Amelioratori de sol minerali

Amelioratori de sol minerali

Amelioratori de sol minerali. Asa cum s-a aratat sunt fie produse neprelucrate (ca de exemplu nisip, argila, pietris si altele asemenea) sau prelucrate (ca de exemplu argila expandata termic = perlita si filosilicatul alterat exfoliat termic = vermiculit). Rolul lor principal este de a ameliora caracteristicile fizice ale solurilor, în special structura. Unii dintre acesti amelioratori de sol prezinta o semnificativa capacitate de schimb ionic (cationic = CEC, cationic exchange capacity) si îmbunatatesc caracteristicile fizico-chimice ale solurilor.

Argile prelucrate. In urma procesele de alterare sub influenta factorilor climatici si/sau biologici la o serie de silicati magmatici s-a distrus reteaua cristalina si au fost îndepartati cationii usor solubili (Na, K, Ca, Mg). Prin alterarea feldspatilor se formeaza caolinul, o argila fara impuritati, de culoare alba, care are o compozitie aproximativa Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O. Argila propriu-zisa are o compozitie asemanatoare cu caolinul,dar rezulta din alterarea unor silicati magmatici de tip ilita si montmorinolita, fiind impurificata, mai ales cu oxizi de fer care-i dau culoarea specifica. Prin prelucrarea termica (expandarea) argilelor se produce perlitul, unul dintre materialele larg folosit ca ameliorator de sol sau ca substitut de sol în culturi hidroponice. Porozitatea sa foarte ridicata, asociata unui schimb bun de gaze si ioni, favorizeaza utilizarea acestui produs ca ameliorator de sol.

Vermiculitul este un alt tip de argila prelucrata termic, rezultata din prelucrarea termica a produsilor formati prin alterarea silicatilor de tip mica. Vermiculitul prezinta proprietatea de a-si extinde volumul initial (de 6 20 ori) atunci când este încalzit la aproximativ 1000şC. Acest proces, denumit de exfoliere, elibereaza apa legata dintre straturile de mica si efectiv expandeaza straturile mineralului.

Vermiculitul este utilizat în solurile aerate si usoare. Amestecat cu astfel de soluri vermiculitul îmbunatateste retentia de apa si eliberarea nutrientilor din sol.

Zeolitii reprezinta o categorie aparte de structuri minerale neprelucrate. Denumirea de zeoliti cuprinde generic silicati cu structuri tridimensionale foarte afânate. Aranjarea tetraedrelor de SiO₄ si AlO₄ este de asa natura încât lasa în retea cavitati si canale relativ largi. In natura aceste structuri apar în special în componenta tufurilor vulcanice zeolitice.

Utilizarea tufurilor vulcanice netransformate din punct de vedere mineralogic, bogate in sticla si minerale clastice de diferite feluri se reduce la industria constructiilor (caramizi, boltari, piatra ornamentala pentru placari exterioare si interioare). Tufurile vulcanice zeolitice au utilizari mult mai numeroase datorita structurii lor afânate, a caractersticilor lor de aborbtie selectiva / schimb ionic si a caractersticilor lor de site moleculare pentru gaze. Tufurile vulcanice zeolitice se utilizeaza ca ameliorator de sol, dar si în zootehnie (ca adsorbent selectiv de toxine din hrana si ca furnizor de minerale esentiale), în industria chimica si farmaceutica (ca site moleculare sau adsorbenti selectivi), în procesele de depoluare a apei, aerului si solului. Tufurile zeolitifere, cu predilectie cele bogate in clinoptilolit, au fost astfel denumite “pietre ale viitorului” “roci magice: si interesul studierii ocurentei si proprietatilor acestora a crescut simtitor în ultimii ani. Importanta economica cea mai mare o au tufurile clinoptilolitice, partial transformate in cursul diagenezei, ca urmare a proprietatilor chimice si fizico-mecanice a principalului mineral cristalizat, clinoptilolitul.

In România, primele minerale zeolitice au fost mentionate inca din 1877, in cavitatile unor roci endogene din Muntii Apuseni. In ultimii ani au fost descrise numeroase ocurente de minerale zeolitice în Muntii Apuseni (regiunea cea mai caracteristica din România pentru tufurile vulcanice), dar si în Banat, Transilvania si în parte de est a Carpatilor Orientali.

In functie de contextul geologic in care apar si de geneza depozitelor, s-a alcatuit urmatoarea clasificare a ocurentelor zeolitice:

- zeoliti hidrotermali în roci endogene;

- zeoliti in roci sedimentare, formati in sisteme hidrologice deschise;

- zeoliti formati in cadrul proceselor de diageneza si de metamorfism de grad scazut.

In rocile endogene au fost identificate mai mult de 150 de ocurente si 16 specii diferite de zeoliti, respectiv natrolit, mesolit, scolecit, thomsonit, gonnardit, heulandit, clinoptilolit, stilbit, epistilbit, phillipsit, harmotom, chabazit, gmelinit, mordenit si analcim. Acesti zeoliti apar in rocile endogene sub urmatoarele forme:

umplutura unor cavitati, fisuri;

produse de substitutie ala feldspatilor, in special plagioclazilor;

pseudomorfoze dupa sticla vulcanica;

depuneri hidrotermale in skarne, asociate cu intruziuni banatitice.

Tab. 2 – Ocurente de minerale zeolitice în Romania

Privind rocile metamorfice, doar 5 specii de zeoliti au fost identificate: thomsonit, phillipsit si chabazit in Muntii Bihor, stilbit in Dobrogea si laumontit in Muntii Bihor si Muntii Poiana Rusca.

Cu toate ca majoritatea ocurentelor si a speciilor au fost descrise in roci endogene si metamorfice, acumulari de zeoliti cu aplicatii comerciale au fost identificati in ultimii ani, numai in tufurile vulcanice. Din 2000 de ocurente de zeoliti, mentionati in lume, in roci sedimentare, au fost identificate doar 15 specii zeolitice. Cu mai mult de 100 de ocurente si 3 specii diferite (clinoptilolit, heulandit, mordenit, natrolit, laumontit, phillipsit, stilbit si analcim) tufurile vulcanice din Romania sunt unele dintre cele mai bogate roci cu continut de zeoliti din lume.

Geneza tufurilor vulcanice de pe teritoriul Romaniei este intim legeta de vulcanismul subsecvent neogen al ciclului alpin carpatic. Vulcanismul neogen, incluzand trei cicluri de eruptie manifestate intre Badenian si Pliocen si avand o evolutie exploziva, a generat mari cantitati de sticla (pasta) vulcanica. Ca urmare a unui lung proces de sedimentare si mai ales de transformari diagenetice si epigenetice, au rezultat tufurile vulcanice, unele dintre ele evoluand catre tufuri zeolitifere.

Pe teritoriul Romaniei, tufurile vulcanice apar in special in depozitele Miocene de molasa care apartin urmatoarelor unitati structurale: Carpatii Orientali (Unitatea de Tarcau), Subcarpati, Depresiunea Transilvaniei, precum si in Depresiunile Silvaniei si Maramuresului.

In ceea ce priveste extinderea, grosimea si continutul in zeoliti, cele mai importante tufuri vulcanice apartin depozitelor Badeniene inferioare care pot reprezenta si orizonturi martor asa cum sunt:

-tuful de Slanic (Prahova) din Unitatea de Tarcau si Depresiunea Subcarpatica;

-tuful de Persani din sud-estul Depresiunii Transilvania, aflat in arealul de contact cu Muntii Persani;

-tuful de Dej dezvoltat in nord-vestul Depresiunii Transilvaniasi reprezentand un important reper stratigrafic;

-Tuful de Mirsid, amplasat in zona Depresiunii Maramures.

Privite in general acumularile de tufuri vulcanice reprezinta orizonturi reper pentru baza formatiunilor Badeniene inferioare si formeaza pachete ce au o grosime totala (cu unele intercalatii de argile si argile marnoase) variind intre 300m si 600m. In majoritatea cazurilor ele sunt asociate cu “fomatiunea de sare” cu “sisturile cu Radiolari” si cu “argile marnoase”.

In cadrul acestor pachete, grosimea secventelor de tufuri variaza intre 0.4 m si 50 m dar in mod exceptional pot atinge mai mult de 100 m (Mirsid, dep. Silvaniei). Stratele individuale de tufuri zeolitifere au grosimi de 2 – 60 cm.

Tufuri bogate in zeoliti, cu mai mult de 50% clinoptilolit (mergand chiar pana la 90%) au fost identificate in unitatea de Tarcau, in depresiunile Maramures, Silvania si Transilvania, cu o grosime a depozitelor de 1.5 pana la 40 m. Procesul de zeolitizare a avut loc prin alterarea sticlei vulcanice in sistem hidrologic deschis. Folosind microscopia electronica cu baleiaj, difractia de raze X si analize termice diferentiale in studiul tufurilor vulcanice, au fost determinate urmatoarele minerale zeolitice: clinoptilolit, heulandit, mordenit, natrolit, phillipsit, laumontit, stilbit si analcim (tabelul 2). Clinoptilolitul este principalul mineral zeolitic in tufurile vulcanice din Romania, aparand sub forma de cristale euhedrale de 2 – 10 microni in lungime si 1-2 microni in grosime.

Clasificarea tufurilor vulcanice in functie de continutul si speciile zeolitice prezente ca faze secundare formate prin alteratea sticlei vulcanice (dupa nomenclatura elaborata de Aleksiev si Djourova, 1974) este urmatoarea:

1.     Zeoliti (continut in zeoliti mai mare de 50%)

a)     Monominerali: - clinoptilolit, in Dep. Transilvaniei si Unitatea de Tarcau.

b)     Biminerali:

i. Zeoliti Clinoptilolit – mordenitici, in Dep. Transilvaniei, la Codor si Orman, si in Unit. de Tarcau, la Slanic;

ii. Zeoliti analcim-clinoptilolitici, in Dep. Subcarpatica, la Nereju.

c)      Poliminerali:

i. Zeoliti clinioptilolit-mordenit-natrolitici, in Dep. Maramures, la Barsana;

ii. Zeoliti cu clinoptilolit-laumontit-phillipsit-stilbit, in sud-estul Dep. Transilvania, la Racos si Persani.

2.     Tufuri zeolitifere (zeoliti 25-50 %), in Dep. Transilvaniei, la Tioc, Cornesti, Paglisa si multe alte locuri.

3.     Tufuri cu zeoliti (zeoliti 10-25 %), in Dep.Silvania si in Vorland-ul Carpatic.

4.     Tufuri vulcanice fara zeoliti, in Dep. Getica si Strei

Au fost descrise mai mult de 100 de ocurente de zeoliti si tufuri zeolitifere. Depozitele zeolitifere cele mai importante din Romania impreuna cu marimea acestora si continutul in zeoliti sunt prezentate in tab. 3

Tab. 3 – Compozitia mineralogica a tufurilor zeolitifere din România.

Procentajul de zeoliti este in general ridicat, de aproximativ 50%, pentru majoritatea tufurilor. Din acest punct de vedere tufurile zeolifere din Romania sunt similare cu ocurente din Bowie si Mohave, Arizona, U.S.A.

Tufurile zeolitifere din Romania sunt caracterizate printr-o mare variabilitate de constituenti mineralogici:

a)     granoclaste vitroase: sticla vulcanica si produse ale devitrificarii sticlei riolitice si dacitice, cum sunt zeolitii, celadonitul, montmorillonitul;

b)     cristaloclaste: feldspati, cuart, biotit, muscovit si minerale accesorii cum sunt rurilul, apatit, leucoxen, zircon;

c)      litoclaste - metamorfice sau endogene: cuartite, andezite si dacite.

Analizele chimice efectuate pe numeroase probe de tufuri zeolitifere din Romania (tab. 4) arata o compozitie rio-dacitica pana la dacitica a sticlei vulcanice ca si transformarile suferite de aceasta in timpul sedimentarii si diagenezei.

Continutul de SiO₂ si Al₂O₃ este tipic pentru riodacite si dacite, punand in relief concordanta compozitionala dintre tufurile vulcanice si aceste roci. Unele continuturi ridicate de CaO si K₂O rezulta din zeolitizarea sticlei vulcanice.

Tab. 4 – Compozitia chimica a tufurilor zeolitifere din România

Continutul bogat in zeoliti, predominant clinoptilolitic, explica proprietatile fizico-chimice interesante ale acestor tufuri, respectiv capacitate de schimb cationic, adsorptie, proprietati catalitice si de dehidratare. Capacitatea de schimb cationic si continutul de K schimbabil sunt foarte ridicate in cadrul tufurilor clinoptilolitice din M-tii Persani, Dep. Transilvaniei, Silvania, si Maramures, ca si în cazul tufurilor slab analcimice de la Nereju, in Dep. Subcarpatica.

Capacitatea de schimb ionic si capacitatea de absorbtie selectiva faca ca zeolitii sa fie un ameliroator idela pentru solurile contaminate. Se cunoaste înca de acum 50 ani faptul ca tufurile vulcanice de tip clinoptilit au capacitate de a lega ireversibil radioizotopi ca ¹³⁷Cs si ⁹⁰Sr/⁹⁰Y.

Tufurile cu clinoptilolit au fost folosite in urma accidentului de la Cernobal pentru ameliorarea consecintelor asupra mediului si a populatiei. Astfel, terenurile agricole si pasunile din zonele afectate au fost acoperite cu pulbere de tuf pentru eliminarea ionilor radioactictivi din sol. De asemenea, animalelor li s-a adiministrat ca supliment nutritiv tuf cu clinoptilolit pentru eliminarea ionilor radioctivi asimilati simultan cu hrana consumata.

Tufurile vucanice pot fi folsite însa pentru decontaminarea / depoluarea oricarui tip de mediu care a fost contaminat / poluat cu EPT.

In fig. 6 este prezentat efectul tratamentelor cu zeoliti asupra mobilitatii metalelor grele din solutia solului. Se remarca faptul ca tratamentul cu tufuri vulcanice zeolitice determina o reducere a mobilitatii ionilor metalelor grele în sol.

Fig. 6. Efectul tratamentelor cu zeoliti asupra mobilitatii metalelor grele din solutia solului.

Tufurile vulcanice zeolitice prezinta si propirietatea interesanta de a sustine efectiv cresterea plantelor (sunt si substrate de cultura pentru plante, folositi inclusiv în experimente spatialae– fig. 7).

Fig. 7. Grâul cultivat în hidroponie în statia spatiala NASA.

Utilizarile multiple ale zeolitilor au determinat studierea unor procedee de sinteza hidrotermala ale acestor minerale. Una din sursele potentiale de bioxid de siliciu este reprezentata de cenusa termocentralelor pe carbuni, aceasta solutie având avantajul de a transforma una din principalele surse de degradare a terenurilor / solurilor (haldele de cenusa de la termocentrale) în materii prime pentru remedierea solurilor.