Avaliação da velocidade de queda e do processo de sedimentação de rejeito de minério de ferro

dc.creatorCecilia Ribeiro Tourino Costa
dc.date.accessioned2025-05-06T13:57:36Z
dc.date.accessioned2025-09-08T22:57:27Z
dc.date.available2025-05-06T13:57:36Z
dc.date.issued2024-08-13
dc.description.abstractIn mining, sediment transport studies aid the design of sediment containment structures and hypothetical dam break studies. Uncertainties in mining studies arise from the predominant focus of sediment transport research, which is concentrated on the analysis of natural river sediments. Therefore, It is necessary to understand the characteristics of iron ore tailings, according to their mineralogical composition and the beneficiation processes to which they were subjected, that may alter their behavior in sediment transport, mainly concerning the deposition process. Among the parameters necessary for evaluating sedimentation, the particle settling velocity (ωs) and the velocity variation for different concentrations (ωc) stand out. In addition, it is also essential to evaluate how the sediment is transported in a flow and how diffusion occurs. Therefore, this dissertation characterized filtered iron ore tailings from a mine in Minas Gerais and natural sediment from the Salto do Paraopeba PCH reservoir. It estimated the particle settling velocity from the analysis of images of a settling column and the variation of velocity for different concentrations for the fine fraction (silt and clay) of the tailings with the graduated cylinder test. The research also evaluated the tailings sedimentation process in a channel under constant flow and concentration conditions. The tailings sample consists of fine silty sand with a sandy fraction composed mainly of silica, with a specific mass of 2,70 g/cm³, and a fine fraction of iron oxides and silica, with 4,00 g/cm³. The natural sediment comprises silica, aluminum, and iron, with 2,90 g/cm³ obtained by EDS-MEV analysis. In addition, the shape and roundness of the particles were estimated through images from the microscopy test, which resulted in an Sf close to 0.4 and 0.6 and a P close to 2.2 and 2.1 for the tailings and the natural sediment, respectively. The results of the particle settling velocity of the natural sediment were higher than those of the tailings for the sandy fraction, related to the lower specific mass of the tailings and their more angular shape. The equation that indicated the best fit was developed by Cheng (1997) for both materials. Other equations indicated satisfactory results regarding the Nash- Sutcliffe efficiency coefficient and RMSE. The graduated cylinder test indicated a behavior of decreasing settling velocity with increasing concentration, with the Hwang (1989) equation being the one that best described the behavior. In an experimental channel, the formation of a density current and the deposition of tailings along the channel were observed, identifying the formation of the current's vortices, head, and body. Chen's equation (1975) best estimated the channel retention efficiency. It was concluded that sediment characterization, including grain size distribution, specific mass, and origin, is fundamental for applying sediment transport equations and factors such as water temperature, concentration, and flow conditions.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/82048
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/pt/
dc.subjectEngenharia sanitária
dc.subjectRecursos hídricos - Desenvolvimento
dc.subjectVelocidade de queda
dc.subjectResíduos de mineração
dc.subjectTransporte de sedimento
dc.subjectMinérios de ferro
dc.subject.otherRejeito de minério de ferro
dc.subject.otherVelocidade de queda
dc.subject.otherTransporte de sedimentos
dc.titleAvaliação da velocidade de queda e do processo de sedimentação de rejeito de minério de ferro
dc.title.alternativeEvaluation of the settling velocity and sedimentation process of iron ore tailings
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Jorge Luis Zegarra Tarqui
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9103961255626430
local.contributor.referee1Edna Maria de Faria Viana
local.contributor.referee1Ana Luiza de Oliveira Borges
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1409871381467287
local.description.resumoNa mineração, os estudos de transporte de sedimentos auxiliam na elaboração de projetos de contenção de sedimentos e estudos de ruptura hipotética. As incertezas nos estudos de mineração se originam do foco predominante das pesquisas em transporte de sedimentos ser concentrado na análise de sedimentos naturais fluviais. Portanto, procurou-se compreender as características do rejeito de minério de ferro segundo sua composição mineralógica e processos de beneficiamento que foi submetido que possam alterar o comportamento no transporte de sedimentos, principalmente no que concerne o processo de deposição. Dentre os parâmetros necessários para avaliação da sedimentação, o parâmetro velocidade de queda da partícula e a variação da velocidade para diferentes concentrações se destacam. Além disso, também é importante avaliar a forma como o sedimento é transportado em um escoamento e como ocorre a difusão. Portanto, a dissertação caracterizou o rejeito de minério de ferro filtrado proveniente de uma mina de Minas Gerais e um sedimento natural coletado no reservatório da PCH de Salto do Paraopeba, e estimou a velocidade de queda da partícula a partir da análise de imagens de uma coluna de decantação e a variação da velocidade para diferentes concentrações para a parcela fina (silte e argila) do rejeito com o ensaio de provetas. A pesquisa também iniciou a avaliação do processo de sedimentação do rejeito em um canal para condições de escoamento e concentração constantes. A amostra de rejeito é formada por uma areia fina siltosa com a fração arenosa composta majoritariamente por sílica, com massa específica de 2,70 g/cm³ e a fração fina por ferro e sílica, com 4,00 g/cm³. Já o sedimento natural é composto por sílica, aluminio e ferro, com massa específica de 2,90 g/cm³, ambos obtidos por análise de EDS-MEV. Além disso, a forma e a arredondamento das partículas foram estimadas por meio de imagens do ensaio de microscopia, que resultou em um Sf próximo a 0,4 e 0,6 e um P próximo a 2,2 e 2,1, para o rejeito e para o sedimento natural, respectivamente. Os resultados de velocidade de queda da partícula do sedimento natural foi superior ao do rejeito para a parcela arenosa, relacionado a menor massa específica do rejeito e sua forma mais angulosa. A equação que indicou melhor aderência foi desenvolvida por Cheng (1997) para ambos materiais. Demais equações indicaram resultados satisfatórios referente aos coeficientes de N-S e RMSE. Já o ensaio de provetas indicou o comportamento de de reduçao da velocidade de queda com o aumento da concentração, sendo a equação de Hwang (1989) a que melhor descreveu o comportamento. Em um canal experimental, foi observada a formação de uma corrente de densidade e a deposição do rejeito ao longo do canal, identificando a formação de vórtices, cabeça e corpo da corrente. A eficiência de retenção do canal foi melhor estimada pela equação de Chen (1975). Conclui-se que a caracterização do sedimento, incluindo granulometria, massa específica e origem, é fundamental para a aplicação de equações de transporte de sedimentos. Além dos fatores como temperatura da água, concentração e condições de escoamento.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos

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