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Tendências e tecnologias em gestão de sondagem

A busca por novas inovações que melhorem a aquisição e gestão de dados de geociências é uma realidade nas empresas de mineração. Assim, selecionamos neste artigo cinco tendências e tecnologias em gestão de sondagem.

Entre essas tendências, destacam-se:

  • a automação e robótica
  • a otimização de análise de dados
  • a implementação de inteligência artificial
  • a adoção de tecnologias e boas práticas voltadas à preservação e ESG
  • tecnologias de transformação digital voltadas à obtenção de dados diretos da fonte de sondagem, como logs de produção

Sondagem é um processo fundamental

Atualmente, a sondagem é um processo fundamental para o conhecimento geológico de uma mina ou projeto de exploração mineral. Empresas de mineração investem muitos recursos nos programas de sondagem todos os anos. Sendo assim, as amostras de testemunho compõem uma das poucas fontes de certeza sobre a geologia de subsuperfície.

A partir delas, os geólogos podem descrever, identificar, analisar e extrair características químicas, físicas e litológicas, além de ter uma estimativa de recursos minerais e diversas outras rotinas de geologia, mina e lavra. Portanto, quaisquer desvios que ocorram na fase de sondagem podem impactar diversos processos ao longo da cadeia da mineração.

Em síntese, a importância da sondagem é tamanha que novas tendências e tecnologias na gestão desse processo surgem cada vez mais. Acompanhe algumas delas.

Automação, robotização, scanners e sensores

O uso de máquinas automatizadas, sensores e scanners que realizam a captura de imagens em alta qualidade é uma tendência crescente nos galpões.

Esses equipamentos permitem que as equipes de geologia extraiam mais informações das amostras. Promovem ganho de eficiência, redução de entradas manuais, organização e padronização da base de dados.

Estes hardwares podem ser equipados com diversos sensores. Além do tradicional RGB, sensores de bandas espectrais, hiperespectrais e laser para escanear o testemunho em 3D.

As soluções incluem desde a captura e processamento de imagens até softwares com Inteligência Artificial baseados em visão computacional. Isso traz diversos insights que seriam difíceis para os olhos (e lupas) do geólogo.

Além disso, o uso de robôs automatizados, em combinação com bancadas com sistema de rolamento, facilitam a movimentação de caixas dentro dos galpões.

Eficiência é a chave. Isso inclui a adoção de práticas e tecnologias que permitam a coleta digital e direta de informações de sondagem. Por exemplo, as caixas de testemunho podem ser identificadas  com QR CODE e RFID, além da gravação física das testeiras. Isto permite que, posteriormente, máquinas autônomas e softwares, identifiquem as caixas sem a necessidade de inputs do operador.

Inteligência Artificial

Outra grande tendência é o uso de algoritmos de Inteligência Artificial na aquisição de dados de testemunhos de sondagem. A aplicação de machine learning já é uma realidade. Traz diversas oportunidades de utilização dentro da cadeia de valor da mineração, sobretudo para as equipes de geologia.

A partir de imagens das amostras é possível treinar modelos de visão computacional para a segmentação e classificação de diversos parâmetros. Por exemplo, a identificação de falhas, fraturas, texturas e classificações litológicas.

No entanto, a Visão Computacional pode ser utilizada muito além das classificações geológicas ou geotécnicas. É possível otimizar diversos processos como extrair o tamanho dos testemunhos na caixa para conferência de avanço e recuperação.

Estes algoritmos utilizam a base histórica de dados e descrições e podem ser retro alimentados a partir de novos inputs dos geólogos. Porém, para que os modelos de Inteligência Artificial sejam eficazes é fundamental a aquisição de imagens de forma padronizada e com boa qualidade.

Um cenário comum em diversos projetos é a evolução da interpretação geológica. Ao longo do tempo há mudanças nos termos utilizados, siglas e formato das descrições. Além disso, novos indicadores geológicos importantes podem ser descobertos e passam a ser a base para delinear os corpos mineralizados na interpretação atual.

Por diversas vezes geólogos precisam se desdobrar para unir descrições antigas e novas na construção e atualização do modelo geológico.  Nesse processo é frequente a necessidade de recorrer ao galpão, buscar caixas de furos antigos para reinterpretar ou reanalisar.

Os modelos de inteligência artificial podem ajudar nesse tipo de cenário. Podem-se utilizar as imagens de testemunhos antigos em modelos de IA para extrair indicadores geológicos que não foram observados no passado.

Contudo, toda tecnologia tem seu limite. Imagens capturadas no passado podem não possuir a qualidade necessária para uma boa resposta dos algoritmos. Sendo necessário usar um sensor espectral para obter um dado requerido.

Esta tendência não trata da substituição de Geólogos por algoritmos, mas da expansão das possibilidades e das capacidades dos geólogos. Ao explorar os recursos da IA podem alcançar resultados mais assertivos e otimizar os seus resultados.

Sustentabilidade, Segurança e ESG

A indústria da mineração está cada vez mais comprometida com a preservação, segurança dos colaboradores e as questões de ESG. Isso inclui garantir a implementação de práticas para avaliar o impacto ambiental das atividades da cadeia de valor e mensurar suas implicações.

As empresas mineradoras têm adotado o uso de soluções de ESG Analytics para identificar oportunidades de melhorias na cadeia de operações de sondagem.  E, observando essas diretrizes, propõem medidas para redução de desperdícios, impactos ambientais e sociais.

Um exemplo de inovação nesse sentido é a adoção das caixas de testemunho Core Case. O produto inovou o setor com a substituição das antigas caixas de madeira, por caixas produzidas a partir de plástico reciclado. Essa substituição reduz o uso de madeira como insumo dentro da sondagem, e contribui para a redução e retirada de plástico da natureza.

Além disso, as caixas de plástico reciclado produzidas pela Core Case são mais resistentes e duráveis que as caixas de madeira. Isto elimina desperdícios futuros com substituição de caixas, e possuem sistemas para garantir maior segurança e conforto para os trabalhadores. Como sistema de travamento para empilhamento, paletização e empunhadura.

Infraestrutura

Uma situação recorrente em empresas de mineração é a falta de espaço suficiente dentro dos galpões para armazenar testemunhos de sondagem. Isso leva à utilização de áreas externas aos galpões, que frequentemente ficam rodeados de pilhas de caixas e pallets. Isto leva à deterioração da identificação e perda de informação sobre os testemunhos.

Assim, há esforços significativos das equipes com movimentações e transferências para gerenciar os locais de armazenamento e absorver os fluxos de caixas. As frequentes movimentações, em busca de reorganizar os espaços de armazenamento, podem resultar em perdas de testemunho e informações geológicas valiosas.

A tendência entre grandes mineradoras é a criação de um grande galpão central de armazenamento. Grande o bastante para absorver e o armazenamento de vários projetos ou minas. Estas estruturas incluem soluções e tecnologias para facilitar e otimizar o uso e transporte de amostras de testemunho. Bancadas com sistemas de rolamento, armazenamento em porta-pallets, robotização e automatização, etc.

Neste cenário é essencial a implementação de ferramentas para controle dos inventários dos galpões e documentar as transferências e movimentações de caixas.

Transformação digital, sistemas integrados e gestão com dados em tempo real

A sondagem é um método essencial para a aquisição de informações geológicas necessárias para exploração, planejamento e operação de qualquer empreendimento de mineração.

No entanto, ela é caracterizada por ter um alto custo e uma cadeia de atividades complexas. Inclui desde a extração das amostras e identificação das caixas, transportes, movimentações em galpão, atividades de descrição, serragem, amostragem, análises e armazenamento.

Na maioria das empresas, estas atividades são realizadas por múltiplas equipes, tanto internas como externas. Muitos desses processos são gerenciados por meio de ferramentas separadas, sejam físicas ou digitais. Entretanto, essa abordagem fragmentada dificulta a gestão integrada das operações de sondagem.

Neste sentido, há um crescente investimento em sistemas de gestão integrada que permitam a visibilidade completa dos processos ao longo da cadeia.

A implementação das tecnologias da indústria 4.0, sensores, dispositivos de IoT, Business Intelligence, analytics e soluções de gestão e controle, são realidade.

As ferramentas de análise de dados em tempo real permitem identificar problemas com tempo de reação suficiente para tomada de decisão e correção.

CORE MANAGER, da Core Case Tech, permite acompanhar as caixas de testemunho desde o momento do estoque até o seu armazenamento final. Otimiza a gestão de inventários, movimentações e atividades em galpões de sondagem, utilizando tecnologias de QR CODE e RFID embarcados nas caixas.

A coleta digital de dados e a gestão integrada visam aumentar a eficiência das operações de sondagem. Reduzem perdas, desperdícios, desvios e os erros nos dados vindos da sondagem com a digitalização dos controles.

Um nova era para a sondagem

O status quo da sondagem está mudando. Conclui-se que, essas cinco tendências e tecnologias em gestão de sondagem mostram que o processo pode ser pensado de forma diferente. As grandes mineradoras já estão atentas para as tendências que prometem revolucionar o gerenciamento, eliminado antigas práticas rudimentares.

Autor: Marcéu Barreto
Revisão: Rochelle Kazap
Diagramação: Débora Souza

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Elementos terras raras – o que são, aplicações e mercado mundial

Also known as the gold of the 21st century, Rare Earth Elements are widely used in high-tech equipment such as catalysts, solar cells, magnets, batteries, and lasers. 

Because of this, government agencies in several countries have started to encourage the development of the production chain of this mineral commodity.

In Brazil, one of these initiatives is the National Mining Plan 2030, strategic tool to guide medium and long term policies that can contribute to the mineral sector being a foundation for the sustainable development of the Country.

Let’s learn a little more about these elements?

What are the Rare Earth Elements?

The Rare Earth Elements are a group of seventeen elements, fifteen of which belong to the lanthanide group [elements with atomic number (Z) between 57 and 71, i.e. from lanthanum – La to lutetium – Lu], which are joined by scandium (Z = 21) and yttrium (Z = 39), included because they have physical-chemical properties similar to the REEs.

 Yttrium, Lanthanum and Neodymium. Source: Rocio et al. (2012).

REE do not occur as free metals in the earth’s crust, due to their behavior

The geochemical concentrations occur as a mixture of various REEs in minerals. These elements are found as components of accessory minerals, in the form of inclusions, filling fractures in other minerals and/or as replacement elements in the mineral.

The geochemical similarity of all the REEs allows for substitution between them in the structure crystalline mineral. This results in their wide distribution in the earth’s crust and the formation of minerals composed of several of the REE. 

Despite these similarities in geochemical properties, the metallurgical, chemical, catalytic, electrical, magnetic, and optical properties vary subtly from one element to another.

REE minerals can be easily exploited, such as monazite from placer deposits. The separation of REEs from other elements is relatively easy, however their separation into individual oxides and/or metals are complex and expensive processes due to the small differences in their chemical behaviors.

Applications of Rare Earth Elements

REE are considered strategic elements because of their wide application in high-tech products. Its importance in modern industry is due to its numerous applications in metallurgy, wind and nuclear power, the oil industry, mining, and agriculture, among others. 

Check out some applications of the Rare Earth Elements:

  • NdFeB alloy – to produce super magnets, widely used in electric cars, power systems, and high-speed trains; 
  • Europium – on computer and television screens; 
  • Lutetium, cerium, scandium, lanthanum and neodymium – separation of components of Petroleum;
  • Lanthanum – solar energy;
  • Tulio – X-Ray devices.

World Rare Earth Market

Brazil was one of the largest producers of monazite (rare earth phosphate, uranium and thorium) until the middle of the last century, replaced by the US in the 1980s, which came to dominate the market.

Monazite crystal (João Torres Mine, Muqui, Espírito Santo). Source: Rob Lavinski & irocks.com.

Starting in 1984, China began producing REEs, sharing the world market with the US, and from 1990 on, gradually began to dominate the market.

Brazil currently has the world’s third largest known reserve of rare earths, but this wealth is not exploited due to the cost of extraction and separation technology, which forces the country to import these elements to use as raw material in the industries.

The world’s largest known reserves of REE are located in China, Vietnam, Brazil, Russia, and India, respectively.

Country

Reserves (Million tons – Mt)

China

44

Vietnam

22

Brazil

21

Russia

12

India

6.9

The world’s largest reserves of REE. Source: U.S.GEOLOGICAL SURVEY, 2022

Regarding production, China continues to stand out and produced about 140 Mt in 2020. 

It is worth mentioning that there is a worldwide effort to develop the production chain of

REE in view of its importance in high-tech productsand clean energy

According to Fernando Landgraf (Escola Politécnica USP), the world market for rare earths is relatively small in financial terms, moving about $5 billion per year.

The viability of REE extraction projects depends on important points to be highlighted, such as: small market, high production costs, technological and environmental issues.

Rare Earth Deposits in Brazil

The known deposits and occurrences in the country are distributed nationwide. The most economically important are associated with the alkaline carbonate complexes, mainly of the Igneous Province of Alto do Paranaíba.

REE deposits occur in naturally rich rocks influenced by rock-forming processes, such as magmatic enrichment by hydrothermal fluids, magmatic segregation and/or redistribution and concentration by superficial processes.

Walters et al. (2010) proposes the simplified division of REE deposits into two main categories: 

  1. primary – associated with igneous rocks and hydrothermal processes;
  2. secondary – formed by concentration through sedimentary and weathering processes.

The table below shows the Brazilian REE deposits and their classifications.

Primary

Association

Types

Examples

Carbonatite

Magmatic / Veins and Stockworks

Araxá (MG), Catalão (GO), Seis Lagos (AM)

Peralkalkaline rocks subsaturated in silica

Plutons/stocks and dikes 

Repartimento (RR), Morro do Ferro (MG)

Granite Rocks

Differentiated Granites

Pitinga (AM), Serra Dourada (GO), Granitos Rondonianos (RO)

Secondary

Placer marinho

Sedimentary

Buena (RJ), Guarapari (ES), Cumuruxativa (BA)

Placer fluvial

Sedimentary

São Gonçalo do Sapucaí (MG), Pitinga (AM)

Clays with adsorbed ions

Perfil laterítico

Serra Dourada (GO)

Classification of the Brazilian REE deposits. Source: Walters et al. (2010).

Challenges of rare earth elements production in Brazil

The Brazilian potential for RRE is great. Today, the country has the second largest reserve world with 21 Mt of mineable reserves of rare earth oxides (REO). 

This scenario, however, does not put Brazil at an advantage in relation to the other countries, since there is a need for strong investment in the development of the technological routes of each deposit. This is because each mineralization requires routes appropriate to the type of ore in order to be economically viable, as they are expensive, low yielding and highly polluting processes.

Despite the growth in consumption of clean energy products and electric cars, which use REO in their manufacture, the demand for this mineral good will not show a significant increase in order to make the different projects that are underway in theworld.

 

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Elementos terras raras – o que são, aplicações e mercado mundial

Também conhecidos como o ouro do século XXI, os Elementos Terras Raras são amplamente utilizados em equipamentos de alta tecnologia, como catalisadores, células solares, ímãs, baterias e lasers. 

Devido a isso, órgãos governamentais de diversos países passaram a incentivar o desenvolvimento da cadeia produtiva deste bem mineral.

No Brasil, uma dessas iniciativas é o Plano Nacional de Mineração 2030, ferramenta estratégica para nortear as políticas de médio e longo prazo que possam contribuir para que o setor mineral seja um alicerce para o desenvolvimento sustentável do País.

Vamos conhecer um pouco mais esses elementos?

O que são os Elementos Terras Raras?

Os Elementos Terras Raras são um grupo de dezessete elementos, os quais quinze pertencem ao grupo dos lantanídeos [elementos com número atômico (Z) entre 57 e 71, isto é do lantânio – La ao lutécio – Lu], que se unem o escândio (Z = 21) e o ítrio (Z = 39), incluídos por apresentarem propriedades físicoquímicas semelhantes aos ETR.

 Ítrio, Lantânio e Neodímio. Fonte: Rocio et al. (2012).

Os ETR não ocorrem como metais livres na crosta terrestre, devido ao seu comportamento geoquímico ocorrem como mistura de vários ETR em minerais. Estes elementos são encontrados como componentes de minerais acessórios, na forma de inclusões, preenchendo fraturas em outros minerais e / ou como elementos de substituição no mineral.

A similaridade geoquímica de todos os ETR permite a substituição entre si na estrutura cristalina do mineral. Isto resulta na sua ampla distribuição na crosta terrestre e na formação de minerais composto por vários dos ETR. 

Apesar dessas similaridades nas propriedades geoquímicas, as propriedades metalúrgicas, químicas, catalíticas, elétricas, magnéticas e ópticas variam sutilmente de um elemento para outro.

Os minerais de ETR podem ser facilmente explotados, como a monazita oriunda dos depósitos tipo placer. A separação dos ETR dos outros elementos é relativamente fácil, no entanto a sua separação em óxidos e/ou metais individuais são processos complexos e dispendiosos, devido às pequenas diferenças nos seus comportamentos químicos.

Aplicações dos Elementos Terras Raras

Os ETR são considerados elementos estratégicos por sua ampla aplicação em produtos de alta tecnologia. A importância na indústria moderna deve-se às suas inúmeras aplicações na metalurgia, energia eólica e nuclear, indústria petrolífera, mineração, agricultura, entre outras. 

Confira algumas aplicações dos Elementos Terras Raras:

  • Liga de NdFeB – para produzir super ímã, de ampla aplicação em carros elétricos, sistema de energia e trens de alta velocidade; 
  • Európio – nas telas de computadores e televisão; 
  • Lutécio, cério, escândio, lantânio e neodímio – separação de componentes de Petróleo;
  • Lantânio – energia solar;
  • Túlio – dispositivos de Raio-x.

Mercado mundial de Terras Raras

O Brasil foi um dos maiores produtores de monazita (fosfato de terras raras, urânio e tório) até meados do século passado, substituído pelos EUA na década de 1980, que passou a dominar o mercado.

A partir de 1984, a China iniciou a produção de ETR compartilhando o mercado mundial com os EUA e de 1990 em diante, passou a dominar o mercado gradativamente.

Atualmente, o Brasil tem a terceira maior reserva mundial conhecida de terras raras, porém essa riqueza não é explorada devido ao custo da tecnologia de extração e separação, o que obriga o país a importar esses elementos para usar como matéria-prima nas indústrias.

As maiores reservas mundiais conhecidas de ETR estão localizadas na China, Vietnã, Brasil, Rússia e Índia, respectivamente.

País

Reservas (Milhões de toneladas – Mt)

China

44

Vietnã

22

Brasil

21

Rússia

12

Índia

6,9

As maiores reservas mundiais de ETR. Fonte: U.S.GEOLOGICAL SURVEY, 2022

Em relação à produção, a China segue se destacando e produziu cerca de 140 Mt em 2020. 

Vale ressaltar que há um esforço mundial no desenvolvimento da cadeia produtiva de ETR diante da sua importância em produtos de alta tecnologia e energia limpa

De acordo com Fernando Landgraf (Escola Politécnica USP), o mercado mundial de terras raras é relativamente pequeno em termos financeiros, movimentando cerca de 5 bilhões de dólares por ano.

A viabilidade dos projetos de extração de ETR depende de pontos importantes a serem destacados, como: mercado pequeno, altos custos de produção, questões tecnológicas e ambientais.

Depósitos de Terras Raras no Brasil

Os depósitos e ocorrências conhecidos no país são distribuídos em todo o território nacional. Os que apresentam maior importância econômica estão associados aos complexos alcalinos carbonatíticos, principalmente da Província Ígnea do Alto do Paranaíba.

Depósitos de ETR ocorrem em rochas naturalmente ricas influenciadas pelos processos formadores de rochas, como o enriquecimento magmático por fluidos hidrotermais, segregação magmática e/ou redistribuição e concentração por processos superficiais.

Walters et al. (2010) propõe a divisão simplificada de depósitos de ETR em duas categorias principais: 

  1. primário – associado a rochas ígneas e processos hidrotermais;
  2. secundário – formado pela concentração por processos sedimentares e intempéricos.

Confira no quadro abaixo os depósitos brasileiros de ETR e suas classificações.

Desafios da produção de Elementos Terras Raras no Brasil

O potencial brasileiro para ETR é grande. Hoje, o país tem a segunda maior reserva mundial com 21 Mt de reserva lavrável de óxidos de terras raras (OTR). 

Este cenário, no entanto, não coloca o Brasil em vantagem em relação aos demais países, visto que há necessidade de forte investimento no desenvolvimento das rotas tecnológicas de cada depósito. Isto porque cada mineralização exige rotas adequadas ao tipo de minério de forma a ser economicamente viável, pois são processos caros, de baixo rendimento e altamente poluentes.

Apesar do crescimento no consumo de produtos de energia limpa e carros elétricos, que utilizam OTR na sua fabricação, a demanda por este bem mineral não apresentará um aumento significativo para viabilizar os diferentes projetos que estão em andamento no mundo.

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