Tehnici și Tehnologii în Industria Metalurgică și Energetica

CURS 1

Metalele şi aliajele lor au constituit baza formãrii şi dezvoltãrii civilizaţiei omenirii deoarece proprietãţile lor au corespuns scopului urmãrit de om în tendinţa lui de asigurare a unui trai mai bun.De aceea, cunoaşterea repartiţiei elementelor chimice în scoarţa terestrã, a formei lor de existenţã, a rezervelor de materii prime minerale industriale şi materii prime auxiliare, în vederea extragerii metalelor, a constituit o preocupare permanentã şi de prim ordin.

1. DESPRE RESURSELE MINERALE ALE TERREI

Dinamica dezvoltãrii economice a cunoscut la mijlocul secolului XX cel mai înalt ritm din istoria civilizaţiei. Dezvoltarea economicã a tuturor ţãrilor lumii ridicã noi probleme privind asigurarea bazei tehnico-materiale a industrializãrii. Se estimeazã o creştere impresionantã a consumului mondial de minerale.

Sporirea patrimoniului mondial de rezerve minerale este o acţiune deliberatã a unitãţilor industriale cu profil geologic minier şi este dirijatã spre satisfacerea nevoilor de consum din ce în ce mai mari.

Permanenta creştere a cererii de metale pe piaţa mondialã este şi ea supusã unor influenţe determinante , care regizeazã acest fenomen complex, în toate domeniile producţiei miniere. Aceste influenţe pot fi sintetizate astfel:

- creşterea consumului specific mondial de metal pe cap de locuitor;

- creşterea populaţiei globului.

Creşterea consumului specific de metal pe cap de locuitor este considerabil influenţatã de factorul timp, prin aceasta înţelegându-se sporirea necesitãţilor de metal pe mãsura evoluţiei culturii materiale a omenirii, odatã ce progresul tehnic şi ştiinţific aduc în câmpul utilitãţii imediate cantitaţi din ce în ce mai mari de materii prime minerale.

Pentru valorificarea deplinã a resurselor Terrei, sunt necesare soluţii tehnologice care sã asigure:

- exploatarea zãcãmintelor cu conţinut redus în elemente utile;

- valorificarea complexã prin extracţia tuturor elementelor utile;

- valorificarea haldelor vechilor exploatãri;

- exploatarea zãcãmintelor de mare adâncime ;

- exploatarea minereurilor din platforma continentalã a mãrilor şi oceanelor;

- exploatarea nodulilor metaliferi ai oceanelor;

- exploatarea zonelor considerate inaccesibile ( deşerturi, zonele arcticã şi antarcticã, etc.).

2. RESURSE MINERALE CONVENTIONALE

Rezervele minerale au un caracter dinamic, atât ca rezultat al unor noi descoperiri de resurse, cât şi ca urmare a perfecţionãrii procedeelor tehnologice care pot determina valorificarea rentabilã a unor zãcãminte sãrace sau având condiţii grele de exploatare.

Progresul tehnicii miniere a permis în ultimele 2-3 decenii exploatarea unor zãcãminte cu conţinuturi scãzute în substanţe minerale utile.Zãcãmintele care se exploateazã în prezent au conţinuturi medii de 0,4-0,5 % Cu ( faţã de 2-3 % Cu cu decenii în urmã), 0,10- 0,15 % Sn ( faţã de 0,4-0,5% Sn), 20-30% Fe ( faţã de 50-70%Fe), etc., motiv pentru care au crescut atât costurile prospecţiunilor necesare cât şi investigaţiile suplimentare reclamate de noile tehnologii .

Creşterea investiţiei specifice este datoratã în principal scãderii conţinutului în substanţã utilã a zãcãmântului, amplasãrii zãcãmântului în zone greu accesibile şi cheltuielilor ridicate pentru echipamentele de protecţie a mediului.

Se impune ca evaluarea rezervelor sã reconsidere elemente vizând eficienţa economicã condiţionatã de factori legaţi de :

- caracteristicile zãcãmântului;

- volumul investiţiilor şi nivelul preţurilor;

- orientãrile de politicã ale ţãrilor producãtoare şi consumatoare, etc.

şi factorul ecologic .

Volumul de resurse şi rezerve a înregistrat în general creşteri importante în ultimele decenii. Situaţia rezervelor existente este într-o continuã schimbare , prin descoperirea de noi rezerve ( noduli oceanici,etc.) sau prin noi realizãri tehnologice care permit lãrgirea bazei de materii prime

( valorificarea ionilor metalici din apele de mare, a aluminiului din argile, etc.)

În cazul în care din analiza exploatabilitãţii unui zãcãmânt rezultã cã sunt întrunite toate condiţiile care asigurã valorificarea acestuia, el trece în cadrul aşa numitelor rezerve de bilanţ RB.

Includerea în aceastã categorie de rezerve se face atunci când sunt deja cunoscute , evaluate economic, metodele de exploatare ce vor fi aplicate, procedeele de concentrare ce vor asigura obţinerea unor concentrate corespunzãtoare din punct de vedere calitativ şi procedura metalurgicã de prelucrare a acestora.

Din totalitatea zãcãmintelor ce compun RB cea mai mare parte se exploateazã existând însã şi o anumitã parte , minorã, ce nu poate fi exploatatã deoarece asigurã aşa numitele lucrãri de protecţie (pilieri, lucrãri miniere de protecţie,etc.).

Rezervele de bilanţ se compun din rezerve exploatabile RE şi rezerve neexploatabile RN.

Deoarece nici rezervele exploatabile nu pot fi extrase în proporţie de 100%, rezultã aşa numitele rezerve industriale: RE ∙ k = RI

unde :k – coeficient subunitar al extracţiei cantitative;

RI – rezerva industrialã.

În cazul în care analiza exploatabilitãţii are drept rezultat o concluzie negativã, zãcãmântul respectiv este încadrat în categoria rezervelor înafarã de bilanţ RAB.

Acestea pot trece în grupa rezervelor exploatabile în funcţie de cerinţele economice sau de progresele realizate în tehnica exploatãrii şi procesãrii .

Plasarea unui zãcãmânt în unul din cele douã tipuri de rezerve este determinatã direct şi de necesarul metalului respectiv în economie.

3. RESURSE MINERALE NECONVENTIONALE

Se pot considera ca resurse minerale neconvenţionale cele existente în sedimentele consolidate ale teritoriilor submarine şi în apele mãrilor şi oceanelor.

În zonele marine din apropierea ţãrmurilor sunt evidenţiate zãcãminte de minerale grele - magnetit, ilmenit, zircon, columbit şi în concentraţii mai reduse - casiterit, wolframit, diamant, cromit, aur, monazit.

În apele mãrilor şi oceanelor existã importante cantitãţi de minerale sub formã de sãruri : un metru cub de apã de mare conţine: 19 kg clor, 10,6 kg Na, 1,3 kg Mg, 0,9kg S, 0,4 kg K şi Br, Si, B, F, cãrbune, Zn, Sn, Cu, Ni, Ti, Co, Ag, Au, W - de ordinul gramelor.

Producţiei tradiţionale de minerale marine - sare, magneziu, crom, fosfor, sodiu, potasiu, materiale de construcţii, i s-a adãugat extracţia de cãrbuni, fier, rutil, diamante, etc.

Producţia mineralã oceanicã reprezintã o pondere redusã (5%) din producţia mondialã, ponderi semnificative având doar Mg (70%) şi Br (70%).

Nodulii polimetaliferi - nouã sursã mineralã, inclusã în câmpul de activitate al industriei mineritului marin, au un potenţial metalic ridicat, conţinând circa 42 elemente dintre care : Co, Ni, Cu, Mn.

Evaluarea cantitativã a potenţialului nodulilor polimetalici este dificilã dat fiind stadiul incipient de prospectare şi explorare a teritoriilor submarine. Sunt estimate valori între 40 şi 600 miliarde tone rezerve cunoscute, respectiv totale.

4. MATERII PRIME SI AUXILIARE UTILIZATE ÎN METALURGIA EXTRACTIVÃ

Materiile prime de bazã utilizate în metalurgia extractivã se pot grupa în:

minereuri bogate şi / sau concentrate;

combustibili;

fondanţi;

materiale refractare.

Cantitãţile de materii prime necesare pentru obţinerea metalelor sunt variabile funcţie de natura şi caracteristicile materiilor prime şi de procesul tehnologic de extracţie a metalului.

a. MINEREURI BOGATE ŞI / SAU CONCENTRATE

În procesul de extragere a metalelor, îndeosebi a metalelor neferoase, minereurile intervin cu ponderea cea mai mare .

În naturã , metalele se gãsesc în general, sub formã de combinaţii cu oxigenul ( oxizi), cu sulful ( sulfuri), cu fosforul ( fosfaţi), cu bioxidul de carbon , cu bioxidul de siliciu , etc. Mai rar, unele metale cum sunt aurul, argintul, cuprul , se gãsesc şi în stare liberã ( nativã).

Mineralele se pot gãsi separate sau asociate cu alte minerale , formând roci.

Când într-o rocã existã minerale din care se pot extrage în mod rentabil unul sau mai multe metale , acea rocã se numeşte minereu.

UNIVERSITATEA DIN PETROSANI

FACULTATEA DE MINE

CATEDRA INGINERIA MEDIULUI SI GEOLOGIE