Monitoraggio ambientale

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Determinazione dello zolfo per il potenziale di drenaggio acido >
Carbonio organico totale nel suolo/sedimento >
Analisi granulometrica di sedimenti e terreni con diffrazione laser >
Capacità di stoccaggio del gas in carbone e scisti (isoterme di adsorbimento metano/CO₂) >

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Determinazione dell'umidità del carbone – Forno a spazio libero minimo (MFS)

Il contenuto di umidità rappresenta uno dei parametri più critici nell’analisi del carbone. Esso influisce direttamente sul potere calorifico, sulle proprietà di manipolazione, sulla stabilità durante lo stoccaggio e sull’efficienza complessiva nei processi di combustione o di cokificazione. Una determinazione accurata dell’umidità costituisce quindi una fase essenziale nel controllo qualità in ambito minerario e nell’ottimizzazione dei processi produttivi.

Rilevanza Applicativa

Valutazione del valore del carburante: L'umidità abbassa il potere calorifico effettivo del carbone, diminuendo la resa energetica.
Gestione e stoccaggio: Un contenuto eccessivo di umidità causa inefficienze nel trasporto, rischi di riscaldamento spontaneo e degradazione del materiale.
Produzione di coke: Dati affidabili sull'umidità garantiscono una miscelazione uniforme del carbone e una carbonizzazione prevedibile.
Conformità agli standard: La determinazione dell'umidità fa parte dell'analisi approssimativa del carbone riconosciuta a livello internazionale.

I forni Carbolite MFS sono progettati specificamente per questo compito e forniscono risultati accurati e riproducibili, in linea con standard quali ASTM D3173 e ISO 11722. Grazie alle condizioni di riscaldamento ottimizzate e al design robusto della camera, garantiscono una misurazione precisa dell'umidità intrinseca e superficiale. Per i laboratori minerari e i produttori di coke, il forno MFS è uno strumento essenziale per garantire una caratterizzazione affidabile del combustibile e ottimizzare i processi a valle.

MFS

Determinazione dello zolfo per il potenziale di drenaggio acido

Il drenaggio acido di miniera (AMD) rappresenta una delle sfide ambientali più rilevanti nel settore minerario. Quando rocce di scarto o residui di lavorazione ricchi di solfuri si ossidano, producono acido solforico che può solubilizzare metalli e contaminarne le acque circostanti, con gravi impatti sugli ecosistemi e costi elevati di bonifica. Per prevedere questo rischio è fondamentale una determinazione accurata dello zolfo. La misurazione dello zolfo totale e, quando possibile, la speciazione dello zolfo piritico, costituiscono la base dei test di acid–base accounting (ABA) utilizzati a livello globale per valutare il potenziale di generazione di acido dei materiali minerari. Elevati valori di zolfo sono segnali d'allarme che indicano flussi di scarto che richiedono una gestione speciale, l'incapsulamento o la miscelazione con materiali alcalini, per prevenire responsabilità ambientali a lungo termine.

Gli analizzatori di carbonio/zolfo CS-i di ELTRA forniscono dati precisi e riproducibili per tali valutazioni. Utilizzando la combustione a induzione a oltre 2000°C in atmosfera di ossigeno, il CS-i ossida completamente tutte le fasi solfidiche in SO₂, che vengono quantificate mediante rilevamento a infrarossi. Questo approccio ad alta temperatura garantisce analisi affidabili anche per minerali refrattari come la pirite o la calcopirite. Il sistema consente l’analisi di campioni di dimensioni relativamente grandi (200-300 mg), migliorando la rappresentatività per rocce di scarto e residui eterogenei.

Il CS-i opera in conformità con gli standard riconosciuti (ad esempio, ISO 14869-1 per terreni e minerali; ASTM D4239/ISO 19579 come analoghi dell'analisi del carbone), assicurando che i risultati siano validi sia per la rendicontazione normativa sia per la valutazione scientifica. Integrando i dati sullo zolfo nei test ABA, le aziende del settore minerario possono anticipare il comportamento acido-generante prima che si verifichi, progettare strategie di mitigazione efficaci e dimostrare la conformità alle normative ambientali.

Con gli analizzatori di ELTRA, i laboratori e gli operatori minerari ottengono uno strumento robusto per tutelare le operazioni dai rischi ambientali ed economici associati al drenaggio acido di miniera.

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Carbonio organico totale nel suolo/sedimento

La determinazione del carbonio organico totale (TOC) nei terreni, nei sedimenti o nei campioni di roccia è un'analisi importante sia nella geologia ambientale che nell'esplorazione degli idrocarburi. Nei contesti minerari, si potrebbe valutare il carbonio organico nello strato di copertura o negli scarichi per ragioni ambientali, oppure nelle formazioni di scisto per valutare la ricchezza della roccia madre (per il petrolio) o per correggere le analisi (ad esempio, distinguendo il carbonio carbonatico dal carbonio organico nelle analisi del carbonio). Il TOC rappresenta essenzialmente la quantità di carbonio legata alla materia organica, a differenza del carbonio inorganico presente nei carbonati.

La presenza di carbonio organico nei materiali geologici influenza la fertilità dei suoli, il comportamento geochimico degli elementi e, nei residui minerari, può incidere sulla generazione di acidi o sull’adsorbimento dei metalli. Ad esempio, nei suoli o nei residui di miniera di carbone, l’analisi del TOC è utile per quantificare il contenuto di materia organica.

Nell’esplorazione petrolifera, il TOC di uno shale (espresso in % peso) indica la quantità di materia organica disponibile per la generazione di idrocarburi. Nei laboratori di geologia mineraria, la misura del TOC contribuisce ai bilanci di carbonio, permettendo di distinguere tra il carbonio proveniente dai minerali carbonatici (come la calcite) e quello da composti organici (come cherogene o bitume).

Metodi di determinazione del TOC

Il campione viene analizzato per il carbonio totale mediante combustione, mentre il carbonio inorganico (carbonato) viene determinato trattando un’altra aliquota con acido, al fine di rilasciare CO₂. Quest’ultima viene raccolta e quantificata tramite rilevatore a infrarossi IR. Tra i metodi standard utilizzati per questa determinazione si annoverano ISO 10694:1995, DIN EN 15936:2020, EN 156936:2012.
CS-d di Eltra può gestire sia matrici organiche che inorganiche. In genere, una porzione del campione viene combusta direttamente per ottenere il valore di carbonio totale.

La conoscenza del TOC (carbonio organico totale) è fondamentale: ad esempio, un TOC elevato in shale (>2% in peso) indica un buon potenziale come roccia madre per idrocarburi, mentre nei residui minerari il TOC può consumare ossidanti e ridurre la velocità di generazione acida. Utilizzando gli analizzatori elementari Eltra, i geologi ottengono facilmente sia il carbonio totale che quello organico, con risultati comparabili a quelli dei metodi classici di chimica umida (bicromato di Walkley-Black) o ai metodi LOI, ma con maggiore accuratezza e il vantaggio della tracciabilità diretta del peso del carbonio (tramite calibrazione con materiali di riferimento certificati). L'approccio è solido e viene utilizzato in studi che spaziano dal sequestro del carbonio nel suolo alla valutazione del comportamento di lisciviazione dei minerali (la materia organica può legare i metalli).

CS-d

Analisi granulometrica di sedimenti e terreni con diffrazione laser

Questa applicazione è utilizzata per studi di sedimentologia (ad esempio, analisi di sedimenti fluviali, marini o eolici), scienze del suolo e geologia ambientale (ad esempio, la comprensione dei contaminanti dipende dalle dimensioni dei granuli dei sedimenti).

La distribuzione granulometrica fornisce informazioni sull'ambiente di deposizione e sulle proprietà dei materiali, contribuendo all’interpretazione delle condizioni energetiche della sedimentazione. È inoltre impiegata in stratigrafia e studi paleoclimatici, poiché la dimensione delle particelle può indicare la forza dei venti nei climi passati. Nell'ingegneria geotecnica la granulometria del terreno influenza la permeabilità, la compattazione e la resistenza. Inoltre, alcuni quadri normativi richiedono l’analisi granulometrica del suolo per la bonifica dei terreni o la valutazione del rischio di erosione.

Tradizionalmente vengono utilizzati anche metodi di setacciatura come quelli forniti da Retsch, ma la diffrazione laser offre una misurazione molto più rapida e dettagliata su tutto range granulometrico. Ciò ha portato molti laboratori ad adottare analizzatori laser per l’analisi routinaria di sedimenti e terreni.

La diffrazione laser di Microtrac offre un'analisi granulometrica rapida e ad alta risoluzione, richiedendo quantità minime di campione. Questa tecnologia rileva le particelle fini con maggiore precisione rispetto ai setacci o alle pipette e rispetta gli standard ISO 13320 e ASTM B822 per l’accuratezza delle misurazioni. Studi dimostrano una buona concordanza con i metodi tradizionali, a condizione che la dispersione del campione sia adeguata. Grazie all’automazione, all’elevata riproducibilità e alla capacità di analizzare campioni di piccole dimensioni o rari, la diffrazione laser rappresenta una soluzione ideale per laboratori moderni di sedimentologia e geologia, nonché per enti geologici come lo USGS (United States Geological Survey).

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Capacità di stoccaggio del gas in carbone e scisti (isoterme di adsorbimento metano/CO₂)

Le misurazioni delle isoterme di adsorbimento di gas ad alta pressione su campioni di carbone o scisto permettono di determinare la quantità di gas (tipicamente metano o anidride carbonica) che queste rocce possono adsorbire. Questa applicazione è fondamentale per la valutazione delle risorse di metano da carbone (CBM), della capacità di estrazione di gas di scisto e della fattibilità del sequestro di CO₂ in strati di carbone o formazioni di scisto (spesso in combinazione con strategie di Enhanced Gas Recovery).

Comprendere l’interazione tra i gas e le rocce di carbone o scisto è essenziale sia per l’esplorazione energetica sia per la gestione del carbonio. Gli studi di adsorbimento ad alta pressione consentono di valutare la quantità di gas che può essere immagazzinata, recuperata o sequestrata in condizioni reali di giacimento.

Applicazioni principali:

Estrazione del carbone ed esplorazione CBM: la capacità di adsorbimento del metano (volume di Langmuir) indica la quantità di gas che un filone di carbone può contenere.
Valutazione dello shale gas: la misurazione dell'adsorbimento di metano e CO₂ fornisce indicazioni sulla quantità di gas presente e sull'adsorbimento preferenziale (la CO₂ si lega spesso più fortemente, permettendo il recupero avanzato di metano tramite iniezione di CO₂).
Sequestro del carbonio: Gli studi di adsorbimento determinano la quantità di CO₂ che può essere stoccata in modo sicuro in filoni di carbone non coltivabili o in scisti ricchi di materia organica, con particolare attenzione alla stabilità e alla cinetica del processo.

I sistemi ad alta pressione BELSORP di Microtrac consentono la misurazione precisa delle isoterme di adsorbimento fino a diversi MPa, replicando le condizioni dei giacimenti (0–5 MPa per il metano). Questi strumenti supportano gli standard internazionali (ISO 18866 in fase di sviluppo, ISO 15901-2:2022) e le normative nazionali, come la GB/T cinese per l'adsorbimento di metano nel carbone. Quantificando parametri come il volume e la pressione di Langmuir, la tecnica è essenziale per la stima delle riserve, il recupero di metano dai giacimenti carboniferi tramite iniezione di CO₂ e le strategie di sequestro dei gas serra. Grazie a dati standardizzati e affidabili, i geologi possono progettare e ottimizzare le operazioni di giacimento, rendendo l’analisi di adsorbimento ad alta pressione fondamentale sia per lo sviluppo delle risorse energetiche sia per la gestione ambientale.

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RETSCH Experince

Riciclo dei rifiuti minerari con macinazione ad alta energia

"Gli scarti minerari contengono spesso residui pericolosi, ma anche preziosi minerali secondari. Nell'ambito del progetto Horizon Europe START, il mulino a sfere ad alta energia Retsch Emax viene utilizzato per trasformare materiali solfuri di scarto, come la tetraedrite, in polveri nanostrutturate per applicazioni termoelettriche.

Grazie al suo ineguagliabile apporto energetico e al funzionamento raffreddato ad acqua, l'Emax consente una sintesi rapida a temperatura ambiente con una distribuzione granulometrica stabile. Questo approccio non solo riduce i rischi ambientali derivanti dai residui di lavorazione, ma favorisce anche la valorizzazione dei sottoprodotti, supportando pratiche minerarie sostenibili e creando opportunità per il recupero di risorse secondarie."

Metano nelle rocce – Approfondimenti geochimici

Il metano intrappolato nelle inclusioni minerali fornisce indizi fondamentali sul ciclo del carbonio terrestre e sulla formazione delle risorse. Utilizzando i mulini planetari a sfere Retsch, i campioni di roccia vengono macinati in contenitori di ossido di zirconio sigillati, dotati di coperchi di aerazione, consentendo l’estrazione controllata dei gas senza contaminazione.

Il metano rilasciato viene successivamente analizzato mediante spettroscopia Cavity Ring-Down, che fornisce dati estremamente precisi sulla concentrazione e sulla composizione isotopica. Questo flusso di lavoro permette ai ricercatori di distinguere tra origini biologiche e geochimiche del metano, favorendo gli studi sul ciclo globale del carbonio, sull’esplorazione dello shale gas e sul monitoraggio ambientale.

Le apparecchiature Retsch garantiscono una preparazione sicura, riproducibile e priva di contaminazioni per queste analisi geochimiche sensibili.

Analisi del suolo: dalle pietre ai dati affidabili

L'analisi del suolo supporta l'agricoltura, la gestione del territorio e il monitoraggio ambientale valutando i nutrienti e i contaminanti. Per ottenere risultati riproducibili è necessaria un'omogeneizzazione accurata, ma pietre e agglomerati spesso distorcono le misurazioni.

Retsch propone una soluzione dedicata: i frantoi a mascelle pre-frantumano i grandi agglomerati, mentre il setacciatore vibrante AS 200 Control separa efficacemente le pietre dal terreno. Questo processo assicura che vengano analizzate esclusivamente le frazioni fini e rappresentative, migliorando l’accuratezza nella profilazione dei nutrienti e nel monitoraggio dei metalli pesanti.

Combinando una frantumazione robusta con una setacciatura precisa, i sistemi Retsch ottimizzano l’analisi del suolo, proteggono gli strumenti e garantiscono dati significativi e riproducibili, essenziali per una valutazione sostenibile del suolo e dell’ambiente.

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