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Modelando el Índice Abrasivo a partir de Propiedades Mineralógicas y Caloríficas Usando Aprendizaje Automático Basado en Árboles: Un Estudio de Caso en el Campo de Carbón de KwaZulu-Natal

Autores: Afrazi, Mohammad; Huat, Chia Yu; Onifade, Moshood; Khandelwal, Manoj; Shonuga, Deji Olatunji; Fattahi, Hadi; Jahed Armaghani, Danial

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Modelando el Índice Abrasivo a partir de Propiedades Mineralógicas y Caloríficas Usando Aprendizaje Automático Basado en Árboles: Un Estudio de Caso en el Campo de Carbón de KwaZulu-Natal


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Extracción y transformación de minerales

Palabras clave

Predicción
índice de abrasividad del carbón
Modelos de aprendizaje automático
XGBoost
Selección de características
Cuarzo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 30

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La predicción precisa del índice abrasivo del carbón (AI) es crítica para optimizar la eficiencia del procesamiento del carbón y minimizar el desgaste del equipo en aplicaciones industriales. Este estudio explora modelos de aprendizaje automático basados en árboles; Random Forest (RF), Gradient Boosting Trees (GBT) y Extreme Gradient Boosting (XGBoost) para predecir el AI utilizando propiedades seleccionadas del carbón. Se utilizó una base de datos de 112 muestras de carbón del campo de carbón de KwaZulu-Natal en Sudáfrica. Las predicciones iniciales utilizando las ocho propiedades de entrada revelaron un rendimiento de prueba subóptimo (R: 0.63-0.72), atribuido a valores atípicos y datos ruidosos. El análisis de importancia de características identificó el valor calorífico, el cuarzo, la ceniza y la pirita como predictores dominantes, alineándose con sus roles fisicoquímicos en la abrasividad. Después de la limpieza de datos y la selección de características, XGBoost logró una precisión superior (R = 0.92), superando a RF (R = 0.85) y GBT (R = 0.81). Los resultados destacan la robustez de XGBoost en la modelización de relaciones no lineales entre las propiedades del carbón y el AI. Este enfoque ofrece una alternativa rentable a los métodos de laboratorio tradicionales, permitiendo a las industrias optimizar la selección de carbón, reducir costos de mantenimiento y mejorar la sostenibilidad operativa a través de la toma de decisiones basada en datos. Además, el contenido de cuarzo y ceniza se identificó como los parámetros más influyentes en el AI utilizando la técnica de Amplitud Coseno, mientras que el valor calorífico tuvo el menor impacto entre las características seleccionadas.

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