Construction of synthetic carbonate plugs: A review and some recent developments

Plugs are cylindrical rocks with known dimensions that are extracted typically from reservoir formations with representative mineralogical compounds, petrophysical properties and oilfield fluids. They are used in the laboratory to understand the behaviour of oil in reservoirs. One of their applications is to study the screening of chemicals, such as surfactants and polymers, for enhanced oil recovery research before being applied in the reservoir. Many of Brazil’s pre-salt basins are located in ultra-deep waters, and the high heterogeneities of its offshore carbonate reservoirs make the extraction of representative rock samples difficult, risky and expensive. The literature reports the construction of synthetic plug samples that reproduce rocks as an alternative and viable solution for this issue. However, there is a lack of publications that focus on the construction of representative carbonate plugs that considers both the mineralogical composition and petrophysics properties, such as porosity and permeability. In this work, the construction of synthetic plugs is studied, using a combination of published methodologies to achieve an alternative construction of synthetic carbonate plugs for laboratory scale studies. Using a procedure based on the use of pulverized rock matrices with known particle sizes, uniaxial compaction, and probable CaCO3 solubility control by changing temperature and pH, it was possible to obtain synthetic carbonate plugs with a similar mineralogy to the natural carbonate reservoir. However, further studies are necessary to obtain more controlled petrophysical properties of such samples

Technological characterization and separability studies on fine aggregates produced from construction and demolition waste.

A demanda atual pela utilização de materiais reciclados na construção deve-se ao aumento crescente do consumo de agregados, à exaustão de jazidas próximas aos grandes centros e à proibição de deposição de resíduos inertes em aterros sanitários. Paralelamente, com o crescimento evidente do setor da construção em muitos países, o gerenciamento dos resíduos de construção e demolição (RCD) tornou-se uma questão econômica e ambiental prioritária. Para a sustentabilidade do meio ambiente construído é imprescindível o desenvolvimento de novas aplicações para o agregado reciclado visando a ampliação das taxas de reciclagem. No entanto, a situação da fração areia de RCD é crítica, pois apesar de representar de 40 a 60% em massa do resíduo, é descartada como resíduo da própria reciclagem ou utilizada em aplicações de baixo valor agregado. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho consiste em estudar alternativas para a produção de areia reciclada a partir do processamento integral de resíduos de construções e demolições da região metropolitana de São Paulo, em uma abordagem inédita mundialmente. O estudo realizado pode ser subdividido em quatro etapas principais: a) amostragem; b) produção de areia a partir dos resíduos amostrados; c) estudos de separabilidade da areia reciclada; d) caracterização tecnológica dos produtos gerados como ferramenta de controle de qualidade de eficiência dos processos. Os resultados demonstraram que o processamento integral de RCD por britagem terciária em impactador de eixo vertical é determinante na cominuição seletiva das fases porosas e na liberação entre a pasta de cimento e as fases minerais. O produto gerado apresentou menor conteúdo de pasta de cimento, partículas mais esféricas e reduzida porosidade. Adicionalmente demonstrou-se a separabilidade densitária e magnética entre as fases minerais dos agregados e a pasta de cimento. Dentre os procedimentos de caracterização destaca-se o desenvolvimento de uma metodologia para definição das associações das fases presentes, particularmente da individualização da pasta de cimento e carbonatos.The current demand for recycling on construction is due to the increasing consumption of aggregates, the exhaustion of deposits close to large cities as well as the ban on inert materials dumping in landfills and the rising cost of its disposal. Moreover, with the remarkable increasing on construction activities in many countries, the management of Construction and Demolition Waste (CDW) became an economical and environmental priority issue. To the sustainability of the built environment, the development of new applications for recycled aggregates and the increase of recycling rates are vital. However, the situation of the sand fraction of CDW is critical; although it accounts for 40 to 60% by weight of the waste, it is disregarded as waste recycling material or used in applications with low added-value. In this context, the present research explores the potential of mineral processing technologies to produce recycled sand by total comminution of the CDW on sand fractions in an unprecedented approach worldwide. The improvement on recycled sand quality is crucial for the enlargement of recycling rates. The study may be described in four main steps: a) sampling of construction and demolition waste from Sao Paulo metropolitan area, Brazil; b) production of recycled sand from the sampled waste; c) separability studies of the recycled sand; d) technological characterization of the attained products to evaluate the processing efficiency. The results demonstrated that the processing of the whole waste by tertiary crushing is fundamental to the selective comminution of porous phases and to the separation of cement paste from mineral phases. The attained product exhibited reduced content of cement paste, particles with higher sphericity and lower porosity. Additionally, it was demonstrated that the separability of aggregates from cement paste is feasible by density and magnetic separation. Regarding the characterization procedures, the development of an innovative method for a precise evaluation of the content of cement paste and phases associations, must be highlighted, especially on the measurement of cement paste and carbonates separately

Technological characterization of construction and demolition waste.

Os resíduos de construção e demolição (RCD) representam cerca de 50% de todo o resíduo sólido gerado, sendo que cerca de 90% deste é de origem mineral e pode ser reciclado através de processos de beneficiamento mineral. Para se atingir a reciclagem massiva torna-se imperativo o desenvolvimento de novos mercados e melhorias de usina capazes de tornar o resíduo uma matéria prima de qualidade adequada. Dessa forma a caracterização tecnológica é imprescindível para obtenção de informações fundamentais sobre o processo de beneficiamento e as especificações para os produtos. O programa experimental foi desenvolvido em três amostras de RCD britados de duas usinas de reciclagem do Estado de São Paulo, Itaquera cinza (IT-C), Itaquera vermelho (IT-V), Vinhedo vermelho (VI-V). As atividades desenvolvidas foram: amostragem, cominuição, determinação das composições químicas e mineralógicas por faixa granulométrica, determinação de propriedades físicas relevantes para reciclagem de RCD como agregados para uso em concreto, determinação das curvas de separabilidade por densidade e análise de sua composição química e mineralógica e estudos microscópicos para avaliação do teor de aglomerantes por faixa densitária. Os resultados de análises químicas mostram que as composições químicas das três amostras são semelhantes; os teores variam com a granulometria, com marcantes diferenças na fração mais fina. A composição mineralógica predominante é de silicatos, provenientes de agregados e rochas naturais, cerâmicas e aglomerantes, com menores teores de alumina e óxido de cálcio; a perda ao fogo está diretamente relacionada ao teor de aglomerantes, uma vez que representa a água combinada e o gás carbônico presente. A separação do RCD em classes de densidade permitiu identificar que os produtos obtidos apresentam composições diferentes e pode ser empregada para se obter agregados de melhor qualidade e, portanto, para aplicações mais nobres, uma vez que se verifica que cerca de 80% em massa dos resíduos possuem densidades superiores a 2,2 g/cm3 com qualidades físicas adequadas para uso em concreto estrutural. Adicionalmente, a massa específica aparente e absorção de água estão diretamente relacionadas com os intervalos de densidade. O teor de aglomerantes aumenta significativamente para os produtos de menor densidade, sendo que as partículas cerâmicas estão isentas de pasta de cimento endurecida e cal.Construction and demolition waste (CDW) represents around 50% of the total solid waste and are essentially constituted by mineral fraction (>90%); therefore it?s possible to recycle it through mineral processing techniques. The development of different uses and the improvement of the typical technologies applied to CDW recycling are essential to achieve a satisfactory level of recycling. Applied mineralogy tools are fundamental to characterize the studied raw material and support the mineral processing in order to obtain products according to its specifications. This research was carried out in three crushed samples from two different plants close to Sao Paulo; they were named according to its classification: grey Itaquera (IT-C), red Itaquera (IT-V) and red Vinhedo (VI-V). The method involved basically sampling, crushing, characterization of the relevant physical properties for a concrete recycled aggregate approach, evaluation of the specific gravity separability curves and chemical and mineralogical analyses for each grain size fraction and gravity classes, and so microscope analyses to verify the binder contents. The results show that the chemical composition of the three samples is very similar, the grades change according to the grain size fractions, specially for the finest fraction. The mineral composition is also quite akin, it is mostly represented by silicates (mainly aggregates and natural rocks), ceramics and binder; minor amounts of Al2O3 and CaO were also detected. The loss of ignition is directly related to the binder and clay minerals (basically OH and CO2). Specific gravity classes are very different regarding their chemical, mineralogical and physical properties, despite their similarity among the samples. Thus the specific gravity separation is more effective to classify the recycled CD debris than its color and could be applied to obtain high quality recycled aggregates, while a significant amount (80%) is recovered above 2.2 g/cm3 and may be used as high strength concrete aggregates. In addition, the physical properties, like specific gravity and water absorption are strictly related to the specific gravity classes

Self-Organizing Maps Analysis of Chemical–Mineralogical Gold Ore Characterization in Support of Geometallurgy

Few studies have been published on the analysis and correlation of data from process mineralogical studies of gold ore employing artificial neural networks (ANNs). This study aimed to analyse and investigate the correlations obtained by the technological characterization of auriferous ore using an ANN called self-organizing map (SOM) to support geometallurgical studies. The SOM is a data analysis technique in which patterns and relationships within a database are internally derived and the outputs are visual, assisting in the understanding of data in the representation of 2D maps. In the representation generated, it was possible to establish that the variables of accessibility, exposed perimeter, median gold grain diameter (D50), and SiO2 and arsenic contents have strong positive correlations. Regarding geometallurgy, this study shows that SOM can identify large-scale spatial chemical–mineralogical gold ore patterns, which can help define the most relevant indicator variables for mineral processing

Predicting gold accessibility from mineralogical characterization using machine learning algorithms

Information about accessibility is of great relevance for gold recovery studies. Obtaining these variables from machine learning models can greatly assist in quickly determining accessibility. Few studies have been published relating the mineralogy of the gold ore process and the application of artificial intelligence, mainly algorithms in predicting variables related to gold recovery and extraction. Accessibility is an important variable for understanding the ability to recover gold from a cyanide solution, which can occur through fractures or some other means that provides access to the solution and consequent leaching of the gold grain. This study aims to present a model capable of predicting the accessibility variable using a data set with 168 characterization results from different ML methods, such as Linear Regression (LR), Random Forest (RF), Sequential Minimum Optimization for Support Vector Machine (SMOreg) and Gaussian Processes (GP). In this context, it was possible to establish that the random forest model performed best by presenting a coefficient of determination R2 (0.77), MAE (11.76), and RMSE (14.48). It was also reported from the SHAP analysis that the Au_grade, exposed_a, and As_grade showed the highest contribution level towards the perdition process of the model

ANÁLISE DE IMAGENS DINÂMICA - CARACTERIZAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO E FORMA DE PARTÍCULAS

A distribuição granulométrica e a caracterização da morfologia das partículas são parâmetros que exercem grande influência no comportamento de materiais particulados, que envolve setores desde a mineração até indústrias farmacêuticas, alimentícias, dentre outros Entretanto, a caracterização morfológica consiste basicamente em análises estáticas com restrições em relação ao numero de partículas caracterizadas (baixa representatividade estatística). Na mineração, a possibilidade de avaliar a morfologia das partículas pode ser particularmente interessante em diferentes áreas, tais como[`1] : caracterização de partículas geradas por diferentes mecanismos de cominuição (avaliação de britadores e moinhos), o efeito da morfologia das partículas na eficiência da flotação e de processos de separações minerais que dependam do comportamento cinético das partículas (hidrociclones, mesas vibratórias, espirais concentradoras, jigues). Publicações sobre a influência da morfologia das partículas em diferentes processos de beneficiamento mineral são vastas, no entanto pouca atenção vem sendo dada à sua compreensão, e as pesquisas existentes, em sua maioria, tratam a forma das partículas apenas de uma maneira qualitativa principalmente pela falta de uma técnica que determine quantitativamente tais parâmetros. Neste trabalho é apresentada uma revisão dos métodos de caracterização de tamanho e forma de partículas e três casos de aplicação da técnica de análise de imagens dinâmica

Chemical composition of mixed construction and demolition recycled aggregates from the State of Sao Paulo

Construction and Demolition Waste (CDW) represents. about 50% of the total Brazilian municipal solid waste: thus, recycling represents huge benefits both in environmental and economic perspectives. Herein, the chemical characterization results of three samples from two different recycling plants from the State of Sao Paulo is prevented. The results demonstrated that the visual classification into grey and red is not related to the chemical composition but mostly to the grain size fraction. The chemical composition of the CDW varies according to the content of cement paste, natural aggregates (quartz sand or granite), red ceramic and clay. Furthermore, the production of recycled concrete aggregates requires two crushing stages to meet the technical standards. The sand fraction (below 4.8 mm) presents high grades of SiO(2), which indicates the liberation of cement paste to fines (< 0.15 mm). The fines have a great potential to be used in the cement industry

QUANTIFICAÇÃO DAS FASES CONSTITUINTES DE AGREGADOS RECICLADOS POR ANÁLISE DE IMAGENS AUTOMATIZADA

A demanda atual pela utilização de materiais reciclados na construção deve-se ao aumento crescente do consumo de agregados, à exaustão de jazidas próximas aos grandes centros e à proibição de deposição de resíduos inertes em aterros sanitários. Paralelamente, com o crescimento evidente do setor da construção em muitos países, o gerenciamento dos resíduos de construção e demolição tornou-se uma questão econômica e ambiental prioritária. A principal dificuldade na produção de areia reciclada está relacionada à quantificação da pasta de cimento proveniente de construções anteriores que se mantém aderida à superfície das partículas e aumenta a porosidade e área de superfície específica dos agregados reciclados. Portanto, a caracterização e quantificação dessa fase é essencial para a aplicação deste produto e uma das ferramentas, ora proposta, é por meio da caracterização microestrutural. O escopo do trabalho envolveu a caracterização tecnológica de agregados miúdos produzidos a partir de resíduos de construção e demolição, por meio de separações de fases (minerais e outras), análises químicas, determinação do teor de pasta de cimento e detalhamento da composição mineralógica de cada produto analisado e das associações das fases por microscopia eletrônica de varredura. As correlações estabelecidas e a coerência dos resultados apresentados demonstram a robustez e confiabilidade do procedimento estabelecido