Estrazione di scisti bituminosi in Estonia: il surface mining quale alternativa più economica

L’estrazione selettiva aumenta la qualità degli scisti bituminosi estratti

Gli scisti bituminosi sono sedimenti rocciosi costituiti sia da carbonio organico che da contenuti minerali. I giacimenti mondiali di scisti bituminosi sono stimati in circa dieci tri-lioni di tonnellate. La quantità di petrolio che se ne potrebbe ricavare supera addirittura di oltre il 50 per cento gli attuali giacimenti petroliferi. In Estonia giacciono circa cinque miliardi di tonnellate di scisti bituminosi, di cui circa 1,5 miliardi di tonnellate sono clas-sificati come estraibili e sono per lo più circondati da depositi calcarei. Il Paese baltico da solo provvede a circa il 70 per cento della produzione mondiale. Con l’estrazione di scisti bituminosi l’Estonia è riuscita ad assicurarsi la quasi totale indipendenza nell’ap-provvigionamento energetico. Inoltre l’estrazione di scisti bituminosi è ormai diventata un importante fattore che influisce sui prezzi del petrolio a livello mondiale. Per l’estrazione del materiale si sono finora affermati tre metodi:

  • perforazione e brillamento
  • il mining semiselettivo con motoruspe, apripista ed escavatori
  • il surface mining quale metodo di estrazione totalmente selettivo

Da un confronto diretto fra i tre metodi condotto in Estonia è emerso che la tecnologia di surface mining offre chiari vantaggi per quanto riguarda la qualità del materiale “Run of Mine” (ROM). Le primarie compagnie estoni produttrici di scisti bituminosi, “Kiviöli Keemiatööstuse” (in breve: Kiviöli) ed “Eesti Energia Mining”, puntano pertanto sull’im-piego dei surface miner di casa Wirtgen.

I surface miner permettono di ottenere in modo economico l’indipendenza dalle risorse energetiche straniere

Gli sforzi tesi a estrarre scisti bituminosi in Estonia sono stati a lungo caratterizzati dal-l’idea di rendersi indipendenti dalle risorse energetiche straniere. Grazie all’impiego dei surface miner ora è venuta in primo piano anche l’economicità del metodo estrattivo. In Estonia gli scisti bituminosi vengono estratti già dal 1916. Attualmente vengono gestite quattro miniere a cielo aperto che totalizzano circa il 50 per cento dell’intera produzione nazionale.

Il materiale estratto viene in seguito trattato in due modi: Kiviöli rifornisce raffinerie per la produzione di olio combustibile ed Eesti Energia Mining utilizza gli scisti bituminosi per produrre energia elettrica in centrali termiche. Entrambe le compagnie impiegano per l’estrazione un surface miner modello 2500 SM. Il confronto dei metodi estrattivi tradizionali con quello del surface mining evidenzia come l’estrazione selettiva offra alle compagnie enormi vantaggi economici sia per la produzione di olio combustibile che per la generazione di energia.

Il surface miner Wirtgen 2500 SM

Il modello 2500 SM è una macchina robusta ed efficiente in grado di estrarre materiali con un rullo di taglio largo 2,5 m. A seconda della durezza della roccia tagliata, le pro-duzioni orarie possono arrivare fino a 1400 tonnellate – come nell’estrazione del car-bone e degli scisti bituminosi. Il 2500 SM è stato progettato in modo da contenere al minimo i tempi di manutenzione: i principali elementi della macchina come il rullo di ta-glio sono facilmente accessibili e parti d’usura come i denti sono rapidamente sostituibili. In tutto il mondo sono in servizio più di 50 surface miner modello 2500 SM.

Per una capacità estrattiva ancora maggiore la Wirtgen GmbH ha inoltre sviluppato il modello 4200 SM, capace di riempire nel giro di pochi minuti il cassone di un dumper fino a un volume di 200 t circa. Essendo il surface miner Wirtgen più grande, quando opera in rocce tenere è in grado di estrarre fino a 12 milioni di tonnellate di materiale all’anno.

Metodo 1: perforazione e brillamento

Nel mining non selettivo il materiale viene staccato con esplosivi e caricato su autocarri per mezzo di escavatori. Durante tali operazioni gli scisti bituminosi si mescolano con il calcare intercalato. Prima dell’ulteriore trattamento, il materiale estratto con esplosivi deve essere inoltre frantumato mediante frantoi.

Metodo 2: estrazione semiselettiva

Nel mining semiselettivo si rinuncia invece all’uso di esplosivi. Sia gli scisti bituminosi che il calcare vengono estratti e caricati con motoruspe, apripista ed escavatori. Anche in questo caso i materiali si mescolano fortemente tra loro. Gli scisti bituminosi e il cal-care si presentano sotto forma di lastre. Per ottenere la granulometria richiesta si deve pertanto ricorrere a frantoi.

Metodo 3: surface mining

Con il loro rullo di taglio rotante i surface miner asportano i vari strati rocciosi con pre-cisione centimetrica. Operando in modo altamente selettivo, sono in grado di garantire l’estrazione separata degli scisti bituminosi e del calcare. E poiché i surface miner ta-gliano, frantumano e caricano il materiale in una sola operazione, rendono superfluo l’utilizzo di prefrantumatori.

I risultati della prova confronto in sintesi

La prova confronto ha avuto luogo nella miniera della compagnia estrattiva Kiviöli. La miniera copre un’area di circa 2,44 ha. L’attività estrattiva in tale sito è stata avviata nel 2003. Ogni anno vengono estratte circa 800 000 tonnellate di scisti bituminosi. Lo strato di terra che copre il materiale ha uno spessore da 2 a 20 m. Gli scisti bituminosi giaccio-no orizzontalmente in filoni con spessore variabile da 0,2 a 0,6 m. Tra i filoni di scisti bi-tuminosi sono in parte intercalati strati di calcare. La resistenza a compressione mono-assiale degli scisti bituminosi è di 15-40 MPa e quella del calcare è di 40-100 MPa. Il po-tere calorifico dei vari filoni di scisti bituminosi è compreso tra 1200 e 4500 kcal/kg.

La prova confronto è stata eseguita dall’ingegner Damian Baranowski dell’Istituto di In-gegneria mineraria dell’Università di Aquisgrana (Germania). I dati relativi ai metodi di estrazione tradizionali risalgono ai primi anni di attività della miniera, nei quali il materiale è stato estratto sia con il metodo di perforazione e brillamento che con il mining semiselettivo. I risultati del surface mining sono stati rilevati dal 2006 in poi durante l’impiego di un 2500 SM per la Kiviöli.

Perforazione e brillamento Estrazione semiselettiva Surface mining
ROM 85%
(4.2 t/m2)
75%
(3.8 t/m2)
95%
(4.5 t/m2)
Potere calorifico 1,750 kCal/kg
(70%)
2,080 kCal/kg
(84%)
2,480 kCal/kg
(100%)
Rapporto tra sterile e minerale utile 2,11
87%
2,26
81%
1,84
100%

I surface miner convincono per qualità e quantità

Grazie all’estrazione selettiva con i surface miner è stato possibile asportare ogni strato singolarmente. Da un lato è aumentata la resa di scisti bituminosi al metro quadro e dall’altro è migliorata anche la qualità del materiale estratto.

L’estrazione con l’uso di esplosivi comporta per contro una forte miscelazione degli scisti bituminosi con il calcare, con conseguente riduzione del potere calorifico degli scisti bituminosi. Nell’estrazione semiselettiva il potere calorifico è sì più elevato rispetto a quello del materiale estratto con esplosivi, ma si tratta di un processo estrattivo molto complesso, che rende necessario l’impiego di numerose macchine.

Con i surface miner è invece possibile estrarre in modo selettivo con una sola macchina scisti bituminosi di alta qualità. Grazie all’elevato livello qualitativo del prodotto estratto, esso è adatto sia alla produzione di olio combustibile che alla generazione di energia. Inoltre, grazie all’estrazione separata, anche il calcare può essere venduto come ulteriore prodotto finale.

I vantaggi economici del surface mining

Forte del proprio know-how nel campo della tecnologia di taglio, la Wirtgen GmbH è specializzata nel fornire assistenza ai clienti che devono operare nelle condizioni estrattive più impegnative. È ad esempio possibile tarare i surface miner esattamente per l’estrazione di materiali con differenti caratteristiche di resistenza meccanica. L’estrazione selettiva aumenta la qualità del prodotto finale e consente di commercializzare anche i prodotti secondari..

Con il surface mining diventa superfluo l’utilizzo di prefrantumatori, dal momento che il miner produce già granulometrie inferiori ai 100 mm. Diminuiscono quindi i costi d’investimento per le attrezzature da cava. Un ulteriore vantaggio delle piccole granulometrie: in ogni viaggio un camion può caricare circa il 10% in più di materiale. Ciò riduce il numero dei camion, il consumo di carburante e i costi di manutenzione.

Surface mining: un metodo estrattivo particolarmente rispettoso dell’ambiente e sicuro

Gli scisti bituminosi vengono estratti sia a cielo aperto che in sotterraneo. Nell’estrazio¬ne a cielo aperto (open cast mining), nella quale trovano impiego i surface miner, gli scisti bituminosi sono in parte coperti da strati di terra con uno spessore compreso tra 2 e 30 m. In questo caso si manifesta chiaramente il vantaggio ecologico del surface mining:

  • per la stessa quantità di scisti bituminosi si deve asportare meno terra. Poiché con i surface miner Wirtgen è possibile estrarre più materiale utile al metro qua-dro rispetto ad altri metodi estrattivi, si devono movimentare meno sterili per tonnellata di materiale estratto.
  • Il surface mining rende superfluo l’uso di esplosivi. Non si producono vibrazioni e viene meno anche l’inquinamento da rumore dovuto all’uso di esplosivi.
  • Un ulteriore aspetto che si riflette positivamente sull’impatto ambientale è il ri-dotto sviluppo di polvere durante il taglio del materiale.
Il materiale tagliato può essere deposto ad andana a lato del surface miner o dietro di esso. In alternativa può essere caricato direttamente su camion e asportato.

Il materiale tagliato può essere deposto ad andana a lato del surface miner o dietro di esso. In alternativa può essere caricato direttamente su camion e asportato.

Conclusione: il surface mining è un metodo di estrazione convincente sotto ogni aspetto

Nel confronto diretto i surface miner Wirtgen impiegati per l’estrazione di scisti bitumi-nosi in Estonia si sono rivelati superiori rispetto ai metodi estrattivi tradizionali: hanno convinto sia l’elevata produttività delle macchine sia l’alto livello di qualità del materiale estratto con il metodo selettivo. Grazie ai vantaggi aggiuntivi in termini di costi dovuti al maggior grado di riempimento dei camion e ai positivi aspetti per l’ambiente e la sicu-rezza, il surface mining è diventato ormai il metodo di estrazione preferito.

La prova confronto fra i tre metodi estrattivi è stata eseguita in una miniera nella zona occidentale dei giacimenti di scisti bituminosi dell’Estonia. Nel confronto diretto i surface miner Wirtgen impiegati per l’estrazione di scisti bituminosi in Estonia si sono rivelati superiori rispetto ai metodi estrattivi tradizionali.

La prova confronto fra i tre metodi estrattivi è stata eseguita in una miniera nella zona occidentale dei giacimenti di scisti bituminosi dell’Estonia. Nel confronto diretto i surface miner Wirtgen impiegati per l’estrazione di scisti bituminosi in Estonia si sono rivelati superiori rispetto ai metodi estrattivi tradizionali.

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