CARBONE

CARBONE

(VIII, p. 953; App. II, I, p. 504; III, I, p. 306; IV, I, p. 371)

Estrazione. - La scelta della coltivazione del c. in miniere a cielo aperto o in sotterraneo è determinata dal valore e dal costo di produzione del minerale mercantile, che comprende sia il costo di estrazione del grezzo sia quello di separazione dallo sterile (arricchimento).

La coltivazione a cielo aperto, che consente un maggior ricupero del giacimento, un grezzo meno inquinato e minori pericoli potenziali, è condizionata soprattutto dal costo di movimentazione del materiale di copertura. Nella coltivazione in sotterraneo è preponderante il costo di estrazione e di arricchimento del c. ma incidono anche i costi di scavo delle gallerie e dei pozzi necessari per raggiungere il giacimento (preparazioni), dei servizi di controllo della sicurezza e della salubrità dell'ambiente, assai maggiori rispetto agli omologhi delle coltivazioni a cielo aperto.

L'aumento delle dimensioni delle macchine di abbattimento e rimozione del materiale di copertura, escavatori a benna o a ruota (v. fig.), che raggiungono potenze superiori ai 15.000 kW, ha consentito di ridurre i costi e quindi di coltivare a giorno giacimenti sempre più profondi (centinaia di metri); hanno inoltre favorito l'approfondimento delle coltivazioni a giorno le migliorate conoscenze del comportamento delle rocce e i progressi della meccanica delle rocce, che consentono di definire con più precisione i profili limite delle scarpate e di conseguenza di diminuire le quantità di materiale di copertura da rimuovere.

Un costo in parte trascurato sino a pochi anni addietro, ma che ha adesso importanza fondamentale per la acquisita consapevolezza della necessità di rispettare l'ambiente, è quello del ricupero del territorio, sovvertito dalla estrazione del c. e, in misura di gran lunga maggiore, dalle coltivazioni a giorno. Questa voce di costo, la cui entità è correlata con gli insediamenti antropici della zona di produzione, è comunque sempre considerata, qualunque sia la collocazione geografica del giacimento.

L'ultimo trentennio ha visto aumentare la produzione mondiale di c. dai 1944 milioni di t del 1960 ai 3523 milioni di t del 1989. Ciò è avvenuto, malgrado la concorrenza di altre fonti energetiche, con un maggior apporto delle coltivazioni a cielo aperto rispetto a quelle in sotterraneo, nonostante che la produttività in queste ultime sia sensibilmente aumentata.

Lo sviluppo dell'industria elettromeccanica, conseguente all'uso generalizzato di nuovi materiali e ai miglioramenti nella costruzione delle apparecchiature utilizzatrici e di trasporto dell'energia elettrica, ha consentito l'utilizzazione di queste ultime in miniere di c. con elevato grado di sicurezza adottando tensioni di 6000 volt per il trasporto e di 1000 volt per l'utenza con attrezzature idonee e quindi specifiche per il sotterraneo.

La possibilità di avere a disposizione energia che consente elevati rendimenti (l'energia elettrica ha rendimenti 7÷8 volte maggiori di quelli dell'aria compressa) ha consentito una meccanizzazione pesante, che ha rivoluzionato il disegno delle preparazioni e delle coltivazioni. L'uso dell'energia elettrica al fondo si è diffuso nella fase di abbattimento, di trasporto e nella estrazione, migliorata quest'ultima con la possibilità di ottimizzare la granulometria del grezzo introducendo la frantumazione in sotterraneo.

La produzione si è concentrata in pochi cantieri coltivati per fronte lunga anche in giacimenti orizzontali e poco profondi, aggrediti, in passato, con numerose fronti di limitate dimensioni. Sono frequenti fronti lunghe sino a 200÷250 metri e tagliatrici con potenze installate di oltre 1000 kW, capaci di produrre 3÷4000 t/g con rendimenti di oltre 100 t/op. Le tagliatrici, con potenza di taglio al tamburo di oltre 300 kW, viaggiano lungo la fronte con velocità istantanee di 12 m/min (rallentate dalla necessità di spostare l'armamento e l'attrezzatura del taglio) e riversano il c. sul trasportatore a catena che, collegato alle pile di sostegno del tetto, viene da questo spinto contro la fronte e ne costituisce l'ancoraggio quando queste, semoventi, si devono spostare.

Le potenze disponibili, che consentono l'uso di pile semoventi, hanno permesso di usare un armamento pesante costituito da due o più sostegni idraulici (butte) collegati tra loro alla base e alla sommità da slitte e da scudi rispettivamente. Elementi di sostegno del peso di alcune decine di tonnellate sono del resto frequenti e di conseguenza è stato possibile aumentare enormemente la portanza delle pile, che raggiunge le 400÷500 t e quindi reazioni sul tetto intorno alle 100 t/m².

Portanze così elevate facilitano il franamento del tetto a tergo delle pile, aumentando la sicurezza del cantiere, mentre la possibilità di creare uno scudo continuo impedisce la caduta di piccoli blocchi nelle zone di lavoro; infine cappelli estensibili consentono di sostenere il tetto anche a contatto con la fronte del carbone. Le migliorate condizioni statiche, conseguenti all'uso di un armamento pesante difficilmente rovesciabile, hanno limitato le coltivazioni con fronti corte a casi particolari o a strati inclinati.

La disponibilità di elevate potenze ha consentito di aprire le gallerie con soli mezzi meccanici, eliminando l'esplosivo. Ciò ha migliorato sensibilmente la statica delle gallerie con possibile ricorso all'armamento sospeso, la cui progettazione si è di molto affinata.

Per il trasporto in galleria del minerale prodotto si fa sempre più ricorso ai nastri trasportatori, anche con possibilità di variarne la lunghezza, perché l'affidabilità della continuità del trasporto è assicurata dalle particolari caratteristiche dei materiali utilizzati e dalla precisione della progettazione sia per le parti elettromeccaniche che per il nastro portante. Per trasporti del personale e dei materiali si è diffuso l'uso di mezzi diesel opportunamente predisposti per eliminare l'emissione di gas nocivi e per evitare l'innesco di incendi ed esplosioni. L'uso di questi mezzi è stato facilitato dai progressi realizzati nel controllo continuo dell'ambiente.

La conoscenza più approfondita dei fenomeni che possono innescare l'esplosione delle polveri e del grisu e gli incendi, ha consentito di introdurre in miniera, senza pericolo, circuiti elettrici a debole energia. Questi vengono utilizzati per migliorare le comunicazioni all'interno e per realizzare il controllo continuo dell'ambiente di lavoro mediante registrazione centralizzata e trasmissione a distanza dei dati rilevati in molti punti di misura. La registrazione centralizzata è stata anche utilizzata per il controllo dell'uso delle macchine di abbattimento, per le quali vengono registrati e immediatamente segnalati i periodi di arresto consentendo un tempestivo intervento di manutenzione e quindi un notevole aumento del coefficiente di utilizzazione.

Progressi sono stati inoltre realizzati nella individuazione delle caratteristiche del c. e della sua giacitura con il ricorso alla geostatistica, che consente di valutare la precisione della stima delle riserve, del rendimento di coltivazione, del tenore in ceneri e di conseguenza permette di progettare i lavori minerari da attuare per definire i parametri necessari alla scelta del metodo di coltivazione e di seguirne la realizzazione.

Sono state trasferite anche nelle ricerche di c. le tecniche di misura in fori di sonde atte ad acquisire le conoscenze sul giacimento in esplorazione. È stata realizzata l'automazione completa della coltivazione per taglio lungo; la coltivazione con idranti in sotterraneo è conseguente allo sviluppo assunto dal trasporto del c. in acqua (carbodotti). Sono stati inoltre approfonditi gli studi sulla gasificazione in sotterraneo del c. per migliorare le tecniche da anni in uso in qualche giacimento di c. con caratteristiche favorevoli a questo tipo di produzione.

Nel settore dell'arricchimento del grezzo, in cui la previsione e la valutazione dei risultati è definita dalla dispersione dello sterile nel prodotto (imperfezione o scarto probabile) e dalla curva di lavabilità, si sono ottenuti miglioramenti dei rendimenti degli apparecchi di separazione gravimetrica e centrifuga, con mezzi densi, nella flottazione dei fini e negli apparecchi di classificazione e vagliatura.

È stata meccanizzata la cernita (ottica) e si è approfondita la conoscenza sulla separazione elettrostatica. Particolare importanza ha assunto il tenore in solfo del prodotto mercantile in relazione alla necessità di limitare l'immissione degli effluenti gassosi nell'atmosfera, ma in generale il ricupero dei prodotti nocivi è stato trasferito alle successive fasi di trattamento del prodotto carbone.

Bibl.: Society of Mining Engineering, SME Mining engineering handbook, New York 1973; Coal Age operating handbook of coal preparation, ivi 1979; Coal Age operating handbook of underground mining, ivi 1980. Si vedano inoltre le riviste: Annales des Mines, Coal Preparation. Multinational Journal, Revue de l'Industrie Minerale, Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy, World Mining Equipment, e gli atti periodici dell'International Mineral Processing Congress e del World Mining Congress.

Produzione. - Gli anni immediatamente successivi alla prima crisi energetica del 1973 coincidono con il punto di massima riduzione della quota del c. nel soddisfacimento dei fabbisogni energetici mondiali. Dopo il 1975 la quota di questa fonte si stabilizza però intorno al 27% e quindi, con un certo recupero, intorno al 29% (vedi tab. 1).

Gli anni Sessanta, caratterizzati da prezzi del petrolio particolarmente bassi e in diminuzione, in termini reali, avevano visto la sempre maggiore affermazione del petrolio come fonte principale non solo negli usi di trasporto, ma anche in quelli tradizionalmente dominati dal c., e cioè negli usi termici industriali e domestici, nella produzione di energia elettrica e nella chimica; nello stesso periodo anche gli usi tecnologici del c. subivano un certo ridimensionamento per la sensibile riduzione dei consumi specifici di coke per t di ghisa prodotta.

Il forte rialzo dei prezzi del petrolio e, soprattutto, dei prezzi dell'olio combustibile (fonte energetica in diretta concorrenza con il c. da vapore) e la concomitante adozione di stringenti obiettivi di diversificazione, portano, a partire dalla seconda metà degli anni Settanta, a una rivalutazione del ruolo del carbone.

I governi di molti paesi dell'area OCSE e in primo luogo quello degli USA, tendono infatti, in tempi brevi, a ridurre il peso delle importazioni di greggio dai paesi dell'OPEC a favore di fonti come il c., il gas naturale e l'energia nucleare, considerate più sicure e meno soggette a repentini aumenti di prezzi.

Per effetto di queste politiche il peso del c. nel bilancio energetico degli USA si porterà dal 18,3% del 1975 al 24,8% del 1989. In Europa le politiche a favore del c. avranno l'effetto di contenere il processo di perdita di quota di questa fonte, legato, tra l'altro, al concomitante sviluppo dell'energia nucleare.

La crisi petrolifera ha un effetto positivo sulle prospettive di impiego del c. anche nei paesi in via di sviluppo privi di risorse di petrolio, le cui bilance dei pagamenti risentono, pesantemente, dei nuovi livelli di prezzo del greggio di importazione.

La stabilizzazione della quota del c. sul totale dei consumi energetici mondiali non trova riscontro in tutte le aree: in Unione Sovietica l'ulteriore declino del peso di questa fonte (34,1% nel 1975 e 28% nel 1989), pur in presenza di una stabilità o addirittura di un aumento dei livelli produttivi negli ultimi anni sino a 537 milioni di t, si ricollega all'aumento della disponibilità di gas naturale. In Cina, invece, il decremento della quota del c. rispetto agli anni Sessanta si arresta a partire dai primi anni Ottanta attestandosi su valori superiori al 75%, in ragione del fatto che in quel contesto economico mentre il petrolio rimane utilizzato prevalentemente per usi di trasporto e usi chimici, la disponibilità di altre fonti rimane limitata rispetto all'entità dei fabbisogni complessivi di energia.

Il processo di recupero del ruolo dei combustibili solidi a livello mondiale si consolida ulteriormente a seguito della seconda crisi energetica sul finire degli anni Settanta.

La produzione mondiale di c. passa infatti da 2,4 miliardi di t del 1975 a 2,7 miliardi di t nel 1980 e a 3,5 miliardi di t nel 1989. Nello stesso periodo la Cina diviene il principale produttore mondiale con 980 milioni di t nel 1989 a fronte di 811 milioni di t degli USA e di 590 milioni di t dell'Unione Sovietica. Tra i grandi produttori figurano anche la Polonia con quasi 200 milioni di t, l'India con 194 milioni di t, il Sudafrica con 180 milioni di t e l'Australia con 140 milioni di t (vedi tab. 2).

I livelli di prezzo raggiunti nello stesso periodo dal greggio e dall'olio combustibile sono infatti tali da garantire al c. − nonostante la lievitazione dei costi e quindi dei prezzi − margini tali di competitività da suggerire l'avvio di ampi programmi di riconversione degli impianti di utilizzo (soprattutto centrali termoelettriche) e la realizzazione di nuovi centri di produzione e di nuove infrastrutture di trasporto (ferrovie, porti, naviglio specializzato).

Le conseguenti migliori prospettive di mercato portano alla nascita di nuove iniziative di sfruttamento minerario nei paesi i cui giacimenti risultano sfruttabili con bassi costi di produzione: è il caso di alcuni paesi dell'America Latina come la Colombia e il Venezuela. Continua, invece, il declino produttivo di alcune aree tradizionali dell'Europa (Regno Unito, Germania) e del Giappone, i cui costi di estrazione risultano comunque non competitivi.

Nel corso degli anni Ottanta sul mercato internazionale si assiste a un crescente volume di scambi del c. che ne modificano, sia pure limitatamente, la caratteristica di risorsa sfruttata su base locale; si assiste, in altri termini, all'affermarsi dei criteri di economicità rispetto alle impostazioni protezionistiche o di sostegno dell'occupazione, che avevano caratterizzato l'industria carbonifera dei paesi europei nel corso degli anni Cinquanta e Sessanta. Anche la situazione delle risorse e delle riserve subisce un miglioramento per la ripresa dell'attività di prospezione.

I dati pubblicati dalla World Energy Conference in occasione del Congresso mondiale dell'Energia, che si è tenuto a Montreal (Canada) nel settembre del 1989, stimano in circa 1600 miliardi di t le riserve mondiali provate e recuperabili di combustibili solidi. Tali riserve comprendono circa 1075 miliardi di t di c. bituminoso inclusa l'antracite (80% in più rispetto alle valutazioni pubblicate nell'ambito della Conferenza mondiale dell'Energia del 1986), 131 miliardi di t di c. sub-bituminoso e 392 miliardi di t di lignite (30% in più rispetto alle valutazioni della stessa Conferenza includendo anche il c. sub-bituminoso).

Con particolare riferimento alle riserve di c. bituminoso, la Cina, dopo le ultime rivalutazioni, possiede le maggiori riserve (610 miliardi di t), seguita dagli Stati Uniti (113 miliardi di t), dall'Unione Sovietica (104 miliardi di t), dall'India (60 miliardi di t), dal Sudafrica (55 miliardi di t) e dall'Australia (45 miliardi di t).

Le riserve mondiali di combustibili solidi sono in grado di sostenere gli attuali livelli di produzione per varie centinaia di anni, subordinatamente a un sempre più esteso ricorso alle tecnologie in grado di contenere le emissioni di sostanze inquinanti, oggetto di normative sempre più stringenti in tutti i paesi.

Bibl.: CNR, ENEA, ENEL, ENI, Rapporto sull'energia, Roma, annate varie; International Energy Agency, Coal information, Parigi, annate varie; C. L. Wilson, Future coal prospetcs, Cambridge (Mass.) 1980; R. L. Gordon, World coal, Londra 1987; International Energy Agency, Clean coal technology, Parigi 1987; V. D'Ermo, Energia, sviluppo e ambiente, in Ecos, 180/182 (1988); World Energy Conference, Survey of energy resources, Londra 1989.