111 5. Agyagok környezetvédelmi felhasználása
112 Hulladéklerakók Kommunális hulladéklerakók Lerakóhely természetes földtani adottságai: (1) elég vastag, (2) kis áteresztőképesség, (3) nagy szennyezés-visszatartó képesség, (4) túlterjed a lerakón: agyagos képződmények (jobb, mint gránit, mészkő, sódóm stb.). Műszaki szigetelőréteg: aljzat-, (oldalsó), fedő-. Aljzatszigetelő réteg célja: csurgalékszivárgás elvezetése, mechanikai hatások kivédése, alatta: szigetelés. Fedőszigetelő réteg célja: csapadékelvezetés, kiszáradástól, fagytól való megóvás. Szigetelő tulajdonságok megváltozhatnak: adszorpció, szerves komplexek, vízvesztés, oldódás, reakciók hatására. Szigetelőrétegek ásványi eredetű elemei lehetnek: - természetes agyagok és agyagos talajok (pl. Svájcban: Opalinus, Montigel, szlovákiai Kárpátokban: szmektit+zeolit-tartalmú agyagkő) - tömörítéssel az áteresztőképesség (permeabilitás) csökken - elválasztó falak: bentonit, bentonit+cement stb. zagy - geoszintetikus szigetelőrétegek: geotextília vagy geomembrán (műanyag fólia) és ezek kombinációi Na-bentonittal - reaktív fal: permeábilis, de a mérgező anyagokat leköti. Pl. zeolit, bentonit, kovaföld, Al-oxid, hidrotalkit (anion-adszorpció) stb. Jelmagyarázat: rekultivációs réteg víz- és gáz-elvezető réteg dréncső geotextília geomembrán nem kötelező (országonként változó) elemek természetes anyagú szigetelő réteg vagy kis áteresztőképességű talaj hulladék altalaj 123. ábra. Kommunális hulladéklerakó (a) fedő- és (b) aljzat-szigetelő rendszerének elemei (Jessberger 1997 in Hermanns Stengele, R., Plötze 2000). Jelmagyarázat: k: szivárgási tényező (m/s egységekben)
113 Tűvel lyukasztott, szálakkal összekötött geotextília lemezek között Na-bentonit Két szőtt geotextília lemez között Na-bentonit + kötő (ragasztó) anyag Száltűzött, szőtt geotextília lemezek között Nabentonit + kötő (ragasztó) anyag Geomembránra (műanyag fóliára) egyik oldalt felvitt Na-bentonit + kötő (ragasztó) anyag 124. ábra. Bentonitos szigetelőlemezek típusai. Az Egyesült Államokban használt típusok (Daniel 1995) Fedő talaj Vízelvezető réteg (szivárgási tényező 1. 10-2 cm/s) Geomembrán Kis áteresztőképességű talajréteg (szivárgási tényező 1. 10-7 cm/s) Hulladék 125. ábra. Fedő szigetelő rendszer Egyesült Államokban javasolt elemei (Daniel 1995)
114 Radioaktív hulladék-elhelyezés Víz-agyag rendszer, vízáramlás és vízzárás agyagos kőzetekben. Törések öngyógyulása. Pl.: Mecsek hg., középső-perm Bodai Aleurolit: Nagy aktivitású radioaktív hulladék-elhelyezés. Illit, klorit (>montmorillonit). Küblerindex: 0,4-0,5 2Θ (mély diagenezis/anchizóna). Sok albit (10-20 %), diagenetikus, valószínűleg zeolitokból (analcimból). Dolomit, hematit. Félsivatagi folyóvízi, tavi üledék. Mecsek hg., gránit, Üveghuta: Kis és közepes aktivitású radioaktív hulladék-elhelyezés. Agyag- és karbonátásványok a gránit hasadékaiban, fedő vörös agyag és lösz rétegek. 126. ábra. A felső-perm Bodai Aleurolit Formáció (Upper Permian Boda Siltstone Formation) előfordulása Nyugati-Mecsekben (R. Varga et al. 2005) 127. ábra. Az illit kristályossági foka (IC) és K/Ar kora a Bodai Aleurolit Formációban (Árkai et al. 2000). A formáció illitjei a diagenezis zónája és az anchizóna határán vannak. A hasadékkitöltő illitek IC-értéke fordítva arányos a radioaktív korukkal. Jelmagyarázat: sötét körök: eredeti, tömör kőzet, üres körök: hasadékkitöltő anyag. IC: illit kristályossági fok (Kübler-index), D: diagenezis, A: anchizóna, E: epizóna
115 128. ábra. A Bodai Aleurolit mintáinak geokémiai jellege (Varga et al. 2005). A főelemek gyakorisága két geokémiai standardhoz viszonyítva (PAAS = post-archean Australian average shale, ARPS = average Russian Paleozoic shale). Feltűnő a Na és a P feldúsulása és a Ti hiánya mindkét standardhoz képest. Valószínűleg a sivatagi, sós tavi eredetű, Na-dús oldatok okozták a kőzet albitos cementálódását 129. ábra. A Bodai Aleurolit mennyiségi ásványos összetétele (Árkai et al. 2000) háromszögdiagramokban. Jelentős az albit-tartalom, a rétegszilikátok közül a legfontosabb az illitmuszkovit
116 130. ábra. Összefüggés az illit K-Ar kora és a 001 bázisreflexió félérték-szélessége között a Mórágyi-rög hasadékkitöltő illitjein (Maros et al. 2010). Az illit politípiája: 1M. A félértékszélesség növekedése az illit másodlagos, kishőmérsékletű elváltozását mutatja, aminek következtében Ar-veszteség, és látszólagos fiatalodás következik be. Az illit-képződés legmegbízhatóbb kor-adatai: 215 és 230 millió év (késő-triász, karni) Példák mérnökgeológiai alkalmazásokra Norvégiai quick clay ( hirtelen agyag ) Illit és klorit. A jégkorszak végén, jégolvadáskor ülepedett le, mészmentes. Édesvizes kilúgozás, szerves komplex-képződés, oxidáció hatására elveszti az adszorbeált kationokat (Fe 3+, Al 3+, Ca 2+, Mg 2+ ), amelyek összetartják a flokkulált szerkezetet. Az kis mechanikai behatásra, vagy átázás következtében is összeomlik, az agyag szinte folyékonnyá válik. Stabilizálása: keverés NaCl-, CaO-val, KCl diffúzió. Hollóháza Földcsuszamlás bentonitosodott andezit és riolit felszínén. Alpok (Ausztria) Földgátak szigetelése bentonittal feljavított helyi agyagokkal.
117 131. ábra. Földcsuszamlás okozta károk norvégiai quick clay térszínen (Rosenqvist 1984). 132. ábra. A quick clay agyagásvány-lemezkéi elrendeződésének vázlatos ábrázolása gyufaszálakkal (Rosenqvist 1984). Balra: stabil flokkulált szerkezet, amelyben az adszorbeált kationok vonzóereje összetartja a lemezkéket (normális agyag). Középen: a quick clay nedves átgyúrásával létrejövő, félig folyékony szerkezet, amelyben a kationok hiánya miatt az egyes lemezek közötti taszító erők lépnek fel. Jobbra: a quick clay kiszáradásával létrejövő szilárd anyag réteges szerkezete, amelyben azonban a flokkulált szerkezet nem alakul ki, ezért az továbbra sem lesz stabil 133. ábra. A quick clay stabilizálása autópálya-építés céljára Oslo közelében (Rosenqvist 1984). 1 m-es távolságra elhelyezett kutakba adagolták a KCl oldatot, amely beszivárgott az agyagba. Az ábra a talaj nyírószilárdságát (Su. KN/m 2 ) mutatja a kúttól való távolság függvényében, kb. 5,5 m mélységben. A vízszintes szaggatott vonal a kezelés előtti nyírószilárdság, amely a kút környezetében 2-3-szorosára nőtt
118 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vető (elmozdulással) Rétegdőlés Csúszás felszíne és iránya Kvarc-ér Magfúrás Mérnökgeológiai szondázás Geofizikai szondázás 134. ábra. A hollóházi földcsuszamlások földtani szelvényei (Zelenka et al. 2005). Felső szelvény: kb. Ny K, alsó szelvény: D É. Látható, hogy a csúszás a közel függőleges törésvonalak, karéjos suvadási síkok, valamint a bentonitosodott andezit, bentonitosodott riolittufa és a tengeri agyag enyhén dőlő rétegfelszínén következett be. Kőzetek: 1: talaj (nyirok), 2: tufás homok, 3: riolittufa, 4: tufahomok, 5: mozaikos szerkezetű agyag, 6: szürke agyag, 7: tarka agyag, (5-7: tengeri agyag), 8: andezit, 9: riolit BENTONITOS ANDEZIT BENTONITOS RIOLITTUFA TENGERI AGYAG TG DTG DTA 135. ábra. Termikus felvételek a hollóházi földcsuszamlásban résztvevő jellegzetes kőzetekről (Földvári M. felvételei, Zelenka et al. 2005). A 100-300 C között jelentkező nagy adszorptív vízvesztés mutatja, hogy a minták montmorillonit tartalma nagy. A tengeri agyagban karbonát-ásványok is vannak
119 001 001 BENTONITOS RIOLITTUFA BENTONITOS ANDEZIT q q c TENGERI AGYAG TALAJ (NYIROK) 001 001 d 136. ábra. Röntgen-diffrakciós felvételek a hollóházi földcsuszamlásban résztvevő jellegzetes kőzetekről (Zelenka et al. 2005). A 001-gyel jelölt nagy bázisreflexió mutatja, hogy a bentonitos riolittufa és andezit minták montmorillonit tartalma nagy. A tengeri agyagban és a nyirokban kevesebb, de még jelentős a montmorillonit tartalom, és több a kvarc (q). A tengeri agyagban karbonát-ásványok is vannak, c: kalcit, d: dolomit 137. ábra. Földgát vízzáró képességének növelése bentonittal, Alpok, Tirol, Ausztria (Wieden 1966). Jelmagyarázat: a: vízzáró mag (bentonittal feljavított helyi lejtőtörmelék), b: vízzáró fal (injektált tiszta bentonit), c: átmeneti zóna (szitált lejtőtörmelék), d: mechanikai támasztásra szolgáló földgát (eredeti állapotú lejtőtörmelék)
120 Egészségügy Szálló por Természetes ásványok és ipari eredetű műtermékek a porszemcsék között. Pl.: Bánffyhunyad (Kolozs megye, Erdély), városközpont: természetes agyagok és talajok összetevői: kvarc, kalcit, földpát, csillám, kaolinit + korom. Casirom tűzálló kerámiagyár környéke, Torda (Kolozs megye, Erdély): műtermékek: szilícium-karbid, korund, cristobalit, tridimit. 138. ábra. A szálló por szemcséi belélegezhető összetevőinek (63-1 μm) becsült százalékos aránya a Casirom tűzálló kerámiagyár környékén, Torda, Kolozs megye, Erdély (Farkas, Weiszburg 2006) 139. ábra. Röntgen-diffrakciós felvétel a fenti szálló por szemcsefrakcióiról, Casirom gyár, Torda (Farkas, Weiszburg 2006). Jól láthatók a kvarc, cristobalit és SiC reflexiói
121 Azbeszt A szálló por veszélyes összetevője. Rostos szilikát, két fő ásványfajta lehet: Szerpentin (krizotil)-azbeszt: nem káros. Amfibol-azbeszt: káros, rákkeltő. Csak ez utóbbi azbeszt-típust tartalmazó építőelemeket érdemes és gazdaságos kicserélni, ezért a csere előtt az azbeszt ásványtani vizsgálata szükséges (Tóth, Weiszburg 2000). 140. ábra. Azbeszt szemcse pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) felvétele. Kémiai összetétele közelebb áll a szerpentin-azbeszthez (EDX mérés alapján). Szálló por a Romcim cement- és építőanyaggyár környékén, Egeres, Kolozs megye, Erdély (Farkas, Weiszburg 2006) Fluor Az agyagásványok, főleg a csillámok kristályszerkezetében az OH-t kismértékben F helyettesítheti. Az agyagos kerámiai nyersanyagok hevítésekor a fluor az OH-val együtt a levegőbe megy HF és SiF4 gázok formájában, korróziót, megbetegedést okozhat. Megkötése CaCO3 hozzáadásával részben lehetséges, amikor CaF2 keletkezik (Tressaud, ed. 2006). Pl.: Portugáliai agyagok F tartalma (Vieira et al. 1995): Bustos agyag, illit, szmektit: 0,65 % F, Aguada agyag, illit, kaolinit: 0,30 % F. Aveiro körzetében a tégla- és cserépipar havonta 45 tonna fluort bocsát ki a levegőbe. Gyógyiszap Gyógyhatás: adszorbeált ionok cseréje a bőrfelületen, nagy víztartalom miatt jó hőtartóképesség. Adszorpció főleg szerves anyagon, kisebb részben agyagásványokon. Pl.: Holt-tenger: kalcit, kvarc, dolomit, kősó, bischofit, kaolinit. Nincs benne szerves anyag, fekete színét finom eloszlású pirit okozza. Kolop (Szolnok megye): Tisza ártéri üledék: kvarc, kalcit, albit, montmorillonit, illitmuszkovit, klorit, szerves anyag (Fehérvári, Viczián 2006). Hévíz: főleg tőzeg, kevés szervetlen agyag (Hámor-Vidó, Tóth 2000). Olaszország: Különböző gyógyvizekkel kezelt, érlelt gyógyiszap. A kiindulási iszap előkészített bentonitos agyag, amelyben kb. 60-70 % szmektit van, és a szmektit adszorbeált kationjait Na-ra cserélték le. A Pavia környéki (Salice Terme stb.) sós, brómos-jódos vízzel való érlelés növeli tovább a legnagyobb mértékben az iszap kicserélhető és vízben oldható Na + tartalmát (M2-M4 minták a 140. ábrán, Veniale et al. 2004).
122 141. ábra. Különböző olasz gyógyvizekkel kezelt gyógyiszap röntgen-diffrakciós felvételei (Veniale et al. 2004). Az eredeti iszap ( virgin clay ) egy előzetesen kezelt bentonitos anyag, összetétele: szmektit, illit, kaolinit, kvarc, földpát, kalcit. A kezelés hatására a szmektit kicserélhető kationja Na +. A gyógyvízzel való érlelés kevés változást okoz az ásványtani összetételen, csak az adszorbeált kationok cserélődnek ki. Változás csak az M2 és M4 mintákon látszik, ahol a szmektit bázisreflexiója a kisebb d (nagyobb 2theta) értékek felé tolódott, valószínűleg hidroxidoknak a rétegközi térbe való beépülése következtében ( intergrades, az ábrán Int jelzéssel)
123 Irodalom az 5. részhez Árkai, P., Balogh, Kad., Demény, A., Fórizs, I., Nagy, G., Máthé, Z. 2000: Composition, diagenetic and post-diagenetic alterations of a possible radioactive waste repository site: the Boda Albitic Claystone Formation, southern Hungary. Acta Geol. Hung. 43, 4, 351-378. Daniel, D. E. 1995: State of the art of U. S. landfill capping systems. Schr. angew. Geol. Karlsruhe 37. 4-1-28. Farkas I. M., Weiszburg T. 2006: Ülepedő és szálló por ásványtani vizsgálata a romániai Kolozs megyéből. Földt. Közl. 136, 4, 547-572. Fehérvári M., Viczián I. 2006: Gyógyiszapok genetikája és kutatásának lehetőségei. Az európai Clay and Health projekt. Előadás az MFT Agyagásványtani Szakosztályában, 2006. febr. 13. Hámor-Vidó, M., Tóth, A. 2000: Geology, mining and utilisation of peat reserves in Hungary. Proc. 11th Intern. Peat Congr., Quebec City, Canada, 2000, 311-319. Hermanns Stengele, R., Plötze, M. 2000: Suitability of minerals for controlled landfill and containment. In Vaughan, D. J., Wogelius, R. A. (ed.): Environmental mineralogy. EMU Notes in Mineralogy 2, Chapter 8, 291-331. Eötvös University Press, Budapest. R. Varga, A., Szakmány, Gy., Raucsik, B., Máthé, Z. 2005: Chemical composition, provenance and early diagenetic processes of playa lake deposits from the Boda Siltstone Formation (Upper Permian), SW Hungary. Acta Geol. Hung. 48, 1, 49-68. Rosenqvist, I. Th. 1984: Colloidal physics as basis for quick clay properties. In Cato, I. (ed.): Rapid Mass Movements in Soils. Striae 19, 5-11. Uppsala. Tóth, E., Weiszburg, T. G. 2000: The state of asbestos in Hungary (abstract). In Fehér, B. et al. (ed.): Minerals of the Carpathians. Intern. Conf., Miskolc, 2000. Abstracts. Acta Min. Petr. Szeged 41, Suppl., 111. Tressaud, A. (ed.) 2006: Fluorine and the environment. Atmospheric chemistry, emission, & lithosphere. Advances in Fluorine Science 1. Elsevier, Amsterdam, Oxford. 300 p. Veniale, F., Barberis, E., Carcangiu, G., Morandi, N., Setti, M., Tamanini, M., Tessier, D. 2004: Formulation of muds for pelotherapy: effects of maturation by different mineral waters. Applied Clay Science 25, 135-148. Vieira, A. I., Gomes, C. Rocha, F., Bobos, I. 1995: Emission and fixation of F and S in clay based ceramics (abstract). Geol. Carpathica, Ser. Clays 4, 2, 119. 14th Conference on Clay Mineralogy and Petrology, Banská Štiavnica. Wieden, P. 1966: Bentonit als Dichtungsmittel beim Bau von Erdstaudämmen. VDI- Zeitschrift 108, 33, 1633-36. Zelenka, T., Kovács-Pálffy, P., Trauer, N. 2005: The role of expanding clay minerals in land movements at Hollóháza, Tokaj Mts. Acta Min.-Petr. Szeged 46, 63-67.