O ciclo produtivo mineiro é composto essencialmente pelas seguintes operações: Perfuração & Desmonte (P & D), Carregamento, Transporte, Cominuição e Beneficiamento. Sendo assim, tem-se um modelo de produção em série onde uma etapa é dependente da outra. Portanto, melhorias nos estágios iniciais impactarão na eficiência e produtividade dos estágios subsequentes. A etapa de Perfuração & Desmonte, sendo responsável pela fragmentação primária do material, representa, neste modelo, o fornecedor de material para as operações que seguem, devendo atender a curva granulométrica demandada pelo britador primário. No entanto, por tratar-se de uma linha de produção em série, a curva granulométrica definida pelo britador primário, irá influenciar os processos intermediários, carregamento e transporte, bem como, no caso de uma fragmentação inadequada, todo o processo será prejudicado. Assim, deve-se avaliar a produtividade e a eficiência de todas as etapas de modo a definir a curva granulométrica (fragmentação) que melhor atende os equipamentos utilizados na mina, gerando uma maior produção com os menores custos possíveis. O presente trabalho faz uma análise entre a fragmentação da rocha e a eficiência e produtividade da etapa de carregamento do material, discutindo os principais fatores que influenciam esta operação. Visando estabelecer uma metodologia, realizou-se um estudo de caso em uma mina de ferro, onde se buscou determinar os diversos tempos de ciclo dependentes da fragmentação gerada pelo desmonte, relacionando a fragmentação aos fatores envolvidos no carregamento. Analisou-se, também, o grau de influência que a etapa de Perfuração & Desmonte tem sobre a etapa de carregamento, uma vez que elas se sobrepõem em determinados pontos da produção e, a realização de uma, por vezes, interrompe a outra. Tem-se, assim, que a operação de P & D impacta diretamente na massa carregada e, quando esta operação não é adequada, pode reduzir drasticamente a quantidade de horas trabalhadas pelos equipamentos de carregamento, uma vez que estes sofrerão um maior desgaste e apresentarão um maior número de manutenções, bem como a etapa de P & D inadequada irá aumentar o número de horas improdutivas. / The mining productive cycle is comprised essentially for the following unit operations: drill and blast (D&B), loading, haulage, comminution and mineral processing. Thus, there is a model of mass production where one step depends on another. Therefore, improvements in the initial stages will impact on the efficiency and productivity of the subsequent stages. D & B being the responsible for the primary fragmentation of the material is, in this model of production, the material supplier for the operations that follow, should attend the grading curve demanded by the primary crusher. However, because it is a line of series production, the grading curve defined by the primary crusher will influence on the intermediaries processes, loading and haulage, as well as in the case of improper fragmentation, the whole process will be impaired. So, it is necessary evaluate the productivity and the efficiency of all steps to set the grading curve (fragmentation) that suits the equipment used in the mine, generating the more output with the lowest possible cost. This dissertation carried out analysis on: rock fragmentation, efficiency and productivity of the loading material, discussing the main factors that influence these operations. In order to establish a methodology, a case study in an iron ore mine was performed, where the cycle time dependent on the fragmentation generated by the blast was sought and relating the fragmentation to the factors involved in loading. D & B degree of influence in load step was also analyzed, since it overlap at some points of production and, sometimes, one step interrupts other. Thereby, the D & B operation directly impacts on the loading mass and, when this mass is improperly fragmented, it can drastically reduce the amount of working hours of the loading equipment, because this equipment will suffer more damage and will need more maintenance, as well as an inappropriate D & B will increase unproductive hours.

O ciclo produtivo mineiro é composto essencialmente pelas seguintes operações: Perfuração & Desmonte (P & D), Carregamento, Transporte, Cominuição e Beneficiamento. Sendo assim, tem-se um modelo de produção em série onde uma etapa é dependente da outra. Portanto, melhorias nos estágios iniciais impactarão na eficiência e produtividade dos estágios subsequentes. A etapa de Perfuração & Desmonte, sendo responsável pela fragmentação primária do material, representa, neste modelo, o fornecedor de material para as operações que seguem, devendo atender a curva granulométrica demandada pelo britador primário. No entanto, por tratar-se de uma linha de produção em série, a curva granulométrica definida pelo britador primário, irá influenciar os processos intermediários, carregamento e transporte, bem como, no caso de uma fragmentação inadequada, todo o processo será prejudicado. Assim, deve-se avaliar a produtividade e a eficiência de todas as etapas de modo a definir a curva granulométrica (fragmentação) que melhor atende os equipamentos utilizados na mina, gerando uma maior produção com os menores custos possíveis. O presente trabalho faz uma análise entre a fragmentação da rocha e a eficiência e produtividade da etapa de carregamento do material, discutindo os principais fatores que influenciam esta operação. Visando estabelecer uma metodologia, realizou-se um estudo de caso em uma mina de ferro, onde se buscou determinar os diversos tempos de ciclo dependentes da fragmentação gerada pelo desmonte, relacionando a fragmentação aos fatores envolvidos no carregamento. Analisou-se, também, o grau de influência que a etapa de Perfuração & Desmonte tem sobre a etapa de carregamento, uma vez que elas se sobrepõem em determinados pontos da produção e, a realização de uma, por vezes, interrompe a outra. Tem-se, assim, que a operação de P & D impacta diretamente na massa carregada e, quando esta operação não é adequada, pode reduzir drasticamente a quantidade de horas trabalhadas pelos equipamentos de carregamento, uma vez que estes sofrerão um maior desgaste e apresentarão um maior número de manutenções, bem como a etapa de P & D inadequada irá aumentar o número de horas improdutivas. / The mining productive cycle is comprised essentially for the following unit operations: drill and blast (D&B), loading, haulage, comminution and mineral processing. Thus, there is a model of mass production where one step depends on another. Therefore, improvements in the initial stages will impact on the efficiency and productivity of the subsequent stages. D & B being the responsible for the primary fragmentation of the material is, in this model of production, the material supplier for the operations that follow, should attend the grading curve demanded by the primary crusher. However, because it is a line of series production, the grading curve defined by the primary crusher will influence on the intermediaries processes, loading and haulage, as well as in the case of improper fragmentation, the whole process will be impaired. So, it is necessary evaluate the productivity and the efficiency of all steps to set the grading curve (fragmentation) that suits the equipment used in the mine, generating the more output with the lowest possible cost. This dissertation carried out analysis on: rock fragmentation, efficiency and productivity of the loading material, discussing the main factors that influence these operations. In order to establish a methodology, a case study in an iron ore mine was performed, where the cycle time dependent on the fragmentation generated by the blast was sought and relating the fragmentation to the factors involved in loading. D & B degree of influence in load step was also analyzed, since it overlap at some points of production and, sometimes, one step interrupts other. Thereby, the D & B operation directly impacts on the loading mass and, when this mass is improperly fragmented, it can drastically reduce the amount of working hours of the loading equipment, because this equipment will suffer more damage and will need more maintenance, as well as an inappropriate D & B will increase unproductive hours.

O carvão da camada Barro Branco, situado na região sul do estado de Santa Catarina, tem sido amplamente estudado e utilizado, apresentando por esta razão reduzidas reservas. O carvão remanescente da camada Bonito na mesma região é menos conhecido e caracteriza-se pelo alto teor de cinzas e pela alta percentagem de partículas com densidade próxima a do concentrado. Esta peculiaridade torna difícil o seu tratamento nas usinas de beneficiamento atuais, que utilizam jigues para esta finalidade. Os requisitos técnicos do combustível (carvão) exigidos pelas usinas do Complexo Termelétrico Jorge Lacerda, seu maior cliente, são teores de cinzas e enxofre total <43% e ≤2,3%, respectivamente. Algumas Carboníferas locais estão estudando outros processos de beneficiamento para o carvão, embora a maioria das que ainda mantêm jigue como o principal equipamento de tratamento não produza o carvão com as características exigidas pelo mercado. Este trabalho pesquisa outras rotas e melhorias para o tratamento do carvão em questão. Processamentos a seco e testes hidráulicos (jigagem) foram conduzidos na Alemanha para este objetivo. Na seqüência, testes utilizando dois intervalos granulométricos foram realizados em jigue processado por batelada para estudo da influência da freqüência de pulsação, amplitude e espessura do leito na segregação das frações de carvão, a fim de otimizar a operação de jigagem. Ao final, confirma-se que os resultados do processamento do carvão ROM nas freqüências específicas de 88 min-1 e 64 min-1 para as frações 16 mm x 6,3 mm e 6,3 mm x 2 mm, nesta ordem e com a espessura de leito em torno de 125 mm produz carvão com teores de cinzas e enxofre em torno de 43% e 2%, respectivamente e rendimento mássico de 28%. Se somados à fração 2 mm x 0,1 mm, tratada em espirais, o teor médio de enxofre mantém-se em 2% e o teor de cinzas e rendimento mássico do produto final alcançam os respectivos valores de 43,3% e 34%, embora os testes tenham sido conduzidos em laboratório. / The coal from Barro Branco seam, which is widely used, is situated in the southern Brazil, State of Santa Catarina, and it is reaching depletion. The remaining coal from Bonito seam in the same region is less known and is characterized by the high percentage of near-gravity material and ash content. This peculiarity makes it difficult to treat in the current processing plants, which use jigs for this purpose. This product should have <43% of ash content and ≤2.3% of sulfur content for supplying Jorge Lacerda‟s thermal electric power plant, which uses coal as combustible. A few local coal companies are testing the dense medium process for coal beneficiation, although most of them that still maintain jigs as the main cleaning equipment do not produce the coal required by the market. This study was carried out to investigate other routes and improvements for coal cleaning. Dry processing and jigging tests were conducted in Germany for this purpose. Dry processing was done using an X-ray sorter. Tests were also performed using a batch jig to study the influence of jig frequency, amplitude and bed thickness on the separation of two coal fractions. It was found that the processing of the ROM coal in the specific frequencies of 88 min-1 and 64 min-1 to respective intervals 16 mm x 6.3 mm and 6.3 mm x 2 mm, in a bed thickness around 125 mm, produces a coal with ash content and sulfur content about 43% and 2%, respectively and 28% mass yield. If added to size fraction 2 mm x 0.1 mm, treated in spirals, the average sulfur content remains at 2%, ash content and mass yield of the final product reach the respective values of 43.3% and 34%, although the tests have been handled in laboratory.

Curvas granulométricas de alimentação e produto em etapas de britagem permitem modelar e avaliar o desempenho dos equipamentos. Essa pesquisa foi baseada na determinação de curvas granulométricas tendo como ponto de partida estudos sobre conceitos de amostragem de Gy, Napier-Munn, Minnitt e Pittard, sendo que as amostragens para definição dessas curvas granulométricas utilizaram análises de imagens. A importância deste estudo está relacionada à necessidade de conhecer o minério que abastece a usina, pois nesse caso de estudo, com o aprofundamento da cava, este vem se tornando mais compacto e resistente. Um dos objetivos essenciais é utilizar a amostragem via análise de imagens como ferramenta para determinação da granulometria de ROM alimentado na britagem primária de uma planta e aplicar a técnica nas demais fases. Foram definidas duas metodologias, uma para amostragem do ROM encaminhado à britagem primária e outra para alimentação da britagem terciária. Inicialmente, na amostragem de ROM (itabiritos friáveis), foi identificada a bancada de trabalho para que uma carga desmontada (259t) fosse basculada. Houve segregação dos blocos maiores que 2,5cm para análise e mensuração por imagens e formação da pilha para quarteamento e peneiramento. Os dados foram tratados e analisados, gerando as curvas granulométricas. A metodologia para amostrar a granulometria da alimentação da britagem terciária (itabiritos friáveis e granulados) partiu da identificação do ponto de amostragem, seguida de filmagens e determinação das imagens a serem utilizadas, simulando um amostrador automático. Os dados foram analisados e tratados com auxílio estatístico para obtenção das curvas. As metodologias foram consideradas de grande valia pois forneceram dados de granulometria com reprodutibilidade, porém mostraram-se laboriosas. Com relação ao ROM, o protocolo amostral apresenta taxas de redução de massa elevadas. As curvas abrangem ampla faixa de tamanhos, indicando que, apesar das etapas de homogeneização e divisão, os erros de viés e precisão (relativa = ±1%) resultantes frente à massa do lote retrocalculado (259t) foram desprezíveis. Nas curvas de ROM, 65% do material está retido em APA, 4% está na faixa entre APA e APF e 5% está retido em 1m, mostrando que frente amostrada atende às especificações do equipamento. Com relação à britagem terciária, foram realizados dois testes. Cada imagem gerou uma curva e cada teste gerou quatro curvas que geraram uma curva média. A curva média foi comparada com a de projeto, sendo a curva de granulado a mais próxima. As maiores variações ocorreram nos maiores tamanhos, acima de 80mm para granulado e de 50mm para friável. Também, foi observada a mesma quantidade de material entre APA e APF, porém 100% do material granulado alimentado nesta etapa estava retido em APF, indicando impactos nesta operação. As análises das curvas permite a identificação de um cenário sobre mudanças na granulometria do ROM para os próximos anos. As metodologias foram desenvolvidas para proceder no futuro com a análise de materiais mais resistentes e se tornam de grande valia, pois a tendência do material é se tornar cada vez mais compacto. Desta forma, os resultados defendem este tipo de amostragem como uma técnica viável e sugerem sua utilização para controle de produtividade em outros depósitos. / Feed size distribution curves in crushing stages allows modeling and predict performance of crushers. This research was based on particle size’s distribution curves determination with start on studies about sampling theory from Gy, Napier-Munn, Minnitt e Pittard, however, the sampling was developed with image analysis techniques and not by conventional granulometry analysis (screening). The importance of this research is related to the necessity of knowing ore that feeds plant because, in this study, with increased pit ore is becoming stronger and resistant. One of the essential objective is to use sampling with image analysis techniques as a tool for determining ROM’s particle size that feeds the first stage of crushing plant and apply that techniques in other stages. It was defined two methodologies, one was developed to sample in situ the ROM granulometry that feeds the first crushing stage and the other one was developed specially to knows the particle size (granulometry) that feeds the third crushing stage. Initially, on sampling ROM (friable itabirite), it was identified the workbench to dump a mass of 259t. Big blocks were segregated. In order to measure big blocks were applied image analysis techniques. Smaller material than 2.5cm was screened. Data were processed and analyzed, generating the size distribution curves. The methodology to sampling the third crushing stage (friable itabirite and compact itabirite) began with the sampling point identification followed by recordings and images determination simulating an automatic sampler. Data were processed and analyzed with statistical help to obtain curves. Both methodologies were considered valuable as they provided size distribution curves with reproducibility but were laborious. ROM granulometry that was evaluated has shown insignificant bias and reproducibility errors. The sampling protocol shows high reduction of mass rates. ROM curves shows that 65% of material is retained on APA, 4% is retained in size range between APA and APF and 5% is retained in 1m, showing that front sampled are attending the equipments specifications. With respect to tertiary crushing, two tests were performed. Each image generated one curve and each test generated four curves that generated a medium curve. The medium curve was compared with project curve and the compact curve was the curve that stays closer. The largest errors are, as expects, to blocks of larger size, more than 80mm for compact and 50mm for friable. Also was observed the same material quantity on APA and APF but 100% of compact itabirite was retained in APF, indicating impacts in this operation. The curves analysis allows the identification about changes in ROM’s particle size for the coming years. The methodologies have been developed to proceed in the future with the analysis of more resistant materials and become of great value, because the tendency of the material is becoming increasingly compact. Thus, the results defends this kind of sampling as a viable technique and suggest their use for control of productivity of other mineral deposits.

Esta dissertação está baseada no trabalho desenvolvido para adequar a usina de Conceição 1 (da Vale S.A.) para o processamento de itabiritos compactos e semi compactos, situada em Itabira-MG. Até 2014, a usina de Conceição 1 foi alimentada com hematitas e itabiritos friáveis e produzia cerca de 22 Mt/ano. Com o consumo progressivo das reservas de minérios friáveis, tornou-se necessário que a usina processasse minérios mais competentes e com menor teor de Fe: itabiritos compactos e semi compactos (40%Fe). Até então, este material era considerado estéril, uma vez que os circuitos de beneficiamento não possuíam capacidade para transformá-lo em concentrados, tendo em vista às exigências de mercado. Portanto, o principal objetivo deste trabalho foi analisar o processo de ramp-up para aumentar a capacidade de alimentação da planta para 34 Mt/ano. O dimensionamento dos equipamentos, desenho dos circuitos, bem como as premissas adotadas durante o projeto de adequação serão apresentados neste estudo. Comparando a curvas de ramp-up prevista à praticada, notou-se que houve perdas mássicas consideráveis. Dentre os principais fatores responsáveis, está a grande quantidade de materiais compactos alimentados à usina com granulometria e, talvez, dureza maior do que poderia ser previsto. Os teores de ferro na alimentação da flotação e a qualidade dos concentrados (sínter feed e pellet feed) mostraram-se um pouco abaixo, também, do previsto, porém satisfatórios A estratégia de divisão por fases teve forte impacto positivo, evitando perdas maiores, pois reduziu o número de dias de parada consideravelmente. O desenvolvimento do projeto, denominado FRAGCOM (fragmentação e cominuição), pode ter ajudado a revelar as soluções para os problemas encontrados: este visou a obter melhorias no processo de desmonte e, consequentemente, na cominuição. Os resultados analisados de alguns testes deste projeto mostraram que, na britagem, a usina atingiu maiores taxas de produtividade nesta ocasião. Dado que a britagem é o primeiro circuito de processamento (um gargalo), isto é um fator relevante. Para estes testes foi utilizada uma razão de carga maior no desmonte. Com esta e outras melhorias, uma maior quantidade de material compacto pôde ser processado. Por fim, os resultados mostraram que a falta de aderência da curva de produção prevista com respeito à praticada, deveu-se entre outros fatores, à maior dificuldade de alimentação do circuito de moagem, impactado pelo baixo rendimento operacional da britagem. / This dissertation is based on the work developed to adapt the plant of Conceição 1 (Vale S.A.) to the processing of compact and semicompact itabirites, located in Itabira-MG, southeastern Brazil. Conceição 1 plant was fed with friable hematite and itabirite and produced 22 Mt/year) until 2014. With the progressive consumption of friable ore reserves, it became necessary to process more competent and lower grade ores: compact and semicompact itabirites. Until then, this material was considered waste, since the beneficiation circuits did not have the capacity to transform it into concentrates, especially regarding market requirements. Therefore, the main objective of this work was to analyze the ramp up process in order to fed 34Mt/year. The adopted strategies and their impacts on ramp up process to achieve the production rate were analyzed. Equipment scaling, circuit design, as well as, premises and tests, which were performed during the adaptation project, are presented in this study. Comparing the planned ramp-up curve to the implemented curve, it was noted considerable mass losses. The amount of compacts that fed the plant with particle size and perhaps hardness greater than could be predicted is among main responsible factors The content of Fe in the feed of the flotation and the quality of the concentrates (sinter feed and pellet feed) was a little lower than was expected, but satisfactory. The phasing strategy had a strong positive impact, avoiding greater losses, as it considerably reduced the number of shutdown days. The development of the FRAGCOM (fragmentation and comminution) project may have helped to reveal solutions to the encountered problems: this project aimed to improve the blasting process and, consequently, the comminution. The results of some tests of this project showed that the crushing achieved higher productivity rates at that time. Since crushing is the first processing circuit (a bottleneck), this is a relevant factor. For these tests, a higher blasting load ratio was used. With this and other improvements, a greater amount of compact material could be processed. Finally, the results suggested that the mass losses occurred greater difficulty in feeding the grinding circuit, impacted by the low operational efficiency of the crushing.