Exploração e Caracterização

Caracterização elementar e teor de umidade do carvão

A caracterização elementar do carvão é fundamental na geologia e mineração para determinar a composição química. Conhecer o conteúdo de elementos-chave como carbono, hidrogênio, enxofre, nitrogênio, oxigênio é crucial para a avaliação de recursos e controle de processos na metalurgia extrativa.

O objetivo é também avaliar o valor do combustível e o impacto ambiental do carvão. O carbono e o hidrogénio influenciam diretamente o poder calorífico (teor energético); o enxofre contribui para as emissões de SO₂ na combustão e deve ser controlado. Esses parâmetros informam se um carvão atende às especificações para geração de energia ou siderurgia, e ajudam na classificação de recursos e no planejamento de minas

Os instrumentos operam de acordo com os métodos ASTM/ISO. Esses padrões garantem que os analisadores forneçam resultados precisos e repetíveis de acordo com as normas da indústria. Por exemplo, o analisador CS-r de alta temperatura da Eltra produz resultados de enxofre em conformidade com a ISO 19579:2006 (Combustíveis minerais sólidos – Determinação de enxofre por espectrometria IR) e ASTM D 4239-18 (Método de teste padrão para enxofre em carvão e coque).

Também o teor de umidade no carvão é bastante importante determinação feita por Análise Termogravimétrica (TGA), onde a perda de massa observada após aquecimento controlado corresponde à evaporação da água inerente e superficial, seguindo métodos padrão como ASTM D 7582-24 .

 

Métodos normalizados de análise final sobre o carvão

A análise final do carvão é padronizada nos métodos ISO e ASTM, às vezes referida como "análise elementar" ou parte das propriedades "últimas" de um carvão. ASTM D4239-18 e ASTM D 5016-24 & ASTM D 6316-17 cobrem o enxofre por combustão de alta temperatura/deteção de infravermelhos. A literatura da indústria enfatiza a importância dessas medições para a classificação do carvão. Por exemplo, o teor de hidrogénio contribui para a formação de água durante a combustão, reduzindo o calor utilizável, pelo que está diretamente ligado ao poder calorífico efetivo do carvão. Medir esses elementos com precisão com analisadores como o da Eltra garante que as operações de mineração e os compradores de carvão tenham dados confiáveis sobre a qualidade do combustível.

Determinação de enxofre para avaliação do grau mineral

Muitos minérios de metais básicos e preciosos, incluindo cobre, chumbo e zinco, ocorrem como minerais sulfetos, como calcopirita (CuFeS₂), galena (PbS) e pirite (FeS₂). A medição do teor de enxofre nessas amostras geológicas é uma abordagem comprovada para avaliação de grau mineral, já que a concentração de enxofre normalmente se correlaciona com a abundância de sulfeto e, portanto, com o rendimento potencial de metais. Na mineração de cobre, por exemplo, a determinação de enxofre fornece um proxy indireto, mas robusto, para o grau de cobre. Como a calcopirita tem uma relação:S fixa, maiores valores de enxofre indicam maior teor de calcopirita e, consequentemente, maior potencial de cobre. Isso torna a análise de enxofre uma ferramenta rápida e econômica para campanhas de exploração, avaliação de recursos e otimização de processos.

A determinação precisa do enxofre é realizada com os analisadores de carbono/enxofre CS-i da ELTRA, que empregam combustão por indução de alta temperatura (>2000 °C) em uma atmosfera de oxigênio. O enxofre liberado como SO₂ é quantificado por deteção infravermelha, garantindo resultados precisos e reprodutíveis mesmo para minerais sulfetos refratários. O método aceita pesos amostrais relativamente grandes (200–300 mg), o que melhora a representatividade em minérios heterogêneos. Procedimentos padronizados — como ISO 15178:2000 & 4689-3:2017 para solos e minérios, ASTM E1915-20 para minérios metálicos e análogos à ISO 19579:2022 usados na análise de combustível — suportam a confiabilidade e a comparabilidade dos resultados entre laboratórios e projetos.

Ao converter porcentagens de enxofre em conteúdo aproximado de minerais ou metais usando estequiometrias conhecidas, os geólogos ganham uma ligação direta entre a análise elementar e o grau econômico. Isso torna a determinação de enxofre com os analisadores da série CS da ELTRA uma parte indispensável dos modernos fluxos de trabalho de exploração, geometalurgia e controle de qualidade, unindo a precisão do laboratório com as decisões de mineração do mundo real.

Soluções que capacitam laboratórios de geologia e mineração

O equipamento de preparação de precisão da QATM é essencial para o avanço dos estudos de materiais nas áreas de geologia e mineração. De avaliações mineralógicas a pesquisas planetárias especializadas, a QATM oferece as ferramentas e técnicas para fornecer preparação de amostras confiável e de alta qualidade para uma ampla gama de aplicações geocientíficas.

Aplicações em Mineração e Análise Mineral

Análise de Intercrescimento de Minerais de Minério

Seções finas adequadamente preparadas são cruciais para identificar o bloqueio mineral — onde os minerais são intercalados de maneiras que afetam as estratégias de moagem e separação no processamento de minério.

Microscopia de Luz Refletida & Análise de Feixe de Elétrons

Seções polidas são necessárias para estudar minerais opacos (como sulfetos e óxidos) sob luz refletida. Essas mesmas superfícies também são indispensáveis para ensaios quantitativos via microssonda eletrônica e plataformas de mineralogia automatizadas como QEMSCAN.

Integridade da amostra e qualidade da preparação

Conseguir uma superfície impecável e representativa, sem microfissuras, é vital. As unidades de impregnação a vácuo e os cortadores de precisão da QATM garantem a integridade estrutural e uma preparação ideal desde o início.

Estudos relacionados à dureza e ao desgaste

Embora não sejam de rotina, os testes de microdureza ou arranhões em fases minerais específicas podem apoiar pesquisas sobre moabilidade ou comportamento de desgaste — áreas onde o equipamento de teste de dureza da QATM fornece insights precisos e específicos de fase.

Além da mineração: Apoio à investigação mais vasta em geociências

  • Paleontologia:
  • Polimento de alta precisão para exame fóssil e estudos estruturais.
  • Meteoritos:
  • Gravura e polimento de meteoritos de ferro para revelar padrões de Widmanstätten, vitais para a classificação e análise de origem.
  • Geologia Planetária:
  • Preparação de amostras de materiais extraterrestres onde o acabamento da superfície e a integridade são críticos para a análise de alta resolução.

Montagens Polidas para Análise de Minerais e Minérios

A preparação de suportes polidos (também conhecidos como blocos polidos) é uma etapa crítica na análise de espécimes de rocha, minério e carvão. Esses suportes permitem observações de alta precisão sob microscopia de luz refletida e são indispensáveis em várias análises de feixe de elétrons, como SEM (Microscopia Eletrônica de Varredura) e trabalho de microssonda eletrônica. Ao contrário das seções finas, que são fatias translúcidas montadas em vidro, os blocos polidos são briquetes mais grossos ou pedaços de material com uma superfície plana semelhante a um espelho. Eles são especialmente adequados para estudar fases minerais opacas que, de outra forma, são invisíveis na luz transmitida.

Observação de minerais opacos

Muitos minerais de minério, incluindo pirita, calcopirita e galena, são opacos. Estes devem ser examinados em luz refletida usando uma superfície polida para revelar características-chave, como mineralogia, limites de grãos, texturas de exsolução e microfraturas.

Mineralogia Quantitativa Automatizada

Sistemas como QEMSCAN ou MLA usam SEM/EDS para digitalizar superfícies polidas para mapear composições minerais. Estes são amplamente utilizados em operações de mineração para avaliar a liberação mineral e associações, cruciais para otimizar as técnicas de processamento.

Análise de microssonda eletrônica

Uma superfície polida e lisa garante uma deteção precisa de raios-X durante análises de microssonda. Isso é essencial para estudar a zonação, identificar pequenas inclusões minerais e determinar composições químicas detalhadas.

Classificação do Carvão e Análise Petrográfica

Em estudos de carvão, pellets polidos são usados para medir a refletância de macerais vitrinitos - um parâmetro essencial para classificar a classificação do carvão e avaliar a adequação para a produção de coque.

Microtermometria de Inclusão de Fluidos

Para analisar inclusões de fluidos, são necessárias seções espessas duplamente polidas (polidas em ambos os lados). O polimento de alta qualidade é crucial para observar claramente pequenas inclusões, especialmente em minerais de quartzo e minério.

Normas e Boas Práticas

Metalografia Geral: A ASTM E3 descreve as práticas padrão para a preparação de amostras metalográficas.

A ISO 7404-2 e a ASTM D2797 especificam métodos de preparação para pellets de carvão, incluindo o uso de óxido de alumínio para polimento final para evitar a alteração das medições de refletância.

Os suportes polidos são ferramentas indispensáveis tanto na geociência académica como industrial. Eles preenchem a lacuna entre métodos observacionais e analíticos, oferecendo uma plataforma confiável para análise qualitativa e quantitativa.

Equipamentos QATM em Geologia e Mineração

Por exemplo, na mineração:


  • Seções finas adequadas de minério podem revelar travamento mineral (quais minerais são intercultivados, afetando as estratégias de moagem e separação).
  • Seções polidas são necessárias para microscopia de luz refletida para identificar minerais de minério opaco (como sulfetos, óxidos) e para fazer ensaios por microssonda eletrônica ou mineralogia automatizada (por exemplo, QEMSCAN).
  • Garantir a integridade da amostra (sem fissuras, superfície representativa) é essencial; A impregnação a vácuo e o corte preciso da QATM ajudam nisso.
  • Testes de dureza ou teste de arranhões podem ser aplicados a minerais para correlacionar com a moabilidade ou desgaste (embora não seja rotina, a pesquisa pode exigir microdureza de fases específicas).
  • Além disso, os geólogos podem usar preparação semelhante para paleontologia (por exemplo, polimento de fósseis), meteoritos (gravação de meteoritos de ferro para revelar padrões de Widmanstätten) ou amostras de geologia planetária.

Preservando a Precisão Petrográfica em Estudos de Oxidação de Carvão

Compreender o intemperismo e a oxidação do carvão é essencial para uma análise petrográfica precisa e medição da reflectância vitrinita. Como destacado em estudos recentes, alterações superficiais durante a oxidação podem afetar significativamente a classificação do carvão e o potencial de uso. As soluções avançadas de preparação de amostras da QATM, que vão desde o corte preciso até o polimento automatizado, garantem a qualidade ideal da superfície para análises confiáveis sob microscopia de luz refletida. Quer esteja a estudar intemperismo natural ou a simular a oxidação em laboratório, os sistemas QATM fornecem a consistência e o controlo necessários para resultados reprodutíveis. Confie na QATM para apoiar sua pesquisa em comportamento do carvão e integridade do material de carbono.

Impregnação a vácuo de amostras geológicas porosas

Estabilizar e reforçar amostras geológicas porosas, cinsseis ou particuladas, impregnando-as com resina sob vácuo antes de cortar ou polir. Muitos materiais geológicos – por exemplo, arenitos altamente porosos, solos pouco consolidados, carvão ou concentrados minerais – podem desmoronar ou perder pedaços durante a preparação. A impregnação a vácuo preenche os poros e fissuras com epóxi, fornecendo suporte mecânico e evitando a perda de material (ou formação de bolhas) ao seccionar e polir.

Porque é realizado:

  • Para preservar a integridade da amostra:
  • Um minério friável com vugs ou uma rocha desgastada com fraturas cheias de argila podem desmoronar se cortadas a seco. A impregnação garante que a amostra se mantém unida e a estrutura interna é preservada para microscopia. Sem impregnação, os poros podem colapsar ou os grãos se desprenderem, o que arruinaria uma seção fina ou montagem polida.
  • Para conseguir um bom polimento e representação:
  • Os poros abertos podem levar ao arrastamento de material mais macio para orifícios durante o polimento, causando alívio e impedindo uma superfície plana. O preenchimento de poros com resina fornece uma superfície contínua que pode ser polida plana – crítica para análise quantitativa de imagens ou trabalho de microssonda eletrônica (onde buracos causariam artefatos de feixe).
  • Na preparação de amostras em pó para um suporte sólido:
  • Às vezes, os geólogos querem examinar uma amostra em pó (como separações de minerais pesados ou rejeitos). Estes podem ser misturados com resina e fundidos em um tampão sólido sob vácuo para remover o ar e garantir que as partículas sejam bloqueadas no lugar.
  • Sob vácuo, a resina penetra até mesmo nos poros finos (a ação capilar por si só pode não preencher pequenas rachaduras devido ao ar preso).
  • Isto produz uma montagem mais forte e sem vazios.

Preparação de Secções Finas Petrográficas

A criação de seções finas padrão - fatias de rocha ou minerais de aproximadamente 30 μm de espessura montadas em lâminas de vidro - é essencial para o exame sob microscópios de luz transmitida ou polarização. Como uma técnica de pedra angular em geologia, seções finas revelam a composição mineral, microestruturas e texturas de rochas em detalhes finos. O equipamento QATM suporta todas as etapas deste processo: desde o corte preciso da fatia inicial, passando pela moagem controlada para alcançar uma espessura uniforme, até o polimento opcional em um ou ambos os lados para maior clareza ótica.

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Por que esta seção?

  • Análise mineralógica:
  • Muitos minerais são translúcidos e só podem ser adequadamente identificados em secção fina utilizando as suas propriedades óticas (birrefringência, índice de refração, ângulo de extinção, etc.).
  • Interpretação textural:
  • Seções finas permitem que os geólogos vejam as relações de grãos – formas de cristal, distribuição de tamanho, tecido (alinhamento) e características como zoneamento ou alteração.
  • História geológica:
  • A partir de seções finas, pode-se inferir a gênese da rocha – por exemplo, a foliação de uma rocha metamórfica, o fenócrito e o arranjo de massa subterrânea de uma rocha vulcânica ou o cimento e a porosidade de uma rocha sedimentar.
  • Na mineração, seções finas de minério podem mostrar como os minerais de minério e a ganga são entrelaçados, o que informa as estratégias de moagem e separação (embora as seções polidas com luz refletida sejam mais comuns para minerais de minério opacos, seções finas ainda mostram silicatos e podem ser coradas para carbonatos, etc.).
  • Também é padrão para pesquisa acadêmica, ensino (laboratórios de petrografia de alunos) e para análises especializadas, como estudos de inclusão de fluidos (que exigem seções espessas ou seções duplamente polidas).

  • A QATM fornece ferramentas específicas: uma serra de seção fina (ou um cortador universal que pode afinar), uma prensa de seção fina (para garantir o contato sem bolhas da rocha com a lâmina) e uma linha de discos de moagem (copos de diamante) e panos de polimento.

Testes de microdureza de minerais e rochas Medição Precisa da Dureza Mineral e de Fase em Geociências

O teste de dureza de micro-indentação - usando técnicas como Vickers ou Knoop sob baixas cargas - é um método poderoso para avaliar a dureza de grãos minerais individuais e fases em espécimes geológicos. Embora comumente usada na metalurgia, esta técnica é igualmente valiosa nas geociências. Os testadores de microdureza QATM, originalmente desenvolvidos sob a marca Qness, oferecem soluções de medição precisas e confiáveis que vão além dos metais para rochas polidas, minério, carvão e amostras planetárias.

Principais Aplicações do Teste de Microdureza em Geologia

 

  • Caracterização Quantitativa da Dureza Mineral Ao contrário da escala de Mohs tradicional, que é qualitativa, o teste de microdureza fornece valores numéricos (por exemplo, Número de Dureza Vickers) para dureza mineral. Isso permite comparações mais precisas, a deteção de diferenças sutis entre minerais visualmente semelhantes (por exemplo, calcita versus aragonita) e até mesmo insights sobre o zoneamento composicional dentro de um único cristal (por exemplo, mudanças core-to-rim em granada).

  • Estudos de Cominuição de Minério A dureza das fases minerais individuais afeta a forma como as rochas se fraturam e trituram. Minerais mais duros podem resistir à fragmentação, permanecendo como partículas grosseiras e potencialmente aprisionando fases mais macias ou valiosas. Os dados de microdureza suportam a modelagem da fragmentação do minério e a otimização dos processos de moagem.
  • A pesquisa de monitoramento de intemperismo e oxidação do carvão – incluindo os primeiros estudos de Given e Nandi na década de 1970 – mostrou que a microdureza do carvão pode aumentar à medida que oxida devido a mudanças de ligações químicas.  Isso faz da microdureza um parâmetro útil para avaliar a oxidação e o intemperismo do carvão, o que impacta seu teor de gás, a qualidade para fabricação de coque e a estabilidade durante o armazenamento.
  • Meteoritos e materiais planetários   Compreendendo a microdureza das fases extraterrestres pode oferecer informações sobre sua resistência à abrasão, comportamento durante a entrada atmosférica ou resposta a eventos de impacto — considerações fundamentais na ciência planetária.
  • Materiais de Construção (Agregados de Concreto)  O teste de microdureza também é usado para avaliar o contraste de dureza entre partículas agregadas e a matriz de cimento. Isso ajuda a prever a resistência ao desgaste e o comportamento de polimento em aplicações como pisos industriais.

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Porquê os nossos equipamentos?

  • Recuo de alta precisão em escala micron
  • Medições e imagens automatizadas para fluxos de trabalho eficientes
  • Compatibilidade com espécimes geológicos polidos
  • Valores absolutos de dureza em MPa ou kgf/mm², permitindo comparações detalhadas de materiais
Mesmo distinções finas — como diferentes valores de dureza em polimorfos ou entre zonas de composição — podem ser capturadas com instrumentos QATM, apoiando aplicações industriais e de pesquisa.

Análise granulométrica de sedimentos e solos com difração a laser

Esta aplicação é usada para estudos de sedimentologia (por exemplo, análise de sedimentos fluviais, marinhos ou eólicos), ciência do solo e geologia ambiental (por exemplo, a compreensão de contaminantes depende do tamanho dos grãos dos sedimentos).

A distribuição granulométrica revela informações sobre o ambiente deposicional e as propriedades do material de fato podem ajudar na interpretação das condições energéticas de deposição. Também é usado em estudos de estratigrafia e paleoclima, pois o tamanho das partículas pode indicar a força do vento no clima passado. Em engenharia geotécnica, o tamanho das partículas do solo afeta a permeabilidade, compactação e resistência. Além disso, os quadros regulamentares exigem, por vezes, a análise granulométrica do solo para a recuperação de terras ou a avaliação do risco de erosão.

Tradicionalmente, os métodos de peneiramento fornecidos pela Retsch também são usados, mas a difração a laser oferece uma medição muito mais rápida e detalhada em toda a gama. Isso levou muitos laboratórios a adotarem dimensionadores de partículas a laser para análise de rotina de núcleos de sedimentos, solo. 

A difração a laser da Microtrac oferece análise de tamanho de partícula rápida e de alta resolução com necessidades mínimas de amostras. Deteta partículas finas melhor do que peneiras/pipetas e segue as normas ISO 13320 e ASTM B822 para precisão. Estudos mostram boa concordância com os métodos tradicionais quando a dispersão é adequada. Sua automação, reprodutibilidade e capacidade de analisar amostras pequenas ou raras o tornam ideal para laboratórios modernos de sedimentologia e geologia e agências geológicas (como o USGS - United States Geological Survey). 

Capacidade de armazenamento de gás de carvão e xisto (isotermas de adsorção de metano/CO₂)

Medições isotérmicas de adsorção de gás de alta pressão em amostras de carvão ou xisto para determinar quanto gás (metano ou dióxido de carbono, normalmente) essas rochas podem adsorver. Esta aplicação sustenta avaliações dos recursos de metano de jazida de carvão (CBM), da capacidade de gás de xisto e da viabilidade do sequestro de CO₂ em jazidas de carvão ou formações de xisto (muitas vezes associadas a conceitos de recuperação aprimorada de gás). Compreender como os gases interagem com o carvão e o xisto é fundamental para a exploração de energia e a gestão do carbono. Estudos de adsorção de alta pressão revelam quanto gás pode ser armazenado, recuperado ou sequestrado em condições reais do reservatório.

Principais Aplicações:


  • Mineração de carvão e exploração de CBM:
  • A capacidade de adsorção de metano (volume de Langmuir) indica a quantidade de gás que uma jazida de carvão pode reter. Avaliação do gás de xisto: A medição da adsorção de metano e CO₂ fornece informações sobre a sorção preferencial e de gás no local (o CO₂ geralmente se liga mais fortemente, permitindo uma recuperação aprimorada de metano por meio da injeção de CO₂).
  • Sequestro de carbono:
  • Estudos de adsorção determinam quanto CO₂ pode ser armazenado com segurança em costuras de carvão não mineráveis ou xistos ricos em orgânicos, com foco na estabilidade e cinética.

Os sistemas de alta pressão BELSORP da Microtrac fornecem isotermas de adsorção precisas de até vários MPa, replicando as condições do reservatório (0–5 MPa para metano). Esses instrumentos suportam normas internacionais (ISO 18866 em desenvolvimento, ISO 15901-2:2022) e normas nacionais, como a GB/T da China para sorção de metano de carvão. Ao quantificar parâmetros como volume e pressão de Langmuir, a técnica sustenta a estimativa de reservas, recuperação de metano de jazida de carvão com aumento de CO₂ e estratégias de sequestro de gases de efeito estufa. Com dados padrão e confiáveis, os geocientistas podem projetar e otimizar as operações do reservatório, tornando a análise de adsorção de alta pressão fundamental para o desenvolvimento de recursos energéticos e para a gestão ambiental. 

Análise da Morfologia da Wollastonita

Wollastonite (CaSiO₃) é um silicato de cadeia natural que cristaliza em formas aciculares (semelhantes a agulhas). Sua relação de aspeto (comprimento/largura) e distribuição da forma de partículas determinam criticamente seu efeito de reforço em plásticos, tintas, produtos de atrito e cerâmicas. A análise de tamanho convencional por peneiramento ou difração fornece apenas diâmetros esféricos equivalentes e não consegue caracterizar morfologias alongadas. A Análise Dinâmica de Imagem (DIA) com o Microtrac CAMSIZER M1 permite uma avaliação quantitativa e reprodutível do comprimento e da espessura das partículas, proporcionando um perfil morfológico completo.

Por que é importante escolher a análise DIA?

  • Medição simultânea de parâmetros de tamanho e forma de partículas (comprimento, largura, proporção, esfericidade).
  • Alta significância estatística: milhares de partículas medidas por segundo para dados reprodutíveis e representativos.
  • Caracterização de partículas aciculares verdadeiras: diferenciação de grãos alongados versus equantes, impossível apenas com difração.
  • Análise não destrutiva com imagens de partículas reais disponíveis para verificação e documentação.
  • Aplicável em todos os fluxos de trabalho de processamento mineral, desde o controle de fragmentação até o controle de qualidade de produtos minerais finais.

Caracterização da Morfologia de Partículas

O DIA grava simultaneamente milhares de imagens de alta resolução por segundo, fornecendo distribuições de comprimento e largura, proporção, alongamento e esfericidade. Para minerais aciculares como a wollastonita, estes parâmetros são essenciais para correlacionar a morfologia com as propriedades funcionais.

Métodos Padrão

  • ISO 13322-2:
  • Análise granulométrica — Métodos de análise de imagens
  • ISO 13320:
  • Métodos de difração laser (complementares para distribuição de tamanho)>

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