Recursos, jaciments i reserves

Defineix recurs natural i classifica els següents en renovables o no renovables: aigua subterrània, coure, vent, sòl agrícola i petroli. Justifica els casos dubtosos.

Tria tres materials geològics presents a la teva vida quotidiana (telèfon mòbil, habitatge, alimentació) i rastreja l'origen de cadascun fins al mineral, la roca o el jaciment del qual procedeix.

La sorra silícia per fabricar vidre és un recurs跑 abundant, mentre que el tàntal és escàs i estratègic. Compara com l'abundància geològica i la concentració tecnològica condicionen el preu i la geopolítica de tots dos recursos.

L'esquema representa els recursos totals coneguts d'un mineral (rectangle blau) i la part que avui constitueix la reserva (rectangle verd). Explica quina diferència hi ha entre recurs i reserva i raona quin canvi econòmic o tecnològic pot representar la fletxa marcada amb «?», que amplia la reserva sense descobrir nous dipòsits.

Quines condicions ha de reunir una concentració de minerals per ser considerada jaciment? Explica el paper de la llei de la mena i del preu de mercat.

Què és la llei d'una mena i en quines unitats s'expressa per a un metall comú i per a un metall preciós? Posa un exemple numèric de cada cas.

Què són la mena i la ganga d'un jaciment? Què passa amb la ganga durant el tractament del mineral?

Una mena de coure amb una llei del $0,8\ \%$ resulta explotable en una mina a cel obert, però no ho seria una amb llei del $0,1\ \%$. Explica què és la llei de tall i de quins factors depèn el seu valor.

Una mina explota $2\ \text{Mt}$ de mena amb una llei del $0,5\ \%$ de coure.

1. a) Calcula les tones de coure contingudes a la mena;
2. b) explica per què el metall realment obtingut serà menor (rendiment de la metal·lúrgia).

Una explotació minera de blenda (ZnS) treballa un dipòsit amb una llei mitjana de 4,5 % de Zn. Els costos directes d'extracció i tractament ascendeixen a 90 € per tona de mineral tractat, amb una recuperació metal·lúrgica del 80 %.

1. a) Si el preu de mercat del zinc cau en borsa de 3000 €/t a 2000 €/t de metall, demostra numèricament per què l'explotació entra en pèrdues i es veu forçada a paralitzar la seva activitat, justificant com es reclassifica el dipòsit en el diagrama de McKelvey (de reserva a recurs identificat subeconòmic).
2. b) Deu anys després, mantenint-se el preu del zinc en 2000 €/t i sense descobrir nou mineral, la mina reobre de manera rendible gràcies a la introducció de biolixiviació i trituració selectiva, que redueixen els costos a 65 €/t de mineral i eleven la recuperació al 85 %. Justifica numèricament la nova viabilitat i extreu una conclusió sobre el caràcter dinàmic i relatiu del concepte de reserva davant del de recurs geològic.

Una empresa minera explora un massís granític a la recerca de tungstè (scheelita). En una fase preliminar, mitjançant escassos sondejos distanciats 1 km, estima un volum global de 30 milions de tones de roca amb una llei suposada de 0,15 % de WO₃. La llei de tall econòmica de l'explotació se situa actualment en 0,28 % de WO₃.

1. a) Situa aquest jaciment en els dos eixos del diagrama de McKelvey (certesa geològica i viabilitat econòmica), justificant per què s'ha de classificar com a recurs i no com a reserva.
2. b) Després d'una campanya de sondejos de malla tancada (50 × 50 m) amb testimoni continu i anàlisi geoquímica, es delimita un bloc de 8 milions de tones amb una llei mitjana de 0,40 % de WO₃, mentre que la resta del volum roman al 0,12 %. Explica raonadament com es reclassifica cadascuna de les dues fraccions en aquest diagrama.
3. c) Si l'administració autonòmica aprova una taxa ecològica per ocupació del sòl i exigeix un aval de restauració ambiental que eleva la llei de tall de la mina a 0,42 % de WO₃, prediu i justifica l'impacte immediat d'aquesta regulació sobre la quantitat de reserves comercialment explotables de l'empresa.

Compara la mineria a cel obert i la mineria subterrània: quin factor geomètric del jaciment (profunditat i forma) decideix l'elecció de cada mètode?

Què és la relació estèril-mena (ràtio de desmunt) en una mina a cel obert i com influeix en la seva rendibilitat?

Els jaciments es classifiquen per la seva gènesi en magmàtics, hidrotermals, sedimentaris (plaers) i metamòrfics. Descriu breument cada procés i posa un exemple de substància extreta de cada tipus.

Els jaciments es concentren en pocs països per raons estrictament geològiques. Explica aquesta concentració i analitza dues conseqüències geopolítiques (dependència del subministrament, fluctuació de preus).

Descriu les fases de la vida d'una mina (prospecció, exploració, explotació, tancament i restauració) i indica què es decideix en cadascuna.

En què consisteix l'exploració minera? Ordena les tècniques habituals (cartografia geològica, geoquímica de sòls, geofísica, sondejos) de menor a major cost i indica què aporta cadascuna.

Què és un recurs mineral crític o estratègic? Cita dos exemples i explica què els fa crítics (importància tecnològica i risc de subministrament).

Una anàlisi de cicle de vida compara la substitució de 100 000 vehicles dièsel per vehicles 100 % elèctrics equipats amb bateries de liti-níquel-manganès-cobalt (NMC). L'estudi conclou que, si bé les emissions de gasos d'efecte d'hivernacle es redueixen un 65 % durant la vida útil del vehicle, la toxicitat ambiental acumulada i el consum hídric augmenten un 280 % a les regions extractives d'origen (salars de liti i cinturó del cobalt).

1. a) Explica la paradoxa ambiental de les «tecnologies netes» basant-te en el concepte d'externalització d'impactes ambientals al llarg de la cadena de subministrament de matèries primeres minerals.
2. b) Dissenya una proposta tècnica amb dues alternatives viables (per exemple, l'ús de químiques de càtode lliures de cobalt com LFP o sodi, o tecnologies d'extracció directa de liti amb reinjecció de salmorra) i justifica com mitigarien els impactes hidrològics i geoquímics identificats sense comprometre la descarbonització del transport.

En la dècada de 1970, el geofísic M. King Hubbert i els seus seguidors van predir, aplicant una corba logística simètrica a les reserves conegudes de petroli convencional, que la producció mundial assoliria un zenit insuperable cap a l'any 2000 per després entrar en un declivi ràpid. Tanmateix, el 2023 la producció global va superar els 100 milions de barrils diaris.

1. a) Analitza críticament quins supòsits geològics i socioeconòmics del model de Hubbert van resultar insuficients per anticipar l'auge del petroli no convencional (lutites i sorres bituminoses mitjançant fracturació hidràulica) i les tècniques de recuperació millorada (EOR).
2. b) Basant-te en el concepte de Taxa de Retorn Energètic (TRE o EROI), rebat l'afirmació que «l'avanç tecnològic continuat garanteix que mai no existirà un zenit d'extracció que limiti la disponibilitat neta d'energia fòssil per a la societat».

Dos països en desenvolupament, A i B, descobreixen alhora grans jaciments de gas natural i coltan. Trenta anys després, el país A pateix les conseqüències del «mal holandès»: la seva moneda es va sobrevalorar, les importacions barates van arruïnar la seva agricultura i indústria locals, la corrupció va capturar els ingressos extractius i la recent baixada internacional del preu del gas ha sumit l'Estat en una severa crisi de deute. Per contra, el país B ha assolit una economia diversificada, alts índexs de desenvolupament humà i gestiona un fons sobirà d'estabilització.

1. a) Explica la seqüència causa-efecte que connecta el descobriment massiu de recursos geològics amb el declivi de la resta de sectors econòmics al país A, definint amb precisió el mecanisme del mal holandès.
2. b) Contrasta els factors de governança que marquen la diferència entre ambdós països i raona per què la dependència de recursos minerals no renovables amb preus volàtils és especialment desestabilitzadora per a les finances públiques.
3. c) Dissenya tres directrius estratègiques de gestió pública i fiscal perquè el país A reverteixi la seva situació i transformi el capital natural exhaurible en capital productiu durador i sostenible.

El neodimi i el ceri presenten una abundància mitjana a l'escorça terrestre (38 ppm i 60 ppm, respectivament) notablement superior a la de metalls tradicionals com el plom (13 ppm) o la plata (0,07 ppm). Tanmateix, la Unió Europea els classifica com a matèries primeres crítiques amb un risc geopolític extrem de subministrament, depenent en més d'un 90 % d'un únic país tant per al concentrat mineral com per a la refinació química.

1. a) Justifica, des del punt de vista del comportament geoquímic i de l'estructura cristal·lina dels minerals, per què aquests elements rarament formen menes concentrades i requereixen processos de separació i refinació hidrometal·lúrgica extraordinàriament complexos i agressius amb el medi ambient.
2. b) Minerals com la monazita i la bastnäsita solen albergar concentracions significatives de tori i urani radioactius. Avalua els conflictes socioambientals derivats d'obrir mines de terres rares en territori europeu enfront del dilema ètic d'externalitzar la contaminació a països amb normatives ambientals laxes.
3. c) Valora la viabilitat a curt i mitjà termini de cobrir la demanda de neodimi per a aerogeneradors i vehicles elèctrics exclusivament a través de la «mineria urbana» (reciclatge d'imants permanents), justificant quines limitacions termodinàmiques i temporals existeixen.

A principis del segle XX, la mineria de coure explotava jaciments amb lleis mitjanes superiors al 3 % (30 kg de Cu útil per tona de mineral extret). En l'actualitat, els grans pòrfirs cuprífers mundials extreuen mineral amb lleis al voltant del 0,5 % (5 kg de Cu/t). Al mateix temps, l'electrificació dispara el consum: un vehicle elèctric convencional requereix 80 kg de coure (enfront de 20 kg en un de tèrmic) i un parc eòlic precisa unes 4 tones de Cu per cada megawatt (MW) instal·lat.

1. a) Per fabricar una flota de 20 000 vehicles elèctrics a partir d'un jaciment amb llei del 0,5 %, una recuperació metal·lúrgica del 80 % i una ràtio estèril/mineral de 2:1, calcula la massa de mineral que s'ha de processar i la massa d'estèril que s'ha de remoure. A partir dels resultats, dedueix i explica tres greus impactes geoambientals derivats d'aquesta escala de remoció de materials.
2. b) Un representant de la indústria declara que «el reciclatge de RAEE (residus d'aparells elèctrics i electrònics) permetrà prescindir de la mineria de coure primària en els pròxims 15 anys». Rebat de manera fonamentada aquesta afirmació considerant la taxa de creixement de la demanda, els desfasaments temporals per vida útil dels equips i les limitacions termodinàmiques del reciclatge.

Una empresa minera sol·licita autorització ambiental per explotar un dipòsit de liti en pegmatites mitjançant una corta a cel obert de 160 m de profunditat. L'explotació projectada se situa a 1,5 km aigües amunt d'un aqüífer càrstic que alimenta deus que proveeixen d'aigua potable dues poblacions i sustenten un regadiu tradicional. La memòria del projecte preveu bombaments intensius per esgotar el freàtic de la corta, basses de lixiviació àcida i una escombrera exterior que acumularà estèrils amb presència d'arsenopirita i pirita.

1. a) Prediu els dos riscos hidrogeològics i geoquímics més greus per a l'aqüífer càrstic i les aigües superficials, explicant detalladament les reaccions químiques que desencadenen el drenatge àcid de mina i l'alliberament de metal·loides tòxics com l'arsènic.
2. b) Dissenya tres condicions tècniques concretes, mesurables i indispensables que la Declaració d'Impacte Ambiental (DIA) hauria d'imposar per autoritzar el projecte (considera el segellament d'escombreres, el control piezomètric i el tractament d'efluents).
3. c) Justifica si modificar el mètode extractiu cap a mineria subterrània amb tècnica de tall i rebliment descendent mitjançant pastes inertitzades d'estèril reduiria de manera significativa els impactes sobre el paisatge, el balanç hídric i la generació de lixiviats enfront de la corta a cel obert.