Course Syllabus
Obiettivi
Il modulo fornisce le basi tecniche, scientifiche e socio-economiche necessarie per affrontare le problematiche più recenti relative alle materie prime nel settore minerario. L'insegnamento di questo modulo è finalizzato a fornire le conoscenze e le basi metodologiche per conoscere e comprendere i principi che definiscono il settore delle materie prime, dal reperimento dei giacimenti minerari e il loro sfruttamento fino alla sostenibilità ambientale. Il corso si concentrerà su alcuni processi e pratiche attualmente riconducibili al concetto di sostenibilità e rispetto dell'ambiente in vari settori della società, quali esempi per specifici approfondimenti sui temi trattati durante il corso.
Gli studenti sono invitati a consultare il syllabus dell'intero corso per i dettagli relativi agli obiettivi di apprendimento e alle competenze.
Conoscenza e comprensione
Conoscenza di base delle caratteristiche dei giacimenti minerari e dei minerali industriali, nonché delle loro caratteristiche genetiche. Metodi di estrazione e lavorazione, con particolare attenzione alla gestione ambientale. Caratterizzazione dei materiali di interesse economico e industriale, e selezione del miglior approccio in termini economici e pratici.
Conoscenza e comprensione applicate
Gli studenti saranno in grado di applicare le conoscenze teoriche per analizzare e interpretare i dati sperimentali per l'esplorazione dei giacimenti minerari e per la caratterizzazione tecnica di minerali metallici e industriali.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di valutare criticamente i modelli teorici e i risultati sperimentali riguardanti le caratteristiche e le proprietà dei minerali metallici e dei minerali industriali.
Abilità comunicative
Gli studenti acquisircono il vocabolario tecnico necessario per descrivere i giacimenti minerari e i processi genetici associati, e saranno in grado di comunicare efficacemente concetti complessi relativi ai processi di formazione dei minerali. Durante il corso, gli studenti saranno inoltre incoraggiati a praticare la comunicazione scientifica attraverso la lettura di articoli scientifici.
Capacità di apprendimento
Il corso si propone di fornire agli studenti un metodo scientifico solido e flessibile che consenta loro di affrontare lo studio dei giacimenti minerari e dei materiali geologici di interesse industriale in modo autonomo e critico. Le competenze acquisite saranno inoltre trasferibili ad altri ambiti scientifici, tecnici e professionali, come la ricerca di giacimenti minerari, la caratterizzazione tecnica dei materiali e l'interpretazione dei dati ambientali.
Contenuti sintetici
• Minerali metalliferi e industriali, concetto di giacimento minerario, tenore, tonnellaggio e Clarke (tenore medio della crosta terrestre).
• Estrazione e lavorazione dei minerali metallici e industriali, trattamento dei minerali, problemi ambientali correlati (ad es. AMD – drenaggio acido da miniera), rifiuti minerari.
• Minerali energetici: petrolio, gas, carbone, uranio, energia geotermica.
• Cave e miniere, legislazione nazionale e internazionale. Tecniche di estrazione a cielo aperto e sotterranea.
• Tecniche di estrazione a cielo aperto e sotterranea.
• Evoluzione della crosta terrestre dall’Archeano al Fanerozoico, principali eventi metallogenici.
• Risorse e riserve minerarie, prospezione geochimica e geofisica dei minerali, carotaggio, esempi.
• Metalli critici, minerali per l’edilizia, minerali energetici e minerali industriali: concetti chiave, definizioni e terminologia.
• Rimarremo senza minerali? Considerazioni su domanda e offerta.
• Il concetto di criticità: valutazione e implicazioni della criticità per le politiche aziendali e governative.
• L’industria mineraria e l’approvvigionamento di minerali critici: fornitori di minerali, società minerarie e di prospezione, dinamiche del settore.
• Vincoli alla risposta dell’offerta di minerali: naturali, economici e istituzionali, e il ruolo della Cina.
Programma esteso
Minerali metallici e minerali industriali
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Giacimenti minerari.
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Minerali metallici (o minerali utili).
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Ganga, tonnellaggio, tenore, tout-venant, Clarke e Clarke di concentrazione.
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Prezzi dei minerali e dei metalli, classificazione commerciale.
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Metalli "critici": REE (terre rare) e PGE (elementi del gruppo del platino).
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Importazione ed esportazione di materie prime, produzione italiana ed europea.
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Recupero e sottoprodotti.
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Forma mineralogica dei metalli.
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Sostanze indesiderate.
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Processi di fusione e arricchimento dei minerali (mineralurgia).
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Problematiche ambientali.
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Rifiuti minerari.
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Sterili di scavo e scarti di lavorazione (tailings).
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Bonifica ambientale.
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Classificazione normativa delle materie prime: materiali di I e II categoria, cave e miniere.
Minerali energetici: petrolio, gas, carbone, uranio, energia geotermica.
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Concetto di EROEI (energia restituita su energia investita).
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Fattore di capacità.
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Criticità delle energie rinnovabili.
Evoluzione della crosta terrestre, dall'Archeano all'eone Fanerozoico
Natura e morfologia dei corpi minerari.
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Singenesi ed epigenesi.
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Corpi minerari discordanti e concordanti.
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Corpi tabulari (filoni e vene).
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Corpi tubolari (pipe e mantos).
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Disseminazioni, stockwork, sostituzione (es. skarn), corpi stratiformi e stratabound.
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Principali tipi di rocce ospiti e relazioni con i corpi minerari.
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Texture e microstrutture dei minerali utili e della ganga, attitudine all'arricchimento e alla lavorazione dei minerali.
Classificazione genetica dei giacimenti minerari
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Giacimenti magmatici: cristallizzazione magmatica (es. diamanti nelle kimberliti, cromiti in complessi basici stratificati, feldspati nelle pegmatiti).
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Giacimenti idrotermali: origine dei fluidi idrotermali, leganti, trasporto, deposizione.
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Giacimenti di uranio.
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Giacimenti legati a processi metamorfici.
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Giacimenti legati a processi sedimentari, BIF (formazioni ferrifere a bande), placer (depositi alluvionali), evaporiti.
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Giacimenti legati alla degradazione meteorica: lateriti, bauxiti.
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Arricchimento supergenico.
Risorse e riserve minerarie; prospezione mineraria
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Rilevamenti geologici.
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Telerilevamento.
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Geochimica.
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Carotaggi geofisici.
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Elaborazione statistica dei dati.
Nuove fonti per le materie prime critiche
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Rifiuti minerari e code di lavorazione: da rifiuto a risorsa.
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Discariche e "urban mining" (estrazione urbana).
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Esempi di nuovi approcci nell'esplorazione delle materie prime.
Aspetti ambientali delle materie prime critiche: sono davvero "green"?
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LCA (valutazione del ciclo di vita) per le materie prime critiche e potenziale di riciclo: il riciclo è davvero praticabile?
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Risolvere la diatriba tra "green" e "greenwashing": una definizione accurata di "sostenibilità" e "economia circolare".
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Esempi dall'industria mineraria e領estrattiva (cave e miniere) in Italia e in Europa.
Prerequisiti
• Conoscenze di base di chimica inorganica.
• Nozioni di base di geologia.
Modalità didattica
6 CFU di lezioni teoriche in aula (48 ore):
• 16 lezioni frontali di due ore ciascuna, in presenza, con didattica frontale;
• 8 lezioni frontali di due ore ciascuna, online, dedicate alla lettura e alla discussione di articoli scientifici e casi di studio, con didattica mista e seminari.
Si raccomanda vivamente la partecipazione alle lezioni e alle esercitazioni interattive.
Materiale didattico
• Arndt & Ganino (2012) - Metals and Society. An introduction to Economic Geology. Springer, 160 pp.
• Kesler & Simon (2015) - Mineral resources, economics and the environment (II edition). Cambridge University Press, 434 pp.
• Gunn (2014) - Critical metals handbook. AGU Wiley, 439 pp.
• Slides.
• Notes shown during lectures and additional material on selected topics, i.e., scientific articles, made available on the e-learning website of the course.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
II semestre (marzo - giugno)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova scritta preliminare, composta da 15 domande a scelta multipla; ogni risposta corretta vale due punti e gli studenti devono superare la prova con un punteggio minimo di 18/30 per poter accedere alla successiva prova orale.
L’esame orale consiste nella discussione di vari argomenti trattati nel modulo, considerati nella complessità dell’intero corso, con particolare attenzione anche alle connessioni tra concetti e processi, in modo da giungere a una valutazione critica del lavoro dal punto di vista della sostenibilità nel settore minerario nel suo complesso.
Per gli studenti che hanno assiduamente frequentato le lezioni, la prova orale può essere sostituita da una presentazione su un argomento specifico (da concordare col docente) che verrà pubblicamente esposto in aula (durata 30 minuti).
Il voto finale sarà compreso tra 18/30 e 30/30 cum laude, sulla base di una valutazione complessiva che terrà conto dei seguenti criteri:
(1) conoscenza e comprensione;
(2) capacità di collegare concetti diversi;
(3) autonomia di analisi e di giudizio;
(4) capacità di utilizzare correttamente il linguaggio scientifico.
Orario di ricevimento
Su appuntamento per telefono o e-mail.
Sustainable Development Goals
Aims
The module provides the technical, scientific and socio-economic basis required to address the most recent issues of raw materials in the mining sector.
The teaching of this module is aimed at providing knowledge and the methodological basis to know and understand the principles that define the raw materials sector, from finding ore deposits and exploitation to environmental sustainability. The course will focus on some processes and practices currently attributable to the concept of sustainability and respect for the environment in various sectors of society, as examples for specific in-depth discussions on the issues addressed during the course.
Students are invited to consult the syllabus of the entire course for details regarding learning- and skill-related objectives.
Knowledge and Comprehension
Basic knowledge of the characteristics of ore deposits and industrial minerals, as well as their genetic characteristics. Mining and processing methods, with particular attention to environmental management. Characterization of materials of economic and industrial interest, and selection of the best approach in economic and practical terms.
Applied Knowledge and Comprehension
Students will be able to apply theoretical knowledge to analyze and interpret experimental data for mineral deposit exploration and for the technical characterization of ores and industrial minerals.
Independent Judgment
Upon completion of the course, students will be able to critically evaluate theoretical models and experimental results regarding the characteristics and properties of metal ores and industrial minerals.
Communication Skills
Students will acquire the technical vocabulary necessary to describe mineral deposits and their associated genetic processes, and will be able to effectively communicate complex concepts related to mineral-forming processes. During the course, students will also be encouraged to practice scientific communication by reading scientific articles.
Ability to Learn
The course aims to provide students with a solid and flexible scientific method that will enable them to approach the study of mineral deposits and geological materials of industrial interest independently and critically. The skills acquired will also be transferable to other scientific, technical, and professional fields, such as the search for mineral deposits, the technical characterization of materials, and the interpretation of environmental data.
Contents
• Ore and industrial minerals, concept of mineral deposit, grade or tenor, tonnage and Clarke (mean crustal tenor).
• Extraction and processing of metallic and industrial minerals, mineral processing, related environmental problems (e.g. AMD - acid mine drainage), mining wastes.
• Energy minerals: oil, gas, coal, uranium, geothermal energy.
• Quarries and mines, national and international legislation. Open and underground mining techniques.
• Open cast and underground mining techniques.
• Evolution of the Earth's crust from the Archean to the Phanerozoic, main metallogenic events.
• Mineral resources and reserves, geochemical and geophysical mineral prospecting, core drilling, examples.
• Critical metals, construction minerals, energy minerals and industrial minerals: key concepts, definitions, and terminology.
• Will we run out of minerals? Considerations of supply and demand.
• The concept of criticality: assessment and implications of criticality for corporate and governmental policy.
• The mining industry and the supply of critical minerals: suppliers of minerals, miners and explorers, industry dynamics.
• Constraints on mineral supply response: natural, economic, and institutional, and the role of China.
Detailed program
Ore minerals & industrial minerals
• ore deposits;
• ore minerals;
• gangue, tonnage, tenor, tout-vènant, Clarke and concentration Clarke;
• mineral and metal ore prices, commercial classification;
• "critical" metals: REE and PGE;
• import and export of raw materials, Italian and European production;
• recovery and by-products;
• mineralogical form of metals;
• unwanted substances;
• melting processes and ore dressing;
• environmental problems;
• mining waste;
• waste rock and tailings;
• environmental remediation;
• regulatory classification of raw materials: I and II category materials, quarries and mines;
• energy minerals: oil, gas, coal, uranium, geothermal energy;
• concept of EROEI (energy recovered over energy invested);
• capacity factor;
• criticality of renewable energy.
Evolution of the Earth's crust, from the Archean to the Phanerozoic eon
• nature and morphology of ore bodies;
• syngenesis and epigenesis;
• discordant and concordant ore bodies;
• tabular bodies (lodes and veins);
• tubular bodies (pipes and mantos);
• disseminations, stockwork, replacement (e.g., skarn), stratiform and stratabound bodies;
• main types of host rocks and relationships with ore bodies;
• textures and microstructures of ore and gangue minerals, attitude to ore dressing and processing.
Genetic classification of mineral deposits
• magmatic deposits: magmatic crystallization (e.g., diamonds in kimberlites, chromites in stratified basic complexes, feldspars in pegmatites);
• hydrothermal deposits: origin of hydrothermal fluids, ligands, transport, deposition;
• uranium deposits;
• deposits linked to metamorphic processes;
• deposits linked to sedimentary processes, BIF (banded iron formations), placers, evaporites;
• deposits linked to weathering: laterites, bauxites;
• supergene enrichment.
Mineral resources and reserves; mineral prospecting
• geological surveys;
• remote sensing;
• geochemistry;
• geophysics core drilling;
• statistical data processing.
New sources for critical raw materials
• mining wastes and tailings, from waste to resource;
• landfill and urban mining;
• examples of new approaches in raw materials exploration;
• environmental aspects of critical raw materials: are they really “green”?
• LCA (life cycle assessment) for critical raw materials and recycling potential: is recycling really viable?
• settling the diatribe between “green” and “greenwashing”, an accurate definition of “sustainability” and “circular economy”;
• examples from the mining and quarrying industry in Italy and Europe.
Prerequisites
• Basic knowledge of inorganic chemistry.
• Basic notions of geology.
Teaching form
6 CFUs of theoretical lessons in the classroom (48 hours):
• 16 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics;
• 8 two-hour lectures, online, reading and discussing scientific articles, case studies, Mixed Didactics, Seminar.
Attendance to lectures and interactive exercises is highly recommended.
Textbook and teaching resource
• Arndt & Ganino (2012) - Metals and Society. An introduction to Economic Geology. Springer, 160 pp.
• Kesler & Simon (2015) - Mineral resources, economics and the environment (II edition). Cambridge University Press, 434 pp.
• Gunn (2014) - Critical metals handbook. AGU Wiley, 439 pp.
• Slides.
• Notes shown during lectures and additional material on selected topics, i.e., scientific articles, made available on the e-learning website of the course.
Semester
II semester (March - June)
Assessment method
Preliminary written test, consisting of 15 multiple choice questions; each correct answer is counted as two points, and stiudents need to pass the test with at least 18/30 to enter the subsequent oral exam.
The oral exam consists in the discussion of various topics covered in the module, seen in the complexity of the entire course, with an emphasis also on the connections between concepts and processes, such as to arrive at a critical evaluation of work from the point of view of sustainability in mining as a whole.
For students who have attended classes regularly, the oral examination may be replaced by a presentation on a specific topic (to be agreed with the lecturer), which will be delivered in class (duration: 30 minutes).
The final score will be between 18/30 and 30/30 cum laude, based on the overall assessment considering the following criteria:
(1) knowledge and understanding;
(2) ability to connect different concepts;
(3) autonomy of analysis and judgment;
(4) ability to correctly use scientific language.
Office hours
Always, after scheduling an appointment via phone or e-mail.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Alessandro Cavallo
