Κοιτασματολογία

I. Από αποσάθρωση ενός αργιλιοπυριτικού ορυκτού:

Ένα συνηθισμένο ορυκτό της ομάδας των αστρίων σε πλήθος πετρωμάτων είναι το πλαγιόκλαστο. Το πλαγιόκλαστο είναι κύριο ορυκτολογικό συστατικό ηφαιστειακών πετρωμάτων (π.χ. βασαλτών, ανδεσιτών) ή αντίστοιχης χημικής σύστασης πλουτώνιων πετρωμάτων (π.χ. γάββρων, γρανιτών, πλαγιογρανιτών) ή μιας κατηγορίας ψαμμίτη πλούσιου σε πλαγιόκλαστο που ονομάζεται αρκόζη. Η μεταφορά των πετρωμάτων στην επιφάνεια της γης οδηγεί το πλαγιόκλαστο σε φυσικοχημική ανισορροπία προς το ατμοσφαιρικό περιβάλλον. Μία αντίδραση αποσάθρωσης (Βλέπε Ορυκτοί Πόροι/Κοιτασματολογία) του νατριούχου πλαγιοκλάστου (αλβίτη) είναι η ακόλουθη (αντίδραση υδρόλυσης):

2ΝaAlSi₃O₈ (αλβίτης) + 2CO₂ + 11H₂O  →  Al₂Si₂O₅(OH)₄ (καολινίτης) + 2Na⁺ + 2HCO₃ + 4H₄SiO₄

Aυτή η αντίδραση δείχνει ότι ο αλβίτης στην ατμόσφαιρα μπορεί να αποσαθρωθεί και στη θέση του σταδιακά να αποτεθεί ένα άθροισμα από κρυστάλλους καολινίτη. Ταυτόχρονα το νερό της βροχής απομακρύνει τα υπόλοιπα προϊόντα της αντίδρασης. Στη συνέχεια μπορεί ο καολινίτης να μετασχηματισθεί σε ένα ορυκτό του αργιλίου με ταυτόχρονη απομάκρυνση πυριτίου, σύμφωνα με την αντίδραση:

Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 3Η₂Ο + Ο₂  →  Αl₂O₃. 3Η₂Ο (γκιμπσίτης)  + 2SiO₂ (silica)

Ο γκιμπσίτης υπό ορισμένες προϋποθέσεις αφυδατώνεται και μετασχηματίζεται σε ένα άλλο υδροξείδιο του αργιλίου, τον βαιμίτη:

Αl₂O₃ . 3Η₂Ο (γκιμπσίτης)  →  2ΑlOΟΗ (βαιμίτης) + 2Η₂Ο

Αν και οι αντιδράσεις αποσάθρωσης εξαρτώνται από το ποσό του νερού, στην πράξη εξαρτώνται από τον χρόνο που διαρκεί η αντίδραση, που και αυτός είναι συνάρτηση της μορφολογίας (ανάγλυφο της θέσης) και της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα.
Για τη μεταλλευτική βιομηχανία ο αλβίτης και ο καολινίτης δεν παρουσιάζουν ενδιαφέρον για ανάκτηση αργιλίου (στα ελληνικά συνώνυμο του «αλουμινίου»), ενώ ο γκιμπσίτης και ο βαιμίτης σύμφωνα με τη διαθέσιμη τεχνολογία - χρησιμοποιούνται ακριβώς για το σκοπό αυτό, είναι δηλαδή ορυκτή πρώτη ύλη αργιλίου (αλουμινίου).

Αυτό σημαίνει ότι υπό κατάλληλες συνθήκες ένα πέτρωμα που περιέχει αλβίτη ή άλλο κατάλληλο αργιλιοπυριτικό ορυκτό, με τη διεργασία της αποσάθρωσης μπορεί να μετασχηματισθεί σε μετάλλευμα αλουμινίου.

 

II. Λατεριτικός βωξίτης και καρστικός βωξίτης

Ο όρος βωξίτης αποδίδεται στον Berthier (1821), ο οποίος ανέλυσε, στην ‘Ecole des Mines, υλικά πλούσια σε αλουμίνιο από την περιοχή Βaux-de-Provence. Περιγράφεται γενικά σαν ένα μετάλλευμα που χαρακτηρίζεται από την αυξημένη συμμετοχή υδροξειδίων αργιλίου, οξειδίων και υδροξειδίων σιδήρου και σε μικρότερα ποσά καολινίτη και οξειδίων τιτανίου. Ηταν ο Ούγγρος κοιτασματολόγος G. Bardossy, o oποίος το 1982 πρότεινε την ταξινόμηση των βωξιτών σε δύο κύριους τύπους κοιτασμάτων: κοιτάσματα λατεριτικού βωξίτη και κοιτάσματα καρστικού βωξίτη. Τα πρώτα δημιουργούνται in situ από τη λατεριτική αποσάθρωση πετρωμάτων πλούσιων σε αργιλιοπυριτικά ορυκτά, ενώ τα δεύτερα από τη διάβρωση των λατεριτικών βωξιτών, τη μεταφορά του υλικού και την απόθεσή του σαν κλαστικού ιζήματος σε μηχανικές παγίδες καρστικών ασβεστολίθων. Στον ελληνικό χώρο δεν έχουν εντοπισθεί έως τώρα υπολείμματα τυπικού λατεριτικού βωξίτη, με εξαίρεση μικρές εμφανίσεις βωξιτικού υλικού στην περιοχή Βροντερού των Πρεσπών.

Ένας λατεριτικός βωξίτης έχει τη δομή ενός τυπικού λατεριτικού υλικού,όπως δείχνει η Εικ. 1.

Εικ. 1. Σχηματική τομή του βωξιτικού λατερίτη της περιοχής Pitinga Αμαζονίου Βραζιλίας. B – Τροπικό έδαφος, C – Χαλαρό υλικό από αργιλικά ορυκτά αλουμινίου, D – Λεπτομέρεια των κονδύλων και πισολίθων, E και F – Τμήματα με σιδηρούχους κονδύλους και πισολίθους, G - Συμπαγής βωξίτης (πάχος 5-6m). Κύρια ορυκτά: γκιμπσίτης, καολινίτης και αιματίτης, Δευτερεύοντα ορυκτά: γκαιτίτης, ανατάσης, χαλαζίας.

Τα μητρικά πετρώματα είναι ηφαιστίτες και γρανιτοειδή. Το κλίμα στην περιοχή είναι τροπικό με μέση ετήσια θερμοκρασία 26°C και μέσο ύψος βροχόπτωσης 2000 mm. Ο βωξίτης περιέχει 57% και 50% Al2O3 πάνω από ηφαιστίτες και γρανιτοειδή αντίστοιχα.

(Από: Α. M. Coimbra Horbe & Sanclever Freire (2006) In: Regolith 2006, 144-146) 

 

  

 

 

Δείγμα λατεριτικού βωξίτη από το Sudan. Διακρίνεται η χαρακτηριστική δομή κονδύλων και πισολίθων.   Τροπικός Λατεριτικός βωξίτης Γουινέας.

 

Οι καρστικοί βωξίτες

Σε αντίθεση με την απουσία τυπικών εμφανίσεων λατεριτικού βωξίτη, υπάρχει στον ελληνικό χώρο πλήθος από κοιτάσματα και εμφανίσεις της κατηγορίας του καρστικού βωξίτη, που σχηματίσθηκαν σε διάφορες γεωλογικές περιόδους και σε διάφορους παλαιογεωγραφικούς χώρους και σήμερα συνιστούν χαρακτηριστικούς στρωματογραφικούς ορίζοντες σε ορισμένες γεωλογικές ενότητες του Ελληνικού ορογενούς. Σε αυτές βέβαια τις εμφανίσεις πρέπει να προστεθούν και οι εμφανίσεις και τα κοιτάσματα, τα οποία έτυχε να αποτελούν τμήματα ενοτήτων που υποβυθίσθηκαν σε μεγάλα βάθη στο φλοίο της γής και επανήλθαν στην επιφάνεια, αλλά με τροποποιημένη ορυκτολογική σύσταση και φυσικές ιδιότητες, έτσι ώστε να βρίσκουν εφαρμογή σε άλλους τομείς της βιομηχανίας (π.χ. σμύριδα των Κυκλάδων για χρήση στη βιομηχανία λειαντικών).

Oι φλοιοί λατεριτικής αποσάθρωσης με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου διαβρώνονται. Σε περιόδους ανόδου της στάθμης της θάλασσας (περίοδοι επίκλυσης) η διάβρωση μπορεί να προέκυψε με τη δράση των κυμάτων (παράκτια διάβρωση). Τα υλικά της διάβρωσης μεταφέρονται σε χαμηλότερα μορφολογικά σημεία και αποτίθενται στις κλιτείς των λοφοσειρών. Στη συνέχεια μπορούν να μεταφερθούν σαν κλαστικά υλικά μέσα από υδάτινα ρέματα και να εναποτεθούν σε μηχανικές παγίδες που υπάρχουν στο ανάγλυφο.

Χαρακτηριστική περίπτωση (Sudan):

> ανάπτυξης σιδηρούχου ορίζοντα σε ένα λατεριτικό βωξιτικό προφίλ.

> διάβρωσης υλικού από διαφόρους ορίζοντες και

> μεταφοράς του για το σχηματισμό δευτερογενών αποθέσεων (κολουβιακές αποθέσεις).

Στην περίπτωση των καρστικών βωξιτών αυτές οι παγίδες είναι καρστικά έγκοιλα σε ασβεστολιθικές μάζες. Τα έγκοιλα αυτά δημιουργούνται όταν οι ασβεστόλιθοι εκτεθούν στην επιφάνεια (χέρσευση), οπότε ως σχετικά ευδιάλυτα πετρώματα αποκτούν ανάγλυφο με μορφή σπηλαιώσεων ή βυθισμάτων με ακανόνιστη μορφή του πυθμένα. Το υλικό που μεταφέρεται από την περιοχή λατεριτίωσης με μορφή λάσπης, παγιδεύεται σε έγκοιλα αυτού του τύπου.

Με το πέρας της μεταφοράς λατεριτικού υλικού και με την άνοδο της στάθμης της θάλασσας, το βωξιτικό λατεριτικό υλικό καλύπτεται σταδιακά από ασβεστολιθικά πετρώματα. Η ανεύρεση σε ορισμένα κοιτάσματα, ακριβώς πάνω από τον βωξίτη, στρωμάτων κάρβουνου και η μελέτη των χαρακτηριστικών του (Kalaitzidis et al. 2010), έδειξε ότι το κλαστικό βωξιτικό υλικό είχε αποτεθεί σε ένα περιβάλλον βάλτου με ελαφρά υφάλμυρο νερό κατά τη διάρκεια επίκλυσης της θάλασσας πάνω σε ασβεστολίθους.

 

Δείγματα βωξίτη (3ος βωξιτικός ορίζοντας Ενότητας Παρνασσού - Γκιώνας).

Ο λευκότεφρος βωξίτης (δεξιά) είναι εμπλουτισμένος σε Αl2O3 σε σχέση με τον συνήθη βωξίτη (αριστερά) μετά από φυσικές διαδικασίες απομάκρυνσης σιδήρου με τη δράση βακτηρίων.

Η βωξιτική λάσπη τόσο κατά τη διάρκεια παραμονής της μέσα στο καρστικό έγκοιλο όσο και μετά την κάλυψή της από ασβεστολίθους υπέστη μικρές ορυκτολογικές αλλαγές (π.χ. δημιουργία νέων υδροξειδίων του αργιλίου, όπως ο βαιμίτης και το διάσπορο και σχηματισμός σιδηροπυρίτη - μαρκασίτη (FeS₂), ενώ προκλήθηκε μετακίνηση ευκίνητων στοιχείων από την οροφή προς τη βάση του κοιτάσματος (π.χ. στοιχείων της ομάδας των σπανίων γαιών).

 

 

 

Εικ. 2. Μικροφωτογραφία δείγματος βωξίτη: Πισοειδές και συνδετική ύλη κυρίως από βαιμίτη και διάσπορο σε μερική αντικατάσταση από σιδηροπυρίτη και μαρκασίτη (λευκό) σε βωξιτικό μετάλλευμα. Η δημιουργία των θειούχων είναι ενδεικτική διαγενετικών διεργασιών με δράση βακτηρίων (φωτό Νικ. Σκαρπέλης).  Εικ. 3. Τυπική ανάπτυξη κοιτάσματος καρστικού βωξίτη (εξοφλημένο κοίτασμα Προσόρεμα Δεσφίνας της ΑΜΕ ΔΕΛΦΟΙ-ΔΙΣΤΟΜΟ). Διακρίνεται ο βωξίτης μέσα στο καρστικό έγκοιλο του υποκείμενου ασβεστολίθου (δάπεδο) και ο υπερκείμενος ασβεστόλιθος (οροφή).  Εικ. 4. Εξοφλημένο κοίτασμα καρστικού βωξίτη Παρνασσού – Γκιώνας (Προσόρεμα Δεσφίνας). Το βέλος δείχνει ένα από τα καρστικά έγκοιλα στο δάπεδο του κοιτάσματος. Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει την επαφή μεταξύ βωξίτη και ασβεστόλιθου της οροφής (φωτό Νικ. Σκαρπέλης). 

 

Εικ. 5. Σχηματική αναπαράσταση του περιβάλλοντος απόθεσης του βωξίτη και της υπερκείμενης τύρφης (κοίτασμα «Πέρα Λάκκος» Γκιώνας) (από Kalaitzidis et al., 2010).

 

 

Eικ. 6. Χάρτης των κύριων περιοχών παρουσίας κοιτασμάτων και εμφανίσεων βωξίτη στον Ελληνικό χώρο. Σε κόκκινο κύκλο η περιοχή Γκιώνας, Οίτης και Παρνασσού, στην οποία υπάρχει εξορυκτική δραστηριότητα

 

 

Eικ. 7. Στήλες των Ενοτήτων Παρνασσού-Γκιώνας και Ανατολικής Ελλάδος (Υποπελαγονικής), στις οποίες φαίνεται η στρωματογραφική θέση των κύριων οριζόντων καρστικού βωξίτη (Ι. Ενότητα Παρνασσού-Γκιώνας, ΙΙ. Ιζήματα μετάβασης από Παρνασσού-Γκιώνας προς Υποπελαγονική, ΙΙΙ. Υποπελαγονική) (Από: Ο Ελληνικός Ορυκτός Πλούτος, 1979)     Εικ. 8. Γεωλογικές περίοδοι στις οποίες δημιουργήθηκαν βωξιτικοί λατερίτες και ιζηματογενή μεταλλεύματα βωξίτη στην Ελλάδα.   Δείγμα βωξίτη από τη βωξιτοφόρο περιοχή Παρνασσού

 

Ελληνικός Βωξίτης  /  Κοιτασματολογία  /  Εξόρυξη-Παραγωγή

Τα κοιτάσματα βωξίτη της Ελλάδας είναι «καρστικού» τύπου. Προήλθαν από τη λατεριτική αποσάθρωση των βασικών, κυρίως, μελών (βασάλτες, διαβάσες, γάββροι) των οφιολιθικών συμπλεγμάτων, τα οποία αφθονούν στην Υποπελαγονική Ζώνη. Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα βωξίτη, στον Ελλαδικό Χώρο, απαντούν στην ενότητα Παρνασσού-Γκιώνας (Γκιώνα – Ελικώνας, Οίτη, Παρνασσός).

Το χρώμα των βωξιτών εξαρτάται από τη σύστασή τους και ιδιαίτερα από την παρουσία των οξειδίων ή υδροξειδίων του σιδήρου. Διακρίνουμε:

• Κόκκινους ή καστανοκόκκινους (παρουσία αιματίτη, γκαιτίτη).Γκρίζους με μικρό ποσοστό οξειδίων και υδροξειδίων του σιδήρου.
• Λευκούς (απουσία οξειδίων του σιδήρου).

Η περιεκτικότητά τους σε Al₂O₃ κυμαίνεται μεταξύ 49%-65% σε Fe₂O₃ 18%-24%, σε CaO 0-5%, σε SiO₂ 2%-10%, σε TiO₂ 0,5-3%, ενώ η περιεκτικότητά τους σε Cr και Νi φτάνει και τα 2.000 ppm. Η παρουσία ορυκτών των σπανίων γαιών (REE + Sc) εντός των βωξιτικών μεταλλευμάτων και ο εμπλουτισμός των στοιχείων στα κατώτερα τμήματα των κοιτασμάτων πλησίον της επαφής με τον υποκείμενο ασβεστολιθικό πέτρωμα, οδήγησε στην έρευνα ανάκτησής τους. Επίσης εξετάζεται η δυνατότητα ανάκτησης Γαλλίου (Ga) κατά τον κύκλο της κατεργασίας του βωξίτη για την παραγωγή αλούμινας και αλουμινίου.   

  

O βωξίτης αποτελεί το μοναδικό μετάλλευμα-πρώτη ύλη παραγωγής αλουμίνας και αλουμινίου και έχει ιδιαίτερη σημασία για τη χώρα μας. Άλλες χρήσεις του είναι στην τσιμεντοβιομηχανία, στην παραγωγή χυτοσιδήρου ως συλλίπασμα και ως συστατικό του πετροβάμβακα και των λειαντικών υλικών.

Η Ελλάδα κατέχει σημαντική θέση όχι μόνο στην Ευρωπαϊκή Ένωση αλλά και παγκοσμίως, καθώς είναι μία από τις σημαντικότερες βωξιτοπαραγωγές χώρες. Η εξόρυξη του βωξίτη στη χώρα μας, γίνεται κατά 90% με υπόγειες και 10% με υπαίθριες εκμεταλλεύσεις. Τα βέβαια αποθέματα βωξίτη της Ελλάδας, ανέρχονται περίπου σε 130.000.000 τόνους και η ετήσια παραγωγή ξεπερνά τους 2.000.000 τόνους.

 

                                                                                       ΣΜΥΡΙΔΑ

Μεταβωξίτες (σμύριδα - διασπορίτης)

 
Ο διασπορίτης και η σμύριδα δημιουργούνται κατά την καθολική μεταμόρφωση κοιτασμάτων καρστικού βωξίτη. Η διαδικασία της μεταμόρφωσης έχει σαν αποτέλεσμα:

• Την ορυκτολογική αναμόρφωση του μεταλλεύματος
• Την αλλαγή στα ιστολογικά χαρακτηριστικά του
• Την παραμόρφωση των μεταλλοφόρων σωμάτων και τη δημιουργία ατρακτοειδών μορφών
• Περιορισμένη κινητοποίηση των στοιχείων

Ο διασπορίτης χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεταμορφικού διάσπορου (AlOOH) και αποτελεί μετάλλευμα αλουμινίου, ενώ η σμύριδα από την παρουσία κορούνδιου (Al₂O₃) και γι’ αυτό το λόγο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία λειαντικών. Το κορούνδιο δημιουργείται κατά τη θερμική διάσπαση του διάσπορου σε κορούνδιο σε θερμοκρασίες περί τους 420^οC με αποδέσμευση νερού [2AlOOH=Al₂O₃+ Η₂Ο]. Οι μεταβωξίτες απαντούν σαν ακανόνιστοι φακοί μέσα σε μάρμαρα.

To κορούνδιο (Al₂O₃), είναι το κύριο ορυκτολογικό συστατικό της σμύριδας. Το κορούνδιο κατέχει την 9η θέση στην κλίμακα σχετικής σκληρότητας κατά Mosh και γι’ αυτό χρησιμοποιείται ως λειαντικό υλικό. Το ρουμπίνι είναι κορούνδιο με ίχνη χρωμίου, γι’ αυτό έχει κόκκινο χρώμα, ενώ το ζαφείρι (σάπφειρος - συνήθως μπλέ χρώματος) περιέχει ίχνη τιτανίου και σιδήρου.

 

 

Οι επαφές του μεταλλεύματος της σμύριδας με τα μάρμαρα είναι απότομες, όπως και στην περίπτωση των βωξιτών καρστικού τύπου. Λόγω των πτυχώσεων και της παραμόρφωσης, σε αρκετές περιπτώσεις, δεν είναι εύκολη η αναγνώριση του αρχικά υποκείμενου ή υπερκείμενου ανθρακικού πετρώματος, κάτι που επιτυγχάνεται εάν εντοπισθεί ο γνωστός εμπλουτισμός σε Ni, Co, Mn, και REE, που χαρακτηρίζει το κατώτατο τμήμα των καρστικών βωξιτικών κοιτασμάτων. Ο μεταβωξίτης - ιδιαίτερα ο διασπορίτης - διατηρεί σε αρκετές περιπτώσεις τον αρχικό του πισολιθικό ιστό.

Eικ. 1. Παλαιά εκμετάλλευση διασπορίτη για παραγωγή αλουμινίου στη θέση Μουρτιές Ανατoλικής Σάμου.

 

Eικ. 2. Χάρτης των εμφανίσεων και εξοφλημένων κοιτασμάτων μεταβωξιτών στο κεντρικό Αιγαίο και την περιοχή Menderes (κόκκινα τρίγωνα: σμύριδα, μπλε κύκλοι: διασπορίτης) (Από Feenstra 1985)
     Εικ. 3. Aργούντα μεταλλεία σμύριδας Ανατολικής Νάξου. Η μεταφορά του μεταλλεύματος από ορισμένα από αυτά γινόταν με εναέριο (φωτό Νικ. Σκαρπέλης).