8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

1/24

 

6. 

VALORIFICAREA RESURSELOR MINERALE

CUPRINS

6.1. Condiţii tehnico-economice de valorificare a zăcămintelor  6.2. Etapele valorificării zăcămintelor6.3 . Prepararea substanţelor minerale utile

6.1. Condiţii tehnico-economice de valorificare a zăcămintelor

 Industria extractivă  reprezintă  una din ramurile cele mai importante ale economieinaţionale deoarece este principala producătoare de materii prime.

In sfera noţiunii de industrie extractivă intr ă activităţile realizate în scopul introducerii încircuitul economic a unui volum cât mai mare de resurse minerale Aceste.activităţi constau din :studii geologice fundamentale, lucr ări geologice de prospecţiune şi explorare, evaluarearezervelor evidenţiate, proiectarea lucr ărilor necesare pentru deschiderea zăcămintelor, realizarea propriu-zisă a instalaţiilor de extracţie şi preparare, procesul de exploatare, prepararea în vedereaîmbogăţirii în componenţi utili şi uneori valorificarea primar ă.

 Mineralele sunt substanţe anorganice, solide, lichide sau gazoase, omogene din punct devedere fizico-chimic, cristalizate sau amorfe, care s-au format în scoar ţa pământului prin reacţiichimice naturale în timpul unor procese endogene (în interiorul scoar ţei) sau exogene ( desuprafaţă). In domeniul mineralelor se includ şi unele produse de natur ă  organică  (cărbune, petrol, gaze naturale).

In compoziţia mineralelor intr ă  toate elementele chimice ale sistemului periodic, îngeneral sub formă de combinaţii chimice ( oxizi ai metalelor, săruri etc), mai rar în stare nativă sub formă de elemente native ( sulf, aur etc).

Elementele cele mai r ăspândite în scoar ţa terestr ă  sunt: oxigen, siliciu, aluminu, fier,cupru, sodiu, potasiu, magneziu, hidrogen, carbon şi clor, ele reprezentând 99,29% din total.Multe dintre elementele care nu se gasesc din abundenţă  in scoar ţa pământului, inclusiv metaleindustriale si preţioase, componenţi esentiali ai fertilizanţilor chimici, sau elemente ca uraniul,care reprezintă  resurse energetice sunt de o importanţă  vitală  pentru societate. Unele dintreacestea se găsesc in cantităţi foarte reduse în rocile din scoar ţa pământului astfel: cuprul 0,006%,staniul 2 ppm (păr ţi pe milion), aur 4 ppb (păr ţi pe miliard).

Un minereu  este o roca în care un metal sau nemetal valoros sau util se găseşte într-oasemenea concentraţie in rocile obişnuite încît să  justifice din punct de vedere economicexploatarea lui.

Diferitele clase de minerale au următoarea pondere: silicaţi 25,8%, fosfaţi 17,5%, sulfuri13,3%, oxizi şi hidroxizi 12,4%, sulfaţi 8,4%, halogenuri 5,8%, carbonaţi 4,5%, elemente native3,5%.

In natur ă mineralele se găsesc de obicei asociate sub forme diverse şi în anumite raporturiformând rocile.

După  condiţiile geologice în care s-au format, rocile se clasifică  în roci magmatice saueruptive, roci sedimentare şi roci metamorfice.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

2/24

   Rocile magmatice, formate prin consolidarea magmei reprezintă  95% din compoziţialitosferei. Conţin cantităţi mari de silicaţi şi mici cantităţi de minerale metalifere. Din această 

categorie fac parte diferite varietăţi de granit, bazalt, etc. Rocile sedimentare s-au format în urma proceselor de distrugere a scoar ţei de către agenţii

externi (apa,aerul) şi sunt reprezentate de : bauxite, argile, nisipuri, gresii, calcar, gips, sare, roci

organogene caustobiolitice (care ard) cum ar fi cărbune, petrol. Rocile metamorfice au rezultat prin transformarea rocilor magmatice sau sedimentare subacţiunea temperaturilor şi presiunilor mari produse în scoar ţa pămîntului. Dintre acestea fac parteşisturile cristaline, mica, cuar ţurile, marmura, etc.

Rocile magmatice, sedimentare sau metamorfice pot fi transformate în roci din altă clasă sau într-o rocă distinctă apar ţinând aceleiaşi clase, prin procese geologice apropriate.

Asocierea mineralelor utile cu minerale de gangă sau steril formează minereurile, din carese pot extrage prin diferite tehnologii, unul sau mai multe metale (minereuri de Fe, Cu,Pb,Zn etc)sau substanţe nemetalifere (minereu de sulf, de grafit, de cuar ţ  etc). Când nu se urmăreştevalorificarea unui element chimic anume, rocile sunt utilizate ca atare sub formă de roci mineraleutile (argile, calcare, etc)

Minereurile pot fi simple, când conţin o singur ă substanţă extractibilă şi valorificabilă saucomplexe când conţin mai multe asemenea substanţe.Acumulările naturale de substanţe minerale utile din care acestea se pot extrage în

anumite condiţii de localizare şi de timp constituie z ăcăminte.

Clasificarea zăcămintelor1. Zăcămintele de substanţe minerale utile se clasifică din punct de vedere al formei în :- z ăcăminte stratiforme, delimitate de plane paralele şi cu dezvoltare mare într-o singur ă 

direcţie. Cărbunii, petrolul şi rocile sedimentare apar în zăcăminte de acestă formă;- zăcăminte  filoniene, formate prin umplerea cu minerale utile a unei fisuri din scoar ţa

 pământului. Sub această  formă  se găsesc în special minereurile de metale neferoase şi unele

minereuri nemetalifere;- zăcăminte de  forme neregulate (depozite, masive), cu dimensiuni aproximativ egale întoate cele trei direcţii ale spaţiului. Sub acestă formă se pot prezintă zăcămintele de minereuri defier, cărbune, sare gemă .

- zăcămintele lenticulare şi sub formă de cuiburi.Din cauza mişcărilor tectonice, zăcămintele pot suferi falieri şi cutări. Straturile cutate

 prezintă păr ţi ridicate (anticlinale) şi păr ţi scufundate (sinclinale). În cazul formării zăcămintelorde petrol, acestea de obicei migrează  din roca mamă  şi se acumulează  între straturi de roci poroase de formă anticlinală.

Valoarea mineralului sau a metalului extras şi concentra ţ ia  lui într-un anumit zăcământsunt factori care determină  economicitatea exploatării acelui zăcământ. Economicitatea este

influenţată  de cererea existentă  pe piaţa mondială. Dacă  cererea creşte şi preţurile urcă  înconsecinţă vor putea fi introduse în exploatare zăcăminte mai sărace; o scădere a preţului duce laînchiderea unor mine care lucrează în condiţii de economicitate redusă, adică cu un profit foartescăzut.

Descoperirea unui nou zăcământ bogat, conţinând un anumit minereu poate face să devină necompetitive respectiv neeconomice exploatări din care se extrag minereuri mai sărace.

Introducerea în exploatare a unui zăcământ specific depinde de asemenea de tipul demineral(e) în care se găseşte metalul dorit deoarece acesta afectează costul extracţiei metalului

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

3/24

  pur. Astfel, trei zăcăminte de fier cu concentraţie egală în metal nu sunt echivalente din punct devedere economic dacă  fierul se găseşte sub formă de oxizi, silicaţi, sau sulfuri.

2. In vederea exploatării în condiţii de eficienţă economică, zăcămintele se clasifică  înfuncţie de volumul rezervelor  în:

-foarte mari, cu rezerve de minereu de peste 30 mil.t;

- mari, cu rezerve de 10-30 mil.t;- mijlocii, cu rezerve de 3-10 mil.t;- mici, cu rezerve de 0,6-3 mil.t,- foarte mici, cu rezerve de 0,1-0,6 mil.t;- speciale, cu rezerve sub 0,1 mil.tIn funcţie de natura zăcământului, forma lui şi cantitatea de rezerve de minereu

exploatabil se stabilesc condiţiile tehnologice de extracţie şi preparare.

Condiţii de exploatare şi valorificare a zăcămintelorCondi ţ iile de exploatare  şi valorificare a zăcămintelor la nivelul de dezvoltare actuală a

tehnicii poartă  denumirea de condi ţ ii industriale  şi însumează  condiţiile de calitate şi de

zăcământ.1. Condi ţ iile de calitate  se definesc cu ajutorul următorilor indicatori principali:conţinutul mediu minim în component util, conţinutul minim extractibil, cantitatea de rezerve deminereu exploatabil.

Conţinutul minim în substanţă minerală utilă de la care exploatarea unui zăcământ devineeconomică are o tendinţă generală de scădere în timp şi variază în funcţie de natura substanţei, de preţul ei, de conjunctura şi necesitatea economică, de condiţiile de localizare, exploatare şi prelucrare etc.

Conţinutul mediu minim reprezintă  cel mai mic conţinut mediu de zăcământ la careminereul poate fi valorificat economic.

Pentru a stabili conţinutul mediu minim al unui zăcământ se face un calculul tehnico-

economic care ţine seama de randamentele medii realizate în procesele de exploatare, preparare, prelucrare, de costul de producţie al produsului, de preţul de vânzare al produsului etc.Con ţ inutul mediu minim, C min , se poate calcula cu formula :

Pe,p x P 1Cmin =     x     , %

(P . η m - Pm ) K e  . mîn care :Pe,p - costul exploatării şi prepar ării,lei/t minereu;P - preţul de vânzare al metalului lingou, lei/t;ηm - randamentul extracţiei metalurgice;

Pm - cheltuieli de prelucrare metalurgică pe unitate de metal în concentrat, lei/t;K e - coeficient de extracţie ( raport între conţinutul minim al minereului care intr ă  la preparare şi cel al zăcământului);m - extracţia în substanţă utilă la preparare;

Pentru câteva minereuri industriale conţinuturile medii minime orientative în componenţiutili sunt prezentate în tabelul 6.1.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

4/24

  Tabelul 6.1. Conţinuturi medii minime în componenţi utili ai unor minereuri

Minereuri Component util principal

Conţinut mediuminereu,%

Componenţiasociaţi

Aurifer Au 2-3 g/t Ag

Argentifer Ag 300 g/t Au,.PbCuprifer Cu 0,2-0,3 Au,Pb,S,Agde plumb Pb 2-4 Zn,Agde zinc Zn 3-5 Pb(Cd,In,Ga)de Pb + Zn Pb + Zn 3-4 Au,Cude fier Fe 20-25 Mn,Ni,V,Tide mangan Mn 15-20 Fede molibden Mo 0,3 Cude aluminiu Al2O3 30-50 V,Ti,Gade nichel Ni 0,2-0,3 Cu,Ptde crom Cr 

2O

330-32 Fe

de wolfram WO3  0,3 Mode staniu Sn 0,3 W,Agde cobalt Co 0,2 Ag,Ni,Bi,± U,Rade titan Ti (ca TiO2) 1 (în aluviuni)    de uraniu U 0,02 Au,V,Code potasiu K 2O 10    

Con ţ inutul minim extractibil   reprezintă  conţinutul de la care minereul nu mai poate fi preparat în condiţii economice conform tehnicii actuale (ex: în cazul concentr ării prin flotaţie,conţinutul minim extractibil este conţinutul de metal în sterilele uzinei de preparare).

2. Condi ţ iile de z ăcământ   se refer ă  la un număr mare de factori cum sunt: grosimeastraturilor de substanţă  utilă  (1 m pentru lignit, 0,3m pentru huilă, câţiva cm pentru minereuriaurifere), adâncimea maximă  de exploatare economică  ( 1500 m pentru huilă, 2000m pentruzăcăminte aurifere, peste 7000 m pentru petrol etc.), proprietăţile fizico-mecanice ale substanţeiutile şi ale rocilor înconjur ătoare, afluenţa de ape şi gaze, comportarea substanţei utile şi a rocilorînconjur ătoare la extracţie, aşezarea geografică, condiţiile de lucru şi de utilare, fluxul de preparare şi fluxul de prelucrare.

Rezerve de zăcământ Zăcămintele care îndeplinesc condiţiile industriale impuse sunt cuprinse  în  grupa

rezervelor de bilan ţ  (RB).

Din rezervele de bilanţ  cea mai mare parte o reprezintă  rezervele exploatabile (RE),  întimp ce rezervele neexploatabile (RN ) sunt rezervele r ămase în lucr ări miniere de protecţie.

Dacă se inmulţeşte valoarea rezervelor exploatabile cu coeficienţii de extracţie cantitativă (randamente de extracţie) se obţin rezervele industriale (RI). 

Zăcămintele care nu întrunesc condiţiile industriale reprezintă rezerve în afar ă de bilan ţ  (RAB).

După gradul de cunoaştere rezervele se înscriu în următoarele categorii:

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

5/24

  -rezerva A, sigur ă, la care se cunoaşte cantitatea, calitatea şi procesul tehnologic devalorificare, la scar ă industrială sau semiindustrială a substanţelor minerale utile conţinute;

- rezerva B,  vizibilă, la care se cunoaşte cantitatea şi unele date privind comportareasubstanţelor minerale utile în procesul tehnologic, realizat la scar ă de laborator.

- rezerve C 1 (probabilă) şi C 2 (posibilă) puţin cunoscute şi a căror apreciere se face prin

comparaţie cu zăcăminte similare.Rezervele de categoria C2 au un caracter prezumtiv, fiind considerate în extinderea unorzăcăminte cunoscute.

Rezervele A + B sau A + B + C1 se planifică şi se raportează  ca rezerve de bilanţ, iarrezervele C2 numai ca rezerve geologice.

În ceea ce priveşte cererea de minerale pe plan mondial în următoarele decenii nu se prevede scăderea sau măcar menţinerea acesteia la nivelul actual. Chiar dacă ţările dezvoltate armicşora cererea de minerale, aceste ţări reprezintă  o minoritate din populaţia mondială. Dacă ţările subdezvoltate isi propun să atingă un standard de viaţă comparabil cu cel al ţărilor puternicindustrializate, vor avea nevoie de mari cantităţi de minerale şi energie. Deoarece cererea nu poate fi stopată, producţia de minerale trebuie să crească sau să se extindă pe alte arii.

Trebuie găsite noi surse de minerale în arii tradiţionale sau netradiţionale, sau trebuieintrodusă o strictă gestionare şi conservare a rezervelor existente.

6.2. Etapele valorificării zăcămintelor

6.2.1.  Lucrări geologice pentru punerea în evidenţă azăcămintelor de substanţe minerale utile

 Lucr ările geologice  reprezintă  lucr ările de cercetare efectuate cu scopul de a găsizăcăminte, a le stabili parametrii, condiţiile de zăcământ şi rezervele.

Lucr ările geologice cuprind un ansamblu de lucr ări denumite prospectare  şi explorare.

1. Prospectarea urmăreşte localizarea unui zăcământ, prin efectuarea de lucr ări geologice,geochimice şi geofizice. Lucr ările geologice analizează  structura petrografică  a rocilor de lasuprafaţă sau de la mică adâncime. Lucr ările geochimice analizează compoziţia chimică a rocilorextrase, iar lucr ările geofizice măsoare abaterile diferitelor proprietăţi fizice ale rocilor faţă  devalorile obişnuite ale câmpului terestru.

Se delimitează  ariile în care se presupune existenţa unor zăcăminte, se inventariază  prezenţa acestora şi a fenomenelor însoţitoare împreună cu datele geologice, ceea ce reprezintă cartarea geologică. In această  fază  se întocmesc hăr ţile geologice care furnizează date privindzonele de perspectivă.

In faza următoare, pentru detalierea datelor geologice se fac lucr ări de suprafaţă, dezvelirişi şanţuri în scopul întâlnirii substanţei minerale utile. Se execută  măsur ători geofizice şi

geochimice pentru a stabili constituţia şi structura zonelor de adâncime, se sapă puţuri mici decercetare, galerii scurte de coastă, foraje de referinţă. M ă sur ătorile geofizice  urmăresc stabilirea valorii unor mărimi fizice cum ar fi:

acceleraţia gravitaţiei (metodă  gravimetrică), câmpul magnetic terestru (metodamagnetometrică), proprietăţile eletrice ale rocilor ( metoda electrometrică), efectul produs desubstanţe radioactive (metoda radiometrică), unda seismică  produsă  experimental (metodaseismometrică), emisia de radiaţie termică  (teledetecţia în infraroşu). Abaterile (anomaliile )locale conduc la concluzii privind compoziţia, adâncimea, direcţia diferitelor zăcăminte.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

6/24

   M ă sur ătorile geochimice  realizate la suprafaţă  şi în subteran ofer ă, prin studiulcompoziţiei chimice a rocilor o imagine asupra contaminării rocilor prin migrarea sau

transportul anumitor elemente, conturează zone de concentraţie a unor metale în anumite regiun.De obicei, prospecţiunea nu stabileşte existenţa certă a unui zăcământ şi deci nu justifică 

investiţii importante şi lucr ări miniere costisitoare. Prin prospecţiunea geologică  se urmăreşte

aprecierea rezervelor de categoria C2 , uneori şi a celor de categoria C1 .2. Explorare. Pe baza datelor prospecţiunii se trece la explorarea preliminar ă, fază princare se determină potenţialul unui zăcământ sau a unei por ţiuni de zăcământ. Acest lucru se poaterealiza prin metoda direct ă  care cuprinde lucr ări sistematice după  reţele uniforme şi / sau cu puncte de interceptare, fie prin metoda indirect ă care constă  în formularea unei ipoteze privindextinderea zăcământului, bazată  pe argumente geologice şi întocmirea proiectului de explorarecare să verfice ipoteza prin lucr ări de interceptare.

Deoarece necesită  un volum important de lucr ări grele, explorarea reprezintă  o fază constisitoare şi de durată.

Prin explorare preliminar ă  se determină  parametrii de bază  pentru studiul tehnico-economic de etapă care va furniza datele necesare programării exploatării în linii generale.

Prin explorarea de detaliu  se urmăreşte clarificarea detaliilor şi pregătirea începeriiexploatării precum şi programarea extracţiei.Prin lucr ările de explorare preliminar ă se urmăreşte de obicei, promovarea de rezerve la

categoria C1 , iar prin cele de exploatare de detaliu promovarea de rezerve la categoriile C1 şi B. Explorarea de extindere se execută când zăcământul este în curs de exploatare şi justifică 

economic creşterea rezervelor sau în scopul înlocuirii rezervelor exploatate pentru menţinereacapacităţii de producţie sau a creşterii acesteia.

6.2.2. Metode noi folosite în explorarea zăcămintelor

Este probabil faptul că majoritatea zăcămintelor minerale situate la adâncime mică sau în

locaţii uşor accesibile au fost deja descoperite.De aceea, în explorarea zăcămintelor minerale se folosesc metode de explorare la distanţă din ce în ce mai sofisticate. Aceste metode se bazează  pe detectarea, înregistrarea şi analizaundelor de energie transmise cum sunt lumina vizibilă şi radiaţiile infraroşii.

Fotografierea aeriană şi imaginile transmise de sateliţi reprezintă astfel de exemple.Explorarea de la distanţă, în special prin folosirea sateliţilor este o modalitate rapidă  şi

eficientă  de scanare a unor arii extinse, de examinare a unor regiuni cu o topografie atât dedificilă, sau un climat atât de ostil încât nu pot fi explorate direct de om sau folosind vehiculeterestre, precum şi a unor arii al căror acces este limitat din motive politice. Probabil cei mai binecunoscuţi şi eficienţi sateliţi artificiali din această  categorie sunt cei devenţi operaţionali după 1972 denumiţi Landsat. Aceştia pot transmite imagini ale oricărei suprafeţe a Terrei. Fiecare

satelit acoper ă într-o zi 14 orbite, iar acoperirea întregii suprafeţe a pământului se realizează în 18zile.Sateliţii nu realizează fotografii în sensul clasic al cuvântului. Sunt deosebit de sensibili la

anumite lungimi de undă din spectrul vizibil şi infraroşu. Diferite plante, roci şi soluri reflectă diferite propor ţii ale radiaţiei de diferite lungimi de undă. De exemplu aceeaşi varietate de plante poate reflecta radiaţii diferite ale spectrului dacă a absorbit anumite urme de elemente aflate însubstrat.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

7/24

  Câteva aplicaţii ale studiului cu sateliţi Landsat sunt: - realizarea hăr ţilor geografice de bază;- identificarea structurilor geologice şi explorarea resurselor. Această tehnică este deosebitde utilă  când se pot obţine şi r ăspunsuri directe de pe teren, adică  prin examinarea directă  asuprafeţei. De asemenea, imaginile Landsat ale unor regiuni inaccesibile pot fi comparate cuimaginile altor regiuni cartate şi de pe care au fost luate probe în mod concret astfel încât

asemănările între caracteristici să sugereze aspectul geologic al regiunii respective.De asemenea, studiile geologice recente au impulsionat explorarea zăcămintelor deminerale. Dezvoltarea teoriei plăcilor tectonice i-a ajutat pe geologi să  recunoască  tipuri particulare de zăcăminte situate pe marginea plăcilor şi apariţia lor în alte zone geografice.

Dacă  se ştie că  un zăcământ cu o anumită  compoziţie apare aproape de marginea unuicontinent, zăcăminte similare ar putea fi gasite la marginea corespunzăoare a altui continent,care a fost cândva unit cu primul.

Astfel de concluzii au condus la aprecierea că  în Antarctica s-ar putea găsi minereurivaloroase din punct de vedere economic.

O deosebită  atenţie este acordată  căutării de zăcăminte minerale în locaţiineconvenţionale. . Astfel apa mării conţine practic toate elementele chimice. Pentru a extrage

mici cantităţi de metal cum sunt cuprul şi aurul ar trebui prelucrate mari cantităţi de apă sărată.Costurile ar fi foarte ridicate, mai ales că  nu sunt încă  puse la punct tehnologii de extracţieselectivă şi eficientă a anumitor metale.

Mai interesante din punct de vedere economic sunt unele zăcăminte minerale marine.Zăcămintele hidrotermale care se formează  pe fundul mărilor reprezintă  o sursă  de

metale si nemetale care poate deveni interesantă. Nămolurile bogate în metale ale Mării Roşiiconţin o concentraţie interesantă de metale ca plumb, zinc, cupru astfel încât explorarea acestoratinde să devină economică.

Probabil cea mai extinsă resursă minerală marină şi cea mai frecvent luată în considerareca resursă  practică  în viitorul apropiat o reprezintă nodulii de mangan. Aceştia sunt bulgări cudiametrul de circa 10 centimetrii compuşi în majoritatea din minerale de mangan. Conţin de

asemenea, cantităţi mai mici de cupru, nichel, cobalt, platină  şi alte metale. Desigur valoareaacestor metale reprezintă o motivaţie mai puternică pentru exploatare decât manganul însuşi . Nodulii de mangan se găsesc în apele de mare adâncime. Actualmente, costul recuper ării

acestor noduli este foarte ridicat în comparaţie cu metodele de minerit terestru, iar problemeletehnice legate de extragerea lor de sub kilometrii de apă salină r ămân înca nerezolvate .

6.2.3. Exploatarea zăcămintelor de substanţe minerale utile solide

Lucr ările de exploatare minier ă se desf ăşoar ă într-o anumită succesiune.1.Lucr ările de amenajare la suprafaţă. In această fază se construiesc drumuri de acces,

clădiri şi instalaţii anexe, se execută defrişări, asanări, demolări, se realizează dotarea cu utilaje

etc. 2.  Lucr ările de deschidere  asigur ă  căile de acces la zăcământ şi legătura acestuia cuexteriorul în vederea desf ăşur ării activităţii de exploatare.Alegerea metodei de deschidere trebuiesă ia în considerare următorii factori principali: condiţiile de calitate şi de zăcământ, capacitateade producţie şi echipamentul de exploatare, asigurarea eficienţei maxime pe întreaga durată deexploatare.

Deschiderea unui zăcământ implică un sistem complex de lucr ări miniere (galerii, planeînclinate, puţuri etc), instalaţii şi echipamente.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

8/24

  3.  Exploatarea  se realizează  la suprafaţă, (la zi) în carier ă, sau în subteran, în mină. Exploatarea în carier ă se aplică atunci când zăcământul se găseşte aproape de suprafaţă 

şi pentru a ajunge la el sunt necesare doar lucr ări simple de îndepărtare a stratului de sterilsuperficial (decopertare), sau prin să pare de tranşee.

In ţara noastr ă, circa 45% din producţia de substanţe minerale utile se obţine în cariere

( 80% din cărbunii bruni, 50% din minereurile metalifere etc).Exploatarea la zi prezintă mari avantaje cum ar fi: costul exploatării de 2-3 ori mai scăzut, productivitatea muncii de 3-5 ori mai mare, riscul de accidente de 7-8 ori mai mic, dar depinde decondiţii climatice şi meteorologice şi afectează echilibrele ecologice în zonă.

 Exploatarea în subteran se aplică  zăcămintelor de minereuri şi cărbuni aflate la mareadâncime.

Principalele metode de deschidere a zăcămintelor subterane sunt următoarele:- cu galerii de coastă, care se practică atunci când stratele sunt aproape de suprafaţa şi

relieful este accidentat. Metoda s-a aplicat în Valea Jiului pentru deschiderea unor zăcăminte delignit, de minereuri neferoase la Baia Mare ş.a.;

- cu plane înclinate, atunci când stratele prezintă înclinare mică, sub 300 . Amplasarea se

 poate face deasupra sau sub strat. Metoda este larg r ăspândită şi se foloseşte pentru deschidereastratelor împreună cu metoda galeriilor de coastă;- cu puţuri, mai ales din stratele ce se găsesc la adâncime mare sau cu înclinare mare.

Metoda este aplicată pentru cărbuni, minereuri feroase şi neferoase.În fig. 6.1 este prezentată o secţiune verticală printr-o mină.

Fig.6.1. Secţiune printr-o mină de cărbuni

In cadrul lucr ărilor de deschidere a unei mine se execută  pu ţ uri  (excavaţii verticale desecţiune mare pentru transportul oamenilor, materialelor sau pentru aerisirea) şi  galerii.Totalitatea galeriilor diontzr-un plan formează un orizont .

Intre două orizonturi (50-150 m) se află etajul de exploatare, din care o por ţiune de formă  pătrată  sau dreptunghiular ă  delimitată  de galerii direcţionale poartă  numele de  panou de exploatare cu lungime între 50 -100 m. Legătura dintre orizonturi se face prin suitoare (careserveşte la circulaţia personalului, transportul materialelor etc), plane înclinate (suitoare de

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

9/24

  dimensiuni mari) şi rostogoale care servesc la evacuarea materialului excavat de la un orizontsuperior la unul inferior. Din suitoare se desprinde abatajul (locul de muncă) alcătuit din vatr ă,

 pereţi laterali, coperiş şi front de lucru. Lucr ările de preg ătire preced punerea în exploatare a zăcământului şi constau, în cazul

carierelor, din amenajarea fronturilor de lucru (şantiere de abataj) în formă de trepte sau de terase

(bernă), care asigur ă un randament ridicat de exploatare. În cazul minelor se execută împăr ţireazăcământului în orizonturi şi panouri în vederea asigur ării fronturilor de lucru.4.  Lucr ările de abataj  sau de extrac ţ ie  urmăresc extragerea substanţei minerale utile

conform unei anumite metode de exploatare.Dintre metodele de exploatare a cărbunilor în subteran, în ţara noastr ă  s-a dezvoltat

metoda de abataje cu front lung , care este mecanizată complex. Se utilizează o maşină  specială denumită  combină  care se deplasează de-a lungul frontului de lucru şi cu ajutorul unor discurirotative prevăzute cu cuţite taie cărbunele şi îl încarcă pe o bandă transportoare. Este asigurată susţinerea mecanizată  a tavanului şi deplasarea maşinii în spaţiul creat în urma desprinderiicărbunelui.

Când stratele cu substanţă  minerală  utilă  au formă  neregulată, cu grosimi variabile se

aplică metoda de exploatare cu camere în sens ascendent sau descendent. Productivitate este însă redusă.Alta metodă  aplicabilă  la zăcăminte constituite din roci stabile şi rezistente constă  în

înmagazinarea minereului excavat şi evacuarea lui după exploatarea întregului panou.Pentru exploatarea filoanelor din roci moi şi instabile se aplică metoda de exploatare cu

rambleierea spaţiului excavat imediat după extracţie.5. La exploatare se mai execută  şi lucr ărilor speciale, care includ lucr ările de aeraj,

(ventilarea şi condiţionarea aerului) necesare datorită  existenţei gazelor de zăcământ şi atemperaturilor ridicate în subteran precum şi lucr ările de evacuare a apelor (pomparea la exteriora pânzelor de apă subterane), lucr ările de întreţinere etc.

In cadrul minelor şi carierelor trebuie să fie asigurată :

- o deschidere raţională  şi o exploatare care să  permită  extracţia unei cantităţi cât maimari din rezervele existente, cu eficienţă economică maximă ;- protecţia muncii pentru personalul exploatării (pericol de surpări, prezenţa gazului

metan şi apelor, posibilitatea de autoaprindere a cărbunilor etc);-funcţionarea corectă a instalaţiilor anexe (aeraj, transport, evacuarea apelor).La deschiderea şi punerea în exploatare a unui zăcământ se stabileşte prin calcule tehnico-

economice capacitatea optimă  de producţie determinată  în funcţie de rezerve, de condiţiile dezacamânt, de gradul de înzestrare tehnică, de necesităţile economiei naţionale şi în special deeficienţa economică maximă.

Pentru un anumit nivel de rezerve (R), capacitatea de producţie (P) a minei estecondiţionată de durata de exploatare (T):

P = R/T (t/an )

Tinând seama că amortizarea investiţiilor se face cu o cotă de cca 5-20 %, în funcţie demărimea minei se estimează durata optimă de activitate : 10- 40 ani pentru o mină mică, 50-60ani pentru o mină mare etc.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

10/24

  6.2.4. Indicatori tehnico-economici la exploatarea substanţelor minerale utile solide

Pentru aprecierea modului de desf ăşurare a lucr ărilor de exploatare a zăcămintelor desubstanţe minerale utile şi a eficienţei economice se folosesc o serie de indicatori tehnico-economici .

 Indicatori de mecanizare ai operaţiilor miniere:

a) gradul de mecanizare a extrac ţ iei Em :m3 excavat mecanic

Em =    × 100m3 totat excavat

Pentru exploatările de cărbune din ţara noastr ă acest indicator este de 93-100%. b) gradul de mecanizare a transportului Tm 

t transportate mecanicTm =     x 100

t transportate în total

Pentru exploatările de cărbune din ţara noastr ă, indicele de mecanizare a transportuluisubteran este de 93-95%.

 Randamentul de abataj este unul dintre cei mai importanţi indicatori specifici ai industrieiminiere:

t minereu extrasrandament abataj =     x 100

loc de muncă care ilustrează nivelul atins de productivitatea muncii în sectorul minier.

Dintre indicatorii de consum mai importanţi sunt : consumul specific de exploziv în abataj( Ce); consumul specific de material de armare (Cm); consumul specific de energie electrică (Cw);

consumul specific de aer comprimat ( C  a)Aceşti indicatori se calculează prin raportare la tona de material extras şi trebuie să  se

înscrie în normele prescrise, conform specificului exploatării.

6.3 . Prepararea substanţelor minerale utile solide.

Deoarece, în general condiţiile de calitate impuse materiilor prime necesare industriilorchimică, metalurgică, a materialelor de construcţii etc. nu sunt îndeplinite de substanţele mineraleutile extrase din zăcământ este necesar ă realizarea unor operaţii de preparare.

Alegerea variantei optime a tehnologiei de preparare a unei substanţe minerale utile ţinecont de compoziţia, constituţia şi gradul de asociere al minereurilor utile cu cele sterile şi se

efectuează  pe baza unor date tehnice (conţinuturi, randamente etc) şi a unor date economice(valoarea concentratelor, preţuri etc).

Valorificarea complexă  şi completă  a substanţei minerale utile se face pe sorturiindustriale şi cu recuperarea tuturor componenţilor utili, principali şi secundari.

Substanţele minerale utile pot fi preparte prin metode fizice şi fizico-chimice.Din punct de vedere al scopului urmărit opera ţ iile de preparare pot fi operaţii de :a)- modificare a granulaţiei substanţelor minerale;

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

11/24

   b)- ameliorare a conţinutului în component util sau a compoziţiei chimico-mineralogice asubstanţelor minerale ( concentrare).

Operaţiile de modificare a granula ţ uiei sunt :- mărunţire care realizează  în mai multe trepte reducerea dimensiunilor substanţelor

minerale sub acţiunea unor factori mecanici;

- clasarea, care realizează  separarea unui material cu granulaţie neomogenă  în clase cuspectru granulometric mai omogen,- aglomerarea materialelor mărunte în bucăţi, prin procedeea mecanice cum ar fi: -

 brichetarea şi peletizarea, realizate sub acţiunea unor for ţe exterioare, cu sau f ăr ă  lianţi; prin procedee fizico-chimice cum ar fi sinterizarea aplicată  minereurilor sau semicocsificarea şicocsificarea aplicată cărbunilor.

Operaţiile de concentrare urmăresc creşterea conţinutului în minerale utile prin separarea pe specii minerale, îndepărtarea componenţilor dăunători din substanţa minerală utilă.

6.3.1 Mărunţirea

Prin operaţiile de mărunţire se urmăreşte fie dezasocierea compuşilor minerali aiminereurilor în scopul separ ării şi concentr ării lor în substanţă utilă, fie obţinerea unei anumitedistribuţii granulometrice şi suprafeţe specifice materialului necesar unui proces tehnologic.Mărunţirea se realizează în trepte, caracterizate prin raportul de reducere a dimensiunii bucăţilorcare intr ă faţă de cele care ies, numit şi grad de mărun ţ ire şi notat cu n.

Dn =    

dunde D şi d sunt diametrele medii ale materialului înainte şi respectiv după mărunţire.

Reducerea dimensiunilor materialului se realizează  în trei trepte suscesive şi anume,concasare, granulare  şi măcinare.

Cînd operaţia are loc în mai multe trepte, gradul de mărunţire final nf   este dat de relaţia :nf  = n1 . n2 . n3în care n1, n2, n3 reprezintă gradul de mărunţire corespunzător fiecărei trepte.Gradul de mărunţire variază între 2-8 pentru concasare şi 5- 50 pentru măcinare .Datorită  consumului mare de energie, mărunţirea este cea mai costisioare dintre

operaţiile de preparare mecanică, cheltuielile ajungând la o pondere de 45% din total, în timp ceinvestiţiile reprezintă 60% din total.

Operaţiile de mărunţire se realizează în mediu uscat sau umed şi depind de factori cumarfi : dimensiunea iniţială  a particulelor şi proprietăţile fizico-mecanice respectiv duritatea,elasticitatea , umiditatea materialului etc.

Utilajele de mărunţire (fig.6.2) pot acţiona prin compresiune şi frecare între suprafeţesolide (concasoare cu f ălci , granulatoare ,concasoare cu valţuri) şi prin lovire pe o suprafaţă 

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

12/24

  solidă  (mori cu ciocane, mori cu impact). Granularea se realizează  de obicei, în granulatoare

giratorii.

.a) concasor cu f ălci d) granulator giratoriu

 b) concasor cu valţuri .d) moar ă cu ciocane.

Fig. 6.2. Utilaje de concasareşi granulare

Operaţiile de mărunţire se realizează  în mori cilindrice sau conice, cu corpuri desf ărâmare în formă de bare, bile sau chiar bulgări din minereu, în cazul măcinării autogene.

 Moara autogenă lucrează pe principiul că însuşi bulgării de minereu reprezintă corpurilede măcinare a minereului. Acest tip de măcinare prezintă  avantajul eliminării operaţiilor preliminare de mărunţire, a unei investiţii iniţiale mai mici şi a unor costuri de exploatare maiscăzute.

Deoarece procesul de mărunţire prezintă  o deosebită  importanţă  la preparareaminereurilor şi cărbunilor, iar randamentul energetic este foarte scăzut (1%) se urmăreşte găsireaunor noi soluţii, mai avantajoase din punct de vedere tehnologic şi economic. Se fac cercetări

 pentru a pune la punct metode noi de măcinare: la turaţii supracritice, cu adaus de agenţi fizico-chimici, utilizând energii nemecanice cum ar fi măcinarea termică, prin detentă, cu oscilaţiielectromagnetice, ultrasunete, laseri etc, noi utilaje de măcinare, corpuri de măcinare dinmateriale nemetalice etc.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

13/24

  6.3.2 Clasarea

Operaţia de clasare poate fi volumetrică când separarea în clase granulometrice şi uneori pe sorturi de constituienţi a granulelor se realizează după volum, prin cernere pe gr ătare, ciururisau site şi gravita ţ ional ă când separarea are loc pe baza diferenţei între vitezele limită de cădere a

granulelor de material de diferite mărimi aflate într-un fluid ( apă sau aer).Clasarea volumetrică se realizează prin alimentarea materialului pe suprafaţa de ciuruire, pe care este f ăcut să  circule; granulele mai mari decât ochiurile ciurului r ămân pe suprafaţaacestuia şi reprezintă refuzul (R) iar cele cu dimensiuni mai mici trec prin ochiurile utilajului şireprezintă trecerea (T).

Cernerea este influenţată  de factori ca: umiditarea, forma granulelor, compoziţiagranulometrică, tipul de utilaj, condiţiile de lucru etc. Ciururile pot avea suprafaţa de clasareorizontală sau înclinată, fixă sau mobilă (oscilante,vibrante etc).

Clasarea se poate realiza prin trei metode: prin trecere, prin refuz şi mixtă  care îmbină avantajele celorlalte două metode. În fig.6.3. este prezentat principiul clasării mixte.

Fig. 6.3. Metoda de clasare volumetrică  mixtă. 

Clasarea gravita ţ ional ă  se aplică materialelor mărunte cu dimensiuni sub 3 mm, atuncicând clasarea volumetrică nu mai dă randament satisf ăcător.

In principiu, un material solid, constituit dintr-un amestec neomogen din punct de vederedimensional şi antrenat de un fluid aflat în mişcare se va separa în funcţie de dimensiunea particulelor sub acţiunea mai multor for ţe :

- for ţa de frecare care va fi cu atât mai mare, cu cât particulele sunt mai fine;- for ţa de atracţie gravitaţională care va fi diferită funcţie de masa particulei (G = mg).

Principiul separ ării gravitaţionale este prezentat în fig.6.4.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

14/24

 

a, b, c, d = clase granulometrice de materialFig. 6.4. Clasor pneumatic în curent orizontal de aer.

Separarea gravitaţională  poate fi realizată folosind drept fluid aer sau apă. În practică seutilizează clasoare pneumatice, camere de despr ăfuire, cicloane precum şi hidrocicloane de mareeficacitate. Astfel de utilaje sunt integrate de obicei în structura unor instalaţii de mărunţire, pentru evacuarea materialului suficient mărunţit şi pentru evitarea antrenării de către gazeleevacuate dintr-o instalaţie, a pulberilor solide, în atmosfer ă.

6.3.3. Concentrarea minereurilor

Concentrarea  este operaţia finală  de preparare a minereurilor, realizată  în scopulîmbogăţirii în component util  prin îndepărtarea unei păr ţi din steril..

Importanţa tehnico-economică a concentr ării rezidă în :- asigurarea condiţiilor optime de prelucrare a materiilor prime;- reducerea cheltuielilor de prelucrare (de exemplu : obţinerea fontei din minereu de fier

îmbogăţit reduce consumul de cocs şi fondanţi în furnal) şi transport;- asigurarea calităţii produselor.Concentrarea se bazează pe diferenţa dintre anumite proprietăţi fizico-chimice ale utilului

şi sterilului în minereu: aspect, culoare, susceptibilitate magnetică, densitate, proprietăţi

superficial active. Se realizeză prin diferite metode : manual, magnetic, hidrogravitaţional, prinflotaţie.

Concentrarea gravitaţională  se poate realiza în diferite variante : cu maşini de zetaj, înmedii dense, în curent de apă. Separarea speciilor minerale se realizează atunci când dimensiunea particulelor este apropiată  şi densităţile diferite şi este precedată  de clasarea volumetrică  amaterialului.

 Ze ţ ajul  se aplică la concentrarea minereurilor cu dimensiunea granulelor sub 40 mm şi acărbunilor sub 150 mm (maşinile moderne permit şi concentrarea materialului mărunt, până  la0,15 mm). Materialul de concentrat se alimentează pe sita maşinii şi se va stratifica în funcţie degreutatea specifică a granulelor, datorită acţiunii apei, împinsă de un piston. În cazul prepar ăriicărbunilor, sterilul mai dens se va găsi pe ciur iar cărbunii deasupra, iar la minereuri, sterilul mai

uşor se stratifică peste granule de substanţă minerală utilă.Concentrarea în medii dense foloseşte pentru separarea mineralelor un mediu lichid dens,

(o suspensie) cu greutatea specifică cuprinsă între cele ale substanţelor de separat. Mineralele cugreutate specifică mai mică decât cea a mediului plutesc la suprafaţa lui, pe când cele cu greutatespecifică mai mare cad la fundul aparatului.

 Flota ţ ia  reprezintă  metoda de concentrare bazată  pe diferenţa dintre proprietăţilesuperficiale de umectare a mineralelor. Există minerale hidrofobe (nu se udă) cum sunt :grafitul,huilele, sulful, sulfurile metalice, care prezintă flotabilitata naturală; cele mai multe minerale însă 

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

15/24

  (oxizi, silicaţi, sulfaţi, carbonaţi) sunt hidrofile  (usor umectabile) astfel încât pentru a le puteaflota este necesar ă modificarea proprietăţilor lor superficiale prin adăugarea unor reactivi.

Aceşti reactivi pot fi colectori, spumanţi şi modificatori. Colectorii  confer ă mineralelorcaracterul hidrofob necesar ader ării granulelor la bulele de aer şi ridicarea lor la suprafaţatulburelii. Spuman ţ ii  sunt substanţe organice, care ajută  la scăderea tensiunii superficiale a

lichidului, în vederea menţinerii bulelor de aer. Cei mai utilizaţi reactivi spumanţi sunt : uleiul de pin, flotanolul, acoolii superiori alifatici, fenolul, crezolul etc. Reactivii modificatori  pot fi activanţi, depresanţi sau regulatori de pH, favorizând sau

inhibând acţiunea colectorilor şi uneori a spumanţilor.Minereul fin măcinat este alimentat în celula de flotaţie sub formă de tulbureală cu 45 %

substanţă  solidă, la care se adaugă  reactivii necesari. Mineralele hidrofobe vor fi colectate înspumă, iar cele hidrofile r ămân la baza celulei de flotaţie.

Maşinile de flotaţie (celule) pot fi cu agitare mecanică sau cu agitare pneumatică.Maşinile cu agitare mecanică sunt formate din mai multe celule identice dispuse în serie

care comunică între ele, si care sunt prevăzute cu agitator mecanic ( fig. 6.5)

Fig. 6.5. Celulă de flotaţie

Pentru oţinerea unor concentrate suficient de bogate şi a unor sterile care să conţină câtmai puţină substanţă utilă se folosesc circuite (scheme) de flotaţie. O schemă  posibilă  de fluxtehnologic pentru prepararea unui minereu complex este reprezentată în fig. 6.6.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

16/24

 

Fig.6.6. Schema de flux pentru prepararea prin flotaţie a unui minereu complexIn cazul minereurilor complexe  flotaţia poate fi:  selectivă, când se flotează  succesiv

diferite minerale utile obţinându-se concentrate individuale, sau colectivă  când concentrateleconţin mai multe minerale.

6.3.4. Indicatori tehnico-economici ai operaţiilor de preparareCalculul indicatorilor tehnico economici ai operaţiilor sau utilajelor de preparare se

 bazează pe determinarea cantităţilor de material tratate şi obţinute, a conţinuturilor în substanţă utilă  (mineral sau metal) în cazul minereurilor sau în substanţă sterilă  (cenuşă) la cărbuni şi secalculează periodic (schimb, zi , lună, trimestru, an).

In cazul obţinerii unui singur concentrat (minereul conţine un singur metal) se poate scrieun bilanţ:

- cantitativ al operaţiei A = B + CAa Bb Cc

- calitativ, în metal     =     +    100 100 100

Aα  Bβ  Cγ 

-calitativ,în mineral util     =     +    100 100 100

în care :A- cantitatea de minereu brut;tB- cantitatea de steril, tC- cantitatea de concentrat,ta- conţinut de metal în minereu brut, %

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

17/24

   b - conţinut de metal în produs steril, %c - cantitatea de metal în concentrat, %α - conţinut de mineral util în minereu brut, %β  - conţinut de mineral util în steril, %γ  - conţinut de mineral util în concentrat,%

 Extrac ţ ia cantitativă sau extracţia de concentrat , v se determină cu relaţia :Cv =     x 100 , %

A

 Extrac ţ ia în metal , sau procentul de metal în concentrat, m este :C . c

m =     x 100 , %A . a

 Randamentul prepar ării,  η este :

v (c - a )η  =     x 100 , %

α(k - a)

în care : k este conţinutul de metal în mineral utilRandamentul are valori cu atât mai mari cu cât se extrage mai mult mineral util din

minereul brut (m este mare) şi concentratul conţine mai puţin steril.Gradul de îmbogăţire i, reprezintă  creşterea conţinutului de metal sau mineral util în

concentrat faţă de minereul bruti = c ⁄  a = γ  ⁄  α.

Raportul de concentrare n este dat de relaţia n = A ⁄  C.In cazul prepar ării minereurilor complexe se calculează în acelaşi mod indicatorii pentru

2,3 sau n concentrate.Preparabilitatea minereurilor complexe se apreciază  în funcţie de selectivitatea S a

 procesului de preparare:S = 100 - ∑mmin ,

în care ∑mmin este suma extracţiilor minime de metal în concentrate şi în sterile.Costul maxim admisibil p, la prepararea unui minereu se poate calcula considerând un

 procedeu integrat de exploatare, preparare şi prelucrare metalurgică, astfel : pe,p

 p =    ( K + 1 - ∆min) , lei / t minereuηm . a

în care: pe,p - costul exploatării şi prepar ării, lei/t;ηm - coeficientul de extracţie a metalului la prelucrarea metalurgică;

 p2 K =   

 p1 

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

18/24

  unde p2 - costul transportului şi prelucr ării metalurgice a concentratului , lei / t p1 -∆min - valoarea minimă a expresiei :

i + K . v∆min =    

i . vDacă o variantă tehnologică de preparare conduce la obţinerea unui cost mai scăzut decâtcel calculat astfel, varianta este considerată optimă.

6.4 Exploatarea zăcămintelor de petrol şi gaze

In vederea extragerii petrolului este necesar ă  pătrunderea în zăcământ printr-o suită  delucr ări denumite foraj. Prin foraj se realizează o sond ă, respectiv un puţ cu adâncime mare ( până la 10000 m) şi diametru mic ( până la 450 mm). Forajul se poate executa pentru explorare ( sondă de explorare) sau pentru extracţie (sondă de exploatare). Din considerente economice, deoarececca 50% din costul de producţie al ţiţeiului reprezintă cheltuieli f ăcute cu forajul de explorare, se

urmăreşte ca cea mai mare parte din sondele de explorare să devină productive. Acest dezideratse realizează la noi în ţar ă în propor ţie de 75%. Se consider ă raţională amplasarea sondelor careasigur ă cel mai scăzut cost al producţiei la un factor de recuperare cât mai mare. Pentru a obţinecostul cel mai scăzut se urmăreşte realizarea celei mai ridicate producţii de ţiţei cu cheltuieliminime.

Problema poate fi rezolvată în două variante:a) se dă valoarea medie a producţiei curente şi se cere ca amplasarea sondelor să se facă 

astfel încât cheltuielile să  fie minime. Cunoscând nivelul mediu al producţiei de ţiţei Qmed şiimplicit timpul de exploatare se urmăreşte realizarea extracţiei cu un număr minim n de sonde. Inacest fel se obţin producţii maxime pe fiecare sondă Qmed /n, productivitatea maximă a sondei şicea mai eficientă utilizare a acesteia. Se obţine deci minimizarea costului de producţie.

 b) se dă  valoarea resurselor materiale  (cheltuieli globale, investiţii) şi se cere caamplasarea sondelor să  se facă  astfel încât producţia curentă  să  fie maximă.Se dă  numărul desonde şi se cere ca amplsarea lor să  se realizeze astfel încât să  se obţină  timpul minim deexploatare a sondelor şi deci nivelul maxim al producţiei curente. Şi în această  variantă  suntsatisf ăcute cerinţele privind valoarea maximă  Qmed/n  ,  eficienţa maximă  a utilizăii sondelor şicostul minim.

In cazul regimurilor de exploatare cu energie de zăcământ, uniform distribuite pesuprafaţa productivă (zăcăminte cu regim de gaze dizolvate etc.) rezultatele optime se obţin prinamplasarea uniformă a sondelor după o re ţ ea triunghiular ă sau pătratică. In cazul regimurilor deexploatare a zăcămintelor uniforme cu împingere de apă sau gaze, problema amplasării sondelora fost modelată obţinându-se formule şi nomograme cu care se pot realiza  scheme ra ţ ionale de

amplasare.

Punerea în exploatare a sondelorLa extracţia ţiţeiului se aplică  forajul rotativ, care realizează excavarea rocii prin rotirea

şi apăsarea sapei pe fundul găurii de sondă. Viteza optimă  de rotaţie a sapei este de 200-300rot/min, iar apăsarea axială pe sapă de 109 N/m2. Antrenarea sapei se poate face de la suprafaţă,folosind:

-  masă rotativă (Rotary) şi o coloană de pr ă jini de foraj;

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

19/24

  -  turbină (sistem turbobur);-  motor scufundat (sistem electrobur).

Schema unei instalaţii de foraj este prezentată în fig.6.7.

Fig.6.7. Schema unei instalaţii de foraj rotativ

Pentru  punerea în exploatare a unei sonde sunt necesare:a)- lucr ări de amenajare care includ : construirea drumurilor de acces, să parea beciului

sondei, montarea turlei de foraj, realizarea construcţiilor şi instalaţiilor anexe etc. Turla de forajreprezintă  o construcţie metalică  cu înălţimea de 25-60 m, care se montează  la gura sondei

 pentru a susţine dispozitivele de manevr ă ale garniturii de foraj, coloana de burlane etc. b)- lucr ări de foraj care includ: să parea sondei şi eliminarea detritusului (roca sf ărâmată 

 prin rotirea şi înaintarea sapei) cu ajutorul noroiului de foraj, tubarea sondei, cimentarea burlanelor, operaţii speciale etc.

 Noroiul de foraj  este o suspensie de argilă  în apă, care mai conţine şi alte substanţe.Îndeplineşte mai multe funcţii şi anume : elimină detritusul scoţându-l la suprafaţă, r ăceşte sapacare se roteşte, asigur ă  contrapresiunea necesar ă  pentru a împiedica erupţia liber ă  a ţiţeiului,colmatează  pereţii sondei (prin depunerea unui strat de argilă) consolidându-i, lubrifiază garnitura de foraj, iar în cazul for ării în sistem turbobur reprezintă  elementul de acţionare. Incazul forajului cu masă Rotary debitul noroiului de foraj este de 20-30 l/s.

Tubarea sondei constă în introducerea unei coloane de burlane metalice ( cu lungimea de6-8 m şi diametrul (114 - 478 mm) pe toată adâncimea găurii de sondă sau numai pe por ţiuni, învederea consolidării pereţilor şi izolării stratelor de ape freatice sau ţiţei.

Cimentarea sondelor se face prin injectarea unei suspensii de ciment în spaţiul dintre peretele puţului şi coloana de burlane.

Opera ţ iile speciale sau  instrumenta ţ iile  se execută  pentru remedierea accidentelorsurvenite în timpul forajului: ruperea pr ă jinilor, deformarea coloanei de burlane, înţepenireasapei etc.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

20/24

  c)- lucr ările de preg ătire  a extracţiei includ: deschiderea stratului productiv,introducerea coloanei de extracţie (tubingul), montarea capului de erupţie.

 Deschiderea stratului productiv se realizează  prin perforare cu un dispozitiv special carese introduce în sondă, până  în dreptul stratului de ţiţei .Explozia comandată  electric de lasuprafaţă  produce perforarea burlanului şi a stratului de ciment realizând filtrul sondei ( găuri

 prin care ţiţeiul pătrunde în sondă.)Extracţia ţiţeiului se face prin tubing  - o coloană de ţevi cu diametrul sub 114 mm care seintroduce în coloana de burlane.

Capul de erup ţ ie  reprezintă  un dispozitiv cu conducte şi ventile, montat la capătulsuperior al coloanei de extracţie şi care realizează închiderea etanşă a acesteia.

Energia naturală  a zăcământului, chiar în cazul unei amplasări raţionale a sondelor şi aunui regim optim de exploatare nu satisface în toate cazurile atât intensitatea de exploatare cât şiobţinerea unui factor de recuperare ridicat.

 Factorul de recuperare  reprezintă valoarea raportului dintre cantitatea de ţiţei extrasă şimărimea rezervei iniţiale de ţiţei din zăcământ. Acest factor depinde de caracteristicile fizico-chimice şi structurale ale zăcămintelor precum şi de condiţiile tehnologice ale sistemelor de

exploatare.

Fazele extracţiei ţiţeiului In funcţie de presiunea de zăcământ şi de metoda de extracţie aplicată, exploatarea

ţiţeiului se poate realiza în trei faze: extracţia primar ă, secundar ă şi ter ţiar ă. Extrac ţ ia primar ă prin erupţie naturală dirijată are loc atunci când for ţele care acţionează 

în zăcământ cum sunt: gazele dizolvate în ţiţei, gazele care se găsesc sub presiune deasuprazăcământului şi apa de zăcământ, sunt mai mari decât rezistenţa la deplasare a ţiţeiului. Debitulunei sonde care erupe în mod natural poate atinge 3000 - 4000 t / zi. Prin extrac ţie primar ă  seextrage cca 10-20% din ţiţeiul conţinut în zăcământ.

In momentul în care energia de zăcământ nu mai este suficient de ridicată  pentru a

împinge ţiţeiul la suprafaţă  se trece la extrac ţ ia secundar ă  şi se realizează  erupţia artificială continuă sau intermitentă prin injectarea de la suprafaţă a unui agent de deslocuire: gaze de sondă sub presiune, gaz metan sau apă.

La zăcămintele exploatate sub influenţa presiunii din cupola de gaze, injectarea gazelor   permite menţinerea presiunii la o mărime adecvată şi a debitului la un nivel ridicat. Agentul dedislocuire conduce la intensificarea extracţiei în sensul măririi productivităţii zăcământului precum şi la creşterea factorului de recuperare.

Deoarece presiunile ridicate de injecţie necesită investiţii mari la staţia de compresoare şireţeaua de distribuire a gazelor, momentul când se începe injectarea de gaze în zăcământ sedetermină pe baza unor calcule economice.

 Injectarea apei în zăcământ se face în scopul completării energiei de zăcământ şi trebuie

să  ţină  seama de factori cum sunt: volumul de apă necesar, mărimea presiunii apei de injecţie,numărul de sonde de injecţie şi distanţa amplasării lor faţă de conturul petrolifer etc.Când procedeele care ajută la declanşarea şi menţinerea erupţiei nu mai pot antrena ţiţeiul

se aplică extracţia prin pompare.Extracţia secundar ă se aplică zăcămintelor la care presiunea a scăzut foarte mult, dar care

mai conţin încă însemnate cantităţi de ţiţei. Prin extracţie secundar ă se mai extrage 10-15% dinţiţeiul din zăcământ.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

21/24

  Pentru recuperarea ter  ţ iar ă, în vederea creşterii factorului final de recuperare a ţiţeiuluise aplică metode ca:

-  injecţia de substanţe miscibile (solventul dizolvă o parte din ţiţei şi îl antrenează cătreo altă sondă de extracţie);

-   procesul de dislocuire cu căldur ă  întreţinută  prin arderea combustibilului în strat

denumit combustie subterană ;-   procedee miniere, etc.Din punct de vedere economic costul combustiei subterane este influenţat de costul

aerului comprimat necesar întreţinerii procesului şi de aceea indicatorul tehnico-economic cu ponderea cea mai mare este raportul aer injectat/ţiţei extras.

Când extracţia devine neeconomică, exploatarea se opreşte, se demontează instalaţiile dela suprafaţă, se recuperează  cât se poate din coloana de extracţie şi eventual din coloana de burlane şi se cimentează sonda.

Indicatori tehnico-economici ai forajuluiDintre indicatorii tehnico-economici ai forajului, principala operaţie la exploatarea

ţiţeiului, mai importanţi sunt:a) viteza mecanică de foraj pe sond ă (Vm) dată de relaţia:H

Vm =     , m/hTs

în care: H - adâncimea totală a sondei, m;Ts - timp efectiv total de lucru,h.Acest indicator arată  eficienţa regimului de foraj, starea instalaţiei de foraj şi calitatea

for ţei de muncă: b) viteza comercial ă (Vc) exprimată prin formula :

720 . HVc =     , m troliu de foraj/ lună TS + TM + T p +Tn

în care: TM - timpul total de manevr ă pe sondă, h;T p - timp productiv, consumat la tubare, cimentare etc., h;Tn - timp neproductiv, h

Pentru a calcula costul de produc ţ ie pe metru liniar forat , C , se utilizează relaţia :P

C = p +   Vc 

în care: p - cheltuieli specifice pentru montaj, tubare,cimentare, punere în producţie, lei;P- costul lunar pe troliu de foraj, inclusiv regia, în lei.

Prepararea ţiţeiului în vederea prelucrării La ieşirea din sondă, ţiţeiul conţine cantităţi variabile de hidrocarburi parafinice gazoase

dizolvate denumite  gaze de sond ă. Sondele cu presiuni mari de zăcământ produc gaze cu procente ridicate de metan, cele cu presiuni scăzute, produc gaze bogate în gazolină (un amestecde pentan, hexan şi heptan, adică fracţie C5 - C7).

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

22/24

  Tiţeiul conţine de asemenea apă, încărcată cu săruri minerale şi nisip.Tiţeiul se introduceîn separatorul de gaze proiectat pentru diferite presiuni de zăcământ (înaltă, medie, joasă) şi care

se prezintă sub forma unui rezervor cilindric din tablă de oţel prevăzut cu serpentină de încălzireindirectă  cu abur. Gazele sunt evacuate pe la partea superioar ă  a instalaţiei. Pentru reţinerea picăturilor de ţiţei antrenat şi a nisipului foarte fin, gazele sunt trecute printr-un al doilea

separator prevăzut cu site. Din acest separator gazele sunt aspirate şi refulate într-un rezervor degaze şi de aici la staţia de degazolinare. Degazolinarea gazelor de sondă  are ca scop separareahidrocarburilor lichide la temperatura obişnuită, antrenate mecanic şi care constituie o benzină uşoar ă numită  gazolina (densitate 0,64 - 0,69 g/cm3).

Separarea gazolinei din gazele de sondă  se poate realiza prin : comprimarea gazelor,absorbţia în motorină şi adsorbţia pe cărbune activ.

Gazolina brută  conţine procente variabile de hidocarburi gazoase (în special propan şi butan ,C3 - C4) şi de aceea se supune stabilizării trecând-o printr-o coloană de distilare cu reflux,când se obţine gazolină stabilizată, care are cifra octanică ridicată şi se amestecă cu benzinele dedistilare primar ă  a ţiţeiului pentru obţinerea benzinelor superioare. Prin lichefierea amesteculuide propan - butan în butelii, la presiune de 4-5 atm. se obţine aragazul,  sau un amestec ce se

utilizează ca materie primă pentru sinteze organice.De obicei ţiţeiurile ies din zăcământ emulsionate cu apă  datorită  prezenţei acizilornaftenici, a r ăşinilor, asfalturilor şi a particulelor fine de argilă. Transportul pe conducte şi prelucrarea ţiţeiului emulsionat este dificilă şi provoacă pagube considerabile datorită depunerilorde nămol şi săruri corozive, precum şi separ ării apei din emulsie, care măreşte efectul coroziv şiîngreunează operaţiile ulterioare de prelucrare.

Dezemulsionarea ţiţeiurilor se poate face prin metode fizice, sau folosind reactivi chimici.Emulsiile mai puţin stabile pot fi separate prin încălzirea la 1400C, când distilă  şi o parte din benzină, iar emulsiile mai stabile prin centrifugare puternică  sau printr-un procedeu electric,introducând ţiţeiul preîncălzit într-un câmp electric alternativ de înaltă  tensiune. Metodelechimice utilizează  dezemulgatori care dizolvă peliculele uleioase eliminându-se de la suprafaţa

de separare a fazelor. Apele separate la dezmulsionarea ţiţeiului constituie o sursă de brom şiiod.

Particularităţi ale exploatării zăcămintelor de gazelor naturaleDin punct de vedere al rezervelor de gaze naturale care includ gaz metan (75-80%),

gazele asociate şi gaze libere din zăcământul de ţiţei, România se plasează în rândul ţărilor cu unfond natural modest, cu o pondere de sub 0,5% din rezervele mondiale, comparativ cu CSI,SUA,Canada, Norvegia, Olanda care deţin ponderi în rezervele mondiale de gaze naturale respectiv de40; 6,6; 3 ; 2 şi 1,8%.Zăcămintele de gaze naturale se exploatează  prin lucr ări asemănătoare celor folosite laexploatarea ţiţeiului, dar extracţia se face actualmente în România doar prin erupţie naturală. In

ultimul timp în ţara noastr ă  s-a trecut la exploatarea unor zone cu condiţii mai dificile şi parametri de zăcământ mai scăzuţi, astfel că  presiunea medie de colectare a gazului metan încâmpurile de extracţie s-a redus cu 4 -6 % anual, de la 60 - 64 bari , la 15-25 bari .

Valoarea utilajului de suprafaţă, de construcţie relativ simplă, specific sondelor în erupţie,reprezintă  47% din totalul investiţiilor, iar staţiile de comprimare a gazelor 8,9%. Industrieiextractive a gazului metan îi este caracteristică evoluţia sezonier ă a producţiei şi variaţia impusă de consumatori.

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

23/24

  Repartizarea inegală pe teritoriul ţării a rezervelor de gaz metan şi necesitatea asigur ăriicu combustibil a consumatorilor a dus la crearea unui sistem complex de transport cu re ţea de

conducte de peste 9700 km şi o capacitate de 120 mil.m3  / zi, superioar ă  capacităţii surselorexistente. Livrarea gazelor se face prin nouă  sisteme de transport: sistemele I -V de înaltă  presiune ( max. 40 bari) care transportă  cca 73% din producţia de gaze şi sistemele VI - IX

de joasă  presiune (max.24 bari) care transportă  cca 27%. Dezvoltarea industriei extractive agazului metan necesită însă un important efort de investiţii.

Rezumat

Este prezentată baza de materii prime necesare dezvoltării oricărei economii şi etapele cetrebuie parcurse în vederea introducerii în circuitul economic şi valorificării zăcămintelor dematerii prime. Sunt studiate apoi tehnologiile de extracţie şi exploatare a substanţelor mineraleutile solide. Pentru a corespunde condiţiilor de calitate impuse materiilor prime se realizează operaţiile de preparare: mărunţirea, clasarea şi concentrarea.

Sunt prezentate în final, aspecte tehnico-economice privind extracţia zăcămintelor de

 petrol şi gaze.

Cuvinte cheie

-  zăcământ-  minereur-  mineral-  substanţe minerale utile-  condiţii de calitate-  condiţii de zăcământ

- 

explorarea zăcămintelor-  mină -   preparare-  mărunţire-  clasare-  concentrare-  flotaţie-  foraj-  extracţie primar ă -  extractie secundar ă 

Întrebări

1.  Ce sunt mineralele, minereurile, substanţele minerale utile, zăcămintele?2.  Care sunt condiţiile tehnico-economice pentru valorificarea zăcămintelor?3.  Ce metode se folosesc pentru prospectare?4.  Ce importanţă tehnico-economică are etapa de explorare?5.  Ce este conţinutul mediu minim şi cum se calculează?6.  Ce zăcăminte intr ă în grupa rezervelor de bilanţ?

8/19/2019 6.Valorificarea Resurselor Minerale

24/24

  7.  Care sunt lucr ările şi operaţiile specifice exploatării zăcămintelor de substanţe minerale utilesolide?

8.  Cum se clasifică operaţiile de preparare a minereurilor?9.  Ce importanţă tehnico-economică prezintă operaţia de concentrare?10. Cre este principiul concentr ării şi ce metode se aplică ?

11. 

Ce importanţă are şi cum se realizează extracţia ţiţeiului?

Bibliografie suplimentară 

1.  Pumnea C. ş.a., „Tehnologie industrială”, vol.I, Ed.Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1992;2.  Vişan S., Ghiga C., Panduru V., „Tehnologii industriale”, Ed.ASE,Bucureşti,2000;3.  Sven-Olof Ryding,” Environmental Management Handbook”, IOS Press Lewis

Publishers,1992;4.  Carla W. Montgomery ,”Environmental Geology WCBC”, Brown Publishers,1995.