Mètodes de perforació i mineria de minerals industrials
Els minerals industrials són un grup de minerals utilitzats principalment per les seves propietats físiques i químiques, més que no pas pel seu contingut metàl·lic. Alguns exemples són la pedra calcària, la dolomita, el guix, el caolí, la sorra de quars, el feldespat, la bentonita, la zeolita, el fosfat, el talc i la sal. Aquests minerals formen l'eix vertebrador de moltes indústries: el ciment i la construcció, el vidre i la ceràmica, els fertilitzants, el paper, la pintura, els productes farmacèutics i fins i tot els farcits en plàstics i cautxú. Com que les característiques dels dipòsits minerals industrials varien àmpliament, des dels dipòsits propers a la superfície fins als que es troben a una profunditat considerable, els mètodes de perforació i mineria escollits s'han d'adaptar a la geologia, la qualitat del mineral, el gruix de la capa, les condicions hidrogeològiques i la mida i la puresa del producte objectiu.
El paper de la perforació en la mineria mineral industrial
La perforació en el context dels minerals industrials té dos propòsits principals: (1) l'exploració per determinar la forma, el gruix, la distribució, el grau/puresa i les variacions de qualitat dels dipòsits; i (2) la producció, és a dir, la perforació per a voladura o per al mostreig de control de qualitat durant la mineria. En els minerals industrials, els aspectes de qualitat sovint són més sensibles que el "grau", com en els metalls. Per exemple, el contingut de SiO₂ a la sorra de quars, el contingut de CaCO₃ a la pedra calcària, el nivell de brillantor al caolí o el contingut d'impureses de Fe₂O₃ que poden reduir la qualitat del producte.
Mètodes comuns de perforació d'exploració
1. Perforació amb barrena (broca roscada)
Aquest mètode és eficaç per a dipòsits poc profunds com ara argila, sorra, laterita o caolí prop de la superfície. Els seus avantatges són un cost i una velocitat relativament baixos, però la profunditat és limitada i la qualitat de la mostra es pot veure compromesa si el material és molt solt o saturat d'aigua.
2. Perforació rotativa
La perforació rotatòria s'utilitza àmpliament per a formacions sedimentàries i roques menys dures. En alguns casos, la perforació rotatòria pot estar equipada amb un sistema de circulació d'aire o fang per aixecar els residus. Aquest mètode és ràpid, però les mostres de residus tendeixen a ser menys representatives per a una anàlisi detallada de la qualitat que el nucli de perforació.
3. Perforació amb nucli de diamant
Aquest és l'estàndard per obtenir mostres de nuclis de roca intactes, cosa essencial per a calcària, dolomita, guix o altres roques industrials d'alta qualitat que requereixen la caracterització de l'estructura, les fractures, el gruix de la capa i les variacions litològiques. El cost és més elevat, però les dades obtingudes són més completes i precises.
4. Perforació de circulació inversa (RC)
La RC produeix mostres de pissarra més netes i relativament més representatives que la rotativa convencional, ja que la circulació inversa ajuda a reduir la contaminació entre capes. Aquest mètode és adequat per a la cartografia ràpida i de qualitat de dipòsits heterogenis.
Disseny del programa de perforació i control de qualitat
En els minerals industrials, l'espaiat de les broques sovint es determina per la rapidesa amb què canvia la qualitat lateralment i verticalment. Els dipòsits homogenis poden utilitzar un espaiat més ampli, mentre que els dipòsits en capes o rics en impureses requereixen una perforació més propera. Les dades de perforació es complementen normalment amb proves de laboratori: XRF/XRD per a la composició mineral, anàlisi de la mida del gra, proves de brillantor/blancor, proves de contingut d'humitat i proves de propietats físiques (per exemple, abrasivitat per a la sorra de sílice). Els resultats s'utilitzen per crear models geològics i de qualitat que constitueixen la base per a la planificació i la barreja de mines.
Mètodes de mineria per a minerals industrials
En general, els mètodes d'extracció de minerals industrials es divideixen en mineria a cel obert, mineria subterrània i mètodes especialitzats com el dragatge o la mineria en solució. L'elecció del mètode ve determinada per la profunditat del dipòsit, el gruix de la capa, la relació de desobstrucció, les condicions ambientals i els objectius de capacitat de producció.
1) Mineria a cel obert (cantera)
La mineria a cel obert és el mètode més comú per als minerals industrials perquè molts dipòsits es troben a prop de la superfície. Per a roques com la pedra calcària, la dolomita, l'andesita, el granit o el guix, sovint s'utilitza el terme "peterra".
Etapes generals de la mineria a cel obert
– Neteja de terrenys i retirada de desmotament amb excavadores, buldòzers i camions de bolquet.
– Formació de bancs per a l'estabilitat i la seguretat dels talussos.
– Trencament de roca amb voladura o sense voladura (tall/esquinçament mecànic), depenent de la duresa de la roca.
– Càrrega i transport a la trituradora o a la pila.
– Processament inicial com ara trituració, garbellat, rentat i barreja.
Perforació i voladura en pedrera
En roca dura, la perforació de pous de voladura es realitza mitjançant un martell superior o un trepant de fons de pou (DTH). El disseny de les voladures (càrrega, espaiament, derivació i càrrega) ha de tenir en compte:
– Fragmentació desitjada per adaptar-se a la capacitat de la trituradora i reduir els costos de trituració.
– Controleu les vibracions, especialment quan estigueu a prop de zones residencials.
– Minimitzar la sobretensió per mantenir la qualitat i l'estabilitat dels nivells.
Per a certs minerals industrials, la voladura pot estar restringida perquè pot causar contaminació, produir un excés de fines o reduir la qualitat (per exemple, pedra dimensional o alguns tipus de pedra calcària que requereixen mides específiques). En aquestes situacions, s'utilitza l'esquinçament amb grans excavadores o mineres de superfície.
Equipament alternatiu: Minera de superfície
Els miners de superfície tallen roca mecànicament, produint material de mida més uniforme sense voladura. Els avantatges:
– alta selectivitat (capes de qualitat fàcils de distingir),
– vibracions més baixes,
– reducció de la necessitat de perforació i voladura.
Tanmateix, els costos d'equipament i manteniment poden ser més elevats i són menys efectius en roques de certes resistència.
2) Mineria subterrània
La mineria subterrània és preferible quan els dipòsits es troben a profunditats sota la superfície, la coberta és massa gruixuda o la superfície és sensible (per exemple, zones residencials, zones de conservació o terres productives difícils d'obrir). En els minerals industrials, la mineria subterrània és habitual per a la sal de roca, alguns dipòsits de guix, potassa o pedra calcària d'alta qualitat.
Mètodes comuns de mineria subterrània
1. Habitació i pilar
Àmpliament utilitzat per a dipòsits sedimentaris relativament plans com la sal, el guix i la pedra calcària, els pilars es deixen per sostenir la teulada. Aquest mètode és eficient, però la planificació geotècnica és crucial per garantir que els pilars siguin prou forts per evitar el col·lapse.
2. Retallar i omplir
Apte per a dipòsits no uniformes o d'alta qualitat que requereixen selectivitat. Després d'extreure el mineral, la cambra es torna a omplir per mantenir l'estabilitat.
3. Parada subnivell (sota certes condicions)
Més comú en minerals metàl·lics, però es pot aplicar on la geometria del dipòsit és favorable i els requisits de producció són elevats.
Perforació en mines subterrànies
La perforació normalment implica l'ús d'un trepant jumbo per crear forats de voladura o forats d'ancoratge de roca. Per als minerals industrials sensibles a la contaminació, el control de la pols, la ventilació i els procediments de neteja són fonamentals.
3) Dragatge i mineria industrial de placer
Per a dipòsits de sorra i grava (àrids), sorra de quars o certs minerals pesants que es troben en rius, platges o llacs antics, es poden utilitzar mètodes de dragatge. N'hi ha dos tipus principals:
– Draga de succió amb tallador: talla material i aspira fangs.
– Draga de galleda/cadena: utilitza una cadena de galleda.
Els avantatges del dragatge inclouen l'eficiència en dipòsits saturats d'aigua i la reducció de les operacions de desobstrucció. Els reptes inclouen la gestió de la terbolesa, l'estabilitat del banc i la necessitat de zones d'emmagatzematge de residus.
4) Mineria en solució de sal i alguns minerals solubles
La mineria en solució implica injectar aigua per dissoldre minerals (per exemple, halita/sal) i després bombar la solució a la superfície per a la seva evaporació o processament. Aquest mètode minimitza l'excavació física però requereix un control estricte sobre:
– direcció i volum de dissolució (control de la caverna),
– risc d'enfonsament (col·lapse),
– gestió de l'aigua i els residus.
Factors determinants per a la selecció del mètode
1. Geometria i profunditat dels dipòsits
Els dipòsits superficials tendeixen a ser explotats econòmicament a cel obert; els dipòsits profunds són més adequats per a la mineria subterrània o en dissolució.
2. Qualitat i heterogeneïtat
Els minerals industrials sovint requereixen una alta selectivitat i barreja. Els mètodes que permeten la separació de capes (mineria selectiva) solen ser més rendibles.
3. Propietats físiques de les roques
La duresa, l'abrasivitat, la fracturació i el grau d'erosió determinen si cal voladura, esquinçament o tall.
4. Condicions hidrogeològiques
Els nivells elevats d'aigües subterrànies requereixen la deshidratació o la selecció d'un mètode compatible amb les condicions humides (per exemple, el dragatge).
5. Medi ambient i social
La pols, el soroll, la vibració de les explosions, el consum d'aigua i la recuperació de terrenys són consideracions crítiques.
Tancament
Els mètodes de perforació i mineria de minerals industrials no són universals, ja que l'objectiu principal no és simplement "agafar el màxim possible", sinó produir material amb especificacions de qualitat consistents i eficiència de costos. La perforació juga un paper important des de l'exploració fins al control de la producció, ajudant a mapejar les variacions de qualitat per a una planificació òptima de la mineria i la barreja. Mentrestant, la mineria a cel obert continua sent l'opció dominant per a molts minerals industrials, seguida dels mètodes subterranis, de dragatge i de mineria en solució, depenent de les característiques del dipòsit. Amb la selecció adequada del mètode, les pràctiques de seguretat i una bona gestió ambiental, els minerals industrials es poden produir de manera sostenible per satisfer les necessitats de la infraestructura i la indústria modernes.
