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 presente tese de doutorado apresenta estudos avançados de floculação com diferentes polímeros (poliacrilamidas), investigando os mecanismos da geração de flocos aerados e o desenvolvimento de técnicas de caracterização de sistemas multifásicos (bolhas, polímeros e sólidos) para aprimorar a separação de partículas por flotação utilizando suspensões modelos de partículas de carvão ativado e/ou de caulim. Distintos polímeros (aniônico, catiônico, nãoiônico e anfótero) foram caracterizados por técnicas de espalhamento de luz estático e dinâmico, eletroforese a Laser, tensiometria e ângulo de contato dinâmico revelando cadeias poliméricas com dimensões variadas e pesos moleculares na ordem de 106 mol.g-1. Estas estruturas químicas foram lineares, alongadas e/ou ramificadas nos polímeros não-iônicos (920SH), anfótero (ANF8170), catiônico (C448) e aniônico (A110) e somente ramificadas nos aniônicos (A100 e A150). Ainda, estas cadeias apresentaram densidades de cargas negativas (em uma ampla faixa de pH) para os polímeros aniônicos, não-iônico e anfótero com pontos isoelétricos (p.i.e.) similares em, aproximadamente, pH 2 e, de cargas positivas para os polímeros catiônicos com p.i.e., próximo de pH 10. Os estudos de floculação evidenciaram que as diferentes cadeias poliméricas influenciaram as estruturas dos agregados, sendo que os polímeros catiônicos (C448 e C498) formaram flocos de carvão ativado com dimensões pequenas. Os polímeros aniônicos (A100, A150 e A110), com similares densidades de carga e pesos moleculares médios, geraram flocos distintos com estruturas mais abertas para os aniônicos (A100 e A150) e, mais compactas, com o aniônico (A110). Ainda, o processo de floculação-flotação foi avaliado com uma nova técnica de caracterização de flocos aerados e sistemas multifásicos, denominada CFA, que foi projetada e construída na presente tese. Esta técnica apresentou grande praticidade e eficiência proporcionando obtenção de dados com maiores reprodutibilidades estatísticas de distribuições de tamanhos e velocidades de ascensão dos flocos. Estudos de floculação-flotação, em batelada (flotação por ar dissolvido - FAD) e em sistema de fluxo contínuo (FAD-Reator Gerador de Flocos - RGF®), foram realizados para investigar parâmetros químicos, físico-químicos e operacionais. Os resultados mostraram que o tipo e capacidade de adsorção dos polímeros sobre as partículas são parâmetros determinantes na formação dos flocos aerados que apresentaram velocidades máximas de ascensão de 150 m.h-1 e condições ótimas com a razão A/S de 0,02 mg.mg-1. Os flocos aerados foram constituídos por bolhas grandes aderidas, aprisionadas e/ou agregadas por interações de clusters of bubbles, “trens de bolhas” e/ou “bolhas floculantes” (descobertas nesta tese). Ainda, estudos de nucleação, crescimento e coalescência de bolhas de ar sobre superfícies hidrofílicas, na presença e ausência de diferentes reagentes (polímero, surfactante e amina), mostraram que estes mecanismos são influentes na formação dos flocos aerados. Os estudos de floculação-flotação, em sistemas de fluxo contínuo, utilizando o RGF®-FAD mostraram que a mistura de partículas, microbolhas de ar e macromoléculas poliméricas, em fluxo de turbulência adequada neste reator, foi fundamental na geração dos flocos aerados que na razão A/S de 0,02 mg.mg-1 constituíram 83 % da população com velocidades de ascensão na faixa de 70 – 150 m.h-1. Ainda, foi proposto um novo mecanismo para o processo de floculação envolvendo interações entre partículas e bolhas de ar cobertas por polímeros, que transformam as bolhas em “núcleos” de floculação denominados “bolhas floculantes”. Este mecanismo foi validado com os resultados de potencial zeta de bolhas que na presença dos polímeros aniônico (A100), não-iônico (920SH) e anfótero (ANF8170) mostraram um aumento expressivo na carga negativa das bolhas e, do polímero catiônico (C448), uma reversão de cargas. Assim, os distintos resultados obtidos na presente tese contribuíram de forma importante para um bom entendimento dos mecanismos de geração de flocos aerados, descoberta de novos mecanismos de floculação na presença de microbolhas pela formação de “bolhas floculantes” e de interações entre macromoléculas poliméricas e bolhas de ar. Estes resultados são de extrema utilidade para o design de sistemas de floculação-flotação mais compactos e modernos, contribuindo para maiores eficiências na agregação e separação sólido/líquido de partículas em suspensão, principalmente, em processos de tratamento de águas e efluentes líquidos e de finos de minérios por floculação seletiva. / The present thesis deals with advanced studies of flocculation with different polymers (polyacrylamides) investigating the aerated flocs generation mechanisms and the development of characterization of multiphase systems techniques (bubbles, polymers and solids) in order to improve the particles separation by flotation, using model suspensions of activated carbon and/or kaolin particles. Different polymers (cationic, anionic, non-ionic and amphoteric) were characterized using static and dynamic light scattering, Laser electrophoresis, tensiometry and dynamic contact angle showing distinct polymeric chains with several dimensions and molecular weight at 106 mol g-1. These chemical structures were linear, elongated and/or branched in the non-ionic (920SH), amphoteric (ANF8170), cationic (C448) and anionic (A110) and only branched in the anionics (A100 and A150) polymers. Yet, these chains showed negative charge density (in majority of pH range) to the anionic, non-ionic and amphoteric polymers with an isoelectric point (i.e.p.) at, approximately, pH 2 and, positive charge density to the cationic polymers with an i.e.p. at, approximately, pH 10. The flocculation studies showed that these different polymeric chains influenced the aggregate structures with the cationics polymers (C448 and C498) generating small flocs of activated carbon. The anionic polymers (A100, A150 and A110), with similar charge density and average molecular weight, generated different flocs with structures more open to the anionics (A100 and A150), and more compact flocs to the anionic (A110). Yet, the flocculationflotation process was evaluated using a new technique for characterizing aerated flocs and multiphase systems (bubbles, polymers and solids), named AFC, which was developed in the present thesis. This technique showed high practicality and efficiency enabling a data with more statistically reproducibility of flocs size and up-rising rate distributions. Flocculationflotation studies, in batch scale (air dissolved flotation – DAF), and, in continuous flow system (DAF – Flocs Generator Reactor - FGR®), were carried out to investigate chemical, physic-chemical and operational parameters. The results showed that the type and adsorption capacity of the polymers onto particles are important parameters in the aerated flocs formation, which showed maximum up-rising rates of 150 m h-1 and optimal conditions with A/S rate of 0.02 mg mg-1. The aerated flocs were constituted for large bubbles adhered, entrapped and/or aggregated by interactions of “clusters of bubbles”, “trains of bubbles” and/or “flocculant bubbles” (found out in this thesis). Yet, studies of nucleation, growth and coalescence of bubble onto hydrophilic surfaces, in the presence and absence of different reactants (polymer, surfactant and amine), showed that these mechanisms are influent on the aerated flocs formation. The flocculation-flotation studies, in the continuous flow system using the FGR®-DAF, showed that the mixture between particles, air microbubbles and polymeric macromolecules, in a suitable turbulent flow, was very important on the generation of aerated flocs. These aggregates constituted 83 % of a population with up-rising rates in the range of 70 – 150 m h-1 in a condition of A/S rate of 0.02 mg mg-1 in this reactor. Yet, it allowed evidence a new flocculation mechanism from interaction between particles and polymer-coated microbubbles which become the bubbles in flocculation “nuclei”, where particles flocculated generating new structures named, in the present work, “flocculant bubbles”. This mechanism was confirmed with the results of air bubble zeta potential, which in the absence and presence of anionic (A100), non-ionic (920SH) and amphoteric (ANF8170) polymers, showed a significant increases in the bubble negative charge, and, in the case of cationic polymer (C448), a charge reversion. Thus, the distinct results obtained in the present thesis contributed significantly to a good understanding about aerated flocs generation mechanisms, discovery of new flocculation mechanisms in the presence of air microbubbles by “flocculant bubbles” formation and of interactions between polymeric macromolecules and air bubbles. These results are very important to the design of flocculation-flotation systems more compacts and moderns contributing to higher efficiencies in the aggregation and solid/liquid separation of suspension particles, mainly, in water and wastewater treatment and ore fines by selective flocculation.

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.

A avaliação de depósitos minerais é baseada na estimativa de valores de atributos de interesse ao longo do depósito. A amostragem do atributo, em cada local, é, comumente, realizada por sondagem, canaletas ou trincheiras. Contudo, devido aos elevados custos, em especial no que se refere à sondagem, o número de amostras disponíveis é limitado. Em geral, as informações amostradas são utilizadas na obtenção de estimativas ou simulações nos locais não amostrados, criando-se os ditos modelos de blocos. Após criados, os modelos de blocos podem, então, alimentar funções de transferência como, por exemplo, o VPL, que necessitam dos valores do atributo ao longo do depósito. Uma incerteza é associada às estimativas ou simulações, e conseqüentemente, ao valor calculado a partir destas para a função. Para reduzir a incerteza sobre a função, novas amostras devem ser coletadas. Como o número de sondagens é limitado, essas devem ser locadas a fim de trazer o maior benefício em termos de redução de incerteza. A locação de amostras adicionais seguindo uma malha regular e a locação de amostras nas regiões de elevada incerteza sobre o valor do atributo são dois esquemas possíveis para adensamento amostral. A idéia dessa tese é investigar qual a configuração de amostras (compreendendo dados iniciais e dados adicionais) mais eficiente na redução da incerteza sobre a função. A questão sobre quando adotar cada configuração é pesquisada. Para um mesmo número de dados iniciais, os desempenhos da configuração de amostras que compreende dados adicionados regularmente e daquela que compreende os dados adicionados nas regiões de elevada incerteza são avaliados, assim como, os fatores que influenciam nesses desempenhos. Simulação geoestatística é usada para acesso à incerteza sobre a função. Além disso, essa tese propõe um algoritmo para construção das configurações de amostras que visa agilizar a análise dos desempenhos dessas configurações, em cada caso. / Mineral deposits evaluation is based on estimated values for relevant attributes along the deposit. Sampling of these attributes at each location is commonly carried out by drilling with core extraction, channel sampling or trenches. However, these types of sampling, specially drilling with core extraction, entail high costs, and due to these costs the number of samples is limited. Generally, the sampled information is used for estimates or simulations at unsampled locations to create the so called block models. After created, the block models can feed transfer functions as net present value, which require the values of the attribute along the deposit. It is known there is an uncertainty associated to the estimates or simulations, and consequently, to the function's value derived from this grade block models. In order to reduce the uncertainty about the function, new samples are required. As the number of drillings is limited, these new samples should be preferentially located in order to bring the maximum benefit in terms of uncertainty reduction. The location of additional samples following a regular grid and the location of samples at regions of high uncertainty related to the attribute's value are two possible schemes to be used. This thesis investigates which sample pattern (comprising initial and additional data) is the most efficient to reduce the uncertainty about a certain transfer function selected. The question about which sampling pattern should be used is investigated. Considering the same number of initial data, the efficiency of the two patterns, i.e. the one which add data regularly spaced and the one which add data at regions of high uncertainty are evaluated. Also, the factors which influence this efficiency are investigated. Geostatistical simulation is used to assess the uncertainty related to the block grades. Additionally, this thesis proposes an algorithm to build a sample pattern, thus making faster the evaluation of this pattern's efficiency.

O trabalho apresenta resultados comparativos, em escala de laboratório, de recuperação de sulfetos de cobre e molibdênio e inclui uma análise detalhada do estado da arte na flotação de partículas minerais finas (“F” 40 a 13 μm) e ultrafinas (“UF” < 13 μm) utilizando a técnica de flotação extensora (“extender flotation”) com diferentes tipos de óleos minerais. Os estudos foram realizados utilizando minério da usina concentradora da Mina Chuquicamata – Chile / Divisão Codelco Norte e visaram o aumento da recuperação de Cu e MO nas frações F-UF sem comprometer a recuperação das outras frações nem a qualidade do concentrado. No processo de flotação extensora, óleos não polares são utilizados na forma não emulsificada ou emulsificada (para aumentar sua difusão em solução aquosa) em concentrações da ordem de 20-120 g×t-1 juntamente com os coletores tradicionais. A palavra “extensora” refere-se ao fenômeno de espalhamento do óleo em superfícies hidrofóbicas, causando um aumento significativo na hidrofobicidade das partículas, e tem o sentido de extensão de uma película superficial sobre as partículas. Foram avaliados parâmetros químicos (tipo e concentração de óleo adicionado juntamente com os coletores convencionais), físicos (diâmetro de gotas dos óleos emulsificados), e operacionais (aspectos na geração de emulsões). Os resultados foram comparados com ensaio que simula o comportamento da flotação Rougher primária da empresa que processa os sulfetos (ensaio Standard - STD) e avaliados em termos de recuperações metalúrgicas, teores totais de Cu e Mo (concentrados e rejeitos), recuperação real (true flotation), constante cinética de flotação (K - modelo Klimpel) e grau de arraste hidrodinâmico das partículas de valor. Os melhores resultados foram encontrados na flotação extensora usando óleo Diesel emulsificado (> 60 g×t-1). As recuperações de Cu variaram entre 85 - 90 % (84 % no STD), com teores de Cu de 14 - 17 % (15 % Cu no STD) e 3,5 - 4,5 min-1 para a constante cinética de flotação comparada com 3 min-1 no Standard. Para a molibdenita (MoS2) os resultados apresentaram recuperações superiores a 78 % (72,6 % no STD) e ganho de recuperação real superior a 7 %. A adição de querosene emulsificado apresentou menores ganhos em relação ao óleo Diesel, que foram explicados pela interação existente entre os grupos naftênicos do Diesel e os sítios hidrofóbicos dos sulfetos. A flotação extensora com injeção de óleo Diesel não emulsificado mostrou redução significativa na constante cinética de flotação e não apresentou ganhos significativos na recuperação de Cu e Mo em comparação com o STD e resultados inferiores quando comparados com os ensaios EXT com o mesmo óleo emulsificado. Os estudospermitiram concluir que a técnica de flotação extensora com óleos contendo grupos naftênicos como o óleo Diesel e derivados, na forma emulsificada, aumenta a recuperação das partículas finas e ultrafinas de sulfetos de cobre e molibdênio. A interação das gotículas de óleo com as partículas dos sulfetos, com os coletores já adsorvidos, é caracterizada pela existência de etapas sucessivas de colisão, adesão, formação de lentes, espalhamento das lentes de óleo e agregação entre as partículas. Os resultados são discutidos em termos do aumento da hidrofobicidade e agregação das partículas F-UF por forças de efeito hidrofóbico. / The aim of this work was to evaluate, at laboratory scale, the effect of the extender flotation in the recovery by flotation of fines (“F” 40-13 μm) and ultrafines (“UF” < 13 μm) mineral particles of a copper/molybdenum sulphide ore, and compared with a standard mill laboratory procedure (STD). The sulphide ore correspond to the feed in the Rougher flotation stage from the Chuquicamata concentrator plant, of the “Corporación Nacional del cobre del Chile”, Codelco S.A, (Chuquicamata mine – Codelco North Division). Chemical parameters (type and oil concentration added with conventional collectors), physical parameters (emulsified oil drops diameter), and operational (aspects in the emulsion) were evaluated. Results were compared with the mill test that simulates the behaviour of the Rougher flotation of the plant that dresses the sulphide ore (Standard – STD). The main parameters were evaluated through metallurgical recoveries and grades of Cu and Mo (concentrates and tailings), “true” flotation values, process rate constant (Klimpel model) and the degree of hydrodynamic drag. Both oils yielded higher metallurgical efficiencies than the mill standard but better results were obtained with the extender flotation, with emulsified diesel oil (> 60 gt-1) and concentrate recoveries were in the order of 85-90 % (84 % in the STD), 14-17 % Cu grade (15 % Cu in the STD) and 3.5-4.5 min-1 for the Klimpel rate constant (compared to 3 min-1 in the STD). Compared with the molybdenyte (MoS2) the results yielded recoveries higher than 78 % (72,6 % in the STD) and a true flotation gain higher than 7 %. The emulsified kerosene oil yielded lesser gains compared to the Diesel oil, that may be explained by the interaction between the Diesel naftenic groups and the sulphide hydrophobic sites. The extender flotation with the non emulsified Diesel oil injection did not yielded significative gains in the recovery of Cu and Mo and it did not presented a significative reduction in the rate constant, with a thicker foam zone compared with the extender mill tests with the same emulsified oil. The studies allow to conclude that the extender flotation technique with oils containing naftenic groups as the Diesel oil, in the emulsified form, increases the recovery of F-UF particles of copper/molybdenum sulphide. Results are discussed in terms of the increase of the hydrophobicity and the aggregation of the F-UF particles by hydrophobic forces effect. The interaction of the oil drops with the sulphide particles, with adsorbed collector, is characterized by the existence of the steps of collision, adhesion, lenses formation, oil lenses spread and aggregation among particles.

A avaliação de depósitos minerais é baseada na estimativa de valores de atributos de interesse ao longo do depósito. A amostragem do atributo, em cada local, é, comumente, realizada por sondagem, canaletas ou trincheiras. Contudo, devido aos elevados custos, em especial no que se refere à sondagem, o número de amostras disponíveis é limitado. Em geral, as informações amostradas são utilizadas na obtenção de estimativas ou simulações nos locais não amostrados, criando-se os ditos modelos de blocos. Após criados, os modelos de blocos podem, então, alimentar funções de transferência como, por exemplo, o VPL, que necessitam dos valores do atributo ao longo do depósito. Uma incerteza é associada às estimativas ou simulações, e conseqüentemente, ao valor calculado a partir destas para a função. Para reduzir a incerteza sobre a função, novas amostras devem ser coletadas. Como o número de sondagens é limitado, essas devem ser locadas a fim de trazer o maior benefício em termos de redução de incerteza. A locação de amostras adicionais seguindo uma malha regular e a locação de amostras nas regiões de elevada incerteza sobre o valor do atributo são dois esquemas possíveis para adensamento amostral. A idéia dessa tese é investigar qual a configuração de amostras (compreendendo dados iniciais e dados adicionais) mais eficiente na redução da incerteza sobre a função. A questão sobre quando adotar cada configuração é pesquisada. Para um mesmo número de dados iniciais, os desempenhos da configuração de amostras que compreende dados adicionados regularmente e daquela que compreende os dados adicionados nas regiões de elevada incerteza são avaliados, assim como, os fatores que influenciam nesses desempenhos. Simulação geoestatística é usada para acesso à incerteza sobre a função. Além disso, essa tese propõe um algoritmo para construção das configurações de amostras que visa agilizar a análise dos desempenhos dessas configurações, em cada caso. / Mineral deposits evaluation is based on estimated values for relevant attributes along the deposit. Sampling of these attributes at each location is commonly carried out by drilling with core extraction, channel sampling or trenches. However, these types of sampling, specially drilling with core extraction, entail high costs, and due to these costs the number of samples is limited. Generally, the sampled information is used for estimates or simulations at unsampled locations to create the so called block models. After created, the block models can feed transfer functions as net present value, which require the values of the attribute along the deposit. It is known there is an uncertainty associated to the estimates or simulations, and consequently, to the function's value derived from this grade block models. In order to reduce the uncertainty about the function, new samples are required. As the number of drillings is limited, these new samples should be preferentially located in order to bring the maximum benefit in terms of uncertainty reduction. The location of additional samples following a regular grid and the location of samples at regions of high uncertainty related to the attribute's value are two possible schemes to be used. This thesis investigates which sample pattern (comprising initial and additional data) is the most efficient to reduce the uncertainty about a certain transfer function selected. The question about which sampling pattern should be used is investigated. Considering the same number of initial data, the efficiency of the two patterns, i.e. the one which add data regularly spaced and the one which add data at regions of high uncertainty are evaluated. Also, the factors which influence this efficiency are investigated. Geostatistical simulation is used to assess the uncertainty related to the block grades. Additionally, this thesis proposes an algorithm to build a sample pattern, thus making faster the evaluation of this pattern's efficiency.

A presente tese de doutorado apresenta estudos avançados de floculação com diferentes polímeros (poliacrilamidas), investigando os mecanismos da geração de flocos aerados e o desenvolvimento de técnicas de caracterização de sistemas multifásicos (bolhas, polímeros e sólidos) para aprimorar a separação de partículas por flotação utilizando suspensões modelos de partículas de carvão ativado e/ou de caulim. Distintos polímeros (aniônico, catiônico, nãoiônico e anfótero) foram caracterizados por técnicas de espalhamento de luz estático e dinâmico, eletroforese a Laser, tensiometria e ângulo de contato dinâmico revelando cadeias poliméricas com dimensões variadas e pesos moleculares na ordem de 106 mol.g-1. Estas estruturas químicas foram lineares, alongadas e/ou ramificadas nos polímeros não-iônicos (920SH), anfótero (ANF8170), catiônico (C448) e aniônico (A110) e somente ramificadas nos aniônicos (A100 e A150). Ainda, estas cadeias apresentaram densidades de cargas negativas (em uma ampla faixa de pH) para os polímeros aniônicos, não-iônico e anfótero com pontos isoelétricos (p.i.e.) similares em, aproximadamente, pH 2 e, de cargas positivas para os polímeros catiônicos com p.i.e., próximo de pH 10. Os estudos de floculação evidenciaram que as diferentes cadeias poliméricas influenciaram as estruturas dos agregados, sendo que os polímeros catiônicos (C448 e C498) formaram flocos de carvão ativado com dimensões pequenas. Os polímeros aniônicos (A100, A150 e A110), com similares densidades de carga e pesos moleculares médios, geraram flocos distintos com estruturas mais abertas para os aniônicos (A100 e A150) e, mais compactas, com o aniônico (A110). Ainda, o processo de floculação-flotação foi avaliado com uma nova técnica de caracterização de flocos aerados e sistemas multifásicos, denominada CFA, que foi projetada e construída na presente tese. Esta técnica apresentou grande praticidade e eficiência proporcionando obtenção de dados com maiores reprodutibilidades estatísticas de distribuições de tamanhos e velocidades de ascensão dos flocos. Estudos de floculação-flotação, em batelada (flotação por ar dissolvido - FAD) e em sistema de fluxo contínuo (FAD-Reator Gerador de Flocos - RGF®), foram realizados para investigar parâmetros químicos, físico-químicos e operacionais. Os resultados mostraram que o tipo e capacidade de adsorção dos polímeros sobre as partículas são parâmetros determinantes na formação dos flocos aerados que apresentaram velocidades máximas de ascensão de 150 m.h-1 e condições ótimas com a razão A/S de 0,02 mg.mg-1. Os flocos aerados foram constituídos por bolhas grandes aderidas, aprisionadas e/ou agregadas por interações de clusters of bubbles, “trens de bolhas” e/ou “bolhas floculantes” (descobertas nesta tese). Ainda, estudos de nucleação, crescimento e coalescência de bolhas de ar sobre superfícies hidrofílicas, na presença e ausência de diferentes reagentes (polímero, surfactante e amina), mostraram que estes mecanismos são influentes na formação dos flocos aerados. Os estudos de floculação-flotação, em sistemas de fluxo contínuo, utilizando o RGF®-FAD mostraram que a mistura de partículas, microbolhas de ar e macromoléculas poliméricas, em fluxo de turbulência adequada neste reator, foi fundamental na geração dos flocos aerados que na razão A/S de 0,02 mg.mg-1 constituíram 83 % da população com velocidades de ascensão na faixa de 70 – 150 m.h-1. Ainda, foi proposto um novo mecanismo para o processo de floculação envolvendo interações entre partículas e bolhas de ar cobertas por polímeros, que transformam as bolhas em “núcleos” de floculação denominados “bolhas floculantes”. Este mecanismo foi validado com os resultados de potencial zeta de bolhas que na presença dos polímeros aniônico (A100), não-iônico (920SH) e anfótero (ANF8170) mostraram um aumento expressivo na carga negativa das bolhas e, do polímero catiônico (C448), uma reversão de cargas. Assim, os distintos resultados obtidos na presente tese contribuíram de forma importante para um bom entendimento dos mecanismos de geração de flocos aerados, descoberta de novos mecanismos de floculação na presença de microbolhas pela formação de “bolhas floculantes” e de interações entre macromoléculas poliméricas e bolhas de ar. Estes resultados são de extrema utilidade para o design de sistemas de floculação-flotação mais compactos e modernos, contribuindo para maiores eficiências na agregação e separação sólido/líquido de partículas em suspensão, principalmente, em processos de tratamento de águas e efluentes líquidos e de finos de minérios por floculação seletiva. / The present thesis deals with advanced studies of flocculation with different polymers (polyacrylamides) investigating the aerated flocs generation mechanisms and the development of characterization of multiphase systems techniques (bubbles, polymers and solids) in order to improve the particles separation by flotation, using model suspensions of activated carbon and/or kaolin particles. Different polymers (cationic, anionic, non-ionic and amphoteric) were characterized using static and dynamic light scattering, Laser electrophoresis, tensiometry and dynamic contact angle showing distinct polymeric chains with several dimensions and molecular weight at 106 mol g-1. These chemical structures were linear, elongated and/or branched in the non-ionic (920SH), amphoteric (ANF8170), cationic (C448) and anionic (A110) and only branched in the anionics (A100 and A150) polymers. Yet, these chains showed negative charge density (in majority of pH range) to the anionic, non-ionic and amphoteric polymers with an isoelectric point (i.e.p.) at, approximately, pH 2 and, positive charge density to the cationic polymers with an i.e.p. at, approximately, pH 10. The flocculation studies showed that these different polymeric chains influenced the aggregate structures with the cationics polymers (C448 and C498) generating small flocs of activated carbon. The anionic polymers (A100, A150 and A110), with similar charge density and average molecular weight, generated different flocs with structures more open to the anionics (A100 and A150), and more compact flocs to the anionic (A110). Yet, the flocculationflotation process was evaluated using a new technique for characterizing aerated flocs and multiphase systems (bubbles, polymers and solids), named AFC, which was developed in the present thesis. This technique showed high practicality and efficiency enabling a data with more statistically reproducibility of flocs size and up-rising rate distributions. Flocculationflotation studies, in batch scale (air dissolved flotation – DAF), and, in continuous flow system (DAF – Flocs Generator Reactor - FGR®), were carried out to investigate chemical, physic-chemical and operational parameters. The results showed that the type and adsorption capacity of the polymers onto particles are important parameters in the aerated flocs formation, which showed maximum up-rising rates of 150 m h-1 and optimal conditions with A/S rate of 0.02 mg mg-1. The aerated flocs were constituted for large bubbles adhered, entrapped and/or aggregated by interactions of “clusters of bubbles”, “trains of bubbles” and/or “flocculant bubbles” (found out in this thesis). Yet, studies of nucleation, growth and coalescence of bubble onto hydrophilic surfaces, in the presence and absence of different reactants (polymer, surfactant and amine), showed that these mechanisms are influent on the aerated flocs formation. The flocculation-flotation studies, in the continuous flow system using the FGR®-DAF, showed that the mixture between particles, air microbubbles and polymeric macromolecules, in a suitable turbulent flow, was very important on the generation of aerated flocs. These aggregates constituted 83 % of a population with up-rising rates in the range of 70 – 150 m h-1 in a condition of A/S rate of 0.02 mg mg-1 in this reactor. Yet, it allowed evidence a new flocculation mechanism from interaction between particles and polymer-coated microbubbles which become the bubbles in flocculation “nuclei”, where particles flocculated generating new structures named, in the present work, “flocculant bubbles”. This mechanism was confirmed with the results of air bubble zeta potential, which in the absence and presence of anionic (A100), non-ionic (920SH) and amphoteric (ANF8170) polymers, showed a significant increases in the bubble negative charge, and, in the case of cationic polymer (C448), a charge reversion. Thus, the distinct results obtained in the present thesis contributed significantly to a good understanding about aerated flocs generation mechanisms, discovery of new flocculation mechanisms in the presence of air microbubbles by “flocculant bubbles” formation and of interactions between polymeric macromolecules and air bubbles. These results are very important to the design of flocculation-flotation systems more compacts and moderns contributing to higher efficiencies in the aggregation and solid/liquid separation of suspension particles, mainly, in water and wastewater treatment and ore fines by selective flocculation.

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.

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 presente tese de doutorado apresenta estudos avançados de floculação com diferentes polímeros (poliacrilamidas), investigando os mecanismos da geração de flocos aerados e o desenvolvimento de técnicas de caracterização de sistemas multifásicos (bolhas, polímeros e sólidos) para aprimorar a separação de partículas por flotação utilizando suspensões modelos de partículas de carvão ativado e/ou de caulim. Distintos polímeros (aniônico, catiônico, nãoiônico e anfótero) foram caracterizados por técnicas de espalhamento de luz estático e dinâmico, eletroforese a Laser, tensiometria e ângulo de contato dinâmico revelando cadeias poliméricas com dimensões variadas e pesos moleculares na ordem de 106 mol.g-1. Estas estruturas químicas foram lineares, alongadas e/ou ramificadas nos polímeros não-iônicos (920SH), anfótero (ANF8170), catiônico (C448) e aniônico (A110) e somente ramificadas nos aniônicos (A100 e A150). Ainda, estas cadeias apresentaram densidades de cargas negativas (em uma ampla faixa de pH) para os polímeros aniônicos, não-iônico e anfótero com pontos isoelétricos (p.i.e.) similares em, aproximadamente, pH 2 e, de cargas positivas para os polímeros catiônicos com p.i.e., próximo de pH 10. Os estudos de floculação evidenciaram que as diferentes cadeias poliméricas influenciaram as estruturas dos agregados, sendo que os polímeros catiônicos (C448 e C498) formaram flocos de carvão ativado com dimensões pequenas. Os polímeros aniônicos (A100, A150 e A110), com similares densidades de carga e pesos moleculares médios, geraram flocos distintos com estruturas mais abertas para os aniônicos (A100 e A150) e, mais compactas, com o aniônico (A110). Ainda, o processo de floculação-flotação foi avaliado com uma nova técnica de caracterização de flocos aerados e sistemas multifásicos, denominada CFA, que foi projetada e construída na presente tese. Esta técnica apresentou grande praticidade e eficiência proporcionando obtenção de dados com maiores reprodutibilidades estatísticas de distribuições de tamanhos e velocidades de ascensão dos flocos. Estudos de floculação-flotação, em batelada (flotação por ar dissolvido - FAD) e em sistema de fluxo contínuo (FAD-Reator Gerador de Flocos - RGF®), foram realizados para investigar parâmetros químicos, físico-químicos e operacionais. Os resultados mostraram que o tipo e capacidade de adsorção dos polímeros sobre as partículas são parâmetros determinantes na formação dos flocos aerados que apresentaram velocidades máximas de ascensão de 150 m.h-1 e condições ótimas com a razão A/S de 0,02 mg.mg-1. Os flocos aerados foram constituídos por bolhas grandes aderidas, aprisionadas e/ou agregadas por interações de clusters of bubbles, “trens de bolhas” e/ou “bolhas floculantes” (descobertas nesta tese). Ainda, estudos de nucleação, crescimento e coalescência de bolhas de ar sobre superfícies hidrofílicas, na presença e ausência de diferentes reagentes (polímero, surfactante e amina), mostraram que estes mecanismos são influentes na formação dos flocos aerados. Os estudos de floculação-flotação, em sistemas de fluxo contínuo, utilizando o RGF®-FAD mostraram que a mistura de partículas, microbolhas de ar e macromoléculas poliméricas, em fluxo de turbulência adequada neste reator, foi fundamental na geração dos flocos aerados que na razão A/S de 0,02 mg.mg-1 constituíram 83 % da população com velocidades de ascensão na faixa de 70 – 150 m.h-1. Ainda, foi proposto um novo mecanismo para o processo de floculação envolvendo interações entre partículas e bolhas de ar cobertas por polímeros, que transformam as bolhas em “núcleos” de floculação denominados “bolhas floculantes”. Este mecanismo foi validado com os resultados de potencial zeta de bolhas que na presença dos polímeros aniônico (A100), não-iônico (920SH) e anfótero (ANF8170) mostraram um aumento expressivo na carga negativa das bolhas e, do polímero catiônico (C448), uma reversão de cargas. Assim, os distintos resultados obtidos na presente tese contribuíram de forma importante para um bom entendimento dos mecanismos de geração de flocos aerados, descoberta de novos mecanismos de floculação na presença de microbolhas pela formação de “bolhas floculantes” e de interações entre macromoléculas poliméricas e bolhas de ar. Estes resultados são de extrema utilidade para o design de sistemas de floculação-flotação mais compactos e modernos, contribuindo para maiores eficiências na agregação e separação sólido/líquido de partículas em suspensão, principalmente, em processos de tratamento de águas e efluentes líquidos e de finos de minérios por floculação seletiva. / The present thesis deals with advanced studies of flocculation with different polymers (polyacrylamides) investigating the aerated flocs generation mechanisms and the development of characterization of multiphase systems techniques (bubbles, polymers and solids) in order to improve the particles separation by flotation, using model suspensions of activated carbon and/or kaolin particles. Different polymers (cationic, anionic, non-ionic and amphoteric) were characterized using static and dynamic light scattering, Laser electrophoresis, tensiometry and dynamic contact angle showing distinct polymeric chains with several dimensions and molecular weight at 106 mol g-1. These chemical structures were linear, elongated and/or branched in the non-ionic (920SH), amphoteric (ANF8170), cationic (C448) and anionic (A110) and only branched in the anionics (A100 and A150) polymers. Yet, these chains showed negative charge density (in majority of pH range) to the anionic, non-ionic and amphoteric polymers with an isoelectric point (i.e.p.) at, approximately, pH 2 and, positive charge density to the cationic polymers with an i.e.p. at, approximately, pH 10. The flocculation studies showed that these different polymeric chains influenced the aggregate structures with the cationics polymers (C448 and C498) generating small flocs of activated carbon. The anionic polymers (A100, A150 and A110), with similar charge density and average molecular weight, generated different flocs with structures more open to the anionics (A100 and A150), and more compact flocs to the anionic (A110). Yet, the flocculationflotation process was evaluated using a new technique for characterizing aerated flocs and multiphase systems (bubbles, polymers and solids), named AFC, which was developed in the present thesis. This technique showed high practicality and efficiency enabling a data with more statistically reproducibility of flocs size and up-rising rate distributions. Flocculationflotation studies, in batch scale (air dissolved flotation – DAF), and, in continuous flow system (DAF – Flocs Generator Reactor - FGR®), were carried out to investigate chemical, physic-chemical and operational parameters. The results showed that the type and adsorption capacity of the polymers onto particles are important parameters in the aerated flocs formation, which showed maximum up-rising rates of 150 m h-1 and optimal conditions with A/S rate of 0.02 mg mg-1. The aerated flocs were constituted for large bubbles adhered, entrapped and/or aggregated by interactions of “clusters of bubbles”, “trains of bubbles” and/or “flocculant bubbles” (found out in this thesis). Yet, studies of nucleation, growth and coalescence of bubble onto hydrophilic surfaces, in the presence and absence of different reactants (polymer, surfactant and amine), showed that these mechanisms are influent on the aerated flocs formation. The flocculation-flotation studies, in the continuous flow system using the FGR®-DAF, showed that the mixture between particles, air microbubbles and polymeric macromolecules, in a suitable turbulent flow, was very important on the generation of aerated flocs. These aggregates constituted 83 % of a population with up-rising rates in the range of 70 – 150 m h-1 in a condition of A/S rate of 0.02 mg mg-1 in this reactor. Yet, it allowed evidence a new flocculation mechanism from interaction between particles and polymer-coated microbubbles which become the bubbles in flocculation “nuclei”, where particles flocculated generating new structures named, in the present work, “flocculant bubbles”. This mechanism was confirmed with the results of air bubble zeta potential, which in the absence and presence of anionic (A100), non-ionic (920SH) and amphoteric (ANF8170) polymers, showed a significant increases in the bubble negative charge, and, in the case of cationic polymer (C448), a charge reversion. Thus, the distinct results obtained in the present thesis contributed significantly to a good understanding about aerated flocs generation mechanisms, discovery of new flocculation mechanisms in the presence of air microbubbles by “flocculant bubbles” formation and of interactions between polymeric macromolecules and air bubbles. These results are very important to the design of flocculation-flotation systems more compacts and moderns contributing to higher efficiencies in the aggregation and solid/liquid separation of suspension particles, mainly, in water and wastewater treatment and ore fines by selective flocculation.