O transporte de minérios através do bombeamento de polpa é relevante em escala mundial. No Brasil este modo de transporte é muito importante devido à enorme produção mineral e suas distâncias continentais. E, o bombeamento de polpa em planta é ainda mais importante pois é uma operação diária que afeta a todos os envolvidos. A motivação para este estudo foi providenciar para a Escola Politécnica uma estação de bombeamento capaz de levantar os parâmetros do escoamento necessários para o correto dimensionamento das linhas de polpa. Esta dissertação descreve a montagem de dois loops (3\'\' e 4\'\'), devidamente instrumentado e com a aquisição direta dos dados via computador. Os loops foram dimensionados, os componentes, bomba e instrumentos adquiridos, o loop montado, calibrado e colocado em marcha. Esta dissertação registra esta experiência e discute as dificuldades encontradas, na expectativa de que este sistema de bombeamento venha a ser útil para futuros pesquisadores. A Escola Politécnica agora dispõe de um loop de bombeamento de polpa mineral adequado para a determinação de parâmetros hidráulicos, pesquisa e suporte para futuros projetos. / Ore transportation via slurry pumping is relevant in a world scale. In Brazil, due to its huge mineral production and continental distances, mineroducts are an important transportation mode. And, in plant slurry pumping is still more important as it is a dayby- day operation that affects everybody. The motivation for this study was to provide Escola Politécnica (USP) of a convenient pumping station (loop) able to measure the necessary flow parameters for proper design of slurry lines. This dissertation describes the design of two loops (3\'\' and 4\'\') full instrumented and with direct data acquisition via computer. The loops have been sized, components, pump and instruments purchased, erected and started-up. This dissertation registers this experience and discusses the difficulties found, in the expectative can become useful for other researches. Escola Politécnica has now a proper slurry pumping loop for hydraulic determinations, research and for support of future projects.

Em virtude das várias aplicações do cobre, acredita-se que a demanda por esse metal irá aumentar nos próximos anos, e consequentemente, o seu preço. Dessa forma, as mineradoras enfrentam o desafio de aprimorar e aperfeiçoar os processos produtivos a fim de atender sua futura demanda. Frações de cobre podem ser encontradas no licor de lixiviação do minério limonítico de níquel e a troca iônica com adsorvente sólido é uma das tecnologias disponíveis para promover a sua recuperação e o seu reaproveitamento. O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de adsorção dos íons de cobre presente em um licor sintético baseado no licor de lixiviação atmosférica do minério limonítico de níquel através de um sistema de resina de troca iônica utilizando a resina quelante Dowex XUS43605. A viabilidade da técnica escolhida foi analisada em função da influência de parâmetros por meio de ensaios em batelada e coluna de leito fixo utilizando uma solução sintética. O tempo de contato, o pH, a massa de resina e a temperatura foram avaliados. A resina quelante Dowex XUS43605 mostrou-se mais seletiva para o cobre em pH igual a 1,5, tendo sido definido esse pH como o de trabalho. Verificou-se que 1g é uma dosagem suficiente para recuperar o cobre da solução em escala laboratorial considerando 50mL de solução sintética. O incremento na temperatura não alterou a adsorção do cobre pela resina, sendo determinado que a temperatura de trabalho esteja entre 25-35°C. O modelo de isotermas de adsorção de Langmuir apresentou melhor ajuste entre a resina e o cobre do que os modelos de Freundlich e de Temkin. O modelo cinético pseudosegunda-ordem descreveu o processo de adsorção considerando a quimiossorção como a etapa limitante. Os ensaios em coluna de leito fixo possibilitaram a produção de uma solução com concentração reduzida de Cu2+ em 93% na etapa de carregamento. Pela etapa de eluição com ácido sulfúrico (H2SO4) 1mol/L, obteve-se uma solução 10 vezes mais concentrada em Cu2+ com relação à solução sintética. A solução resultante da etapa de eluição seguiu para os ensaios de precipitação, a qual permitiu a separação do cobre dos íons metálicos pela ação do agente precipitante CaCO3 e a geração de um precipitado composto por três fases: brochantite [Cu4SO4(OH)6], posnjatike [Cu4SO4(OH)6.H2O] e gesso (CaSO4.2H2O). / Considering the various applications of copper, it is believed that the demand for copper will increase in the coming years and, consequently, its price. Hence, the mining companies face the challenge of improving the productive processes to supply their future demand. Copper fractions can be found in liquor leaching nickel limonite ore and ion exchange with solid adsorbent is one of the available technologies which promote its recovery and reuse. The present work was aimed at studying the adsorption process of copper ions present in a synthetic liquor based on the atmospheric leaching liquor of the nickel limonite ore through an ion exchange resin system using Dowex XUS43605 chelating resin. The feasibility of the chosen technique was analyzed in relation to the influence of parameters by means of batch and fixed bed tests using a synthetic solution. The contact time, pH, amount of resin and temperature were evaluated. Dowex XUS43605 chelating resin showed to be more selective for copper at pH 1.5, and this pH was defined as the working pH. It has been found that 1g is a sufficient dosage to recover copper from the solution on a laboratory scale considering 50mL of synthetic solution. The increase in temperature did not change the adsorption of the copper by the resin, and it was determined that the working temperature is between 25-35°C. The Langmuir adsorption isotherms model showed a better fit between resin and copper than the Freundlich and Temkin models. The pseudosecond-order describes the sorption process and it indicates that the rate-limiting step is chemisorption. The fixed bed column tests allowed the production of a solution with reduced concentration of Cu2+ in 93% the loading step. By the elution step with 1mol/L of sulfuric acid (H2SO4), a solution 10 times more concentrated in Cu2+ was obtained in relation to the synthetic solution. The solution from the elution step followed to the precipitation tests, which allowed the separation of copper from the metal ions by the action of the precipitating agent CaCO3 and the generation of a precipitate composed of three phases: brochantite [Cu4SO4(OH)6], posnjatike [CuSO4(OH)6.H2O] and gypsum (CaSO4.2H2O).

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Made available in DSpace on 2014-10-09T12:24:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00317.pdf: 2962958 bytes, checksum: 5628448b7591b2de2d19e4669ae0439d (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

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The samples were analyzed chemically and physically by Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive X-ray (EDS) and chemical analysis. In the modified Hallimond tube, we used the following depressants: Conventional corn starch, cassava starch, potato flour, cassava flour HIPIX®100, HIPIX®101 and HIPIX®102, the dosages 400, 800, 1600, 3200 , 4800 and 6400 (g / t) maintaining fixed collector dosage Flotigam EDA Clariant at a dosage of 70 g / t was observed to influence the dosing of depressant tested in floatability of minerals. There was better efficiency in depressant HIPIX®100, HIPIX®101 and cassava starch. In the flotation cell counter, model engendering power was used with 60% hematite and 40% quartz with high purity. is homogenized and the following pre-depressant was tested: Cassava flour, cassava starch, HIPIX®100, HIPIX®101 and normal corn starch (using it as a comparison), the measurements 400, 800 and 1600 (g / t). This single step in flotation cell bench worked as a rougher stage compared to mining companies. The results of Microflotation and flotation bench were statistically analyzed by analysis of variance (ANOVA), checking variation of doses of depressants are factors that influence the recovery of the mineral compared to conventional corn starch. At this stage, the results prove to be technically possible to replace the corn starch in the flotation cation reverse iron ore, apart from replacing the conventional corn starch was noticed that the performance of some starches leads to a lower specific consumption reagent, which can result in economic and environmental gains. / Os depressores utilizados na flotação de minério de ferro são os amidos, constituídos basicamente de amilose e amilopectina, sendo o de milho mais utilizado devido à sua disponibilidade e viabilidade econômica. O objetivo do trabalho foi estudar o desempenho de sete amidos provenientes de diferentes fontes botânicas na flotação catiônica reversa de minério de ferro, através de ensaios de microflotação e flotação em célula de bancada. Foram avaliados a influência da dosagem de diferentes depressores na flotabilidade dos minerais de quartzo e hematita, nos testes utilizou-se granulometria passante em 180 µm e retido 75 µm (-80# + 200#). Todo material utilizado no presente trabalho estava totalmente liberado, ou seja, sem presença de partículas mistas. As amostras foram analisados química e fisicamente por meio de Microscopia Eletrônica de Varredura, Energia Dispersiva de Raios-X (EDS) e análises químicas. No tubo de Hallimond modificado, utilizou-se os seguintes depressores: amidos milho convencional, amido de mandioca, féculas de batata, fécula de mandioca, HIPIX®100, HIPIX®101 e HIPIX®102, nas dosagens 400, 800, 1600, 3200, 4800 e 6400 (g/t) mantendo fixa dosagem de coletor Flotigam EDA da Clariant, na dosagem de 70 g/t, observou-se a influência da dosagem dos depressores testados na flotabilidade dos minerais. Observou-se melhor eficiência nos depressores HIPIX®100, HIPIX®101 e fécula de mandioca. Já na célula de flotação de bancada, modelo ENGENDRAR utilizou-se alimentação com 60% de hematita e 40% de quartzo com alta pureza. Homogeneizou-se previamente e testou-se os seguintes depressores: Fécula de mandioca, amido de mandioca, HIPIX®100, HIPIX®101 e amido de milho convencional (utilizando-o como comparação), nas dosagens 400, 800 e 1600 (g/t). Esta única etapa em célula de flotação em bancada funcionou como uma etapa rougher comparado à empresas de mineração. Os resultados da microflotação e da flotação por bancada foram analisados estatisticamente através da análise de variância (ANOVA), verificando se variação das dosagens dos depressores são fatores que influenciaram na recuperação do mineral comparado ao amido de milho convencional. Nesta etapa os resultados mostram-se possibilidades técnicas para a substituição do amido de milho na flotação catiônica reversa de minérios de ferro, além da substituição do amido de milho convencional, percebeu-se que o desempenho de alguns amidos leva a um menor consumo específico de reagente, o que pode acarretar em ganhos econômicos e ambientais.

Com a proposta de selecionar a melhor conformação de um forno para redução carbotérmica com micro-ondas, dois tipos de cavidades com formatos paralepipédico e hexagonal foram projetadas e construídas. Os dois com uma característica em comum, o pleno controle da potência fornecida e da medida da energia de micro-ondas efetivamente aplicada à carga em processo de redução podendo assim realizar balanços de energia e determinação de taxa de reação com altos níveis de confiança. Eles permitem, sobretudo, a medida simultânea de temperatura e de massa do material sob redução, e a fácil reprodutibilidade das condições de ensaio. Os fornos paralepipédico e hexagonal operam com geradores de micro-ondas de 2,45 GHz e potência ajustável até 6 kW. Durante os ensaios as amostras foram mantidas sob atmosfera de argônio. Nos testes operacionais dos fornos procedeu-se à redução carbotérmica de minério de ferro de Carajás, utilizando carvão mineral Chipanga como redutor através de pelotas auto redutoras. Obtiveram-se curvas cinéticas de redução de minério de ferro, temperatura e de consumo de energia durante o processo. Os dados colhidos com estes fornos permitiram realizar análises estatísticas da eficiência de cada tipo de forno através da taxa de reação obtida além da energia de micro-ondas efetivamente consumida na redução do minério. Ainda, foi construído um forno cilíndrico, portanto extrapolando o formato hexagonal, com potência de 15 kW, com o objetivo de averiguar como o conjunto pelotas/cavidade se comporta em condições mais drásticas. / This work deals with two different types of microwave cavities to be used in carbothermic reduction that were designed and built in order to select a better furnace conformation. Parallepipedic and hexagonal shapes were used for this purpose. Both of them share some common characteristics: full control of the power supplied to the furnace, and measurement of the effective microwave power applied to the load under reduction process. These characteristics help to achieve energy balance and reaction rate with high confidence levels. Simultaneous measurements of mass and temperature versus time are also easily done and helps reproduction of each test condition. The parallelepiped and hexagonal ovens are excited by 2.45 GHz microwave generators with adjustable power up to 6 kW. Argon gas atmosphere was used when processing the samples. Operational tests of the carbothermic reduction of iron ore from Carajás were done by the use of self-reducing pellets of Chipanga coal. Temperature and other data collected during the processes allowed calculation of their kinetic curves and energy consumption. The efficiency of each kind of furnace was obtained from statistical analysis of the data using reaction rate as well as the microwave energy consumption. Finally, going further from the hexagonal shape, a cylindrical furnace was built in order to verify the behavior of the pellets/cavity groups in heavier conditions with applied power up to 15 kW.

O inchamento de pelotas de minério de ferro, que pode chegar até 400%, é um assunto que desperta interesse da indústria metalúrgica por gerar diversos problemas durante processos de redução. Ele ocorre por dois motivos, a saber, a mudança da estrutura cristalina na transformação da hematita (Fe2O3) para a magnetita (Fe3O4) e o aparecimento de ferro no formato filamentar durante a última etapa de redução. Diversos fatores influenciam o comportamento das pelotas, como a basicidade binária (CaO/SiO2) e o teor de MgO. Foram realizados experimentos para avaliar o efeito destas duas variáveis em suas propriedades físicas, como resistência à compressão e porosidade, e no comportamento das pelotas durante a redução. Os teores de MgO foram de 0%, 1% e 5%, enquanto a basicidade foi de 0,61 a 1,5. Ao adicionar MgO, a porosidade e a redutibilidade aumentam, enquanto o inchamento e a resistência diminuem. Ao adicionar CaO, a porosidade cai por conta da formação de mais fase líquida durante a queima, há diminuição de inchamento. A redutibilidade aumenta até basicidade 1 e depois apresenta uma leve diminuição em basicidade 1,5. / Iron ore pellets swelling, which can reach up to 400%, is a subject that rises concern in metallurgical industry because of the problems it may cause during reduction processes. Several factors can change pellets behavior concerning swelling, such as binary basicity (CaO/SiO2) and the MgO content. Experiments were performed to evaluate the effect of these two variables in the physical properties of the pellets, such as compression strength and porosity, and in their behavior during reduction as well. MgO was added up to 5% and basicity varied in a range from 0.61 to 1.5. Addition of MgO increased porosity and reducibility, while swelling and strength decreased. Addition of CaO caused porosity to decrease because of the formation of more liquid slag during heat treatment. Is also decreased swelling. Reducibility rises when basicity reaches 1.0, but decreases with further increases in CaO content.

Este estudo propõe uma metodologia para a simulação dinâmica da cadeia de produção mineral. A metodologia proposta permite que modelos complexos sejam construídos rapidamente e com precisão, reduzindo os custos de estudos nas fases de projeto e possibilitando reduções mais expressivas nos custos de implantação e operação do empreendimento. A metodologia proposta abrange todas as etapas de estudo desde a formulação do problema a ser analisado até a implementação dos resultados e foi aplicada em um projeto, durante as fases de FEL 2 e 3 (Projeto Conceitual e Básico). O projeto estudado consiste da produção de produtos de minério de ferro de uma empresa de mineração em Corumbá/MS, incluindo lavra, beneficiamento e transporte do minério beneficiado por ferrovia até o porto de Santos/SP. São apresentadas as premissas, dados de entrada e conceitos para criação de um modelo que integre Pátio de Estocagem da Usina de Beneficiamento, Ferrovia e Porto, além dos dados de saídas do modelo necessários para avaliação e suas análises. Com base nos resultados obtidos foram identificados as ações que podem ser tomadas para o aumento da eficiência do trabalho de modelagem. A aplicação da metodologia proposta permitiu comprovar que um modelo integrado de simulação, envolvendo as diferentes atividades da cadeira de produção mineral, oferece uma visão global dos processos envolvidos e facilita a tomada de decisão. / This study proposes a methodology for dynamic simulation of the mineral supply chain. The proposed methodology allows complex models to be built quickly and accurately, reducing the costs of studies in the design phases and enabling more substantial reductions in the costs of implementation and operation of the enterprise. The proposed methodology covers all stages of study since the problem formulation to be analyzed until the results implementation and was applied in a project, during the phases of FEL 2 and 3 (Pre-Feasibility and Feasibility Study). The project studied consists of the production of iron ore products from a mining company in Corumbá/MS, including mining, beneficiation and transportation of the processed ore by rail to the port of Santos/SP. Assumptions, input data and concepts to create a model that integrates the Stockyard of the Beneficiation Plant, Rail and Port are presented, beyond the outputs data of the model necessary for the assessment and analysis. Based on the results obtained were identified actions that can be taken to increase the efficiency of modeling work. The application of the proposed methodology allowed to demonstrate that an integrated simulation model, involving different activities of the mineral supply chain, provides an overview of the involved process and facilitates decision making.

Esta pesquisa trata da produção do espaço geográfico pela indústria mineral de ferro através do processo de industrialização brasileiro, utilizando a categoria da Formação Social e a Teoria dos Ciclos Juglarianos. A industrialização brasileira ocorreu através da substituição escalonada de importações, transferindo recursos de áreas com capacidade ociosa para áreas deficitárias. A partir da Segunda Guerra Mundial, o desenvolvimento tecnológico ampliou a capacidade de transporte das embarcações, barateando os custos de frete e isso fez com que a produção das minas localizadas em países não-tradicionais na exploração de minério de ferro fossem inseridas no mercado internacional. Os investimentos na expansão da capacidade encontraram limites na fase depressiva da década de oitenta. Na década de noventa, as grandes empresas de mineração participaram de investimentos nos serviços públicos (infra-estrutura de transportes e energia). Na década de noventa também, tem início a expansão do uso do gás natural como matriz energética para a indústria brasileira. Esse fator encaminha para a superação de parte das deficiências na infra-estrutura instalada na região Noroeste do Estado de Mato Grosso do Sul, onde reservas de minério de ferro e manganês são conhecidas desde a segunda metade do século XIX e onde estão localizadas duas empresas, Urucum Mineração e Mineração e Mineração Corumbaense Reunida, de propriedade, respectivamente da Companhia Vale do Rio Doce e da Rio Tinto, duas das maiores empresas de mineração do mundo. / This research deals with the production of geographic space by iron mineral industry, by means of the brazilian process of industrialization utilizing the category of Social Formation and the theory of Juglarian Cycles. The brazilian industrialization occured athwart the scaled substitution of imports transferring resources from areas of idle capacity to areas in deficit. From the Second World War on, tecnological development amplified the transport capacity of ships, cheapining freight costs and it made the production of mines localized in non-traditional countries in iron ore exploration to be inserted in the international commerce. Investments on capacity expansion encountered limits on the depressive phase in the eighty’s decade. In the ninety’s decada large mining companies participated on investments in public services (transport and energy infrastructure). In the ninety’s, it also began the expansin of natural gas use as energetic matrix for the brazilian industry. This fact leads to the overcoming of part of the infrastructrure deficis installed in the north west of Mato Grosso do Sul, where reserves of iron ore and manganese are known since the second part of the nineteenth century, and where are localized two companies of Urucum Mineração and Mineração Corumbaense Reunidas, properties of Compania Vale do Rio Doce and Rio Tinto, respectivamente, the two largest mining companies of the world.

This thesis’s main focus is a CO2 capture technology known as chemical looping combustion (CLC). The technology is a novel form of combustion and fuel processing that can be applied to gas, solid and liquid fuels. By using two interconnected fluidised-bed reactors, with a bed material capable of transferring oxygen from air to the fuel, a stream of almost pure CO2 can be produced. This stream is undiluted with nitrogen and is produced without any direct process efficiency loss from the overall combustion process. The heart of the process is the oxygen carrier bed material, which transfers oxygen from an air to fuel reactor for the conversion of the fuel. Oxygen carrier materials and their production should be of low relative cost for use in large-scale systems. The first part of this research centres on development and investigative studies conducted to assess the use of low-cost materials as oxygen carriers and as supports. Mixed-oxide oxygen carriers of modified manganese ore and iron ore were produced by impregnation. While copper (II) oxide supported on alumina cement and CaO have been produced by pelletisation. These oxygen carriers were investigated for their ability to convert gaseous fuels in a lab-scale fluidised bed, and characterised for their mechanical and chemical suitability in the CLC process. The modified ores and pelletised copper-based oxygen carriers’ mechanical properties were enhanced by their production methods and in the case of the modified iron ore, significant oxygen uncoupling was observed. The copper-based oxygen carriers particularly those containing alumina cement showed high conversion rates of gaseous fuels and improved mechanical stability. The second part of this research thesis focuses on the design philosophy, commissioning and operation of a dual-fast bed chemical looping pilot reactor. Based on the operational experience, recommendations for modifications to the CLC system are discussed. In support, a parallel hydrodynamic investigation has been conducted to validate control and operational strategies for the newlydesigned reactor system. It was determined that the two fast bed risers share similar density and pressure profiles. Stable global circulation rate is flexible and could be maintained despite being pneumatically controlled. Reactor-reactor leakage via the loop-seals is sensitive to loop seal bed-height, and inlet fluid velocity but can be maintained as such to ensure no leakage is encountered.