Industria mineraria

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Introduzione

Industria mineraria Attività volta al recupero selettivo di minerali e altri materiali dalla crosta terrestre, escluse le sostanze organiche di recente formazione. Si tratta di una delle più antiche attività umane e, quasi fin dall'inizio dell'età della Pietra, permise all'uomo di sfruttare alcuni materiali per la fabbricazione di utensili, dapprima rudimentali, ma col passare del tempo sempre più efficienti e sofisticati.

L'inizio dell'attività mineraria può essere fatto risalire al momento in cui i nostri progenitori iniziarono a recuperare particolari tipi di roccia per foggiare armi e attrezzi primitivi. Inizialmente l'estrazione di minerali consisteva semplicemente nel realizzare piccole buche in cerca di selci o altri tipi di roccia utili. In seguito, il progressivo esaurimento dei giacimenti superficiali indusse gli uomini a realizzare scavi sempre più profondi, che man mano si trasformarono in vere e proprie miniere sotterranee. La più antica miniera in sotterraneo di cui si abbia notizia, una miniera di ocra rossa situata a Bomvu Ridge, nello Swaziland, in Africa meridionale, risale probabilmente a circa 40.000 anni fa, a prova del fatto che l'attività mineraria ebbe inizio molto prima dell'agricoltura.

Una parte dei materiali usati nella società moderna è costituita direttamente da minerali estratti dalle miniere, un'altra invece viene prodotta sfruttando minerali coltivati. Persino le attività primarie come l'agricoltura, la pesca e la silvicoltura non potrebbero essere praticate senza fare ricorso agli attrezzi e ai macchinari realizzati con i prodotti estratti dalle miniere; per questo motivo l'industria mineraria può essere considerata l'attività industriale di base per eccellenza.

Esistono quattro metodi fondamentali di estrazione dei minerali. In primo luogo, essi possono essere estratti da miniere o da cave a cielo aperto, che sono di gran lunga le più diffuse; in secondo luogo, è possibile realizzare miniere in sotterraneo a cui si accede attraverso pozzi o gallerie; in terzo luogo, l'estrazione di minerali e di combustibili può essere eseguita mediante pozzi di trivellazione; infine si può praticare l'attività estrattiva subacquea, mediante dragaggio. Attualmente molte ricerche sono volte al potenziamento di quest'ultima tecnica, per poter raggiungere i fondali degli oceani.

L'attività mineraria comporta sempre la rimozione di materiali dalla crosta terrestre, spesso in grandi proporzioni, anche per poter estrarre solo piccole quantità del prodotto desiderato: pertanto ha sempre conseguenze dannose sull'ambiente, in modo particolare nella zona di estrazione. In effetti, l'estrazione di minerali viene considerata una delle maggiori cause del degrado ambientale. I progressi compiuti nel settore dell'ingegneria mineraria, tuttavia, consentono di limitare i danni ambientali e di effettuare interventi di recupero del sito una volta che l'attività estrattiva è stata portata a termine; le attuali ricerche sull'argomento, inoltre, sono volte alla progettazione di metodi e tecniche per rendere minimo l'impatto sull'ambiente.

L'attività mineraria ha normalmente lo scopo di estrarre minerali o combustibili fossili. I minerali sono sostanze naturali caratterizzate da una composizione chimica definita e da proprietà coerenti, che si trovano in masse omogenee in giacimenti di varie dimensioni e sono tra i principali costituenti delle rocce. I combustibili fossili più importanti sono invece gli idrocarburi, che di solito non sono considerati minerali. Una risorsa mineraria è una parte della crosta terrestre in cui è presente una concentrazione insolitamente elevata di un dato minerale o combustibile. Questa diventa una riserva mineraria quando il minerale, o uno dei suoi costituenti, ad esempio un metallo, può essere estratto con le moderne tecnologie a un costo che garantisce un profitto ragionevole sul capitale investito.

Da giacimenti e riserve è possibile estrarre una grande varietà di materiali, che possono essere classificati come segue:

Minerali metallici, dai quali si estraggono i metalli preziosi (oro, argento e i metalli del gruppo del platino), i metalli usati in siderurgia (ferro, nichel, cobalto, titanio, vanadio e cromo), i metalli-base (rame, piombo, stagno e zinco), i metalli leggeri (magnesio e alluminio), i metalli radioattivi detti anche combustibili nucleari (uranio, radio e torio) e i metalli speciali come litio, germanio, gallio e arsenico.

Minerali industriali, che comprendono: il quarzo, il salgemma, il carbonato di potassio, l'amianto, il talco, i feldspati, lo zolfo e i fosfati.

Materiali da costruzione, che comprendono: la sabbia, il ghiaietto, gli inerti, le argille da mattoni, la pietra da calce e lo scisto usato per fabbricare il cemento; questo gruppo include anche l'ardesia per i tetti e le pietre lisce, come il calcare, il granito, il travertino e il marmo.

Pietre preziose, che comprendono: diamanti, rubini, zaffiri e smeraldi.

Combustibili fossili, che comprendono: carbon fossile, lignite, torba, petrolio e gas naturali (anche se questi ultimi generalmente non vengono considerati un prodotto minerario).

Questi materiali, ovviamente, sono solo alcuni dei numerosi che vengono estratti dalle miniere. Un giacimento minerario può avere forme diverse; può affiorare in superficie oppure essere sepolto in profondità. In alcune delle miniere d'oro più profonde del Sudafrica, l'attività estrattiva comincia a una profondità di pozzo di 1500 m per arrivare fino a oltre 3500 m. Le miniere possono raccogliere materiali sciolti, non conglomerati, come i sedimenti nel letto di un fiume, oppure inglobati in una roccia solida, più dura di qualsiasi calcestruzzo.

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Miniere a cielo aperto

Rappresentano senza dubbio il settore più importante dell'industria mineraria, dato che coprono oltre il 60% dei casi e che possono riguardare qualsiasi materiale.

Le miniere a cielo aperto sono possibili quando esistono giacimenti superficiali e generalmente si presentano come grandi sterri a terrazze di forma più o meno circolare, che arrivano sempre più in profondità e diventano sempre più larghi mano a mano che si proseguono le operazioni di scavo. Esempi classici di questo tipo sono le miniere di diamanti del Sudafrica.

Per costruire queste miniere si comincia con la perforazione della roccia superficiale e il brillamento delle mine che la frantumano. La roccia frantumata viene rimossa dallo sterro e caricata su autocarri per mezzo di enormi escavatori a cucchiaia, elettrici o idraulici, o mediante pale a caricamento frontale. Queste macchine per movimento di terra caricano normalmente dai 5 ai 25 m³ di materiale per volta, ma possono caricare fino a 50 m³. Nelle miniere più moderne talvolta il materiale di sterro viene scaricato direttamente su un impianto di frantumazione mobile, collegato con un nastro trasportatore che elimina la roccia frantumata.

Il materiale classificato come minerale utile viene portato all'impianto di trattamento, mentre il materiale di scarto viene smaltito nelle discariche. Una terza categoria di materiale di qualità inferiore può essere ammucchiata per essere eventualmente trattata in un secondo tempo.

A mano a mano che la profondità degli scavi aumenta, cresce anche il costo di sfruttamento del giacimento: molte miniere dunque nascono a cielo aperto e vengono convertite in scavi sotterranei quando una percentuale eccessiva del materiale estratto è inutilizzabile.

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Coltivazioni a cielo aperto previo sbancamento

Questo metodo di estrazione viene usato soprattutto, ma non esclusivamente, per il carbon fossile e la lignite. La principale differenza tra queste coltivazioni e le comuni miniere a cielo aperto sta nel fatto che il materiale di sterro scavato per portare alla luce il giacimento di carbone viene rimesso nella cavità stessa, anziché essere trasportato in lontane discariche. Queste miniere perciò si spostano da un punto all'altro della zona in cui si trova un giacimento, e ogni volta lo sterro viene ricoperto in modo che la superficie del terreno recuperi per quanto possibile l'aspetto che aveva prima che lo sbancamento avesse inizio. Al contrario della comune miniera a cielo aperto, che normalmente diventa sempre più grande, questo tipo di miniera raggiunge la massima dimensione in un arco di tempo piuttosto breve, mantenendola poi costante.

In queste coltivazioni si impiegano le stesse attrezzature usate nelle comuni miniere a cielo aperto (in particolare per l'estrazione del carbon fossile); per lo sbancamento del materiale di sterro usato come terreno di copertura si utilizzano alcune macchine per movimento di terra estremamente potenti come, ad esempio, gli escavatori a noria e gli escavatori a benna trainata.

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Cave

Le cave sono sostanzialmente miniere a cielo aperto, e richiedono il medesimo tipo di attrezzatura. I minerali estratti sono in genere sfruttati come materiali da costruzione, con una minima parte costituita da materiale di scarto. Ciò implica, tuttavia, un forte impatto ambientale, poiché una volta esaurita l'attività mineraria rimane un enorme scavo non ricoperto. Inoltre, dal momento che la maggior parte dei prodotti estratti dalle cave (ad esempio sabbie, ghiaie, argille, marne) è poco costosa, queste sono di solito situate in luoghi relativamente prossimi ai mercati, in modo da ridurre al minimo i costi di trasporto che, se elevati, renderebbero l'attività antieconomica. Molte cave sono quindi realizzate nei pressi di aree urbane, e perciò le operazioni di scavo devono essere progettate con cura, in modo da causare il minimo disagio possibile alle persone che abitano nelle vicinanze. Una volta terminata l'attività di estrazione, gli scavi vengono convertiti in discariche per i rifiuti urbani, talvolta acquistando, soprattutto nelle grandi città, un valore economico maggiore di quello dei materiali estratti.