O espessamento é uma operação unitária que tem como finalidade separar, por diferença de massa específica entre o sólido e o líquido, sólidos suspensos em meio fluido, pela ação da gravidade. É bastante empregado industrialmente em processos contínuos no adensamento de polpas e minérios, em unidades com reação de precipitação e no tratamento de efluentes, dentre outros. Os equipamentos que realizam esta operação, chamados espessadores, são, em geral, tanques abertos de formato cilíndrico, instalados no eixo vertical com a entrada da suspensão na parte superior central, de fundo ligeiramente cônico para a retirada da polpa espessada e calha circulando o topo para descarga do líquido clarificado. As várias técnicas de projeto destas unidades contínuas são comumente baseadas em ensaios de bancada com provetas. Não é raro ocorrerem para os mesmos dados experimentais, áreas de projeto com desvios superiores a 50%. O presente trabalho visou verificar a validade das técnicas de seleção de TALMADGE-FITCH, ROBERTS e FLUXO DE SÓLIDOS, para o dimensionamento de espessadores industriais com salmoura e lodo biológico. Foram realizados para este fim, ensaios de espessamento em provetas com as próprias suspensões industriais, calculadas as áreas pelas técnicas supracitadas e comparadas com os resultados das secções dos equipamentos contínuos industriais. Os desvios médios dos diâmetros para cada técnica em relação ao espessadores industriais apresentaram contra a segurança dos equipamentos um valor de 42% para o método de Talmadge-Fitch, 45,5% para Roberts e 43,5% para o método do Fluxo de sólidos. Concluiu-se, para as condições estudadas, que os métodos de provetas utilizados forneceram valores na mesma ordem de grandeza e que requerem um fator de escala para o dimensionamento das unidades industriais contínuas. / Thickening is a unit operation that has the goal of solid-liquid separation. The principle of this separation is the difference of specific weight between solid and liquid. This unit operation is used in mineral industries, to ore concentrate, wastewater, and others. The tanks called thickeners are usually open, with the feed on the top of the equipment. The solids discharge is done trough the bottom in a conical shape. The most techniques of sizing thickeners are based on graduated cylinders, and it is a common get result that has a difference area in about 50%. This happens because security coefficient, difficulties for results interpretation and scales factors. This research has the goal to apply the techniques of selection of Solids Flux, Roberts and Talmadge-Fitch in graduated cylinders. These methods are classical for thickener sizing. A comparison has been made between the results by those methods with the data obtained from continuous industrial units for salt solution and biological brine. The shunting line for the techniques obtained was 42% for Talmadge-Fitch, 45,5% for Roberts and 43,5% for Solid Flux in the relationship with industrial thickeners. In conclusion, for the studied condition, all methods showed values in the same order and requires a scale factors to sizing the continuous thickeners.

O espessamento é uma operação unitária que tem como finalidade separar, por diferença de massa específica entre o sólido e o líquido, sólidos suspensos em meio fluido, pela ação da gravidade. É bastante empregado industrialmente em processos contínuos no adensamento de polpas e minérios, em unidades com reação de precipitação e no tratamento de efluentes, dentre outros. Os equipamentos que realizam esta operação, chamados espessadores, são, em geral, tanques abertos de formato cilíndrico, instalados no eixo vertical com a entrada da suspensão na parte superior central, de fundo ligeiramente cônico para a retirada da polpa espessada e calha circulando o topo para descarga do líquido clarificado. As várias técnicas de projeto destas unidades contínuas são comumente baseadas em ensaios de bancada com provetas. Não é raro ocorrerem para os mesmos dados experimentais, áreas de projeto com desvios superiores a 50%. O presente trabalho visou verificar a validade das técnicas de seleção de TALMADGE-FITCH, ROBERTS e FLUXO DE SÓLIDOS, para o dimensionamento de espessadores industriais com salmoura e lodo biológico. Foram realizados para este fim, ensaios de espessamento em provetas com as próprias suspensões industriais, calculadas as áreas pelas técnicas supracitadas e comparadas com os resultados das secções dos equipamentos contínuos industriais. Os desvios médios dos diâmetros para cada técnica em relação ao espessadores industriais apresentaram contra a segurança dos equipamentos um valor de 42% para o método de Talmadge-Fitch, 45,5% para Roberts e 43,5% para o método do Fluxo de sólidos. Concluiu-se, para as condições estudadas, que os métodos de provetas utilizados forneceram valores na mesma ordem de grandeza e que requerem um fator de escala para o dimensionamento das unidades industriais contínuas. / Thickening is a unit operation that has the goal of solid-liquid separation. The principle of this separation is the difference of specific weight between solid and liquid. This unit operation is used in mineral industries, to ore concentrate, wastewater, and others. The tanks called thickeners are usually open, with the feed on the top of the equipment. The solids discharge is done trough the bottom in a conical shape. The most techniques of sizing thickeners are based on graduated cylinders, and it is a common get result that has a difference area in about 50%. This happens because security coefficient, difficulties for results interpretation and scales factors. This research has the goal to apply the techniques of selection of Solids Flux, Roberts and Talmadge-Fitch in graduated cylinders. These methods are classical for thickener sizing. A comparison has been made between the results by those methods with the data obtained from continuous industrial units for salt solution and biological brine. The shunting line for the techniques obtained was 42% for Talmadge-Fitch, 45,5% for Roberts and 43,5% for Solid Flux in the relationship with industrial thickeners. In conclusion, for the studied condition, all methods showed values in the same order and requires a scale factors to sizing the continuous thickeners.

A etapa de cominuição é a operação que mais consome energia de forma ineficiente. Pequenos ganhos de eficiência podem impactar significativamente nos custos operacionais da planta. Durante as décadas passadas, foram atingidas melhoras consideráveis na eficácia dos processos não apenas pela otimização integrada das etapas de cominuição, mas também pelo desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso mais eficiente da energia. Entre elas está a Prensa de Rolos de Alta Pressão (PRAP, em inglês High Pressure Griding Rolls - HPGR). Uma campanha experimental em planta piloto foi conduzida para avaliar o desempenho da prensa de rolos (PR) em diferentes configurações de circuito. No total, foram conduzidos 18 ensaios em circuito fechado com peneira, com recirculação parcial do produto da PR e recirculação do produto das bordas. Este estudo apresenta os resultados de tal campanha e as análises contemplam: A comparação do desempenho da PR em diferentes configurações do circuito em termos do consumo de energia, da capacidade do circuito e da granulometria do produto. A avaliação do impacto da eficiência de classificação e da carga circulante no desempenho da PR em circuitos fechados. As análises conduzidas compararam o desempenho da PR a partir dos índices de desempenhos do equipamento e do circuito (capacidade específica, relação de redução e potência específica) que foram obtidos através das variáveis de processo como a vazão mássica, o P50 das distribuições granulométricas dos fluxos e o consumo de potência. Porém, dependendo do índice avaliado, uma configuração é mais vantajosa que a outra. Portanto, foi estabelecido um indicador que relacione as três variáveis de processo (capacidade, consumo de potência e granulometria) para determinar o circuito mais energeticamente eficiente. / Comminution is the most energy-intensive and energy-inefficient operation. A small gain in comminution efficiency can have a large impact on the operating cost of a plant. During the last decade, there have been considerable improvements in comminution efficiency not only due to the optimal design of grinding systems and operating variables that enable more efficient use of existing comminution devices, but also due to the development of comminution devices with the ability to enhance energy utilization. One such recognized technology which addresses most of these issues is the highpressure grinding roll (HPGR). A pilot scale test program was conduct in order to evaluate the size reduction performance of HPGR operating in different circuit configurations. In total, eighteen pilot-HPGR locked cycle tests were performed to simulate the HPGR performance in closed circuit with a screen, product recycle and edge recycle. This work provides the results from the pilot scale HPGR test program. The analysis reported herein includes: A comparison of different circuit configurations of HPGR operation in terms of energy consumption and product fineness. An evaluation of the impact of classification efficiency and circulating load on the performance of closed HPGR circuits. Analyses conducted compared the HPGR performance based onequipment and circuits indexes (specific capacity, reduction ratio and specific power) that were obtained through process variables such as flow rate, the P50 of the particle size distribution and power consumption. However, depending on the index evaluated, a configuration is more advantageous than the other. Therefore, an indicator was established that relates the three process variables (capacity, power consumption and particle size) to determine the most energy efficient circuit.

Esta tese investiga o efeito de dissipação de energia (energy input) sobre a cinética de flotação de apatita em meio básico (pH 10,5) utilizando oleato de sódio (40 mg/L e 80 mg/L) como coletor. Uma célula de flotação com agitação promovida por grades oscilantes (OGC - Oscilating Grid Flotation Cell), desenvolvida especialmente para avaliação do efeito de energia dissipada na flotação, foi adotada para o estudo devido à célula apresentar uma turbulência praticamente isotrópica, enquanto que as células mecânicas convencionais de flotação geram regiões com diferentes níveis de turbulência, visto que, próximo ao rotor a turbulência é muito maior que nas regiões mais afastadas. A agitação gerada pelo impelidor interfere em todos os sub-processos da flotação: colisão entre bolhas e partículas, adesão e destacamento (detachment). A macroturbulência na célula de flotação suspende as partículas no interior da célula, enquanto a microturbulência dispersa as bolhas e promove as colisões entre as bolhas e as partículas. Todos estes fenômenos podem influenciar a cinética do processo. Além disso, pelo fato das partículas muito grossas (+150µm) e finas (-44µm) de apatita apresentarem recuperações mais baixas do que uma faixa de tamanho ótimo, é importante estudar a influência da dissipação de energia na cinética dessas partículas. Os resultados mostraram que a cinética de flotação de apatita é fortemente influenciada pela dissipação de energia, pelo tamanho das partículas e pela concentração de coletor (ângulo de contato). As partículas finas (-44µm) exigem um elevado nível de energia (2 kW.m-3), devido ao aumento das frequências de colisão entre bolhas e partículas, esse aumento de energia não destruiu o agregado bolha/partícula para fração fina. Por outro lado, a cinética de flotação de partículas grossas (+150µm) foi fortemente afetada pelo aumento da energia transferida, os maiores valores da constante cinética para os grossos foram obtidos com o menor nível de dissipação de energia testado (0,1 kW.m-3), qualquer aumento na turbulência apresentou uma redução na taxa de flotação de no mínimo 40%, devido à destruição do agregado de partículas/bolha. O efeito da hidrofobicidade da apatita foi avaliado através de testes de flotação com duas concentrações de coletor (40 e 80g/L). A alta concentração de coletor (80g/L) apresentou resultados mais elevados de constante cinética para todos os níveis de dissipação de energia e para qualquer tamanho de partícula. Estes resultados evidenciam a influência da hidrofobicidade na adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha. / This thesis investigates the effect of energy dissipation (also called energy input) on the flotation kinetics of apatite in basic medium (pH10.5) with sodium oleate (40mg/L and 80mg/L) as collector. A special equipment called Oscillating Grid Flotation Cell (OGC) was adopted because the movement of the grids inside OGC creates a near isotropic turbulence, whereas the conventional mechanical flotation cells generate regions with different levels of turbulence: the intensity of turbulence is strongly higher close to the impeller and is very low far from it. The agitation created by the impeller influences all flotation sub process: particle/bubble collision, adhesion and detachment. Macroturbulence promotes the particle suspension inside the cell, whilst microturbulence disperses the bubbles and promotes collisions between bubbles and particles. All these phenomena influence the kinetics of the process. Moreover, because very coarse (+150µm) and fine (-44µm) particles of apatite show lower recovery than an optimum size range, it is important to study the influence of energy input on the kinetics of these sort of particles. The results showed that flotation kinetics of apatite is strongly influenced by the energy input, particle size and collector concentration (contact angle). Fine particles (-44µm) require high energy input (2 kW.m-3) probably to promote collision and the increase of energy input did not destroy the bubble/particle aggregate. Conversely, the flotation kinetics of coarse particles (+150µm) was strongly affected by energy input: 0,1 kW.m-3 promoted high flotation rate, but increasing the energy input to any higher level the flotation kinetics exhibits a clear decay, probably due to the destruction of the aggregate particle/bubble. The effect of hydrophobicity is evaluated testing two collector concentrations. With high collector concentration the flotation rate increased for all levels of energy input, these results evidenced the influence of hydrophobicity on the attachment and stability of the aggregate particle/bubble.

Este trabalho trata sobre o aproveitamento de reservas minerais através dos conceitos de completa extração e adequada utilização do minério, considerando estes conceitos como parte da gestão de recursos e reservas, e como elementos que poderão contribuir para o aumento da vida útil do empreendimento mineiro e para redução de custos unitários. A gestão de recursos e reservas, no universo da mineração, usualmente, tem foco na ativa descoberta, rigor na quantificação e caracterização do minério. A metodologia utilizada neste trabalho foca no aumento do aproveitamento das reservas minerais em função da identificação e redução de perdas na cadeia produtiva. Tais reduções deverão se aplicar para além da frente de extração do minério (frente de lavra), tratando em especial a questão da recuperação do bem de interesse presente no minério (bem mineral). Apontando no sentido da completa extração e adequada utilização do minério, as soluções propostas para redução das perdas se baseiam em ajustes de operações unitárias e na linearização e integração do aproveitamento do minério numa só cadeia de valor. Desta forma perdas de minério poderão ser transformadas em produto na mesma cadeia, ao invés de considerar aproveitamentos alternativos com diversificação de destinos e produtos. Como estudo de caso, se utilizou a industrialização do folhelho pirobetuminoso do Subgrupo Irati no estado do Paraná - Brasil, operado pela Petróleo Brasileiro S. A. - PETROBRAS. O folhelho pirobetuminoso, mas conhecido como xisto, é um minério cujo principal bem de interesse presente em sua composição é a matéria orgânica que quando decomposta termicamente produz óleo e gás. Para este aproveitamento do folhelho pirobetuminoso há uma cadeia produtiva com três grandes processos: mineração; tratamento de minérios e processamento. Sendo que, se tem associado a cada um destes processos, perdas de minério, que, se reduzidas, considerando o potencial energético e restrições para o processamento, implicam em maior aproveitamento das reservas minerais. / This work is about the use of mineral reserves through of the concepts of complete extraction and appropriate use of the ore, and considers these concepts as part of the management of resources and reserves, and also consider that these concepts help to increase the life of the venture mining and to reduce unit costs. The management of resources and reserves in the world of mining usually has focused on active discovery and accuracy in the quantification and characterization of the ore. The methodology used in this work focuses on increasing the use of mineral reserves according to the identification and reduction of losses in the productive chain of mining beyond the front of extraction of ore (front of mine), addressing in particular the question of the recovery of valuable mineral ore (mineral-ore). Pointing towards the complete extraction and appropriate use of the ore, the proposed solutions for reducing losses are based on adequacy of the unit operations and linearization and integration of the use of ore in a single value chain, so that losses of ore can be processed into product in the same chain instead of considering alternative uses with diversification of destinations and products. As a case study has the industrialization of the oil shale of the Subgroup Irati of the state Paraná - Brazil, operated by Petróleo Brasileiro S. A. - PETROBRAS. Oil shale is a ore whose mineral of interest in this composition is the organic matters that when thermally decomposed produces oil and gas. To achieve the production of oil and gas from the oil shale ore is subjected to three main processes within a supply chain: mining, ore processing and; processing. Since, it has been associated to each of these cases, loss of ore which reduced involve greater use of mineral reserves, considering the energy potential and limitations for the processing of oil shale.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a potencialidade de aplicação da Flotação por Ar Dissolvido (FAD) na redução da turbidez da água do Rio Gualaxo do Norte, o qual foi poluído por, pelo menos, 40 bilhões de litros de rejeito do processamento de minério de ferro após a ruptura da barragem de rejeitos da Samarco, em novembro de 2015. Com isto, o estudo visa determinar as condições ótimas de coagulação (dosagem e pH), floculação (gradiente médio de velocidade e tempo de floculação) e taxa de reciclo (percentual de mistura água-ar dissolvido), visando obter parâmetros satisfatórios de qualidade em termos de turbidez residual e eficiência de remoção turbidez para amostras compostas por variados valores de turbidez (419 NTU, 785 NTU 1412 NTU e 3517 NTU), a fim de se simular a resposta da FAD frente a eventuais variações na concentração de sólidos na água de estudo. Dentro do universo deste estudo, foi possível demonstrar que a elevada turbidez, a baixa hidrofobicidade e a elevada densidade das partículas minerais suspensas levou à redução da capacidade de flotação das microbolhas, resultando em uma fração de material sedimentado (em média 25%). Todavia, foi constatado que, em geral, o coagulante cloreto férrico foi eficiente na remoção de sólidos via FAD, promovendo, com 18% de taxa de reciclo, turbidez residual de 49 NTU para a amostra mais turva (de turbidez inicial 3517 NTU). O coagulante natural Tanfloc SL apresentou desempenho promissor, pois foi possível a clarificação das amostras altamente turvas (com até 1412 NTU) com a aplicação de uma diminuta dosagem (2,0 mg/L) e baixa taxa de reciclo (6%), resultando em turbidez residual próxima a 59 NTU. Além disto, o coagulante Tanfloc SL permitiu maior flotabilidade dos flocos, enquanto o coagulante cloreto férrico levou a maiores percentuais de sedimentação destes. Após o tratamento com o coagulante cloreto férrico, a concentração de ferro dissolvido na água foi elevada, inclusive a valores superiores ao limite estabelecido pela legislação. Em contrapartida, o coagulante Tanfloc SL manteve baixa concentração de metais dissolvidos na água, o que reforça a vantajosa aplicação de um coagulante natural e biodegradável. / This research project aimed to evaluate the viability of the application of the Dissolved Air Flotation (FAD) technique in the reduction of the River Gualaxo do Norte water turbidity, polluted by at least 40 billion liters of iron ore tailings after the rupture of the Samarco tailings dam, in November of 2015. Therefore, this study\'s purpose is to determine the optimum coagulation conditions (dose and pH), flocculation (mean velocity gradient and flocculation time) and recycle rate (water-dissolved air mixture percentage) in order to obtain satisfactory quality parameters in terms of residual turbidity and removal efficiency for samples presenting varying turbidity values (1412 NTU 419 NTU 785 NTU and 3517 NTU) aiming to simulate the DAF reponse to any variations in solids concentration. Within the universe of this study, it was possible to demonstrate that the high turbidity, and especially the high density of the suspended mineral particles, led to the reduction of the flotation capacity of the microbubbles, resulting in a sediment fraction (25% - mean value). However, it was found that, in general, the coagulant ferric chloride was effective in removal of solids via FAD, promoting with 18% recycle rate, residual turbidity of 49 NTU for the most turbid water sample (initial turbidity 3517 NTU). The natural coagulant Tanfloc SL presented a favorable performance, as it was possible to clarify highly turbid samples (up to 1412 NTU) using a low dosage (2.0 mg / L) and low recycle rate (6%), resulting in in residual turbidity close to 59 NTU. In addition, the coagulant Tanfloc SL allowed greater flotation of the flocs, while the coagulant ferric chloride led to higher sedimentation percentages. With the use of ferric chloride as coagulant the iron concentration dissolved in the water was elevated, even to values higher than the limit established by the legislation. In contrast, the coagulant Tanfloc SL maintained a low concentration of dissolved metals in the water, which reinforces the advantageous application of a natural and biodegradable organic coagulant.

A etapa de cominuição é a operação que mais consome energia de forma ineficiente. Pequenos ganhos de eficiência podem impactar significativamente nos custos operacionais da planta. Durante as décadas passadas, foram atingidas melhoras consideráveis na eficácia dos processos não apenas pela otimização integrada das etapas de cominuição, mas também pelo desenvolvimento de tecnologias que permitem o uso mais eficiente da energia. Entre elas está a Prensa de Rolos de Alta Pressão (PRAP, em inglês High Pressure Griding Rolls - HPGR). Uma campanha experimental em planta piloto foi conduzida para avaliar o desempenho da prensa de rolos (PR) em diferentes configurações de circuito. No total, foram conduzidos 18 ensaios em circuito fechado com peneira, com recirculação parcial do produto da PR e recirculação do produto das bordas. Este estudo apresenta os resultados de tal campanha e as análises contemplam: A comparação do desempenho da PR em diferentes configurações do circuito em termos do consumo de energia, da capacidade do circuito e da granulometria do produto. A avaliação do impacto da eficiência de classificação e da carga circulante no desempenho da PR em circuitos fechados. As análises conduzidas compararam o desempenho da PR a partir dos índices de desempenhos do equipamento e do circuito (capacidade específica, relação de redução e potência específica) que foram obtidos através das variáveis de processo como a vazão mássica, o P50 das distribuições granulométricas dos fluxos e o consumo de potência. Porém, dependendo do índice avaliado, uma configuração é mais vantajosa que a outra. Portanto, foi estabelecido um indicador que relacione as três variáveis de processo (capacidade, consumo de potência e granulometria) para determinar o circuito mais energeticamente eficiente. / Comminution is the most energy-intensive and energy-inefficient operation. A small gain in comminution efficiency can have a large impact on the operating cost of a plant. During the last decade, there have been considerable improvements in comminution efficiency not only due to the optimal design of grinding systems and operating variables that enable more efficient use of existing comminution devices, but also due to the development of comminution devices with the ability to enhance energy utilization. One such recognized technology which addresses most of these issues is the highpressure grinding roll (HPGR). A pilot scale test program was conduct in order to evaluate the size reduction performance of HPGR operating in different circuit configurations. In total, eighteen pilot-HPGR locked cycle tests were performed to simulate the HPGR performance in closed circuit with a screen, product recycle and edge recycle. This work provides the results from the pilot scale HPGR test program. The analysis reported herein includes: A comparison of different circuit configurations of HPGR operation in terms of energy consumption and product fineness. An evaluation of the impact of classification efficiency and circulating load on the performance of closed HPGR circuits. Analyses conducted compared the HPGR performance based onequipment and circuits indexes (specific capacity, reduction ratio and specific power) that were obtained through process variables such as flow rate, the P50 of the particle size distribution and power consumption. However, depending on the index evaluated, a configuration is more advantageous than the other. Therefore, an indicator was established that relates the three process variables (capacity, power consumption and particle size) to determine the most energy efficient circuit.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar a potencialidade de aplicação da Flotação por Ar Dissolvido (FAD) na redução da turbidez da água do Rio Gualaxo do Norte, o qual foi poluído por, pelo menos, 40 bilhões de litros de rejeito do processamento de minério de ferro após a ruptura da barragem de rejeitos da Samarco, em novembro de 2015. Com isto, o estudo visa determinar as condições ótimas de coagulação (dosagem e pH), floculação (gradiente médio de velocidade e tempo de floculação) e taxa de reciclo (percentual de mistura água-ar dissolvido), visando obter parâmetros satisfatórios de qualidade em termos de turbidez residual e eficiência de remoção turbidez para amostras compostas por variados valores de turbidez (419 NTU, 785 NTU 1412 NTU e 3517 NTU), a fim de se simular a resposta da FAD frente a eventuais variações na concentração de sólidos na água de estudo. Dentro do universo deste estudo, foi possível demonstrar que a elevada turbidez, a baixa hidrofobicidade e a elevada densidade das partículas minerais suspensas levou à redução da capacidade de flotação das microbolhas, resultando em uma fração de material sedimentado (em média 25%). Todavia, foi constatado que, em geral, o coagulante cloreto férrico foi eficiente na remoção de sólidos via FAD, promovendo, com 18% de taxa de reciclo, turbidez residual de 49 NTU para a amostra mais turva (de turbidez inicial 3517 NTU). O coagulante natural Tanfloc SL apresentou desempenho promissor, pois foi possível a clarificação das amostras altamente turvas (com até 1412 NTU) com a aplicação de uma diminuta dosagem (2,0 mg/L) e baixa taxa de reciclo (6%), resultando em turbidez residual próxima a 59 NTU. Além disto, o coagulante Tanfloc SL permitiu maior flotabilidade dos flocos, enquanto o coagulante cloreto férrico levou a maiores percentuais de sedimentação destes. Após o tratamento com o coagulante cloreto férrico, a concentração de ferro dissolvido na água foi elevada, inclusive a valores superiores ao limite estabelecido pela legislação. Em contrapartida, o coagulante Tanfloc SL manteve baixa concentração de metais dissolvidos na água, o que reforça a vantajosa aplicação de um coagulante natural e biodegradável. / This research project aimed to evaluate the viability of the application of the Dissolved Air Flotation (FAD) technique in the reduction of the River Gualaxo do Norte water turbidity, polluted by at least 40 billion liters of iron ore tailings after the rupture of the Samarco tailings dam, in November of 2015. Therefore, this study\'s purpose is to determine the optimum coagulation conditions (dose and pH), flocculation (mean velocity gradient and flocculation time) and recycle rate (water-dissolved air mixture percentage) in order to obtain satisfactory quality parameters in terms of residual turbidity and removal efficiency for samples presenting varying turbidity values (1412 NTU 419 NTU 785 NTU and 3517 NTU) aiming to simulate the DAF reponse to any variations in solids concentration. Within the universe of this study, it was possible to demonstrate that the high turbidity, and especially the high density of the suspended mineral particles, led to the reduction of the flotation capacity of the microbubbles, resulting in a sediment fraction (25% - mean value). However, it was found that, in general, the coagulant ferric chloride was effective in removal of solids via FAD, promoting with 18% recycle rate, residual turbidity of 49 NTU for the most turbid water sample (initial turbidity 3517 NTU). The natural coagulant Tanfloc SL presented a favorable performance, as it was possible to clarify highly turbid samples (up to 1412 NTU) using a low dosage (2.0 mg / L) and low recycle rate (6%), resulting in in residual turbidity close to 59 NTU. In addition, the coagulant Tanfloc SL allowed greater flotation of the flocs, while the coagulant ferric chloride led to higher sedimentation percentages. With the use of ferric chloride as coagulant the iron concentration dissolved in the water was elevated, even to values higher than the limit established by the legislation. In contrast, the coagulant Tanfloc SL maintained a low concentration of dissolved metals in the water, which reinforces the advantageous application of a natural and biodegradable organic coagulant.

Este trabalho trata sobre o aproveitamento de reservas minerais através dos conceitos de completa extração e adequada utilização do minério, considerando estes conceitos como parte da gestão de recursos e reservas, e como elementos que poderão contribuir para o aumento da vida útil do empreendimento mineiro e para redução de custos unitários. A gestão de recursos e reservas, no universo da mineração, usualmente, tem foco na ativa descoberta, rigor na quantificação e caracterização do minério. A metodologia utilizada neste trabalho foca no aumento do aproveitamento das reservas minerais em função da identificação e redução de perdas na cadeia produtiva. Tais reduções deverão se aplicar para além da frente de extração do minério (frente de lavra), tratando em especial a questão da recuperação do bem de interesse presente no minério (bem mineral). Apontando no sentido da completa extração e adequada utilização do minério, as soluções propostas para redução das perdas se baseiam em ajustes de operações unitárias e na linearização e integração do aproveitamento do minério numa só cadeia de valor. Desta forma perdas de minério poderão ser transformadas em produto na mesma cadeia, ao invés de considerar aproveitamentos alternativos com diversificação de destinos e produtos. Como estudo de caso, se utilizou a industrialização do folhelho pirobetuminoso do Subgrupo Irati no estado do Paraná - Brasil, operado pela Petróleo Brasileiro S. A. - PETROBRAS. O folhelho pirobetuminoso, mas conhecido como xisto, é um minério cujo principal bem de interesse presente em sua composição é a matéria orgânica que quando decomposta termicamente produz óleo e gás. Para este aproveitamento do folhelho pirobetuminoso há uma cadeia produtiva com três grandes processos: mineração; tratamento de minérios e processamento. Sendo que, se tem associado a cada um destes processos, perdas de minério, que, se reduzidas, considerando o potencial energético e restrições para o processamento, implicam em maior aproveitamento das reservas minerais. / This work is about the use of mineral reserves through of the concepts of complete extraction and appropriate use of the ore, and considers these concepts as part of the management of resources and reserves, and also consider that these concepts help to increase the life of the venture mining and to reduce unit costs. The management of resources and reserves in the world of mining usually has focused on active discovery and accuracy in the quantification and characterization of the ore. The methodology used in this work focuses on increasing the use of mineral reserves according to the identification and reduction of losses in the productive chain of mining beyond the front of extraction of ore (front of mine), addressing in particular the question of the recovery of valuable mineral ore (mineral-ore). Pointing towards the complete extraction and appropriate use of the ore, the proposed solutions for reducing losses are based on adequacy of the unit operations and linearization and integration of the use of ore in a single value chain, so that losses of ore can be processed into product in the same chain instead of considering alternative uses with diversification of destinations and products. As a case study has the industrialization of the oil shale of the Subgroup Irati of the state Paraná - Brazil, operated by Petróleo Brasileiro S. A. - PETROBRAS. Oil shale is a ore whose mineral of interest in this composition is the organic matters that when thermally decomposed produces oil and gas. To achieve the production of oil and gas from the oil shale ore is subjected to three main processes within a supply chain: mining, ore processing and; processing. Since, it has been associated to each of these cases, loss of ore which reduced involve greater use of mineral reserves, considering the energy potential and limitations for the processing of oil shale.

Esta tese investiga o efeito de dissipação de energia (energy input) sobre a cinética de flotação de apatita em meio básico (pH 10,5) utilizando oleato de sódio (40 mg/L e 80 mg/L) como coletor. Uma célula de flotação com agitação promovida por grades oscilantes (OGC - Oscilating Grid Flotation Cell), desenvolvida especialmente para avaliação do efeito de energia dissipada na flotação, foi adotada para o estudo devido à célula apresentar uma turbulência praticamente isotrópica, enquanto que as células mecânicas convencionais de flotação geram regiões com diferentes níveis de turbulência, visto que, próximo ao rotor a turbulência é muito maior que nas regiões mais afastadas. A agitação gerada pelo impelidor interfere em todos os sub-processos da flotação: colisão entre bolhas e partículas, adesão e destacamento (detachment). A macroturbulência na célula de flotação suspende as partículas no interior da célula, enquanto a microturbulência dispersa as bolhas e promove as colisões entre as bolhas e as partículas. Todos estes fenômenos podem influenciar a cinética do processo. Além disso, pelo fato das partículas muito grossas (+150µm) e finas (-44µm) de apatita apresentarem recuperações mais baixas do que uma faixa de tamanho ótimo, é importante estudar a influência da dissipação de energia na cinética dessas partículas. Os resultados mostraram que a cinética de flotação de apatita é fortemente influenciada pela dissipação de energia, pelo tamanho das partículas e pela concentração de coletor (ângulo de contato). As partículas finas (-44µm) exigem um elevado nível de energia (2 kW.m-3), devido ao aumento das frequências de colisão entre bolhas e partículas, esse aumento de energia não destruiu o agregado bolha/partícula para fração fina. Por outro lado, a cinética de flotação de partículas grossas (+150µm) foi fortemente afetada pelo aumento da energia transferida, os maiores valores da constante cinética para os grossos foram obtidos com o menor nível de dissipação de energia testado (0,1 kW.m-3), qualquer aumento na turbulência apresentou uma redução na taxa de flotação de no mínimo 40%, devido à destruição do agregado de partículas/bolha. O efeito da hidrofobicidade da apatita foi avaliado através de testes de flotação com duas concentrações de coletor (40 e 80g/L). A alta concentração de coletor (80g/L) apresentou resultados mais elevados de constante cinética para todos os níveis de dissipação de energia e para qualquer tamanho de partícula. Estes resultados evidenciam a influência da hidrofobicidade na adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha. / This thesis investigates the effect of energy dissipation (also called energy input) on the flotation kinetics of apatite in basic medium (pH10.5) with sodium oleate (40mg/L and 80mg/L) as collector. A special equipment called Oscillating Grid Flotation Cell (OGC) was adopted because the movement of the grids inside OGC creates a near isotropic turbulence, whereas the conventional mechanical flotation cells generate regions with different levels of turbulence: the intensity of turbulence is strongly higher close to the impeller and is very low far from it. The agitation created by the impeller influences all flotation sub process: particle/bubble collision, adhesion and detachment. Macroturbulence promotes the particle suspension inside the cell, whilst microturbulence disperses the bubbles and promotes collisions between bubbles and particles. All these phenomena influence the kinetics of the process. Moreover, because very coarse (+150µm) and fine (-44µm) particles of apatite show lower recovery than an optimum size range, it is important to study the influence of energy input on the kinetics of these sort of particles. The results showed that flotation kinetics of apatite is strongly influenced by the energy input, particle size and collector concentration (contact angle). Fine particles (-44µm) require high energy input (2 kW.m-3) probably to promote collision and the increase of energy input did not destroy the bubble/particle aggregate. Conversely, the flotation kinetics of coarse particles (+150µm) was strongly affected by energy input: 0,1 kW.m-3 promoted high flotation rate, but increasing the energy input to any higher level the flotation kinetics exhibits a clear decay, probably due to the destruction of the aggregate particle/bubble. The effect of hydrophobicity is evaluated testing two collector concentrations. With high collector concentration the flotation rate increased for all levels of energy input, these results evidenced the influence of hydrophobicity on the attachment and stability of the aggregate particle/bubble.