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
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
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.
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.