In che modo il profitto definisce ciò che estraiamo e perché è importante

L’estrazione mineraria non significa semplicemente scavare una buca. È il processo di estrazione di minerali utili dalla superficie terrestre, compresi i mari. Ma ecco il problema. Un minerale è una sostanza inorganica con una composizione chimica definita e proprietà fisiche distintive. Fa eccezione il carbone, sostanza organica spesso raggruppata. Poi c’è il minerale. Il minerale è un minerale metallifero, o un aggregato di tali minerali e ganga (roccia senza valore economico), che può essere estratto con profitto.

Deposito minerale designa la presenza naturale di un minerale utile. Deposito di minerali denota un giacimento minerale di estensione e concentrazione sufficienti per invitare allo sfruttamento. Vedi la differenza? Si tratta di soldi.

Perché i cartellini dei prezzi determinano la realtà geologica

Quando si valutano i depositi minerari, è estremamente importante tenere presente il profitto. La quantità totale di minerali presenti in un dato deposito viene definita inventario dei minerali. Solo la quantità che può essere estratta con profitto viene definita riserva minerale. Quando il prezzo di vendita del minerale aumenta o i costi di estrazione diminuiscono, aumenta la percentuale dell’inventario minerario classificato come minerale.

Ovviamente è vero anche il contrario. Una miniera può cessare la produzione perché il minerale è esaurito. Oppure perché i prezzi sono scesi o i costi sono aumentati a tal punto che quello che una volta era minerale ora è solo minerale. È una definizione mutevole. Il terreno non cambia. Lo dicono i conti.

Le radici profonde dell’estrazione

Le scoperte archeologiche indicano che l’estrazione mineraria veniva condotta in epoca preistorica. Il primo minerale utilizzato fu la selce. Il suo modello di fratturazione concoidale ha permesso di romperlo in pezzi a spigoli vivi. Utile come raschietti, coltelli e punte di freccia. Durante il Neolitico (circa 8.000-2.000 a.C.), pozzi profondi fino a 100 metri (330 piedi) furono scavati in depositi di gesso tenero in Francia e Gran Bretagna. Volevano i ciottoli di selce. L’ocra rossa e la malachite, un minerale di rame, fungevano da pigmenti.

La più antica miniera sotterranea conosciuta al mondo fu affondata più di 40.000 anni fa. Situato a Bomvu Ridge nelle montagne Ngwenya, nello Swaziland. Estraevano l’ocra per le cerimonie funebri e per la colorazione del corpo. L’oro è stato uno dei primi metalli utilizzati. Estratto da letti di sabbia e ghiaia dove si presentava come metallo puro a causa della stabilità chimica. Il rame, chimicamente meno stabile, si presenta in forma nativa ed è stato probabilmente il secondo metallo scoperto. L’argento è stato trovato anche allo stato puro. Un tempo era valutato più dell’oro.

Antica fusione e pietra monumentale

Gli storici affermano che gli egiziani estraevano il rame nella penisola del Sinai già nel 3000 a.C. Alcuni bronzi (rame legato a stagno) sono datati già al 3700 a.C. Il ferro viene datato già al 2800 a.C. I documenti egiziani sulla fusione del minerale di ferro risalgono al 1300 a.C. Il piombo, trovato nelle antiche rovine di Troia, veniva prodotto già nel 2500 a.C.

Una delle prime testimonianze di costruzioni con pietra di cava fu la costruzione (2600 a.C.) delle grandi piramidi in Egitto. Khufu, la più grande, è lunga 236 metri (775 piedi) lungo i lati della base. Contiene circa 2,3 milioni di blocchi di due tipi di calcare e granito rosso. Si ritiene che il calcare sia stato estratto dall’altra parte del Nilo. Blocchi che pesavano fino a 15.000 kg (33.000 libbre) venivano trasportati per lunghe distanze. Elevato in posizione. Mostrano un taglio preciso che ha prodotto una muratura ben adattata.

Dall’accendifuoco alla potenza pneumatica

Una delle prime trattazioni più complete sui metodi minerari in Europa è quella dello studioso tedesco Georgius Agricola nel suo De re metallica (1556). Descrive metodi dettagliati per la guida di pozzi e tunnel. Il minerale tenero e la roccia venivano estratti faticosamente con un piccone. Il minerale più duro richiedeva piccone e martello, cunei o calore.

L’incendio prevedeva l’accatastamento di un mucchio di tronchi sulla parete rocciosa e la loro combustione. Il calore ha indebolito o fratturato la roccia a causa della dilatazione termica. Dove necessario sono stati utilizzati sistemi di ventilazione e pompaggio grezzi. Il sollevamento di pozzi e pendenze veniva effettuato con un verricello. Il trasporto avveniva con “camion” e carriole. Nei tunnel sono stati impiegati sistemi di supporto in legno.

Grandi progressi nel settore minerario furono compiuti quando il segreto della polvere nera raggiunse l’Occidente. Probabilmente dalla Cina del tardo Medioevo. Questo fu sostituito come esplosivo a metà del XIX secolo con la dinamite. Dal 1956, sia gli agenti di sabbiatura a base di nitrato di ammonio che i fanghi (miscele di acqua, combustibili e ossidanti) sono entrati in ampio uso. Per praticare i fori per il posizionamento degli esplosivi furono inizialmente utilizzati un trapano in acciaio con una punta a cuneo e un martello. L’esperienza ha dimostrato che il corretto posizionamento dei fori e l’ordine di sparo sono importanti per ottenere la massima rottura della roccia nelle miniere.

L’invenzione dei perforatori meccanici alimentati da aria compressa (martelli pneumatici) ha aumentato notevolmente la capacità di estrarre la roccia dura. Ha ridotto notevolmente i costi e i tempi di scavo. Si dice che l’inglese Richard Trevithick abbia inventato un trapano rotativo azionato a vapore nel 1813. I trapani meccanici a pistone che utilizzano punte fissate su aste di perforazione e si muovono su e giù come un pistone in un cilindro risalgono al 1843. In Germania nel 1853 fu inventato un trapano che somigliava ai moderni trapani pneumatici. I trapani a pistone furono sostituiti dai trapani a percussione azionati da aria compressa. Le loro prestazioni sono migliorate grazie a un design migliore e alla disponibilità di acciaio di qualità.

Gli sviluppi nella perforazione sono stati accompagnati da miglioramenti nei metodi di carico. Dal caricamento manuale con pale alle varie tipologie di caricatori meccanici. Allo stesso modo il trasporto si è evoluto dal trasporto di esseri umani e animali. Per estrarre vagoni trainati da locomotive elettriche e nastri trasportatori. E ai veicoli gommati di grande capacità. Sviluppi simili hanno avuto luogo nell’estrazione mineraria di superficie. Aumentare il volume di produzione e ridurre drasticamente il costo dei prodotti metallici e non metallici. Le grandi macchine spogliatrici con ruote di scavo utilizzate nell’estrazione del carbone di superficie sono impiegate in altri tipi di miniere a cielo aperto.

Come i minatori hanno risolto la crisi dell’acqua e della luce

L’acqua era il peggior nemico del minatore. Ha allagato pozzi, rovinato attrezzature e reso quasi impossibile lo scavo in profondità. Poi James Watt arrivò con la macchina a vapore nel XVIII secolo. All’improvviso, le pompe a vapore potrebbero estrarre l’acqua dalle miniere profonde. Il problema non era scomparso, ma era gestibile.

L’illuminazione ha seguito un percorso simile. I primi minatori facevano affidamento su candele o lampade a stoppino che bruciavano olio di balena, olio di carbone o cherosene. Era buio. Era pericoloso. Verso il 1890 le cose divennero più brillanti ma più instabili. Il gas acetilene, generato dal gocciolamento dell’acqua sul carburo di calcio, bruciava in un riflettore metallico. Una candela di selce accendeva la fiamma. C’era abbastanza luce per lavorare, ma gas infiammabile in una miniera? Questa è una ricetta per il disastro.

Il vero cambiamento avvenne negli anni ’30 con le lampade a batteria alimentate a batteria. Nessuna fiamma libera. Nessun serbatoio di acetilene. Solo luce. Da allora, gli ingegneri hanno modificato la durata, il peso e l’intensità della batteria. I minatori ora possono vedere chiaramente senza portare una potenziale esplosione sulle loro teste.

È facile romanticizzare l’attività mineraria. Pensa al cercatore solitario con un piccone. Quell’immagine è morta. Il mining moderno riguarda le macchine che forniscono la forza bruta e professionisti addestrati che forniscono la strategia. Stiamo estraendo l’oro da una profondità sotterranea di 4.000 metri. Sono più di 13.000 piedi di profondità. Le miniere di superficie scavano a più di 700 metri di profondità. La scala è industriale, non artigianale.

Come trovare minerali utilizzando le moderne tecniche di prospezione

Trovare un giacimento minerario si chiama prospezione. Una volta trovato un potenziale posto, chiamato potenziale cliente, lo esplori. È necessario conoscere le dimensioni, la forma, l’orientamento e la qualità del minerale. Devi sapere dove si trovano le cose buone rispetto alla superficie.

I cercatori tradizionali camminavano per la terra. Hanno esaminato affioramenti, suolo e sedimenti. L’osservazione diretta funziona ancora. Ma i cercatori moderni utilizzano strumenti per restringere il raggio di ricerca. Cercano anomalie. Un’anomalia è una differenza tra ciò che vedi e ciò che ti aspetti di vedere.

Le immagini aeree e satellitari aiutano a scansionare rapidamente vaste aree. I cambiamenti nella struttura geologica, nel tipo di roccia, nel suolo o nella vegetazione possono suggerire la mineralizzazione sottostante. La prospezione geofisica va più in profondità. Utilizza metodi gravitazionali, magnetici, elettrici, sismici e radiometrici. Questi strumenti misurano le proprietà delle rocce come densità, suscettibilità magnetica, conduttività elettrica e decadimento radioattivo.

La prospezione geochimica cerca indizi chimici. Gli scienziati raccolgono campioni di suolo, sedimenti lacustri, acqua, depositi glaciali, rocce, vegetazione, tessuti animali, microrganismi, gas e aria. Testano gli oligoelementi. Concentrazioni insolite indicano un deposito.

Metodi di esplorazione: trincee, drift e carotaggi

Una volta identificati i potenziali clienti, inizia l’esplorazione sul campo. Il metodo dipende dal tipo e dalla profondità del deposito. Se il deposito affiora in superficie, vengono scavate trincee poco profonde con bulldozer o terne. Lo scavo fornisce dati accurati in prossimità della superficie e grandi volumi di campioni. Ma è limitato dalla profondità di taglio dell’attrezzatura.

A volte vengono guidate derive speciali. Questo è costoso e lento. Le derive vengono utilizzate principalmente per creare siti di perforazione. Da lì è possibile esplorare un grande volume per costruire un modello tridimensionale del giacimento minerario. Sono utili anche vecchi alberi e derive. Forniscono un facile accesso per campionare le riserve esistenti o esplorare estensioni.

Il metodo più comune è praticare dei fori per le sonde. Una punta con punta di diamante taglia uno stretto solco nella roccia. Dal centro si estrae un nucleo cilindrico. Questo è il campionamento principale. I buchi possono essere lunghi centinaia o migliaia di metri. Il diametro standard è di circa 50 millimetri.

I nuclei vengono collocati in apposite scatole nell’ordine in cui sono stati rimossi. I geologi registrano ogni nucleo. Descrivono i tipi di roccia, i minerali e le caratteristiche strutturali come giunti, faglie e piani di stratificazione. Valutano la resistenza della roccia. Il nucleo è spesso diviso longitudinalmente. Una metà va in un laboratorio per determinare il grado del minerale.

Delineare il giacimento minerario con mappe e modelli

I fori centrali vengono praticati secondo uno schema regolare. Le loro posizioni sono tracciate sulle mappe del piano. Per visualizzare il deposito in profondità vengono tracciati dei fori anche su piani verticali detti sezioni. Il geologo studia ogni sezione. Utilizzando i dati provenienti da mappe, registri di base e la conoscenza delle strutture geologiche, colmano gli spazi tra buchi e piani.

Questo metodo costruisce un modello di giacimento minerario. Funziona bene per depositi medio-piccoli con confini netti tra minerale e rifiuti. Questi vengono spesso estratti sottoterra. Ma per i grandi giacimenti estratti con metodi a cielo aperto, questo approccio è meno comune. È stato in gran parte sostituito da modelli a blocchi. Quelli sono dettagliati nella sezione mineraria di superficie.

L’obiettivo non è solo trovare la roccia. È comprenderne la struttura, la qualità e il volume prima che una singola pala si muova.

L’industria è passata dalle congetture alla precisione. Le anomalie non sono più solo curiosità visive. Sono punti dati. E i punti dati prendono decisioni da miliardi di dollari.

Mappatura del giacimento minerario

I depositi minerali non si trovano lì in modo casuale. Hanno forme. La maggior parte di essi sono tabulari, incastrati tra strati rocciosi paralleli come una fetta di pane in una pagnotta. Per orientarsi tra questi, i minatori si affidano a due misurazioni. Dip indica l’angolo relativo all’orizzonte. Strike ti dà la direzione della bussola.

Devi anche sapere cosa c’è sopra e cosa c’è sotto. La roccia che si trova in cima al deposito è il muro pensile. La roba sotto è il footwall. Termini semplici. Fondamentale per la sicurezza.

Il voto non è statico

Non tutto il minerale è uguale. La concentrazione del prezioso minerale è chiamata grado. Questo numero oscilla notevolmente in un singolo deposito.

Ecco la dura verità. Solo perché un minerale è presente non significa che valga la pena scavarlo. Esiste un grado limite per la miniera. Al di sotto di questa soglia, l’estrazione del materiale comporta una perdita di denaro. Una volta che la roccia è fuori dal terreno, c’è un altro ostacolo. Il grado limite di lavorazione. Questo è il punto al di sotto del quale la lavorazione della roccia non è più redditizia.

Poi c’è il grado di pareggio. Questo è il punto di svolta. I costi equivalgono ai ricavi. Qualunque cosa sopra è minerale. Tutto quello che c’è sotto è uno spreco.

Allora come si decide cos’è una riserva sfruttabile? Guardi i numeri. I costi di estrazione variano notevolmente. Dipendono dal sistema minerario, dai macchinari e dalla durata della miniera. È un calcolo complesso.

Prendiamo le miniere a cielo aperto. Iniziano dalla superficie. Economico. Facile. Ma man mano che scavi più a fondo, la fisica cambia. Alla fine, potresti dover passare all’estrazione sotterranea. Il costo per tonnellata aumenta. Per giustificare questo salto, il minerale sotterraneo necessita di un grado più elevato. In caso contrario, lo lasci.

Domina l’estrazione mineraria di superficie

Più di due terzi della produzione mineraria mondiale annua proviene dall’estrazione mineraria di superficie. È il battitore pesante.

Esistono tre tipi principali.
– Estrazione mineraria a cielo aperto
– Estrazione a cielo aperto
– Estrazione

Differiscono nella forma, nella tecnica e in ciò che estraggono dalla terra.

L’estrazione a cielo aperto crea un enorme buco. A volte si rade dalla cima di una collina. Lo strip mining è diverso. È lineare. Una dragline o una pala gigante stacca strisce di terra lunghe e strette. Estrai il minerale, passi alla striscia successiva e scarichi i rifiuti della nuova striscia nel buco appena fatto. È efficiente per depositi di carbone sottili e piatti. Ecco perché è spesso classificato separatamente.

L’estrazione si divide in due campi. Uno è per la pietra ornamentale. Colori, dimensioni, forme specifici. Lavoro costoso. L’altro è per sabbia, ghiaia e pietrisco. Utilizzato per strade, cemento, calcestruzzo. Le tecniche qui rispecchiano l’estrazione mineraria a cielo aperto. Quindi ci concentriamo sul lato ornamentale. Roba di fascia alta.

La geometria della fossa

Le miniere a cielo aperto sono costruite in strati chiamati panchine.

Quanto sono spessi? Di solito da 12 a 15 metri. Circa 40-50 piedi. Dipende dalla roccia e dall’attrezzatura. I minatori lavorano su più banchi contemporaneamente. Si spostano utilizzando le rampe. Queste rampe sono larghe. Larghezza da 20 a 40 metri. Estendi una rampa verso il basso per iniziare un nuovo livello. Taglia in profondità, poi allarghi. Questo forma il nuovo fondo della fossa.

I muri contano. Molto.

La pendenza è determinata dalla resistenza della roccia. La stabilità non è negoziabile. Soprattutto quando la fossa diventa più profonda.

Ecco la tensione. Aumentare la pendenza di pochi gradi può far risparmiare milioni sui costi di smantellamento. Può aumentare il recupero del minerale. Ma invita anche al collasso. I cedimenti dei pendii possono coinvolgere milioni di tonnellate di materiale. È un rischio. Le miniere eseguono programmi di stabilità costanti. Analizzano i dati strutturali, le falde acquifere e i modelli di brillamento. Una fossa grande potrebbe utilizzare cinque o più angoli di pendenza diversi.

Mentre scavi più in profondità, rimuovi più roccia di scarto. Alla fine, i conti si interrompono. Il valore del minerale esposto non copre più il costo della sua estrazione. L’estrazione mineraria si ferma.

Questo equilibrio è il rapporto di stripping. Roccia di scarto divisa per minerale rimosso. Il rapporto di pareggio dipende dal valore e dai costi del minerale. Quando lo colpisci, hai finito.

Come calcolare le riserve di minerale per le miniere a cielo aperto

La stima delle riserve non è solo una supposizione. Si inizia con la perforazione dei fori delle sonde. Traccia quelle posizioni su una mappa. Tagliare sezioni verticali attraverso di loro. Ottieni l’estensione verticale del giacimento minerario. Le posizioni delle panchine seguono da lì.

Ma tu estrai a strati orizzontali. Quindi calcoli le riserve anche in sezioni orizzontali. Ogni fetta corrisponde all’altezza della panca. Taglia queste fette in blocchi lungo le linee di coordinate. Lunghezza e larghezza del blocco? Di solito da una a tre volte l’altezza della panca.

Determina il grado per ogni singolo blocco. Impilarli. Hai un modello a blocchi. Deve essere più grande dell’effettiva riserva di minerale. Perché? Perché devi scavare la fossa per esporlo.

Ora butta i soldi nel mix. I costi variano. I ricavi attesi variano. Il voto conta. La posizione è importante. Ciò crea un modello economico a blocchi. Alcuni blocchi finiscono all’interno della fossa. Altri restano fuori. Come decidi quali andare?

La tecnica del cono flottante è lo standard. Immagina prima due dimensioni. Per rimuovere un blocco minerale, devi rimuovere tutto ciò che si trova sopra di esso. Disegna un triangolo invertito. I lati corrispondono all’angolo di inclinazione. La base si trova sulla superficie. Apex colpisce il blocco di minerale. In 3D? È un cono.

Confronta il valore del minerale all’apice con il costo della rimozione dell’intero cono. Valore netto positivo? Il mio. Esegui questo controllo per ogni blocco nel modello. Il risultato è il contorno finale della fossa.

Operazioni di perforazione e brillamento in miniere a cielo aperto

Le grandi miniere spostano quasi un milione di tonnellate di materiale al giorno. Quelli piccoli? Un paio di migliaia. Il processo si riduce a quattro fasi: perforazione, brillamento, carico, trasporto.

Le grandi miniere utilizzano trivelle rotanti. I fori vanno da 150 a 450 mm di diametro. La punta ha tre coni con denti in acciaio o carburo di tungsteno. Ruota sotto carico pesante. Rompe la roccia per compressione e taglio. I compressori d’aria fanno esplodere i detriti attraverso il centro della batteria di perforazione.

Le fosse più piccole utilizzano macchine a percussione pneumatiche o idrauliche. Montato su camion o cingolato. I fori sono più piccoli, da 75 a 120 mm.

Il modello conta. È necessaria una frammentazione specifica per il successivo caricamento e frantumazione. Due termini definiscono il modello: carico e spaziatura. Il carico è la distanza più breve dal foro alla superficie della panca. La spaziatura è lo spazio tra i fori. Il carico è tipicamente da 25 a 35 volte il diametro del foro. La spaziatura di solito equivale al peso.

La maggior parte degli esplosivi sono ANFO. Liquame di nitrato di ammonio miscelato con olio combustibile. Pompato da autocisterne. Un singolo foro di 400 mm, profondo 7,5 metri, può generare circa un miliardo di cavalli. È molta energia. L’obiettivo è la frammentazione utile. Non solo rumore. I blaster sparano fori in una sequenza controllata per gestire la forza.

Caricamento e trasporto di materiali pesanti

L’obiettivo della sabbiatura è semplice. Rompi la roccia. Mettilo in una pila. Semplifica il caricamento.

Pale elettriche o diesel-elettriche effettuano il sollevamento in grandi fosse. Anche quelli idraulici. La dimensione è definita dal mestolo o dal secchio. Le capacità comuni vanno da 15 a 50 metri cubi. Un morso può sollevare da 30 a 100 tonnellate.

I camion devono corrispondere alla pala. Regola pratica? Riempi il camion con quattro o sei oscillazioni della pala. Una pala da 15 metri cubi si accoppia con un camion da 120 a 180 tonnellate. I camion più grandi trasportano oltre 350 tonnellate. Hanno motori che producono più di 3.500 cavalli. I diametri dei pneumatici superano i 3 metri.

Anche le pale gommate svolgono un ruolo. La loro elevata mobilità aiuta.

Trasporto di minerali da pozzi profondi

Le fosse stanno diventando più profonde. Le più profonde superano gli 800 metri. Viaggiare così lontano con i camion è costoso. Emergono alternative.

I trasportatori a nastro sono comuni. Ma richiedono la frantumazione in fossa. Il materiale residuo deve essere scomposto prima del trasporto. Gli angoli ripidi sono un problema. La maggior parte delle cinture raggiungono il massimo a 18 gradi. Trasportare direttamente sulle pareti della fossa? Gli ingegneri stanno ancora sviluppando tecniche per questo.

Cosa succede dopo che il minerale esce dal terreno

Il camion parte. La roccia di scarto si dirige verso una discarica. La roba buona, il minerale, va a un impianto di lavorazione. A volte salta del tutto l’impianto se la qualità è sufficientemente alta da poter essere spedita direttamente. Ma è raro. La maggior parte delle operazioni smista il sotto-minerale in pile separate. Potrebbero dissotterrarlo più tardi. Potrebbero trattarlo con sostanze chimiche proprio lì nella discarica. Si tratta di lisciviazione dell’heap. Estrae i metalli senza spostare la roccia in un mulino.

Perché estraiamo pietra che non è metallo

Non costruiamo grattacieli in granito. Di solito non. Ma lo vogliamo. Sembra buono. Dura. È facile da pulire. Granito, pietra calcarea, arenaria, marmo, ardesia, gneiss, serpentino. Questi sono i pezzi forti. Se viene utilizzato per strutture, pareti, pavimenti o semplicemente per decorazioni, è pietra da costruzione. Se viene tagliato a dimensioni specifiche per costruzioni o monumenti, diventa pietra dimensionale.

La pietra di buona dimensione deve essere coerente. Stesso colore. Stessa consistenza. Nessuna crepa. Deve prendere una lucidata. Deve sopravvivere alla pioggia. Questa sezione non riguarda l’estrazione dello sporco. Si tratta di tagliare la roccia.

Come si forma la fossa

Le cave non sono sempre buchi nel terreno. A volte sono colline. Il primo passo è spogliarsi. Gli alberi vanno. Il sottobosco va. Poi il terriccio. Viene accumulato per un successivo recupero. Non puoi semplicemente buttarlo via.

La roccia esce in panchine. Fette. Solitamente da 4,5 a 6 metri di spessore. Ma la natura non segue regole. Se c’è una cucitura naturale, la cava la segue.

I blocchi che tirano fuori sono enormi. A volte chiamati pagnotte. Sei metri di altezza. Sei metri di profondità. Fino a 18 metri di lunghezza. Sono da 1.200 a 2.000 tonnellate. Non lo sposti con un carrello elevatore. Tradizionalmente, il lavoro veniva svolto dalle torri fisse. La portata della torre ha deciso la forma della cava. Ora, i caricatori frontali mobili stanno prendendo il sopravvento. Sollevano blocchi di macinazione da 30 tonnellate. Cambia il layout perché cambiano i macchinari.

Qui i rifiuti sono il nemico. Solo il 15-20% della pietra che scavi è utilizzabile. Il resto sono macerie. Pianificare dove va a finire il mucchio di rifiuti è una parte importante del lavoro.

Tagliare la pietra senza romperla

Come separi un isolato dalla montagna?

Per anni, la sega a filo è stata la regina. È un filo di acciaio, elicoidale, dello spessore di circa 6 mm. Trasporta un impasto di acqua e abrasivo: sabbia, ossido di alluminio, carburo di silicio. Il filo non taglia la pietra. L’abrasivo sì. Il filo lo trasmette e basta.

Il filo si consuma. Il taglio si restringe. Se il filo si rompe, sei bloccato. Ricominciare da capo è un incubo. Quindi il filo deve essere abbastanza lungo per completare il lavoro. Nel granito si utilizzano circa 27 metri di filo per ogni metro quadrato di taglio. Per un singolo taglio di 6×9 metri occorrono 1.450 metri. Un’intera configurazione potrebbe utilizzare da 3 a 5 chilometri di cavo. Azionato da motori elettrici o diesel. Guidato da pulegge. Un filo può eseguire più tagli se si inclinano le ruote a destra.

Il vantaggio? Un taglio liscio. Nessun danno alla roccia circostante. Meno lavoro dopo. Ma è lento. E viene sostituito.

Brucia e perfora la roccia

Per le rocce dure come il granito, il calore funziona. I Bruciatori a getto utilizzano olio combustibile e ossigeno o aria. Brucia come un motore a razzo in miniatura. Alta temperatura. Alta velocità. Taglia un canale largo da 75 a 150 mm e profondo fino a 6 metri. Palmare o automatizzato. Si scioglie.

Oppure puoi perforare. I trapani a percussione pneumatici o idraulici realizzano fori lunghi e paralleli. La perforazione in linea utilizza fori pilota ravvicinati. Poi una parte più grande spunta dal centro. Nella roccia più morbida, basta scheggiare la rete tra i buchi.

Il metodo che usi dipende dalla roccia. Il granito duro potrebbe bruciarsi. La pietra tenera viene forata. L’obiettivo è sempre lo stesso. Togli il blocco. Non romperlo. Non sprecarlo.

Spaccare la roccia senza braccio

Gli esplosivi non sono l’unico modo per rompere la pietra. A volte vuoi una divisione netta, non un cratere.

Se i fori vengono praticati a una distanza compresa tra 125 e 250 mm l’uno dall’altro, è possibile fratturare la roccia tra di loro. È una questione di precisione. Un metodo utilizza esplosivi speciali. Non fanno esplodere la roccia. Premono il gas ad alta pressione contro le pareti del foro. La pressione aumenta. Poi crack. Si forma una fessura proprio lungo la linea di fuoco. Caos controllato.

I lavoratori della vecchia scuola usano piume e zeppe. È meccanico. Brutale. Efficace.

Le piume sono due pezzi d’acciaio semicircolari. Li infili in ogni buco lungo il lato del blocco. Quindi fai scorrere un cuneo tra ciascuna coppia. Colpisci i cunei con una mazza. La forza si trasferisce alle piume. La roccia non vuole muoversi. La pressione non può andare oltre la pietra. Emerge una linea di crepa.

Questa tecnica imposta il fondo di un blocco. Taglia anche pezzi grandi in pezzi più piccoli. Per l’ultimo passaggio, hai solo bisogno di fori poco profondi. Pochi centimetri di profondità. Diametro piccolo.

Ci sono anche altri trucchi. Speciali malte cementizie che si espandono durante la maturazione. Pressurizzazione idraulica. Tutti fanno la stessa cosa: spingi finché la pietra non cede.

Il vantaggio della sega a filo diamantato

La tecnologia più recente è più silenziosa. Più pulito. Più preciso.

Entra nella sega a filo diamantato. Sembra un cavo spesso. Il nucleo è in acciaio da 6 mm. Avvolto in perline impregnate di diamanti. I distanziatori in plastica si trovano tra le perline. Quei distanziatori contano. Impediscono alla roccia di ridurre in polvere il cavo d’acciaio. Mantengono i diamanti in posizione.

Qui l’acqua fa il lavoro pesante. L’acqua pulita lava il taglio. Raffredda il filo. Impedisce ai diamanti di surriscaldarsi e opacizzarsi.

Per iniziare un taglio, sono necessari due fori. Uno forato verticalmente dall’angolo superiore. Uno forato orizzontalmente dal basso. Si intersecano. Fai passare il filo. Un meccanismo di guida lo tira. La tensione è fondamentale.

Il taglio è stretto. Molto stretto. Ciò significa meno sprechi. Meno pietra trasformata in polvere. La pietra non si rompe né si fessura a causa delle vibrazioni. Una volta che il cavo è avvolto e in movimento, non è nemmeno necessario che l’operatore sia lì. Funziona e basta.

Motoseghe per pietra

Sì, le motoseghe possono tagliare la roccia. Non legno. Roccia.

Questi non sono i tuoi strumenti da giardino. Sono enormi. Sembrano seghe per legno ma sono dotate di frese in carburo di tungsteno o con punta diamantata. Maneggiano pietre morbide. Marmi. Calcari. Travertini. Scisti come ardesia. Alcune arenarie.

La catena ha maglie rimovibili. Tengono gli strumenti. La catena scorre in un canale. Le pareti e il fondo di quel canale sono sostituibili. Si consumano. Li scambi. La macchina si muove da sola. Un meccanismo a pignone e cremagliera lo guida lungo binari modulari.

Sono macchinari pesanti. È rumoroso. Ma funziona su materiali che rovinerebbero una lama standard.

Canalizzazione del getto d’acqua

Se vuoi il silenzio, usa l’acqua.

Getti d’acqua ad alta pressione tagliano canali nella pietra. L’acqua pura può farlo. Oppure acqua mista a una sostanza abrasiva. L’acqua viene spruzzata attraverso un minuscolo ugello. La velocità è estrema.

Crea nuove crepe. Penetra in quelli esistenti. Sottili strati di roccia si staccano. Strato dopo strato.

Il risultato? Canali stretti e diritti. Quasi nessun rumore. Nessun danno alla superficie della parete circostante. È gentile nonostante la forza.

Estrazione sotterranea

Perché l’estrazione in profondità costa di più per tonnellata

L’estrazione mineraria di superficie si scontra con un muro. Non fisico, ma matematico. Quando il minerale si trova in profondità nel sottosuolo, la roccia di scarto che devi trasportare per raggiungerlo diventa troppo pesante da sollevare. Passi alle tecniche sotterranee. È costoso. Ogni tonnellata estratta nel sottosuolo costa più della sua controparte in superficie. Perché? L’attrezzatura è più piccola. Le condizioni del terreno e la geometria del minerale schiacciano le macchine. L’accesso è stretto. Serbatoi di produttività. Potresti ottenere da cinque a cinquanta volte meno produzione per lavoratore per turno rispetto agli impianti a cielo aperto.

C’è un compromesso. I minatori sotterranei estraggono solo minerale. I pozzi a cielo aperto eliminano tonnellate di rifiuti per ogni tonnellata di roccia preziosa. Quella selettività ha valore.

Scegliere il giusto metodo di estrazione sotterranea

Una volta che ti impegni ad andare sottoterra, il metodo dipende dalla roccia. Le dimensioni contano. La forma conta. L’orientamento conta. Il voto conta. Se il minerale è di alta qualità o ha un prezzo elevato, puoi permetterti metodi costosi. Vuoi mantenere separati minerali e rifiuti. L’estrazione altamente selettiva fa questo. Ma se riesci a ordinarli in seguito, magari con i magneti per la magnetite, puoi utilizzare l’estrazione in massa. È più economico. Meno selettivo. Più veloce.

L’immersione del giacimento minerario cambia tutto. Un calo superiore a 50 gradi ti consente di sfruttare la gravità. Il minerale cade. Facile. Un calo sotto i 25 gradi richiede attrezzature gommate per trasportare il minerale. Gli angoli ripidi sono complicati. Per la via di mezzo sono necessari progetti speciali.

Le aperture che ritagli sono chiamate stopes o stanze. L’arresto avviene in due passaggi. Il primo è lo sviluppo. Prepari i blocchi di minerale. È costoso. Il secondo passo è la produzione. Tu estrai il minerale. È più economico Cerchi di massimizzare la produzione per ogni parte dello sviluppo. Per i giacimenti minerari ripidi, i livelli di produzione sono molto distanti. Aperture più grandi significano attrezzature più grandi. Meno macchine. Meno lavoro.

La forza della roccia limita le tue aperture. La roccia è più forte del cemento dell’autostrada. Ma ha dei difetti. Crepe. Difetti. Se questi difetti sono vicini tra loro o riempiti di materiale frantumato, è necessario mantenere le aperture piccole.

La profondità porta pressione. Man mano che si scende in profondità, il peso della roccia sovrastante aumenta. Anche la pressione laterale aumenta. Può essere un terzo della pressione verticale o tre volte superiore. Nelle miniere più profonde, a oltre 4 chilometri di profondità, la pressione è intensa. La roccia esplode. Queste sono esplosioni di rocce. Smettono di estrarre. Di questo si occupa l’ingegneria della meccanica delle rocce. Studia come l’ammasso roccioso interagisce con le aperture delle miniere.

Costruire l’infrastruttura della miniera

Non puoi estrarre senza sviluppo. Gli investimenti di capitale vengono prima. I pozzi a cielo aperto costruiscono strade e rimuovono i rifiuti. Le miniere sotterranee sono più complesse.

Accesso verticale e pozzi

L’ingresso principale è un pozzo. Un foro verticale scavato dalla superficie. Scende al di sotto del livello di mining pianificato più profondo. Le derive orizzontali si diramano a intervalli regolari. Questi sono chiamati livelli. Gli ascensori, o gabbie, spostano i lavoratori e le macchine verso il basso. Il minerale arriva a salti. Trasporti speciali.

Gli alberi hanno scomparti. Contengono le linee dell’aria compressa. Cavi di energia elettrica. Tubi dell’acqua. Ventilano anche la miniera. L’aria fresca entra attraverso un pozzo. L’aria viziata esce da un altro. O viceversa.

Le rampe offrono un’altra via di discesa. Tunnel guidati verso il basso dalla superficie. Rampe interne collegano i livelli. In montagna è possibile percorrere i tunnel orizzontali lateralmente. Queste sono pubblicità. Comune nell’estrazione dei metalli.

Perché la gravità svolge il lavoro pesante nel trasporto dei minerali

Il minerale estratto non resta lì. Viene scaricato nei passaggi minerari : pozzi verticali o quasi verticali che lasciano che la gravità faccia il lavoro. La roccia cade dritta fino al livello più basso della miniera. Da lì viene frantumato, infilato in un contenitore e caricato nei cassonetti. Questi cassonetti salgono fino al telaio della testata di superficie, scaricano il carico e ricadono giù. Ripetere.

Alcune miniere utilizzano invece nastri trasportatori o camion. Roccia di scarto? Spesso lasciato sotto terra per risparmiare spazio. Quando ha bisogno di muoversi, utilizza aperture verticali simili.

I meccanismi di rilancio e winze

Creare queste connessioni verticali non significa semplicemente scavare. Si chiama rilancio. I lavoratori partono dal basso e procedono verso l’alto. Le alesatrici sollevatrici praticano fori larghi da 2 a 5 metri, che si estendono per centinaia di metri. Queste aperture hanno molteplici scopi: passaggi di minerali, scivoli di rifiuti o pozzi di ventilazione.

Scendere da un livello superiore? Questo è un winze. Pensatelo come un pozzo interno.

Derive: la spina dorsale orizzontale

Tutti i tunnel orizzontali sono derive. Semplice proprio così. Le loro dimensioni e forma dipendono dal lavoro. Trasporto? Ventilazione? Esplorazione? Ognuno ha bisogno di un’impronta specifica.

• Deviazione del fondo : corre parallelo al giacimento minerario, appoggiandosi nella roccia sottostante.
• Taglio trasversale : guida dal fondo del terreno attraverso il giacimento minerario.
• Ramp : Deriva inclinata, ancora classificata con questo termine generico.

Come estendere una deriva, un giro alla volta

Costruire una deriva è un ciclo di cinque passaggi. Fallo per ogni “giro” di roccia che vuoi rimuovere.

1. Perforazione
2. Sabbiatura
3. Carico e trasporto
4. Ridimensionamento
5. Rinforzo

I metodi di perforazione variano. Il tipo di roccia, le dimensioni dell’apertura e il livello di meccanizzazione determinano l’approccio. La maggior parte delle miniere si affida a trasportatori diesel e gommati che trasportano più trivelle. Questi sono trapano jumbo. I trapani stessi funzionano con aria compressa o fluido idraulico.

La perforazione a percussione è brutale. Un pistone martella avanti e indietro. Nel colpo in avanti colpisce una barra d’acciaio. Una fresa speciale, o punta, attaccata alla parte anteriore, viene conficcata nella roccia. Il pistone si ritrae, la punta ruota e il ciclo si ripete. Alta energia, alta frequenza: da 2.000 a 3.000 colpi al minuto. L’hard rock non ha alcuna possibilità.

L’arte dello schema esplosivo

La parete rocciosa viene perforata con fori paralleli. I diametri vanno da 38 a 64 mm. Ma ecco il trucco: uno o più fori più grandi vengono lasciati vuoti. Agiscono come una superficie libera. Danno alla roccia un posto dove in rompersi. Sala di espansione.

Dalla dinamite all’ANFO

Gli esplosivi entrano in quei buchi. Bastoncini, cartucce o liquame pompato. La chimica genera un’enorme pressione del gas. Questa pressione crea nuove fratture e allarga quelle esistenti. La roccia si rompe. Si muove.

La dinamite era lo standard. Non più. ANFO domina ora. È una miscela di nitrato di ammonio e olio combustibile. Da soli, nessuno dei due è esplosivo. Mescolateli (94,5% AN, 5,5% FO) e accendeteli. La reazione è violenta. Efficiente. Economico.

Tempistica dell’esplosione e spostamento della roccia

Le conseguenze di un’esplosione sono complicate. Ottieni anidride carbonica, vapore acqueo e azoto. Questi sono componenti dell’aria standard. Ma se sbagli il rapporto dell’olio combustibile, otterrai un veleno. Troppo olio crea monossido di carbonio. Troppo poco crea ossidi di azoto. Entrambi uccidono. Ecco perché i sistemi di ventilazione aspirano questi gas. Le esplosioni di solito avvengono tra un turno e l’altro o dopo l’uscita dell’ultimo minatore. Le miniere vuote sono miniere più sicure.

L’ordine conta. Non devi semplicemente illuminare ogni buco in una volta. Si comincia vicino allo spazio vuoto, al “volto libero”. Poi lavori verso l’esterno. Questo crea spazio in cui la roccia rotta può spostarsi. È una coreografia di distruzione. Il tempismo è tutto.

I sistemi elettrici della vecchia scuola utilizzavano un elemento resistivo nel cappuccio. La corrente lo riscalda. Accende la testa del fusibile. Questo brucia un composto chimico a una velocità prestabilita. Questo ritardo attiva il primer, solitamente azoturo di piombo o PETN. L’innesco esplode, accendendo la carica principale dell’ANFO. Il divario tra i ritardi? Di solito 25 millisecondi.

I cappucci più recenti utilizzano microcircuiti. Ritardi elettrici. Sono più stretti. Meno variazioni. Altre opzioni per le sequenze di temporizzazione. La precisione costa denaro, ma fa risparmiare tempo e denaro.

Una volta che la roccia è rotta, devi spostarla. Le unità LHD (Load, Haul, Dump) sono i cavalli di battaglia. Si va da minuscole macchine che trasportano meno di una tonnellata ad animali che trasportano 25 tonnellate. Nelle vene strette, potresti vedere caricatori superati. Spingono un secchio nella pila, lo sollevano e lo ruotano all’indietro per scaricare il carico. Spesso alimentato da aria compressa.

Altri caricatori utilizzano bracci di raccolta. Spazzano i detriti in un alimentatore, quindi su un nastro trasportatore nei camion. Alcuni di questi sono telecomandati. Nessun autista nel taxi. Solo un ragazzo che guarda un monitor televisivo a chilometri di distanza.

Ripulire e mantenere il soffitto

Prima di esplodere di nuovo, pulisci. Questo si chiama ridimensionamento. La roccia sciolta sul tetto o sui muri è una trappola mortale. Nei piccoli tunnel, i minatori utilizzano lunghe barre di acciaio o alluminio per abbatterlo manualmente. Nelle grandi miniere meccanizzate, le macchine dotate di martelli a percussione o artigli scrostati svolgono il lavoro da una distanza di sicurezza.

La sicurezza non significa solo rimuovere le rocce sciolte. Si tratta di evitare che il resto cada. Idealmente, la roccia si sostiene da sola. Si praticano dei fori e si inseriscono i chiodi da roccia. Si inserisce un bullone d’acciaio con un ancoraggio ad espansione. Lo si gira. L’ancoraggio si espande contro la parete del foro. Una piastra frontale si comprime contro la superficie della roccia. Blocca insieme i blocchi.

Questo crea un arco. Una struttura autoportante all’interno dell’ammasso roccioso. Se la roccia è frammentata, aggiungi una rete d’acciaio, come una recinzione a catena, tra i bulloni. Alcune miniere inseriscono nei fori tondo per cemento armato o cavi d’acciaio. Altri spruzzano calcestruzzo spruzzato, ovvero calcestruzzo applicato a strati, sulle superfici. È disordinato, rumoroso ed efficace.

Mantenere l’aria fresca e in movimento

La ventilazione non è negoziabile. I minatori hanno bisogno di respirare. Ma è molto più di questo. I motori diesel hanno bisogno di ossigeno per bruciare carburante. Producono anche gas di scarico che devono essere diluiti. Gli esplosivi creano gas che devono essere eliminati.

I ventilatori spingono dentro l’aria fresca. Estraggono l’aria contaminata. Nei climi freddi, l’aria in ingresso è congelata. I riscaldatori lo riscaldano. Nelle miniere profonde, la roccia è calda. L’aria torna afosa. I sistemi di refrigerazione lo raffreddano. Questo brucia enormi quantità di energia.

Gli elevati costi energetici determinano i cambiamenti. Le mine stanno sigillando le sezioni inutilizzate per ridurre il volume d’aria da spostare. Stanno passando dalle macchine diesel a quelle elettriche. Le apparecchiature elettriche producono meno calore e nessuno scarico. Semplifica il puzzle della ventilazione.

Perché è importante? Perché gli ambienti sotterranei sono ostili. L’aria è vita. La roccia è pericolo. La tecnologia colma il divario tra restare in vita e portare a termine il lavoro.

Il ridimensionamento è un passo estremamente importante per rendere sicuro il luogo di lavoro.

Non è solo una procedura. È un rituale. Fai esplodere. Carichi. Tu ridimensioni. Tu rinforzi. Ti sfoghi. Ripetere. Il ciclo è implacabile.

Come le miniere sotterranee tengono accese le luci

Una buona illuminazione non è solo una cosa piacevole da avere. È la differenza tra vedere un pericolo e entrarci dentro.

Ogni minatore laggiù ha una lampada fissata al casco. La batteria pende pesantemente dalla cintura. In alcune operazioni più vecchie o più piccole, quel singolo raggio è tutto ciò che hai. Lavori alla luce della tua lampada frontale. Negli allestimenti moderni, tuttavia, i macchinari pesanti svolgono il lavoro pesante e l’illuminazione pesante. Questi impianti sono dotati di luci ad alta potenza che inondano lo spazio di lavoro, respingendo l’oscurità in modo che gli esseri umani possano effettivamente vedere cosa stanno facendo.

Poi c’è l’infrastruttura fissa. Percorsi di viaggio, stazioni di pozzo, punti di scarico: tutti hanno strutture permanenti. Non puoi navigare in una miniera nel buio più totale.

Gestione della falda freatica

L’acqua è la variabile che non puoi ignorare.

Alcune miniere hanno a che fare con piccole infiltrazioni. Riciclano l’acqua utilizzata per la perforazione, la mantengono pulita e la riutilizzano. Semplice. Altre miniere rischiano un diluvio. L’acqua scorre dalla roccia circostante, minacciando di inghiottire l’intera operazione. In questi casi estremi, gli ingegneri costruiscono speciali porte d’acqua e camere sotterranee rinforzate. Sono progettati per trattenere improvvisi e massicci afflussi prima che la miniera si allaghi.

Dove va l’acqua? Scorre o viene pompato in un punto centrale chiamato pozzetto. Da lì, i tubi lo percorrono lungo il pozzo fino alla superficie. Una volta fuori terra, viene trattato e smaltito adeguatamente. Non scarichi semplicemente l’acqua grezza della miniera nel torrente locale.

Perché i depositi piatti sono importanti

La maggior parte dei depositi di minerali che estraiamo oggi hanno avuto origine nell’acqua. Un antico fondale oceanico. Una palude preistorica. Nel corso di milioni di anni, la pressione ha compattato quei sedimenti. Potrebbero essersi spostati o distorti leggermente, ma hanno mantenuto il loro livello orizzontale di base.

Questa struttura cambia il modo in cui scavi.

Se la giunzione è piatta, hai due opzioni principali: estrazione a parete lunga o estrazione a stanza e pilastro. Quale scegli dipende da alcuni fattori. Quanto è spessa la cucitura? La roccia sopra di esso è abbastanza forte da resistere? Puoi permetterti di lasciare che la superficie affondi?

È un calcolo del rischio rispetto alla ricompensa.

Il metodo stanza-pilastro

Questa tecnica è esattamente ciò che sembra. Estrai stanze di minerale. Lasci dietro di te pilastri di materiale non estratto.

Perché l’estrazione mineraria tramite stanze e pilastri è lo standard

Room-and-pillar non è solo un metodo. È l’impostazione predefinita. Pensatelo come il gelato alla vaniglia di estrazione sotterranea. Percorri tunnel paralleli, chiamati drift. Quindi li colleghi. Intervalli regolari. Se la spaziatura corrisponde in entrambe le direzioni, ottieni una griglia. Una scacchiera di stanze minate e pilastri in piedi.

Quei pilastri non sono decorazioni. Reggono il tetto. Senza di loro la miniera crolla. Fisica semplice. In alcune operazioni, una volta raggiunto il bordo del deposito, i minatori tornano indietro e raccolgono quei pilastri. È rischioso. Significa collasso controllato. Ma recupera più minerale.

Come funziona l’estrazione mineraria a pareti lunghe per i minerali teneri

L’estrazione mineraria a Longwall è diversa. È industriale. Meccanico. Preciso.

Il giacimento minerario viene tagliato in pannelli rettangolari. Due derive parallele corrono lungo i bordi lunghi. Gestiscono la ventilazione e il trasporto. Un taglio trasversale li collega alla fine. Quel taglio trasversale è il cavallo di battaglia. Si chiama faccia a parete lunga.

Ecco il trucco. I supporti idraulici mobili scorrono in avanti. Creano una tettoia sicura. Sotto quel tetto, una macchina da taglio fa la spola avanti e indietro. Taglia il minerale. Un trasportatore corazzato trasporta il carico. I supporti avanzano. Il tetto dietro di loro crolla. Intenzionalmente. Questo è per cose morbide. Trona. Sale. Potassa. Carbone. Scisto contenente minerali. Cose che una macchina può effettivamente tagliare.

L’hard rock cambia le regole del gioco. Barriere coralline d’oro in Sud Africa? Platino? Non puoi semplicemente affettarlo. Perfori e fai esplodere. Il minerale viene raschiato fino a un punto di raccolta. Il supporto viene da puntelli idraulici, pacchi di legno o riempiendo il vuoto con roccia e sabbia. Stesso schema. Strumenti diversi.

Perché i depositi ripidi richiedono un approccio diverso

Non tutte le vene sono piatte. Molti sono verticali. O quasi verticale. La geologia è disordinata. Si verificano distorsioni. Gli angoli di posizionamento variano. I confini netti tra il minerale e la roccia di scarto rendono tutto ciò gestibile. Se il calo è ripido, superiore a 55 gradi, e la roccia è forte, cambi tattica.

Arresto del foro di esplosione per giacimenti minerari verticali

È qui che entra in gioco l’arresto dei fori di esplosione. È per depositi spessi e ripidi con confini regolari.

Inizia dal basso. Guida una deriva lungo il minerale. Ingrandiscilo in una depressione. Alla fine di questo avvallamento, guida un rilancio fino al livello superiore. Fai esplodere il rilancio in uno slot verticale. Si estende per la larghezza del giacimento minerario.

Dal livello di perforazione superiore, praticare lunghi fori paralleli. Circa 4-6 pollici di diametro. L’esplosione inizia dallo slot. I minatori si ritirano lungo la deriva. Fanno saltare le fette successive. Si apre una grande stanza.

Come si fa a estrarre il minerale da quella depressione? Diverse tecniche. Grizzly. Trasportatori. Pale. Il metodo dipende dal layout. L’obiettivo rimane lo stesso. Estrarre il minerale. Lascia i rifiuti. Evita che il tetto ti schiacci.

Variazioni di arresto del ritiro sottolivello e verticale

Il classico arresto delle buche non è l’unico modo per scavare. Puoi modificare la geometria per adattarla alla roccia. Effettuare l’arresto del sottolivello. Invece di un’enorme fessura verticale, si praticano fori di esplosione più brevi da sottolivelli impilati a intervalli verticali più stretti. È una salita graduale, che procede dall’alto in sezioni gestibili.

L’estrazione mineraria in ritirata verticale ribalta completamente la sceneggiatura. Lo stope non sembra una fetta di torta verticale. È un trogolo. Consideralo come uno slot orizzontale. Carichi solo il fondo dei fori di esplosione con esplosivi. Bang. Una sottile fetta orizzontale di minerale cade nella depressione. Ti alzi. Carica la successiva breve sezione della buca. Ripetere. Continui a sparare fette verso l’alto finché non raggiungi il soffitto. È metodico. Strato dopo strato.

Come funziona l’arresto della contrazione nelle vene strette

Poi c’è un arresto del restringimento. Questo metodo sceglie le sue battaglie. Funziona solo su giacimenti minerari relativamente stretti e in forte immersione. Anche i confini devono essere regolari. Nessun bordo frastagliato e imprevedibile.

La roccia stessa deve suonare bene. Sia il muro pensile che il muro devono essere resistenti. Anche il minerale deve reggere. Non può degradarsi solo perché è fermo mentre lo estrai. L’arresto del ritiro si basa sul minerale stesso per supportare lo spazio aperto mentre lavori. Se la roccia è debole o se il minerale si sbriciola durante lo stoccaggio, questo metodo fallisce.

Come funziona in pratica l’arresto del ritiro

È una danza verticale. I minatori si arrampicano tra le macerie, perforando il solido soffitto della fermata. Riempiono quei buchi di esplosivi. Quindi estraggono dal fondo il 30-40% del minerale rotto.

Perché non prenderlo tutto?

Perché hanno bisogno di spazio. Il minerale rimanente funge da pavimento e supporto temporaneo. Fanno esplodere la fetta sopra, lasciandola precipitare per riempire il vuoto che hanno appena creato. I minatori tornano nel caos, calpestando i nuovi detriti per ripetere il processo.

Funziona. Ma è lento. Ed è difficile da automatizzare.

Il ritardo tra l’inizio dello scavo e l’estrazione definitiva di tutta la roccia può allungarsi in modo significativo. È un metodo che si basa sul tempismo umano e sulla presenza fisica, non solo su macchinari pesanti.

Perché l’estrazione mineraria cut-and-fill si adatta meglio

Se l’arresto del ritiro è rigido, il taglio e il riempimento sono flessibili. Gestisce strane forme del corpo del minerale e terreno instabile dove altri metodi falliscono. Oltre all’estrazione tramite stanze e pilastri, è la tecnica sotterranea più adattabile disponibile.

La logica è semplice. Estrai una fetta orizzontale di minerale. Quindi riempi lo spazio vuoto.

Di solito, il materiale di riempimento proviene da roccia di scarto o sterili generati dall’impianto di lavorazione. Trasforma i rifiuti in uno strumento. Una volta riempito il vuoto, estrai la fetta successiva. O giù.

Il riempimento diventa la piattaforma per il taglio successivo.

Esistono due modi principali per farlo.

Le operazioni di sterro e riempimento manuale iniziano dal basso e procedono verso l’alto. È l’approccio standard. La gravità aiuta. Il riempimento si trova sotto di te, sostenendo il tuo peso mentre scavi lo strato sopra.

Il sterro e riporto subdolo inverte il flusso. Inizi dall’alto e scavi verso il basso. Questo è più complicato. Quando rimuovi il minerale sopra, ti rimane un soffitto d’aria. Non puoi semplicemente gettare roccia di scarto lì dentro. Non reggerà.

Devi mescolare il cemento nel riempimento. Crea un tetto solido, simile al cemento. Solo allora i lavoratori potranno entrare in sicurezza nello spazio sottostante per continuare il ciclo. Costa di più in termini di materiali. Ma ti consente di estrarre depositi che altrimenti sarebbero troppo pericolosi o instabili da toccare.

Caricamento con rampe o ibridi minerari

Guarda di nuovo quel diagramma. La rampa immette direttamente nella fermata. Questo è il punto di accesso. Man mano che i minatori salgono più in alto, costruiscono rialzi all’interno del riempimento stesso. Questi non sono solo decorativi. Fungono da passaggi per il movimento dell’equipaggio o da passaggi di minerali per il flusso di roccia alimentato per gravità. Naturalmente potresti saltare del tutto i rilanci interni. Carica la roccia esplosa su un LHD, un veicolo Load Haul Dump, e guidalo fino a un passaggio di minerale nel muro. È una scelta tra infrastruttura verticale e trasporto orizzontale.

Condizioni del terreno permettendo, c’è un’altra opzione. Estrazione di ruscelli.

È una bestia ibrida. In parte sterro e riempimento, in parte arresto sottolivello. I cumuli vengono spinti attraverso il giacimento minerario, ma non sono ravvicinati. Sono separati da una fetta di altezza o due o tre fette normali. La perforazione è a foro lungo. La sabbiatura rimuove le fette verticali. Ma ecco la svolta: man mano che ogni fetta va, il riempimento entra immediatamente. Mantieni il terreno aperto piccolo. Roccia meno esposta significa meno possibilità di crollo. È stabilità attraverso la sostituzione costante.

Come funziona realmente la speleologia sotterranea

Il nome lo rivela, se sai dove cercare.

Sottolivello si riferisce allo spazio di lavoro. I minatori non operano solo ai livelli principali. Funzionano su più piani intermedi impilati tra i tunnel primari. È un sandwich verticale di attività.

La speleologia è la conseguenza. In questa configurazione specifica non stai sostenendo il tetto con legno o cemento. Man mano che il minerale viene estratto, il muro sospeso sopra di esso cede. Anche la superficie sopra affonda. La roccia cade nel vuoto. È caos controllato. Il metodo si basa sulla capacità del terreno di collassare in modo prevedibile dopo che il materiale di supporto è scomparso.

Come la speleologia trasversale del sottolivello gestisce i rifiuti e la diluizione

Osserva la geometria. Tagli trasversali paralleli attraversano il giacimento minerario. Corrono dalla deriva del muro al muro sospeso. Ogni sottolivello fa questo. Il prossimo sottolivello più in basso? Si trova proprio tra quelli sopra. Sfalsato.

I fori di esplosione vengono praticati secondo uno schema a ventaglio. Intervalli regolari lungo quelle traverse. Poi soffi. Inizia dal muro sospeso nel sottolivello più alto.

Ecco la parte difficile. Mentre estrai il minerale rotto, segue il materiale dall’alto. I rifiuti del muro sospeso crollano. Più minerale estrai, più rifiuti ne derivano. La diluizione aumenta. Hai un limite. Una volta che i rifiuti raggiungono una determinata soglia, interrompi il caricamento. Fai esplodere il prossimo ventilatore. Aspetta che il mix si stabilizzi. Ripetere.

È sempre un male? No. Dipende da cosa stai estraendo. La magnetite è indulgente. Minerale e rifiuti si separano facilmente. A buon mercato. La diluizione conta meno qui. Per altri minerali, mescolare i rifiuti nel prodotto è un disastro. Paghi per la lavorazione della roccia che non è minerale.

Per alcuni minerali come la magnetite, in cui il minerale e i rifiuti possono essere separati facilmente ed economicamente, la diluizione del minerale rappresenta un problema minore rispetto ad altri minerali.

Quando utilizzare lo scavo di pannelli e blocchi per depositi massicci

I metodi di arresto funzionano per alcuni lavori. La speleologia del sottolivello ne gestisce gli altri. Ma i depositi massicci necessitano di un approccio diverso. Speleologia del pannello. Speleologia del blocco. Questo è il metodo creato appositamente per la scala.

Non è universale. Hai bisogno di condizioni specifiche. Quattro di loro.

1. Grandi giacimenti minerari con un forte dislivello. La roccia deve scivolare.
2. Estensione verticale massiccia. Hai bisogno di profondità. Moltissimo.
3. Roccia che crolla naturalmente. Deve rompersi in pezzi gestibili. Se rimane in enormi massi, sei bloccato.
4. Superficie che consente il cedimento. Il terreno sovrastante crollerà. Hai bisogno di spazio per questo.

Se possiedi queste quattro cose, il crollo dei pannelli è probabilmente la soluzione migliore. Rivolge il peso della roccia contro se stessa. La gravità fa la rottura. Gestisci semplicemente il flusso.

Perché il sottosquadro e il riempimento lasciano che la roccia si rompa da sola

Scavi una buca. Poi ne scavi un altro 15 metri più in alto.

Questa è la configurazione.

Questi due livelli si trovano da 100 a 300 metri sotto la parte superiore del giacimento minerario. Non inizi dall’alto. Inizi dal profondo.

A quel livello di sottosquadro superiore, percorri tunnel paralleli. Quindi fai esplodere la roccia tra di loro. Boom. Hai un enorme slot orizzontale. Questo slot fa il lavoro pesante. Rimuove il supporto che sostiene il minerale sovrastante.

La gravità prende il sopravvento.

Le grotte minerarie. Si rompe in pezzi abbastanza piccoli da poter essere maneggiati. Cade in drawbell al livello di produzione inferiore. Si tratta fondamentalmente di avvallamenti sul fondo in attesa di raccogliere i detriti.

Le macchine con guida a sinistra (Carico, Trasporto, Scaricamento) fanno irruzione. Raccolgono il minerale rotto. Lo trasportano ai passi minerari.

Ecco il trucco.

Solo la roccia utilizzata per creare gli avvallamenti e i sottosquadri iniziali necessita di perforazione e brillamento. Il riposo? Si rompe da solo. Cade verso il basso man mano che la speleologia avanza verso la superficie.

Il vero lavoro non è rompere la roccia. Significa mantenere aperti quei punti di attrazione mentre la montagna crolla attorno a loro. Se gli avvallamenti si intasano, la miniera si ferma. Devi mantenere il flusso durante il periodo di prelievo.

In che modo l’estrazione mediante giacimento differisce dallo scavo sotterraneo

Il placer mining è una bestia completamente diversa.

Non stai perforando la roccia solida. Non stai facendo esplodere. Non stai aspettando che la gravità faccia crollare un pozzo.

I depositi di placer sono sciolti. Sono ghiaia, sabbia o terra. I minerali preziosi, solitamente oro, ma anche stagno o pietre preziose, sono stati spazzati via dalla loro fonte originale. Si stabilirono nei letti dei fiumi, sulle spiagge o nelle pianure alluvionali.

Poiché il materiale non è consolidato, non è necessaria la massiccia infrastruttura di un’operazione di sottosquadro e riempimento. Nessun campanello. Nessuna macchina con guida a sinistra che percorre tunnel stretti.

Devi solo separare le cose pesanti da quelle leggere.

L’acqua è il tuo strumento principale. Lava via la sabbia e lo sporco. I minerali densi affondano.

Questo metodo è più economico. Più veloce. Meno pericoloso. Ma funziona solo se il minerale non è rinchiuso all’interno di una matrice di roccia dura. Non puoi scavare una vena di quarzo. Puoi estrarre solo ciò che il fiume ha già fatto per te.

Allora perché continuiamo ad andare sottoterra?

Perché le vene migliori non sono nel letto del fiume. Sono profondi. Chiuso stretto. Aspetto che tu li apra.

Perché i minerali pesanti affondano mentre la sabbia rimane in superficie

I posizionatori sono disordinati. Sono cumuli di materiale detritico non consolidato che contiene minerali preziosi. La natura li costruisce attraverso gli agenti atmosferici chimici, il flusso dei corsi d’acqua, l’azione marina o il vento. Il risultato è un concentrato di cose che contano.

Oro. Stagno. Platino. Diamanti. Troverai anche sabbie ferrose titanifere e ferrose, pietre preziose come rubini e smeraldi e abrasivi come rutilo e zircone. Queste non sono scelte casuali. Condividono due tratti. Peso specifico elevato. Robustezza fisica. Sopravvivono al viaggio. Tutto il resto si lava via.

Dove trovare i depositi di collocamento più redditizi

Non tutti i placer sono uguali. I giacimenti di corsi d’acqua (o alluvionali) e quelli di spiaggia dominano il panorama economico. L’acqua corrente forma i tipi di ruscello. Le onde costiere agiscono sui depositi di corsi d’acqua esistenti per creare placer sulla spiaggia.

La geologia è complicata su scale temporali lunghe. Il livello del mare aumenta. Spostamenti di terreno. Ciò significa che puoi trovare posizionatori a qualsiasi altitudine. Molto al di sopra del livello del mare. Nel profondo, al di sotto di esso. La posizione non detta il metodo tanto quanto le condizioni fisiche.

I minatori esaminano l’entità. Lo spessore. Il carattere del substrato roccioso. Controllano l’orientamento del deposito. Quanto è spesso il sovraccarico? C’è acqua disponibile? Qual è il valore per unità di volume?

Se il deposito è troppo sottile o sepolto troppo in profondità per il lavoro in superficie, i minatori vanno sottoterra. Affondano pozzi. Guidano derive. Il materiale però non è consolidato. Crolla. Il supporto pesante è obbligatorio. È costoso e difficile.

La maggior parte dei placer, tuttavia, rimane in superficie. Le operazioni sono divise in due campi. A terra. Oppure piante galleggianti.

Come il panning separa il valore dagli sprechi

Il panning è l’antenato di tutte le moderne miniere di giacimento. È semplice. È efficace. Si basa interamente sulle differenze di densità.

Metti il ​​sedimento in una padella. Aggiungi acqua. Agitatelo. I minerali pesanti – oro, diamanti, platino – affondano sul fondo. La sabbia e la ghiaia più leggere vorticano oltre il bordo e scompaiono.

È lento. È ad alta intensità di manodopera. Ma dimostra il concetto. Se riesci a separare a mano le cose pesanti da quelle leggere, puoi farlo con le macchine. Il principio rimane lo stesso. La gravità fa il lavoro. Fornisci solo il mezzo.

Perché il panning rimane lo standard ostinato per la caccia all’oro

Il panning è il metodo della forza bruta. È manuale, sudato e spietato. Riempi una padella con il terriccio, la immergi nell’acqua naturale e ti metti al lavoro.

Sott’acqua, impasti il ​​fango con entrambe le mani. Stai rompendo i grumi, sciogliendo l’argilla, raccogliendo i ciottoli. È tattile. Disordinato. Poi arriva la scossa. Tieni la padella piatta. Agitatelo. La roba pesante affonda.

Inclinazioni rapide. Rilanci rapidi. Lavare via lo strato superiore chiaro. Ripetere l’operazione fino a quando sul fondo rimangono solo i minerali densi e preziosi.

È semplice. È anche estenuante.

Dove trovi effettivamente l’oro con questo metodo?

Non scegli semplicemente un posto a caso. Cerchi gli avanzi. Terreno non lavorato vicino a vecchi siti minerari. Crepe nel substrato roccioso dei canali fluviali. Vecchi bar sul fiume. Letti asciutti di torrenti dove l’acqua trascinava giù le cose pesanti.

Se l’acqua si fosse spostata lì prima, l’oro potrebbe essere ancora lì. In attesa.

Il trucco non è solo lavarsi. È sapere dove l’acqua ha smesso di portare il peso.

La chiusura cambia il gioco. Aumenta il processo. Invece di una padella, usi una vasca lunga e stretta. L’acqua scorre attraverso di esso, trasportando sporco e detriti. Le increspature, quelle piccole creste sul fondo, catturano le particelle pesanti mentre il limo più leggero viene lavato via.

È più veloce. Meno flessione. Ma richiede il flusso d’acqua. Un flusso costante. Non puoi chiudere una pozzanghera.

Meccanica della chiusa e design del fucile

Puoi anche eseguire una scatola chiusa. È una robusta scatola rettangolare, solitamente di legno, con la parte superiore aperta. Il fondo è irruvidito da increspature. La maggior parte sono barre di legno montate trasversalmente. A volte sono pali, pietra, ferro o gomma. Introduci acqua e terriccio all’estremità superiore della scatola inclinata. Mentre scorre verso il basso, le increspature dalla forma speciale agitano la corrente. Ciò impedisce al materiale più leggero di depositarsi. Conserva il prezioso minerale pesante.

Operazioni di collocamento meccanizzate a terra

Le operazioni terrestri meccanizzate utilizzano dragline, pale, terne, pale caricatrici frontali e apripista per scavare il materiale di giacimento. Il materiale viene consegnato agli impianti di concentrazione o alle chiuse per il recupero dei minerali. Questi metodi sono adatti a depositi stretti, superficiali o massicci. Funzionano anche su topografia irregolare e ripida che altre tecniche non possono gestire.

La chiusura del terreno è speciale. Estrae giacimenti naturali e artificiali come i cumuli di sterili. Un flusso naturale d’acqua si disintegra e trasporta il materiale attraverso una chiusa. Il prezioso minerale si concentra lì. L’idraulica è un altro metodo. Si sposta un flusso di acqua ad alta pressione attraverso un ugello sopra la superficie mineraria. Il liquame risultante si sposta in un canale di downgrade. Poi in un circuito contenuto per concentrarsi. L’estrazione idraulica a volte estrae il carbone nel sottosuolo. Ma la sua applicazione principale è l’estrazione mineraria di superficie. È pratico per materiale a grana fine e non consolidato proveniente da giacimenti, sterili, alluvioni e depositi lateritici. Un’applicazione importante è la rimozione del sovraccarico dalle miniere a cielo aperto.

Operazioni con impianti galleggianti con dragline o terne

A volte è più economico scavare il materiale di giacimento con una dragline o una terna montata sulla riva. Lo accoppi con una pianta concentrante galleggiante. L’attrezzatura di scavo potrebbe trovarsi su una chiatta separata o sulla stessa. Il materiale scava dai lati e dal fondo del bacino minerario. Cade nella tramoggia dell’impianto di lavaggio. Il materiale sovradimensionato viene scartato dalla vagliatura. Va nei mucchi dei rifiuti. Il materiale sottodimensionato viene distribuito a un sistema di separazione per gravità. Ciò include chiuse, maschere o attrezzi simili. Dopo il trattamento, la maggior quantità possibile di rifiuti ritorna nello stagno. Per rigonfiamento si intendono alcuni depositi di rifiuti al di fuori dell’area dello stagno. Lo stagno si muove con il fronte minerario.

La tecnica della terna offre uno scavo potente e un buon controllo.

Metodi di dragaggio: meccanico vs idraulico

Il dragaggio è lo scavo subacqueo di un deposito alluvionale mediante attrezzature galleggianti. I sistemi sono meccanici o idraulici. Ciò dipende dal metodo di trasporto del materiale.

La draga con scala a secchiello, o benna, è tradizionale. È ancora il metodo più flessibile per condizioni variabili. Un unico scafo supporta meccanismi di scavo e sollevamento, circuiti di arricchimento e sistemi di smaltimento dei rifiuti. Una catena infinita di secchi aperti viaggia attorno a una capriata o una scala. L’estremità inferiore poggia sulla faccia della mina. Quello è il fondo dello stagno dove avviene lo scavo. L’estremità superiore è vicino al centro della draga, in corrispondenza della tramoggia di alimentazione. La catena passa attorno ad un pignone di trasmissione chiamato perno superiore. Si avvolge verso il basso fino a un pignone tenditore chiamato tamburo inferiore. I secchi pieni, sostenuti da rulli, sollevano la scala. Scaricano il loro carico nella tramoggia. Dopo che l’impianto di trattamento ha rimosso materiale prezioso, i rifiuti vengono scaricati nella parte posteriore.

La draga a conchiglia è un altro sistema meccanico. Utilizza un grande secchio singolo all’estremità dei cavi. Funziona in acque più profonde rispetto ad altri sistemi. Gestisce bene le particelle di grandi dimensioni e i rifiuti. Ma è un sistema discontinuo, di tipo batch. Ci vuole circa un morso al minuto.

I sistemi di dragaggio idraulico puro utilizzano l’aspirazione pura, l’aspirazione con l’assistenza dell’idrogetto o interamente l’idrogetto. Sono adatti allo scavo di materiale sfuso di piccole dimensioni. Pensa alla sabbia e alla ghiaia, ai depositi di conchiglie marine, ai residui di lavorazione e al sovraccarico non consolidato. Il dragaggio idraulico estrae anche depositi di diamanti, stagno, tungsteno, niobio-tantalio, titanio, monazite e terre rare.

Le teste di taglio subacquee aumentano notevolmente la potenza di scavo. La draga aspirante della taglierina ha una testa di taglio rotante. Allenta e mescola il terreno sul fronte della miniera. Il materiale cade alla bocca di una pompa centrifuga. Questo trasporta il liquame con il 20-25% di solidi all’impianto di lavorazione. Una pila chiamata spud mantiene la draga in posizione durante il taglio. Argani e funi metalliche fanno oscillare la draga in un arco attorno allo spud. Rimuove tutto il materiale nell’arco. Quindi la draga va avanti. Il processo si ripete.

La draga aspirante con taglierina è adatta ai depositi più morbidi. Il materiale ha un peso specifico o una dimensione delle particelle fini relativamente bassa. Come cave di sabbia e ghiaia, miniere di fosfato e vari depositi di sale.

Draghe con ruote a tazze e draghe aspiranti con taglierina

La draga con ruota a tazze assomiglia molto alla draga aspirante con taglierina. Stessa idea di base. Ma scambia quella taglierina rotante con un escavatore gommato e otterrai una bestia completamente diversa.

Scava più duramente. Meglio nella parte inferiore del taglio. E cattura le cose pesanti – oro, stagno – che di solito scivolano oltre una taglierina standard.

Ma c’è un problema. È meccanicamente complesso. E costoso. Paghi per quella precisione.

Perché non abbiamo ancora estratto l’oceano dall’oceano

Il mare è fondamentalmente un deposito di minerali. Enorme. L’abbiamo appena toccato.

Perché?

Perché estrarre minerali sulla terra è più facile. Più economico. Nessuna vera pressione per andare sott’acqua in questo momento.

Inoltre, la tecnologia non è ancora del tutto arrivata. Non sappiamo davvero come sfruttare economicamente i fondali marini. Non comprendiamo nemmeno appieno le risorse laggiù.

Ma se lo facessimo? L’oceano si divide in tre zone principali:

• L’acqua di mare stessa
• Spiagge e piattaforme continentali
• Il fondale marino profondo

Cosa c’è realmente nell’acqua di mare

L’acqua di mare contiene circa il 3,5% di solidi disciolti in peso.

I pezzi grossi? Cloruro. Sodio. Solfato. Magnesio. Calcio. Potassio. Bromo. Bicarbonato.

Non è solo l’oceano aperto. Anche i mari salati interni come il Mar Morto o il Grande Lago Salato attirano minerali.

Il magnesio è un grande elemento dell’acqua di mare. Ma è il sale a farla da padrone.

Il sale da cucina (cloruro di sodio, NaCl) è il re. Poi cloruri di potassio. Cloruri di magnesio. Solfati di potassio e magnesio.

Come li tirano fuori? Evaporazione.

Economico. Semplice. Usa il sole.

La fattoria del sale perfetta

Non puoi semplicemente mettere uno stagno ovunque e aspettare che arrivi il sale. Hai bisogno di condizioni specifiche.

• Clima caldo e secco. I venti secchi aiutano.
• Terreno vicino al mare.
• Terreno che non assorbe acqua. Impermeabile.
• Terreno pianeggiante. Al livello del mare o al di sotto di esso.
• Poca pioggia durante i mesi di evaporazione.
• Nessun flusso d’acqua dolce che diluisce la salamoia.
• Trasporti economici o mercati vicini.

Se raggiungi tutti questi punti, costruisci un laghetto.

Che aspetto ha?

• Suoli di base impermeabili e dighe per trattenere la salamoia.
• Canali per spostare la salamoia dalla sorgente allo stagno.
• Pompe per sollevare la salamoia su argini e pendenze del terreno.
• Strutture per gestire il flusso tra stagni.

È tempo per riunioni di ingegneria. Nessuna magia. Solo fisica.

Ottenere sale dall’acqua di mare

I moderni stagni solari non restano lì ad aspettare la magia. Pompano attivamente la salamoia grezza nelle aree di preconcentrazione. L’evaporazione fa il lavoro pesante, spingendo i livelli di cloruro di sodio alla saturazione. La salamoia raggiunge il 19-21% di cloruro di sodio e il 28-30% di solidi disciolti totali. Quindi si sposta in uno stagno di cristallizzazione.

Il tempo varia. Al Grande Lago Salato aspetti circa un anno. Il cloruro di sodio cade per primo. Altre cose disciolte non sono ancora sature. Se vuoi solo sale da cucina, butta via la salamoia presto. Evitare la contaminazione. Se vuoi i sali di potassio, continua a evaporare. Spremere fino all’ultimo ione sodio prima che il prodotto target si saturi.

Una volta che il sale si cristallizza sul fondo dello stagno, è tempo di raccolta. Livellatrici, caricatori frontali e camion da trasporto spostano il materiale verso gli impianti di lavorazione. È l’agricoltura industriale per i minerali.

Perché la salamoia è oro

Gli impianti di distillazione producono acqua dolce dall’acqua di mare. Gli effluenti rimanenti sono solitamente un grattacapo in termini di smaltimento. Ora è una risorsa. L’estrazione dei sali da questo flusso di rifiuti consente di risparmiare denaro ed energia.

Tre ragioni per cui. In primo luogo, l’impianto di conversione paga per il pompaggio. Secondo, la salamoia è calda. L’acqua calda evapora più velocemente. In terzo luogo, la concentrazione di sale è fino a quattro volte superiore a quella dell’acqua di mare primaria. Stai iniziando con un vantaggio. Ha senso dal punto di vista economico estrarre i rifiuti.

Minerali pesanti sulla costa

Le spiagge non sono solo sabbia e conchiglie. Miche, feldspati, quarzo: costituiscono la maggior parte. Ma lì si nascondono anche minerali pesanti. Columbite, magnetite, ilmenite, rutilo, zircone. Resistono agli agenti atmosferici chimici e all’erosione meccanica. Rimangono fermi mentre gli oggetti più leggeri vengono lavati via.

Esistono reperti rari. Oro, diamanti, cassiterite, scheelite, wolframite, monazite, platino. Le concentrazioni estraibili sono meno comuni ma preziose.

L’estrazione mineraria sopra il livello del mare utilizza tecniche di superficie convenzionali. Le dragline funzionano nella zona del surf. L’offshore richiede attrezzature diverse. I metodi Wire Line abbassano i cestelli sui cavi d’acciaio. Prendi i secchi, come le conchiglie o le bucce d’arancia, mordi i sedimenti. Chiudono, sostengono il carico e lo sollevano. Aprire il guscio in superficie. Scarico. Ripetere.

Le draghe offrono un processo continuo. Le draghe con scala a benna scavano in base alle dimensioni e alla potenza della benna. Hanno estratto oro, stagno, platino e diamanti in tutto il mondo. Offshore, prendono di mira principalmente oro e stagno. Le draghe aspiranti idrauliche rimuovono il sovraccarico. Spostano sedimenti non consolidati con basso peso specifico su lunghe distanze. Hai bisogno di una fornitura d’acqua costante.

I sedimenti semiconsolidati necessitano di draghe aspiranti con ruota a tazze o con taglierina. Le draghe per il trasporto aereo sono sorprendentemente semplici. Nessuna parte mobile immersa. L’aria compressa viene iniettata in un tubo a una profondità di immersione del 60%. La colonna di fluido all’interno perde densità. Se la parte superiore del tubo non è troppo alta sopra l’acqua, la miscela aria-acqua trabocca. Acqua e sedimenti si precipitano a sostituirlo. La capacità di sollevamento di solidi è notevole. La semplicità vince.

Il profondo fondale oceanico

I bacini oceanici non sono piatti. Dominano le colline dolcemente ondulate. Le pendenze raramente superano i pochi gradi. Il rilievo varia di poche centinaia di metri. Profondità media? 3.800 metri. Circa 12.500 piedi.

Due sedimenti principali ricoprono il pavimento. Melme calcaree e argilla rossa.

Le melme calcaree provengono da organismi planctonici. I loro gusci e scheletri si depositano. Circa 10^{16}$ tonnellate coprono 130 milioni di chilometri quadrati. Sono 50 milioni di miglia quadrate. Vicino a molte coste. Alcuni depositi sono carbonato di calcio quasi puro. Altri assomigliano al calcare utilizzato nel cemento Portland. Potenziale materiale da costruzione nelle profondità.

L’argilla rossa copre altri 104 milioni di chilometri quadrati. Circa $ 10^{16}$ tonnellate. La composizione non è appariscente. Ma potrebbe avere valore. Materia prima per prodotti in argilla. O una futura fonte di metallo. L’allumina media è del 15%. Alcuni spot raggiungono il 25%. Il rame raggiunge lo 0,20%. Il nichel e il cobalto compaiono in minuscole frazioni. Il manganese si trova intorno all’1%. Questi metalli si nascondono nelle frazioni micronodulari dell’argilla. Lo screening o metodi fisici potrebbero separarli.

Il fondale oceanico è un magazzino. Stiamo solo imparando come aprire le porte.

I veri soldi sono nel fango e nel sale

Guarda più da vicino quella salamoia calda nel Mar Rosso. Sotto c’è qualcosa di molto più interessante delle prese d’aria termiche. Bacini di sedimenti ricchi di metalli. Sono seduti lì ad aspettare. L’Atlantis II Deep è quello più grande. Le stime suggeriscono che contenga importanti qualità di rame, zinco, argento e oro. Queste piscine si trovano a circa 2.000 metri di profondità. Circa 6.600 piedi. Proprio tra il Sudan e la penisola arabica.

Ecco il kicker. Il sedimento è gelatinoso. Pomparlo in superficie potrebbe essere davvero facile. Si sta formando proprio adesso. Nelle attuali condizioni geochimiche. Assomiglia molto ai principali depositi di minerali sulla terraferma. Solo più profondo.

Ma i veri pezzi grossi sono altrove. Noduli di manganese. Anche il fosforite è disponibile, ma il peso economico risiede nei noduli di manganese. Sono concrezioni di biossido di manganese. Di solito circa 3 centimetri di diametro. Piccole rocce con un potenziale enorme.

Pensa alla scala. Si stima che solo il fondale dell’Oceano Pacifico contenga circa 1,5 trilioni di tonnellate di queste sostanze. Fanno le valigie strette. Fino a 38.600 tonnellate per chilometro quadrato. La chimica è ricca. Ottieni il 2,5% di rame. 2% di nichel. 0,2% di cobalto. E il 35% di manganese. Alcuni depositi raggiungono il 50% di manganese. Sulla terraferma si tratta di minerale di alta qualità. Qui fuori è semplicemente sparso sul pavimento.

Come fai ad alzarli? Due idee principali hanno merito. La draga per acque profonde e la draga idraulica per acque profonde.

La draga funziona come un gigantesco aspirapolvere al guinzaglio. Raschia uno strato sottile dal fondale marino. Riempie il suo secchio. Poi sale. Un binario sul retro della nave solleva il secchio. Il carico viene scaricato in una tramoggia. Puoi estrarre da 10.000 a 15.000 tonnellate al giorno. Dai 6.000 metri in giù. Ma è tutto stop-and-go. Abbassa il secchio. Alzalo. Buttalo. Quel tempo improduttivo uccide l’economia. È troppo intermittente.

Un sistema continuo è migliore. Entra nella draga idraulica. Questo utilizza una pompa e un sistema di sollevamento aereo. Un raccoglitore semovente si muove lungo il fondo. Potrebbe utilizzare secchi, raschietti o getti d’acqua. Il trucco è il rapporto fluido-solido. Devi gestire la velocità nel tubo. Se la pompa è troppo alta o troppo bassa la miscelazione fallisce. È un delicato equilibrio fisico.

Non l’abbiamo ancora fatto commercialmente per il manganese. È troppo costoso Ma abbiamo estratto diamanti dal fondale marino. I veicoli telecomandati (ROV) e i taglia-tunnel verticali svolgono questo lavoro. La tecnologia esiste. L’economia semplicemente non ha raggiunto il livello.

Come il Solution Mining trasforma la roccia in liquido

Dimentica l’oceano per un secondo. Guarda il terreno. I pozzi di salamoia naturale ci forniscono la maggior parte del bromo mondiale. Litio. Boro. Più potassio e trona. Ma produciamo anche salamoie artificiali. Dissolviamo formazioni di minerali solubili. Salgemma. Questo è salgemma. Potassa. Trona. Boro.

Questa è l’estrazione della soluzione salina. O semplicemente mining di soluzioni. È così che otteniamo il sale senza scavare buche e trasportare rocce.

Si inizia con un pozzo. Eseguire il drill down fino alla sommità della formazione di sale. Custodia con tubo in acciaio. Estendi il foro fino al fondo. Quindi scegli una configurazione. Ci sono quattro modi principali per farlo.

La tecnica di iniezione superiore è semplice. Sospendi il tubo sul fondo del pozzo. Iniettare acqua nell’anello. Questo è l’anello tra la camera d’aria e l’involucro. L’acqua colpisce la parte superiore della formazione di sale. Scioglie il sale proprio lì. La salamoia è più pesante. Affonda. Viene espulso attraverso il tubo. Il risultato è una caverna a forma di gloria mattutina. Largo in alto. Stretto in fondo.

L’iniezione inferiore capovolge la sceneggiatura. Si inietta acqua dolce attraverso il tubo sospeso sul fondo. Si estrae la salamoia attraverso l’anello in alto. La caverna inizia a forma di pera. Largo in fondo. Man mano che cresce assume la forma di una botte. Continua così e diventerà anche una gloria mattutina.

L’iniezione anulare inferiore è diversa. L’acqua entra attraverso l’anello dell’involucro vicino al fondo. La salamoia esce attraverso un tubo leggermente più profondo. Questo crea una caverna a forma di botte. Coerente. Prevedibile.

C’è una variazione che aggiunge controllo. Due tubi concentrici nel pozzo. L’acqua entra attraverso l’anello tra di loro. La salamoia esce dalla camera d’aria inferiore. Ma ecco la parte intelligente. Iniettare olio o aria attraverso l’anello tra l’involucro e il primo tubo. L’olio e l’aria sono più leggeri dell’acqua. Galleggiano fino alla cima della caverna. Formano un cuscinetto. Quel cuscinetto impedisce alla caverna di crescere verso l’alto. Forza la crescita laterale. Ottieni un’ampia caverna senza rischiare problemi strutturali sopra. Quando hai finito di allargarlo. Tiri il cuscinetto dell’olio o dell’aria. La caverna cresce. Sei tu a controllare la forma. Sei tu che controlli la risorsa.

Le caverne che si uniscono creano efficienza

Le dimensioni contano qui. Puoi scavare caverne 100 metri o più di diametro utilizzando le tecniche menzionate in precedenza. Funziona in letto di sale. Funziona nel sale a cupola. Ma il vero trucco non è semplicemente scavare una buca. Li sta collegando.

Quando le caverne adiacenti si uniscono, la produzione aumenta. Smetti di trattare i pozzi come unità isolate. Invece, crei un sistema. Un pozzo spinge dentro il fluido. Un altro lo estrae. È una danza coordinata. Di solito, vedi uno schema a cinque punti. Un pozzetto di iniezione si trova nel punto morto. Quattro pozzi di produzione lo circondano come satelliti.

La salamoia diventa calda e salata. Si dirige verso una pianta. O forse uno stagno solare. Lì, l’evaporazione fa il lavoro pesante. L’acqua se ne va. Il sale resta. Fisica semplice. Chimica efficace.

Come il processo Frasch estrae lo zolfo

Lo zolfo non sta semplicemente seduto in superficie ad aspettarti. È intrappolato. Nello specifico, nella pietra di copertura delle cupole di sale. Lo zolfo vive all’interno del calcare poroso o fratturato. Quel calcare è stretto tra strati rocciosi che sono sterili, impermeabili e insolubili. La natura ha costruito un contenitore perfetto. Il processo Frasch è la chiave per aprirlo.

Questo metodo gestisce sia i depositi stratificati che quelli a cupola salina. Ma la configurazione a cupola è il classico esempio. Ecco come appare l’ingegneria.

Inizi con un foro nel caprock. Hai impostato un involucro. È largo circa da 200 a 250 mm. Circa 8-10 pollici. Da lì si perfora fino al fondo dello strato di calcare-zolfo. Metti una pipa. 150 mm di diametro. Sei pollici. Questo tubo ha perforazioni. Due livelli di loro.

All’interno di quel tubo da 150 mm se ne trova un altro. 75 mm di larghezza. Tre pollici. Va quasi fino in fondo. Infine, un minuscolo tubo da 25 mm pende dalla superficie all’interno di quello da 75 mm. Largo solo un pollice.

Tre tubi. Nidificati come bambole russe. Perché così tanti? Perché servono corsie separate per lavori diversi.

L’acqua surriscaldata entra nel sistema. Fa caldo. Circa 170 °C. Sono 340 °F. Scorre nello spazio tra i tubi da 150 mm e 75 mm. Spara dalle perforazioni superiori. Il caldo colpisce il calcare. La temperatura aumenta. Attraversa il punto di fusione dello zolfo. 115°C. 240 °F.

Lo zolfo solido diventa liquido.

Lo zolfo liquido è denso. Più pesante dell’acqua. Quindi affonda. Si accumula nella parte inferiore della formazione. La gravità fa il lavoro. Lo zolfo fuso scorre nelle perforazioni inferiori del tubo da 150 mm. Entra nel tubo da 75 mm.

Adesso ha bisogno di alzarsi. È spesso. È pesante. Non si arrampicherà da solo. Inietti aria compressa attraverso quel minuscolo tubo da 25 mm. L’aria si mescola con lo zolfo. Riduce la densità. Pensalo come se rendesse il liquame più leggero. La miscela bolle. Lo zolfo fuso risale in superficie.

È la termodinamica della forza bruta. Riscaldalo. Lascialo affondare. Alleggerisci il carico. Tiralo su. Non scavare. Nessuna estrazione mineraria. Solo tubi e pressione.