Nuove tecniche di prospezione nella ricerca di argille per ... Le argille caolintiche a basso...

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1 Nuove tecniche di prospezione nella ricerca di argille per uso ceramico Gian Paolo Bertolotti (Ceramin Consulting) Marco Bettio (Tecno Piemonte S.p.A.) Le argille caolintiche a basso contenuto di cromofori rappresentano oggi un prodotto strategico per l’industria ceramica. Lai prospezione tradizionale realizzata con sondaggi geognostici può oggi essere integrata con la prospezione geofisica e controllata con l’ausilio di nuove tecnologie digitali. L’insieme delle tecniche utilizzate può rappresentare una nuova metodologia per la prospezione di giacimenti di argille per uso ceramico. Analizziamo un caso pratico di ricerca realizzato in un giacimento di argilla del Piemonte. I prodotti ceramici sempre più evoluti e tecnicamente complessi, richiedono una sempre maggiore attenzione alle materie prime utilizzate nelle formulazioni. Oltre ad un affinamento dei metodi di controllo di qualità, nuove tecnologie permettono un aggiornamento dei metodi di ricerca e prospezione mineraria. Le argille rappresentano la componente fondamentale per una corretta formulazione ceramica. La ricerca di nuovi giacimenti di materie prime a basso contenuto di cromofori (ferro e titanio) e la migliore comprensione dei depositi già individuati risulta fondamentale e strategica per l’industria. A tale proposito Tecno Piemonte ha recentemente messo a punto un attrezzato laboratorio analitico e tecnologico in grado di valutare la qualità ed il corretto utilizzo delle materie prime nella produzione ceramica. Fig. 1: laboratorio tecnologico ed analitico per lo studio delle materie prime e formulazioni ceramiche. Tecno Piemonte , Lenta (VC) Il giacimento di Lozzolo Il giacimento di argille caolinitiche di Lozzolo ubicato nel Nord Italia in provincia di Vercelli, pur essendo conosciuto e coltivato da oltre 100 anni, è stato oggetto recentemente di una intensa e dettagliata attività di prospezione geologica. Le più significative ricerche sono state effettuati nella concessione mineraria “Fornaccio”, titolo di proprietà della società R.M. Ricerche Minerarie s.r.l. Pur essendo stati pubblicati in passato numerosi studi geologici, mineralogici ed applicativi sulle materie prime presenti nell’area, non era ancora disponibile all’inizio degli anni 2000 una carta geologica dettagliata dell’area. Una tesi di laurea inedita presentata all’università di Torino nel 2003, in collaborazione con i geologi di R.M. Ricerche Minerarie, ha parzialmente colmato questa lacuna. Lo studio ha prodotto una carta geologica dell’area di Lozzolo a a scala 1:10000 ed una carta di dettaglio a scala 1:2000 del settore della concessione interessato dalla coltivazione mineraria. E’ stato cosi possibile affinare le conoscenze geologiche del giaciment o e definire uno schema stratigrafico dettagliato che ha permesso di riconoscere i livelli più pregiati per le applicazioni ceramiche. I litotipi più interessanti sono tutti risultati associati ad un insieme di sedimenti di età pliocenica definiti come “Complesso Inferiore”, originatisi per deposizione deltizia e lacustre (fig. 2). Tale livello presenta le qualità a minor

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Nuove tecniche di prospezione nella ricerca di argille per uso ceramico Gian Paolo Bertolotti (Ceramin Consulting) Marco Bettio (Tecno Piemonte S.p.A.) Le argille caolintiche a basso contenuto di cromofori rappresentano oggi un prodotto strategico per l’industria ceramica. Lai prospezione tradizionale realizzata con sondaggi geognostici può oggi essere integrata con la prospezione geofisica e controllata con l’ausilio di nuove tecnologie digitali. L’insieme delle tecniche utilizzate può rappresentare una nuova metodologia per la prospezione di giacimenti di argille per uso ceramico. Analizziamo un caso pratico di ricerca realizzato in un giacimento di argilla del Piemonte. I prodotti ceramici sempre più evoluti e tecnicamente complessi, richiedono una sempre maggiore attenzione alle materie prime utilizzate nelle formulazioni. Oltre ad un affinamento dei metodi di controllo di qualità, nuove tecnologie permettono un aggiornamento dei metodi di ricerca e prospezione mineraria. Le argille rappresentano la componente fondamentale per una corretta formulazione ceramica. La ricerca di nuovi giacimenti di materie prime a basso contenuto di cromofori (ferro e titanio) e la migliore comprensione dei depositi già individuati risulta fondamentale e strategica per l’industria. A tale proposito Tecno Piemonte ha recentemente messo a punto un attrezzato laboratorio analitico e tecnologico in grado di valutare la qualità ed il corretto utilizzo delle materie prime nella produzione ceramica.

Fig. 1: laboratorio tecnologico ed analitico per lo studio delle materie prime e formulazioni ceramiche.

Tecno Piemonte , Lenta (VC) Il giacimento di Lozzolo Il giacimento di argille caolinitiche di Lozzolo ubicato nel Nord Italia in provincia di Vercelli, pur essendo conosciuto e coltivato da oltre 100 anni, è stato oggetto recentemente di una intensa e dettagliata attività di prospezione geologica. Le più significative ricerche sono state effettuati nella concessione mineraria “Fornaccio”, titolo di proprietà della società R.M. Ricerche Minerarie s.r.l. Pur essendo stati pubblicati in passato numerosi studi geologici, mineralogici ed applicativi sulle materie prime presenti nell’area, non era ancora disponibile all’inizio degli anni 2000 una carta geologica dettagliata dell’area. Una tesi di laurea inedita presentata all’università di Torino nel 2003, in collaborazione con i geologi di R.M. Ricerche Minerarie, ha parzialmente colmato questa lacuna. Lo studio ha prodotto una carta geologica dell’area di Lozzolo a a scala 1:10000 ed una carta di dettaglio a scala 1:2000 del settore della concessione interessato dalla coltivazione mineraria. E’ stato cosi possibile affinare le conoscenze geologiche del giacimento e definire uno schema stratigrafico dettagliato che ha permesso di riconoscere i livelli più pregiati per le applicazioni ceramiche. I litotipi più interessanti sono tutti risultati associati ad un insieme di sedimenti di età pliocenica definiti come “Complesso Inferiore”, originatisi per deposizione deltizia e lacustre (fig. 2). Tale livello presenta le qualità a minor

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contenuto di ferro, utilizzate ormai da molti anni per la produzione di refrattari e di piastrelle di grès porcellanato.

Fig. 2: carta geologica di dettaglio a scala 1: 2000 della miniera “Fornaccio” e schema stratigrafico interpretativo. La figura evidenzia l’associazione dei materiali cuocenti chiaro ad uno specifico livello

geologico (Gamba, 2003) Disponendo di una carta geologica dettagliata è stato così possibile organizzare successive attività di prospezione nella concessione mineraria. Nella prima fase delle ricerche si sono utilizzate metodologie classiche di ricerca per giacimenti di argille: la prospezione geognostica mediante sondaggi a distruzione e sondaggi a carotaggio continuo. Prospezione geognostica mediante sondaggi a distruzione Per tale attività si è utilizzata una sonda che utilizza come mezzi perforanti trivelle elicoidali con diametro 70 mm. Il suo funzionamento è molto semplice: un motore a benzina spinge tramite ingranaggi le viti elicoidali nel terreno, queste avanzando portano in superficie i terreni attraversati. I vantaggi di questo metodo di prospezione sono soprattutto rappresentati dai costi ridotti di esercizio e nella facilità d’uso. Gli svantaggi sono rappresentati dalla limitata profondità raggiungibile (max. 10-15 metri) e nella difficoltà di ottenere correlazioni stratigrafiche precise. Prospezione geognostica mediante sondaggi a carotaggio continuo Tra il 2003 ed il 2012 sono stati effettuati nella concessione mineraria 18 sondaggi a carotaggio continuo per oltre 240 metri. Per tale prospezione sono state utilizzate sonde idrauliche attrezzate per raccogliere carote continue (100 mm) dei terreni attraversati. I sondaggi a carotaggio continuo risultano molto più utili del metodo di prospezione precedente, infatti forniscono una precisa stratigrafia dei sedimenti incontrati e permettono l’archiviazione in cassette e l’analisi di ogni metro attraversato. Risultano però molto più costosi e richiedono personale specializzato per l’esecuzione. Lo schema successivo (fig. 3) sintetizza la metodologia tradizionalmente utilizzata nella prospezione di giacimenti di argilla per uso ceramico ed applicata nella prima fase degli studi sul giacimento di Lozzolo.

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Fig. 3: sintesi dei metodi tradizionali di prospezione nello studio di giacimenti di argille per uso ceramico L’avanzamento dei lavori minerari e le prospezioni di tipo tradizionale hanno però evidenziato anomalie geologiche che contrastavano con le precedenti conoscenze del giacimento. Si sono infatti osservati strati inclinati di oltre 40 gradi, bruschi contatti laterali tra differenti litologie, inversioni della serie stratigrafica locale, improvvisi approfondimenti delle lenti di argille chiare. Tali anomalie risultavano in contrasto con le precedenti descrizioni della letteratura geologica che indicavano lenti discontinue però debolmente inclinate verso E/NE. Per cercare di risolvere le problematiche sopradescritte, si sono adottati nuovi criteri per lo studio del giacimento. Come prima attività è stato elaborato un modello digitale della cartografia della concessione mineraria, geo-referenziando con l’ausilio di punti di controllo a terra il rilievo topografico esistente. Nella stagione invernale è stata effettuata una campionatura dettagliata nelle aree della concessione mineraria non interessata direttamente dagli scavi, registrando la posizione dei dati raccolti mediante dispositivo GPS. Analogamente si sono definite con precisione mediante satellite le posizioni dei punti di sondaggio effettuati (fig. 4).

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Fig. 4: geo-referenzazione topografica con posizionamento mediante GPS dei sondaggi geognostici eseguiti

In base alle nuove osservazioni di terreno e alla prospezione geologica è stato possibile ridisegnare la carta precedente con dati geo-referenziati in un software operante con sistemi informativi computerizzati (G.I.S.). Si è così potuto organizzare un dettagliato archivio digitale delle informazioni geologiche e dei campioni raccolti ed analizzati (fig. 5). Tale archivio è continuamente aggiornabile ed implementabile monitorando l’avanzamento degli scavi e delle ricerche.

Fig. 5: digitalizzazione delle informazioni geologiche ed analitiche del giacimento

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Prospezione geofisica : metodologia geoelettrica 2D (Earth Resistivity Imagining) Risultati molto interessanti si sono ottenuti applicando tecniche geofisiche nella prospezione di materie prime argillose. In particolare molto utile si è rivelata la metodologia geoelettrica 2D (Earth Resistivity Imaging). Nell’area mineraria di Lozzolo sono stati eseguiti 13 stendimenti geoelettrici ciascuno avente lunghezza di 235 m (fig. 6).

Fig. 6: ubicazione degli stendimenti geoelettrici nell’area mineraria di Lozzolo (VC) La prospezione è stata eseguita in collaborazione con la società i.Geo snc di Cassano d’Adda (MI). Il metodo geofisico utilizzato consiste nel generare cariche elettriche mediante una serie di elettrodi posti lungo la superficie da esplorare e nel misurare la resistenza opposta dai terreni al passaggio della corrente. La resistività elettrica misurata (Ohm per metro) dipende dalle caratteristiche fisiche dei mezzi indagati. La precisione e la profondità esplorata dipendono dalla geometria dello stendimento elettrico. Nelle misurazioni si è adottato un dispositivo quadripolare con geometria Wenner- Schlumberger. Effettuando numerose misure consecutive con elettrodi posizionati a differenti distanze ed elaborando le misure ottenuti con appositi software è possibile ottenere un’immagine elettrica bidimensionale del sottosuolo (fig. 7).

Fig. 7: esempio di profilo geo-elettrico e sezione di resistività elettrica misurata (in Ωm)

La prospezione geofisica, a differenza dei sondaggi geognostici è una indagine di superficie indiretta che

necessita di accurate informazioni geologiche per la corretta interpretazione delle unità elettro-stratigrafiche

riconosciute. Disponendo di dettagliate informazioni geologiche ed analitiche è possibile associare i valori di

resistività elettrica a terreni con caratteristiche fisiche differenti (fig. 8).

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Fig. 8: sezione elettro-stratigrafica ed interpretazione geologica dei dati geofisici risultante dalla correlazione

dei dati geofisici con i risultati di sondaggi geognostici (indicati con S nella sezione)

E’ stato così possibile inserire i dati delle le sezioni risultanti nel progetto cartografico digitalizzato (fig. 9).

Fig. 9: progetto cartografico digitalizzato con ubicazioni delle sezioni elettro-stratigrafiche risultanti dalla prospezione geo-elettrica

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L’obbiettivo futuro sarà di arrivare a disporre di dati sufficienti che permettano l’elaborazione di un attendibile

modello tridimensionale del giacimento (fig. 10).

Fig. 10 : elaborazione 3-D della profondità del substrato roccioso, base del deposito argilloso di Lozzolo

La prospezione geofisica è risultata molto utile anche nell’interpretazione delle anomalie geologiche

precedentemente indicate associabili alla presenza nell’area mineraria di evidenti lineamenti tettonici (fig.

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Fig. 11: lineamenti tettonici (linee rosse) presenti nella miniera argillosa di Lozzolo, riconosciuti dalla prospezione geofisica associata a sondaggi geognostici

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In sintesi la prospezione geoelettrica presenta numerosi vantaggi: oltre ad essere economica permette di indagare ampie superfici in tempi brevi senza provocare danni a terreni non di proprietà. Il metodo è inoltre agevolmente integrabile a software di tipo G.I.S. Nel caso di Lozzolo data la complessa struttura geologica del giacimento, è risultata molto utile poiché, la sola prospezione geognostica puntiforme, anche se distribuita regolarmente a maglie, sarebbe risultata di difficile interpretazione. I limiti del metodo sono soprattutto legati al fatto che un’immagine elettrica non è da considerare come una precisa stratigrafia. Risulta talora anche non semplice interpretare correttamente terreni a differente contenuto d’acqua. A tale proposito, sono in corso presso l’università degli Studi di Milano studi per mettere a punto celle sperimentali adeguate a valutare il comportamento dei terreni a differente contenuto d’acqua. La sintesi delle prospezioni descritte, ha permesso la redazione di una nuova aggiornata carta geologica, oggetto di una nuova tesi di laurea specialistica dell’Università di Milano, che oltre ad evidenziare la presenza nell’area mineraria di importanti lineamenti tettonici, ha anche definito una nuovo schema dei rapporti stratigrafici che evidenzia la presenza di un complesso basale al di sotto dei due precedenti complessi riconosciuti e di una seconda lente superiore di argille chiare (fig. 12). I lineamenti tettonici risultano correlati ai maggiori ispessimenti di argille chiare e risultano un “marker” molto importante per la futura ricerca nell’area di nuove lenti di argille cuocenti chiaro.

Fig. 12: carta geologica di dettaglio a scala 1: 2000 della miniera “Fornaccio” con sezioni e

nuovo schema dei rapporti stratigrafici (Casati, 2012)

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Conclusioni

I risultati delle prospezioni effettuate nella concessione mineraria di Lozzolo (VC) hanno permesso la definizione di una nuova ed aggiornata metodologia di ricerca da applicare anche per altri giacimenti di argille per uso ceramico (fig. 13). Le nuove tecniche disponibili e l’esperienza acquisita in un caso molto complesso come quello descritto possono risultare molto utili nel riconoscere nuove aree di interesse minerario e di riconsiderare giacimenti considerati non più produttivi e parzialmente esauriti.

Fig 13 : sintesi della nuova metodologia di prospezione relativa a giacimenti di argille applicata nello studio del giacimento di argille caolinitiche di Lozzolo (VC)

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Bibliografia Bertolotti G. (2011) Geological research of ball clay for ceramic industry.

Ceramic and Sakhteman Magazine Bertolotti G. (2013) New techniques of survey for clays for ceramics”,

Tiles & Bricks International, 2 2013

Bottino G. (1973) Studio geologico e mineralogico delle argille di Lozzolo (Biellese). Rend. Soc. It. Miner. Petr., Vol. 29

Casati C. (2012) Revisione della successione geologica presente nella miniera di argille

“Fornaccio” presso Lozzolo (VC) al fine dell’attività estrattiva. Tesi di laurea inedita, Università degli Studi di Milano

Cavinato A. (1941) I caolini e le argille di Lozzolo, Roasio e Masserano.

“La ricerca scientifica” anno 12°, n.6 - giugno 1941-XIX, pag.759 Gamba R. (2003) Studio geologico della successione villafranchiana presso Lozzolo (VC)

finalizzato all’attività estrattiva. Tesi di laurea inedita, Università degli Studi di Torino

Inzoli S., Mele M., Complex electrical properties of sand-clay mixtures and alluvial sediment samples Rondolini E. (2014) 20th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics

Athens, Greece, 14-18 September 2014) Mele M., Servida D., Characterisation of sulphide-bearing waste-rock dumps using electrical resistivity Lupis D. (2012) imaging: the case study of the Rio Marina mining district (Elba Island, Italy),

Environ Monit Assess , DOI 10.1007/s10661-012-2993-2 Mele M., Inzoli S., Relating electrical conduction of alluvial sediments to textural properties and pore- Giudici M., Bersezio R. fluid conductivity (2014) Geophysical Prospecting. Volume 62, Issue 3, pages 631–645, May 2014