31.1 SZÉNKÖZETEK BELLÁNÉ PELSÖCZI M Á R T A A SZEMKÖZÉT FOGALMA

Átírás

1 31.1 SZÉNKÖZETEK BELLÁNÉ PELSÖCZI M Á R T A A SZEMKÖZÉT FOGALMA Szénk zetnek (k szénnek) az elhalt növényi testek különböz mértékő átalakulásával keletkezett, szilárd, éghet k zetet nevezzük. A szénk zetek a t zegt l a barna- és feketek szén fajtákon át az antracitig vezet fejl dési sor különböz állomásai. E sor tagjait szénültségük foka külön ti el egymástól. A szénültség bármely fokán álló és bármely korú k szenek növényi eredetét C-izotóp összetételüknek a ma él fákéhoz való hasonlósága is igazolja. A k szenet feltőn sötét sz ne és a felsz ni kibúvásain bekövetkezett öngyulladásai folytán az emberiség már évezredek óta ismeri. Nagyarányú felhasználására azonban csak a 18. századi ipari forradalom idején került el ször sor. Azóta a gazdasági élet energia-, majd vegyipari alapanyagszükséglete következtében a k széntermelés hatalmasat fejl dött. A SZU és az USA együttes évi termelése ma több mint 1 milliárd tonna, s az évi 100 millió tonnánál többet termel országok (K na, Anglia, Németország, Lengyelország, Csehszlovákia, Ausztrália, India, Dél-afrikai Köztársaság) közül az els négy évi termelése a 200 millió tonnát is meghaladja. A k szén világgazdasági jelent ségét a szénhidrogéntermelés el retörése csak az es években veszélyeztette; az olajárak nagymérvő drágulása azonban a szénbányászat újabb felvirágzását eredményezte ben a Föld feltárt k szénvagyonát 6 billió tonnára becsülték; ez kb. 15-szöröse a Föld jelenleg feltételezhet, kereken 400 milliárd tonnányi összes szénhidrogénkészletének ( fejezet). A fejl d országok mai k szénkészleteir l a 31.2 táblázat, a legtöbb k szenet bányászó országok évi termelésér l a 31.3 táblázat tájékoztat. Hazánk jelenlegi évi termelése 20 millió tonna körül van (31.9 ábra).

2 A szénk zetek megnevezése azok szembeötl fizikai, kémiai, technológiai és genetikai paramétereire támaszkodik. Mégis aszerint változik, hogy e mér számok melyikét és milyen értékét tekinti alapvet nek. Hazánk Európa számos más országával együtt a német nevezéktant vette át. Ez a t zeg és a grafit között, a szénülés foka szerint, el bb lágy (földes-fás), majd fénytelen, ül. fényes barnak szenet, ezt követ en pedig rendre láng-, gáz/láng-, gáz-, zs r- (vagy kövér), kovács- és sovány feketek szenet, valamint antracitot és metaantracitot különböztet meg. E kategóriák határait a kémiai alkotók mennyisége, a főt érték, az illótartalom és a zárt térben való hev téskor mutatkozó sül képesség alapján vonja meg. Az amerikai nevezéktan élén is a t zeg áll, de a lágy barnak szenet a fénytelen barnak szén gyengébben szénült fajtáival együtt egységesen lignitnek tekinti; a jobb min ségő fénytelen barnak szént l a kovácsk szénig bezárólag terjed fajtákat pedig bitumen-, majd bitumen- és illótartalmuk szerint nevezi meg. A sovány feketek szén Amerikában a szemiantracit nevet kapta. Az antracit és a metaantracit elnevezést is csak némi tartalmi módos tással vették át. A. francia nevezéktan f ként a lignité" kifejezésnek a barnak szenek mindhárom (puha, fénytelen és fényes) fajtájára való alkalmazásával különbözik a némett l; a metaantracitot peranthracite"-nak nevezi; a lángk szén" francia megfelel jének elhagyásával pedig a barna- és a feketek szén közötti különbséget emeli ki. A háromféle rendszernek a k szén felületi csiszolatán olajimmerzióban észlelt átlagos reflexió, s a viz- és hamumentes állapotra vonatkoztatott illótartalom szerinti egyeztetését a ábra szemlélteti.

3 31.12 A KÖSZÉNFAJTÁK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE A k szenek többsége a t zegb l, néhány különleges fajtája a rothadó iszapból származtatható. T zegnek (turfának) a mocsarak, lápok még alig szénült, laza állapotban sárgásbarna, préseltebb állapotban sárgásfekete sz nő, túlnyomórészt gyökér-, szár- és levélrészletekb l álló, kézzel is összenyomható, v zzel vagy szervetlen üledékkel betakart, de pleisztocénnél nem id sebb növényi üledékhalmazait nevezzük. A ligninben és szabad cellulózban gazdag t zegt l eltér en, a tápanyagokban gazdag, eutróf tavak és mocsarak finomszemcsés rothadó iszapját (a szapropélitet) kevés szervetlen üledékrészecskén és igen finom növényi törmeléken k vül lipidekben dús spóra- és pollenszemcsék alkotják. A két eltér összetételő üledékb l két különböz k szént pus keletkezik: az illókban szegényebb humuszk szenek a t zeg, az illókban gazdagabb, szapropélk szenek pedig a rothadó iszap szénüléséb l vezethet k le. A növények gyantás alkotói pedig enyhén oxidat v környezetben az el bbieknél sokkal ritkább liptobiolitokká alakulnak. A t zeg szénülésének legalacsonyabb fokán álló lágy barnak szén ( lignit") arról ismerhet fel, hogy viszonylag sok és jó megtartású faanyagot (xilitet) tartalmaz; sz ne barna, fénye nincs. Kiszáradva általában a rétegzéssel párhuzamosan felhajló lemezekb l állónak látszik (31.11 ja és 31.11/b ábra; 31.1 tábla: 1;

4 31.12Ja ábra. Száradási repedésekkel átjárt barnak szén és smaradványos feküje. Szarvask (Heves m.) II. telep. Foto: RADÓCZ GYULA 31.12/b ábra. Fénytelen, kemény barnak szén. Kányás (Nógrád m.) Miocén, ottnangi emelet. Foto: FEKETE ANTAL. 0,39 x tábla: 1 és 3). Bitumenben gazdag, barnássárga válfaja a piropisszit; barna sz nő, pap rvékony lemezekben elváló félesége a dizodil. A keményebb barnak szenek barnától a barnásfeketéig változó sz nőek, és csak ritkán tartalmaznak szabad szemmel is felismerhet növényi részeket (31.4 táblázat). Mivel száradási eredető hasadékrendszerük a rétegzéssel párhuzamos és arra mer leges, ezért kocka vagy tégla alakú darabokra esnek szét; e darabok viszont kagylósán törnek (31.12/a és 31.12/b ábra). A kockás törés f ként a fénytelen, a kagylós törés inkább a fényes barnak szeneket jellemzi. Ez utóbbiak er sen és kevésbé csillogó sávokból állónak látszanak; tektonikai igénybevétel esetén pedig gyakran pikkelyszemesek, vagyis max mm átmér jő, szögletes vagy lekerek tett, fényl, kissé homorú darabkákból tev dnek össze (31.13ja ábra). A barnak szén valamennyi fajtáját jellemzi, hogy érdes porcelánlemezen barna karcot hagynak; kálilúggal (KOH) f zve, azt barnára festik (pozit v huminsavreakció); salétromsavval (HN0 3 ) kezelve pozit v lignin-reakciót adnak. A. feketek szén változatok ugyancsak sávos szerkezetőek (31.13/b ábra); szabálytalan, s k vagy kagylós törési felületük üveg- vagy zs rfényő (31.14 ábra), karcuk mindig fekete; a kálilúgot és a salétromsavat nem sz nezik meg. Még fennmaradt növényi szerkezeteik csak ScHULZE-féle macerációval tehet k láthatóakká. Föltehet en hegységszerkezeti ny rófelületek mentén kialakult elválási formájuk a gömbk szén (31.15 ábra). Az er sen szénült feketek szenek a hegységszerkezeti igénybevétel helyein gyakran porlódnak. Ez nagy veszélyt jelent többek között a 222

5 mecseki liász feketek szén bányászatára, mert a fejtési üregek leveg jével keveredett k szénpor könnyen robban. A robbanás ellen a szénpor leülep tésével, ül. elsz vásával védekeznek. A nagy pirittartalmú k szenek elégetés közben S0 2 - szagot árasztanak. A feketek szenek nagyobb gáztartalmú, kövér" féleségei hosszú lánggal égnek, kormoznak és zsugorodnak; kis gáztartalmú, sovány" féleségeik rövid lánggal égnek. A sovány feketek szén már átmenet az antracithoz. Az antracit fekete, kagylós töréső, üveg- vagy fémes fényő, tömör, rideg, korom- és lángképz dés nélküli izzással ég, 4 8% illótartalmú, nagy térfogatsőrőségő szénk zet. A metaantracit (Franciaországban peranthracite) < 4% illótartalmú, a grafithoz nagyon hasonló röntgen-diffrakciójú szénk zet. A grafitnak a bázislap (0001) szerinti vékony lemezei az üledékes k zetek szórt szerves anyagából vagy a k széntelepekb l azok zöldpala fácieső dinamotermális vagy kontaktmetamorfózisa révén, az illótartalom teljes elvesztésével, fokozatosan fejl dnek ki. KOSSOVSKAJA SHUTOV (1970) a k széntelepet k sér k zetek agyagásványainak átalakulási foka alapján már a > 2,2 vitrinitreflexiójú antracitot is az anchime ábra. Fekete (gáz-)k szén. Komló. Alsó-liász. Foto: FEKETE ANTAL. 0,74 x

6 tamorfózis övébe helyezi; az epizóna határát pedig a metaantraciton belül vonja meg. A grafit tehát növényi eredete ellenére sem tartozik az üledékes k zetek közé. A k szénfajták fizikai viselkedése részint a kiinduló növényi anyagok min ségét l, mennyiségét l, felhalmozódási módjától, az ezekhez keveredett szervetlen anyagoktól, részint azoktól a mélyreható változásoktól függ, amelyeken ezek a h mérséklet-, nyomás- és ph-változásokra oly érzékeny anyagok betemet désük, mélybe süllyedésük és újra felsz nre kerülésük során átmentek. A k szénfajták térfogatsőrősége (31.5 táblázat) és átlagos keménysége (31.16 ábra) els sorban a szénültség, másodsorban a hamutartalom függvénye. Kovával vagy karbonátokkal átitatott k szenek keménysége megközel ti az impregnáló anyag keménységét. A k szenek tág határok közötti ( kg/cm 2 ) nyomószilárdsága sem egyértelmően a szénültség függvénye. Egyes földes-fás szerkezető barnak szeneké (,,lignit"-eké) ui. nagyobb lehet, mint a hasadékokkal sőrőn átjárt fényes barnak szeneké vagy a feketek szeneké. Ezért értéke a,,lignit"-eké kivételével - csaknem mindig kisebb, mint a k sér medd k zeteké. A fás barnak szén többnyire rostosán, a dizodil levelesen válik el; a kagylós törésre való hajlam (a parallelepipedonossal szemben) a szénülés el rehaladásával növekszik. A t zeg és a lignit barna sz nárnyalataid a lignin és

7 a cellulóz bomlásából származó huminsavak, a rothadó iszapok (a förna, a dy és a gyttja) feketébe, ül. szürkébe hajló sz neit a huminsavak kolloid származékai, valamint az utóbbiak részleges oxidációjával keletkezett vegyületek okozzák (I. kötet, fejezetrész). Az érettebb barnak szén-stádiumtól uralkodó s az antracitnál acélkékben játszó fekete sz n az egyre inkább kondenzálódó szerves vegyületekt l ered. A barnak szenek felsz ni mállásakor mutatkozó tarka futtatási sz neket azok pirittartalmának goethitté vagy lepidokrokittá oxidálódása idézi el. A fényes és kevésbé fényes sávféleségekre bomlás mellett még pozit v huminsav- és lignin-reakciót adó fényes barnak szenek folyamatos átmenetet alkotnak a feketek szenek felé. A rétegzéssel párhuzamos, 0,2 1,2 cm vastagságú sávok hazánkban a brennbergi, borsodi, nógrádi, várpalotai miocén és a mogyorósbányai eocén korú fényes barnak szeneket ugyanúgy jellemzik, mint a mecseki alsó-liász feketek szeneit. A t zeg csak vékonycsiszolatban, a k szenek ezenk vül felületi csiszolatban is tanulmányozhatók. A k szénminták mikroszkópi vizsgálatra való el kész tését VENDEL M. (1959) könyve tartalmazza. A sávféleségek keménységét (H y ) a k szénminták felületi csiszolatán a ViCKER-féle kiskeménység-vizsgáló készülékkel a következ összefüggés alapján állap tják meg: ( ahol P= 100 g; d a k széncsiszolat felületén a 100 g súllyal terhelt gyémántkúp által vésett karc szélessége mm-ben A KİSZÉN VEGYI ALKATA A k szénben éghet részének bonyolult összetételő szerves vegyületei bens ségesen keverednek a leülepedési környezetb l származó és elégetés után a hamuban koncentrálódó szervetlen alkotórészekkel. A különböz k szénfajták bányanedvessége, valamint hamu- és v zmentes állapotra szám tott f alkotórészeinek %-os mennyisége a szénülés fokozódásával megváltozik (31.5 táblázat; 31.17ábra). Az elemi szén (C)

8 felszaporodásával szemben a könnyen illók (H, O, N) részaránya csökken, az égésh (vagyis a kg-nyi k szénb l felszabad tható h mennyiség) pedig n. A DEGENS-féle (1965) osztályozás szerint (31.18 ábra) a k szén szerves vegyületeinek zöme a CS 2 -ben nem vagy csak nehezen oldható pirobitumenek oxigéndús csoportjába tartozik. E csoport olyan oxigéntartalmú komplexekb l összetett, de rendesen ásványi anyagokat is tartalmazó, sötét sz nő, meglehet sen kemény, nem illékony, v zben nem oldódó szerves vegyületekb l áll, amelyek a pirol zis során (vagyis 0 2 -mentes térben hev tve) megolvadás nélkül, bitumenekre, esnek szét. A bitumenek v zben nem, de CS 2 -ben jól oldódó, gáz, folyadék vagy szilárd állapotú, ben szegény, vagy 0 2 -mentes szénhidrogéneknek, ül. ezek származékainak olykor ásványi anyagokkal társuló keverékei. A bitumenek els sorban a k olajban és azok származékaiban dúsulnak, kisebb mennyiségben azonban a fénytelen barnak szént l a kovácsk szénig terjed k szénfajtákban is el fordulnak. Viszonylagos mennyiségüket az amerikai k szénosztályozás szubbitumenes" és bitumenes" megjelölései-

9 nek az illótartalom csökkenése szerinti további részletezése jelzi (31.38 ábra). A szerves anyagok BROOKS-féle (1981) táblázatát (31.19 ábra) is figyelembe véve, a szénk zetek túlnyomó része uralkodóan győrős szénvegyületekb l álló, nagy oxigéntartalmú, H-ban szegény, szilárd telepeken felhalmozódó, pirobitumen jellegő vegyületek halmazának min sül. A k szén szerves vegyületei három, ún. macerálcsoportba foglalhatók. Mivel azonban ezek els sorban fénytani viselkedésük alapján külön thet k el, részletesebb jellemzésükre a (szénk zettani) fejezetben kerül sor V z- és gáztartalom. A k szén higroszkópos v ztartalma, továbbá metánból (CH 4 ) és más szénhidrogénekb l, vagy C0 2 -, CO-, H 2 S-, H 2 - vagy N 2 -b l álló, tapadó gáztartalma a szénülési fok és az ezt meghatározó települési mélység függvénye. VA DÁSZ (1952) szerint a Ruhr-vidék számos karbon feketek szén-bányájában a termeivény minden tonnájára 5 20 m 3 CH 4 és m 3 C 0 2 esik. KRAVCOV et al. (1980) szerint a SZU feketek szén-medencéiben a lángk szén átlagos metántartalma m mélységben 0 9 m 3 /t, m között 9 12 m 3 /t; ez a mennyiség a szénülés antracit állapotig való el rehaladásával m 3 /t-ra emelkedik, az antracitban azonban 2 3 m 3 /t-ra csökken. Ezt a csökkenést az antracit illó tartalmának minimális volta, másrészt nagyfokú tömörsége idézi el. A gázoknak a bányászatot veszélyeztet felhalmozódásáért a k szén porozitásnövel, tektonikai összetöredezettsége a felel s. A gázoknak a törési övekb l a bányatérbe való beáramlását a fejtési fal megbolygatása idézi el. A bányaüregek leveg jével 5,5 14%-ban keveredett metán robbanóelegyet alkot, s ez az ún. sújtólég éppúgy katasztrófák forrása lehet, mint a CO, C 0 2 vagy a H 2 S által kifejtett élettani hatás A köszénhamu. A k szenet a vele váltakozó vagy a telepét k sér, széntartalmú, de csak gyengén vagy egyáltalán nem éghet keverékk zetekt l a hamutartalom alapján választjuk el: Hamutartalom K szén 30% Agyagos (homokos) k szén (ég pala) 30 50% K szenes agyag (homok vagy homokk )... 50% A mészkövek felé hasonló átmeneti t pusok nem ismeretesek. A hamutartalom általában nem azonos a k szén szervetlen ásványainak teljes mennyiségével. Az ásványok H 2 0- és C0 2 -tartalma ui C h mérsékleten eltávozik. Ennek ellenére az illó alkotók szénülés közbeni távozása megnöveli, a karbonátok és szilikátok kilúgzódása csökkenti a hamu viszonylagos mennyiségét. A k szénhamu összetétele általában eltér a k szenet szolgáltató növények hamujáétól. Az utóbbiban uralkodó alkáli és mészalkáli fémek ui. lápon belüli kilúgzódásuk miatt a k szénhamuban már inkább csak a törmelékes szilikátásványokban maradnak fenn. A szénülés után meg rz dhet viszont a füvek, zsurlók és korpafüvek él állapotban beépült Si0 2 -tartalma. A hamu alkotórészeinek bizonyos hányada az snövényekben felhalmozódott szervetlen sók maradéka, zöme azonban a k szén felhalmozódásakor lerakódott, ül. a szénülés és epigenezis során képz dött anyag. E különböz eredető alkotók pontos szétválasztása többnyire alig lehetséges. Összességük mégis dönt módon a képz dési környezet hatását tükrözi. A magyarországi k szenek hamuja VADÁSZ (1952) szerint két t pusba sorolható: (1) A kaolinos-agyagos hamufajtákat 30 50% Si0 2 -, 20 40% Al 2 O s - és < 10% CaC0 3 -tartalom jellemzi. (2) A kaolinosmeszes hamufajták az el bbinél kevesebb Si0 2 -tartalom mellett 40%-ot is elér S0 3 - és > 10% CaC0 3 - tartalommal rendelkeznek. Az utóbbiak közül különösen nagy S0 3 -tartalmukkal, továbbá különleges mész- és Al-ásvány kiválásaikkal tőnnek ki a fels triász mészk re és dolomitra települt, humuszanyagokban szegény, bitumenes anyagokban gazdag dunántúli eocén karsztk szeneink. Ezek eml tett sajátságait SZÁDECZKY-KARDOSS (1952) a lúgos karsztv zb l táplálkozó lápokban meleg, szemiarid kl ma alatt elszaporodott algatenyészetnek a száras és fás vegetációval szembeni fölényével magyarázza. A kénnek a k szénben való felszaporodását szerinte kénbaktériumok seg tették el azzal, hogy azt Ca-szulfátba, ül. saját szerves anyagukba ép tették be. A szénülés folyamán viszont a szulfátkén is S0 3 -má redukálódott, és a k szén szerves komplexeiben köt dött meg. Hasonló mechanizmust tételez fel SZÁDECZKY- KARDOSS (1952) a szilikátos, de S0 3 -gazdag hamut adó bükkalji pannon lignitek keletkezésénél is. Az ehhez szükséges Ca-ot azonban a telepek medd üledékeinek az átlagosnál nagyobb Ca-tartalmából származtatja A k szén és a k széntelep ásványi anyagai. A szervetlen k szénelegyrészeknek az snövényzet testéb l származó hányada a szénk zetnek legföljebb 1 súly%-át teszi ki. A szervetlen anyag zöme a t zeg ülepedésekor hozzákeveredett anyag. A szentgáli földes-fás szövető, középs -miocén korú, delta jellegő barnak széntelepbe ágyazott, diómogyoró nagyságú kvarckavicsokat, vagy a tatabányai eocén barnak szén mészk törmelékét pl. folyóv z vagy felh szakadás sodorhatta a lápmedencébe. Az

10 egykori láptalaj anyagával egyez szögletes k zettörmelék pedig vagy a láperd kid lt fáinak gyökereir l, vagy árvizek okozta kimosódás útján került a telepbe. A telepnek csak a hamutartalmát növel agyag-, k zetliszt- és homokszemcsék, vulkáni törmelékek a szervetlen beszáll tás folyamatos voltát bizony tják. A telepet megszak tó vékonyabb cs kjaik, lencséik vagy vastagabb padjaik viszont a beszáll tás ütemének a növényi tenyészetet visszaszor tó, átmeneti vagy tartósabb megnövekedésére utalnak. E közbetelepüléseknek egyazon telepen belül változó száma és vastagsága ellenben a beszáll tott szervetlen anyagoknak a láp bels morfológiájától és áramlási viszonyaitól függ elosztásáról tájékoztat. A szervetlen alkotók más része szénülés közben képz dött, diagenetikus ásvány. Egy részük többékevésbé egyenletesen elszórva, más részük konkréciók alakjában jelenik meg (31.6 táblázat). Az ásványok közül az agyagásványok a leggyakoribbak. A lápv z savas kémhatása esetén f leg kaolinit, lúgos ph-ja esetén montmorillonit képz dik (PET- RASCHEK 1947). A szénk zetek agyagásványai (1. a II. kötet, és fejezetrészeit is) vagy finoman diszperz állapotban (néhány nm-nyi szemcsék képében), vagy k szénnel váltakozó kaolin- és agyagk cs kok alakjában jelennek meg (az utóbbi esetben olykor telepazonos tásra is alkalmazhatók). Hazai k szeneink mindegyike tartalmaz agyagásványokat. A gyöngyös-visontai lágy barnak szén agyagásványainak jelent s hányada például montmorillonit. A karbonátok (kalcit, dolomit, ankerit, sziderit) gyakorisága amit az egykori láp vizének C0 2 - tartalma magyaráz az agyagásványoké mögött marad. A karbon feketek szén összletekben, az angliai Lancashire-t l a Donyec-medencéig, Spanyolországból, az USA-beli Illinoisból és a déli kontinensekr l

11 ismert, de emellett egyes németországi barnak széntelepeken is megjelen t zegdolomit borsó-fej nagyságú, ritkán még nagyobb gumói az egykori növényi szövet hő meg rz i. A dolomit a szénült, gyakran fuzitos sejtfalakon belüli sejtüregeket tölti ki. E gumók mindig tengeri rétegekkel fedett telepekben, elszórtan vagy csoportosan, néha padokká egyesülve találhatók. Dolomitkristályokon és szerves anyagon k vül piritet és apatitot is tartalmaznak. A tengeri elárasztásból származó dolomitnak a tiszta k szénnel való összeszöv dése a dolomitkiválás korai diagenetikus jellegére utal. Édesv zi mészk többnyire a harmadid szak tengermenti telepein található. Vastagabb rétegei a dorogi és tatabányai eocén és az ajkai fels -kréta üledéksorok tanúsága szerint általában a k széntelepek fed jében, a transzgresszió el h rnökeként jelentkeznek. Az édesv zi mészk vel ellentétben a tatabányai eocén barnak szén alumohidiokaiéit anyagú huszárzsinór"-jai kés -diagenetikus repedéskitöltések (VADÁSZ 1940). A k szén, agyagásványok és sziderit ( fejezet: b) bens séges keverékéb l álló szén- és agyagvaskövek ( fejezetrész) hazánkban a mecseki alsó-liász k szénösszletben és fed képz dményeiben fordulnak el. Jelent s mennyiségő A és igen sok Si0 2 mellett kevés MgO-ot is tartalmaznak. A mecseki telepösszlet els fejtésre alkalmas, alfa"-telepe alatti m, valamint az afölötti m vastagságú összletben a sziderit 0,1 2,0 mm nagyságú halmazai még csak a homokkövek és aleurolitok köt anyagát alkotják. Agyagvask - (pelosziderit-) telepek a pécsbányai számozás szerinti 1. és 11. telep között találhatók. Maximális vastagságuk cm, hosszúságuk max m, 15 40% közötti Fe tartalommal. Többségük a k szén közvetlen fekv jében vagy a telep szintjében helyezkedik el, és ez a lápba beszáll tott Fe(HC0 3 ) 2 -tartalmú oldatokból történt vaskiválás idejét is rögz ti. Átlagosan 15% Fe-tartalmú, 5 50 cm átmér jő szferoszideritszemcsék azonban még följebb, az ún. középs (alárendelten a fels ) telepcsoportban, s t a már tisztán tengeri fed márgában is találhatók (FORGÓ et al. 1966). A kova (Si0 2 ) általában finom szemcsék vagy üreges repedéskitöltések alakjában lép fel. A kovásodás korai és gyors lefolyását a kovásodott teleprészeknek a nem kovásodottakkal szembeni nagyobb vastagsága tanús tja. A borsodi miocén telepek kovás tó oldatait SZÁDECZKY-KARDOSS E. (1952) a k szénképz dést megel z vagy k sér vulkáni tufaszórás anyagából származtatja. Azt pedig, hogy a Si0 2 különösen a fás szövető teleprészeket érintette, az edénynyalábok oldatvezet szerepével magyarázza. A miocén és pliocén barnaköszéntelepeinken gyakori kovásodott fatörzsekben a kova nemcsak a sejtüregeket tölti ki, hanem azok falát is helyettes ti. A többi ásvány közül leülepedéssel egyidejő, törmelékes elegyrésznek a csak kis mennyiségben el forduló cirkon, rutil, turmalin, oroklász, biotit, galenit, szfalerit és az apatit egy része tekinthet. Mindig másodlagosak a pirit és a markazit (FeS 2 ) finom, um nagyságú, elszórt szemcséi, repedés- és rétegrés-bevonatai vagy nagyobb konkréciói (31.7 táblázat), a goethit, lepidokrokit [FeO(OH)] és hematit (Fe 2 O s ), a k szén elégetésekor a S 0 2 alakban a füstgázokba kerül szulfidkénnel szemben szulfát alakban viszszamaradó gipsz ( C a S H 2 0 ) és barit (BaS0 4 ), továbbá a glauberit ( N a 2 S H 2 O), az epszomit (MgS H 2 0), a timsó [ K 2 S 0 4. A1 2 (S0 4 ) 3. 24H 2 0], az alunit [KAl 3 (OH) 6 (SO + ) 2 ] és a foszforit [Ca 5 (P0 4 ) 3 (Cl, F, OH)] A nyomelemek közül az snövényekb l és a hozzákeveredett agyagból származhat a Li, Na, Ca, Sr, Be, Fe, Mn, Al, Si, P, S, Cl. Mások viszont a szénülés folyamán épülnek be a szénk zetbe (31.8 táblázat). Ezek részint genetikai jelent ségőek [pl. a bór (B) tengeri hatást jelez]; részint a k szén felhasználását befolyásolják. Egyes k szenek nagy NaCltartalma jelent sen megnehez ti azok felhasználását. FÖLDVÁRINÉ VOGL M. (1975) szerint a ritkaelemek koncentrációja a szénülés el rehaladtával általában növekszik; bizonyos maximumnak közepes szénülésfoknál mutatkozó elérése után azonban csökken; az antracitban pedig minimális. A maximumot egyes kutatók a barnak szeneknél feltételezik, FÖLDVÁRINÉ azonban a mecseki alsó-liász feketek szeneiben találta. A nyomelemeknek a szénülés kezdetén tapasztalt dúsulását a k szén hamutartalmának csökkenése, kés bbi visszaesését pedig a szerves komplexekben megkötött, valamint a kolloidok felületén adszorbeált fémionoknak a felszabadulásával és megszökésével magyarázza. A k szén egyes sávféleségeiben más-más ritkaelemcsoport dúsul. CSALAGOVITS VIGNÉ FE JES (1969) szerint a mecseki feketek szénben a Ge és a Be mennyisége a vitrit-, a Zr pedig a durittartalommal korrelál.

12 FÖLDVÁRINÉ (1975) szerint a hazai k szenek nyomelemei közül hasznos tás szempontjából különösen a Ge, Be, U, B és a Zr érdemel figyelmet. A Ge átlagos koncentrációja a komlói, nagymányoki, mázai feketek szén és a borsodi barnak szenek vékony padjaiban a legnagyobb ( g/t), a mecseki É-i pikkely egyes mintáiban pedig 600 g/t-t is elér. A rendszerint a Ge-mal társuló Be is a k szén szerves komplexeiben dúsul. FÖLDVÁRINÉ (1975) a Mecsek É-i pikkelyében 6000 g/t maximális, 430 g/t átlagos Betartalmat, a tatabányai eocén k szenek hamujában viszont csak 90 g/t Be-átlagot talált. A hazai liász és kréta k széntelepeknek a hamuanyag radioaktivitási értékeib l szám tott és valósz nőleg a huminiteken adszorbeálódott U-tartalma maximumát SZALAY (1952) 100 g/t-ra becsülte. FÖLDVÁRINÉ (1975) szerint azonban a szénpalák és a lignitek több U-t tartalmazhatnak, mint a jó min ségő k szenek. AB mennyisége minden k szenünkben sokszorosa a klarkjának. A pécs-komlói feketek szenekben a Zr átlaga 6 23-szor több a klarkjánál. A nyomelemek gyakoriságából azok származási helyére és anyak zeteire vonatkozóan egyel re csak nagyon általános sföldrajzi következtetések vonhatók le SZÉNKÖZETTANI ÖSSZETÉTEL Macerálok és macerálcsoportok. A szénk zetek felületi csiszolatban, ráes fényben, szeres nagy tású, olajimmerziós tárgylencsével megfigyelhet legkisebb alkotórészeit maceráloknak nevezzük (31.9 táblázat). Különböz fajtáikat alakjuk és szerkezetük, sz nük, bels reflexiójuk, lumineszcenciájuk (fluoreszcenciájuk), reflexiójuk, anizotrópiájuk, csiszolási és pol rozási keménységük (reliefkép- 230

13 z désük) és mikro-vicker-keménységük alapján ismerhetjük fel. A macerálok különböz növényi szövetekb l és anyagokból a szénülés különböz fázisaiban keletkezett, ez ideig még pontosan nem ismert szerves vegyületek keverékei. Szervetlen vegyületek még a legfinomabb eloszlásban sem részei a maceráloknak. A fémionokat is tartalmazó szerves komplexek (pl. a Cahumát) mennyisége azonban a barnak szenekben néhány százalékot is elérhet, és még a feketek szenekben is néhány tizedszázalékot tesz ki. A macerálok fényvisszaver képességük, összetételük és valósz nő eredetük alapján három macerálcsoportba vonhatók össze: (a) huminitek (ül. az ezeknek a feketek szén állapottól kezdve megfelel vitrinitek): ezek elgélesedett huminanyagok; (b) liptinitek (exinitek); ezek az alifás szénhidrogének hidrrogénben viszonylag gazdag származékai; (c) inertinitek: ezek f ként a huminanyagok oxidációs átalakulási termékei. A macerálcsoportok kémiailag a k olajanyak zetek kerogén]z\ve\ analóg, O-, H-, N- S-, P-tartalmú geopolimerek, amelyek h hatásra egyre inkább kondenzálódva, leadják könnyen ilióikat. A kiindulási anyagoknak és azok társulási lehet ségeinek, valamint az elszenvedett szénülési hatásoknak a sokfélesége következtében a macerálcsoportok genetikailag nem egységesek. Az alcsoportjaikba osztott maceráloknak csak egy része utal jól meghatározható növényi anyagból való keletkezésre (ilyenek els sorban a liptinitek maceráljál). Más részük azonban több különböz növényi anyag eltér szénülési fokon bekö- 231

14 vetkezett homogenizálódásának eredménye, tehát poligenetikus képz dmény. Ha a macerál alakja és szerkezete mégis egy bizonyos növénycsoport meghatározott szövetére utal, macerálvá/tozatról beszélünk (pl. cordaitotelinit). Kisebb, de meghatározott növénycsoporthoz nem köthet szerkezeti eltérések alapján maceráltipusok'dt külön tenek el (pl. ulminit: texto- és euulminit). A macerálok kiegész t módszerekkel (pl. maratással) feltárt részletei a kriptomacerálok. A maeerálcsoportok fogalomköre és neve az újabb kutatások eredményeként részben megváltozott. A többnyire oxidáció révén keletkezett, átes fényben fekete, ráes fényben er sen csillogó, kevéssé oldható, h hatásra nem (vagy csak nehezen) lágyuló, meglehet sen kemény, poligenetikus oxiniteket pl. részben az intertinit-csoport egyes maceráljaival azonos tják. A bituminit elnevezést azért adták fel, mert az ez alá sorolt atom%-nyi (tehát > 8 súly%) H-t tartalmazó, mikroszkóp alatt világossárga 1,50 1,55 közötti fénytöréső, 1,0 1,2 térfogatsürőségő, igen illékony, rendszerint hidrofób vegyületek lepárláskor kátrányképz, liptinitek és más k szénelegyrészek keverékéb l állónak bizonyultak. A huminit (57.7. tábla: 1 2; tábla: 3 4) és a bel le képz d vitrinit (57.7 tábla: 3; tábla: 2; tábla: 2) a legfontosabb macerálcsoport. Mindkett a növények humuszadó maradványaiból (fatörzsek, ágak és gyökerek fa-, háncs- és kéregszöveteinek lignin-, cellulóz-, ritkábban tanninanyagából) származó macerálok összefoglaló neve. (A tannin a galluszsav, csersav, ellaginsav stb. keveréke, amely f ként a fák kérgének sejtfalait itatja át, de sejtkitöltést is alkothat. A növény elhalása utáni oxidáció fiobafénné alak tja át.) A huminit megjelölést a barnak szenek fa eredető maceráljaira alkalmazzuk; vitrinitnek pedig a huminitekb l feketek szén stádiumban létrejött macerálokatnevezzük (31.10 táblázat). Ahuminitképz dést a növényi anyagnak az atmoszfer liák hatóköréb l való miel bbi kivonódása, gyorsan süllyed és magas talajv zállású területek általában redukáló kör- 232

15

16 nyezetébe jutása teszi lehet vé. A v zbor totta t zeg humifikációja és ezt követ szénülése során a még meglev növényi szövetek anyaga mélyreható kémiai változáson megy keresztül és gélesedik. El bb huminsavakká és humátokká alakul; ezekb l pedig a szénülés során kondenzálódás és polimerizálódás útján bonyolult makromolekulák, különböz átalakulási fokú huminanyagok képz dnek. Az gy létrejött huminitek és vitrinitek tömörségük folytán er sebben verik vissza a fényt, mint a liptinitek. Ezért ugyanabban a felületi csiszolatban az utóbbiaknál mindig világosabbnak látszanak. A vitrinit a fényes k szenek domináns macerálja. A három macerálcsoport vegyi összetétele és fénytani viselkedése a szénülés folyamán egymástól függetlenül változik. Mivel a vitrinit a legelterjedtebb macerált pus, átalakulása pedig a másik kett énél egyenletesebb, a szénülésfok el rehaladását a vitrinit (ill. huminit) reflexiójának növekedésével mérik (KÖTTER 1960). E célból a vitrinitrészecskékr l visszavert, ill. azokra ráes, 556 nannométer hullámhosszúságú, monokromatikus zöld fény intenzitásainak átlagos arányát határozzák meg, és egy ismert reflexióképességő etalonról visszaver d fény intenzitásának %-ában fejezik ki; jele R 0, több mérés átlagaként pedig Rm 0. A mérést olajimmerzióban, fénysokszorozóval felszerelt mikroszkóppal végzik. A huminit/vitrinit határt i? o = 0,4%-nál veszik fel (31.11 táblázat). A liptinitek (exinitek) a spóra- és pollenszemcsék, algák, magasabb rendő növényi szövetek védelmét szolgáló anyagok (kutikulák, sporopolleninek, kutinok, gyanták, viaszok, balzsamok, továbbá zs rok, tejek, proteinek, cellulózok és más szénhidrátok) bakteriális lebontása révén, vagy a szénülés folyamán másodlagosan képz dött, bitumenes vegyületekb l állanak. H-ben gazdag, alifás szénláncaik lazasága miatt a liptinitek ráes fényben a k szén legsötétebb alkotórészei (31.1. tábla: 3; tábla: 4; tábla: 2 4; tábla: 2 4; tábla). A lipidekre utaló liptinit elnevezés átfogóbb jellegénél fogva inkább megfelel e macerálcsoport fogalomkörének, mint a csak a spóra- és pollenhéjakra utaló, és ezért kiszorulóban lev exinit megjelölés. A liptinitek eredeti növényi anyagai (31.12 táblázat) a t zegesedés és a diagenetikus szénülés tartama alatt (tehát a fénytelen barnak szén stádiumig bezárólag) viszonylag stabilok: nem humifikálódnak és nem gélesednek. Nagyobb mérvő átalakulásuk amit sz nük módosulása és fényességük javulása jelez csak a feketek szén-állapot elején (gáz/láng-k szén állapotban) indul meg. Ez a változás a szénhidrogénanyak zetekben a k olaj képz dés megindulásának felel meg (31.20 ábra). A szénk zetek dekarboxiláció és redukció révén keletkez, k olaj jellegő termékeit azonban a k szén huminanyagai többnyire adszorbeálják; ezért azok csak ritkán dúsulnak fel ekszudatinitek alakjában. Ennek a 44 40% illótartalomnál bekövetkez átalakulásnak a finom szemcsékb l álló mikrinit a szilárd terméke. Második jelent sebb változásuk akkor következik be, amikor az illótartalom 29% lesz. Ez a határ a k olaj gáznemő szénhidrogénekre bomlásának kezdetével esik egybe. A 22 18%-os illótartalomtól kezdve (tehát a kovács- és sovány k szén stádiumban) a liptinitek és a vitrinitek közötti fénytani különbség teljesen eltőnik. Antracit állapotban pedig egyes liptinitek reflexiója felül is múlja a vitrinitét. Az inertinit ugyanazon anyagokból (huminanyagok, rezinitek, lignin, cellulóz) képz dik, mint a vitrinit és a liptinit. Anyagainak azonban betemet désük el tt gyönge oxidáción (= fuzinitesedésen) kell átesniük. Ezért ez a macerálcsoport a lassan süllyed és ingadozó vagy alacsony talajv zszintő, id nként kiszáradó, öngyulladás vagy villámcsapás következtében leég lápterületeken gyakori. Humuszos növénymaradványok gombásodása is inertinitkéz désre vezet (31.13 táblázat). Az inertinitek viszonylag sok C-ot, de kevés H-t és O-t tartalmazó, er sen aromatizált és kondenzált, nagyon sőrő, igen er sen reflektáló vegyületek; ezért a k szén felületi csiszolatának legvilágosabb alkotórészei. Reflexióképességük az antracitig mindig nagyobb, mint a vitrinité. Metaantracit állapotban azonban a vitrinit fényessége meghaladhatja az inertinitekét. Az inertinitek H/C aránya általában kisebb, mint a vitrinité (31.21 ábra). Egyes inertiniteknek már a növényi el djei (pl. a kalapos gombák melanintartalmú spórái) is er sen reflektálnak. A korán kialakult inertinitek a szénülés kés bbi fázisaiban alig változnak. Esetleges változásuk mértékét a fuzinitesedés er ssége szabja meg. A láptüzek után fennmaradó ösfaszén nevefuzinit. Legkevésbé az ilyen piro- és

17 degradofuzinitek, valamivel er sebben a gombaszklerotinitek, leger sebben a szemifuzinit és a szemimakrinit alakulnak át. A gomba-szklerotinitek a fapuszt tó gombák (teleuto-)spóráinak és spóratartóinak (szkleróciumainak) nagy kitintartalmú falából képz dnek. A szekréciós szklerotinit pedig a gyantás és flobafénes sejtkitöltések oxidációja révén keletkezik. Az inertinitek közé sorolják a szénülés közben kialakuló, er sen reflektáló, másodlagos mikrinitet is (31.1 tábla: 4; tábla: 1 és 8; tábla: 1; tábla; tábla: 2 és 4). Összefoglalva: a vitrinitcsoport ráes fényben mutatott, de a szénülési foktól függ árnyalatú, szürke sz ne azonos szénültség esetén általában középhelyen áll a liptinit- (exinit-) csoport és az inertinitcsoport világosabb szürke (fehérebb) sz ne között; a vitrinitcsoport reflexiója az azonos szénültségő liptinitekénél mindig nagyobb, az inertinitekénél azonban általában kisebb; fluoreszcencia általában a liptinitcsoport tagjait és a még cellulóztartalmú huminiteket jellemzi, er s szénülés (i? 0 >l,3%) esetén azonban mindkett jük fluoreszcenciája megszőnik ( fejezetrész); a különböz eredet és vegyi összetétel következtében azonos szénültségi fokon az illó- és kátrányhozam sorrendje: inertinit < vitrinit < liptinit; a vitrinit h hatásra lágyuló, majd újra szilárduló képessége folytán a kokszolhatóság hordozója, ezért ipari szempontból is igen fontos macerálcsoport; mindazonáltal a vitriniten k vül kevés inertinitet is tartalmazó k szén jobban kokszolható, mint a csak vitrinitb l álló, és lényegesen alkalmasabb erre, mint az a k szén, amely vitriniten k vül kevés liptinitet is tartalmaz Mikrolitot pusok. A macerálok a szénk zetben különböz vastagságú és összetételő cs kokat alkotnak. Azt a cs kot, amelynek rétegzésre mer leges szélessége meghaladja az 50 um-t, mikrolitot pusnak nevezzük. A macerálok nevének -init végz désével szemben a mikrolitot pusok neve -//re végz dik. A mikrolitot pusokat aszerint nevezzük mono-, bivagy trimacerálisnak, hogy összetételükben hány macerálcsoport mennyisége haladja meg a 90%-ot. Egyel re csak feketek szenekre kidolgozott nevezéktanukat és összetételüket a táblázat, néhányuk megjelenésmódját a 31.3., 31.4., tábla és a tábla: 1 2 képe mutatja be. Eszerint a vitrit vitrinitb l, nfuzit fuzinitb l álló monomacerit. A klárit vitrinitb l és liptinitb l, a durit inertinitb l és liptinitb l, a vhrinertit vitrinitb l és inertinitb l álló bimacerit. A klarodurit és a durokiárit a klárit és a durit közötti trimacerit (STACH 1968). A mikrolitot pusok 20% alatti ásványtartalma még szennyezésnek min sül. A 20 60% ásványtartalmú, 1,5 2,0 g/cm 3 térfogatsúlyú karbomineriteket azonban már uralkodó ásványaik szerint nevezik meg [pl. karbargillit (31.2. tábla, 7 8), karbopirit, karbankerit, karboszilicit; több ásvány együttese esetén: karbopoliminerit]. 235

18

19

20