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Tipo: Tese
Data do documento: 16-Fev-2021
Autor(es): MELO, Caio César Amorim de
Afiliação do(s) Autor(es): Norsk Hydro Brasil
Primeiro(a) Orientador(a): PAZ, Simone Patrícia Aranha da
Título: Controle de qualidade de bauxitas gibbsíticas: predição dos parâmetros AvAl2O3 e RxSiO2 a partir de dados difratométricos por reflexão e transmissão utilizando estatística multivariada
Título(s) alternativo(s): Quality control of gibbsitic bauxites: prediction of parameters AvAl2O3 and RxSiO2 from reflection and transmission difratometric data by using multivariate statistics
Citar como: MELO, Caio César Amorim de. Controle de qualidade de bauxitas gibbsíticas: predição dos parâmetros AvAl2O3 e RxSiO2 a partir de dados difratométricos por reflexão e transmissão utilizando estatística multivariada. Orientadora: Simone Patrícia Aranha da Paz. 2021. 92 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2021. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/13215. Acesso em:.
Resumo: Atualmente, métodos tradicionais de química úmida são usados para controle de qualidade de bauxitas. Tais métodos quantificam indiretamente os teores de gibbsita e caulinita como alumina aproveitável (AvAl2O3) e sílica reativa (RxSiO2), respectivamente, e são caros e demorados. Com o objetivo de obter um método rápido e confiável para estimar esses parâmetros como alternativa aos métodos atuais de química úmida, neste trabalho avaliou-se o uso de estatísticas multivariadas – Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLSR) em dados de DRX de bauxitas brasileiras. Os difratogramas de raios-X foram coletados nos modos reflexão e transmissão, e os dados coletados por cada um desses tratamentos foram comparados com relação à qualidade dos modelos PLSR construidos. O método foi otimizado por meio da Análise de Componentes Principais (PCA) e Planejamento Fatorial de Experimentos (DOE), dos quais pode-se identificar outliers, agrupar amostras em três grupos com similaridades mineralógicas (C1, C2 e C3), e obter parâmetros otimizados de coleta e pré-tratameto dos difratogramas. Os melhores resultados foram obtidos utilizando o modo de coleta do difratograma por reflexão, reduzindo o range para 13º – 34º 2θ, aumentando o tamanho do passo de 0,026º para 0,065º, e utilizando autoescalonamento dos dados. Essas condições de coleta, embora não ideais para a maioria das aplicações de DRX, proporcionaram tanto uma melhor precisão dos modelos predivos de AvAl2O3 e RxSiO2 quanto uma redução no tempo de coleta (~ 40 segundos). Os resultados demonstraram que a precisão obtida ficou dentro dos limites aceitáveis industrialmente no controle de qualidade das bauxitas gibbisíticas (AvAl2O3 = 0,49% e 0,83%, e RxSiO2 = 0,32% e 0,23%, respectivamente para amostras dos grupos C1 e C2). A predição não foi satisfatória apenas para amostras de bauxitas marginais (agrupadas majoritariamente em C3). A coleta de DRX por transmissão permitiu a eliminação do efeito de orientação preferencial, porém, a precisão do modelo foi aceitável apenas para amostras de C1. Em comparação com o método tradicional por química úmida, o método proposto se mostrou mais rápido, fácil de implementar e executar as análises, exige menos espaço e mão de obra de laboratório, além de não ser necessário reagentes químicos. Além disso, com a implementação da difratometria de raios-X em laboratórios de controle da indústria da bauxita e alumina, é possível acompanhar a mineralogia do minério que alimenta o processo Bayer e, portanto, estar ciente de como variações na composição mineralógica podem impactar o processo. Sendo valido ressaltar que tais informações são desconhecidas controlando apenas os parâmetros químicos.
Abstract: Currently, traditional wet chemistry methods are used for quality control of bauxites. Such methods indirectly quantify the gibbsite and kaolinite content as available alumina (AvAl2O3) and reactive silica (RxSiO2), respectively, and they are very costly and time-consuming. In order to achieve a rapid and reliable method to estimate these parameters, as alternative to current wet chemistry methods, in this work it is evaluated the use of multivariate statistics – Partial Least Square Regression (PLSR) on XRD data of Brazilian bauxites. The X-ray diffractograms were collected in the reflection and transmission modes, and the data collected by each of these treatments were compared with respect to the quality of the PLSR models. The method was optimized through Principal Component Analysis (PCA) and Factorial Design of Experiments (DOE), from which it was possible to identify outliers, grouping samples with mineralogical similarities into three clusters (C1, C2 and C3), and obtain optimized parameters for the collection and pre-treatment of diffractograms. The best results were obtained using the reflection mode, reducing the 2θ range to 13º – 34º 2θ, increasing the step size from 0.026º to 0.065º, and using standardized data. These collection conditions, although not ideal for most XRD applications, provided both a better accuracy of the predictive models of AvAl2O3 and RxSiO2 and a reduction in the collection time (~ 40 seconds). The results showed that the precision obtained was within the industrially acceptable limits for the quality control of gibbisitic bauxites (AvAl2O3 = 0.49% and 0.83%, and RxSiO2 = 0.32% and 0.23%, respectively for samples of the groups C1 and C2). The prediction was not satisfactory only for marginal bauxites samples (grouped mainly in C3). XRD by transmission allowed the elimination of the preferential orientation effect, however, the accuracy of the model was acceptable only for C1 samples. Compared to the traditional wet chemistry, the proposed method is significantly faster, easier to implement and perform the analyzes, requires less space and manpower, besides no chemical reagents are needed. In addition, with the implementation of X-ray diffraction in the laboratory of the bauxite and alumina industry, it is possible to follow the mineralogy of the ore that feeds the Bayer process and, therefore, to be aware of how variations in the mineralogical composition can impact the process. It is worth noting that such information is still unknown, controlling only the chemical parameters.
Palavras-chave: Bauxita
Alumina Aproveitável
Sílica Reativa
Partial Least Squares Regression (PLSR)
Análise de Componentes Principais (PCA)
Bauxite
Available Alumina
Reactive Silica
Regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLSR)
Principal Component Analysis (PCA)
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

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