Βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα

Σύμφωνα με τον κώδικα PERC (Pan-European Reserves and Resources Reporting Committee Standard, 2018) οι φυσικές ορυκτές πρώτες ύλες χωρίζονται στις μεταλλικές, στις μη-μεταλλικές (βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα), και στις ενεργειακές. Οι προσδιορισμοί αυτοί περιγράφουν το είδος και σε γενικές γραμμές την χρήση αυτών των ορυκτών πρώτων υλών. Τα μεταλλεύματα (αυτοφυή μέταλλα και ενώσεις μετάλλων) ανήκουν στην πρώτη κατηγορία ενώ στην δεύτερη και στην τρίτη ανήκουν αντίστοιχα τα βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα, και οι ενεργειακές πρώτες ύλες (υγρές, στερεές, αέριες).

Με την αλματώδη ανάπτυξη της τεχνολογίας νέες χρήσεις για τα βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα βρήκαν εφαρμογή, στην βιομηχανία, ως πρώτες ύλες και ως βοηθητικά προσθετικά. Έτσι, για αρκετές βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα όπως, ο τάλκης, ο περλίτης, ο μπεντονίτης, η άργιλος, τα μάρμαρα, οι σχιστόλιθοι, οι ασβεστόλιθοι, και άμμος αναπτύχθηκαν νέες χρήσεις. Ενώ μάλιστα άλλα, όπως ο βαρύτης, ο φθορίτης, και ο απατίτης, θεωρήθηκαν κρίσιμες ορυκτές πρώτες ύλες λόγω της λειτουργίας τους ως πηγές βαρίου, φθορίου, και φωσφόρου, στοιχεία των οποίων η αδιατάρακτη προμήθεια στην σύγχρονη ανεπτυγμένη βιομηχανία κρίνεται ως στρατηγικής σημασίας. Σημαντικός είναι και ο ρόλος όμως αυτών των ορυκτών πρώτων υλών στην περιβαλλοντική βιομηχανία. Τα τελευταία χρόνια αναδεικνύεται όλο και περισσότερο η σημασία της χρήσης των βιομηχανικών ορυκτών και πετρωμάτων σε εφαρμογές περιβαλλοντικής προστασίας, ως τέτοια παραδείγματα μπορεί να αναφερθεί η χρήση του περλίτη ως μέσο αντιμετώπισης των πετρελαιοκηλίδων και της θαλάσσιας μόλυνσης, και τα αργιλικά ορυκτά ως μέσο στεγανοποίησης των χώρων απόθεσης απορριμμάτων.

Ο ζεόλιθος ανήκει σε αυτή την κατηγορία των ορυκτών πρώτων υλών, αποτελεί δηλαδή βιομηχανικό ορυκτό, και μάλιστα κατέχει εξέχουσα θέση μεταξύ των βιομηχανικών ορυκτών και πετρωμάτων που χρησιμοποιούνται στην περιβαλλοντική βιομηχανία. Στην συνέχεια ακολουθεί, στην βάση της ενδεικτικής βιβλιογραφίας, μια σύντομη περιγραφή του ζεολίθου ως ορυκτή πρώτη ύλη, αλλά και των ιδιαίτερων φυσικών και χημικών ιδιοτήτων που αυτός έχει και του προσδίδουν τις μοναδικά χαρακτηριστικά του.

Ο ΖΕΟΛΙΘΟΣ ΩΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟ ΟΡΥΚΤΟ

Εικόνα 1. (α). Διάφορες διατάξεις της δομής του κρυσταλλικού πλέγματος των ζεολίθων, (β). Οι δομές που παρατηρούνται στους μίκρο- και νάνο-πόρους των ζεολίθων.

Χαρακτηριστικά των Ζεολίθων

Στην πραγματικότητα ο όρος ζεόλιθος δεν αναφέρεται σε ένα ορυκτό και ο ενεστώτας χρησιμοποιείται χάριν απλούστευσης. Ο όρος, λοιπόν, αναφέρεται σε ομάδα ορυκτών, τους ζεόλιθους. Τα ορυκτά που συνθέτουν την ομάδα έχουν παρόμοια χημική σύσταση και φέρουν ως κύρια χημικά στοιχεία τα Na, Ca, K, Ba, Sr, και το υδροξύλιο (ΟΗ). Ο Σουηδός ορυκτολόγος Cronstedt το 1976 ανακάλυψε πρώτος την ομάδα αυτών των ορυκτών και την ονομάτισε συνθέτοντας τις αρχαίες ελληνικές «ζέω» και «λίθος». Η επιλογή της ονομασίας αυτής απορρέει από την χαρακτηριστική ιδιότητά τους να αφρίζουν κατά την αποβολή νερού, με την θέρμανση τους. Το κρυσταλλογραφικό πλέγμα των ζεολίθων παρουσιάζει κενά (Εικ. 1α,β). Τα κενά αυτά πληρώνονται από μόρια νερού και ελεύθερα κατιόντα που συνδέονται χαλαρά μεταξύ τους. Με την θέρμανση του ζεολίθου, και μέχρι τους 350 º C, το νερό αυτό αναβράζει και αποβάλλεται χωρίς να καταστρέφεται το κρυσταλλικό πλέγμα του ορυκτού (Εικ. 1α). Μάλιστα δεν αποκλείεται η επαναπροσρόφηση νερού στο κρυσταλλικό πλέγμα μικρότερης βέβαια ποσότητας. Μια άλλη χαρακτηριστική ιδιότητα των ζεολίθων είναι επίσης η δυνατότητα αμοιβαίας ανταλλαγής και αντικατάστασης ιόντων στο μοριακό τους πλέγμα.

Ο γενικός χημικός τους τύπος είναι: Μ2/nO.Al2O3.xSiO2.yH2O, όπου: M=αλκάλεα ή αλκαλικές γαίες, n=σθένος κατιόντος, x= από 2 έως 10, και y= από 3 έως 7. Ως τα πιο διαδεδομένα μέλη της ομάδας των φυσικών ζεολίθων αναφέρονται τα: ανάλκιμο (Na16(Al16Si32O96).16H2O), ευλανδίτης ((Ca,Na)23Al3(Al,Si)2Si13O36·12H2O), χαβαζίτης ((Na2Ca)6(Al12Si24O72).40H2O), κλινοπτινόλιθος ((Na4K4)(Al8Si40O96).24H2O), λομοντίτης (Ca4(Al8Si16O48).16H2O), και νατρόλιθος (Na16(Al16Si24O80).16H2O). Στις ημέρες μας, 67 ορυκτά φυσικών ζεολίθων είναι γνωστά, ενώ στα εργαστήρια έχουν παρασκευαστεί περισσότερα από 100 είδη συνθετικών ορυκτών ζεολίθων.

Γεωλογικά ο σχηματισμός τους συνδέεται με την υδροθερμική εξαλλοίωση ηφαιστειακών πετρωμάτων (π.χ. ηφαιστειακών τόφφων) μέσω της κυκλοφορίας θερμού νερού στα πετρώματα διαμέσου ρηγμάτων και διακλάσεων. Επομένως, αποτελούν δευτερογενή ορυκτά και μπορούν να βρίσκονται και μέσα σε ιζηματογενή πετρώματα (π.χ. γραουβάκες, ορυκτούς άνθρακες και σιδηρούχους ιζηματογενείς σχηματισμούς). Οι συνθήκες σχηματισμού των ζεολίθων χαρακτηρίζονται κυρίως από: χαμηλή μερική πίεση CO2, υψηλό pH, αυξημένη παρουσία των στοιχείων Na, Ca, K, SiO2 και ιόντων H+ στα υπό κυκλοφορία υδάτινα διαλύματα. Μετά τα μέσα του 20ου αι. εντατικές γεωλογικές έρευνες, κυρίως σε περιοχές ηφαιστειοκλαστικών υλικών, ανακάλυψαν νέα αποθέματα ζεολίθων. Στοιχείο πολύ σημαντικό καθώς η βιομηχανική σύνθεση τεχνητών ζεολίθων αποτελεί συγκριτικά ακριβότερη διαδικασία (συνίσταται μόνο για πολύ εξειδικευμένες βιομηχανικές χρήσεις) από την ανεύρεση, εξόρυξη και παραγωγή φυσικών ζεολίθων.

Τα ηφαιστειακά πετρώματα που συνήθως παρατηρείται εκτεταμένη συγκέντρωση ζεολίθων είναι οι τόφφοι. Οι ζεολιθικοί τόφφοι, εκτός από ορυκτά της ομάδας των ζεολίθων (συνήθως 4 έως 10 ορυκτά), μπορεί να περιέχουν και διάφορα είδη μαρμαρυγία, σμεκτίτη, ιλλίτη, σελαδονίτη, χαλαζία, χριστοβαλίτη, τριδυμίτη, οπάλιου, αλκαλιούχου-αστρίου και πλαγιόκλαστου. Οι ζεολιθικοί τόφφοι που φέρουν ζεόλιθο τύπου-HEU (κλινοπτινόλιθου-ευλανδίτη) μπορούν να βρουν τις περισσότερες εφαρμογές και χρήσεις, πρέπει όμως να χαρακτηρίζονται, σύμφωνα με τους Φιλιππίδης & Τσιραμπίδης (2015) από ορισμένα αυστηρά χαρακτηριστικά όπως, (1) να μην περιέχουν ινώδη ορυκτά ζεολίθων, (2) να περιέχουν ποσοστό κλινοπτινόλιθου-ευλανδίτη >75 % κ.β., (3) τα κύρια χημικά στοιχεία και ιχνοστοιχεία να μην υπερβαίνουν τις οριζόμενες από την κείμενη νομοθεσία, (4) να μην περιέχουν διογκούμενα αργιλικά ορυκτά, (5) η περιεκτικότητα των μη μικροπορωδών (π,χ. χαλαζίας) ορυκτών να είναι ≤14%, ενώ των μικροπορωδών ορυκτών (ζεόλιθος τύπου-HEU+μαρμαρυγίας+αργιλικά ορυκτά) να είναι ≥86%. Στην Ελλάδα αναφέρονται 68 θέσεις εμφάνισης φυσικών ζεολίθων διαφόρων ποιοτήτων, ενώ τα αποθέματα ανέρχονται στους τουλάχιστον 600 εκατ. τόνους συνολικής αξίας περίπου 18 δισεκ. €.

 

Εφαρμογές των ζεολίθων

Οι βασικές φυσικές και χημικές ιδιότητες των ζεολίθων, οι οποίες τους κατατάσσουν μεταξύ των φιλικότερων προς το περιβάλλον ορυκτών, πηγάζουν από τη χημική τους σύσταση και την κρυσταλλική τους δομή και έχουν ως αποτέλεσμα τις απεριόριστες εφαρμογές τους. Φυσικοχημικά οι ιδιότητές αυτές περιγράφονται ως ρόφηση και καθήλωση και πραγματοποιούνται σε μικρο και νανο-επίπεδο στους πόρους του ζεόλιθου, ενώ σε πολύ καλές ποιότητες ζεολίθου οι δεσμευτηκές αυτές ιδιότητες μπορεί να ασκούνται και σε μέσο- και μάκρο-επίπεδο. Επίσης, σημαντικό στοιχείο της σπουδαιότητάς τους, αποτελεί η απουσία από την σύστασή τους επικίνδυνων στοιχείων, όπως βαρέων μετάλλων.

Στα βιομηχανικά υλικά, στην κατασκευή των οποίων χρησιμοποιούνται ως συστατικά, αποδίδουν ιδιότητες όπως: μεγάλη αντοχή, ανθεκτικότητα στην τριβή, μειωμένο βάρος σε σχέση με τον όγκο, μεγάλη απορροφητική ικανότητα ύδατος και υγρών ρύπων, συγκράτηση ενοχλητικών οσμών, καλύτερο έλεγχο της διάθεσης μεταλλικών στοιχείων και θρεπτικών συστατικών στα εδάφη, και την καλύτερη οξυγόνωση περιορισμένων χώρων. Έτσι οι ζεόλιθοι βρίσκουν εκτεταμένη εφαρμογή στον οικοδομικό, κτηνοτροφικό, και γεωργικό τομέα, αλλά και στις βιομηχανίες των απορρυπαντικών, του χάρτου, της ενέργειας, της αποξήρανσης, της παρασκευής εντομοκτόνων και φυτοφαρμάκων, των στιλβωτικών υλικών, των καταλυτών, και των ειδικών φίλτρων.

 

Ο ζεόλιθος της περιοχής των Πετρωτών

Στην περιοχή των  Πετρωτών Έβρου από τα ορυκτά της ομάδας των ζεολίθων εντοπίζεται κυρίως ο κλινοπτινόλιθος, ενώ σε ορισμένες θέσεις στην ορυκτολογική σύσταση του πετρώματος απαντάται και ο μορντενίτης στοιχείο το οποίο χρήζει ιδιαίτερης προσοχής. Ένα τελικό προϊόν με κλινοπτινόλιθο στις αρμόζουσες περιεκτικότητες θα μπορούσε να βρει εφαρμογή σε διάφορες χρήσεις όπως: ως προσθετικό στην τροφή οικόσιτων ζώων, στις αγροτικές καλλιέργειες, σε μονάδες επεξεργασίας. Η παρουσία μορντενίτη απαγορεύεται αυστηρώς από την κείμενη νομοθεσία στα προϊόντα που προορίζονται για ανθρώπινη ή ζωική κατανάλωση, όμως η παγκόσμια βιβλιογραφία δεν αποκλείεται την χρήση του σε άλλες εφαρμογές, ως απορροφητικό υλικό πετρελαιοκηλίδων, ως εδαφοβελτιωτικό στις καλλιέργειες και ως δομικό υλικό (αδρανές σκύρο).

Ο ζεόλιθος είναι περιβαλλοντικά φιλικό ορυκτό που δεν περιέχει τοξικά συστατικά και βαριά μέταλλα στην σύστασή του. Με την δέουσα προσοχή στην αρχιτεκτονική του φυσικού τοπίου κατά την εξόρυξη ο ζεόλιθος Πετρωτών θα μπορούσε να αποτελέσει παράγοντα ανάπτυξης για την περιοχή.

 

 

 

Ενδεικτική Βιλιογραφία

Τσιραμπίδης Α., 1996, Τα Ελληνικά μάρμαρα και άλλα διακοσμητικά πετρώματα. University studio press, Θεσσαλονίκη, σ. 310.

Βαβελίδης Μ., Χοτζίδης Α., και Μέλφος Β., 2007. Λατομεία και λατόμοι στη Θράκη. Στοιχεία για την αρχαία και σύγχρονη εποχή, Πρακτικά Ημερίδας: Δυνατότητες ανάπτυξης στο Βόρειο Έβρο: Πολιτισμός, ορυκτοί πόροι και περιβάλλον, Πετρωτά Έβρου, 4/8/2007.

Φιλιππίδης Α., 2007, Ζεόλιθοι Δήμου Τριγώνου του Νομού Έβρου στη βιομηχανική, αγροτική, κτηνοτροφική και περιβαλλοντική τεχνολογία, Πρακτικά Ημερίδας: Δυνατότητες ανάπτυξης στο Βόρειο Έβρο: Πολιτισμός, ορυκτοί πόροι και περιβάλλον, Πετρωτά Έβρου, 4/8/2007.

Filippidis A., 2010, Environmental, industrial and agricultural applications of Hellenic Natural Zeolite, Hellenic Journal of Geosciences, v. 45, p. 91-100.

Τσιραμπίδης Α., Φιλιππίδης Α., 2013, Ορυκτοί Πόροι Ελλάδος: Αποθέματα και Αξία, Τμήμα Γεωλογίας, Σχολή Θετικών Επιστημών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, σ. 46.

Φιλιππίδης Α., & Τσιραμπίδης Α., 2015, Μάρμαρα και Ζεόλιθοι: Ποιοτικά χαρακτηριστικά – Αποθέματα και αξία. Βιομηχανικές, περιβαλλοντικές και αγροτικές εφαρμογές. Επιχειρηματική Ανακάλυψη της Αλυσίδας Αξίας των Μη Μεταλλικών Ορυκτών στην Ανατολική Μακεδονία και Θράκη, Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Μακεδονία-Θράκη» 2007-2013, ΕΣΠΑ, 5/5/2015, Δράμα, σ.12.

Pan-European Code for Reporting of Exploration Results, Mineral Resources and Reserves, http://46.32.234.2/perc/documents/PERC_REPORTING_ CODE_jan2009.pdfwww.perc.co, (τελευταία επίσκεψη 15/7/2018).