A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET A Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, 1995. szeptember 7-8. MISKOLC, 1995
A MISKOLCI EGYETEM KÖZLEMÉNYEI A Sorozat BÁNYÁSZAT 50. KÖTET Á Miskolci Egyetem fennállásának 260. évfordulója alkalmából rendezett Jubileumi Tudományos Konferencia Bányászati és Műszaki földtudományi szekcióinak előadásai Miskolc, 1995. szeptember 7-8. MISKOLC, 1995
HU ISSN 0237-6016 SZERKESZTŐ BIZOTTSÁG: KOVÁCS FERENC felelős szerkesztő JAMBRIK R., MATING B., STEINER F., TARJÁN I. Kiadja a Miskolci Egyetem A kiadásért felelős: Dr. Palkó Gyula rektorhelyettes Miskolc-Egyetemváros, 1995 Megjelent a Miskolci Egyetemi Kiadó gondozásában Felelős vezető: Dr. Péter József Műszaki szerkesztő: Balsai Pálné A kiadóba érkezett 1995. július 17-én. A Sokszorosítóba leadva: augusztus 7-én Példányszám: 300 Készült Develop lemezről, az MSZ 5601-59 és 5602-55 szabványok szerint Miskolci Egyetem Sokszorosító Üzeme A sokszorosításért felelős: Kovács Tiborné üzemvezető BD - '95-860 - ME
A Miskolci Egyetem Közleményei A. sorozat Bányászai, 50. kötet. Jubileumi Konferencia J995. 2J3-2J9. old. HÉVIZEK KARBONÁTOS VÍZKŐ KIVÁLÁSAINAK TERMIKUS VIZSGÁLATA Dr. BAN M.* Összefoglalás A karbonátok jellegzetes höbomlását alapul véve, a vízköveket derivatográfiás módszerrel is meghatározhatjuk. A karbonátos vízköveknél tapasztalható aragonit-kalcit átalakulási folyamat, valamint a vízkőminták ásványos összetétele, röntgendiffraktométeres kontroli-vizsgálattal kiegészítve, megbízható módon tanulmányozhatónak bizonyult a dolgozatban szereplő vízkőminták esetében. Dr. BAN Miklós egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Ásvány- és Kőzettani Tanszék 3515. Miskolc-Egyetemváros 213
1. BEVEZETÉS A hazai vízköveket alkotó kalciumkarbonát a legelterjedtebb természetes karbonát, amely kétféle kristályos formában jelenik meg: a rombos rendszerű aragonit-, és a trigonális rendszerben kristályosodó kalcit formájában. Bizonyos feltételek mellett, már közönséges hőmérsékleten és a felszínen uralkodó nyomásviszonyok mellett is, az egyik kristályforma átalakulhat a másikba. Az instabilis aragonit idővel stabil kalcittá alakul át; az átalakulás közönséges hőmérsékleten is végbemegy, de nagyon hosszú idő szükséges hozzá. Az átalakulási folyamat nem pontosan meghatározott hőmérsékleten zajlik le, mivel az emelkedő hőmérséklettel megnő az átalakulás sebessége is. A ME Ásvány- és Kőzettani Tanszékén MOM gyártmányú Paulik-Erdey-féle derivatográfon tíz különböző helyről származó magyarországi hévizes vízkőkiválási mintán kombinált termikus vizsgálatot végeztünk abból a célból, hogy a különböző bomláshőmérsékletű karbonátokat kimutassuk. A vízkőminták ásványos összetételét röntgendiffraktométeres vizsgálattal ellenőriztük. A MOM- gyártmányú derivatográf alkalmas az aragonit és kalcit elkülönítő meghatározására is abban az esetben, ha az aragonit mennyisége a mintában eléri a 30 %-ot. 2. AZ ALKALMAZOTT TERMIKUS VIZSGÁLATI MÓDSZER ÉS EREDMÉNYEI A termikus vizsgálatok adatai szerint az aragonit-kalcit átalakulás néhány perc alatt végbemegy 400-500 C közötti hőmérséklettartományban. A DTA módszerrel megvizsgált mintákon a polimorf átalakulás kis endoterm effektusként jelentkezik, vagyis hőabszorpció segítségével megy végbe ez az átalakulás. D.N. Tódor /1971/ kombinált termikus vizsgálatai során megállapította, hogy a termikus görbéken csak a megvizsgált minták egy részénél mutatkozik az az endoterm effektus, amelyet polimorf átalakulásnak tulajdoníthatunk. Itt viszont a görbéken regisztrált effektus az átalakulással társulva anyagveszteséget is mutat, amely a TG és DTG görbén egyaránt megfigyelhető. Mivel az ásványok polimorf átalakulása tömegveszteség nélküli rácsszerkezetváltozást jelent csupán, ezért a termikus görbéken észlelhető előbbi sajátosságok csak úgy magyarázhatók meg, ha a tényleges termikus hatást az aragonit kristályrácsában jelenlévő, Ca 2+ -ionokhoz kötött OH-csoportok eltávozásának tulajdonítjuk. Ez a folyamat 450 C körül megy végbe és az OH-csoport távozásának 1,0-2,5 %-nyi tömegveszteség felel meg. Genetikai szempontból vizsgálva az aragonitok sajátos termikus viselkedését nyilvánvalónak 214
látszik, hogy azok az aragonitok, amelyek szerkezetükbe OH-csoportot zárnak be, kis C0 2 -tartalmú környezetben keletkeztek, mivel a vizes oldat ph-ja, amelyből kicsapódtak, lúgos jellegű volt. Szénsavban dúsabb oldatból kivált aragonitok pedig, amelyek tehát savas ph mellett képződtek, nem tartalmaznak a rácsszerkezetükben OH-csoportot. Ez a genetikai sajátosság alkalmassá teszi a termikus vizsgálatot arra, hogy segítségével a vízkövek keletkezési körülményeire következtethessünk. A termikus vizsgálat tanúsága szerint 500 C felett az aragonit már átalakult kalcittá. A hőmérséklet növekedésével 675 C körül a kalcit bomlásnak indul, amely 950 C -nál teljessé válik. A bomlási hőfok fenti értékei csak tiszta kalcitból álló anyagra vonatkoznak. Ha ugyanis a mintában a kalcit mellett egyéb ásványos alkotó is előfordul, akkor a bomlás alacsonyabb hőfokon indul meg a kalcittartalomtól függően. A tiszta kalcit termikus effektusa 930-940 C -on zajlik le; azonban ha a vizsgálandó anyagban csak 10-15 %-nyi kalcit van jelen, akkor a termikus effektus maximuma már 800 C körül kibontakozik. A megvizsgált karbonátos vízkőminták jellegzetes bomláshőmérséklet-értékei az 1. táblázatban találhatók: Származási hely A bomlás kezdete [C ] A bomlás csúcsértéke [C ] CaC0 3 -tartalom Rábasömjén (Sárvár) 680 950 90,54 Sajóhídvég (Köröm) 620 925 96,54 Mindszent 700 950 90,54 Demjén 42-es kút 660 940 97,38 Eger AT-8 kút 600 920 91,59 Bükkszék B-27 kút 670 900 96,86 Zsóri-fürdő I. kút 710 935 97,49 Csorna 690 940 97,91 Orosháza 1. kút 660 930 95,80 Orosháza 2. kút 790 930 83,69 1. táblázat: Karbonátos vízkőminták bomláshőmérsékletei 215
A minták C0 2 veszteségéből a TG görbék alapján kvantitatív kiértékelést is végeztem az egyes vízkő minták karbonáttartalmára vonatkozóan. A fenti táblázatban szereplő néhány minta kalciumkarbonát-tartalma kis hibával jól egyezik az összehasonlítás céljából készült térfogatos kémiai analízis eredményével (2. táblázat). Minta neve CaCGytartalom [%] MgCGytartalom [%] Oldási maradék [%] Zsóri-fürdő I. kút 96,16 2,58 - Mindszent 94,94 2,35 - Orosháza 93,71 2,07 0,65 Csorna 94,33 3,62-2. táblázat: Vízkőminták karbonát-tartalma A termikus vizsgálatok eredményei alapján a vízkőminták különböző típusokba sorolhatók be. Az egyes típusokon belül a derivatogramok gyakorlatilag megegyezők. Az első tipust a szennyeződésmentes, tiszta kalcitot mutató minták alkotják. Derivatogramjukon a C0 2 eltávozása miatti tömegváltozás kb. 888 C -nál következett be. Ebbe a tipusba tartoznak a bükkszéki és orosházi vízkőminták (1. ábra). A demjéni (egerszalóki), rábasömjéni és mindszenti mintákról készített DTA felvételeken 400-440 C között endoterm csúcs látható. Ez az aragonit-kalcit átalakulást jelzi. Az endoterm csúcs a DTG és TG görbén is jelentkezik, maximálisan 1 % tömegveszteséggel. (2. ábra). Ezek a vízkövek alkotják a második tipust. A harmadik tipuscsoportba a kisebb-nagyobb mennyiségű szerves szennyeződést tartalmazó vízkövek sorolhatók be. Ismeretes, hogy a legtöbb hévízkút, eredetét tekintve szénhidrogénkutató fúrás volt. A szerves szennyeződés a vízkőbe is beépülhet. A szervesanyag tartalom a termikus görbén 200-450 C c között exoterm csúcs alakjában jelentkezett (3. ábra). Érdekes következtetés vonható le a termikus vizsgálat végtermékeként jelentkező izzítási maradék színének és a kiinduló mintaanyag szinárnyalatának az összehasonlításából is (3. táblázat). Közismert, hogy a mészkövek szine általában fehér, bár némelyik változó színárnyalatú mészkő szine hevítés hatására mélyül, vagy teljesen eltűnik. Ha a nyers minta szine halványszürke és ha izzitási 216
maradéka fehér színűvé válik, akkor a mészkő finoman elosztott (diszpergált) szerves anyagot tartalmazott. Ebben az esetben a DTA görbén 200 és 500 C között exoterm hajlat észlelhető, a TG görbén pedig az elégett szerves anyag miatt kis tömegveszteség mutatkozik. Ilyen módon viselkedett az izzítás során a Zsóri-fürdő hévízkútjáből származó mintaanyag, de a demjéni is. A finoman diszpergált szulfidokat tartalmazó mészkő szine ugyancsak halványszürkés. Ez a szin azonban hevítés hatására sötétre színeződik, a DTA görbén pedig erőteljes exoterm effektus jelentkezik 460 C körül, néha kisebb tömegveszteséggel is párosulva. Ez az esetfigyelhetőmeg a bükkszéki Salvus-kút vizéből kivált vízkőnél is. Származási hely A minta eredeti színe Az izzítási maradék színe Rábasömjén (Sárvár) fehér fehér Mindszent fehér szürkésfehér Demjén 42-es kút halványszürke fehér Eger AT-8 kút szürkésfehér okkersárga Bükkszék B-27 kút halványszürke barnásszürke Zsóri-fürdő I. kút halványszürke krémfehér Csorna szürke csontsárga Orosháza 1. kút halványszürke világosszürke 3. táblázat: Karbonátos vízkőminták színváltozása a termikus vizsgálat folyamán 217
Ol «I hi» a víi ki VWl/nw» Ia SBff^zzz: TGr?T=í:..íVSÍiSíFíii.! 1. ábra. Az orosházi vízkőkiválás derivato- 2. ábra. A rábasömjéni (sárvári) vízkőkiválás gramja derivatogramja
vi-ie'c/«««3. ábra. A demjéni vízkőkiválás derivatogramja 219
TARTALOMJEGYZÉK Dr. Takács, G., Udvardi, G., Turzó, Z.: A segédgázos termelés korszerűsítésének lehetőségei az algyői mezőben 3 Heinemann, Z., E., Ganzer, L.,J.: Adaptive grid and dual-time stepping for multi-purpose reservoir simulation models 11 Lakatos, 1., Lakatos-Szabó, J.,Munkácsi, I., Trömbőczky, S.: Profile correction in hydrocarbon reservoirs state-of-art and experiences at the Algyő field 27 Gesztesi, Gy., Dr. Mating, B Dr. Török, J., Dr. Tóth, J.: Flow of mobilized oil in surfactant enhances oil recovery 37 Ősz, Á.: Vízszintes fúrások kitörésvédelme, 47 Keresztes, T., ősz, Á., Pugner, S.: Korszerű fúrásellenőrző és -irányító műszerkabinok a szénhidrogén-bányászatban 59 Bódi, T.: Gyűjtőrendszer optimális telepítési helyének meghatározása számítógéppel 69 Dr. Bobok, E., Dr. Navratil, L., Tőrök, A., Udvardi, G.: Nehézolajok vízágyas szállításának egyszerű matematikai modellje 79 Csete, J.: Gázelosztó rendszerek szimulációja a 90-es években 85 Tihanyi, L.: Az Olaj- és Gázmérnöki szak képzési tapasztalatai és perspektívái 95 Dr. Szilágyi, Zs.: Az új gázipari műszaki-biztonsági szabályozás szakmai, tudományos alapjai 105 Komornoki, L P.: Increasing fh<» rapacity of 0.6 MPa working pressure gas distribution net, constucted from 1.6 MPa nominal pressure elements 109 Sztermen, A.: Subjective and objective risk assessment 117 Eperjesi, L.: Vezetékszakadások esetén kiáramló gáz mennyiségének becslése a végtelen nagy tartály modelljével 125 Debreczeni, E.: Pneumatikus szállítással kombinált marófej kifejlesztése a Geotechnikai Berendezések tanszéken 133 Dr. Debreczeni, E., Sümegi, L: Vízsugaras vágási kísérletek a Geotechnikai Berendezések tanszéken 145 Patvaros,J.: Möglichkeiten zur vielsteigen Nutzung von flözen mit grossem MethangehalL 155 Dr. Vőneky, G.: Textilbetétes gumiheveder rugalmas deformációja 165 Jambrik, R.: Environmental effects of closing the non-ferrous ore mine of Gyöngyösoroszi 177 293
Lénán, L.: A Bükk-térség fenntartható vízkészlet-gazdálkodása 191 Mádai, F.: A bükki mészkövek szöveti fejlődése a nyomási ikeresedés vizsgálata alapján 201 Dr. Bán, M.: Hévizek karbonátos vízkőkiválásainak termikus vizsgálata 213 Kovács, Zs.: Miskolci felhagyott kőfejtők környezetföldtani értékelése 221 Dr. Egerer, F., Namesánszki, K.: Ércpörkölés technológiai folyamatának optimalizálása röntgendiffrakcióval 231 Dr. Egerer, F., Kósik, G., Namesánszki, K.: Hulladéklerakók környezetföldtani problémái (Egy ipari hulladéklerakó környezetföldtani hatásvizsgálata) 237 Sándor, Cs., Kovács, B Szabó, /.; Süllyedés-számítás depóniatestek alatt 245 Dr. Somfai, A., Dr. Szalay Á., Dr. Bérczy, I.: Kőolajföldtani szempontú medenceanalízis 255 Szűcs P., Robonyi, A.: An applicable formation damage model in sandstone petroleum reservoirs 267 Turai, E.: Felszínközeli környezetszennyezések elektromágneses módszerekkel történő kimutathatóságának a vizsgálata 275 Némedi Varga, Z.: A mecseki kőszénkutatás eredményessége 283 294