A composição química de minerais detríticos de sedimentos é uma ferramenta de importância crescente em estudos de proveniência. Neste trabalho é testada e discutida sua aplicação na identificação das fontes primárias dos minerais pesados detríticos das areias de praias holocênicas do sul do Brasil. Ao longo do litoral médio e norte do Rio Grande do Sul, foram coletadas 11 amostras de areia a cada 40km. Os grãos de zircão foram separados e analisados por LA–ICP–MS, por microssonda eletrônica e MEV. No litoral norte, além do zircão, também foram estudados piroxênios, epidotos, anfibólios, granadas e turmalinas e as análises foram feitas para seus principais componentes químicos com microssonda eletrônica. As potenciais fontes primárias dos zircões detríticos foram determinadas principalmente com base nas razões Th/U, Y/Ho, Nb/Ta e nos conteúdos de Nb e de elementos terras raras. Suas fontes são predominantemente: (i) rochas graníticas subalcalinas, (ii) granitóides alcalinos (tipo A), (iii) rochas máficas associadas aos granitóides e (iv) associações metamórficas de alto grau. Os zircões metamórficos são mais abundantes na parte sul do segmento litorâneo enquanto na porção norte, predominam os zircões de granitóides do tipo A. Os demais minerais foram estudados somente em amostras do litoral norte e permitiram sugerir com maior precisão a área fonte potencial para estes sedimentos. A composição dos piroxênios indica fontes metamórficas de fácies granulito e rochas básicas toleíticas pós-colisionais. Rochas metamórficas metapelíticas e margosas de fácies granulito e anfibolito são fontes importantes e tem sua participação indicada pela presença de estaurolita, rutilo, silicatos de alumínio, granadas (almandina e grossulária), zoisita, turmalinas cálcicas e cumingtonita presentes em praticamente todas amostras. Granitóides do tipo A são fontes indicadas pela presença de zircões com alto teor de Nb e ETR, por razões Nb/Ta superiores a 20, e por anfibólios com alta razão Fe/(Fe+Mg). Granitóides peraluminosos têm sua presença nas áreas fontes indicadas por granada rica em espessartina e turmalina rica em ferro, enquanto, granitóides shoshoníticos e subalcalinos médio e alto-K, tem sua participação sugerida pela presença de epidoto magmático, titanita, anfibólios cálcicos com razões Fe/(Fe+Mg) moderadas e zircões com razões Th/U de 0,3–0,5 e Nb/Ta entre 5–15. Anfibólios magnesianos indicam a contribuição de fontes ultramáficas. Rochas hidrotermalizadas são também constituintes das áreas fontes e tem sua presença apontada por turmalinas litiníferas, actinolita e epidotos. A homogeneidade dos tipos e abundâncias dos minerais detríticos em todas amostras do litoral norte indicam uma área fonte comum para esses sedimentos praiais, embora possa haver o predomínio local de fontes como por exemplo, as hidrotermalizadas na porção mais a sul do litoral norte. O extremo nordeste do Batólito Pelotas constituído predominantemente pelas suítes graníticas Encruzilhada do Sul, Cordilheira e greisens associados, Viamão e Dom Feliciano e pelo complexo metamórfico Várzea do Capivarita é a provável área fonte primária potencial dos sedimentos estudados. A pesquisa realizada demonstra que a química mineral de zircões e dos demais minerais utilizados pode produzir informações detalhadas quanto à área fonte primária de minerais pesados detríticos, constituindo poderosa ferramenta para este tipo de investigação. / The chemical composition of detrital minerals in sediments has an increasing importance in provenance studies. In this study the primary sources of detrital heavy minerals of Holocene beach sediments from southern Brazil coast are discussed with basis mainly on their chemical composition. Eleven samples of beach sand were collected at each 40km along the medium and northern littoral of Rio Grande do Sul state. Zircon grains from these samples were analysed for trace elements by LAICP- MS, microprobe and electron microscopy. Pyroxene, amphibole, epidote, garnet, and tourmaline from the northern segment samples were analysed for their main components by electron microprobe. The primary sources of detrital zircons were indicated mainly by their Th/U, Y/Ho, and Nb/Ta ratios, as well as by their Nb and REEcontents. The main identified sources are: (i) subalkaline granitoids, (ii) A-type or alkaline granitoids, (iii) mafic rocks associated to the granitoids, (iv) upper-amphibolite and granulite facies rock sequences. Metamorphic zircons are more abundant in the southern segment of the studied area, whilst in the northern sector zircons from A-type granitoids are predominant. The chemistry of the other minerals, studied only in the northern littoral, allowed a more accurate determination of their potential primary sources. The pyroxene compositions indicate the contribution of metamorphic sources of granulite facies and of basic rocks formed at post-collisional settings. High grade metapelitic rocks and amphibolites are important sources suggested by the occurrence of staroulite, rutile, aluminium silicates, almandine, grossular, zoisite, Ca-rich tourmaline, and commingtonite, in the whole set of samples. A-type granitoids are abundant in the source area as indicated by zircons with high Nb and ETR contents, and Nb/Ta ratios greater than 20, and, by amphiboles with Fe/(Fe+Mg) higher than 0.9. Peraluminous granitoids have their presence in the source indicated by Mn-rich garnet and Fe-rich tourmaline, whilst the occcurrence of shoshonitic and medium to high-K subalkaline granitoids is pointed out by magmatic epidote, titanite, calcic amphiboles with moderate Fe/(Fe+Mg) ratios and zircons with Th/U in the range 0.3–0.5, and Nb/Ta varying from 5 to 15. Magnesian amphiboles indicate ultramafic sources. Hydrothermal products are also indicated in the primary sources by the occurrence of Li-rich tourmaline, actinolite, and hydrothermal epidotes. The homogeneity of abundance and typology of detrital minerals in the northern littoral indicate a common source for the studied sediments, although, in some places a localised source may be important, such as the hydrothermally altered rocks in the samples of the southern part of northern littoral. The northeastern part of the Pelotas Batholith, composed of Encruzilhada do Sul, Cordilheira, Viamão e Dom Feliciano granitic suites, with associated greisens, and of the Varzea do Capivarita metamorphic complex is the probable source region of the northern segment sediments. The compositional variations of zircons from southern to northern sector are coherent with the hypothesis that the studied sediments came from relatively near continental source areas, probably delivered to the RS continental margin by several small streams and rivers, mainly during the last sea level lowstand ended at 17.5 ka. This study confirms that the mineral chemistry of zircons, including trace elements, and of other studied minerals can yield detailed and accurate information about the primary source of heavy detrital minerals, and so being of high relevance for provenance studies.

Esta tese descreve a aplicação de métodos de análise multivariada de dados como ferramenta para auxiliar os formuladores de tinta na melhoria das propriedades finais da tinta, através da correlação entre os parâmetros das cargas e as variáveis resposta da tinta. Para obter maior e melhor conhecimento sobre os dados, deve-se utilizar métodos analíticos adequados. Foram escolhidos os métodos de projeção como: análise em componentes principais (PCA) e mínimos quadrados parciais (PLS). A PCA foi usada para investigar a relação entre as propriedades das cargas e as variáveis resposta da película seca. Com base nos resultados obtidos através da PCA foi possível correlacionar os parâmetros do mineral que mais influenciam as propriedades da película seca. Estas características dos minerais são: absorção em óleo, tamanho médio de partícula, razão de contraste e poder de espalhamento. A PLS foi utilizada para criar modelos preditivos multivariados a partir dos parâmetros calculados e indicados pela PCA. Através da interpretação dos modelos calculados pela PLS foi possível predizer os valores de razão de contraste e alvura da película seca. Modelamentos de misturas, através de planejamento de experimentos, foram empregados para otimizar as variáveis resposta da película e para fazer comparações entre cargas comerciais e não-comerciais. Neste tipo de modelamento a quantidade total (massa ou volume) do composto mineral é fixa, e o ajuste dos componentes (neste caso três) pertencentes a mistura é proporcional. Para o estudo das propriedades da região compreendido pelos três componentes, o projeto de misturas escolhido foi o planejamento Simplex. Como resultado, interações entre o dióxido de titânio e as cargas ocorrem de forma a melhorar a opacidade e a alvura da tinta sem prejudicar outras propriedades como a viscosidade e o brilho. As técnicas empregadas de análise multivariada de dados permitem a usuários, como o formulador, aprender mais sobre essas interações e estimar as melhores combinações entre os componentes minerais de maneira a melhorar as variáveis respostas e atingir níveis desejáveis de desempenho. / This thesis describes the application of multivariate data analysis methods to help the coatings formulators to improve the coating properties through the correlation betwen functional fillers (or mineral extenders) parameters and response variables of a paint system. To gain meaningful and better knowledge from paint systems data, appropriate data analysis methods must be applied. Multivariate projection methods such as principal component analysis (PCA) and partial least squares (PLS) were chosen. PCA was used to investigate the relationships between functional filler properties and the final response variables of the coating. Based on a PCA model, calculated from the mineral characteristics, it was possible to correlate which parameters of the mineral influence more strongly the coating properties. These mineral characteristics are: oil absorption, mean particle size, contrast ratio and scattering power. PLS was used to create multivariate predictive models with the mineral parameters suggested by PCA. By interpreting PLS models it was possible to predict contrast ratio and whiteness value for the coating. Mixture models (design of experiments) were used to optimize the coating response variables and it was possible to perform comparisons between comercial and non-comercial mineral extenders. In the mixture models the total amount (mass or volume) of the mineral compound is fixed, and the settings of each of the components (in this case three) are proportional. For studying properties over the entire region of a three-component mixture the experiment design chosen was the simplex design. As a result, a number of interactions can occur between titanium dioxide and functional fillers to impart better opacity and whiteness to paints whithout prejudice of other properties such as viscosity and gloss. These methods of multivariate data analysis allow a potential user, as a coating formulator, to learn more about these minerals fillers interations and predict better combinations among mineral components to improve response variables and achieve desired performance levels.

A compreensão de processos físicos e químicos que conduzem à formação de petróleo ou de gás no solo são necessários para uma exploração eficiente da energia. Por isso, há um grande interesse em prever os efeitos e a migração de fluidos no solo. Neste trabalho é desenvolvido um modelo matemático para o escoamento reativo em meios porosos. O domínio é um canal poroso (rocha) com uma fratura, onde ocorrem as reações de precipitação ou dissolução de dois minerais carbonatados, a calcita e a dolomita. Através da implementação do modelo são realizadas algumas simulações, também descritas neste estudo. O modelo matemático é baseado em equações não lineares do tipo Navier-Stokes, que inclui a equação da quantidade de movimento, da temperatura e das concentrações das espécies químicas. As equações desenvolvidas no trabalho são inovadoras e são obtidas através da junção de alguns trabalhos importantes. Para modelar o fluxo são utilizadas a lei de Darcy e a aproximação de Boussinesq e para obter o valor da taxa de cada reação é realizado um processo iterativo. O conjunto de equações é discretizado pelo método de diferenças finitas centrais e o sistema é resolvido através do método de Runge-Kutta simplificado. O modelo é aplicado em diferentes situações variando o valor do pH com o objetivo de avaliar a influência dessa propriedade no escoamento reativo. O processo de mudança da porosidade e da permeabilidade que ocorre nas bacias sedimentares pode implicar na formação de hidrocarbonetos e de aquíferos. Devido a isso, o número de Darcy e a porosidade, também, são analisadas na fratura do canal poroso. Os resultados obtidos são razoáveis quando comparados com dados da literatura. O tema abordado neste trabalho é instigante porque abrange fenômenos químicos, termodinâmicos e de transporte, com parâmetros difíceis de serem obtidos experimentalmente. O modelo desenvolvido possui uma contribuição relevante porque pode ser utilizado para qualquer outro mineral, desde que suas propriedades químicas e termodinâmicas sejam consideradas. / The understanding of physical and chemical processes leading to the formation of oil or gas in the soil are necessary for e cient energy exploration. Therefore, there is great interest in predicting the e ects and the migration of uids in the soil. In this work is developed a mathematical model for the reactive ow in porous media. The domain is a porous channel (rock) with a fracture, where occur the precipitation and dissolution reactions of two carbonate minerals, calcite and dolomite. Through the implementation of the model are performed some simulations, also described in this study. The mathematical model is based on non-linear equations of Navier-Stokes that includes the equation of momentum, temperature and concentrations of chemical species. The equations developed in this work are innovative and are obtained at the junction some important works. To model the ow are used the Darcy's law and the Boussinesq approximation and to obtain the value of the rate of each reaction is realized an iterative process. The set of equations is discretized by central nite di erence method and the system is solved by the simpli ed Runge-Kutta method. The model is applied in di erent situations, by varying the pH with the aim of evaluating the in uence of this property in the reactive ow. The process of changes of the porosity and permeability that occurs in the sedimentary basins can induce in the hydrocarbon and aquifers formation. Because of this, the number of Darcy and the porosity also are analyzed in the fracture of the porous channel. The results are reasonable compared with the literature data. The theme addressed in this study is instigating because it covers chemical, thermodynamic and transport phenomena, with di cult parameters to be obtained experimentally. The model developed has an important contribution because it can be used for any other mineral, since its chemical and thermodynamic properties are considered.

A modelagem das geometrias de corpos mineralizados é fundamental na avaliação e engenharia de qualquer depósito mineral. A construção de geometrias tridimensionais é convencionalmente baseada na união de seções verticais e horizontais interpretadas por um geólogo ou outro especialista da mina. Em alguns casos mais avançados são utilizados métodos geoestatísticos, tais como krigagem e/ou simulação de indicadores, simulações truncadas Gaussiana ou Plurigaussiana, as quais permitem automatizar e refinar o processo de modelagem. No entanto, estes métodos são probabilísticos e utilizam o variograma para representar a heterogeneidade geológica. A simulação geoestatística de múltiplos pontos (multiple-point simulation – MPS) é uma alternativa para a modelagem geoestatística tradicional baseada em variogramas, pois uma representação totalmente explícita dos padrões geológicos (uma imagem-referência, training image – TI) é usada no lugar dos variogramas. Embora seja hoje utilizada na modelagem de reservatórios de óleo e gás, existem poucos estudos mostrando a aplicação dessa técnica em depósitos minerais. A vantagem da abordagem MPS é fornecer representação mais realista da geologia através de uma parametrização mais acessível (a imagem-referência visual, ao invés do variograma analítico). No início dos anos 2000 foi implementado no aplicativo Stanford Geostatistcal Modeling Software – SGeMS, o algoritmo de MPS chamado SNESIM (Single Normal Equation Simulation Algorithm). Este algoritmo permite a obtenção das probabilidades condicionais dos pontos a partir das proporções obtidas pelo escaneamento da imagem-referência, não sendo necessário o uso de nenhum tipo de krigagem e nenhuma modelagem de variogramas. Ele faz a simulação estocástica de variáveis categóricas sem demandar muita CPU e RAM, combinando a flexibilidade e facilidade de condicionamento dos algoritmos baseados em pontos, com a habilidade que os algoritmos baseados em objetos têm para reproduzir formas. A proposta deste trabalho foi aplicar a técnica de simulação geoestatística por múltiplos pontos, especificamente o algoritmo SNESIM, para modelar o envelope mineralizado de um depósito real de minério de ferro brasileiro localizado no Quadrilátero Ferrífero. As simulações foram condicionadas por furos de sondagem e algumas seções verticais interpretadas por especialistas. Como forma de checar a sensibilidade do método, foram avaliados cenários com três conjuntos de dados, cada um deles com diferentes quantidades de seções verticais (SV) disponíveis para o condicionamento das simulações. Os resultados obtidos permitem afirmar que esta técnica pode ser aplicada para construir modelos de corpos mineralizados durante os estágios preliminares de exploração sem demandar longos e exigentes processos de modelagem manual. Modelar com MPS minimiza o caráter determinista da modelagem tradicional, acrescentando uma interpretação probabilística (zona incerteza) sobre a forma e os contatos litológicos reais da jazida. Também, pôde-se verificar que a simulação deste tipo de corpo de minério não exige uma grande quantidade de seções interpretadas. Algumas seções verticais combinadas com amostras de furos de sondagem foram suficientes para simular de forma satisfatória o envelope mineralizado do depósito. Ainda assim, é necessário que se tenha computadores com razoável capacidade de armazenamento, CPU e RAM. Para efetuar 50 realizações de simulação do contato minério/estéril e construir o envelope mineralizado de um depósito, considerando três diferentes cenários, o tempo total foi de aproximadamente 13 minutos. Outros 4 minutos foram necessários para o pós-processamento. / Orebody modeling is critical for the evaluation and engineering of mineral deposits. The construction of three-dimensional geometries is conventionally based on the union of vertical and horizontal sections interpreted by a mine geologist. In more advanced cases, some geostatistical methods are used such as indicator kriging and/or simulations, truncated Gaussian or Plurigaussian simulations, which allows to automate and refine the modeling process. However, these methods are probabilistic and uses the variogram to represent the geological heterogeneity. The multiple-points geostatistical simulation (MPS) is an alternative to traditional variogram-based geostatistical modeling, whereas a fully explicit representation of the geological patterns (a training image – TI) is used in place of variograms. Although it is now used in modeling of oil and gas reservoirs, there are few studies showing application of this technique in mineral deposits. The advantage of the MPS approach are to provide a more realistic representation of geology through a more accessible parametrization (the visual training image instead of the analytic variogram). The MPS algorithm called SNESIM was implemented in the Stanford Geostatistcal Modeling Software – SGeMS in the beginning of 2000. Such algorithm allows to retrieve the conditional probabilities from proportions obtained by scanning the training image, it is not necessary to use any type of kriging and variogram model. The SNESIM algorithm combines the flexibility and ease of conditioning of pixel-based algorithms, with the capability of object-based algorithms have to reproduce complex shapes to performe stochastic simulation of categorical variables, without requiring much CPU and RAM. The purpose of this study was to use the MPS technique, specifically the SNESIM algorithm, to model the mineralized envelope of a real Brazilian iron ore located in the Quadrilátero Ferrífero. The simulations were constrained by boreholes and some vertical sections interpreted by experts. In order to check the sensitivity of the method were evaluated three sets of data, each one with different amounts of available vertical sections (VS) for conditioning the simulations. The results revealed that the technique can be applied to model the mineralized body during early stages of mine exploration, without demanding many manual modeling processes. The MPS modeling process minimizes the deterministic character of traditional modeling approach, adding a probabilistic interpretation (uncertainty zones) about the actual shape and lithological contacts of the orebody. Also, the simulation of this kind of orebody does not require a large amount of interpreted sections. A few vertical sections combined with boreholes samples were sufficient to simulate the mineralized envelop of the deposit. Nonetheless, it is necessary to have a computer with reasonable storage capacity, CPU and RAM. To make 50 simulation outputs of the ore/waste contact and build the mineralized envelop, considering three different scenarios, a total time of approximately 13 minutes was needed. Other 4 minutes were required for post processing the simulations outcomes.

In last century, both in Uruguay and in the world, there became evident the consolidation of the utilization of the reinforced concrete, as fundamental material, for the construction of structures of use in architecture and civil engineering works. This reality demanded the investigation in the materials area, as this way also of models of structural design. On the other hand, in the last decade, this process coincide with the strengthening of the gold’s mining industry in the North- East of the territory of Uruguay, extractive activity, generating of stony residues with big quantities and with important questions as for his environmental aggression. This work took as an aim the study of the technical viability of the use of this stony residue in the production of concrete, in substitution of the conventional coarse aggregate. The investigation included the characterization of the same one and the comparison with the aggregates of traditional use, as much as in what involves to the performance as regarding the quantification of generation and use. In the first part, there was analyzed the importance of the use of residues in the industry of the construction linked to the development of a politics that attends to the environmental problematic and there was relieved the destination of the residues, product of the mining industry, in countries of Latin America and the rest of the world that possess a significant experience in this productive activity. Later the contemporary analysis was included in the study on the coarse aggregates, vision that considers the active participation of the same ones in the fundamental properties of the concrete, investigating the particularities of the stony ones depending on his physical characteristics and his chemical composition. In the end, an experimental stage was developed working on the stony chosen residue, the product of a metamorphism of high degree in a mafica rock, and the obtained values were compared with those of the stony ones of common use in the industry of the construction in Uruguay and in several regions. The analysis of the results allows concluding that this stony residue has sufficient conditions from the technical point of view to be considered in the production of concrete, as a possible substitute for conventional coarse aggregate. / En el siglo pasado, tanto en Uruguay como en el mundo, se hizo evidente la consolidación de la utilización del hormigón armado, como material fundamental, para la construcción de estructuras de uso en obras arquitectura como de ingeniería civil. Esta realidad exigió la investigación en el área de los materiales como así también de modelos de diseño estructural. Por otra parte, en la última década, este proceso coincide con el fortalecimiento de la industria minera del oro en el noreste del territorio del Uruguay, actividad extractiva, generadora de residuos pétreos en grandes cantidades y con importantes cuestionamientos en cuanto a su agresión ambiental. Este trabajo tuvo como objetivo el estudio de la viabilidad técnica del uso de este residuo pétreo en la producción de hormigón, en sustitución del agregado grueso convencional. La investigación incluyó la caracterización del mismo y la comparación con los agregados de uso tradicional tanto en lo que involucra al desempeño como en lo que se refiere a la cuantificación de generación y uso. En la primera parte, se analizó la importancia del uso de residuos en la industria de la construcción vinculado al desarrollo de una política que atienda la problemática ambiental y se relevó el destino de los residuos, producto de la minería, en países de América Latina y del resto del mundo que poseen una experiencia significativa en esta actividad productiva. A continuación se incluyó en el estudio el análisis contemporáneo sobre los agregados gruesos, visión que considera la participación activa de los mismos en las propiedades fundamentales del hormigón, investigando las particularidades de los pétreos en función de sus características físicas y su composición química. En el final se desarrolló una etapa experimental trabajando sobre el residuo pétreo elegido, una roca máfica producto de un metamorfismo de alto grado, y los valores obtenidos se compararon con los de los pétreos de uso común en la industria de la construcción en Uruguay y en varias regiones del mundo. El análisis de los resultados permite concluir que este residuo pétreo tiene condiciones suficientes desde el punto de vista técnico para ser considerado en la producción de hormigón, como un posible sustituto del agregado grueso convencional.

A estimativa de recursos minerais é essencial para o propósito de planejamento econômico em qualquer empreendimento mineiro. Além de finalizar os trabalhos de pesquisa mineral, a avaliação de recursos/reservas é a base sobre a qual serão estabelecidos os estudos de viabilidade econômica que se seguem. Atividades como planejamento e otimização de cavas, orientação dos avanços da lavra, projeção de fluxos de caixa, projetos de financiamento e mesmo a operação de plantas de beneficiamento requerem, além da prévia estimativa dos recursos disponíveis, a correta classificação desses recursos. A estimativa e a subseqüente classificação dos recursos em diferentes classes ou categorias, de acordo com as possíveis variações que esses recursos apresentem, devem indicar não apenas os níveis diferenciados de risco envolvidos, mas permitir a elaboração de um modelo que quantifique esse risco. Nesse sentido, a indústria mineira já há muito tempo havia reconhecido e estabelecido padrões para avaliação e classificação de recursos mas agora, com a crescente internacionalização das empresas de mineração, cada vez mais é ressaltada a necessidade do estabelecimento de padrões internacionalmente aceitáveis para essa classificação. Todos os principais sistemas de classificação atualmente em uso compartilham alguns aspectos em comum, baseando a definição das classes de recursos em função da distância de separação entre as amostras e no grau de confiança ou acuracidade associado com os resultados estimados. Apesar de muito claros em termos de estabelecer os critérios geométricos de distância entre amostras e distância máxima de extrapolação, os sistemas de classificação não fornecem definições claras de como esses limites de confiança poderiam ser calculados. Dessa forma, esta dissertação buscou, basicamente, apresentar uma alternativa metodológica que, diante da ineficiência dos métodos até então utilizados, permitisse a incorporação de incertezas às estimativas de recursos e reservas, proporcionando o correto enquadramento nas classes propostas pelos principais sistemas de avaliação e classificação. Com esse intuito, investigou-se a aplicabilidade de técnicas geoestatísticas como krigagem e simulação estocástica, procurando apresentar alternativas e discutir as limitações encontradas. Enquanto a krigagem ordinária permite uma resposta rápida em termos de tonelagem, a avaliação do erro associado à estimativa requer a adoção de uma série de hipóteses e é alvo de várias críticas já consubstanciadas na bibliografia. Por outro lado, os resultados obtidos pelas técnicas de simulação empregadas, demonstraram que o erro associado a uma estimativa pode ser avaliado utilizando múltiplos cenários simulados para definir limites de confiança, permitindo uma real avaliação da incerteza associada à estimativa. Tanto pela técnica de simulação gaussiana quanto pela simulação de indicadores obteve-se resultados similares quanto ao espaço de incerteza mapeado e quanto às características de precisão e acuracidade na distribuição de valores de saída da simulação. O estudo de caso é ilustrado em um grande depósito de carvão brasileiro onde a metodologia provou ser apropriada para abordar o problema da quantificação da incerteza, permitindo sua utilização pelos sistemas de classificação de recursos e reservas. / Mineral resources estimation is essential for planning of any new mine. Besides concluding the mineral exploration, the resources/reserves evaluation is the base on which will be established the studies of economical feasibility. Mine planning and pit optimization, mining cuts and orientation, projection of cash flows, and even the operation of processing plants request the estimate of the available resources and their correct classification. The estimate and the subsequent classification of the resources in different classes or categories is based on different levels of risk and requires a model able to quantify this risk for evaluation and classification of mineral resources a long time ago. All classification systems share some common aspects in terms of defining the classes of resources based on distance separating samples and on the degree of confidence or accuracy associated with the results reported. Despite of being very clear in terms of stating sample distances, all the systems of classification do not provide clear definitions on how confidence limits should be calculated. This dissertation investigates an alternatives capable of incorporating uncertainties to the estimates of resources and reserves. Geostatistic techniques as kriging and stochastic simulation were investigated, and their appropriateness was discussed. While the ordinary kriging allows a fast response to determine tonnages, the error calculated requires a series of assumptions which in various cases are difficult to be sustained. Contrary, the results obtained via simulation techniques demonstrate that the error associated with an estimate can be approximated using multiple simulated tonnage models to define confidence limits, allowing a more realistic evaluation of the uncertainty associated with the estimate. Either gaussian simulation or indicators simulation provided similar results in terms of space of uncertainty and precision and accuracy. The methodology developed is illustrated in a large Brazilian coal deposit and proved to be appropriate to address the issue of quantifying the uncertainty necessary to be incorporated in the systems of resources and reserves classification.

O carvão mineral brasileiro corresponde a cerca de 2% da matriz energética do país. Suas reservas são estimadas em 32 bilhões de toneladas. As principais reservas estão localizadas nos estados do Paraná, de Santa Catarina e do Rio Grande do Sul. Uma das características deste carvão é a elevada concentração de pirita, FeS2, no material lavrado. Por este motivo são necessários processos de beneficiamento que descartam cerca de 60-70% do material minerado. Portanto, um dos principais problemas enfrentados pelo setor é justamente a geração de grandes quantidades de rejeito piritoso que são descartadas diariamente nos pátios industriais. Este material, que permace a céu aberto, em contato com a água da chuva, oxigênio atmosférico e bactérias, que vivem em ambientes ácidos, gera a drenagem ácida de minas (DAM). Este efluente possui elevada concentração de íons de metais dissolvidos e sulfato que contaminam as bacias hidrográficas da região prejudicando o meio ambiente e a população. Medidas fiscalizatórias e jurídicas têm sido tomadas com o objetivo de obrigar uma solução para o problema, mas a sua dimensão é um grande desafio. Este fato leva as empresas a buscarem alternativas tecnológicas diversas para amenizar a questão. Portanto, com o objetivo de contribuir com alternativas para este problema, a presente tese de doutorado realiza o estudo da aplicação do processo bio-hidrometalúrgico para a oxidação de pirita dos rejeitos oriundos da mineração de carvão gerando produtos com valor agregado. O processo utiliza bactérias acidofílicas que têm a capacidade de metabolizar os compostos de ferro e transformar em produtos de interesse. A metodologia do trabalho consistiu, inicialmente, na caracterização do rejeito de carvão, da fonte de inóculo de bactérias e da água de circulação do sistema. O processo foi conduzido nos níveis bancada, piloto e uma prévia instalação industrial. Estudos em nível de bancada determinaram os parâmetros de operação da planta em escala piloto. As colunas empregadas em bancada foram montadas com 1 kg de rejeito de carvão disposto na forma de leito empacotado, nas seguintes condições: (a) rejeito-controle, (b) rejeito com micronutrientes sintéticos e inóculo bacteriano, (c) rejeito com micronutriente ureia e inóculo bacteriano. A unidade de biolixiviação, montada em escala piloto, continha 200kg de rejeito de carvão e foi operada na condição controle e ideal. Os principais parâmetros observados no processo foram o pH, potencial de oxi-redução, ferro total, Fe3+, Fe2+, metais, cor, sulfatos e número mais provável de bactérias acidofílicas. Os resultados da caracterização do rejeito de carvão mostraram que os elementos majoritários na composição foram o ferro e o enxofre, dispostos na forma de pirita. A avaliação por mais de um teste microbiológico comprovou a presença da bactéria A. ferrooxidans no processo. Os ensaios realizados em colunas mostraram que o uso de nutriente sintético e ureia apresentam resultados semelhantes para a extração de ferro. A utilização de água natural e EDR4, águas de circulação, também apresentaram resultados semelhantes, porém houve uma leve vantagem para a utilização da EDR4. A planta piloto operada na condição controle e ideal mostrou que com a presença de bactérias aumentou a extração de ferro, aumentou o potencial redox e a maior parte do ferro extraído em solução estava na forma de Fe3+. No caso da planta controle, onde o número de bactérias era baixo, houve menor extração de ferro, baixos valores de potencial redox e a maior parte dos íons, neste caso, estavam na forma de Fe2+. Portanto, houve formação de dois produtos o sulfato férrico e ferroso pelo controle da presença da bactéria A. ferrooxidans no sistema. Após nove semanas de biolixiviação, com a presença de 108 bactérias A. ferrooxidans em 100mL, foi gerado o concentrado férrico que filtrado e evaporado atingiu a concentração desejável de ferro para a comercialização como coagulante de água e efluentes que é cerca de 120 g.L-1. O produto mostrou-se eficaz no tratamento de água do Rio Guandu, atendendo aos parâmetros exigidos pela Portaria Brasileira 2.914/2011 do Ministério da Saúde. Foram criadas, ao final do trabalho, duas marcas de produtos para o sulfato férrico produzido: o Sulfaclean e o Biohyextract. Se processados mensalmente 3.200t de rejeito de carvão seria possível abastecer com água tratada uma cidade com porte de 200.000 habitantes. A implantação deste processo é de baixo custo uma vez que a matéria-prima é o rejeito e a transformação do sistema é realizada por bactérias. Porém, um dos desafios ainda é a velocidade do processo, que ainda é lenta, embora as bactérias aumentem a velocidade em 4 vezes. / The Brazilian coal accounts for about 2% of the country's energy. Its reserves are estimated at 32 billion tons. The main reserves are located in the states of Parana, Santa Catarina and Rio Grande do Sul. One of the characteristics of this coal is the high concentration of pyrite (FeS2). For this reason, the beneficiation processes imply on discarting about 60-70% of the mined material. Therefore, one of the main problems of the sector is precisely the generation of large amounts of pyritic tailings which are discarded in industrial yards. This material in contact with rainwater, oxygen and bacteria, that lives in acidic environments, generates acid mine drainage (AMD). This effluent has high concentration of metal ions and dissolved sulphate that contaminate the environment. Legal measures have been taken to solve the problem. This leads many companies to seek alternative technologies to mitigate the issue. Thus, with the aim of contributing to this problem, this thesis conducts a study of the application of bio-hydrometallurgical processes in order to oxidize pyrite tailings originated from coal mining and to generate add-valued products. The process uses acidophilic bacterias that have the ability to metabolize iron compounds and to transform it into products of interest. The methodology of the study consisted initially in the characterization of the coal tailing, of the bacteria used in the process and of the circulating water system. The process was conducted in levels, laboratory, pilot plant and a previous industrial plant. Level countertop studies determined operational parameters of the plant on a pilot scale. The columns used in countertops were fulfilled by 1 kg of waste which were disposed in the form of coal packed bed. The experiment was developed under the following conditions: (a) Reject control, (b) reject with synthetic micronutrients and bacterial inoculum, (c) reject with micronutrient urea and bacterial inoculum. The bioleaching unit, mounted on a pilot scale, contained 200kg of coal waste and operated under the control condition and the ideal condition. The main parameters process were observed in pH, redox potential, total iron, Fe3+, Fe2+, metals, color, sulfates, and most likely number of acidophilic bacteria. The results of the characterization of coal waste showed that the majority of the elements in the composition are iron and sulfur, arranged in the form of pyrite. The rating for more than a microbiological test showed the presence of the bacterium A. ferrooxidans in the process. Tests performed on columns showed that the use of a synthetic nutrient and urea have similar results for the extraction of iron, although the use of synthetic nutrient presents a slight advantage. The use of natural water and EDR4, water circulation, also showed similar results, although there was a slight advantage to the use of EDR4. The pilot plant operated at ideal control condition and it showed that the presence of bacteria increased the extraction of iron, as well as the redox potential and most of the iron in solution in the form of Fe3+. In the particular case of the plant control, where the number of bacteria was low, there was a lower iron extraction, a lower redox potential values and the majority of ions in this case was in the form of Fe2+. Therefore, the formation of two products (ferric sulfate and ferrous sulfate) is controlled by A. ferrooxidans bacteria in the system. After nine weeks of bioleaching in the presence of 108 A. ferrooxidans bacteria: 100ml, it was generated a ferric filtered which was evaporated and concentrate. After that, this ferric filtered has reached the desired iron concentration (about 120g.L-1 ) in order to be commercialized as a coagulant in water treatment. The product was effective in the treatment of water from Guandu River, given the parameters required by the Brazilian Ministry of Health’s Decree 2,914/2011. In the end of the work, it was created two brands of products for the produced ferric sulfate: the Sulfaclean and Biohyextract. If 3.200t of coal waste were processed each month, it would be possible to supply a 200,000 inhabitant city with treated water. The implementation of this process has low cost because the raw material is coal tailing and its processing system is performed by bacteria. However, one challenge is still the speed of the process, which is still slow, even though the bacteria has already increase the speed process by 4 times.

Submitted by Eduarda Figueiredo (eduarda.ffigueiredo@ufpe.br) on 2015-03-10T17:20:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Gustavo_Dissertação_final_revisada_anexos.pdf: 10929134 bytes, checksum: 683ec3f230019f66eef42c45180eb55f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-10T17:20:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Gustavo_Dissertação_final_revisada_anexos.pdf: 10929134 bytes, checksum: 683ec3f230019f66eef42c45180eb55f (MD5) Previous issue date: 2012 / O setor de agregados para a construção civil possui a parcela de insumos minerais mais consumidos e, consequentemente, os mais significativos em termos de quantidades produzidas no mundo. Apesar de serem abundantes e apresentarem baixo valor unitário, seu consumo é um importante indicador do perfil sócio-econômico de desenvolvimento de um país, estado ou região metropolitana. Este trabalho foi concebido no intuito de suprir a carência de informações e dados sobre o setor de agregados para construção civil na Região Metropolitana de Natal-RN (RMN), conforme sua geologia e os recursos minerais, modo de ocorrência, especificações dos materiais e dados econômicos. Formada por dez municípios, a RMN se apresenta como uma das regiões de maior dinamismo econômico-social do Estado. Em relação a sua urbanização, a diferença é visivel, uma vez que a população rural supera a população urbana em alguns municípios. Sua área abrange uma superfície de 2.807,54 km², isto corresponde a 5,3% do território estadual. Sua população, de acordo com o Censo Demográfico de 2010, atingiu 1.351.004 habitantes. Isso representa 42,6% da população do Rio Grande do Norte (3.168.133 habitantes), compreendendo uma taxa de crescimento no período 2000 – 2010 de 1,88% ao ano. O Produto Interno Bruto (PIB) da RMN teve um aumento consistente de 2003-2008. No entanto, sua constribuição para o PIB do Estado, cai em média 0,63% ao ano devido processo de interiorização do desenvolvimento que o Rio Grande do Norte vem passando nos últimos anos. Na abordagem da geologia optou-se pela discussão dos registros geológicos em termos de unidades pré-quaternárias (anteriores a 2 milhões de anos) e unidades quaternárias. As rochas britadas e os sedimentos como areias e cascalhos são os materiais naturais utilizados como agregados na construção civil. Enquanto os sedimentos são usados, geralmente, como encontrados na natureza, as rochas podem passar por processos de britagem e moagem para atingir as especificações granulométricas. Na data da consulta havia registrados no DNPM destinados a produção de areia e brita 57 processos e dentre os 10 municípios da RMN os que apresentaram maiores quantidades de processos minerários foram: São Gonçalo do Amarante (28%), Ceará - Mirim (19%) e Monte Alegre (19%). O método de lavra de areia comumente utilizado na RMN é o de dragagem em leito de rio ou cava submersa, já que cerca de 85% da produção são proveninetes de áreas localizadas nos leitos dos rios. Os 15% restantes vêm dos terraços denominados de depósitos eólicos, riachos de menor porte. No caso da explotação de Brita o método de lavra é a céu aberto. O consumo de brita da Grande Natal é suprido pela produção de unidades pertencentes a três grupos empresariais. A produção de brita para a Grande Natal, foi estimada em 1.570.140 m3/ano ou 2.590.731 t/ano, enquanto que a ociosidade média das instalações de beneficiamento das unidades produtoras está próxima de 50%. Em 2011 a produção anual de areia para construção civil foi de 1.967.159 m³ ou 2.950.738 t. Os Preços médios de brita, pesquisados, variaram desde R$ 30,00/t (ROM) até R$ 58,00/t (nas casas de materiais de construção), já os de areia foi de R$ 7,00 /t (ROM) até R$ 20,00/t (no varejo). As reservas estimadas (medidas e indicadas) de agregados, considerando a produção consumida atualmente na RMN, são suficientes para atender a demanda projetada para os proximos 15 anos isto sem levar em conta as reservas inferidas que podem aumentar substancialmente este tempo.

O presente trabalho teve por objetivo a comparação entre dois métodos computacionais de avaliação de recursos/reservas minerais: Inverso da Potência da Distância (IPD) e Krigagem Ordinária (KO), aplicados à Mina de Capanema. A Mina de Capanema é um depósito tipo BIF (Banded Iron Formation) situado no Estado de Minas Gerais, na região do Quadrilátero Ferrífero, mais precisamente na porção sudoeste da Serra de Ouro Fino. Duas bases de dados foram utilizadas para a elaboração deste trabalho, uma contendo as análises químicas e descrições de furos de sonda e outra contendo as análises químicas do pó de furos de perfuratriz (tipo rockdrill). Estes dados foram tratados separadamente, devido à diferença de suporte e densidade de amostragem. Inicialmente, analisou-se estatisticamente cinco variáveis: teores de Ferro (Fe), Sílica (Si\'O IND. 2\'), Alumina (\'Al IND. 2\'\'O IND. 3\'), Fósforo (P) e Perda por Carbonização (PPC) nas duas bases de dados, determinando-se assim a distribuição de freqüências e os parâmetros estatísticos descritivos. Na etapa seguinte, realizou-se a análise geoestatística visando definir o comportamento espacial das variáveis. Este comportamento foi sumariado pelo variograma experimental e seu respectivo modelo teórico ajustado. Nas avaliações, tanto por IPD como por KO, utilizaram-se dos mesmo parâmetros de vizinhança de busca, que permitiram a comparação entre os métodos. Observou-se que no caso da Mina de Capanema, um depósito homogêneo e de baixa variabilidade, os dois métodos, para os furos de rockdrill, resultaram em valores muito próximos. Já para os furos de sonda, a krigagem aproximou-se melhor em relação à estimativa realizada na pesquisa mineral. / The present study aimed at comparing two computational methods to evaluate mineral resources/reserves. The applied methods to the Capanema Mine were the Inverse of Weighted Distance and Ordinary Kriging. Capanema Mine is a BIF deposit located at southwestern of Ouro Fino Ridge at Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais State, BR. Two data sets were used in this study, the first one was chemical analysis and core descriptions of drillholes and the other one was chemical analysis of rockdrill dust. These two data sets were studied separately because they have different supports and sampling frequency. At first, the statistical analysis was made to the grades of five variables in each data set, these variables are: iron (Fe), silicon (Si\'O IND. 2\'), aluminum (\'Al IND. 2\'\'O IND. 3\'), phosphorus (P) and loss on ignition (PPC). This statistical analysis defined the frequency distributions and its statistical parameters. The next step was the geostatistical analysis in order to define the spatial variability. The behavior of the spatial variability was represented by the experimental variogram and its theoretical model. The evaluations, by Inverse Weighted Distance and by Ordinary Kriging, were made using the same neighboring parameters allowing the comparison between the methods. As Capanema Mine is a homogeneous and low variability deposit both methods were equivalent in the case of rockdrill data set. The Ordinary Kriging method for the drillhole data set resulted in a closer estimate in relation to the estimation done during exploration.

Orientador: Heloise Oliveira Pastore / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-01T08:24:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alves_Marilene_D.pdf: 6530756 bytes, checksum: f3cb86a81247b3c57eb1f19d6862eb6d (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado