Διερεύνηση των ορυκτοπετρογραφικών και των φυσικομηχανικών ιδιοτήτων των ανθρακικών πετρωμάτων του Νομού Ηλείας : αξιολόγηση τους ως πιθανών πηγών βιομηχανικών και αδρανών υλικών

• Κύριος συγγραφέας: Τσένη, Ξανθή
• Άλλοι συγγραφείς: Tseni, Xanthi
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Ασβεστόλιθοι; Βιομηχανικά ορυκτά; Πετρογραφία; Γεωστατιστική ανάλυση; Limestone; Industrial minerals; Petrography; Geostatistics

Με τον όρο βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα εννοούμε εκείνα τα ορυκτά και πετρώματα που χρησιμοποιούνται επεξεργασμένα ή όχι, ως πρώτες ύλες ή ως πρόσθετα ή ως δομικά υλικά. Τέτοια υλικά θεωρούνται και τα ανθρακικά πετρώματα, ιζηματογενούς ή μεταμορφικής προέλευσης. Η αγορά των λευκών Ανθρακικών Πληρωτικών αυξάνεται σταθερά την τελευταία δεκαετία, σε όλο τον κόσμο. Στην Ελλάδα, τόσο η ετήσια δυναμικότητα, όσο και η ετήσια παραγωγή υπερδιπλασιάστηκαν κατά την περίοδο των τελευταίων ετών. Ο κλάδος έχει ισχυρό εξαγωγικό χαρακτήρα, δεδομένου ότι περισσότερο από το 60% της εθνικής παραγωγής εξάγεται, ενώ η εγχώρια κατανάλωση απορροφάται κυρίως από τη χρωματοβιομηχανία, τη βιομηχανία πλαστικών και τις περιβαλλοντικές εφαρμογές. Η ποιότητα του καθενός λιθότυπου εξαρτάται από τα εγγενή χαρακτηριστικά του και συνεπώς η πετρογραφική εξέταση συνεισφέρει ουσιαστικά στην κατανόηση των ιδιαίτερων φυσικοχημικών ιδιοτήτων του. Η παρούσα διατριβή διερευνά την επίδραση των λιθότυπων στην καθαρότητα και στην κοκκομετρία του επεξεργασμένου υλικού των ανθρακικών πετρωμάτων των νομών Ηλείας και Αρκαδίας. Επιπρόσθετα, μελετώνται (2) δείγματα μαρμάρων “Plattenkalk”. Συγκεκριμένα, τα δείγματα διακρίθηκαν με βάση τη ζώνη εμφάνισης και την ηλικίας τους. Στην περιοχή μελέτης παρατηρήθηκαν οι εξής λιθολογίες ασβεστόλιθοι, πυριτιωμένοι ασβεστόλιθοι, δολομίτες και μάρμαρα. Η ζώνη Πίνδου, αποτελείται κυρίως από ασβεστόλιθους, ασβεστόλιθους με ενστρώσεις πυριτόλιθων και δολομιτικών ασβεστόλιθων. Η ζώνη Γαβρόβου- Τρίπολης από ασβεστόλιθους και δολομίτες, ενώ η Ιόνια ζώνη απαρτίζεται κυρίως από ασβεστόλιθους με ή χωρίς την παρουσία πυριτόλιθων. Επίσης μελετήθηκαν τα μάρμαρα “Plattenkalk”. Οι λιθότυποι που παρατηρήθηκαν είναι οι εξής: Δισμικρίτες-απολιθωματοφόροι ασβεστόλιθοι, βιομικρίτες-Πελαγικά “Mudstone”-“Wackestone”με βιοκλάστες, βιομικρίτες - “Wackestone”-“Packstone” με βιοκλάστες, Βιομικρίτες- “Packstone με βιοκλάστες, “Packstone”/”Floatstone”, “Rudstone”, βιοσπαρίτες- “Grainstone” και μεσοκρυσταλλικούς ασβεστόλιθους (μάρμαρα “Plattenkalk”). Από τους παραπάνω επιλέχθηκαν αντιπροσωπευτικά δείγματα τα οποία αξιολογούνται για την καταλληλότητά τους σε βιομηχανικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές. Κατασκευάστηκαν ψηφιακοί χάρτες με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με βάση τα γεωλογικά φύλλα του ΙΓΜΕ των νομών Ηλείας και Αρκαδίας. Από τις υπαίθριες παρατηρήσεις και μελέτες προκύπτει ότι στις περισσότερες περιοχές είναι δυνατή η εξόρυξη συμπαγών όγκων πετρωμάτων. Εξαίρεση αποτελούν περιοχές του νομού Αρκαδίας λόγω της παρουσίας ρηγμάτων. Τα δείγματα παρατηρήθηκαν σε πολωτικό μικροσκόπιο και έπειτα εφαρμόστηκαν τεχνικές ποσοτικής ανάλυσης των πετρογραφικών παραμέτρων με χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM) και αχτίνων Χ. Ο χημισμός του εκάστοτε λιθότυπου είναι εξαιρετικής σημασίας για την ερμηνεία των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του. Τα αποτελέσματα της διατριβής υποδεικνύουν ότι η ποιότητα των ανθρακικών πετρωμάτων είναι δυνατόν να εκτιμηθεί με χρήση χημικών δεικτών. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η σχέση του CaO και της απώλειας πύρωσης (LOI) με το αδιάλυτο υπόλειμμα. Η αρνητική συσχέτιση υποδηλώνει ότι αυτά ενσωματώνονται στην ανθρακική φάση. Επιπροσθέτως η σχέση μεταξύ των στοιχείων La, Ce με το Σ(SiO2+Al2O3+Fe2O3t+ MgO+Na2O+ K2O+ TiO2) υποδεικνύει ότι τα στοιχεία αυτά συγκεντρώνονται κυρίως στο κλαστικό υλικό, το οποίο συνδυάζεται με την αρνητική σχέση μεταξύ CaO με το La. Οι εργαστηριακές δοκιμές που εκτελέστηκαν είναι οι ακόλουθες i) φυσικές (περιεχόμενη υγρασία- w, υδαταπορροφητικότητα –wa, φαινόμενη πυκνότητα- pa, απόλυτη πυκνότητα-pab,ολικό πορώδες – nt, κοκκομετρία - D10, D50, D90, Δείκτες Χρώματος - L, a, b), ii) χημικές (Ολικός οργανικός άνθρακας - TOC, προσδιορισμός pH - pH, Απώλεια Πύρωσης – LOI) iii) φυσικοχημικές (ελαιοαπορροφητικότητα - oil abs, ειδική επιφάνεια κόκκων – SSA by BET, μικροπορώδες – pore diameter by Bet, αδιάλυτο υπόλειμμα - Ι.R, υδατοδιαλυτά συστατικά – water soluble). Σε γενικές γραμμές, οι διακυμάνσεις των τιμών των εργαστηριακών αποτελεσμάτων είναι μεγαλύτερες στους βιομικρίτες-Πελαγικά “Mudstone” -“Wackestone”με βιοκλάστες, βιομικρίτες - “Wackestone” - “Packstone” με βιοκλάστες, συγκριτικά με τους υπόλοιπους λιθότυπους. Αυτό αποδίδεται στην αναλογία μικρίτη προς σπαρίτη. Από την συνεκτίμηση των παραπάνω ιδιοτήτων προκύπτει ότι τα μάρμαρα “Plattenkalk”, οι βιομικρίτες – “Rudstone”, “Floatstone” και οι βιοσπαρίτες – “Grainstone” έχουν την υψηλότερη καθαρότητα έναντι των άλλων. Οι συσχετισμοί μεταξύ των προσδιορισθέντων φυσικών, χημικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων διερευνήθηκαν με ανάλυση παλινδρόμησης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπου ο συντελεστής pearson (r) είναι αρκετά υψηλός, είναι δυνατή η εκτίμηση της μιας παραμέτρου. Σημαντικοί συσχετισμοί επιχειρήθηκαν επίσης μεταξύ φυσικών ιδιοτήτων, με περισσότερο ενδιαφέρουσα εκείνη της φαινόμενης πυκνότητας (ρa) και της υδαταπορροφητικότητας (Wa). Η συγκεκριμένη σχέση υποδεικνύει ότι η αύξηση της υδαταπορροφητικότητας οδηγεί στη μείωση της φαινόμενης πυκνότητας. Επιπλέον σημαντικοί συσχετισμοί επιτεύχθηκαν μεταξύ φυσικών και χημικών ιδιοτήτων, ξεχωρίζουν περισσότερο οι συσχετισμοί μεταξύ της μέσης διαμέτρου ή της διαμέτρου από την οποία διέρχεται το 50% του δείγματος (D50), η ειδική επιφάνεια ΒΕΤ (SSA by Bet) και το αδιάλυτο υπολείμμα (Ι.R) καθώς και μεταξύ των δεικτών λευκότητας (L) με μέση διάμετρο (D50). Όσον αφορά στην τελευταία σχέση χωρίζονται σε (2) ομάδες. Η μεν πρώτη ομάδα αποτελείται από δολομίτες της ζώνης Γαβρόβου-Τρίπολης και ορισμένους ασβεστόλιθους που είναι πλούσιοι σε προσμίξεις οξειδίων και παρουσιάζουν πολύ καλό βαθμό αρνητικής συσχέτισης εξαιτίας της σκληρότητας των ορυκτών που απαρτίζουν τα πετρώματα. Η δεύτερη ομάδα που αποτελείται κυρίως από ασβεστόλιθους των υπόλοιπων ζωνών έχουν χαμηλό βαθμό αρνητικής συσχέτισης και αυτό πιθανόν να οφείλεται στην ύπαρξη πολλών παραγόντων που επιδρούν. Συνεπώς, με βάση τους συσχετισμούς που ακολούθησαν έδειξαν ότι η λευκότητα των υλικών επηρεάζεται αρνητικά από την παρουσία του οργανικού υλικού, του αδιάλυτου υπολείμματος και των οξειδίων Fe αφού η παρουσία τους συμβάλλει στην υποβάθμιση της ποιότητας τους για βιομηχανικές και περιβαλλοντικές εφαρμογές. Με τη χρήση γεωστατιστικών μεθόδων μέσω των Γ.Σ.Π και ειδικότερα με τη μέθοδο “Ordinary Kriging” επιτυγχάνεται η διερεύνηση της καταλληλότητας των ανθρακικών πετρωμάτων με σκοπό τον εντοπισμό περιοχών για την παραγωγή τσιμέντου ή αποθειώσης καυσαερίων. Η περιοχή της Βόρειας Ηλείας, το νότιο τμήμα της Νότιας Ηλείας και ορισμένες περιοχές από την Κεντροανατολική Αρκαδία συνίσταται για την παραγωγή τσιμέντου. Από την άλλη πλευρά μόνο ορισμένες θέσεις της Κεντροανατολική Αρκαδίας και ελάχιστες της Βόρεια Ηλείας θεωρούνται κατάλληλες για την αποθείωση καυσαερίων. Από τη σύγκριση των τιμών των προσδιορισθέντων ιδιοτήτων των υπό μελέτη πετρωμάτων με τις οριακές τιμές καταλληλότητας που αναφέρονται σε διεθνή πρότυπα για διάφορες κατηγορίες βιομηχανικών και περιβαλλοντικών εφαρμογών, συμπεραίνεται ότι οι περισσότεροι λιθότυποι είναι κατάλληλοι για την χρήση ως βελτιωτικά υλικά και τσιμέντο. Εξαίρεση αποτελούν οι δολομιτικοί ασβεστόλιθοι και οι δολομίτες από τις ζώνες Πίνδου και Γαβρόβου-Τρίπολης. Τα πετρώματα αυτά θεωρούνται ακατάλληλα για τις περισσότερες εφαρμογές λόγω της υψηλής περιεκτικότητας τους σε MgO. Τα όρια καταλληλότητας για τις περιβαλλοντικές εφαρμογές (παραγωγή ασβέστου, αποθείωση καυσαερίων) είναι αρκετά αυστηρά. Από την πετρογραφία, τη γεωχημεία και τις εργαστηριακές αναλύσεις προέκυψαν ότι τα μάρμαρα “Plattenkalk”, οι βιομικρίτες “Rudstone”, “Floatstone” και οι βιοσπαρίτες - “Grainstone” είναι κατάλληλοι για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Ακόμη ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί στους δολομίτες και στους δολομιτικούς ασβεστόλιθους που είναι κατάλληλοι για την παραγωγή λιπασμάτων.