos em cada instante do processo produtivo. Quanto às simulações realizadas no software Flexsim, algumas premissas probabilísticas do sistema produtivo foram obtidas de forma empírica e, um refinamento destes dados, por meio de estudos estatísticos obtidos de sistemas de apontamentos e despacho, poderá ser considerado como proposta para trabalhos futuros.
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    Análise da disposição de rejeito a seco relacionada ao projeto, estruturas de empilhamento e métodos de desaguamento do rejeito.
    (2023) Cruz, Rosy Cristina Amador; Silva, José Margarida da; Miranda, José Fernando; Silva, José Margarida da; Jaques, Daniel Silva; Sousa, Wilson Trigueiro de
    Como método alternativo de disposição de rejeito na mineração, o empilhamento a seco permite que o rejeito seja disposto com menor umidade, proporcionando assim melhor compactação do material e, consequentemente, aumento da resistência ao cisalhamento, possibilitando a construção de uma estrutura autoportante, com necessidade mínima de contenções. Para possibilitar esse tipo de disposição, são necessárias várias etapas e processos antecessores à execução da disposição de fato, que são realizadas de diferentes formas de acordo com o tipo de material, suas características físicas e químicas, região de onde provém, processos de beneficiamento de cada planta, condições e objetivos de cada empreendimento. O presente trabalho aborda as etapas de projeto, planejamento, processos, infraestrutura adequada à execução do empilhamento a seco, métodos de desaguamento do rejeito, assim como alguns dos diferentes tipos de estruturas de pilhas de disposição que vêm sendo executadas no Brasil. Os aspectos relacionados ao projeto para o empilhamento do rejeito a seco são abordados e explorados de maneira geral, sendo alguns casos especificados e exemplificados com o estudo de empreendimentos minerários que utilizam este método, dry stacking, para dispor o rejeito e/ou codispor rejeito e estéril por empilhamento. As informações adquiridas por meio de pesquisas bibliográficas sobre as minerações e osrespectivos métodos de disposição em questão foram analisados, sintetizados e descritos. Alguns desses puderam ser observados e constatados in loco, por meio de visitas técnicas. Foram destacadas características de cada mineração citada e do método de forma geral mediante análise em matriz SWOT, expondo forças, fraquezas, oportunidades e ameaças. A disposição do rejeito por empilhamento a seco vem então a ser um dos métodos promissores a substituir o convencional, a disposição em barragens, levando-se em consideração as variáveis apresentadas e ressaltando que a mineração brasileira se encontra no início da curva de aprendizado a respeito deste método alternativo, mesmo existindo alguns trabalhos e fóruns técnicos relacionados às melhores práticas.
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    Comparação entre os métodos convencionais de aquisição de dados para estimativa do volume de maciços rochosos e os assistidos por veículos aéreos não tripulados.
    (2023) Gava, João Pedro Corona; Souza, Felipe Ribeiro; Destro, Elton; Souza, Felipe Ribeiro; Santos, Rita de Cássia Pedrosa; Pinheiro, Antônio Luiz
    Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), também chamados de Aeronaves Remotamente Pilotadas (ARP) ou, apenas, Drones, foram inicialmente usados com propósitos militares antes mesmo da Primeira Guerra Mundial. Atualmente, com a popularização da tecnologia dos VANTs, essas vem sendo utilizadas para fotografias, cinema, recreação, esportes, além de agricultura de precisão e mineração. No que tange a pesquisa mineral, a avaliação e cubagem de depósitos minerais ocupa lugar de grande importância, uma vez que direcionará o rumo do empreendimento. A etapa de pesquisa deve ser conduzida investindo o maior número de recursos disponíveis, de tal sorte que as informações do potencial da área alvo sejam alcançadas e permita, assim, o melhor uso do bem em questão, levando ao máximo aproveitamento e lucro por parte do minerador. O uso de VANTs na mineração facilita o profissional coletar dados de grandes regiões, muitas vezes de difícil acesso, em diversas etapas da vida do empreendimento minerário, com ótimo custo/benefício e tempo de operação e equipe reduzidas. Reconhecimento da área, geração de Modelos Digitais de Terreno e de Elevação – MDTs e MDEs, respectivamente – e acompanhamento de operações mineiras (diárias, de abertura ou fechamento de mina) são apenas algumas das facilidades trazidas pelas aeronaves. Apesar de todas as benesses trazidas pelos VANTs, há muito espaço para o aperfeiçoamento da tecnologia. Ainda é uma ferramenta nova e que depende muito de condições climáticas ideais e, sem uma estação RTK – Real Time Kinematic – o erro nas coordenadas (X, Y, Z) obtidas pode chegar na escala de dezenas de metros. Por esses motivos, o uso de VANTs ainda sofre resistências por parte dos mineradores e órgãos públicos mais conservadores. Esse trabalho mostrou que os dados obtidos com uso de VANTS, quando acompanhados de um tratamento adequado, podem gerar resultados tão confiáveis quanto os métodos tradicionais, em menor tempo e com custos equiparáveis.
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    Otimização da unidade mínima de lavra para o planejamento de curto prazo.
    (2022) Oliveira, Mariana Paula Rossini de; Silva, José Margarida da; Souza, Felipe Ribeiro; Silva, José Margarida da; Rodovalho, Edmo da Cunha; Pinto, Cláudio Lúcio Lopes
    Embora fazendo o uso de boas práticas, muitos empreendimentos minerários enfrentam baixas aderências na reconciliação, inviabilizando o aproveitamento íntegro dos recursos minerais. A baixa aderência entre o planejado e realizado compromete também toda a cadeia de produção, visto que flutuações nos teores entre os avanços de lavra podem acarretar problemas na planta de beneficiamento, o que causa o aumento nos custos nos processos de tratamento de minérios. A diluição é um parâmetro incisivo e um dos que mais compromete no processo de reconciliação, e se trata da inclusão de estéril ou minério de baixo valor agregado ao bloco efetivamente lavrado, acarretando a redução da função benefício e o aumento de custos nos processos subsequentes e, em geral, na redução da receita. A presente dissertação propõe o desenvolvimento de uma metodologia capaz de auxiliar o planejador de curto prazo na definição da poligonal (que contempla sucessivos avanços de lavra) de forma automatizada, garantindo uma rápida tomada de decisão em minas a céu aberto. A unidade mínima de lavra é uma variável que, se definida utilizando abordagens sistemáticas, pode minimizar os níveis de diluição e aumentar a seletividade da lavra. Não existem algoritmos de otimização no planejamento de curto prazo e o comum é projetar a localização e a dimensão dessas unidades de lavra manualmente, logo, o número prático de interações para atingir a meta especificada pela planta de tratamento de minério é limitado. Portanto, essa dissertação analisa duas metodologias distintas utilizadas para o cálculo e a projeção de realces matemáticos em minas subterrâneas. Ambas metodologias são adaptadas para a delimitação das unidades mínimas de lavra em uma mina a céu aberto a ser lavrada pelo método de bancadas. Ambas ferramentas, designadas de MSO e MRO, estão comercialmente disponíveis no software Studio UG da Datamine e tratam-se de técnicas que objetivam proporcionar um aumento na função benefício e a redução dos percentuais de diluição, além de atender as especificações geotécnicas impostas pelo projeto. Os dados apresentados revelam que ambas ferramentas alcançaram resultados promissores e que ambas podem ser utilizadas para apoiar tomada de decisão no horizonte de médio e curto prazo em minas a céu aberto, contudo, nenhuma delas pode dar uma solução ótima e verdadeira; elas fornecem soluções aproximadas em três dimensões, auxiliando o planejador de curto prazo no delineamento das poligonais para avanços de lavra.
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    Uso da simulação para avaliar plano operacional de lavra definido pela técnica metaheurística Simulated Annealing.
    (2023) Ribeiro, Petrus Luís da Silva Gomes; Cabral, Ivo Eyer; Destro, Elton; Cabral, Ivo Eyer; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Rodovalho, Edmo da Cunha
    O objetivo fundamental do planejamento de curto prazo em uma mina a céu aberto é elaborar um cronograma de produção viável que atenda às restrições associadas aos processos de lavra e beneficiamento, com o intuito de maximizar os ganhos ou a quantidade total de minério produzido respeitando as restrições relacionadas à qualidade da mistura de minérios. Assim, uma parte fundamental desse plano envolve o tratamento da questão da mistura de minérios, que busca a determinação do ritmo de lavra em vários locais de trabalho com o objetivo de fornecer alimentação de minério adequada para as etapas subsequentes da produção mineral. No entanto, a resolução desse problema, quando feita sem a utilização de técnicas computacionais e conceitos de otimização, pode levar a um desempenho abaixo do ideal. Várias propostas têm sido apresentadas na literatura para resolver o Problema de Mistura de Minérios, incluindo programação linear e técnicas metaheurísticas. Essa última emprega conhecimentos de programação de computadores e otimização para resolver o Problema da Mistura de Minérios com alocação dinâmica de caminhões. Neste trabalho, foi utilizada a metaheurística Simulated Annealing a qual é inspirada em fenômenos metalúrgicos. O estudo foi dividido em duas partes: a primeira envolve a implementação da metaheurística Simulated Annealing para resolver um problema de otimização, enquanto, a segunda, envolve a avaliação da melhor solução gerada pela metaheurística através da execução de um modelo de simulação a eventos discretos. O código foi escrito na linguagem de programação Pascal e utiliza o Ambiente de Desenvolvimento Integrado Lazarus, enquanto o modelo de simulação foi construído e executado no software Arena com o intuito de avaliar a solução obtida pelo modelo de otimização (plano de lavra otimizado). O modelo de simulação leva em consideração as incertezas relacionadas ao desempenho dos equipamentos e aos tempos de ciclo da frota, pois considera a natureza estocástica das informações. Como resultado, a solução otimizada obtida através da metaheurística Simulated Annealing foi considerada viável (satisfatória), pois as hipóteses nulas relacionada à produção e à qualidade não foram rejeitadas (ao menos operacionalmente) e o cenário simulado apresentou pequenas divergências entre os valores otimizados e simulados para todas as medidas de desempenho do sistema (foi utilizado um intervalo de confiança de 95%). Por fim, este estudo contribui para melhorar o planejamento operacional de lavra de uma mina a céu aberto, buscando otimizar e avaliar/validar planos operacionais de lavra de curto prazo por meio do uso de ferramentas computacionais.
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    Sistema de despacho de caminhões para minas a céu aberto baseado no comportamento de agentes biológicos : colônia de formigas.
    (2021) Ferreira, Rafael Antônio de Moraes; Cabral, Ivo Eyer; Destro, Elton; Destro, Elton; Souza, Felipe Ribeiro; Rodrigues, Lásara Fabrícia
    O despacho de caminhões é uma parte fundamental na operação de mina, sendo um item indispensável desde minas de pequeno até grande porte, pelas vantagens que sua implantação trás. Há diversos sistemas disponíveis no mercado atualmente que tratam do problema de despacho de maneira integrada com o planejamento operacional, buscando otimizar parâmetros de qualidade do minério e sistemas que buscam reproduzir um cenário otimizado de planejamento operacional. Há diferentes formas de modelar o problema do despacho na mineração a céu aberto, considerando-se diferentes premissas e técnicas para sua otimização. A natureza fornece inspiração para diversas técnicas que buscam formas de resolver problemas variados. A Inteligência de Enxames toma como inspiração o comportamento de espécies que têm como característica a vida em sociedade: uma que se destaca são as formigas. O presente trabalho busca alocar caminhões em uma mina a céu aberto de acordo com um cenário de lavra de curto prazo (plano operacional de lavra) o qual foi otimizado através de um modelo de programação matemática, sendo os caminhões despachados em tempo real. Foram utilizados modelos matemáticos desenvolvidos a partir da observação e experimentação do comportamento de colônias de formigas.
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    Utilização de técnicas estatísticas e de aprendizado de máquina para identificação de anomalias em dados de monitoramento de barragens de rejeito de mineração.
    (2023) Brandão, Hugo Assis; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Marinho, Fernando Antonio Medeiros
    O número de incidentes relacionados a rupturas de barragens de rejeitos de mineração tem aumentado nos últimos anos, sendo observada uma média de três incidentes mundialmente por ano. As consequências das rupturas entre 1915 e 2022 resultaram em cerca de 2.650 fatalidades e mais de 250 milhões de m3 de resíduos liberados ao meio ambiente. O plano de monitoramento auxilia a equipe responsável pela barragem no melhor entendimento de seu comportamento, sendo possível identificar comportamentos anômalos, permitindo assim uma melhor gestão do risco associado a estrutura. O plano contempla atividades relacionadas a inspeções visuais, inspeções e testes de equipamentos e monitoramento por meio de instrumentação. A instalação de instrumentos permite a medição de variáveis ambientais, tais como temperatura e nível do reservatório, e variáveis de efeito, tais como nível de água e poropressão no interior do maciço e fundação. Com base nessas variáveis é possível comparar o comportamento real da estrutura com seu comportamento esperado, sendo uma das variáveis de controle a poropressão, medida por piezômetros. A análise dos dados pode ser realizada com base em modelos determinísticos, estatísticos e preditivos. Esta dissertação apresenta um estudo onde são aplicados os modelos de regressão linear (RL) e k-nearest neighbors (KNN) para a predição de leituras em piezômetros com base na leitura anterior, uma vez que ambas guardam forte correlação. Os modelos foram calibrados e validados considerando duas diferentes proporções de treino/teste, sendo que a proporção de 80% dos dados no banco de treino e 20% no banco de teste apresentou o melhor desempenho em ambos os modelos. Os modelos calibrados com base nessa proporção apresentaram valores de R2 superiores à 0,89, RMSE de aproximadamente 0,16m e MAE de aproximadamente 0,10m. O modelo KNN com 15 vizinhos apresentou melhor desempenho, sendo obtido um R2 de 0,91 para o banco de treino e de 0,94 para o banco de teste. Foi então adotado esse modelo para o cálculo do valor predito e obtenção dos resíduos. Foram aplicadas técnicas estatísticas (análise de distribuição e análise da distância interquartil - IQR) e de aprendizado de máquina (local outlier factor - LOF) para a identificação de anomalias. A técnica LOF apresentou o melhor desempenho identificando todas as anomalias encontradas pelos outros métodos e pontos que apresentaram valores de taxa de variação superiores aos valores históricos. Dessa forma, acredita-se que as técnicas de aprendizagem de máquina possuem um grande potencial de aplicação na identificação de anomalias e podem auxiliar em uma melhor gestão de estruturas geotécnicas.
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    Aspectos morfométricos e permeabilidade de granéis.
    (2023) Cruz, Paulo Victor da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Luz, José Aurélio Medeiros da; Milhomem, Felipe de Orquiza; Silveira, Marcus Alexandre de Carvalho Winitskowski da
    A porosidade e a permeabilidade de leitos estáticos de sistemas particulados polidispersos são aspectos morfométricos de grande relevância em várias instâncias das engenharias e das ciências, em destaque na engenharia mineral, onde é relevante evidenciar o impacto que tais parâmetros geram dentro dos processos de tratamento de minérios, em foco na filtragem e manuseio de granéis. Então, este trabalho consistiu no estudo de equações preditivas desses parâmetros a partir de ensaios em bancada com aparato simples e padronizado de permeametria e de quantificação da porosidade, com o auxílio de microscópio e programa de análise de imagem para determinar a área superficial das partículas. Empregaram-se duas amostras de sistemas particulados, areia e esférulas de vidro, segundo distribuições de Rosin-Rammler, controlando-se o coeficiente de agudez do sistema, mediante o adequado proporcionamento das frações granulométricas. Um modelo matemático foi desenvolvido para previsibilidade da porosidade e da permeabilidade dos sistemas particulados, onde trouxe boa aderência para ser empregado em estudos com coeficientes de agudez menores.
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    Previsão da diluição em realces subterrâneos por meio de técnicas de aprendizado de máquina.
    (2023) Rodrigues, Caio Oliveira; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Tatiana Barreto dos; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Silveira, Larissa Regina Costa
    Uma das principais metodologias empíricas para avaliar a estabilidade de realces de minas subterrâneas e estimar sua diluição é o Gráfico de Estabilidade de Realces Modificado, proposto por Potvin et al. (1988), que relaciona características do maciço rochoso e a geometria do realce. Seu uso permite estimar a condição de estabilidade da escavação, utilizando um gráfico construído a partir da análise da diluição de 255 realces. Todavia, por se tratar de um método empírico, várias subjetividades estão associadas com o processo de avaliação, e a aplicação da técnica possui restrições de uso, uma vez que não consideram os ambientes geomecânicos das minas subterrâneas brasileiras. O presente trabalho propõe modelos de predição da diluição em realces por meio da aplicação de algoritmo de florestas aleatórias em um banco de dados de uma mina subterrânea de ouro brasileira contendo 26 variáveis de 70 realces de três diferentes mineralizações. A fim de investigar as variáveis que contém maior correlação com a diluição foi utilizado o método de árvores de decisão, que apontou seis variáveis principais deste banco de dados na previsão de diluição, utilizadas para geração dos modelos de florestas aleatórias em três etapas. Primeiramente, foi proposto um modelo validado pelo método da ressubstituição, a ser comparado com os modelos propostos por Costa (2017) a partir do mesmo banco de dados, que revelou superioridade das florestas aleatórias na previsão de diluição em detrimento dos modelos de regressão linear múltipla proposto pelo autor, obtendo-se R2 igual a 0.9161. Em seguida o modelo de florestas aleatórias foi validado por divisão de amostras treino/teste, que obteve valor de R2 igual a 0.3060 no melhor cenário. Por fim, visando aprimorar o modelo, o banco de dados foi dividido em três, cada um referente a um dos corpos mineralizados, e novos modelos foram gerados para cada banco de dados. Esta análise indicou evolução nos valores de acurácia dos modelos, com R2 igual a 0.5465, 0.5295 e 0.4525, contudo, com grande variabilidade das métricas de validação. A importância das variáveis também foi observada nestas últimas análises por florestas aleatórias, indicando grande coerência com os resultados obtidos por meio das árvores de decisão. O estudo foi capaz de definir as principais variáveis do banco de dados na influência de diluição em realces, e propõe modelos de predição de diluição práticos, de fácil utilização e com menos subjetividades que os métodos empíricos, sendo uma excelente ferramenta para auxiliar engenheiros geotécnicos na compreensão e estimativa da diluição operacional.
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    Avaliação de características mineralógica, química e física na formação de pasta de minério de ferro.
    (2023) Cerqueira, Eduardo Perdigão; Rodrigues, Otávia Martins Silva; Pereira, Carlos Alberto; Pereira, Carlos Alberto; Alexandrino, Júnia Soares; São José, Fábio de
    O desenvolvimento das minas de minério de ferro no quadrilátero ferrífero, no estado de Minas Gerais, a partir do século XX, tem como característica a lavra de corpos minerais com teores cada vez mais baixos e menor grau de liberação. Para beneficiar esses minérios, rotas de processo são projetadas considerando uma maior necessidade de cominuição, tendo como efeito colateral, a geração de um volume maior de lama nos circuitos das usinas de beneficiamento. Devido às limitações técnicas para concentrar lamas, esses resíduos são destinados às barragens de rejeito. Apesar dessa prática tradicional e consolidada, acredita-se que o conhecimento dos aspectos reológicos envolvidos no processo de adensamento (resultando em pastas minerais ou polpas de alta densidade) abre horizontes para opções de disposição mais seguras e inovadoras. Adicionalmente, o domínio dos aspectos reológicos contribui para compreensão de comportamentos observados em tubulações de bombeamento. Sabe-se que o tamanho e formato das partículas influenciam no arranjo das moléculas de água ao redor delas, consequentemente, na maneira como elas se sedimentam e escoam. Sendo assim, o principal objeto desse trabalho foi avaliar a influência da morfologia e granulometria de partículas minerais, comuns em lamas de minério de ferro e nas características reológicas das pastas e/ou polpas de alta densidade obtidas a partir de ensaios de espessamento. Além disso, tem-se em vista compreender como os floculantes e os coagulantes, bem como o pH podem alterar as características reológicas desses minerais, para isso, testes de sedimentação foram realizados em diferentes condições; os produtos desses ensaios foram submetidos a ensaios reológicos. Os resultados apontaram para o seguinte: a obtenção de pastas minerais em escala laboratorial é consoante a metodologia dos ensaios de sedimentação e da dosagem de reagentes, ademais, foi possível caracterizar amostras, como fluidos pseudoplásticos.
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    Desenvolvimento de software para dimensionamento de espessadores convencionais.
    (2023) Lopes, Marcus Vinicius Cunha; Reis, Érica Linhares; Alves, Vladmir Kronemberger; Alves, Vladmir Kronemberger; Destro, Elton; Galery, Roberto
    A etapa de separação sólido-líquido, dentro do processamento de minérios, representa parte importante nas operações unitárias em uma usina de beneficiamento, no adensamento de polpas formadas por finos e ultrafinos. De forma prática, dentro de uma planta de beneficiamento o espessamento proporciona um condicionamento adequado para manuseio de polpas de minérios concentrados e rejeitos compostos, preparando-os para as etapas subsequentes, além de proporcionar a recuperação de água utilizada no processo e otimizar o recurso, o que também é um fator positivo na questão ambiental. Os espessadores, assim como toda a usina, precisam ser bem dimensionados pelos engenheiros, com a aplicação de técnicas de escalonamento de forma correta, para que os equipamentos operem com boa performance e de acordo com tipo de minério para o qual foram projetados. Os cálculos que mensuram dimensões de espessadores podem ser obtidos através de metodologias clássicas e embasadas com informações de ensaio de sedimentação feito em laboratório de estudo de processamento mineral. A proposta deste projeto é o desenvolvimento de um software que possibilite o dimensionamento de espessador convencional a partir de dados de um teste de sedimentação indicando o diâmetro e altura como principais parâmetros calculados dentre outros. Tal escalonamento é fundamentado no método de Talmage e Fitch no qual a projeção das retas paralelas e tangente para obtenção do tempo crítico de compactação são obtidos por modelagem matemática. Além do dimensionamento, o programa realiza um balanço de massa no espessador dimensionado a partir de parâmetros de processo obtidos no teste de sedimentação. Realizou- se sua validação através de simulação de um dimensionamento indicado em literatura clássica de tratamento de minério, obtendo então resultados satisfatórios quando comparados ao dimensionamento indicado na literatura.