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Projetos Individuais: Bolsas e Auxílios

Cinética de flotação de partículas mistas e caracterização para escalonamento II

Pesquisador: Claudio Schneider
Modalidade de bolsa: CNPq-PQ2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

O desenvolvimento de metodologias para escalonamento de plantas industriais de flotação é de suma importância na avaliação e engenharia de projetos green field. Modelos de escalonamento são complexos e envolvem uma quantidade relativamente grande de fenômenos. Uma descrição bastante compreensiva está disponível em King (2014), no capítulo dedicado à modelagem de flotação.

Na prática, existem dois instrumentos para escalonamento, sendo que o primeiro tem como base a cinética de flotação, medida em ensaios de bancada, em células de baixo volume, tipicamente 1,7 litros ou 2 litros.

Os modelos mais simples (Klimpel, 1980) descrevem a recuperação em termos de dois tipos de partículas: as que não flotam (cinética zero) e as que flotam numa taxa k. Os modelos mais elaborados levam em conta a existência de partículas compostas por fases diferentes, permitindo um número relativamente grande de taxas cinéticas, uma para cada tipo de partícula. Estes modelos são chamados de “modelos de cinética distribuída”. Esta linha pode ser chamada mais genericamente de modelos baseados na eficiência de colisão bolha-partícula para cinética de flotação, originada por Sutherland (1948).

O segundo instrumento para escalonamento é baseado na velocidade de transporte das partículas coletadas, da polpa para a fase espuma. Estes modelos medem a velocidade específica de ascensão das bolhas.

Claramente, a capacidade de uma célula de flotação não pode ser maior do que a taxa com que as partículas aderidas são transportadas para cima na fase polpa e então transportadas na espuma para a calha de concentrado.

Aqui os fatores importantes são o tamanho das bolhas, a taxa de carregamento ou cobertura das bolhas e a viscosidade da polpa. Estes modelos, muito mais recentes, são baseados na análise de Karamanev e Nikolov (1992) e Karamanev (1994).

Os resultados do trabalho compreensivo realizado por este pesquisador e sua equipe desde 2009 (proposta PQ original) mostraram claramente que a taxa de flotação do quartzo no minério de ferro é controlada pelo transporte das partículas e não pela taxa de adesão ou eficiência de colisão. Isso pode ser afirmado, porque as constantes cinéticas medidas em ensaios de flotação de bancada não apresentaram variação com a composição das partículas, ou seja, a constante cinética da hematita é igual à constante cinética do quartzo. Isso, obviamente, não é verdade. Porém, a taxa que resulta da eficiência de colisão bolha-partícula da hematita e do quartzo não pode ser medida em um ensaio de flotação porque os processos de adesão ocorrem e são completamente concluídos muito antes do que as partículas são transportadas à superfície. Assim, o que se mede em um ensaio de flotação convencional de batelada é o processo de transporte das partículas que é essencialmente igual, seja qual for a fase, para todas as partículas, quando não há sistema de lavagem de espuma.

 

Argilominerais tubulares (palygorskita e halloysita) para aplicações industriais e ambientais

Pesquisador: Luiz Bertolino (renovação)
Modalidade de bolsa: CNPq-PQ2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

Com o projeto proposto, pretende-se dar continuidade às pesquisas desenvolvidas no CETEM envolvendo a caracterização mineralógica, beneficiamento e aplicações de argilominerais brasileiros. Na fase anterior do projeto, foram estudadas amostras de caulim de diferentes localidades (Pará, Rio Grande do Norte, Bahia, Paraíba e Minas Gerais) e bentonita (esmectita) de Cubatí e Pedra Lavrada (Paraíba) e palygorskita (Piauí). O estudo forneceu informações importantes para o entendimento da composição mineralógica dos diferentes minérios, sendo essencial para a escolha dos melhores métodos de beneficiamento e aplicações industriais.

Partes dos resultados obtidos foram publicadas em revistas nacionais (Holos, Anuário do Instituto de Geociências e Cerâmica) e internacionais (Polymer Bulletin, Applied Clay Science, Ecological Engineering, Clays Minerals), capítulos de livros (TMS), apresentados em congressos científicos, além de orientações de alunos de Iniciação Científica (CNPq), dissertações e teses.

Nesta etapa do projeto, pretende-se focar o estudo em três linhas de pesquisas envolvendo os argilominerais tubulares: 1) Aplicações da palygorskita de Guadalupe (PI) na adsorção de metais tóxicos (Hg, Pb, Cd) e herbicidas em efluentes líquidos; 2) Beneficiamento de caulim halloysítico e 3) Beneficiamento de palygorskita para aplicação na produção de fármacos.

O estudo conta com a participação de pesquisadores de várias Instituições de Ensino e Pesquisa, tais como: CETEM/MCTIC, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Instituto de Macromoléculas (IMA/UFRJ), Laboratório de Desenvolvimento de Medicamentos (UFRN), Laboratório de Peneiras Moleculares (IQ-UFRN), Instituto de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (IQ-UFRJ), Universidade Federal do Piauí (UFPI), entre outras.

 

Interação por Forças Estruturais entre Superfícies e Aplicação da Microscopia de Força Atômica no Tratamento de Minerais Ultrafinos

Pesquisador: Marisa Monte (renovação)
Modalidade de bolsa: CNPq-PQ2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

Este projeto inicia-se com a caracterização de superfícies de quartzo e hematita utilizando técnicas de superfície, como a Microscopia de Força Atômica (AFM). Em adição, as análises da curva de força versus distância, que fornece informações relevantes sobre fenômeno de adesão do coletor na sua superfície, serão estudadas e avaliadas.

Uma das principais dificuldades encontrada, além da caracterização de superfícies minerais por AFM, consiste na funcionalização das pontas (cantilever), unindo-as aos minerais de estudo. Para estudar a adesão entre partículas minerais em meio líquido, partículas menores que 1 µm ou colóides de reagentes coletores (precipitados coloidais de amina, por exemplo) ou depressores (em particular, precipitados coloidais de amido) devem ser perfeitamente aderidos às pontas do AFM.

Além da prática convencional de unir as partículas no cantilever utilizando aquecimento e colas sintéticas, um estudo inovador de recobrimento dessas pontas por plasma também será proposto. Como as forças de adesão variam com a topografia das superfícies e das condições físicas locais, superfícies de quartzo e hematita deverão ainda ser caracterizadas pela topografia e contraste de fase (técnica de microscopia de força atômica) na presença do sistema de reagentes usado na flotação industrial (amido, pH=10,5 e eteramina).

Parte dos estudos teóricos de Aproximação Termodinâmica e DLVO, envolvendo os reagentes do sistema de flotação catiônica reversa, já foi realizado. Em continuidade a esses dados, uma comparação entre as curvas de força versus distância, obtidas experimentalmente com a técnica de AFM, e as curvas teóricas de DLVO clássica e estendida (X-DLVO) será realizada. Neste trabalho, a aplicação inovadora do tratamento por plasma, para realizar a funcionalização da ponta de AFM bem como para hidrofobizar as partículas minerais, a fim de fazer a investigação das curvas de força versus distância, apresenta-se muita promissora. Outra contribuição proveniente deste estudo seria obter um conjunto de informações importantes sobre a caracterização das propriedades do quartzo e hematita com o intuito de melhorar o desempenho no processo de flotação.

 

Uso de diamantes originados de resíduos de corte de rochas ornamentais em pérolas de matriz vegetal

Pesquisador: Francisco Hollanda
Modalidade de bolsa: CNPq-DT2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

O segmento de beneficiamento das rochas representa um ganho considerável para a economia brasileira. O Brasil se posiciona em 4º no ranking mundial de produção e exportação de rochas ornamentais e de revestimento. De acordo com Abirochas (2017), no ano de 2016, as exportações totalizaram US$ 1.138,3 bilhões, correspondente a um volume físico de 2,46 milhões de toneladas. As rochas beneficiadas pelo processo de serragem e acabamento superficial representaram 80,2% do total faturado e cerca de 55,9% em volume neste ano.

Apesar de esta atividade econômica ser de grande importância para a balança comercial brasileira, sua prática gera uma quantidade significativa de resíduos. No Brasil estima-se que são gerados anualmente cerca de 2 Mt de resíduos finos.

Um dos equipamentos mais utilizados para a realização do processo de serragem de blocos de rochas ornamentais é denominado tear multifio diamantado. O princípio básico do corte com fio diamantado, que surgiu como tecnologia avançada de corte em lavras, se dá pela ação abrasiva das pérolas diamantadas dispostas ao longo do fio, que funciona como uma serra fita, que rotaciona a determinadas velocidades e tensões. As polias motrizes impulsionam o movimento de translação e rotação do fio, tensionado, em contato com o bloco de rocha. Durante o corte, o sulco realizado pelo corte é alimentado com água para refrigeração da interface fio/rocha e para a remoção das partículas provenientes do desgaste dos componentes em atrito.

O resíduo gerado pelo tear multifio, além de conter substâncias potencialmente nocivas ao meio ambiente, quando descartado, contém uma quantidade de microcristais de diamante que vieram a se desprender do fio diamantado, com grande potencial de ser reutilizado em ferramentas diamantadas. Portanto, a utilização de métodos para o seu aproveitamento pode prover benefícios técnicos, econômicos e de ganho social e ambiental, podendo até conferir vantagens competitivas as empresas do setor de rochas ornamentais.

Por mais que o processo de recuperação do diamante dos resíduos de teares multifio seja viável tecnicamente, os resíduos restantes destinados aos aterros ainda serão compostos por fragmentos da rocha, que poderão ser usados como constituintes de produtos para argamassa, e elementos metálicos provenientes da matriz da pérola.

Neste tocante, o CETEM, em seu Núcleo Regional do Espírito Santo - CETEM/NRES, vem desempenhando um papel importante em inovações para o processo de beneficiamento de rochas ornamentais em pesquisas com o uso de materiais provenientes de biomassa. Cabe destacar que algumas delas já foram objetos de patentes, com a utilização de compósitos a base de resina poliuretana de mamona como matriz de rebolos abrasivos (patente INPI N° 1020120321572, de 17/12/2012). Ainda sobre a inserção da resina de mamona em pesquisas sobre o processo de transformação das rochas, destacam-se a da utilização desta resina como aderente de telas para o aumento de resistência mecânica de rochas frágeis (patente INPI 1020130187607, em 23/07/2013).

O objetivo desta pesquisa é estudar a viabilidade técnica de recuperação e reutilização do diamante sintético, presente nos resíduos oriundos do processo de serragem em blocos de rochas nos teares multifio, para ser utilizado como constituinte de pérolas diamantadas em matrizes poliuretanas à base de resina de mamona. Este estudo deverá dar continuidade às linhas de pesquisa realizadas no CETEM, que propõem o uso de compósitos ecoeficientes em substituição a elementos nocivos ao meio ambiente e a saúde humana.

 

Otimização do uso da água e aplicação de insumos ecológicos no beneficiamento de rochas ornamentais

Pesquisador: Leonardo Lyrio
Modalidade de bolsa: CNPq-DT2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

Ao longo de toda a cadeia produtiva de rochas ornamentais, principalmente nas etapas de beneficiamento industrial, são utilizadas resinas epoxídicas, fato este que causa uma diminuição da ecoeficiência e aumento de problemas relacionados à saúde e segurança no trabalho. O uso de resinas à base de compósitos vegetais, como a mamona, em substituição às resinas de origem do petróleo, atualmente usadas pelo setor de rochas ornamentais, aumentará substancialmente a eficiência ambiental deste setor à medida que diminuirá os passivos desta atividade, além de tornar o ambiente laboral mais seguro. Outro aspecto a ser considerado é o diferencial mercadológico, visto que proporcionará um aumento de competividade da indústria nacional ao exportar chapas de rochas ornamentais com insumos ou processos ecologicamente mais corretos.

A partir de uma ampla Análise do Ciclo de Vida da cadeia produtiva de rochas ornamentais, constatou-se que a etapa de acabamento superficial (polimento) é a maior responsável pelas mudanças climáticas, devido ao elevado índice de emissão de CO2 na atmosfera. Isto se deve ao fato de a matéria-prima da maioria dos abrasivos ter base na indústria petroquímica, além do grande consumo de energia primária para a confecção desses rebolos, o que enfatiza ainda mais a necessidade de se desenvolver alternativas mais sustentáveis para essa etapa do beneficiamento.

No tocante ao consumo do recurso hídrico, as interações entre a rocha a ser polida, as variáveis operacionais e fatores inerentes aos rebolos abrasivos, definem um sistema específico. Os rebolos abrasivos, em princípio, necessitam de diferentes quantidades de água para melhor realizarem seu trabalho. No entanto, a definição do consumo ideal da água em função do tipo de rocha a ser trabalhada, ainda não é um fator considerado pela indústria como relevante.

Diante do exposto, este projeto visa dar continuidade às pesquisas relacionadas à melhoria da qualidade dos processos de beneficiamento industrial de rochas ornamentais apoiadas em processos mais sustentáveis. Pretende dimensionar o traço composicional ideal para uma sequência completa de rebolos abrasivos ecológicos e definir o sistema de desgaste (tribossistema) que servirá de base para a otimização desta etapa industrial.

 

Microscopia multimodal para caracterização de rochas de sistemas petrolíferos do pré-sal brasileiro

Pesquisador: Otávio da Fonseca Martins Gomes
Modalidade de bolsa: CNPq-DT2
Período: março/2018 - fevereiro/2021

Resumo

O presente projeto visa o desenvolvimento, implementação e teste de métodos de microscopia multimodal para a caracterização de rochas de sistemas petrolíferos do pré-sal brasileiro, particularmente rochas carbonáticas e vulcânicas. O sistema de microscopia multimodal que vem sendo desenvolvido no âmbito da atual bolsa de produtividade do proponente será utilizado como base. A esse sistema, que tem a capacidade de combinar microscopia ótica de luz refletida, microscopia eletrônica de varredura e catodoluminescência, pretende-se integrar microscopia ótica de luz transmitida, mapeamento de fluorescência de raios X (EDS) e de espectroscopia Raman. Além disso, pretende-se dotar os métodos óticos de capacidade hiperespectral.

 

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