ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ Αξιολόγηση Βιομηχανικών Ορυκτών και Πετρωμάτων ως Πρώτων Υλών για την Παραγωγή Πετροβάμβακα Μεταξά Ευγενία Μεταπτυχιακή Διατριβή ΠΑΤΡΑ 2015

2 ii

3 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ Αξιολόγηση Βιομηχανικών Ορυκτών και Πετρωμάτων ως Πρώτων Υλών για την Παραγωγή Πετροβάμβακα ΤΡΙΜΕΛHΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Χατζηπαναγιώτου Κωνσταντίνος, Καθηγητής Τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών (επιβλέπων) Παπούλης Δημήτριος, Επίκουρος Καθηγητής Τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Ηλιόπουλος Ιωάννης, Επίκουρος Καθηγητής Τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Μεταξά Ευγενία Πάτρα, 2015 iii

4 iv

5 v Στο Θανασάκη & στον Μπάμπη,

6 vi

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Αξιολόγηση Βιομηχανικών Ορυκτών και Πετρωμάτων ως Πρώτων Υλών για την Παραγωγή Πετροβάμβακα» εκπονήθηκε στο πλαίσιο του Μεταπτυχιακού Προγράμματος σπουδών «Γεωεπιστήμες και Περιβάλλον» του Τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών, και στην Επιστημονική Κατεύθυνση «Ορυκτές Ύλες - Περιβάλλον». Η ανάθεση και επίβλεψη του θέματος έγινε από τον Καθηγητή Κ. Χατζηπαναγιώτου,, τον οποίο ευχαριστώ θερμά που πίστεψε στις ικανότητές μου και μου έδωσε όλα τα εφόδια για την ολοκλήρωση της μεταπτυχιακής μου διατριβής. Επίσης, θέλω να ευχαριστήσω τους Επίκουρους Καθηγητές και μέλη της τριμελούς επιτροπής, κκ. Δ. Παππούλη και Ι. Ηλιόπουλο για τις πολύτιμες συμβουλές τους και την καθοδήγηση τους καθ όλη τη διάρκεια της μεταπτυχιακής διατριβής Ένα πολύ μεγάλο, ίσως και το μεγαλύτερο ευχαριστώ θα ήθελα να εκφράσω στην Δρ. Π. Λαμπροπούλου για την συνεργασία μας, για τις συμβουλές που μου έδινε όποτε τις χρειαζόμουν, τις γνώσεις της πάνω στο αντικείμενο αυτό καθώς και για την πρόταση να συνεργαστώ μαζί της στο πρόγραμμα της FIBRAN. Ευχαριστώ θερμά την κ. Θ. Τζεβελέκου για τις χρήσιμες πληροφορίες και την καθοδήγηση που μας παρείχε καθ όλη τη διάρκεια του ερευνητικού έργου. Άλλο ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στην εταιρία FΙΒRΑΝgeo και τους εκπροσώπους της, για τη φιλοξενία στις εγκαταστάσεις της, το υλικό που μου παρείχε καθώς και για όλες τις πληροφορίες που μου απέστειλε. Σε αυτό το σημείο έχω την ανάγκη να ευχαριστήσω μέσα από καρδιάς τον Αναπληρωτή Καθηγητή Β. Τσικούρα του οποίου το μάθημα και ο τρόπος διδασκαλίας με έκανε να θελήσω να συνεχίσω τις σπουδές μου. Επίσης θα ήθελα να τον ευχαριστήσω ακόμα και για την κάθε μέρα και ώρα που μου αφιέρωσε, που αν και τόσο μακριά ήταν δίπλα μου στερώντας τις προσωπικές του ώρες για να μου επιλύσει κάθε απορία και κάθε προβληματισμό που είχα. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω από το τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών τον Καθηγητή κ. Γ. Αγγελόπουλο για την παροχή του εξοπλισμού του εργαστηρίου τους για την προσπάθεια έψησης των μιγμάτων καθώς και την Δρ. Δ. Κουμπούρη για τις συμβουλές και τις προσωπικές ώρες που αφιέρωσε ώστε να μπορέσω να vii

8 χρησιμοποιήσω το φούρνο του εργαστηρίου. Ακόμα την Δρ. Α. Χριστογέρου για την παραχώρηση του δείγματος «Αργιλόχωμα». Τον κ. Τσιτσάνη Π. θα ήθελα να ευχαριστήσω για την παραχώρηση μέρους των δειγμάτων της διδακτορικής του διατριβής, του πετρώματος δουνίτη. Στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας και Μικροανάλυσης της Σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Πατρών, πολύτιμη ήταν η βοήθεια της υπεύθυνης τεχνικού Δρ. Ε. Κουτσοπούλου, την οποία ευχαριστώ θερμά. Ένα μεγάλο ευχαριστώ θα ήθελα επίσης να εκφράσω στους συναδέλφους Γεωλόγους κ. Π. Ρουμελιώτη και κ. Κ. Νικολάου που χωρίς τη βοήθειά τους η ολοκλήρωση του χάρτη με χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS), δεν θα ήταν εφικτή. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ. Π. Τζεφέρη για την άδεια του να χρησιμοποιήσω μέρος του αδημοσίευτου υλικού του καθώς και για τον ενθουσιασμό και καθοδήγησή του σε σχέση με τη διπλωματική εργασία μου. Στους φίλους μου οφείλω ένα μεγάλο ευχαριστώ για την ανεξάντλητη υπομονή τους και το κουράγιο που μου έδιναν σε κάθε δύσκολη στιγμή καθόλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωματικής μου εργασίας, καθώς και στους φίλους γεωλόγους για την αλληλοϋποστήριξη, τις πολύτιμες πληροφορίες, την ανταλλαγή απόψεων και συμβουλές που μου παρείχαν. Τέλος, το μεγαλύτερο ευχαριστώ ανήκει στην οικογένεια μου από το μεγαλύτερο στο μικρότερο, από το πιο παλιό στο πιο νέο μέλος, που χωρίς την ενθάρρυνση, την οικονομική και ηθική τους στήριξη δεν θα είχα καταφέρει να πραγματοποιήσω τους στόχους μου. Πάτρα, 2015 viii

9 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΕΤΡΟΒΑΜΒΑΚΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα διατριβή διερευνώνται τα χαρακτηριστικά πετρωμάτων για την παραγωγή ενός από τα σημαντικότερα μονωτικά με θερμομονωτικές, ηχομονωτικές ιδιότητες και υψηλής πυρανθεκτικότητας, τον πετροβάμβακα. Βασικός στόχος ήταν η παραγωγή νέου προϊόντος πετροβάμβακα από ελληνική φυσική πρώτη ύλη της περιοχής Τερπνής Σερρών (αμφιβολίτη, δολομίτη, ασβεστίτη και βωξίτη) καθώς και ενός υποπροϊόντος του Aluflux (εξάφροισμα αλουμινίου) της εγχώριας βιομηχανίας ΕΛΒΑΛ, που δοκιμάστηκε με στόχο την παραγωγή φιλικότερου, λευκότερου, οπότε και ανταγωνιστικότερου τελικού προϊόντος με βάση τις ανάγκες της αγοράς. Από τα αποτελέσματα της μελέτης των φυσικών πρώτων υλών και του Aluflux προκύπτει ότι τόσο οι πρώτες όσο και το τελευταίο μπορούν να «συνεργαστούν» αποτελεσματικά στις διεργασίες παραγωγής (θραύση, ανάμιξη, τήξη) του πετροβάμβακα. Μέσω παραμετροποιημένου θεωρητικού συστήματος επιλέχθηκαν δύο βέλτιστα μίγματα πρώτων υλών διαφορετικής αναλογικής σύστασης (αμφιβολίτη και Aluflux) από τα οποία παράχθηκαν και μελετήθηκαν σε βιομηχανική κλίμακα ενδιάμεσα δείγματα τίγματος, ινών και τελικών προϊόντων πετροβάμβακα. Τα αποτελέσματα απέδειξαν ότι τα παραπάνω μίγματα με χρήση του τεχνητού υποπροϊόντος μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή λευκότερου πετροβάμβακα με επιθυμητές φυσικομηχανικές ιδιότητες. Επιπλέον μελετήθηκαν τα ορυκτολογικά, ιστολογικά και γεωχημικά, χαρακτηριστικά δειγμάτων ενός χαλαζιακού διορίτη, πολύ κοντά στις εμφανίσεις αμφιβολίτη. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (SEM) και από την περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (ΧRD) προκύπτει η δυνατότητα χρήσης του ως βασική φυσική πρώτη ύλη στην παραγωγή πετροβάμβακα. Παράλληλα έγινε προκαταρκτική διερεύνηση χρήσης επιλεγμένων φυσικών πρώτων υλών (τραχυανδεσίτης, δουνίτης και αργιλόχωμα) ελληνικής προέλευσης για τη χρήση ως πρόσθετων στην διεργασία για την παραγωγή πετροβάμβακα. ix

10 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ EVALUATION OF INDUSTRIAL MINERALS AS RAW MATERIALS FOR STONEWOOL PRODUCTION ABSTRACT This dissertation is examining the characteristics of minerals that can be used for the production of one of the most important insulated material, with thermal and sound insulation as well as fire resistance characteristics. The main purpose of this study was the production of a new product of stonewool, with natural raw materials from the area of Terpni in Serres (Greece) (amphibolite, dolomite, calcite and boxite), as well as another sub-product named Alufulx (aluminum scrap) from ΕΛΒΑΛ industry. The purpose was to produce a friendly to environment, whiter and competitive product, based on the needs of the markets. From the results it is clear that as well raw materials as Aluflux can collaborate efficiently in order to produce mineral wool. Through theoretical customized system, two optimal blends of raw materials with differential analog composition have been chosen (amphibolite and Aluflux). From these blends, which were generated and tested on an industrial scale, intermediate samples, fibers and a final stonewool product have been produced. The results demonstrated that the above blends with the use of the technical sub-product can be used in order to produce whiter stonewool with desirable physic-mechanical properties. Furthermore, the mineralogical, geochemical and histological specimens features of quartz diorite have been examined, which were very close to amphibolite s appearance. From the results obtained from electron microscope (SEM) and diffractometry X-ray (XRD), it can be mentioned the possibility of using the quartz diorite as a key natural raw material for the production of stonewool. Alongside, a preliminary investigation for the use of selected Greek origin raw materials has been made, in order to be used as additives in the process of producing stonewool. x

11 Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή Βιομηχανικά Ορυκτά και Πετρώματα Σκοπός της Μελέτης Πετροβάμβακας Πρώτες Ύλες ανά τον Κόσμο και στην Ελλάδα Εταιρίες Παραγωγής Πετροβάμβακα στην Ελλάδα Παραγωγική Διαδικασία Ιδιότητες Τήγματος Ιδιότητες Ινών Ιδιότητες Πετροβάμβακα Χρήσεις Πετροβάμβακα Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις από τη Χρήση Πετροβάμβακα Επιπτώσεις στην Υγεία Ανάλυση Κύκλου Ζωής Αντικατάσταση Αμιάντου Εμπορικές Μορφές Προϊόντων Πετροβάμβακα Πρόγραμμα σε συνεργασία με την εταιρία παραγωγής πετροβάμβακα FIBRAN Διερεύνηση Επίδρασης Πρώτων Υλών για την Παραγωγή Υψηλών Προδιαγραφών Πετροβάμβακα Περιβαλλοντικά Οφέλη με τη χρήση Παραπροϊόντων Μείωση κόστους Παραγωγής Βελτιστοποίηση Ιδιοτήτων Τελικού Προιόντος Υπαίθρια Έρευνα της Τερπνής Σερρών Γεωγραφική Τοποθέτηση Γεωλογική ανασκόπηση της περιοχής έρευνας xi

12 Συνοπτική Περιγραφή Εξέλιξης του Ελληνικού Χώρου Γεωλογική Τοποθέτηση του Νομού Σερρών Σερβομακεδονική ζώνη ΜΕΡΟΣ Α Πετρογραφική Μελέτη Λιθοτύπων Εισαγωγή Αμφιβολίτης Μακροσκοπική και μικροσκοπική μελέτη Αμφιβολίτη Μελέτη Αμφιβολίτη στο Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο (SEM) Περιθλασία Ακτίνων -Χ στο δείγμα του Αμφιβολίτη (XRD) Πρόσθετα υλικά Βωξίτης Ασβεστίτης Δολομίτης Aluflux Μελέτη Aluflux στο Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο Περιθλασία Ακτίνων-Χ (XRD) Χρήση Παραπροϊόντος ως Πρώτη Ύλη Κριτήρια Επιλογής Μιγμάτων- Συνταγές Παρουσίαση Παραγωγικής Διαδικασίας Τήγμα: 1 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Πετρογραφική Μελέτη Τηγμάτων Ίνες: 2 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Πετροβάμβακας: 3 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Ιδιότητες Ινών Πετροβάμβακα Συμπεράσματα Ά Μέρους xii

13 ΜΕΡΟΣ Β Πετρογραφική Μελέτη Εναλλακτικής Α' Ύλης Χαλαζιακός Διορίτης Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (S.E.M.) Περιθλασιμετρία Ακτίνων- Χ (XRD) Σύγκριση χημικής σύστασης Αμφιβολίτη- Χαλαζιακού Διορίτη Ορυκτοχημική Σύγκριση Πετρωμάτων Συμπεράσματα Β' Μέρους Νέες Πρώτες Ύλες για Παραγωγή Πετροβάμβακα Περιγραφή Λιθοτύπων Δουνίτης Ανδεσίτης Αργιλόχωμα Πρόταση Νέου Μίγματος Διαδικασία Έψησης Νέου Μίγματος Συζήτηση - Συμπεράσματα Βιβλιογραφία xiii

14

15 1. Εισαγωγή 1.1. Βιομηχανικά Ορυκτά και Πετρώματα Από την αρχαιότητα, ο άνθρωπος αναζητούσε ορυκτά και μέταλλα για να ικανοποιήσει τις ανάγκες του, τα οποία γίνονταν αντικείμενο εμπορίου με αντάλλαγμα άλλα βασικά αγαθά. Έτσι, τα ορυκτά έχουν παίξει πρωτεύοντα ρόλο στην ανθρώπινη ανάπτυξη. Αυτή η ανάπτυξη οδήγησε στην ανακάλυψη των μετάλλων, αρχικά του χαλκού, αργύρου, χρυσού και μετέπειτα του σίδηρου. Από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα η ανάπτυξη της τέχνης και του πολιτισμού εξαρτάται από τα ορυκτά. Η εξόρυξη και χρήση ορυκτών χρονολογείται από την Παλαιολιθική Εποχή. Τα ορυκτά αποτελούν τα δομικά συστατικά της Γης. Είναι τα βασικά συστατικά που συνθέτουν τα διάφορα είδη πετρωμάτων και είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με την ανάπτυξη, τον πολιτισμό και την καθημερινή ζωή του ανθρώπου. Ο άνθρωπος είναι αρκετά εξοικειωμένος με τα ορυκτά, αφού αυτά χρησιμοποιούνται σε πάρα πολλές καθημερινές δραστηριότητές μας, όπως στα οικοδομικά υλικά, στα καλλυντικά, στη φαρμακευτική, στη γεωργία, στη βιομηχανία, στην τέχνη, στη διατροφή του ανθρώπου και αλλού. Ένα μεγάλο μέρος των υλικών που καθημερινά χρησιμοποιούμε στη βιομηχανία περιέχει ή αποτελείται εξ ολοκλήρου από ορυκτά, επεξεργασμένα ή μη. Τα βλέπουμε σε κάθε σημείο του περιβάλλοντός μας, ως βιομηχανικά και δομικά υλικά. Βιομηχανικά ορυκτά και πετρώματα εννοούνται αυτά που δεν ανήκουν στα μεταλλικά ορυκτά ή τις ενεργειακές πρώτες ύλες αλλά παρουσιάζουν οικονομικό ενδιαφέρον (Τσιραμπίδης, 2013). Η χρήση των βιομηχανικών ορυκτών βασίζεται κατά βάση στις φυσικές τους ιδιότητες (ειδικό βάρος, πορώδες, πλαστικότητα, κατάλληλη σκληρότητα, μονωτική ικανότητα κλπ) οι οποίες εξαρτώνται από την ορυκτολογική σύσταση της πρώτης ύλης και την κρυσταλλική τους δομή (Περράκη-Λοΐσίου, 2007). Ορισμένα βιομηχανικά ορυκτά χρησιμοποιούνται καθημερινά στη ζωή μας και μας περιβάλλουν. Τα οικονομικά εκμεταλλεύσιμα κοιτάσματα ορυκτών πόρων βρίσκονται κυρίως εκεί όπου η φύση, μέσω γεωλογικών διεργασιών, τα έχει δημιουργήσει. Η Πολιτεία οφείλει να προστατεύσει τους ορυκτούς της πόρους γιατί αποτελούν εθνικό πλούτο που δεν αναγεννάτε. Η Ελλάδα είναι μία από τις χώρες που διαθέτει μια σημαντικά αναπτυγμένη βιομηχανική και μεταλλευτική ιστορία πολλών ετών. Στη χώρα μας γίνεται σημαντική 1

16 παραγωγή βιομηχανικών ορυκτών και τα αποθέματά της κατέχουν υψηλή θέση στην παγκόσμια κατάταξη Σκοπός της Μελέτης Σε μια προσπάθεια να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα που έχουν προκύψει από την αλόγιστη αύξηση κατανάλωσης ενέργειας, την κλιματική αλλαγή, την υπερθέρμανση του πλανήτη και την μόλυνση της ατμόσφαιρας καθίσταται αναγκαία η εξεύρεση λύσεων για την βιωσιμότητα του πλανήτη. Ένα μεγάλο κομμάτι αφορά στα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές των κτηρίων κάνοντας τις επιχειρήσεις που δραστηριοποιούνται σε αυτόν τον τομέα να προσπαθούν να βελτιώσουν αυτά τα προϊόντα. Στην παρούσα εργασία, διερευνώνται τα χαρακτηριστικά ορυκτών και πετρωμάτων για την παραγωγή ενός από τα σημαντικότερα θερμομονωτικά υλικά, τον πετροβάμβακα και των επιχειρήσεων που δραστηριοποιούνται σε αυτό το χώρο. Βιβλιογραφικά αναφέρονται αρκετοί λιθότυποι που χρησιμοποιούνται ως πρώτες ύλες για την παραγωγή πετροβάμβακα όπως βασάλτες, δολερίτες, γάββροι, βωξίτες κ.α.(κουντούρης, 2009) Κύριος στόχος αυτής της μελέτης είναι να δοθεί μια ολοκληρωμένη εικόνα των πρώτων υλών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρώτες ύλες για την παραγωγή πετροβάμβακα. Στο πλαίσιο της εργασίας αυτής θα διερευνηθεί ο πετροβάμβακας όσο αναφορά, τις πρώτες ύλες του, τα χαρακτηριστικά του, την ανάλυση του κύκλου ζωής του ώστε να δοθεί η δυνατότητα κατασκευής τροποποιημένου προϊόντος, από διαφορετικές πρώτες ύλες, όταν οι παραδοσιακές(πρωτογενείς) δεν θα είναι πια διαθέσιμες αλλά και με μίγματα τα οποία θα είναι από ανακυκλώσιμα υλικά φιλικότερα προς το περιβάλλον. Για τους λόγους αυτούς στην παρούσα εργασία γίνεται μια προσπάθεια να βελτιωθεί ο πετροβάμβακας, ώστε να δοθεί η δυνατότητα εφαρμογής του στις νέες κατασκευές με καλύτερα αποτελέσματα στην εξοικονόμηση ενέργειας, ηχοπροστασία, θερμομόνωση κλπ Η διατριβή χωρίστηκε σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος πραγματοποιήθηκε μελέτη μιγμάτων με κύρια φυσική πρώτη ύλη αμφιβολίτη για παραγωγή πετροβάμβακα. Σε αυτό το μέρος αναλύθηκαν τα στάδια παραγωγικής διαδικασίας του πετροβάμβακα από το τήγμα μέχρι το τελικό προϊόν. 2

17 Τα δείγματα μελετήθηκαν κυρίως για το κατά πόσο μπορούν να δώσουν ένα προϊόν φιλικότερο προς το περιβάλλον και λευκότερου χρώματος, χρησιμοποιώντας ένα παραπροϊόν κραμάτων αλουμινίου, το Aluflux. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής πραγματοποιήθηκε σύγκριση του αμφιβολίτη με το χαλαζιακό διορίτη που στάλθηκαν από την εταιρία FIBRAN της περιοχής Τερπνή Σερρών, ως εναλλακτική πρώτη ύλη για παραγωγή πετροβάμβακα. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις δοκιμές ώστε να δοθεί στην αγορά ένα βελτιωμένο προϊόν, καθώς και εναλλακτικά πετρώματα που θα μπορούσαν να μελετηθούν περεταίρω από τις γύρω περιοχές. 3

18 4

19 2. Πετροβάμβακας 2.1. Πρώτες Ύλες ανά τον Κόσμο και στην Ελλάδα Ο πετροβάμβακας είναι ένα φυσικό προϊόν. Στη Χαβάη στα μέσα του 19 ου αιώνα Αμερικανοί γεωλόγοι ανακάλυψαν μια «μαλλιαρή» υφής υλικό αποτελούμενο από ίνες (Εικόνα 1) - ινώδη πετρώματα (Katsura, 1966, Potuzak, 2006), τα οποία οι κάτοικοι της περιοχής χρησιμοποιούσαν για να μονώνουν τις καλύβες τους και τα ονόμαζαν «Pele's Hair» (Duffield, 1977, Shimozuru,1994). Προέρχεται από τη διαδικασία επαναστερεοποίησης με μορφή ινών, της τηγμένης λάβας που εκτοξεύεται στον αέρα κατά τη διάρκεια των ηφαιστειακών εκρήξεων. Είναι ένα ηφαιστειακό υλικό, προϊόν καυτού κόκκινου ατμού που εξαιτίας της υγρής λάβας εκτοξεύτηκε από τα ενδότατα βάθη της γης, μετά υπό υψηλή πίεση (Piccardi, 2007). Εικόνα 1: Απεικόνιση της «μαλλιαρής υφής» ονομαζόμενη «Pele's Hair» ( Συνεπώς είναι ένα τεχνητό συνθετικό υλικό παραγόμενο από φυσικές πρώτες ύλες που συνδυάζει την αντοχή του πετρώματος με τα θερμομονωτικά χαρακτηριστικά του βάμβακα και είναι ένα από τα πιο διαδεδομένα μονωτικά υλικά στην Ευρώπη (Εικόνα 2). 5

20 Εικόνα 2: Εικόνα πλάκας πετροβάµβακα που χρησιμοποιείται για μόνωση ( Ο πετροβάμβακας είναι ινώδους μορφής καθώς αποτελείται από μάζα εξαιρετικά λεπτών ινών, διαμέτρου < 4 ή 5 μm (Εικόνα 3). Αποτελείται από ίνες οξειδίου πυριτίου - αλουμινίου και χάρη στην ανοιχτή κυψελοειδή δομή του, είναι και ένα εξαιρετικό ηχομονωτικό και θερμομονωτικό υλικό. Έχει φαιοκίτρινο χρώμα, είναι άκαυστος και παράγεται με τήξη πετρωμάτων στους C (Karamanos et al, 2004). (α) (β) Εικόνα 3: Μικροσκοπική απεικόνιση των ινών του πετροβάµβακα (α) Μικροφωτογραφία δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων (SEM) σε ίνες πετροβάμβακα (β) ( 6

21 Σύμφωνα με τα στοιχεία της European Insulation Manufactures Association (EURIMA), της Ευρωπαϊκής ένωσης καταστευαστών μόνωσης, η κατανομή των παραγωγών ορυκτοβάμβακα στην Ευρώπη που καλύπτουν το 95% της παραγωγής είναι οι εταιρίες (Ecofys, 2012): 1. Saint Global 2. Rockwool International 3. Paroc Group 4. URSA 5. Knauf Insulation Ο πετροβάμβακας παρασκευάζεται από μίγμα πετρωµάτων, που αφθονούν στη φύση, όπως βασάλτη, µεταβασάλτη, διαβάση, αµφιβολίτη, καθώς και ορυκτά αβεστολιθικής προέλευσης όπως είναι ο ασβεστόλιθος, δολοµίτης και βωξίτης (Zimanowski, 1997). Οι κύριες χημικές ενώσεις που περιλαμβάνονται στη σύνθεση των παραπάνω ακατέργαστων υλικών είναι τα οξείδια του πυριτίου, αλουμίνιου, ασβέστιου, μαγνήσιου και σιδήρου. Αναλυτικότερα ο πετροβάμβακας παρασκευάζεται ανά τον κόσμο κυρίως από πρώτες ύλες όπως: Βασάλτες & Γάββρους Ο βασάλτης είναι πέτρωμα ηφαιστειογενές. Έχει προέλθει από στερεοποίηση λάβας ηφαιστείων. Η ονομασία του προέρχεται από το λατινικό basaltes που προέρχεται από την ελληνική λέξη βασανίτης δηλαδή λίθος από το Bassan της Συρίας (Χατζηπαναγιώτου, 2009). Αποτελείται κυρίως από βασικό πλαγιόκλαστο και ηφαιστειακή ύελο. Σε μερικές ποικιλίες υπάρχει επίσης ολιβίνης σε μεγάλη ποσότητα. Έχει συνήθως χρώμα τεφρό σκούρο ή μαύρο. Έχει μεγάλη σκληρότητα, αντέχει στην επίδραση του ατμοσφαιρικού αέρα, των καιρικών συνθηκών, αντέχει σε μεγάλες πιέσεις και αποχωρίζεται εύκολα σε πλάκες και σε στύλους. Οι βασάλτες χρησιμοποιούνται ως αδρανή υλικά για επίστρωση αυτοκινητόδρομων, ως πρώτη ύλη για την κατασκευή μυλόλιθων και ως οικοδομικό υλικό. Οι βασάλτες χρησιμοποιούνται επίσης και στην τήξη μετάλλων μέσα σε υψικαμίνους (Zimanowski, 1997). Στην Ελλάδα βασάλτες βρέθηκαν στη Μυτιλήνη, στα Μέθανα, στο Περσουφλί της Θεσσαλίας και αλλού σε μικρότερες ποσότητες. Ο γάββρος είναι το χημικά ισοδύναμο 7

22 πλουτώνιο πέτρωμα του βασάλτη και αποτελείται από πλαγιόκλαστο και κλινοπυρόξενους (Ελευθεριάδης, 2004). Ανορθοσίτες Εκρηξιγενές πλουτώνιο πέτρωμα. Είναι λευκοκραστικό γαββρικό πέτρωμα με ελάχιστα μελανοκρατικά ορυκτά, του οποίο το όνομα προήλθε από το στερητικό αν και ορθόκλαστο. Αποτελεί δηλαδή τύπο πετρώματος χωρίς ορθόκλαστο ενώ αντίθετα το κύριο ορυκτολογικό συστατικό (περισσότερο από 90% στο σύνολο) είναι το πλαγιόκλαστο. Χαρακτηριστικές είναι και οι εμφανίσεις ανορθοσίτη σε παλιές ασπίδες πρωτοζωικού, από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι στον Καναδά και στην ακτή του Λαβροδόριου όπου για πρώτη φορά έγινε και η διάκριση λαβραδοριακού πλαγιόκλαστου. Δολομίτες Είναι ένα από τα βασικότερα μη πυριτικά πετρογενετικά ορυκτά. Tο όνομά του το πήρε προς τιμή του Γάλλου Χημικού Dolomien (Χατζηπαναγιώτου, 2009). Κρυσταλλώνεται στο τριγωνικό σύστημα με μορφή ρομβοεδρική λιγότερο πρισματική και πινακοειδή. Παρουσιάζει ποικιλία χρωμάτων. Συνήθως είναι κίτρινος, σαρκόχρωμος ανοικτό-ρόδινος, άχρωμος, λευκός, τεφρός, κιτρινοκάστανος μέχρι καστανός. Έχει ειδικό βάρος 2,85-2,95 και σκληρότητα 3,5-4. Βρίσκεται σε μεγάλη ποσότητα σε ιζηματογενή πετρώματα. Ο δολομίτης (CaMg (CO3)2) χρησιμοποιείται για την παρασκευή πυρίμαχων υλικών, στη χημική βιομηχανία, σαν οικοδομικό και διακοσμητικό υλικό. Συναντάται σε παγκόσμια κλίμακα. Περιοχές που αξίζει να αναφερθούν λόγω των πολύ καλά σχηματισμένων και ευμεγεθών κρυστάλλων είναι η Ιταλία (Πιεμόντε), η Ναβάρα στην Ισπανία, το Τιρόλο στην Αυστρία, η χερσόνησος Κόλα στη Ρωσία, η περιοχή Minas Gerais στη Βραζιλία και αρκετές Πολιτείες των ΗΠΑ. Ασβεστόλιθους Ασβεστόλιθοι ονομάζονται γενικά όλα εκείνα τα ανθρακικά πετρώματα που περιέχουν CaCΟ3 πάνω από 90% κατά όγκο. Μπορεί να περιέχουν και άλλα συστατικά κυρίως αργιλικά, σιδηρούχα, μαγνησιούχα κ.α. Είναι τυπικό ιζηματογενές πέτρωμα, χημικό ή βιογενές ανάλογα με τον τρόπο σχηματισμού του. Το χρώμα του πετρώματος είναι συνήθως άσπρο, γαλαζωπό - γκρι ή κιτρινωπό, σπάνια μαύρο ή κοκκινωπό και εξαρτάται από τις 8

23 προσμείξεις του (οξείδια σιδήρου, μαγγανίου, άργιλος κλπ.). Διαλύεται σε όλα σχεδόν τα οξέα, με αναβρασμό και εκλύει διοξείδιο του άνθρακα με μορφή φυσαλίδων. Το ειδικό του βάρος είναι 2,7 και χαράσσεται εύκολα με μαχαίρι αφού η σκληρότητα του είναι γύρω στο 5,5. Επίσης, όταν θερμανθεί σε μεγάλη θερμοκρασία, εκλύει διοξείδιο του άνθρακα και απομένει η άσβεστος (τρόπος παραγωγής ασβέστου). Ως πέτρωμα καταλαμβάνει μεγάλες εκτάσεις, κυρίως με μορφή στρωμάτων και σπάνια σε ακανόνιστες μάζες, και υφίσταται έντονη διάβρωση, κυρίως από το νερό. Σχηματίζονται από ανόργανες ουσίες ασβεστίου και δεν συμμετέχουν σε αυτά οργανικές ουσίες (λείψανα διαφόρων οργανισμών). Βωξίτες Ο βωξίτης είναι πέτρωμα, δηλαδή συνδυασμός ορυκτών, και αποτελεί την κυριότερη πηγή αργιλίου. Ανακαλύφθηκε το 1821 από το Γάλλο γεωλόγο Pierre Berthier στην πόλη Μπω (Les Baux-de-Provence) της νότιας Γαλλίας (Προβηγκία), από την οποία πήρε το όνομά του (Χατζηπαναγιώτου, 2009). Σχηματίζεται από την αποσάθρωση αργιλοπυριτικών πετρωμάτων (μαγματογενούς προελεύσεως), θεωρούμενος έτσι ιζηματογενές πέτρωμα. Αποτελεί μείγμα υδροξειδίων του αργιλίου, υδροξείδιο/ οξείδια του σιδήρου και μικρές ποσότητες διοξείδιο του πυριτίου. Χρώμα: Κοκκινωπό ή κίτρινο, μερικές φορές γκριζωπό. Τα διάφορα χρώματα του βωξίτη οφείλονται στις διαφορετικές περιεκτικότητες των παραπάνω ορυκτών. Έτσι, βωξίτης περισσότερο κοκκινωπός περιέχει περισσότερο αιματίτη, Η εξόρυξή του γίνεται κυρίως με τη μέθοδο του ανοικτού ορύγματος, καθώς είναι πιο εύκολη και οικονομικότερη και οι εμφανίσεις του βωξίτη είναι κοντά στην επιφάνεια του εδάφους. Εμφανίσεις βωξίτη στην Ελλάδα έχουμε στις περιοχές του Παρνασσού, Ελευσίνας, Σκοπέλου, Εύβοιας κ.α. Στη Νάξο εμφανίζεται μεταμορφωμένος βωξίτης ο οποίος λέγεται σμύριδα και χρησιμοποιείται ως λειαντικό μέσο. Οι βωξίτες αποτελούν το κυριότερο μετάλλευμα αλουμινίου. Ο βωξίτης χρησιμοποιείται για παραγωγή αλουμινίου, και αλουμίνας αλλά και τσιμέντων λειαντικών, πυρίμαχων και ειδικών δομικών υλικών, στη μεταλλουργία σιδήρου κ.α. Πλουτώνια πετρώματα φτωχά σε χαλαζία: Όπως συηνίτης, μονζονίτης, μονζοδιορίτης, μονζογάββρος, διορίτης, γάββρος, νορίτης, τροκτόλιθος 9

24 Αμφιβολίτες Οι αμφιβολίτες είναι μεταμορφωμένα πετρώματα. Ανήκουν στην ομάδα των ινοπυριτικών ορυκτών με χημική σύσταση (NaCa2(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2). Το όνομά τους το οφείλουν στον Γάλλο ορυκτολόγο Ρενέ Αουί (René Just Haüy, ), ο οποίος τους έδωσε αυτό το όνομα λόγω της ευρύτητας ποικιλιών, τόσο στην εμφάνιση όσο και στη χημική σύσταση, των ορυκτών που κατέταξε στην ομάδα αυτή. Ακριβώς λόγω της μεγάλης ποικιλίας η ομάδα υποδιαιρείται σε υποομάδες. Ο αμφιβολίτης έχει ως ουσιώδη ορυκτολογικά συστατικά κεροστίλβη και πλαγιόκλαστα. Προκύπτει από μέσου βαθμού μεταμόρφωση γαββρικών πετρωμάτων και ασβεστομαγνησιούχων αργιλικών ιζημάτων. Προέρχονται από την μεταμόρφωση (κυρίως) των ορυκτών της συγγενούς ομάδας ορυκτών, των πυροξένων, με τους οποίους και προσομοιάζουν, εμφανίζοντας, ωστόσο, μικρότερη πυκνότητα και ισχυρότερο πλεοχρωισμό. Οι αμφίβολοι είναι το βασικότερο συστατικό των αμφιβολιτών. Η παρουσία ή μη αμφιβόλων καταδεικνύει την παρουσία ή μη νερού στο πετρογενετικό τήγμα, καθώς οι αμφίβολοι σχηματίζονται όταν το νερό είναι σχετικά ανεπαρκές - σε αντίθετη περίπτωση σχηματίζονται οι αντίστοιχοι πυρόξενοι. Οι περισσότεροι αμφίβολοι κρυσταλλώνονται στο μονοκλινές σύστημα, υπάρχουν, όμως, και μερικά μέλη που κρυσταλλώνονται στο ρομβικό σύστημα. Είναι ευρύτατα διαδεδομένα ορυκτά, χωρίς, ωστόσο, κάποιο από αυτά να εμφανίζει ιδιαίτερη οικονομική σημασία, αν και μερικές ποικιλίες χρησιμοποιούνται ως ημιπολύτιμοι λίθοι ή στην διακοσμητική, όπως ο νεφρίτης. Αμφιβολιτικός σχιστόλιθος: Ο αμφιβολιτικός σχιστόλιθος αποτελείται κατά το πλείστον από αμφίβολο που αντιπροσωπεύεται από τον ακτινόλιθο. Μπορεί επίσης να περιέχει σε μικρά ποσοστά χαλαζία, πλαγιοόκλαστα, χλωρίτη, βιοτίτη. Προέρχεται από τη μεταμόρφωση γαββρικών πετρωμάτων, από μαγνησιούχως μαργών ή ασβεστοδολομιτικών ιζημάτων. 10

25 2.2. Εταιρίες Παραγωγής Πετροβάμβακα στην Ελλάδα Στην Ελλάδα σήμερα πολλές εταιρείες δραστηριοποιούνται στο χώρο της παραγωγής πετροβάμβακα. Μερικές εξ αυτών είναι: Επιχείρηση FIBRAN A.E. Στην Ελλάδα υπάρχει μόνο μία Εταιρεία που να παρασκευάζει και να διαθέτει πετροβάμβακα από πρωτογενή ορυκτή ελληνικής προέλευσης πρώτη ύλη (αμφιβολίτη, δολομίτη βωξίτη και οξείδια ασβεστίου) και αυτή είναι η FIBRAN A.Ε. Η επιχείρηση παράγει μονωτικά υλικά σε μια σύγχρονη βιομηχανική μονάδα στην Τερπνή Σερρών. Εξάγει σε περίπου τριάντα χώρες παγκοσμίως. Η βιομηχανική μονάδα αποτελείται από δύο κύριες παραγωγικές μονάδες σε ξεχωριστά συγκροτήματα. Στη μία γίνεται η παραγωγή της εξηλασμένης και διογκωμένης πολυστερόλης και στην άλλη η παραγωγή του πετροβάμβακα. Πρώτες ύλες για την παραγωγή της ίνας του πετροβάμβακα είναι τα πετρώματα αμφιβολίτης, δολομίτης ή ασβεστόλιθος και βωξίτης, τα οποία λαμβάνει από δικό του λατομείο κοντά στο εργοστάσιο παραγωγής. Η Εταιρεία δραστηριοποιείται στο χώρο της παραγωγής μονωτικών υλικών και σύμφωνα με τα οικονομικά στοιχεία των ετών (Πίνακας 1), διατηρεί ανοδική πορεία στον τομέα των εξαγωγών. Δείχνει τη δυνατότητα ανάπτυξης και κερδοφορίας μέσα στην κρίση διατηρώντας τις θέσεις εργασίας και προπάντων αξιοποιώντας ελληνικές φυσικές πρώτες ύλες. Πίνακας 1 : Οικονομικός απολογισμός της εταιρίας Fibran για τα έτη (Τζεφέρης,2015) Α/Α ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΥΚΛΟΣ ΕΡΓΑΣΙΩΝ( ) , ,24 2 ΣΥΝΟΛΙΚΕΣ ΠΩΛΗΣΕΙΣ ΠΕΤΡΟΒΑΜΒΑΚΑ( ) , ,72 3 ΕΞΑΓΩΓΕΣ ΠΕΤΡΟΒΑΜΒΑΚΑ( ) , ,60 4 ΣΥΝΟΛΙΚΕΣ ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ (ΤΟΝΟΙ) , ,50 5 ΕΞΑΓΩΓΕΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑ(ΤΟΝΟΙ) , ,84 6 ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΓΑΖΟΜΕΝΩΝ ΕΤΑΙΡΙΑΣ ΣΥΜΜΕΤΟΧΗ ΑΜΦΙΒΟΛΙΤΗ ΣΤΟ ΚΟΣΤΟΣ ΤΟΥ ΠΕΤΡΟΒΑΜΒΑΚΑ (%) 0,34 0,30 11

26 Όμιλος KNAUF Η Knauf Insulation στην Ελλάδα διαθέτει πετροβάμβακα, το νέο φυσικό ορυκτοβάμβακα ECOSE Technology, πλάκες ξυλομάλλου και ηχοαπορροφητικές πλάκες ψευδοροφής Heradesign με σκοπό την κάλυψη και την ικανοποίηση των αναγκών της Ελληνικής και της Κυπριακής αγοράς για μια ευρύτατη ποικιλία εφαρμογών. Τα ακατέργαστα υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του πετροβάμβακα είναι πετρώματα όπως διαβάσης και δολομίτης και σε μικρότερη έκταση βασάλτης και μπρικέτες από την ανακύκλωση υλικών με την προσθήκη τσιμέντου ανακύκλωση χάρη στην οποία επιτυγχάνεται πλήρης ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση όλων των υλικών. Οι κύριες χημικές ενώσεις που περιλαμβάνονται στη σύνθεση των προαναφερθέντων ακατέργαστων υλικών είναι τα οξείδια του πυριτίου, αλουμινίου, ασβεστίου, μαγνησίου και σιδήρου. Τα προϊόντα πετροβάμβακα Knauf Rock φέρουν τα παρακάτω πιστοποιητικά: Σήμα CE- Πιστοποιητικό συμμόρφωσης στις Ευρωπαϊκές οδηγίες EUCEB Πιστοποιητικό Υγιεινής Εταιρεία FIBROTERMICA Η εταιρεία FIBROTERMICA ξεκίνησε το 1968 στην Ιταλία, παράγοντας ορυκτόβαμβακα και εμπορευόμενη μονωτικά υλικά στην Ιταλία και τα γειτονικά κράτη. Τα προϊόντα ορυκτοβάμβακα με την εμπορική ονομασία Fibrorock, χρησιμοποιούνται για θερμομόνωση -ηχομόνωση - πυροπροστασία, τόσο στις οικοδομικές κατασκευές όσο και στην βιομηχανία, ναυπηγική και γεωργία. Απευθύνονται και στην Ελληνική αλλά και στο Εξωτερικό. Το 2010 η FIBROTERMICA HELLAS ξεκίνησε την παραγωγή πετροβάμβακα με την εμπορική ονομασία Fibrorock. Στόχος της εταιρίας αυτής είναι η καινοτομική παραγωγή ορυκτοβάμβακα με χρήση κύριας ενεργειακής πηγής της παραγωγής προϊόντα βιομάζας. Προσπαθεί ολοκληρώνοντας τις απαραίτητες ενέργειες να είναι η μοναδική μονάδα πετροβάμβακα παγκοσμίως που θα μπορεί να φέρει σήμα χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ο πετροβάμβακας παράγεται από την τήξη πετρωμάτων (βασάλτης, δολομίτης, ασβεστόλιθος, βωξίτης κ.λ.π) 12

27 Η εταιρεία ΜΕΤΑΛΛΕΜΠΟΡΙΚΗ-Θ.ΜΑΚΡΗΣ Α.Ε. Η Εταιρεία ιδρύθηκε το 1979 στη Λάρισα και το 1999 δραστηριοποιήθηκε στην παραγωγή πανελών πετροβάμβακα στην κατασκευή, θερμομόνωση και πυραντοχή των κτιρίων. Όμιλος Rockwool Η εταιρία χρησιμοποιεί τον εξορυγμένο βασάλτη επαν-υγροποιημένο σε φούρνους σε θερμοκρασία βαθμών Κελσίου. Η παραγωγική διαδικασία έχει ως εξής: Ο υγρός βασάλτης περιστρέφεται σε νήματα στο νηματουργείο, και στη συνέχεια παγωμένος τοποθετείται σε κλίβανο σκλήρυνσης με ζεστό αέρα (230 βαθμούς Κελσίου) και συμπιέζεται σε πακέτα μαλλιών, τα οποία στη συνέχεια κόβονται σε πλάκες, κύβους ή plugs και συσκευάζονται σε παλέτες Παραγωγική Διαδικασία Για να παραχθεί εμπορικά ο πετροβάμβακας οι εταιρείες παραγωγής αναπαρήγαγαν τη φυσική διαδικασία. Η παραγωγή περιλαμβάνει τα εξής στάδια: προετοιμασία πρώτων υλών, τήξη, ινοποίηση του τήγματος, εφαρμογή συνδετικού μέσου, σχηματισμός προϊόντος, ωρίμανση, ψύξη και παραγωγή τελικού προϊόντος (Εικόνα 4)(Ecofys, 2012). Αναλυτικά τα πετρώματα τοποθετούνται σε ένα κλίβανο όπου τήκονται στους C. Ως ενεργειακή πηγή χρησιμοποιείται γαιάνθρακας. Ως πρόσθετη πηγή, χρησιμοποιείται πετρέλαιο για την αποτέφρωση των αερίων του καπναγωγού. 13

28 Εικόνα 4: Σχηματική απεικόνιση γενικής διάταξης παραγωγής πετροβάμβακατροποποιημένο (Ecofys,2012) Για την τήξη στην παραγωγή πετροβάμβακα χρησιμοποιούνται οι παρακάτω μέθοδοι: Κλίβανος Cupola ο οποίος κάνει χρήση κωκ ή φυσικού αέριου (Scalet, 2013) Ο κλίβανος Cupola χρησιμοποιήθηκε αρχικά στην Κίνα. Κατασκευάστηκε από τον Rene- Antoine Ferchault το 1720 κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης. Ξεκίνησε ως φούρνος κωκ, χρησιμοποιώντας βασικά άνθρακα σαν καύσιμα ο οποίος ήταν κοινός και εύκολος στη χρήση. Χρησιμοποιήθηκε σε εργοστάσια και μονάδες παραγωγής. Όμως δημιουργήθηκε πρόβλημα με την παραγωγή μεγάλης ποσότητας των εκπεμπόμενων σωματιδίων. Σήμερα χρησιμοποιούνται ορθοκάμινοι υγρής πλύσης ή με μεγάλα φίλτρα από ύφασμα για να αφαιρεθεί η ιπτάμενη τέφρα και τα άλλα σωματίδια. Μερικοί ορθοκαμίνοι έχουν κρατήσει τον αρχικό σχεδιασμό, αλλά χρησιμοποιούν εναλλακτικές μεθόδους θερμότητας, όπως το φυσικό αέριο. Ο κλίβανος Cupola (Εικόνα 5) είναι κατασκευασμένος από χάλυβα και κεραμικά υλικά και είναι κλειστός στον πυθμένα. Στο εσωτερικό του είναι επενδεδυμένος με πυρίμαχα υλικά 14

29 με αποτέλεσμα ο κλίβανος να αντέχει και να συγκρατεί μεγάλες θερμοκρασίες. Η επιφάνεια της καμίνου είναι υδρόψυκτη. Οι πρώτες ύλες εισέρχονται από την κορυφή της καπνοδόχου. Τα μέταλλα που εμπεριέχονται στο αρχικό μίγμα πρώτων υλών εισέρχονται από την κορυφή της καπνοδόχου και τήκονται καθώς τα αέρια διαφεύγουν. Για να πραγματοποιηθεί η τήξη του υλικού γίνεται ανάφλεξη του κωκ στον πυθμένα της καμίνου και έτσι δημιουργείται μια ζώνη καύσης. Η διαδικασία τήξης πραγματοποιείται με την τήξη της κατάλληλης αναλογίας αλουμινο-πυριτικής σύστασης με ασβεστόλιθο και δολομίτη. Οι πρώτες ύλες, φορτώνονται στην οροφή της καμίνου Cupola σε αδρομερή μορφή (μπρικέτες και κωκ) σαν έτοιμο μείγμα ή εναλλασσόμενα στρώματα και γεμίζουν τον κυλινδρικό φούρνο. Σχηματίζουν μια στήλη διαπερατού υλικού στο φούρνο από αέρα επιτρέποντας τη διατήρηση της μεταφοράς της θερμότητας. Κατόπιν μέσω κατάλληλων ακροφύσιων εισχωρείτε προθερμασμένος αέρας εμπλουτισμένος με οξυγόνο στη ζώνη της καύσης περίπου 1-2 μέτρα από τον πυθμένα στα τοιχώματα της καμίνου. Εκεί είναι και η πιο θερμή ζώνη ~2000 ο C. Το ρευστό υλικό συγκεντρώνεται στον πυθμένα και εξέρχεται μέσω μιας εγκοπής που βρίσκεται πάνω από τη μηχανή ινοποίησης. Γύρω από τη ζώνη καύσης το υλικό έχει προθερμανθεί από τα ανοδικά αέρια στον φούρνο και αντικαθίστανται σταδιακά από νέο φορτίο από την οροφή της καμίνου. Έτσι υπάρχει συνεχής παραγωγή για 2-3 εβδομάδες πριν εκκενωθεί η κάμινος για να ξεκινήσει νέα διαδικασία παραγωγής (Scalet, 2013). Το μίγμα πρώτων υλών περιέχει οξείδια τρισθενούς (Fe 3+ ) και δισθενούς (Fe 2+ ) σιδήρου. Κάτω από αναγωγικές συνθήκες σε κάποιες περιοχές της καμίνου τα οξείδια του σιδήρου ανάγονται σε μεταλλικό σίδηρο. Ο σίδηρος συγκεντρώνεται στον πάτο και αποχύεται σταδιακά με τρύπημα της βάσης. Συλλέγεται μέσω ενός καλουπιού με προσοχή να μην αναμειχθεί με τα απόβλητα της διεργασίας. Η διαδικασία αυτή πραγματοποιείται γιατί αν η συσσώρευση του σιδήρου μπορούσε να ξεφύγει από την εγκοπή θα προκαλούσε ζημιά στη μηχανή ινοποίησης του υλικού (Ecofys, 2012, Scalet et al, 2013). 15

30 Εικόνα 5: Σχηματική απεικόνιση καμίνου Cupola- Τροποποιημένη (Ecofys,2012) Ηλεκτρική κάμινος (τη χρησιμοποιεί το εργοστάσιο της εταιρίας FIBRAN) Η ηλεκτρική κάμινος εμβαπτισμένου τόξου είναι θερμική συσκευή που χρησιμεύει στην τήξη των πετρωμάτων (Εικόνα 6). Αποτελείται από κυλινδρικό χαλύβδινο περίβλημα επενδεδυμένο με πυρίμαχo υλικό και η ψύξη του γίνεται με λάδι ή νερό. Λόγω των υψηλών θερµοκρασιών που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του φούρνου για την αποφυγή ανεπιθύμητων αντιδράσεων διοχετεύεται το αδρανές αέριο άζωτο. Χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια που μετατρέπει τη θερμότητα με αγωγή και μεταφορά ρεύματος μέσα από το υλικό (Ξενίδης, 2013). Στην οροφή της καμίνου βρίσκονται τα ηλεκτρόδια τα οποία είναι εμβαπτισμένα σε ρευστή μάζα και δίνουν ενέργεια μέσω θερμικής ωμικής αντίστασης για τη διαδικασία της τήξης. Η τροφοδοσία των πρώτων υλών γίνεται από την οροφή της καμίνου σχηματίζοντας ένα στρώμα υλικού πάνω από τη ρευστή επιφάνεια. Λόγω όμως της διάταξης των ηλεκτροδίων γύρω από τα ηλεκτρόδια υπάρχει πάντα ένα ανοιχτό λουτρό τήγματος. Διαφορετικά η Η/Κ μπορεί να λειτουργεί μόνο με μερική κάλυψη της ρευστή επιφάνειας (Ξενίδης, 2013). Λόγω χρήσης γραφιτικών ηλεκτροδίων πραγματοποιείται στις πρώτες ύλες ένα μικρό ποσοστό αναγωγής οξειδίων του σιδήρου προς μεταλλικό σίδηρο. Απαραίτητη προϋπόθεση 16

31 λοιπόν είναι η απόχυση του σιδήρου. Η θερμότερη ζώνη της καμίνου είναι στους ο C στο σημείο τήξης των πρώτων υλών. Καθώς το τήγμα πλησιάζει τον πυθμένα η θερμοκρασία μειώνεται (Ecofys, 2012, Scalet et al, 2013). (α) (β) Εικόνα 6 :Φωτογραφία Ηλεκτρικής καμίνου εμβαπτισμένου τόξου εν ώρα λειτουργίας (Ξενίδης, 2013) Οι φυσικές πρώτες ύλες μετά από μηχανική επεξεργασία, τροφοδοτούνται σε κατάλληλες αναλογίες σε Περιστροφική κάμινο στους 700 ο C όπου απομακρύνεται η περιεχόμενη υγρασία και τα κρυσταλλικά νερά (Ξενίδης, 2013) Στη συνέχεια τήκονται σε ηλεκτρική κάμινο στους 1520 ο C και ακολουθεί η διαδικασία της ινοποίησης της παραγόμενης λάβας. Στη μάζα προστίθενται συνδετικές ύλες και στη συνέχεια το λειωμένο μείγμα διοχετεύεται σε περιστρεφόμενο κόσκινο όπου με τη φυγοκέντρηση μορφοποιείται σε ίνες οι οποίες περικλείουν μεγάλη ποσότητα αέρα. Κατόπιν προστίθενται ορυκτά γαλακτώματα και ρητίνες φαινόλης-φορμαλδεΰδης για την ενίσχυση των ινών. Οι ίνες για να αποκτήσουν συνεκτικότητα, ελαστικότητα και υδροαπωθητικότητα στου 270 ο C, περνούν από φούρνο πολυμερισμού. Tέλος, το μίγμα συμπιέζεται και μορφοποιείται στα μηχανήματα κοπής και συρραφής (Karamanos et al, 2004) (Εικόνα 7). 17

32 Από 1 m 2 πετρώματος παράγονται περίπου 150 m 2 ινώδους μονωτικού υλικού, που μορφοποιούνται σε ρολά και πλάκες. Με ανάλογο τρόπο παράγονται, εκτός από ίνες και νιφάδες πετροβάμβακα(karamanos et al, 2004). Εικόνα 7: Γραφική απεικόνιση παραγωγικής διαδικασία πετροβάμβακα- Τροποποιημένη (Karamanos et al, 2004) 2.4. Ιδιότητες Τήγματος Όπως προαναφέρθηκε ο πετροβάμβακας αποτελείται από ίνες οξειδίου πυριτίου αλουμινίου και παράγεται με την τήξη πετρωμάτων από την οποία προκύπτει ρευστή σκωρία (λάβα- τήγμα). Με τη βοήθεια ειδικών διατάξεων παίρνει τη μορφή ινών με διάμετρο 6-20 μm. Βασική προϋπόθεση της παραγωγικής διαδικασίας είναι η ινοποίηση σκωρίας (μετά από επιλογή της κατάλληλης πρώτης ύλης) χρησιμοποιώντας εμφύσηση αέρα πάνω σε ένα φυγοκεντρικό σύστημα περιστροφής τεσσάρων τροχών. Στη συνέχεια η σκωρία βγαίνοντας από την ηλεκτρική κάμινο πέφτει πάνω στο σύστημα περιστρεφόμενων τροχών και δημιουργούνται ίνες μέσω του εμφυσούμενου αέρα (Blagojevic et al, 2004). 18

33 Η κίνηση των ινών καθώς και ο σχηματισμός τους οφείλεται στις δυνάμεις ιξώδους, στις επιφανειακές δυνάμεις καθώς και στις δυνάμεις αδράνειας. Η στερεοποίηση των ινών οφείλεται κα επηρεάζεται από τις θερμο-φυσικο-χημικές ιδιότητες της σκωρίας (λάβας). Ο κύριος στόχος στην παραγωγή του πετροβάµβακα είναι η σκωρία να είναι ομοιογενής, πλήρως ρευστή, να χαρακτηρίζεται από χαμηλή πυκνότητα και να μην περιέχει συσσωματώματα Ιδιότητες Ινών Τις παλαιότερες δεκαετίες οι ίνες για την παραγωγή του πετροβάμβακα δημιουργούνταν με εμφύσηση ατμού ή αέρα. Σήμερα με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, της υψηλής ταχύτητας και τη βοήθεια της φυγοκέντρησης δημιουργείται η ινοποίηση (ινώδη μορφή), δηλαδή μια μάζα από λεπτές πλεγμένες ίνες. Η διαδικασία ξεκινάει από τον φούρνο, όπου η παραγόμενη λάβα µε κατάλληλη διάταξη της εγκατάστασης φτάνει στον ινοποιητή όπου και έχουµε την παραγωγή της ίνας. Η θεοκρασία της λάβας κατά τη διαδικασία της παραγωγής, κυµαίνεται συνήθως από 1450 ως 1520 ο C. Ταυτόχρονα µε την παραγωγή της ίνας στον ινοποιητή, διενεργείται και ψεκασµός ρητίνης πάνω στην ίνα, που βοηθά το προϊόν να πάρει την τελική του µορφή, έχοντας τις επιθυµητές κάθε φορά ιδιότητες (π.χ. δηµιουργία του επιθυµητού πάχους στην πλάκα του πετροβάµβακα, αντοχή σε εφελκυσµό κτλ) (Gutnikov, 2008). Οι ίνες συγκολούνται μεταξύ τους με την προσθήκη συλικονέλαιου και φαινολικής φορµαλδεΰδης ρητίνης, η οποία ανήκει στην κατηγορία των θερµοσκληρηνόµενων ρητινών. Η ρητίνη στην αρχική της μορφή είναι υγρή και µπορεί εύκολα να ψεκαστεί πάνω στις ίνες του πετροβάµβακα. Στη συνέχεια περνώντας κατά μήκος της γραμμής παραγωγής η μάζα μεταφέρεται μέσα σε φούρνο θερµοκρασίας 270 ο C (φούρνος πολυµερισµού). Η ρητίνη πολυµερίζεται, σκληραίνει και σταθεροποιηθεί το συνδετικό υλικό. Έτσι δίνει στο προϊόν την τελική του μορφή και έχουμε τη δημιουργία ενός αρχικού στρώματος πετροβάµβακα (Σανταμούρης και άλλοι, 2005). Για την παραγωγή της ρητίνης χρησιμοποιούνται επίσης βοηθητικές ύλες όπως η ουρία, η θειική αµµωνία, το σιλάνιο, η αµµωνία, η καυστική σόδα, και το θειικό οξύ. Κατά την παραγωγή του πετροβάμβακα το υλικό ψεκάζεται με ειδικό λάδι (ορυκτo- ή σιλικονέλαιο), με σκοπό να λιπάνει τις ίνες και να μειώσει τη σκόνη κατά τη µεταξύ τους τριβή. 19

34 Μετά το τέλος της διαδικασίας στο φούρνο πολυμερισμού το τελικό υλικό συμπιέζεται για να φτάσει στο ιδανικό πάχος και με μηχανήματα κοπής και συρραφής διαμορφώνεται στις τελικές διαστάσεις (Σανταμούρης και άλλοι, 2005). Ο πετροβάμβακας έχει υψηλή πυκνότητα (περίπου 30 kg/m 3 ) και ιδιαίτερα καλό συντελεστή θερµικής αγωγιμότητας που κυµαίνεται από 0,033 ως 0,045 W/(mK). Η υψηλή θερμομονωτική του ικανότητα επηρεάζεται σημαντικά όταν προσβληθεί από υγρασία. Γι αυτό κρίνεται απαραίτητη η λήψη μέτρων ώστε να αποφευχθεί η προσβολή υγρασίας. Η πρόληψή του πραγματοποιείται είτε με την προσθήκη οργανικών ενώσεων του πυριτίου (σιλάνια) είτε με τοποθέτηση επικάλυψης φύλλων αλουμινίου ή γύψου. Η θερμομονωτική του ικανότητα επηρεάζεται επίσης και από την αυξημένη παρουσία συμπαγών σφαιριδίων τήξης χρώματος καφέ ή μαύρου που δημιουργούνται παράλληλα με τις επιθυμητές ίνες στη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας. Ο πετροβάμβακας έχει υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίας γιατί οι πρώτες ύλες του και τα πρόσθετά του κατά την παραγωγή του, λιώνουν σε μεγάλες θερμοκρασίες. Η ανώτερη θερμοκρασία εφαρμογής (750 ο C) καθορίζει μέχρι ποια θερμοκρασία διατηρεί το μονωτικό υλικό τις ιδιότητές του. Οι διαστάσεις των ινών του πετροβάμβακα επηρεάζουν την τοξικότητα του. Μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες του πετροβάμβακα είναι η βιοδιαλυτότητα. Στην περίπτωση εισπνοής των ινών του πετροβάμβακα, όσο μεγαλύτερη είναι η βιοδιαλυτότητα, τόσο μικραίνει ο χρόνος παραμονής των ινών στους πνεύμονες. Από πειράματα που έχουν πραγματοποιηθεί τα τελευταία χρόνια έχουν δείξει ότι ο πετροβάμβακας που έχει ίνες μεγαλύτερου μήκους και μικρότερης διαμέτρου αναλογικά είναι περισσότερο επιβλαβής από αυτόν που έχει μικρότερο μήκος και μεγαλύτερης διαμέτρου (Hsu, 2010). Οι έρευνες δείχνουν ότι οι ίνες μεγαλύτερου μήκους διασπώνται σε μικρότερα κομμάτια και έτσι απομακρύνονται από τα μικροφάγα. (Hsu, 2010) Ένας άλλος παράγοντας που καθορίζει τη βιοπαραμονή της ίνας είναι και η χημική σύστασή της. Ίνες με μεγαλύτερο ποσοστό σε Al2O3 και χαμηλό SiO2 δείχνουν ότι αυξάνει κατά πολύ τη διαλυτότητα αυτών σε όξινες συνθήκες (χαμηλό ph 4,5-5) όπως είναι το περιβάλλον των πνευμόνων των μικροφάγων (Kudo et al, 2005). 20

35 Οι ιδιότητες που χαρακτηρίζουν ένα υλικό για την εφαρμογή του είναι: - Η θερμομονωτική ικανότητα (Εικόνα 8) - Το εύρος των θερμοκρασιών - Η αντοχή στην υγρασία - Η αντοχή στη φωτιά - Η ηχομονωτική ικανότητα (Καραμάνος et al, 2005). Εικόνα 8: Εικόνα πετροβάμβακα στην οποία φαίνονται οι πυκνές του ίνες. Χρησιμοποιείται για θερμομόνωση ( Ιδιότητες Πετροβάμβακα Είναι ένα υλικό που συνδυάζει έξι βασικά χαρακτηριστικά και χρησιμοποιείται για την κατασκευή πυράντοχων τοίχων, δαπέδων οροφών, στη μόνωση λεβήτων, σε πόρτες πυρασφάλειας, σε πυρασφάλεια πλοίων, σε βιομηχανικές μονώσεις, σε τεχνολογία εξαερισμού κ.λπ. Tα βασικά αυτά χαρακτηριστικά είναι (Παπαδόπουλος 2006): 1. Θερμομόνωση Τα θερµοµονωτικά υλικά αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα των κτιριακών εφαρμογών, γεγονός που επιβάλλεται και από τη νομοθεσία περί θερµοµόνωσης (Καραμάνος, 2005). Η 21

36 γενικότερη ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας και ο περιορισμός της εξάρτησης από το πετρέλαιο έχει οδηγήσει στην ευρεία χρήση θερµοµονωτικών υλικών. Ο πετροβάμβακας παρέχει ισχυρή μονωτική δράση με πολύ χαμηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ που κυμαίνονται από 0,033 έως 0,040 W/mK. και μέγιστη θερμική αντίσταση ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Η τιμή λ που έχουν τα περισσότερα προϊόντα πετροβάμβακα εμπορίας κινείται γύρω στο 0,038W/mK. Αυτή η τιμή του δίνει τη δυνατότητα να εφαρμόζεται σε κατασκευές που απαιτείται θερμομόνωση και πυροπροστασία μαζί. Επίσης η παρουσία «άπειρων» κυψελών στην δομή του επιτρέπει στο υλικό να εμποδίσει τη διέλευση της θερμότητας και του ψύχου. Η θερμομονωτική του ικανότητα επηρεάζεται επίσης και από την αυξημένη παρουσία συμπαγών σφαιριδίων τήξης χρώματος καφέ ή μαύρου που δημιουργούνται παράλληλα με τις επιθυμητές ίνες στη διάρκεια της παραγωγικής διαδικασίας. Επομένως με την εφαρμογή του πετροβάμβακα για θερμομόνωση οι κατασκευαστές πετυχαίνουν να μην υπάρχει απώλεια της θερμότητας το χειμώνα και αντίστοιχα της υπερθέρμανσης κατά τους θερινούς μήνες. Αυτό έχει απώτερο στόχο την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για την θέρμανση ή ψύξη των σπιτιών καθώς και των εκπομπών αερίων ρύπων με αποτέλεσμα την προστασία του περιβάλλοντος (Kudo et al., 2005, Κουντούρης, 2009, Μαυρίδου και άλλοι, 2010). 2. Ηχομόνωση - Ηχοαπορρόφηση Η δομή των ινών του πετροβάμβακα δεν επιτρέπει τη δημιουργία ανακλάσεων του ήχου. Η δομή της ανοιχτής κυψέλης του ευνοεί την απορρόφηση ακουστικών κυμάτων και επιτρέπει την εξασθένιση της διάδοσης του ήχου. Οι ακουστικές του ιδιότητες παρουσιάζουν χαμηλό βαθμό απορρόφησης στις χαμηλές συχνότητες και άριστο στις υψηλές (Παναγούλια, 2013). Όλες αυτές οι ιδιότητες αυτές παρέχουν αυξημένη ηχομείωση και βελτιώνουν την ακουστική των χώρων κατατάσσοντάς τον σαν ένα από τα πιο αποτελεσματικά ηχομονωτικά υλικά. Έτσι χρησιμοποιείται ευρέως σε εφαρμογές για ηχομονώσεις σε στούντιο ηχογραφήσεων, αιθουσών συναυλιών, κινηματογράφων, μεσοτοιχίες διαμερισμάτων κ.λπ.(παπαρίδου, 2010). 22

37 Για να έχει καλύτερο αποτέλεσμα πρέπει να εφάπτεται στις γυψοσανίδες ώστε να υπάρχει απόσβεση των ταλαντώσεων. Όταν τοποθετείται και στους δύο σκελετούς λόγω της απόσβεσης των ταλαντώσεων και στα δύο χωρίσματα βελτιώνεται ο σταθμισμένος δείκτης ηχομείωσης (Παπαρίδου, 2010, Λιάμπα, 2012). 3. Σταθερότητα στην υγρασία Ο πετροβάμβακας δεν απορροφά νερό. Η δομή των ινών λόγω του ότι είναι χαμηλής πυκνότητας Οι ίνες του δεν απορροφούν νερό, λόγω του ότι η δομή τους είναι χαμηλής πυκνότητας (<150kg/m 3 ) κατακρατεί μικρές ποσότητες νερού (<1 kg/m2 βραχυπρόθεσμα και < 3 kg/m 2. Εάν βραχεί, στεγνώνει γρήγορα με τον παθητικό αερισμό και επανακτά πλήρως όλες τις αρχικές του ιδιότητες κ.α.). Εάν εφάπτεται με άλλα βρεγμένα δομικά στοιχεία δεν υγραίνεται (Shimozuru, 1994). Ο αερισμός του εσωτερικού χώρου ανανεώνει το οξυγόνο, ρυθμίζει τη σχετική του υγρασία και απομακρύνει δυσάρεστες οσμές, καπνό, σκόνη, αερόφερτα βακτήρια και διοξείδιο του άνθρακα. Σε εφαρμογές που υπάρχει πολύ υγρασία και πιθανή επαφή με υγρές επιφάνειες (π.χ. εξωτερικοί τοίχοι, στέγαστρα, πέργκολες και λόγω του εξωτερικού αέρα) η χρήση του σε χαμηλές πυκνότητες δεν ενδείκνυται. Η υγρασία του αέρα που εισχωρεί στον πετροβάμβακα μειώνει το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας του υλικού με την πάροδο του χρόνου και επιταχύνει τη γήρανση του, προς αποφυγή αυτού κρίνεται απαραίτητη η λήψη μέτρων. Αυτό πραγματοποιείται είτε με την προσθήκη οργανικών ενώσεων του πυριτίου (σιλάνια) είτε με τοποθέτηση επικάλυψης φύλλων αλουμινίου ή γύψου (Αθανασόπουλος, 2010, Κaramanos et al., 2004, Αθανασόπουλος, 2005, Vránaς, 2007, Κουντούρης, 2009, Παναγούλια, 2013). 4. Αντοχή στην πυρκαγιά Είναι ανόργανο υλικό με υψηλή αντοχή στη φωτιά και μικρή αντοχή στον εφελκυσμό και στη θραύση (Εικόνα 9). Οι ίνες του πετροβάμβακα αντέχουν σε θερμοκρασίες μέχρι 1000 ο C, ενώ για υψηλότερες θερμοκρασίες χρησιμοποιείται κεραμοβάμβακας. Αν και το συνδετικό τους υλικό χάνεται στους 250 ο C η δομή τους παραμένει (Παπαδόπουλος, 1984). 23

38 Εικόνα 9: Σχηματική απεικόνιση του πετροβάμβακα που έχει υψηλή αντοχή στη φωτιά ( Σε θερμοκρασίες υψηλότερες των 1000 C δεν καίγεται, αλλά αρχίζει και λιώνει. Τα προϊόντα πετροβάμβακα έχουν συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (λ) μεταξύ 0,03 και 0,04 W/mK σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 10 ο C., ενώ ο συντελεστής αντίστασης στη διάχυση των υδρατμών (μ) κυμαίνεται από 1.1 έως 2.0. (Αθανασόπουλος, 2005) Αυτή η ιδιότητά του καθιστά τα προϊόντα πετροβάμβακα ιδανικά για χρήσεις όπου δεν επιτρέπονται εύφλεκτα υλικά καθώς και σε εφαρμογές με μεγάλες θερμοκρασίες ή με μεγάλες ανάγκες πυροπροστασίας όπως κάλυψη σωληνώσεων ατμού, καυστήρων, μονώσεις λεβητών, δεξαμενών, εσωτερική επένδυση σε γυψοσανίδα για μεσοτοιχίες, εργαστήρια, κ.α. Έχει επίσης πολλές εφαρμογές στα κτίρια και στις βιομηχανικές μονώσεις για το λόγο ότι έχει πυραντίσταση και δεν εκπέμπει τοξικά αέρια (Γαλεράκη, 2013). 5. Σταθερότητα στις διαστάσεις του ή σταθερότητα όγκου Ο πετροβάμβακας έχει υψηλή πυκνότητα η οποία κυμαίνεται από kg/m 3, έχει σταθερό όγκο και δεν αλλοιώνεται από χημικές ουσίες (Εικόνα 10) (Δρακόπουλος, 2002). 24

39 Διατηρεί αναλλοίωτα τα χαρακτηριστικά του χωρίς να μεταβάλλονται οι διαστάσεις του και δεν αποσυντίθεται. Η κάθε πλάκα πετροβάμβακα διατηρεί τις διαστάσεις της στο χρόνο αν και δεν έχει μεγάλη αντοχή στη πίεση στις χαμηλές πυκνότητες(<150 Kg/m 3 ). Σε ακόμα χαμηλότερες πυκνότητες (<75 Kg/m 3 ) παρατηρείται το φαινόμενο της καθίζησης των πλακών (μέχρι και 30%), όταν αυτές δεν έχουν στηριχτεί σε τοίχο. Στις εφαρμογές όπου οι πλάκες πετροβάμβακα θα χρησιμοποιηθούν σε κάθετες επιφάνειες, πρέπει πάντοτε να στηρίζονται ξεχωριστά σε 4-5 σημεία για να μην επιβαρύνουν τις πλάκες που βρίσκονται από κάτω. Ακόμα ο πετροβάμβακας έχει αρίστη και πλήρης πρόσφυση πάνω στις επιφάνειες και πολύ χαμηλό συντελεστή δυναμικής ακαμψίας ( S ) (Ξενιά, 2012). Εικόνα 10: Εικόνα πετροβάμβακα με υψυλη πυκνότητα ( 6. Μηχανική αντοχή Για πολλές εφαρμογές μόνωσης απαιτείται υψηλή αντοχή θλίψης (kn/m 2 ) καθώς και υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό (kpa). 25

40 2.7. Χρήσεις Πετροβάμβακα Η μεγάλη άνοδος της τιμής του πετρελαίου οδήγησε τη σύγχρονη αγορά στη εκμετάλλευση κάθε τρόπου εξοικονόμησης ενέργειας με αποτέλεσμα να προωθηθεί η έρευνα θερμομονωτικών υλικών για να χρησιμοποιηθούν σε κτιριακές και βιομηχανικές εφαρμογές. Η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας που όμως μεταβάλλεται συνέχεια. Επομένως το ζητούμενο είναι να γίνεται οικονομία στην κατανάλωση ενέργειας με περιορισμό θερμικών απωλειών από τα κελύφη των κτιρίων, να μειώνεται το κόστος θέρμανσης, να υπάρχει προστασία από θορύβους και κυρίως να βελτιώνεται η προστασία του περιβάλλοντος με τη μείωση του φαινόμενου του θερμοκηπίου (Πετσάβα, 2006). Στα νέα κτήρια τα θερµοµονωτικά υλικά, η πυροπροστασία και η σωστή ηχομόνωση αποτελούν πλέον αναγκαιότητα, γεγονός που επιβάλλεται και από τη νοµοθεσία θερµοµόνωσης. Η γενικότερη ανάγκη για εξοικονόµιση ενέργειας και ο περιορισµός της εξάρτησης από το πετρέλαιο έχει οδηγήσει στη χρήση θερµοµονωτικών υλικών και σε βιοµηχανικές εφαρµογές αλλά και σε εφαρµογές µε ιδιαίτερες απαιτήσεις, όπως δεξαµενές υγρού οξυγόνου, διαστηµικές εφαρµογές κ.ά. Τέλος, γίνονται συνεχώς έρευνες για την παραγωγή νέων προϊόντων ώστε να καλύπτονται όλες οι ανάγκες, με προϊόντα που να είναι και ανακυκλώσιμα. Ο πετροβάμβακας χρησιμοποιείται: 1. Στις οικοδομές για θερμομόνωση όλων των δομικών στοιχείων Τα προϊόντα πετροβάμβακα έχουν εφαρμογές σε όλα τα δομικά στοιχεία των οικοδομών γιατί σύμφωνα με τις προδιαγραφές τους, προσφέρουν: Θερμομόνωση γιατί εφαρμόζεται σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών (θερμική αγωγιμότητα με συντελεστή λ = 0,04 W/(m K). ηχομόνωση πυροπροστασία. (είναι άκαυστο ως ορυκτό υλικό) είναι ελαφριά, εύχρηστα, εύκαμπτα και ανθεκτικά στις δονήσεις Δεν προκαλούν χημική διάβρωση στα δομικά στοιχεία που βρίσκονται σε επαφή με αυτά Δεν φθείρονται με το πέρασμα του χρόνου Διατηρούν τη σταθερότητα των διαστάσεών τους Δεν προσβάλλονται από διαλύτες και δεν προσβάλλει τα μέταλλα 26

41 Δεν επιτρέπουν την ανάπτυξη μικροοργανισμών, δεν προσβάλλονται από έντομα, τρωκτικά και παράσιτα. Δεν επηρεάζονται από την ηλιακή ακτινοβολία. Δεν αφήνουν απόβλητα και είναι ανακυκλώσιμα Όλα αυτά καθιστούν τα προϊόντα του πετροβάμβακα μια εύκολη και οικονομική λύση στην οικοδομή. Για το λόγω ότι αποτρέπουν τις μεγάλες διακυμάνσεις των θερμοκρασιών μειώνουν τις βλάβες στα κτήρια αυξάνοντας παράλληλα τη διάρκειά ζωή του. Για την αποδοτική λειτουργία της θερμικής μάζας προϋπόθεση είναι η πλήρης εξωτερική θερμομόνωση. Για τη σωστή και αποτελεσματική λειτουργία απορροφά και αποδίδει θερμότητα μόνο από και προς τον εσωτερικό χώρο και όχι προς το περιβάλλον (Φραγκουδάκης, 1985 & Αποστολοπούλου, 2013). Ο πετροβάμβακας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε: - Θερμομόνωση και ηχομόνωση της εσωτερικής και εξωτερικής τοιχοποιίας (Εικόνα 11) (Αναστασέλος, 2009, Παναγούλια, 2013) - Εξωτερική θερμομόνωση με στόχο τη μόνωση των τοιχωμάτων που αποτελούνται από διαφορετικά υλικά ώστε να παρέχει βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου, μείωση κόστους, αεριζόμενες προσόψεις μείωση θορύβου και πυροπροστασία (Yang, 2012) - Σε δάπεδα, οροφές τοίχους και ψευδοροφές γιατί δεν προκαλεί χημική διάβρωση στα δομικά στοιχεία που βρίσκονται σε επαφή με αυτόν - Σε κεραμοσκεπές, επίπεδες και κεκλιμένες στέγες λόγω του ότι η στέγη είναι πολύ σημαντική για το εσωτερικό ενός κτηρίου. Η θερμομόνωση παίζει σημαντικό ρόλο και σε υψηλές αλλά και χαμηλές θερμοκρασίες. - Στις μεταλλικές ή ξύλινες στέγες η χρήση μονωτικών πλακών από πετροβάμβακα υψηλής πυκνότητας εξασφαλίζει μεγάλες επιδόσεις στη θερμική αντοχή, στην σταθερότητα, στη στεγανοποίηση και στην αντοχή του στις καιρικές συνθήκες (Ρούτουλας, 2010). - Στις σοφίτες για να γεμίζει τα κενά στις κοιλότητες της τοιχοποιίας και με αυτό τον τρόπο να απορροφά την υγρασία που συσσωρεύεται εκεί αλλά και να γίνεται και μόνωση (Bomberg, 2015). 27

42 (α) α (β) β (γ) Εικόνα 11: (α) Απεικόνιση εσωτερικής μόνωσης με πετροβάμβακα πριν (β) μετά ( (γ)εφαρμογή εξωτερικής μόνωσης με πετροβάμβακα ( texniki-vivliothiki/item/ Στα εξωτερικά κελύφη των κτιρίων που εκτός της θερμομόνωσης (υπάρχουν ειδικές πλάκες πλεκτής ίνας) μειώνουν και το πάχος της εξωτερικής τοιχοποιίας αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο το ωφέλιμο του εσωτερικού. - Σε Δώματα και Εξώστες γιατί ακόμα και όταν εκτεθεί σε βροχή η υγρασία που συγκεντρώνεται ανάμεσα στις ίνες του εξατμίζεται λόγω των διάκενων που παρουσιάζει η δομή του (Vránas, 2008). 28

43 - Στον κτιριακό εξοπλισμό - Στα συστήματα ξηράς δόμησης - Όταν είναι επικαλυμμένος με αλουμίνιο συνδυάζει εκτός από θερμομόνωση και φράγμα υδρατμών ενώ όταν προστεθούν πυριτικές ενώσεις άνθρακα στις ίνες του αδιαβροχοποιείται και έτσι προσφέρει υδροαπορροφητικότητα. 2. Σε χώρους όπου απαιτείται ηχομόνωση Τα υψηλά επίπεδα θορύβου εκτός από ενοχλητικά είναι και επιβλαβής για την υγεία των ανθρώπων. Υπάρχουν δύο περιπτώσεις για τον έλεγχο του θορύβου. Ο ένας είναι για τους ήχους που προέρχονται από το εξωτερικό περιβάλλον και αφορά την ηχομόνωση. Ο δεύτερος είναι για τους ήχους που παράγονται από το εσωτερικό του κτιρίου και λέγεται ηχοαπορρόφηση. Παλαιότερα για να αποφευχθεί η μετάδοση των ήχων χτίζονταν τοίχοι με μεγάλο πάχος, ενώ σήμερα με την χρήση πορωδών μονωτικών υλικό αυτό αποφεύγεται (Εικόνα 12). Σε χώρους με πολύ δυνατούς ήχους όπως χώροι διασκέδασης θορυβώδεις βιομηχανίες, στούντιο ηχογραφήσεων κλπ γίνεται αντήχηση λόγω της αντανάκλασης του ήχου στις λείες και σκληρές επιφάνειες. Για να μειωθούν αυτοί οι ήχοι χρησιμοποιούνται υλικά που μπορούν να απορροφήσουν τον ήχο. Τοποθετούνται έτσι ηχομονωτικές ηχοαπορροφητικές ψευδοροφές, πάνελ ανάμεσα στα τούβλα κλπ (Παπαρίδου, 2010 & Λιάμπα, 2012) (α) (β) Εικόνα 12: Γραφιστική απεικόνιση μόνωσης με πετροβάμβακα κατά του θορύβου (α) ( (β) ( 29

44 3. Στη Βιομηχανία - Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις επιβάλλεται η χρήση γιατί ο πετροβάμβακας είναι το καλύτερο υλικό, ιδιαίτερα εκεί όπου απαιτούνται αντοχές σε υψηλές θερμοκρασίες όπως είναι οι κλίβανοι, διυλιστήρια, φούρνοι, βιοδυναμικά τζάκια κλπ (Εικόνα 13)(Καλαργάρης, 2013). - Μηχανολογικές εγκαταστάσεις - Βιομηχανία κατασκευής πάνελ (Εικόνα 14), λόγω των μηχανικών του αντοχών - Αεραγωγούς θέρμανσης - κλιματισμού καυσαερίων - φούρνων. - Μονάδες ψύξης - Ηλιακά συστήματα (Κοντουδάκης, 2012) - Για Σωληνώσεις, λέβητες και δεξαμενές με ρευστά πολύ υψηλών ή πολύ χαμηλών θερμοκρασιών, στρόβιλοι κλπ χρησιμοποιείται πετροβάμβακας με διάφορες επικαλύψεις όπως φύλλα αλουμινίου, γαλβανισμένο δικτυωτό πλέγμα (κοτετσόσυρμα) υαλοΰφασμα κ.λ.π Εικόνα 13: Σχηματική απεικόνιση θερμομόνωσης σε τζάκι ( 30

45 (α) (β) Εικόνα 14: Φωτογραφίες εμπορικού πετροβάμβακα από προϊόντα για βιομηχανικούς σκοπούς (α).( (β) 4. Στη Ναυτιλία - Ναυπηγική - Χρησιμοποιείται για τη μόνωση στις διάφορες εγκαταστάσεις των πλοίων (γέφυρες και διαφράγματα, μηχανοστάσια, αεραγωγούς, πόρτες, καμπίνες) - Στις κατασκευές των πλοίων όπου υπάρχουν ιδιαίτερα αυστηρές προδιαγραφές για χρήση σε πάνελ τοίχων με διπλό τοίχωμα για τη μείωση του θορύβου (J.M.P et al, 2003) - Στα τοιχώματα και τις θυρίδες - Σε υποθαλάσσιους αγωγούς 5. Στη γεωργία Στις νέες προκλήσεις της εποχής μας, οι επιστήμονες ανταποκρίνονται με τη μελέτη της βελτίωσης των καλλιεργειών για μεγαλύτερη παραγωγή προϊόντων με χαμηλότερο κόστος. Σκοπός είναι να αντιμετωπιστούν οι δυσκολίες των περιβαλλοντικών συνθηκών, τα φτωχά και υπερκορεσμένα εδάφη, η μείωση νερού από τη ξηρασία, τα πλημμυρικά φαινόμενα και άλλοι παράγοντες, με το να παραχθούν φυτά με άλλες μεθόδους όπως με την μέθοδο της υδροπονίας, Σε αυτές τις μεθόδους όπου οι ρίζες των φυτών αναπτύσσονται 31

46 χωρίς χώμα αλλά σε υποκατάστατα (περλίτης, κοκκοφοίνικας, πετροβάμβακας). Η εισαγωγή του πετροβάμβακα ως υποστρώματος καλλιέργειας άρχισε το (Σάββας, 2007). Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μείωση κατανάλωσης νερού και λιπασμάτων και μηδενική χρήση χημικών και φαρμάκων, μείωση του κόστους παραγωγής, επιμηκύνεται ο χρόνος παραγωγής και ελαττώνονται οι βαριές αγροτικές εργασίας (Κοτσίρης, 2012). Ο υδροπονικός πετροβάµβακας χρησιμοποιείται λόγω των ιδιοτήτων του να είναι υδρόφιλος (υδατοΐκανότητα 75%), επειδή έχει καλή στράγγιση και είναι αποστειρωμένος (Ντάμπιζα, 2013). Οι υδρόφιλες ίνες του κάνουν τα υποστρώματα εύκολα στον έλεγχο της ποσότητας της υγρασίας και των θρεπτικών στοιχείων που χρειάζεται μια καλλιέργεια (Εικόνα 15) (Κουντούρης, 2009). Είναι καλύτερος από άλλα μείγματα ως υπόστρωμα γιατί λόγω του χαμηλού συντελεστή θερμοπερατότητας βελτιώνει τη βλάστηση σε σχέση με άλλα μείγματα (Κοτσίρης, 2012). - Χρησιμοποιείται σαν συστατικό συνθετικών μειγμάτων σποράς σε σπορεία και φυτώρια. Η μορφή που χρησιμοποιείται είναι η κοκκώδης μορφή (σε μικρά τεμάχια ή σε μορφή νιφάδων) (α) (γ) (β) Εικόνα 15: Φωτογραφίες πετροβάμβακα ως αναπτυσσόμενο υπόστρωμα για υδροπονικά συστήματα (α) (Πεπονάκης, 2008) (β) (Michael, 2015) (γ) ( 32

47 - Χρησιμοποιείται σε θερμοκήπια για την σωστή ανάπτυξη των φυτών επειδή έχει μεγάλο πορώδες (ολικό πορώδες 95-97%) και η σχέση αέρα /νερού ευνοεί τη σωστή ανάπτυξη των φυτών - Είναι ελαφρύτερος από το χώμα (σχέση βάρους με το χώμα 1/3). Το ειδικό του βάρος είναι 0,050-0, είναι απαλλαγμένος από ζιζάνια - Έχει σταθερό ph. Το ph του πετροβάμβακα κυμαίνεται μεταξύ του 7 και 8.5. Με την προσθήκη θρεπτικού διαλύματος μπορεί να πάει κοντά στο 6 (Μαθιουδάκης, 2005). Όλα αυτά τον κάνουν να είναι ένα υπόστρωμα που να κρατά το νερό ώστε να απορροφάται καλύτερα από το φυτό να διατηρεί τα θρεπτικά στοιχεία ώστε να αναπτύσσονται και να επιτρέπει την είσοδο του αέρα δηλαδή του οξυγόνο ώστε να διατηρεί ένα καλό ριζικό σύστημα. Τέλος με την πυκνότητά του να διατηρεί τη στήριξη του φυτού. Επίσης στη γεωργία χρησιμοποιείται ως βελτιωτικό της δομής των εδαφών. (Brooke, 1990, Suksa-Ard P et al, 1998, Πεπονάκης, 2008, Βιτουλαδίτης, 2012, Κοτσίρης, 2012, Πατεράκης, 2013, Michael, 2015) 6. Στην προστασία σε περίπτωση πυρκαγιάς Λόγω της ιδιότητάς του να αντέχει σε θερμοκρασίες μέχρι ο C χωρίς να τήκεται είναι η καλύτερη λύση για εφαρμογές πυροπροστασίας αλλά και της μη εξάπλωσης της πυρκαγιάς, όπως και της προστασίας προσωπικού και μηχανημάτων. Χρησιμοποιείται ιδιαίτερα σε υπεράκτιες πλατφόρμες, σε πλωτές εγκαταστάσεις όπου ο κίνδυνος πυρκαγιάς από υδρογονάνθρακες είναι πολύ μεγάλος (Εικόνα 16). Εικόνα 16: Φωτογραφία εφαρμογής εμπορικού πετροβάμβακας για πυροπροστασία ( 33

48 7. Στην αρχιτεκτονική τοπίου Φύτευση στις στέγες (ταρατσόκηποι) Είναι μια τεχνική που ακολουθείται τα τελευταία χρόνια με σκοπό την αλλαγή της όψης της πόλης. Η φύτευση στις στέγες ή σε επιφάνειες των αστικών περιοχών έχει σημαντικά οφέλη περιβαλλοντικά με την παραγωγή μεγαλύτερων ποσοτήτων οξυγόνου με την αλλαγή του μικροκλίματος της περιοχής, την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων αλλά και με τη δημιουργία χώρων αναψυχής για τους κατοίκους (Εικόνα 17) (Πέτσαβα, 2006, Αποστολοπούλου, 2013). Οι κατασκευές αυτές συνήθως αποτελούνται από έξι στρώσεις με τον πετροβάμβακα να χρησιμοποιείται κάτω από τα φυτά ώστε να αναπτύσσεται σε αυτόν η ρίζα τους απορροφώντας αέρα από την επιφάνεια και νερό από τη στρώση από στράγγισης που βρίσκεται παρακάτω (Εικόνα 17α)(Σταθακόπουλος, 2010). Εκτός από την φύτευση σε ταράτσες γίνονται και κατασκευές με κάθετη κατασκευή τοίχων (καθετοποιημένες κατασκευές intensive gardens) με αποτέλεσμα η κατασκευή αυτή να προσφέρει υγρομόνωση, θερμομόνωση και ηχομόνωση. Χρησιμοποιείται επίσης σε κατασκευές κήπων οροφής καθώς επίσης και για θερμομόνωση και ηχομόνωση (Κοτσίρης, 2012). Τα υλικά που χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα ώστε να είναι ελαφρύτερες οι κατασκευές είναι τα ανόργανα υποστρώματα όπως ο διογκωμένος περλίτης, ο βερμικουλίτης, ο κοκκώδης πετροβάμβακας και η διογκωμένη άργιλος (Χαριτίδου, 2011, Κοτσίρης, 2012). (α) (γ) (β) Εικόνα 17: Ο πετροβάμβακας σε κατασκευές πράσινου με ταυτόχρονη χρήση υγρομόνωσης, θερμομόνωσης και ηχομόνωσης. (α,β) Εικόνα Καθετοποιημένες κατασκευής (Intensive Gardens) (Σταθακόπουλος, 2010) (γ) ( 34

49 8. Βιοκλιματικά Σπίτια Η οικονομική κρίση, η μείωση των φυσικών πόρων, η καταστροφή του περιβάλλοντος ώθησε την κατασκευή κτιρίων ώστε να είναι φιλικότερα προς το περιβάλλον, αυτόνομα ενεργειακά και με φιλικότερα υλικά. Έτσι ξεκίνησε ο σχεδιασμός και η κατασκευή των βιοκλιματικών κτιρίων. Τα βιοκλιματικά σπίτια βασίζονται στη διατήρηση της θερμοκρασίας του εσωτερικού τους, στη σκίαση των ανοιγμάτων, στα φυτεμένα δώματα, στην προστασία του εξωτερικού κελύφους και στην καλή θερμοηχομόνωση (Οικονόμου, 2003). Στα βιοκλιματικά σπίτια δίνουν έμφαση στα υλικά που χρησιμοποιούνται, ώστε να είναι θωρακισμένα να διατηρούν σταθερή θερμοκρασία και ηχομόνωση αλλά και να επιτρέπουν τον σωστό αερισμό σύμφωνα και με τον εξορθολογισμό στη χρήση της ενέργειας που επιβάλλεται από την πολιτεία (ΚΕΝΑΚ: Κανονισμός Ενεργητικής Αποδοτικότητας Κτηρίων )(Γεωργιάδου, 1996). Στην Αγγλία έγινε έρευνα όπου οι Άγγλοι αντί να καταναλώνουν πετρέλαιο και ξύλα μονώνουν τα σπίτια τους με πετροβάμβακα, ενώ στην Βόρεια Αμερική κατασκευάζουν σπίτια με χρήση βιο-ινών για θερμική μόνωση αλλά και αναβάθμιση των υφιστάμενων κατοικιών με αεροστεγή μόνωση (Γεωργιάδου, 1996, Eldridge, 2011, Βιτουλαδίτης, 2012, Bomberg, 2015) Περιβαλλοντικές Επιπτώσεις από τη Χρήση Πετροβάμβακα Η υποβάθμιση του περιβάλλοντος και η ραγδαία κλιματική αλλαγή ανάγκασε τις Κυβερνήσεις σε όλο τον πλανήτη να πάρουν μέτρα ώστε οι βιομηχανίες και τα προϊόντα των επιχειρήσεων να είναι φιλικά προς το περιβάλλον για μια βιώσιμη ανάπτυξη. H ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας και ο περιορισμός της εξάρτησης του πετρελαίου οδήγησε στο να χρησιμοποιούνται θερμομονωτικά υλικά σε πολλές εφαρμογές, στις οικοδομές, στις βιομηχανίες κ.α. να κατασκευάζονται κτήρια με σωστή θερμομόνωση ώστε αφενός να επιτυγχάνεται η μείωση των απωλειών θερμότητας και αφετέρου να λειτουργεί ως φράγμα ήχου. Η θερμομονωτική ικανότητα των υλικών οφείλεται στον αέρα που περιέχεται στη μάζα τους. Η θερμομόνωση αποφέρει περιβαλλοντικά οφέλη λόγω της εξοικονόμησης των ενεργειακών πόρων, της ελάττωση της κατανάλωσης ενέργειας με αποτέλεσμα τη μείωση 35

50 των εκπομπών των ρύπων και ιδιαίτερα του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) (Παπαδόπουλος, 2010). Παρ όλα όπως κάθε υλικό έτσι και αυτά επιβαρύνουν το περιβάλλον είτε άμεσα είτε έμμεσα. Αρχικά η επιβάρυνση προκύπτει από την εξόρυξη της πρώτης ύλης αλλά και της επεξεργασίας του υλικού, την ενέργεια που καταναλώθηκε από την παραγωγή ως την τελική τοποθέτηση, την έκλυση βλαβερών ρύπων όπως εκπομπές CO και CO2, ρύποι που συμβάλλουν σημαντικά στο φαινόμενο του θερμοκηπίου δηλ. διοξειδίου του άνθρακα καθώς και το SO2 διοξειδίου του θείου (όξινη βροχή). Επιπλέον παράγοντες είναι η ρύπανση επίγειου και υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, η επιβάρυνση στο φυσικό τοπίο από τοξικά και μη ανακυκλώσιμα απορρίμματα, η κατανάλωση ενέργειας κατά την αποκομιδή, η επεξεργασία και μεταφορά των προϊόντων καθώς και από οι βλαβερές επιδράσεις στην υγεία των ανθρώπων. Ο πετροβάμβακας είναι ένα υλικό φιλικό προς το περιβάλλον. Παράγεται από φυσικές ορυκτές ίνες που αφθονούν στη φύση. Είναι υλικό ανακυκλώσιμο, διαπερατό, χωρίς τη χρήση χημικών που καταστρέφουν το περιβάλλον, ούτε εμφανίζει τέτοια υλικά κατά τη διάρκεια ζωής του. Επίσης δεν προσβάλλεται από μικροοργανισμούς και έντομα και επομένως δεν χρειάζεται να χρησιμοποιούνται υλικά τοξικά για την απεντόμωσή τους. Οι ανόργανες ίνες του λόγω της μεγάλης αντοχής τους σε υψηλές θερμοκρασίες, τον καθιστά ως υλικό µε μεγάλη αντίσταση στην πυρκαγιά, γι αυτό και ορισμένοι τύποι του ταξινομούνται στην κλάση Α1 της πυραντοχής (Καλαργάρης, 2013). Σε χώρες με πολύ μεγάλη κατανάλωση θερμομονωτικών υλικών και επιβολής τους από τους κανονισμούς των χωρών αυτών όπως της βόρειας και κεντρικής Ευρώπης, (Μεγάλη Βρετανία και Γερμανία) προτιμάται ο πετροβάµβακας λόγω της μεγάλης προστασίας ως προς την πυρκαγιά. Σε σύγκριση µε την εξηλασµένη πολυστερίνη ο πετροβάµβακας υπερισχύει στο θέμα της πυροπροστασίας (Παπαρίδου, 2010). Όταν χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές καλύπτεται με στεγανωτική μεμβάνη ενώ χρησιμοποιείται για ηχομόνωση αφού η εξηλασµένη πολυστερίνη δεν παρουσιάζει ηχοαπορροφητικότητα (Καραμάνος κ.α., 2005). Η κατανάλωση ενέργειας κατά την παραγωγή του ανέρχεται στα 925,38 ΜJ/Kg (Καραμάνος και άλλοι, 2005). Η ρύπανση που προκαλεί είναι κυρίως στις μονάδες παραγωγής (λόγω CO2) και κατά τη μεταφορά του (Μαυρίδου, 2010). Δεν ισχύει όμως το ίδιο για τα πρόσθετα υλικά και τις συγκολλητικές ύλες που αναμιγνύονται στη μάζα τους. Αυτές οι συνδετικές ουσίες έχουν σαν βάση τη φορμόλη και την ουρία και απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες τοξικής φορμαλδεΰδης (HCHO) (Τσίπηρας, 2005). 36

51 Η φορμαλδεΰδη είναι μια επικίνδυνη ουσία, ρυπογόνα, άχρωμη με οξεία χαρακτηριστική οσμή, διαλυτή στο νερό. Αποτελεί προϊόν ατελούς καύσης και βρίσκεται σε κατασκευαστικά υλικά (Πέτσαβα, 2006). Απελευθερώνεται στους εσωτερικούς χώρους λόγω της μεγάλης χρήσης των ρητινών που την εμπεριέχουν και από τις οποίες απελευθερώνεται. Τα περιβαλλοντικά οφέλη από τη χρήση πετροβάμβακα είναι : Η εμπεριεχόμενη ενέργεια των μονώσεων πετροβάμβακα είναι σχετικά υψηλή, συγκρινόμενη με άλλες ορυκτές μονώσεις, εξαιτίας της ενέργειας που καταναλώνεται κατά την τήξη των πετρωμάτων. Οι φυσικοί πόροι του πετροβάμβακα είναι άφθονοι. Οι μονώσεις πετροβάμβακα είναι ανακυκλώσιμες. Τα απορρίμματα του διατίθενται ως απλά οικοδομικά απορρίμματα. Τα πετρώματα των μονώσεων πετροβάμβακα δεν εγκυμονούν κινδύνους για την υγεία Επιπτώσεις στην Υγεία Σύμφωνα µε τον Οδηγό Κατάταξης των Επιχειρήσεων, η παραγωγή πετροβάµβακα κατατάσσεται στην Κατηγορία Α υψηλής επικινδυνότητας: Κωδικός 312. Παραγωγή πλαστικών υλών, συνθετικών ρητινών και τεχνητών ινών (Σανταμούρης και άλλοι., 2005). Ο πετροβάμβακας επειδή είναι ανόργανο υλικό, δεν περιέχει ουσίες βλαβερές για την ανθρώπινη υγεία. Ο παγκόσμιος οργανισµός υγείας καταττάσει τον πετροβάµβακα στα υλικά που δεν προκαλούν καρκίνο στον άνθρωπο όμως σε μακροχρόνια έκθεση του μπορεί να προκαλέσει προβλήματα υγείας, όπως ερεθισμούς στα μάτια, στο δέρμα αλλά και στο αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου. Ορισμένα είδη πετροβάμβακα είναι καταχωρημένα σαν καρκινογόνες ουσίες προς τον άνθρωπο. Η ευρωπαϊκή, η αγγλική, και ιρλανδική νοµοθεσία για την υγεία και την ασφάλεια, επιβεβαιώνουν ότι δεν υπάρχουν υποθέσεις ότι ο πετροβάµβακας είναι καρκινογόνο υλικό. Η ιεθνής Υπηρεσία Έρευνας για τον Καρκίνο (ΙΑRC) βασισµένη σε εκτεταµένες έρευνες παγκοσµίως ταξινοµεί το υλικό στην κατηγορία 3 αφού ο πετροβάµβακας περιέχει ένα αρκετά µικρό ποσοστό φολµαδεύδης ((Kudo et al, 2006, Παπαρίδου, 2010). Επισημαίνει όμως τον κίνδυνο αναπνευστικών μολύνσεων, λαρυγγίτιδων, φαρυγγίτιδων κλπ σε χώρες όπου ο πετροβάμβακας χρησιμοποιείται ως θερμομονωτικό υλικό (Τσίπηρας, 2005). 37

52 Σε έρευνες που έγιναν έδειξαν ότι εάν το μήκος και οι ίνες του πετροβάμβακα μειωθούν τότε όταν φτάσουν στους πνεύμονες αυτές χωνεύονται από τα κυψελιδικά μακροφάκα και αποβάλλονται από το σώμα. Τα μακροφάγα είναι κύτταρα των λευκών αιμοσφαιρίων που βρίσκονται στους πνεύμονες και εξουδετερώνουν τα ξένα σωματίδια (Γρίβας, 2006). Οι ίνες που απελευθερώνονται στον αέρα, είναι βιοδιασπώμενες και μπορεί να δημιουργήσουν πρόβλημα εισπνοής ενώ η σκόνη από τον πετροβάμβακα δημιουργεί ερεθισμό στα μάτια και. στιγμιαίο ερεθισμό στο δέρμα (φαγούρα). Οι εργαζόμενοι θα πρέπει να προφυλάσσονται με ειδικές μάσκες προσώπου, γάντια και ειδικό ρουχισμό ώστε να μην τις εισπνεύσουν. Στην Αγγλία αυτό προβλέπεται με ειδικό νόμο. Η χρήση χυτών μονώσεων σε εσωτερικούς χώρους επιβάλει τον πλήρη εγκιβωτισμό τους και πρέπει και να συνοδεύεται από επιμελημένη σφράγιση των αρμών του εγκιβωτισμού (Μαυρίδου, 2010). Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκαλούνται από την παραγωγή πετροβάμβακα είναι η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από επεξεργασία λιγνίτη και η εκφορά CO2, CO και το SO2 από πλευράς αέριων εκπομπών. Δεν ισχύει όμως το ίδιο για τις συγκολλητικές ύλες που αναμιγνύονται στη μάζα τους. Είναι απαραίτητη η ενημέρωση των καταναλωτών για την προέλευση, το είδος και την ποιότητα αυτών των πρόσθετων υλικών. Ο πετροβάµβακας περιέχει ένα αρκετά μικρό ποσοστό φορμαλδεΰδης. Έρευνες δείχνουν ότι δεν υπάρχουν αξιόλογες αυξήσεις στα ποσοστά της φορμαλδεΰδης σε κατασκευές-εγκαταστάσεις όπου χρησιμοποιείται ο πετροβάµβακας. Ο πετροβάµβακας έχει υποστεί ελέγχους και οι προδιαγραφές του τηρούν τα πιο αυστηρά μέτρα που θέτει η Ευρώπη για την απελευθέρωση της φορμαλδεΰδης. Η φορμαλδεΰδη (HCHO): είναι υποπροϊόν καύσης και ευρέως χρησιμοποιούμενη χηµική ουσία που βρίσκεται σε κατασκευαστικά υλικά. Αποτελεί μία απολυμαντική, συντηρητική και θεραπευτική ουσία. Η παρουσία της φορμαλδεΰδης στους εσωτερικούς χώρους οφείλεται κατά κύριο λόγο στη μεγάλη χρήση ρητινών που την εμπεριέχουν και από τις οποίες απελευθερώνεται. Τέτοιες ρητίνες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μονωτικών υλικών, επίπλων από κόντρα πλακέ, νοβοπάν ή άλλα συνθετικά ξύλα, συνθετικών μοκετών, υφασμάτων, επιπλώσεως, προϊόντα από χαρτί (χαρτοσακούλες, λαδόχαρτο), τα υφάσματα, τα χρώματα βαφής επιφανειών, ο καπνός του τσιγάρου, MDF, πολυουρεθάνη, διάφορα πλαστικά που χρησιμοποιούνται σαν στερεωτικά και συγκολλητικά, το τζάκι κ.λπ. Η φορμαλδεΰδη, µμαζί µε άλλες αλδεΰδες, αποτελεί επίσης ένα από τα προϊόντα που απελευθερώνονται κατά την καύση των τσιγάρων (Αργυροπούλου, 2007). 38

53 2.10. Ανάλυση Κύκλου Ζωής Η Ανάλυση κύκλου ζωής των υλικών είναι μια από τις τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί για τη βελτίωση και τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων είναι η μέθοδος της ανάλυσης κύκλου ζωής (Life Cycle Analysis-LCA). Η ανάλυση κύκλου ζωής είναι ένα εργαλείο που επιτρέπει να αξιολογηθεί το υλικό σε όλη τη διάρκεια ζωής του καθώς και της περιβαλλοντικής του επιβάρυνσης (Μαυρίδου, 2010). Η διαδικασία της συγκριτικής ανάλυσης που αξιολογεί τις επιβαρύνσεις στο περιβάλλον (έμμεσες και άμεσες) συνδέεται με ένα προϊόν προσδιορίζοντας την ενέργεια, τα υλικά και τα απόβλητα (Μολλά, 2013). Για να χρησιμοποιηθεί ένα υλικό πρέπει να πληροί όλα τα κριτήρια ώστε να προκαλεί τις ελάχιστες περιβαλλοντικές επιβαρύνσεις. Εκτιμώνται οι επιπτώσεις του από τη χρήση ενέργειας που απελευθερώνονται στο περιβάλλον. Η ανάλυση περιλαμβάνει τον κύκλο ζωής του τις πρώτες ύλες, εξόρυξη, υλοτόμηση, άντληση κτλ την εξαγωγή του την κατασκευή του, το στάδιο της παρασκευής στο εργοτάξιο την μεταφορά την απόρριψη και την ανακύκλωση. Η διάρκεια ζωής του υλικού προσδιορίζει και τη διάρκεια ζωής του κτηρίου. Κύριο μέλημα είναι η διαχείριση του κύκλου ζωής του προϊόντος που θα οδηγήσει σε μια βιώσιμη ανάπτυξη και μια πράσινη εφοδιαστική αλυσίδα (Emmett & Sood, 2010). Η μείωση δηλαδή του ανθρακικού αποτυπώματός της αλυσίδας εφοδιασμού. Αυτό επιτυγχάνεται με την ελαχιστοποίηση των ρύπων που εκπέμπονται, τη μείωση της χρησιμοποίησης πρώτων υλών και της ενέργειας που χρησιμοποιείται, την αύξηση της αποδοτικότητας των παραγωγικών διεργασιών, τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, την ανθεκτικότητα και την διάρκεια ζωής των προϊόντων και της ανακύκλωσής τους. Η αφετηρία για την ανάλυση του κύκλου ζωής του πετροβάμβακα ξεκινάει με την παραγωγή των πρώτων υλών από το φυσικό περιβάλλον (εξόρυξη των πετρωμάτων). Συνεχίζει με τη μεταφορά τους στα εργοστάσια με φορτηγά ή πλοία και ακολουθεί η παραγωγική διαδικασία ινοποίησης. Ακολουθεί ο ψεκασμός με ρητίνη φαινόλης-ουρίαςφορμαλδεΰδης (PUF) έτσι, ώστε να συγκολληθούν μεταξύ τους, ενώ προστίθεται σιλικόνη και ορυκτέλαιο. Μετά την τελική διαμόρφωση ακολουθούν τα στάδια της συσκευασίας των τελικών προϊόντων με τη χρήση πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE), καθώς και της κατάλληλης αποθήκευσής του σε αποθήκες. Τέλος γίνεται η μεταφορά από το εργοστάσιο στους πελάτες (Flury, 2012, Αϊβαζίδου, 2013). 39

54 Οι μεγάλες εταιρείες παραγωγής πετροβάμβακα όπως η Rockwool, η Paroc και η Knauf Insulation εφάρμοσαν μια σειρά από περιβαλλοντικές πρακτικές έτσι, ώστε να μειώσουν τον περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα και να επιτύχουν οικονομική βιωσιμότητα. Όπως π.χ. η Rockwool (2012) κάνοντας χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και εναλλακτικών καυσίμων, κατάφερε να μειώσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) ανά τόνο παραγόμενου πετροβάμβακα κατά 9% το 2011 σε σχέση με το Η Paroc (2012), χάρη στη σωστή επιλογή προμηθευτών, την ορθολογική χρήση ενέργειας και την ανακύκλωση, πέτυχε μείωση της τάξης των τόνων CO2 στο σύνολο της παραγωγής της το 2012 σε σχέση με το Η Knauf Insulation (2012) κατάφερε να ελαττώσει τις άμεσες εκπομπές CO2 ανά τόνο παραγόμενου προϊόντος (υαλοβάμβακα και πετροβάμβακα) κατά 2,8% το 2011 σε σχέση με το 2010, κυρίως λόγω της βελτίωσης της αποδοτικότητας των διεργασιών στην παραγωγή, αλλά και της χρήσης υλών που προέρχονται από ανακύκλωση. Όλα αυτά αφορούν στη στροφή των επιχειρήσεων σε χρήσεις για πράσινη ανάπτυξη και μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος (Σανταμούρης et al, 2005) Αντικατάσταση Αμιάντου Αμίαντος είναι η συλλογική ονομασία ορισμένων ορυκτών ινώδους μορφής. Από χημική άποψη είναι ένυδρα πυριτικά άλατα του μαγνησίου. Όμως, ανάλογα με το είδος τους, μπορεί να περιέχουν και ασβέστιο (Ca), σίδηρο (Fe) ή νάτριο (Na) καθώς και 2-4% ελεύθερο πυρίτιο (Si). Από τα πιο επικίνδυνα συστατικά για την υγεία του ανθρώπου είναι ο αμίαντος, ο χαλαζίας, τα ανόργανα συστατικά των ανθράκων αμφιβόλων, όπως ο ριβεκίτης (κροκιδόλιθος), ο γρουνερίτης (αμοσίτης), ο ανθοφυλλίτης, ο τρεμολίτης και ο ακτινόλιθος. Ο αμίαντος είναι ένα ιδιαίτερα τοξικός, ινώδους µορφής, που χρησιμοποιήθηκε πριν τη δεκαετία του 1970 ως πρώτη ύλη για την κατασκευή δομικών υλικών, υλικών πυροπροστασίας, μονωτικών υλικών σωληνώσεων και αγωγών, πλάκες αµιαντοτσιµέντου, συνθετικά πλακίδια πατωµάτων, υποστρώµατα δαπέδων βινυλίου και κόλλες κεραµικών πλακιδίων, ηχοµονωτικά υλικά, επιδιορθωτικές και συγκολλητικές ενώσεις και φύλλα επικάλυψης στέγης (ελενίτ). Η τοξικότητά του οφείλεται στην απελευθέρωση των ινών του, όταν τα υλικά που τον περιέχουν αρχίζουν να φθείρονται. Όταν οι ίνες αναμιγνύονται με το αέρα και εισπνέονται δημιουργούν προβλήματα υγείας. Ορισμένες από τις ασθένειες είναι: Καρκίνος, αμιάντωση (asbestocis), ίνωση (fibrocis), σιλίκωση (silicosis), καρδιακές 40

55 ασθένειες, βρογχίτης, πνευμονία, άσθμα, φυματίωση, νεφρίτης, πνευμονοκονίαση και διάφορες αναπνευστικές ασθένειες (Φιλιππίδης, 2006). Τα υλικά που περιέχουν αμίαντο εάν καλυφθούν με άλλα στεγανωτικά υλικά παραμένουν άθικτα και δεν παρουσιάζεται κίνδυνος υγείας. Η ειδική επιτροπή της ΕΟΚ από το 1977 έχει κατατάξει τον αµίαντο ανάµεσα στις πιο επικίνδυνες καρκινογόνες ουσίες και σε αρκετές αναπτυγµένες χώρες έχει απαγορευτεί η χρήση του λόγω της μεγάλης επικινδυνότητας του. Από το 1992 έχει περιοριστεί η παραγωγή και η χρήση προϊόντων αµιάντου Εμπορικές Μορφές Προϊόντων Πετροβάμβακα Για να διατεθεί στο εμπόριο παράγεται σε ρολά- παπλώματα (μαλακά προϊόντα) καθώς και σε πλάκες (μορφοποιημένα, σκληρότερα προϊόντα) σε διάφορες διαστάσεις και με διαφορετική πυκνότητα κατάλληλα για διάφορες χρήσεις. Επίσης ανάλογα με τις ανάγκες ο πετροβάμβακας μπορεί να παραχθεί είτε ως έχει είτε με επικάλυψη υλικού όπως: φύλλων αλουμινίου, ασφαλτικό υλικό ή υαλούφασμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις για να μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιούνται και ειδικά προϊόντα με ενσωματωμένο γαλβανισμένο πλέγμα. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά με ανεκτά όρια τιμών των ιδιοτήτων του πετροβάμβακα είναι (Πίνακας 2): Τα προϊόντα πετροβάμβακα παράγονται σε : σκληρές, ημίσκληρες και εύκαμπτες πλάκες σε ρολά και σε υλικό χύμα Τα προϊόντα του πετροβάμβακα διατίθενται και με επικαλύψεις για να ικανοποιήσουν ειδικές απαιτήσεις εφαρμογών όπως : Μεμβράνη αλουμινόχαρτου οπλισμένη με υαλόπλεγμα Μεμβράνη αλουμινίου οπλισμένη με υαλόπλεγμα Μαύρο μη-υφαντό υαλοπίλημα Λευκό μη-υφαντό υαλοπίλημα Χαρτί Kraft Ασφαλτικό επίχρισμα 41

56 Πίνακας 2: Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του πετροβάμβακα (Κουντούρης, 2009) Οι μονώσεις πετροβάμβακα που υπάρχουν στην αγορά έχουν μορφή σκληρών και μαλακών πλακών ή είναι χυτές (Εικόνα 18). 42

57 Οι σκληρές και οι μαλακές πλάκες πετροβάμβακα μπορούν να τοποθετηθούν εσωτερικά σε στέγες για τη θερμομόνωσή τους (Εικόνα 19). Η τοποθέτησή τους ως εξωτερική μόνωση δομικών στοιχείων δεν συνιστάται, εξαιτίας της υδροαπορροφητικότητας του πετροβάµβακα (Εικόνα 20). Ο πετροβάμβακας συναντάται στις εξής εμπορικές μορφές (Κουντούρης, 2009): Μονωτικά Ρολό πετροβάµβακα για τυπικές εφαρμογές Θερμο-ηχομόνωση, σε εφαρμογές, στην τοιχοποιία, ξηρά δόμηση, στέγες. Πάπλωμα πετροβάµβακα με Κοτετσόσυρμα. Το πάπλωμα του πετροβάµβακα με κοτετσόσυρμα παράγεται και συναντάται στο εμπόριο κυρίως σε 3 πυκνότητες 65, 80 και 100 kg/m³ και χρησιμοποιείται κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Πλάκες πετροβάµβακα για επικαλύψεις πλακών πετροβάµβακα. Οι πλάκες πετροβάμβακα μπορούν να παραχθούν με διάφορες επικαλύψεις, όπως: Φύλλο αλουμινίου, υαλούφασμα άσπρο και μαύρο. Πλάκες πετροβάµβακα με ασφαλτική στρώση. Οι πλάκες πετροβάµβακα με ασφαλτική στρώση, χρησιμοποιούνται για θερμο- ηχομόνωση, δαπέδων και δωμάτων. Χύμα πετροβάµβακας για τυπικές εφαρμογές. Ο χύμα πετροβάµβακας εφαρμόζεται σε Boiler, σε Container κ.ο.κ. Το προϊόν συναντάται στο εμπόριο συσκευασμένο σε σάκους των 80 και των 400Kgr (Κουντούρης, 2009). Εικόνα 18: Φωτογραφία προιόντος πετροβάμβακα επονομαζόμενη σκληρή πλάκα πετροβάμβακα ( 43

58 Εικόνα 19: Φωτογραφία χρήσης πετροβάμβακα σε εσωτερικό χώρο που απεικονίζει εσωτερική θερμομόνωση με προστατευτική επικάλυψη ( Εικόνα 20: Φωτογραφία χρήσης υλικού για εσωτερική μόνωση στέγης με πετροβάμβακα, σε επισκευή κτηρίου (Φωτογραφία του Armin Kübelbeck, 44

59 Οι χυτές μονώσεις ινών ή νιφάδων πετροβάμβακα είναι συσκευασμένες σε σάκους και τοποθετούνται με έγχυση ή εμφύσηση σε εσωτερικά διάκενα δομικών στοιχείων, όπως σε δικέλυφες κατασκευές ή σε κατασκευές, όπου τα διάκενα δεν είναι εύκολα προσιτά, όπως σε τρούλους ή θόλους (Εικόνα 21)(Κουντούρης, 2009). Εικόνα 21: Φωτογραφία εμπορικής μορφής πετροβάμβακα νιφάδες ( 45

60 46

61 3. Πρόγραμμα σε συνεργασία με την εταιρία παραγωγής πετροβάμβακα FIBRAN Στα πλαίσια του προγράμματος 914-ΒΕΤ-2013(ΠΑΒΕΤ) ζητήθηκε ο χαρακτηρισμός τόσο των φυσικών πρώτων υλών όσο και του ALUFLUX (εξαφρίσματα αλουμινίου που αποτελεί υπο-προιόν της εγχώριας βιομηχανίας ΕΛΒΑΛ), που χρησιμοποιούνται για την βιομηχανική παραγωγή προϊόντων πετροβάμβακα από τη FIBRAN στην Τερπνή Σερρών. Βασικός στόχος του προγράμματος η παραγωγή λευκότερου χρώματος πετροβάμβακα. Για το σκοπό αυτό εστάλησαν συνολικά δεκατρία δείγματα πρώτων υλών (Πίνακας 3) από τη FIBRAN στο Πανεπιστήμιο Πατρών, όπου και μελετήθηκαν ως προς τις ορυκτολογικές τους παραγενέσεις και τη μικροδομή τους. Πίνακας 3: Δείγματα πρώτων υλών που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη α/α Δείγμα Συντομογραφία δείγματος 1 Νέο λατομείο αποσαθρωμένο Νο1-αρχή δρόμου F1 2 Νέο λατομείο αποσαθρωμένο Νο2 F2 3 Νέο λατομείο αποσαθρωμένο Νο3 F3 4 Νέο λατομείο αποσαθρωμένο Νο4-τέλος δρόμου F4 5 Νέο λατομείο υγιές πέτρωμα F5 6 Αμφιβολίτης παλαιό πέτρωμα F6 7 Μίγμα τροφοδοσίας από παλαιό πέτρωμα F7 8 Μίγμα τροφοδοσίας από νέο πέτρωμα F8 9 Βωξίτης F9 10 Δολομίτης F10 11 Οξείδιο ασβεστίου (CaO) F11 12 ΑLUFLUX F12 13 Δείγμα ινών πετροβάμβακα F13 47

62 3.1. Διερεύνηση Επίδρασης Πρώτων Υλών για την Παραγωγή Υψηλών Προδιαγραφών Πετροβάμβακα Στην Τερπνή Σερρών βρίσκονται οι εγκαταστάσεις του εργοστασίου FIBRAN (Εικόνα 22) με δύο μονάδες παραγωγής, της εξηλασμένης πολυστερίνης και του ορυκτοβάμβακαπετροβάµβακα. Η παραγωγή προϊόντων πετροβάµβακα φτάνει τις t/y με μέγιστη δυναμικότητα t/y. Η FIBRAN είναι το μοναδικό εργοστάσιο παραγωγής πετροβάµβακα στην Ελλάδα και το πέμπτο στην Ευρώπη σύμφωνα με τα στοιχεία της Eurima. Η Fibran προσανατολίζεται στην παραγωγή προϊόντων πετροβάµβακα λευκότερου χρώματος διατηρώντας αφενός την υψηλή στάθμη προδιαγραφών των προϊόντων που παράγει και αφετέρου να κρατήσει το επίπεδο τιμών σε ανταγωνιστικό επίπεδο. Το ένα εκ των ιδιόκτητων λατομείο εξόρυξης αμφιβολίτη που εκμεταλλεύεται βρίσκεται σε τοποθεσία κοντά στο εργοστάσιο παραγωγής. Ο αμφιβολίτης (παλαιό πέτρωμα) μεταφέρεται και αποθηκεύεται στη φυσική του μορφή υπαίθρια και εκεί ξεκινά η επεξεργασία του όπου μέσω κατάλληλων διεργασιών θραύσης αποκτά την τελική κοκκομετρική μορφή που απαιτείται. Η FIBRAN επεκτάθηκε και σε δεύτερο ιδιόκτητο λατομείο εξόρυξης διορίτη (Εικόνα 23), οπού με την ίδια επεξεργασία φτάνει στην παραγωγική διαδικασία. Για την παραγωγή υψηλών προδιαγραφών πετροβάμβακα βασικό ρόλο παίζει η σύσταση των πρώτων υλών δηλαδή τα πετρώματα που χρησιμοποιούνται πχ. βασάλτης, διαβάσης, αμφιβολίτης κλπ και επομένως απαιτείται η χημική ανάλυσή τους. Επίσης βασικό ρόλο παίζουν οι συγκολλητικές ύλες καθώς και η μέδοθος παραγωγής. Εικόνα 22: Τοποθεσία Εταιρίας Fibran και των ιδιόκτητων λατομείων ( 48

63 Εικόνα 23: Πέτωμα χαλαζιακού διορίτη στην Τερπνήν Σερρών 3.2. Περιβαλλοντικά Οφέλη με τη χρήση Παραπροϊόντων Το αργίλιο ή αλουμίνιο είναι ένα αργυρόλευκο μέταλλο στοισχείο. Είναι το πιό αφθονο μέταλλο στο φλοιό της γης. Το αλουμίνιο λόγω των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων είναι ένα μέταλλο με πολύ μεγάλο εύρος δυνατοτήτων. Έχει χαμηλό ειδικό βάρος, είναι ανθεκτικό σε διάβρωση γιατί είναι συνεχώς καλυμμένο με στρώμα οξειδίου του αργιλίου, που εμποδίζει τη διάβρωση να εξαπλωθεί. Το αλουμίνιο επίσης δεν καίγεται, δεν είναι τοξικό, δεν μαγνητίζεται και είναι πολύ καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και της θερμότητας. Τα κράματα αλουμινίου συνυπάρχουν κυρίως: Χαλκός (Cu) Μαγγάνιο (Mn) Πυρίτιο ( Si ) Μαγνήσιο ( Mg ) Ψευδάργυρος (Zn) Σίδηρος (Fe) Για την παραγωγή κραμμάτων αλουμινίου πραγματοποιείται τήξη των κραμμάτων με προσθήκη στοιχείων και χύτευσης. Το Aluflux (εξάφρισμα αλουμινίου) αποτελεί υποπροϊόν δευτερογενούς παραγωγής προϊόντων κράματος αλουμινίου, η σύνθεση του οποίου το καθιστά ελκυστικό για χρήση σε 49

64 διεργασίες αναγωγικής τήξης ανόργανων πρώτων υλών που απαιτούν πρώτη ύλη φορέα αλουμίνας. Επιπλέον η περιεκτικότητά του σε μεταλλικό ΑΙ και ΑΙΝ του δίνουν χαρακτήρα αναγωγικού μέσου κατά τη σύγχρονη τήξη του με ορυκτά μεταλλικά οξείδια χαμηλότερης θέσης στην ηλεκτροχημική σειρά των μετάλλων όπως οξειδίου του σιδήρου. Στην περίπτωση του πετροβάμβακα η επιλογή της τροφοδοσίας του Aluflux σε κατάλληλες αναλογίες στο μίγμα των πρώτων υλών έχει σα στόχο την ελεγχόμενη μείωση του επιπέδου των οξειδίων του σιδήρου στην παραγόμενη λάβα από 11 έως 6% κ.β. μέσω αναγωγής τους αποδίδοντας έτσι στην επίτευξη του στόχου της FIBRAN για προϊόν λευκότερου χρώματος διατηρώντας ή βελτιώνοντας τις προδιαγραφές των φυσικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων του. Επιπλέον η χρήση του βιομηχανικού υποπροϊόντος aluflux αντί του βωξίτη έχει σημαντικά περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα και δεν αυξάνει το κόστος παραγωγής. Έτσι επιτυγχάνεται το χαμηλότερο κόστος καθώς και η ανακύκλωση και χρήση η ανακυκλώμενου υλικού Μείωση κόστους Παραγωγής Στη βιομηχανία FIBRAN Α.Ε. ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πετροβάμβακα χρησιμοποείται ο αμφιβολίτης. Καθώς όμως τα αποθέματα του αμφιβολίτη εξαντλήθηκαν η εύρεση νέου κοιτάσματος σε κοντινή περιοχή, διορίτη πραγματοποίησαν τη συνέχιση της παραγωγής πετροβάμβακα. Οι επιπτώσεις όμως από αυτή την εξόρυξη αφορούν κυρίως στην καταστροφή του τοπίου λόγω της αλλοίωσης του φυσικού τοπίου της περιοχής λόγω των εκσκαφών αλλά και της απόθεσης των στείρων καθώς επίσης και την αλλοίωση της μορφολογίας του εδάφους και της βιοποικιλότητας. Τα τελευταία χρόνια το περιβαλλοντικό αποτύπωμα μιας εξόρυξης μπορεί να αποκατασταθεί με σωστό σχεδιασμό αλλά και συντονισμένη προσπάθεια για διαχείριση των εξορυκτικών αποβλήτων. Αυτό επιτυγχάνεται με την εκμετάλλευση των στείρων υλικών μέσω της μετατροπής τους σε εκμεταλλεύσιμα προϊόντα. Με την εφαρμογή της Νομοθεσίας Διαχείρισης Εξορυκτικών Αποβλήτων επιτυγχάνεται η μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος μίας μονάδας εξόρυξης δεδομένου ότι επιτυγχάνεται: η πρόληψη ή μείωση της παραγωγής αποβλήτων και των επιβλαβών τους επιπτώσεων, η προαγωγή της αξιοποίησης των εξορυκτικών αποβλήτων μέσω της ανακύκλωσης, της επαναχρησιμοποίησης ή ανάκτησής 50

65 τους και τέλος, η εξασφάλιση ασφαλούς μελλοντικής διάθεσης των εξορυκτικών αποβλήτων (Σπυράκος, 2012). Ο πετροβάµβακας είναι υλικό που ανακυκλώνεται κατά 16-30% επομένως με την επαναχρησιμοποίηση του έχουμε εξοικονόμηση πρώτων υλών αλλά και ενέργειας (Μαυρίδου, 2010). Η ζήτηση από τις αγορές για βελτίωση και ανάπτυξη μονωτικών υλικών στην οικοδομική βιομηχανία συνεχώς αυξάνεται. Οι έρευνες συνεχίζονται για την ανεύρευση όχι μόνο νέων καινοτόμων προϊόντων που να βασίζονται στα προϊόντα πετροβάμβακα αλλά και σε άλλες εφαρμογές. Οι έρευνες επίσης πρέπει να στραφούν και στις πρώτες ύλες για την περίπτωση της σταδιακής μείωσης των αποθεμάτων των κοιτασμάτων που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα. Μία νέα πρόταση για τα ελληνικά δεδομένα είναι η χρήση του δουνίτη ή του ανδεσίτη ως πρώτη ύλη για την παραγωγή νέου πετροβάμβακα ύστερα και από τον εντοπισμό των αποθέσεων δουνιτών στην Βάβδο Χαλκιδικής και αντίστοιχα των ανδεσιτών στην περιοχή της Βέροιας. Είναι και τα δύο πετρώματα παρόμοιας χημικής σύστασης όπως θα δούμε παρακάτω με αυτή των υλικών που χρησιμοποιεί η βιομηχανία FIBRAN A.E Βελτιστοποίηση Ιδιοτήτων Τελικού Προιόντος Οι ανάγκες της παγκόσμιας και Ελληνικής αγοράς δομικών στοιχείων κατευθύνονται προς την παραγωγή νέου είδους πετροβάµβακα λευκότερου χρώματος υψηλών προδιαγραφών χωρίς όμως να αυξηθεί το κόστος παραγωγής και πρώτων υλών. Το λευκότερο χρώμα πετροβάµβακα χρησιμοποιείται ως ηχοαπορροφητική επένδυση τοίχων η οποία απαιτεί λιγότερη ποσότητα χρώματος επικάλυψης οπότε λιγότερο κόστος κατασκευής από τον καταναλωτή. Για να δημιουργηθεί το ανοιχτόχρωμο αυτό προϊόν θα πρέπει αρχικά οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται να είναι μικρότερης περιεκτικότητας σε σίδηρο σύμφωνα με την τυπική «συνταγή» παρασκευής πετροβάμβακα. Στη συνέχεια απαιτείται η πλήρη εκμετάλλευση του aluflux σε κατάλληλες αναλογίες με το μίγμα των πρώτων υλών, το οποίο έχει σαν στόχο την ελεγχόμενη μείωση του επιπέδου των οξειδίων του σιδήρου στην παραγόμενη λάβα. Η σκορπισμένη αλουμίνα που βρίσκεται μέσα στο Aluflux βοηθάει στη λεύκανση του μίγματος. Επιπλέον θα πρέπει σε όλη αυτή την διεργασία αλουμινοθερμικής αναγωγικής τήξης να υπάρξει λεύκανση του χρώματος το οποίο συνεπάγει 51

66 και την ταυτόχρονη συλλογή στον πυθμένα της Η/Κ μετάλλου από την αναγωγή των μεταλλικών οξειδίων σιδήρους αλλά και νικελίου των φυσικών πρώτων υλών (αμφιβολίτη, βωξίτη) με αποτέλεσμα την συμπαραγωγή ενός νέου προϊόντος χαμηλοκραματικού σιδηρονικελίου. Μείωση κόστους μπορεί να επιτευχθεί λόγω χρήσης του Aluflux σε αντικατάσταση του Βωξίτη. Ο βωξίτης αποτελεί την κυριότερη πηγή μεταλλεύματος αργιλίου (αλουμινίου). Η επεξεργασία του είναι υδρομεταλλουργική και σε πρώτο στάδιο, παράγεται αλουμίνα με εκχύλιση του βωξίτη υπό πίεση και στη συνέχεια, αλουμίνιο με ηλεκτρόλυση της αλουμίνας. Ο βωξίτης δεν εξορύσσεται πλησίον της περιοχής της Τερπής αλλά μεταφέρεται από άλλες περιοχές ανεβάζοντας έτσι το κόστος με τον έναν ή τον άλλο τρόπο. Η χρήση του Aluflux είναι οικονομικότερη λύση λόγω του ότι αυτό είναι παραπροϊόν κατεργασίας των ξαφρισμάτων αλουμινίου κατά την ανακύκλωση του αλουμινίου. Για την παραγωγή των κραμάτων αλουμινίου ακολουθείται η μέθοδος της τήξης, της κραματοποίησης με την προσθήκη στοιχείων και χύτευσης. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται εξοικονόμηση ενέργειας στην παραγωγική διαδικασία, περιορισμός πρώτων υλών αλλά και προστασίας του περιβάλλοντος λόγω μείωσης εκπομπών ρύπων. Για να καταδειχθεί η σημαντικότητα της ανακύκλωσης, τονίζεται ότι ενώ για την πρωτογενή παραγωγή 1 κιλού αλουμινίου με ηλεκτρόλυση αλουμίνας από βωξίτη απαιτείται ενέργεια 14 kwh (κιλοβατώρες), η ανακύκλωση της ίδιας ποσότητας από scrap χρειάζεται μόνο 5% της ενέργειας ηλεκτρόλυσης. Άλλος ένας ουσιαστικός θετικός παράγοντας της χρήσης του Aluflux είναι ότι η περιεκτικότητά του σε σίδηρο (αιματήτης) είναι μικρότερη του βωξίτη. Για παραγωγή αλουμίνας ο βωξίτης περιέχει περισσότερο από 45-50% Al2O3, λιγότερο από 20% Fe2O3 και μέχρι 5% πυρίτιο (σε διάφορες μορφές). Συμπερασματικά η μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αιματίτη στο βωξίτη μας δίνει σκουρότερο χρώμα στην παραγωγή πετροβάμβακα, ενώ με τη χρήση Aluflux πέραν την οικονομικότερης λύσης έχουμε και ανοικτότερου χρώματος παραγόμενο προϊόν. Η ύπαρξη πρώτων υλών είναι απαραίτητο να βρίσκονται σε κοντινή απόσταση από το εργοστάσιο. Αυτό επιδιώκεται ώστε να μειωθεί το κόστος μεταφοράς ή προμήθειας πρώτων υλών αλλά και της μείωσης του συνολικού χρόνου παραγωγής καθώς και της μείωσης εργατικού κόστους. 52

67 4. Υπαίθρια Έρευνα της Τερπνής Σερρών Προκειμένου να μελετηθούν τα δείγματα των φυσικών πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πετροβάμβακα, πραγματοποιήθηκε υπαίθρια έρευνα απ' όπου έγινε και συλλογή των δειγμάτων των φυσικών πρώτων υλών με σκοπό την εξακρίβωση τόσο των πετρωμάτων που συλλέξαμε με βάση τις αναφορές στη συγκεκριμένη περιοχή, όσο και καταπόσο είναι εφικτό να βρούμε αυτά τα πετρώματα στην περιοχή περισυλλογής δειγμάτων Γεωγραφική Τοποθέτηση Ο νομός Σερρών ανήκει στην περιφέρεια της κεντρικής Μακεδονίας. Συνορεύει ανατολικά με τους νομούς Καβάλας και Δράμας, δυτικά με τους νομούς Θεσσαλονίκης και Κιλκίς και βόρεια με τη Βουλγαρία. Συνδέει το Αιγαίο πέλαγος με το εσωτερικό των Βαλκανίων (Εικόνα 24). Η γεωγραφική θέση του νομού ορίζεται με τις συντεταγμένες 41,05 το βόρειο γεωγραφικό του πλάτος και 23,34 το ανατολικό γεωγραφικό του μήκος από Γκρίνουιτς. (Παπακυριάκου, 2013) Εικόνα 24: Απεικόνιση χάρτη της Ελλάδος με σκιασμένο το νομό Σερρών ( 53

68 Το έδαφος της περιοχής χαρακτηρίζεται σαν πεδινό-ημιορεινό και περικλείεται Ανατολικά από τις οροσειρές Ορβήλου- Μενοικίου-Παγγαίου και Δυτικά από τις Κερκίνης- Βερτίσκου- Κερδυλίων. Η συνολική έκταση του νομού ανέρχεται σε τετραγωνικά χιλιόμετρα. Κυρίαρχο στοιχείο στο φυσικό περιβάλλον του νομού Σερρών είναι η απέραντη εύφορη πεδιάδα του, που περικλείεται από οροσειρές δασώδεις, με έντονη χειμαρρική δράση. Βασικό υδρογραφικό στοιχείο του νομού αποτελεί ο ποταμός Στρυμώνας, που πηγάζει στη Βουλγαρία και εκβάλλει στο Στρυμωνικό κόλπο (Ορφανού), διασχίζοντας το νομό. Ο κυριότερος παραπόταμος του είναι ο Αγγίτης στο Ανατολικό τμήμα του νομού, όπου ρέει μεταξύ του Παγγαίου και του Μενοικίου όρους, σχηματίζοντας το φαράγγι του Αγγίτη, δίπλα στα σπήλαια της Αλιστράτης. Στο επιφανειακό υδατικό δυναμικό του νομού συγκαταλέγεται και η λίμνη Κερκίνη, της οποίας η έκταση φθάνει στα στρέμματα. (Παπακυριάκου, 2013) Η Τερπνή είναι κωμόπολη του νομού Σερρών. Βρίσκεται σε απόσταση 22 χιλιομέτρων δυτικά από τις Σέρρες και σε υψόμετρο 80 μέτρων στους πρόποδες του όρους Βερτίσκου. (Εικόνα 24) Εικόνα 24: Απεικόνιση χάρτη νομού Σερρών με επισήμανση το χωριό του σημείου δειγματοληψίας- Τροποποιημένος ( macedo nia/ map_serres.html) 54

69 4.2. Γεωλογική ανασκόπηση της περιοχής έρευνας Συνοπτική Περιγραφή Εξέλιξης του Ελληνικού Χώρου Οι Ελληνίδες οροσειρές, που ανήκουν στο Διναρικό κλάδο του Αλπικού συστήματος, υποδιαιρούνται σε γεωτεκτονικές ζώνες και λέγονται «Ελληνίδες ζώνες». Η διαμόρφωση της γεωλογικής δομής του Ελληνικού χώρου είναι αποτέλεσμα τεκτοορογενετικών διεργασιών, στα όρια των λιθοσφαιρικών πλακών Λαυρασίας και Γκοτβάνας. Από τον Ατλαντικό μέχρι τον Ειρηνικό υπήρχε μια μεγάλη ωκεάνια θάλασσα, η θάλασσα της Τυθύος, η οποία ήταν υπεύθυνη για τη γεωλογική διαμόρφωση των ορεινών μαζών, από τη γένεση μέχρι το κλείσιμο της. Κάθε γεωτεκτονική ζώνη συνίσταται από μια ορισμένη στρωματογραφική διαδοχή των στρωμάτων της, από τους ιδιαίτερους λιθολογικούς χαρακτήρες της και από την ιδιαίτερη τεκτονική της συμπεριφορά, στοιχεία που εξαρτώνται από την παλαιογεωγραφική της θέση (αύλακα, ύβωμα, χέρσος). Οι περιοχές που κατατάσσονται στην ίδια ζώνη έχουν τα παραπάνω χαρακτηριστικά πανομοιότυπα. Από τα ανατολικά προς τα δυτικά οι Ελληνικές γεωτεκτονικές ζώνες όπως αναφέρεται στη συνέχεια είναι : 1. Μάζα της Ροδόπης 2. Σερβομακεδονική μάζα 3. Περιροδοπική ζώνη 4. Ζώνη Παιονίας 5. Ζώνη Πάϊκου Ζώνη Αξιού 6. Ζώνη Αλμωπίας 7. Πελαγονική ζώνη 8. Αττικο-κυκλαδική ζώνη 9. Ζώνη Παρνασσού - Γκιώνας 10. Ζώνη Ωλονού - Πίνδου 11. Ζώνη Γαβρόβου - Τρίπολης 12. Αδριατικοϊόνιος ζώνη 13. Ζώνη Παξών ή Προαπουλία Οι γεωτεκτονικές ζώνες της Ελλάδας χωρίζονται στις «εσωτερικές Ελληνίδες» και στις «εξωτερικές Ελληνίδες». Οι ονομασίες τους οφείλονται στο ότι οι εσωτερικές Ελληνίδες 55

70 κατέχουν τα εσωτερικά τόξα των Ελληνίκων οροσειρών και οι εξωτερικές Ελληνίδες τα εξωτερικά τόξα. Στις εσωτερικές Ελληνίδες κατατάσσονται οι ζώνες Περιροδοπική, Παιονίας, Πάικου, Αλμωπίας, Αττικο-κυκλαδική, Πελαγονική και Υποπελαγονική, ενώ στις εξωτερικές Ελληνίδες κατατάσσονται οι ζώνες Παρνασσού- Γκιώνας, Γαβρόβου- Τρίπολης, Ωλονού- Πίνδου, Παξών και Αδριατικοϊόνιος. Οι μάζες Ροδόπης και Σερβομακεδονική αποτελούν την «Ελληνική Ενδοχώρα», που είναι τμήμα του παλιού πυρήνα που περιβαλλόταν από τους δύο αλπικούς κλάδους (Μουντράκης. 2010) Γεωλογική Τοποθέτηση του Νομού Σερρών Η μάζα της Ροδόπης είναι η περιοχή από τον Έβρο έως την ανατολική όχθη του Στρυμώνα. Η Σερβομακεδονική μάζα είναι η περιοχή μεταξύ της δυτικής όχθης του ποταμού Στρυμώνα και της Περιροδοπικής ζώνης (Kockel,1965, Mercier 1966, Kockel, 1968). Η επαφή των δύο ζωνών (εφίπευση Ροδόπης στη Σερβομακεδονική) εντοπίζεται κατά μήκος του ποταμού Στρυμώνα. Δεν είναι όμως ορατή καθώς καλύπτεται από τις νεογενείς και τεταρτογενείς αποθέσεις της κοιλάδας του Στρυμώνα- Σερρών. Στη λεκάνη του ποταμού έχει εντοπιστεί σημαντικό γεωθερμικό πεδίοκάτι που υποδηλώνει μια πρόσφατα ενεργή τεκτονική γραμμή. Ο νομός Σερρών Γεωλογικά ανήκει στην Ελληνική Ενδοχώρα και τοποθετείται αριστερά του ποταμού Στρωμώνα στη Σερβομακεδονική μάζα και δεξιά του ποταμού στην μάζα της Ροδόπης. Η μάζα της Ροδόπης συνιστά μια παλιά κρυσταλλική μάζα. Η Σερβομακεδονική μάζα είχε ανάλογη παλαιογεωγραφική θέση με τη Ροδόπη. Κατά ένα μεγάλο μέρος τους αποτελούσαν ρηχές θάλασσες κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού αιώνα (Μέσο Τριαδικό- Κάτω Ιουρασικό). Ένα μεγάλο τμήμα της Ροδοπικής μάζας παρέμεινε συνεχώς χέρσος. Σύμφωνα με τις απόψεις της παγκόσμιας τεκτονικής τόσο η Σερβομακεδονική μάζα καθώς και η μάζα της Ροδόπης θεωρούνται ηπειρωτικές μάζες και τμήματα της λιθοσφαιρικής πλάκας της Λαυρασίας Σερβομακεδονική ζώνη Η Τερπνή Σερρών τοποθετείται στη Σερβομακεδονική μάζα (Εικόνα 25). Η Σερβομακεδονική μάζα διαιρείτε σε δύο μεταμορφικές σειρές, του Βερτίσκου και των Κερδυλλίων. Η Τερπνή Σερρών ανήκει στη σειρά του Βερτίσκου. Η Σερβομακεδονική μάζα 56

71 περιλαμβάνει πετρώματα Παλαιοζωικής ή νεότερης ηλικίας τα οποία αποτελούνται κατά βάση από μάρμαρα, βιοτιτικούς γνεύσιους, μαρμαρυγιακούς και αμφιβολιτικούς σχιστόλιθους, μεταγάββρους, μεταδιαβάσες, αμφιβολίτες και διάσπαρτα σερπεντινικά σώματα. Στη συνέχεια παρατείθεται ο γεωλογικός χάρτης της περιοχής της δειγματοληψίας (Εικόνα 26). Η Σερβομακεδονική έχει υποστεί επανειλημμένες τεκτονικές επιδράσεις μέχρι την τελική της διαμόρφωση. Η πρώτη τεκτονική δράση ήταν προ- Άνω Παλαιοζωική, στην οποία μεταμορφώθηκαν και πτυχώθηκαν τα πετρώματα αυτής της μάζας. Η δεύτερη ορογενετική περίοδος είναι η Αλπική, η οποία όπως προαναφέρθηκε τοποθετείται μεταξύ Άνω Ιουρασικού και Κάτω Κρητιδικόυ. Σε αυτή συνέβη δεύτερη φάση πτυχώσεων και η δεύτερη ανάδρομη πρασινοσχιστολιθική μεταμόρφωση. Στην ίδια περίοδο υπήρξε και η δημιουργία των μεγάλων γρανιτικών όγκων της μάζας. Εικόνα 25: Απεικόνιση χάρτη Γεωτεκτονικών ζωνών της Ελλάδας, σκιασμένη με χρώμα παρουσιάζεται η Σερβομακεδονική μάζα- Τροποποιημένος (Μουντράκης, 2010) 57

72 Εικόνα 26: Τροποποιημένος χάρτης GIS του φύλλου ΙΓΜΕ «ΣΟΧΟΣ». Τα σημεία απεικονίζουν τις περιοχές συλλογής δειγμάτων (Στα αριστερά συλλέχθηκαν τα δείγματα αμφιβολίτης και στα δεξιά τα δείγματα χαλαζιακού διορίτη). 58

73 59

74 60

75 ΜΕΡΟΣ Α 61

76 62

77 5. Πετρογραφική Μελέτη Λιθοτύπων 5.1. Εισαγωγή Η περιοχή που πραγματοποιήθηκε η δειγματοληψία των πετρωμάτων ήταν η Τερπνή Σερρών. Τα δείγματα μελετήθηκαν πετρογραφικά με σκοπό τον προσδιορισμό της ορυκτολογικής τους σύστασης και της πετρογραφικής τους ταξινόμησης. Η επεξεργασία των δειγμάτων καθώς και η παρασκευή όλων των λεπτών- στιλπνών τομών πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Έρευνας Ορυκτών και Πετρωμάτων του Τμήματος Γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Η πετρογραφική μελέτη πραγματοποιήθηκε με πολωτικό μικροσκόπιο διερχόμενου φωτός τύπου Leitz Wetzlar. Τα δείγματα που μελετήθηκαν σε αυτή τη φάση όπως προαναφέρθηκε είναι για την παραγωγή πετροβάμβακα με φυσική πρώτη ύλη τον αμφιβολίτη, καθώς και των πρόσθετων υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή του μίγματος όπως θα αναφερθεί αναλυτικά στη συνέχεια Αμφιβολίτης Μακροσκοπική και μικροσκοπική μελέτη Αμφιβολίτη Το πέτρωμα αυτό είναι ολοκρυσταλλικό και έχει καστανοπράσινο χρώμα (Εικόνα 27). Έχει συμπαγή υφή. Μακροσκοπικά διακρίνονται οι μακροπρισματικοί κρύσταλλοι της κεροστίλβης. Το μέγεθος των κόκκων ποικίλει από λίγα mm μέχρι 1cm. Οι αμφιβολίτες είναι προϊόντα κυρίως καθολικής μεταμόρφωσης μέτριου βαθμού. 63

78 (α) (β) Εικόνα 27: Αντιπροσωπευτικές μακροσκοπικές φωτογραφίες του δείγματος χειρός Αμφιβολίτη (δείγμα F6) Μικροσκοπικά ο αμφιβολίτης (F6, F7) αποτελείται από τα κύρια ορυκτά κεροστίλβη πλαγιόκλαστα. Δευτερογενώς επικρατούν τα ορυκτά τιτανίτης, χαλαζίας, χλωρίτης, αδιαφανή ορυκτά και το επίδοτο κυρίως στο δείγμα F7. Το F7 παρουσιάζεται περισσότερο εξαλλοιωμένο από το F6. Περιέχει ασβεστίτη υπό μορφή φλεβών, συγκεντρώσεις μικροκρυσταλλικού-κρυπτοκρυσταλλικού χαλαζία καθώς και άλλων μικροκρυσταλλικών ορυκτών. Οι ιστοί που αναγνωρίστηκαν κατά τη μικροσκοπική μελέτη των αμφιβολιτών είναι λεπιδοβλαστικός και γρανοβλαστικός. Οι αμφίβολοι (κεροστίλβη) αναπτύσσουν το λεπιδοβλαστικό ενώ οι άστριοι το γρανοβλαστικό. Τα αδιαφανή ορυκτά που παρουσιάζονται υπό μορφή φλεβών φαίνεται να έχουν εισχωρήσει δευτερογενώς στα πετρώματα αυτά. Πρόκειται για λεπτόκοκκα πετρώματα όπου το μέγεθος των κρυστάλλων της κεροστίλβης κυμαίνεται στο 0,4-1,7mm και των πλαγιοκλάστων απο 0,3-1,3 mm (Τσούτσικα και άλλοι, 2005), ενώ τα παραπάνω χαρακτηριστικά με την εμφάνιση των ορυκτών της ομάδας επιδότου (επίδοτο, ζωισίτης) κατηγοριοποιούν τα δείγματα σε μεταμορφωμένα τύπου αλβιτικού-επιδοτιτικού αμφιβολίτη της κατώτερης αμφιβολιτικής φάσης (Εικόνα 28). Οι άστριοι απεικονίζονται με λευκά, γκρι χρώματα ενώ η κεροστίλβη με ροζ-καφέ-κίτρινα χρώματα πόλωσης 2ης τάξης της κλίμακας Michel-Levi. 64

79 Εικόνα 28: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία αμφιβολίτη (Δείγμα F6, X nicols) Μελέτη Αμφιβολίτη στο Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο (SEM) Από τα αποτελέσματα της ορυκτοχημείας στα δείγματα του αμφιβολίτη (F6, F7) προέκυψε ότι η σύσταση της αμφιβόλου αντιστοιχεί σε μιας ενδιάμεσης σύστασης αμφιβόλου και πιο συγκεκριμένα κεροστίλβης. Τα πλαγιόκλαστα είναι σύστασης κυρίως ολιγοκλάστου ενώ συμμετέχει και καλιούχος άστριος. Ως δευτερογενή ορυκτά αναγνωρίσθηκαν το επίδοτο, ζιρκόνιο και ο τιτανίτης (Εικόνα 29). Στο δείγμα F6 σε επιφάνεια θραύσματος παρατηρήθηκαν νεοσχηματισμένοι κρύσταλλοι σμεκτίτη οι οποίοι έχουν προκύψει από την εξαλλοίωση αστρίων (Εικόνα 30α) και μαρμαρυγιών (Εικόνα 30β). Συνήθως οι άστριοι και οι μαρμαρυγίες είναι μερικώς εξαλλοιωμένοι, σε κάποιες όμως περιπτώσεις εμφανίζονται πλήρως εξαλλοιωμένοι σε σμεκτίτη. Παρ όλα αυτά, η ανίχνευση του σμεκτίτη σε χαμηλά ποσοστά με τη μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ (όπως φαίνεται παρακάτω) αλλά και η πετρογραφική παρατήρηση των δειγμάτων του αμφιβολίτη στο πολωτικό μικροσκόπιο, δηλώνει χαμηλό βαθμό εξαλλοίωσης των πετρωμάτων αυτών. 65

80 (α) (β) (γ) Εικόνα 29: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων υποπεριοχής του δείγματος αμφιβολίτη (F6) (Hbl: κεροστίλβη, Zirc: ζιρκόνιο, Ep: επίδοτο, Phyll: φυλλοπυριτικό, Feld: άστριος Ti: τιτανίτης) (β) Απεικόνιση φάσματος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης EDX τιτανίτη (γ) Απεικόνιση φάσματος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης EDX ζιρκονίου 66

81 (α) Plg (β) Sm Εικόνα 30): Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων στη οποία (α) φαίνεται η μερική εξαλλοίωση των αστρίων και των φυλλοπυριτικών (μοσχοβίτη) (β) η μερική εξαλλοίωση των αστρίων σε σμεκτίτη. sm: σμεκτίτης, plg: πλαγιόκλαστο 67

82 Relative Intensity Περιθλασία Ακτίνων -Χ στο δείγμα του Αμφιβολίτη (XRD) Από τα ακτινογραφημάτων των δειγμάτων F6, F7 αναγνωρίστηκαν ως κύρια ορυκτά η κεροστίλβη και οι άστριοι. Οι άστριοι φαίνεται συστασιακά να αντιστοιχούν σε αλκαλικούς και ενδιάμεσα προς όξινα πλαγιόκλαστα. Τα φυλλοπυριτικά ορυκτά που ανιχνεύτηκαν ανήκουν κυρίως στην ομάδα των αργιλικών ορυκτών και συγκεκριμένα στην οικογένεια του ιλλίτη, ενώ μετά από επεξεργασία του δείγματος με αιθυλενογλυκόλη κατέστη εφικτή και η αναγνώριση της παρουσίας σμεκτίτη. Στο δείγμα F7 είναι εμφανής η παρουσία του επιδότου (Εικόνα 31). Smectite Chlorite F2g F3g F7g F8g o 2 Εικόνα 31: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ επιλεγμένων δειγμάτων επεξεργασμένων με γλυκόλη από τα οποία φαίνεται η παρουσία σμεκτίτη μόνο στο δείγμα F7 και χλωρίτη στα F2, F3 και F8 68

83 5.3. Πρόσθετα υλικά Για την παρασκευή του μίγματος σε δεύτερη φάση χρησιμοποιήθηκαν πρόσθετα υλικά. Τα υλικά αυτά προσθέτονται στο μίγμα για να μπορέσουν να εξισορροπηθούν τα ποσοστά του CaO και του Al2O3 που χρειάζεται για τη διεξαγωγή της βιομηχανικής παραγωγής πετροβάμβακα Βωξίτης Ο βωξίτης είναι πέτρωμα χρώματος σκούρο καφέ έως σκούρο κόκκινο. Έχει μεγάλο ειδικό βάρος. Είναι διαπερατό πέτρωμα που περιέχει σίδηρο (Fe) και είναι πλούσιο σε αλουμίνιο (Al). Το παρακάτω δείγμα δεν είναι από δειγματοληψία αλλά είναι προϊόν εμπορίου (Εικόνα 32). Στάλθηκε από την εταιρία της FIBRAN A.E. η οποία τον χρησιμοποιεί στο μίγμα των πρώτων υλών. Εικόνα 32 : Αντιπρωσωπευτική μακροσκοπική φωτογραφία εμπορικού πετρώματος βωξίτη (Δείγμα F9 ) Στο δείγμα F9, στην πρώτη ύλη του βωξίτη αναγνωρίστηκαν οι φάσεις του διασπόρου, ασβεστίτη, αιματίτη, +/- ανατάση, +/-γκαιτίτη, +/- ιλμενίτη και πυρίτη (Εικόνα 33). 69

84 Diasp Lin (Counts) Diasp Cc Diasp Hem Diasp Anat Hem Hem Hem Cc Hem Diasp Hem Dia Theta - Scale Εικόνα 33: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ δείγματος βωξίτη (Diasp: διάσπορο, Anat: ανατάσης, Ca: ασβεστίτης, Hem :αιματίτης 70

85 Ασβεστίτης Πρόκειται για ανθρακικό ορυκτό. Έχει λευκό χρώμα, θαμπή υαλώδη λάμψη, μικρό ειδικό βάρος και σκληρότητα 3 (Εικόνα 34) (Χατζηπαναγιώτου, 2008). Μικροσκοπικά παρατηρήθηκε ότι το δείγμα αποτελείτε πάνω από 90% ασβεστίτη με το ορυκτό να παρουσιάζει τον τριπλό σχισμό που το χαρακτηρίζει και στα κάθετα Nicols τα έντονα χρώματα πόλωσης (Εικόνα 35). Πρόκειται για εμπορικά διαθέσιμο προϊόν το οποίο χρησιμοποιεί η εταιρία FIBRAN για εξισορρόπηση του CaO στην βασική τους συνταγή (Πίνακας 4) Εικόνα 34 : Αντιπρωσωπευτική μακροσκοπική φωτογραφία εμπορικού ασβεστίτης (Δείγμα F11) Εικόνα 35: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία ασβεστίτη (F11)(Αριστερά // nicols, δεξιά X nicols) 71

86 Στο F11 η άσβεστος υπό την επίδραση ατμοσφαιρικών συνθηκών έχει μετατραπεί δευτερογενώς σε πορτλανδίτη και ασβεστίτη (Εικόνα 36) Lin (Counts) Cc Port 400 Port Cc Port Cc Cc Cc Theta - Scale Εικόνα 36: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ δείγματος F11 οξειδίου του ασβεστίου (Port: πορτλανδίτης, Ca: ασβεστίτης) 72

87 Δολομίτης Ο δολομίτης ανήκει και αυτός στην ομάδα των ανθρακικών ορυκτών. Είναι λευκού χρώματος με σκληρότητα και μικρό ειδικό βάρος (Εικόνα 37). Βρίσκεται σε μεγάλη ποσότητα σε ιζηματογενή πετρώματα. Θεωρείται πέτρωμα δευτερογενούς προέλευσης. Σχηματίζεται με αντικατάσταση ενός μέρους του ασβεστίου των ασβεστολιθικών πετρωμάτων από το μαγνήσιο των μαγνησιούχων διαλυμάτων. Η αντικατάσταση είναι συνήθως μερική. Έτσι τα δολομιτικά πετρώματα περιλαμβάνονται από μίγμα ασβεστίτη και δολομίτη (Χατζηπαναγιώτου, 2008). (α) (β) Εικόνα 37 : (α)αντιπρωσωπευτική μακροσκοπική φωτογραφία εμπορικού δολομίτη (β)εικόνα δολομίτη (F10) σε πολωτικό μικροσκόπιο (X nicols) Μικροσκοπικά ο δολομίτης παρουσιάζει στα κάθετα Nicols έντονα χρώματα πόλωσης 2ης-3ης τάξης της κλίμακας του Michell-Levy (Εικόνα 38). Με το πολωτικό μικροσκόπιο δεν ήταν δυνατό να διακριθεί η δευτερεύουσα φάση του ασβεστίτη. Όπως φαίνεται παρακάτω η φάση αυτή αναγνωρίστηκε με την περιθλασιμετρία ακτίνων Χ. Ανιχνεύθηκε επίσης και με την ηλεκτρονική μικροσκοπία. Το δείγμα F10 περιέχει ως κύρια φάση το δολομίτη και χαμηλά ποσοστά ασβεστίτη (Εικόνα 38). 73

88 Dol Lin (Counts) Dol Dol Cc Dol Dol Dol Dol Dol Theta - Scale Εικόνα 38: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ δείγματος δολομίτη (F10) (Dol: δολομίτης Ca: ασβεστίτης) 74

89 5.4. Aluflux Το Aluflux αποτελεί το υλικό εξαφρίσματος αλουμινίου της βιομηχανίας ΕΛΒΑΛ (Εικόνα 39). (α) (β) Εικόνα 39 : Αντιπρωσωπευτική μακροσκοπική φωτογραφία παραπροϊόντος Aluflux σε κοκκομετρικό μέγεθος 1-4mm εμπορικής χρήσης (F12) Μελέτη Aluflux στο Ηλεκτρονιακό Μικροσκόπιο Το Aluflux αποτελείται από σωματίδια διαφόρων διαστάσεων και χωρίς συγκεκριμένη μορφολογία (Εικόνα 40). Το μέγεθος των σωματιδίων αυτών ξεκινάει από τη νανοκλίμακα και φτάνει σε κόκκους διαστάσεων αρκετών mm. Λόγω αυτής της ανομοιογένειας της δομής του, διενεργήθηκαν ημιποσοτικές μικροαναλύσεις των φάσεων που παρουσιάζονται υπό μορφή φασμάτων (Εικόνα 41). Από τα αποτελέσματα των μικροαναλύσεων προσέγγισε επίσης τις συστάσεις των σπινελίων και φαίνεται να αντιστοιχούν σε σπινέλιο MgOAl2O3 αλλά και μικτούς σπινέλιους μετά από αντικαταστάσεις στο πλέγμα από ιόντα Μn, Fe, Ni, Ti ή/και Cr ενώ σιδηρούχος ολιβίνης, ιλμενίτης και πυρίτης μπορεί να συμμετέχουν (Εικόνα 42). Πιθανόν να λαμβάνουν χώρα σε μικρά ποσοστά αντικαταστάσεις από ξένα ιόντα στις φάσεις του μεταλλικού αλουμινίου της αλούμινας καθώς και σε οξείδια του σιδήρου. 75

90 Εικόνα 40: Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων σε φρέσκια επιφάνεια θραύσματος δείγματος Aluflux (F12) (α) (β) Εικόνα 41: Απεικόνιση φάσματος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης EDX (α) Al 2 O 3 + σπινέλιου (:Αλουμίνα) του δείγματος Aluflux (β) μεταλλικού αλουμινίου 76

91 Εικόνα 42: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων του Aluflux (Al:μεταλλικό αλουμίνιο, Al 2 O 3 : αλουμίνα, Ox: οξείδια, Sp: σπινέλιος, AIN: νιτρίδιο του αλουμινίου) Περιθλασία Ακτίνων-Χ (XRD) Στο δείγμα F12, στο υποπροϊόν ALUFLUX αναγνωρίστηκαν οι φάσεις: μεταλλικό αλουμίνιο, νιτρίδιο του αλουμινίου και σε χαμηλότερα ποσοστά ορυκτά της ομάδας του σπινελίου, αλούμινα, +/- πυρολουσίτης (Εικόνα 43). 77

92 Lin (Counts) Al AlN Al AlN 500 Al Sp Pyr Sp Alum. Alum AlN Alum. AlN AlN Theta - Scale Εικόνα 43 Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ δείγματος F12 Αluflux : Al: αλουμίνιο, ΑlN: νιτρίδιο του αλουμινίου, Αlum: αλούμινα, Sp: σπινέλιος, Pyr: πυρολουσσίτης. 78

93 6. Χρήση Παραπροϊόντος ως Πρώτη Ύλη 6.1. Κριτήρια Επιλογής Μίγμάτων- Συνταγές Στο πλαίσιο του προγράμματος 914-ΒΕΤ-2013(ΠΑΒΕΤ) πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με Aluflux. Από άλλους φορείς του προγράμματος πραγματοποιήθηκε με παραμετροποιημένο σύστημα ισοζυγίων μάζας πρόβλεψη για τη χημική σύσταση της σκωρίας με βάση τη χημική ανάλυση και την αναλογία των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται από την εταιρία μέχρι σήμερα (Πίνακας 4). Αυτό έγινε με σκοπό τη μείωση του ποσοστού του περιεχόμενου οξειδίου FeOx από 11% σε 6%. Σκοπός αυτής της μείωσης όπως έχει προαναφερθεί είναι το λευκότερο χρώμα πετροβάμβακα. Στις συνταγές χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη το πέτρωμα του αμφιβολίτη. Πίνακας 4 : Πρότυπη Συνταγή που χρησιμοποιεί σήμερα η εταιρία για παραγωγή πετροβάμβακα SiO 2 CaO + MgO Al 2 O 3 FeO x 37% >26% 18% 6-11% Έτσι επιλέχθηκαν οι δύο συνταγές με βάση τα κριτήρια του FeO (Πίνακας 4) με επιθυμητές ποσότητες σκωρίας, καθώς με επίτευξη οι τιμές των σημαντικότερων ιδιοτήτων βρίσκονται πλησίον των τιμών της σύνηθους παραγωγικής διαδικασίας. Η συνταγή Α δημιουργήθηκε για να μελετηθεί η πιστοποίηση βιοδιασπώμενης ίνας. Στη συνταγή προστέθηκε 7% Aluflux και το ποσοστό του σιδήρου ανέρχεται στο 2%. Το προϊόν που δημιουργήθηκε από τη συνταγή αυτή είχε έντονο ξανθό χρώμα. Η συνταγή Β αρχικά δημιουργήθηκε για τη μελέτη και τη βελτίωση της αντίστασης του υλικού στη φωτιά (πυραντοχή), στη συνέχεια όμως μελετήθηκε για την βιοδιαλυτότητα. Στη συνταγή προστέθηκε 2% Aluflux. Βασιζόμενοι λοιπόν στην αρχική συνταγή που χρησιμοποιεί η FIBRAN (Πίνακας 4), οι συνταγές δίνονται στους παρακάτω πίνακες: 79

94 Πίνακας 5,6: Συνταγές για παρασκευή πετροβάμβακα Συνταγή Α Αμφιβολίτης 69,00 Βωξίτης 4,50 Δολομίτης 4,50 CaO 15,00 Aluflux 7,00 Total 100 Συνταγή B Αμφιβολίτης 70,00 Βωξίτης 7,00 Δολομίτης 5,00 CaO 16,00 Aluflux 2,00 Total Παρουσίαση Παραγωγικής Διαδικασίας Η διαδικασία που ακολουθείται για την παρασκευή των μιγμάτων των πρώτων υλών περιγράφεται όπως: Αρχικά οι πρώτες ύλες μεταφέρονται στο εργοστάσιο από το λατομείο και αποθηκεύονται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στη συνέχεια ζυγίζονται, αναμιγνύονται και μεταφέρονται πάνω από την ηλεκτρική κάμινο. Τα τοιχώματα της ηλεκτρικής καμίνου είναι επενδυμένα με διπλά φύλλα χάλυβα στα οποία ανάμεσα περνάει νερό για την επίτευξη της αλλαγής της θερμοκρασίας του φούρνου. Ο πυθμένας του ηλεκτρικού φούρνου είναι επενδυμένος με πυρίμαχα τούβλα και στρώσεις πυρίμαχης σκόνης. Στη νεώτερη γραμμή του πετροβάµβακα υπάρχει περιστροφικός φούρνος όπου το μίγμα των πετρωμάτων παραμένει για 1 ώρα και περιστρέφεται σε θερμοκρασία 550 ο C πριν μπει στον ηλεκτρικό φούρνο. Το δείγμα παραμένει γύρω στις 2,5 ώρες πριν μπει μέσα σε αυτή. Η προσθήκη του μίγματος των πετρωμάτων στο φούρνο είναι περίπου 3700 kg/hr. Η θερμοκρασία ανεβαίνει γύρω στους ο C εξαιτίας της αντίδρασης της υγρασίας και του CaΟ. Στην επιφάνεια του τήγματος δημιουργείται από την προσθήκη του υλικού ένα λεπτό στρώμα το οποίο τήκεται σταδιακά και ενσωματώνεται στην λάβα. Παράλληλα η λάβα βγαίνει από την έξοδο και κατευθύνεται στο σύστημα ινοποίησης. Ο ρυθμός τήξης του μίγματος είναι ανάλογος του ρυθμού προσθήκης υλικού στο φούρνο, δηλαδή 3700 kg/hr. Η τήξη του μίγματος πραγματοποιείται στη μέγιστη θερμοκρασία, ανάμεσα σε 3 ηλεκτρόδια γραφίτη (Εικόνα 44). Η θερμοκρασία μειώνεται βαθμιαία προς τα τοιχώματα. 80

95 Στο σημείο που η λάβα εξέρχεται από το φούρνο η θερμοκρασία κυμαίνεται ~1520 ο C ενώ στον ινοποιητή είναι στους 1420 ο C. Εξαιτίας της μεγάλης ποσότητας του ατμοσφαιρικού αέρα, το τμήμα της ινοποίησης έχει περίπου θερμοκρασία περιβάλλοντος. Τα δείγματα που μελετήθηκαν σε αυτό το στάδιο είναι αυτά που προέκυψαν μετά από τις βιομηχανικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν. Αυτά είναι τα τήγματα, οι ίνες και ο εμπορικός πετροβάµβακας Α και Β από τις αντίστοιχες συνταγές Α και Β (Πίνακας 5,6) Εικόνα 44: Φωτογραφία ηλεκτροδίων γραφίτη στο εσωτερικό της ηλεκτρικής καμίνου στο εργοστάσιο της FIBRAN 6.3. Τήγμα: 1 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Σε αυτό το στάδιο μελετήθηκαν τα δύο δείγματα τηγμάτων από τις προαναφερθέντες συνταγές. Όπως εν μέρει έχει αναφερθεί (Βλέπε Κεφάλαιο 5) η ορυκτοχημεία των δειγμάτων και η μικροδομή τους μελετήθηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης τύπου LEO SUPRA 35VP, εφοδιασμένο με σύστημα φασματομέτρου ανάλυσης διαχεόμενης ενέργειας (ΕDX), χρησιμοποιώντας είτε λεπτές-στιλπνές τομές ή/και φρέσκια επιφάνεια. Οι αναλύσεις έλαβαν χώρα στο εργαστήριο ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και μικροανάλυσης στο Ινστιτούτο Χημικής Μηχανικής και Χημικών διεργασιών Υψηλής Θερμοκρασίας, του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ). Η προετοιμασία των λεπτών-στιλπνών τομών πραγματοποιήθηκε στο παρασκευαστήριο του Εργαστηρίου Ερευνας Ορυκτών και Πετρωμάτων του τομέα Ορυκτών Πρώτων Υλών του Τμήματος Γεωλογίας. 81

96 Πετρογραφική Μελέτη Τηγμάτων Το παραγόμενο τήγμα Α συγκριτικά με το τήγμα Β μακροσκοπικά φαίνονται σχεδόν ίδια (Εικόνα 45). Είναι στιλπνού μαύρου χρώματος και λεία. Έχουν υαλώδη λάμψη και κογχώδη θραυσμό παρόμοιο με αυτό ενός ηφαιστειακού γυαλιού (π.χ. Οψιδιανός). Το τήγμα αναμένεται να έχει λιγότερο από 1% περιεκτικότητα κατά βάρος νερό μιας και η θερμοκρασία παρασκευής του ήταν γύρω στους ο C. Το τεχνητό παρασκεύασμα τήγματος είναι ένα άμορφο υλικό. Μετά τη δημιουργία του το επιφανειακό στρώμα της υγρής λάβας ψύχεται απότομα και γίνεται γυαλί. Το υπόλοιπο υλικό όμως κρυσταλλοποιείται σε μια αργή διαδικασία όπως θα δούμε παρακάτω (Villemant, 2009). (α) (β) Εικόνα 45: Φωτογραφία Παραγόμενου τήγματος συνταγής Α(α) και συνταγής Β(β) Μικροσκοπική μελέτη Τήγματος Α Για την μικροσκοπική μελέτη στο πολωτικό μικροσκόπιο διερχόμενου φωτός χρησιμοποιήθηκαν δύο τομές οι ονομαζόμενες Τήγμα Α και Τήγμα Β οι οποίες παρασκευάστηκαν στο Πανεπιστήμιο Πατρών από τα δείγματα του παραπάνω τήγματος. Στο τήγμα Α όλη η μάζα είναι άμορφη. Το δείγμα χαρακτηρίζεται από υελώδη ιστό (Χατζηπαναγιώτου, 2009), με εμφάνιση μικροπορώδους σε μορφή απομονωμένων σφαιροειδών σχημάτων, κρυσταλλίτες ή μικροδιαύλων (Εικόνες 46,47), καθώς επίσης και συγκεντρώσεων, αν και όχι συχνών, αδιαφανών ορυκτών (μαύρου χρώματος σε παράλληλα και διασταυρωμένα Nicols) ή άλλων ανισότροπων ορυκτών (κίτρινα-λευκά-γρίζα 1 ης τάξης χρώματα πόλωσης στα διασταυρωμένα Nicols) που η μικροκρυσταλλικότητά τους σε συνδυασμό και με την συνύπαρξη άμορφης μάζας δεν επιτρέπει την ασφαλή ταυτοποίησή τους μέσω της πετρογραφικής μελέτης (Εικόνα 48 α,β) (Chauvette, 1989). 82

97 (α) (β) Εικόνα 46: Μικροσκοπική εικόνα άμορφης μάζας του τήγματος Α. ((α) // nicols, (β) X nicols) (α) (β) Εικόνα 47: Μικροσκοπική εικόνα από κρυσταλλίτες στην άμορφη μάζα του τήγματος Α. ((α) // nicols, (β) X nicols) (α) (α) (β) FeS2 Al Εικόνα 48: Μικροσκοπική εικόνα φαινοκρυστάλλων στην άμορφη μάζα του τήγματος Α. ((α) // nicols, (β) X nicols) 83

98 Από ποιοτικές μόνο αναλύσεις EDS ηλεκτρονικής μικροσκοπίας (Εικόνες 49,50) στην περιοχή της ίδιας Εικόνας 48, τα αδιαφανή ορυκτά θα μπορούσαν να ταυτοποιηθούν ως σιδηροπυρίτης (πιθανά αποτελεί πρωτογενές ορυκτό των Ά υλών) και μεταλλικό αλουμίνιο. Οι κρυσταλλίτες εσωτερικά είναι σύστασης FeS2, ενώ το σύνολό τους όπως αποδείχθηκε από οπισθοσκεδαζομένων ηλεκτρονίων αποτελούνται κυρίως από σύσταση σιδήρου (Εικόνα 48γ). Το μεταλλικό αλουμίνιο πιθανά ανιχνεύτηκε λόγω του ότι οι συνθήκες τήξης στην Η/Κ (χρόνος, ανάδευση) δεν ήταν αρκετός ώστε να μπορέσει να αντιδράσει όλο το διαθέσιμο μεταλλικό Αl προς αναγωγή των FeOx ενώ με βάση τα οπτικά χαρακτηριστικά του οπτικού μικροσκοπίου (Μαχαίρας,1985, Mackenzie, 1980) σε συνδυασμό και με την αρχική ύπαρξη διεσπαρμένης αλούμινας στην πρώτη ύλη του Αluflux, το ανισότροπο ορυκτό θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως πρωτογενής υπολειμματική αλούμινα μετά και την διαδικασία τήξης. Παρόλα αυτά σε πολύ χαμηλά ποσοστά μέσα στη δομή ανιχνεύτηκε τόσο Αl όσο και Αl2O3. Αυτά τα συσσωματώματα εσωτερικά είναι σύστασης FeS2, δηλαδή πρόκειται για σιδηροπυρίτη. Στο σύνολό τους αποτελούνται κυρίως από σύσταση σιδήρου (Εικόνα 47,48). (γ) Εικόνα 48γ: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων του φαινοκρυστάλλου, Στο σύνολο του είναι Al σύστασης και στο εσωτερικό του αποτελείται από πολύ μικρούς κρυστάλλους σιδηροπυρίτη 84

99 Εικόνα 49: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σε μεταλλικό Αl της Εικόνας 82. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω άμορφης περιοχής του Αl Εικόνα 50: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σε σιδηροπυρίτη (FeS 2 ) της Εικόνας 82. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω άμορφης περιοχής του πυρίτη Στην τομή από την εξέταση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου (SEM) παρατηρούνται επίσης μικροί κρύσταλλοι < 1mm (Εικόνα 51) που είναι σχεδόν εξολοκλήρου σιδηρούχου σύστασης (Εικόνα 52) ενώ σε ορισμένους κρυστάλλους εμπεριέχετε αξιόλογο ποσοστό νικελίου. Το δείγμα φαίνεται να έχει έντονο πορώδες. Οι κρύσταλλοι Fe-Ni φαίνεται να δημιουργήθηκαν κατά την τήξη του μίγματος και να επικάθισαν στον πυθμένα λόγο μεγάλου ειδικού βάρους. Οι κρύσταλλοι Fe-Νι μπορεί πιθανά να είναι κάποιος Austenite, όπου είναι ένα τυπικό προϊόν χαλυβουργίας και να προέκυψε από τις αναγωγικές συνθήκες τήξης του υλικού (Hayzelden et al, 1983). 85

100 Εικόνα 51: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων που απεικονίζει τα ορυκτά οξειδίου του σιδήρου με λευκό φωτεινό χρώμα και την άμοργη μάζα με γκρι χρώμα Εικόνα 52: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σε κρύσταλλο οξειδίου του σιδήρου (FeΟ) της Εικόνας 85. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω άμορφης περιοχής Σε επιφάνεια θραύσματος του δείγματος Τήγμα Α με την ηλεκτρονική μικροσκοπία (SEM), παρουσιάζεται πολύ χαρακτηριστικά η σφαιροειδής κατά κύριο λόγο μορφολογία των κρυσταλλιτών με μέγεθος έως 2μm, μέσα στην άμορφη μάζα. Πραγματοποιήθηκε γραμμική χαρτογράφηση της κατανομής των στοιχείων (line scan) κατά μήκος της σχεδιασμένης γραμμής (Εικόνα 53) στην οποία παρατηρείται ότι στα σφαιρικά συσσωματώματα η σύσταση είναι κυρίως σιδηρούχα ενώ η σύσταση της άμορφης μάζας (γκρι περιοχή) είναι κυρίως ασβεστο-αλουμινο-πυριτική. 86

101 (β) (α) Εικόνα 53: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), σε επιφάνεια θραύσματος του δείγματος τήγμα Α το οποίο απεικονίζει (α) τη σφαιροειδής μορφολογία των εγκλεισμάτων μέσα στην άμορφη μάζα. (β) Γραμμική Χαρτογράφηση της κατανομής των στοιχείων (line scan) κατά μήκος της σχεδιασμένης γραμμής της εικόνας (α). 87

102 Με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο τύπου SEM Zeiss SUPRA 35VP και ύστερα από χαρτογράφηση κατανομής στοιχείων σε περιοχή της μικροδομής του ίδιου δείγματος Τήγμα Α σε στιλπνή -λεπτή επιφάνεια (Εικόνα 54α) πρόεκυψε μέσα στο ίδιο έγκλεισμα διαμέτρου περίπου 50μm, η συνύπαρξη κυρίως σιδηροπυρίτη (Εικόνα 54β) ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζεται και η κατανομή των στοιχείων που επικρατούν στην άμορφη μάζα (Εικόνα 54γ). (α) (β) Εικόνα 54: Οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων εικόνα (SΕΜ), σε επιφάνεια λεπτής-στιλπνής τομής του δείγματος τήγμα Α: (α): σφαιροειδής μορφολογία κρυσταλλίτη μέσα στην άμορφη μάζα. (β, γ): Χαρτογράφηση της κατανομής των στοιχείων (elemental mapping) της Εικόνας 88α (Εικόνα88γ)1.Fe, 2.Ca, 3.Si, 4.Al, 5.Mg, 6.S, 7.Ti, 8.K, 9.Na, 10.O 88

103 Πιθανά κατά την αντίδραση αλουμινοθερμικής αναγωγής των FeOx στη φάση της σκωρίας τα παραγόμενα μεταλλικά σφαιρίδια (κόκκοι/φύτρες σφαιρικής μορφής, ρευστά, πυρηνοποιούνται και συσσωματώνονται λόγω επιφανειακών δυνάμεων και δεν έχουν καταβυθιστεί πλήρως στο υποκείμενο μέταλλο όπως προαναφέρθηκε, δηλαδή δεν έχει γίνει πλήρης διαχωρισμός φάσεων, και παραμένουν στο τήγμα ως συσσωματώματα. Μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση η οποία επιβεβαιώνει και την προηγούμενη διαδικασία είναι ότι τα συσσωματώματα κρυσταλλικών φάσεων αυτά και κυρίως τα μεγαλύτερα συσσωματώνουν υλικό από μικρότερους κρυσταλλίτες της γειτνιάζουσας περιοχής (Εικόνα 55). (α) (β) (γ) Εικόνα 55: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων σε επιφάνεια θραύσματος του δείγματος Τήγμα Α όπου (α) απεικονίζει τα μεταλλικά σφαιρίδια που δημιουργούν συσσωμάτωμα (β) η δημιουργία του πυρήνα της εικόνας 89α (γ) μεταλλικά σφαιρίδια πρίν δημιουργήσουν συσσωμάτωμα 89

104 Όσον αφορά τα μικρότερα συσσωματώματα η διακριτική ικανότητα της μεθόδου είναι τέτοια που δεν επιτρέπει να διακριθεί αν αυτά είναι συσσωματώματα κρυσταλλιτών. Η διαδικασία συσσωμάτωσης είναι διακριτή στην Εικόνα 56 όπου τέσσερα συσσωματώματα διαμέτρου nm αρχίζουν να ενώνονται. Όσο μεγαλύτερο συνεπώς είναι ο κρυσταλλίτης τόσο αυξάνεται η απόσταση από τους γειτνιάζουσες κρυσταλλίτες δημιουργώντας ένα τέλειο σχεδόν κύκλο. Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και στον χώρο και όχι μόνο στο επίπεδο, συνεπώς στην πραγματικότητα αποτελούν σφαίρα και όχι κύκλο. Η μελέτη αυτών των δομών δείχνει ότι η ακτίνα αυτής της σφαίρας είναι 5-6 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα του συσσωματώματος για κρυσταλλίτη >0,5μm. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παραπάνω διαδικασία αφορά στα μεγαλύτερα συσσωματώματα κρυσταλλίκης φάσης και όχι στα μικρότερα (<50nm)(Εικόνα56). Εικόνα 56: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων σε επιφάνεια θραύσματος του δείγματος Τήγμα Α όπου απεικονίζει τη χαρακτηριστική διακύμανση διαμέτρου των πυρήνων από 34,68-453,3nm Τα μεγαλύτερα συσσωματώματα που παρατηρήθηκαν είναι της τάξης περίπου των 50μm. Αυτό σημαίνει ότι τα μεγαλύτερα από αυτήν την τάξη μεγέθους συσσωματώματα έχουν καθιζάνει. Προκειμένου να καταβυθιστούν θα πρέπει το μέγεθός τους σε σχέση με το ιξώδες της σκωρίας να είναι τέτοιο ώστε από το Νόμο του Stokes να μπορεί να γίνει η καταβύθιση στο χρόνο παραμονής τους στην ηλεκτρική κάμινο. Η καταβύθιση προωθείται με αύξηση της θερμοκρασίας, επομένως και μείωση του ιξώδους της σκωρίας (Kim, 2005). Επιπροσθέτως τα μεγαλυτέρου μεγέθους συσσωματώματα δεν είναι κατανεμημένα στη μάζα σε μεγάλο ποσοστό, συνεπώς δεν αναμένεται να προκαλέσουν σημαντική ανομοιογένεια της δομής του τήγματος ώστε να λειτουργήσουν ως ανασταλτικές εστίες σχηματισμού ινών στο επόμενο στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας. 90

105 Μικροσκοπική μελέτη Τήγματος Β Το τήγμα Β, παρουσιάζει ομοίως υελώδη ιστό (Chauvette, 1989). Πρόκειται για άμορφη μάζα στην οποία διακρίνονται κρυσταλλίτες πολύ μικρότερου μεγέθους από αυτούς του προηγούμενου δείγματος (Εικόνα 57). Οι κρυσταλλίτες είναι αργιλο-πυριτικής σύστασης (Nikanorova, 2005). Συγκριτικά με το Τήγμα Α, αυτό το δείγμα φαίνεται να παρουσιάζει μικρότερο πορώδες κυρίως με μορφή σφαιροειδών απομονωμένων πόρων(εικόνα 58). Οι κρυσταλλίτες μέσα στη μάζα του εμφανίζονται πιο σπάνια, συνήθως σχηματίζοντας σφαιρικές φύτρες μικρότερης συνήθως διαμέτρου (Εικόνα 59) σε σχέση με εκείνα του τήγματος Α (Εικόνα 51). (α) (β) Εικόνα 57: Μικροσκοπική εικόνα κρυσταλλίτη στην άμορφη μάζα του δείγματος Λάβα Β. ((α) // nicols, (β) X nicols) (α) (β) Εικόνα 58: Μικροσκοπική εικόνα άμορφης μάζας με κρυσταλλίτες του δείγματος Λάβα Β. ((α) // nicols, (β) X nicols) 91

106 Εικόνα 59: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), σε επιφάνεια λεπτής-στιλπνής τομής του δείγματος Τήγμα Β. Τα συσσωματώματα απεικονίζονται με λευκό φωτεινό χρώμα, ενώ η άμορφη μάζα με γκρι Σε θραύσμα φρέσκιας επιφάνειας του δείγματος Τήγμα Β εντοπίσθηκε μέσα στην άμορφη μάζα, φυλλοπυριτικό ορυκτό που πιθανά κρυσταλλώθηκε δευτερογενώς κατά την απότομη ψύξη του τήγματος (Εικόνα 60). Εικόνα 60: Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων (SEM) φυλλοπυριτικό ορυκτό (μέσα στον κόκκινο κύκλο) στην άμορφη μάζα του Τήγματος Β 92

107 Παράλληλα σε μικρότερη μεγέθυνση της περιοχής (Εικόνα 61) παρατηρείται μέσα στην άμορφη μάζα τα αργιλο-φυλλοπυριτικά ορυκτά που έχουν σχηματιστεί με το ποιοτικό φάσμα να επιβεβαιώνει την αναμενόμενη σύστασή τους(εικόνα 62). Εικόνα 61: Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων (SEM) ινώδους ορυκτού (μέσα στον κόκκινο κύκλο) στην άμορφη μάζα του Τήγματος Β Εικόνα 62: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία στα φυλλοπυριτικά ορυκτα των Εικόνων 90 και 91. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω άμορφης περιοχής 93

108 Τα αποτελέσματα που έδωσε η γραμμική χαρτογράφηση της κατανομής στοιχείων (line scan) της σχεδιασμένης κατά μήκος γραμμής (Εικόνα 63α) διαπιστώνεται ότι η κύρια σύσταση του σφαιρικό κρυσταλλίτη αποτελείται κυρίως από σιδηροπυρίτη, κράμα σιδηρο-νικελίου και ίσως άμορφο υλικό(εικόνα 63β). (α (β) F Si S Ni (α) Εικόνα 63: Εικόνα Οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), σε λεπτή- στιλπνή επιφάνεια του Τήγμα Β: (α) σφαιροειδής μορφολογία των εγκλεισμάτων μέσα στην άμορφη μάζα. (β) Γραμμική Χαρτογράφηση της κατανομής των στοιχείων (line scan) κατά μήκος της σχεδιασμένης γραμμής 94

109 Στην περιοχή του ίδιου δείγματος σε στιλπνή- λεπτή επιφάνεια πραγματοποιήθηκε και χαρτογράφηση κατανομής των στοιχείων της μικροδομής του τήγματος (Εικόνα 64). Από τη χαρτογράφηση προέκυψε η σύσταση του εγκλείσματος μεγέθους μικρότερου των 3μm, η οποία αποτελείται από τη συνύπαρξη κυρίως σιδηροπυρίτη, με κράμα σίδηρο-νικελίου και ίσως μεταλλικού σιδήρου (Εικόνα 64γ) ενώ είναι εμφανής και η κατανομή των στοιχείων που επικρατούν στην άμορφη μάζα(εικόνα 64 β,γ). (α) (β) Fe Ni S Ca Si Al Mg O Εικόνα 64: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), σε επιφάνεια στιλπνής- λεπτής τομής του δείγματος Τήγμα Β: (α) σφαιροειδής μορφολογία εγκλείσματος μέσα στην άμορφη μάζα. (β, γ): Χαρτογράφηση της κατανομής των στοιχείων (elemental mapping) 95

110 Εικόνα 65: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ του παραγόμενου τήγματος Α και Β (pyr: πυρίτης) (Μαύρο:Τήγμα Α Μπλέ: Τηγμα Β) 96

111 lava a Lin (Counts) pyrite Lava A Lava B 2-Theta - Scale lava a - File: lava a.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: End: Step: Step time: 56.1 s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 16 s Operations: Import lava b - File: lava b.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: End: Step: Step time: 56.1 s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 15 s Operations: Y Scale Mul Import (C) - Pyrite - FeS2 - Y: 2.31 % - d x by: 1. - WL: Triclinic - a b c alpha beta gamma 9 Από την ανάλυση αυτή δεν ήταν δυνατόν ο προσδιορισμός κρυσταλλικής φάσης των σχηματισμών. Το υλικό παρατηρείται ως άμορφη μάζα. 97

112 6.4. Ίνες: 2 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Στο δεύτερο στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας εξετάστηκαν οι ίνες που παρήχθησαν μετά την φυγοκέντρηση του τήγματος, ύστερα από την έξοδο τους από το σύστημα ινοποίησης. Οι ίνες εξετάστηκαν μακροσκοπικά ως προς την υφή και το χρώμα τους καθώς και μικροσκοπικά με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης εφοδιασμένο με σύστημα φασματομέτρου ανάλυσης διαχεόμενης ενέργειας (ΕDX), τύπου LEO SUPRA 35VP. Οι ίνες Α και Β μακροσκοπικά διαφέρουν αρκετά. Η ίνες που δημιουργήθηκαν από τη συνταγή Α (Εικόνα 66α) έχουν χρώμα γκρι-ανοιχτού πράσινου. Είναι λευκότερου χρώματος συγκριτικά με τις ίνες της συνταγής Β που έχουν χρώμα πράσινο έως σκούρο πράσινο(εικόνα 66β). Το χρώμα τους αναμενόμενα διαφέρει μιας και η συνταγή Α είχε μεγαλύτερη ποσότητα (%) Aluflux, όπου αναμενόταν και λευκότερο χρώμα. Η υφή των ινών από τη συνταγή Β φαίνεται να είναι πιο καλοσχηματισμένη από αυτές που παρήχθησαν από τη συνταγή Α οι οποίες φαίνονται πιο δεμένες μεταξύ τους (Εικόνα 67,69), κάτι που έγινε αντιληπτό και κατά την μελέτη τους στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. (α) (β) Εικόνα 66: Μακροσκοπική φωτογραφία ινών. (α) Ίνες δημιουργήμενες απο τη συνταγή Α (β) Ίνες της συνταγής Β, το βέλος παρουσιάζει το σκούρο πράσινο χρώμα που δημιουργήθηκε απο το μίγμα της συνταγής Β Η σύσταση των ινών της συνταγής Α φαίνεται να είναι ασβεστο-αλουμινο-πυριτική (Εικόνα 68) με το μέσο μέγεθος των ινών να κυμαίνεται κοντά στα 6μm (Εικόνα 67), κάτι που βιβλιογραφικά είναι αποδεκτό (Κουντούρης, 2009). 98

113 Εικόνα 67: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), ινών ύστερα από τη διαδικασία ινοποίησης του τήγματος Α cps/ev 1.00 * Acquisition O Fe Na Mg Al Si Au Ca Fe Au 0.4 Ca kev Εικόνα 68: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία στα στις ίνες που δημιουργήθηκαν απο τη συνταγή Α. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω περιοχής 99

114 Η σύσταση των ινών της συνταγής Β φαίνεται να είναι επίσης ασβεστο-αλουμινοπυριτική (Εικόνα 70) με τη διαφορά ότι οι ίνες της πρώτης συνταγής φαίνεται να έχουν ελαφρώς μεγαλύτερο ποσοστό αλουμινίου (Εικόνα 68). Το μέσο μέγεθος των ινών είναι 7μm (Εικόνα 67), ομοίως βιβλιογραφικά είναι αποδεκτό (Κουντούρης, 2009,). (α) (β) Εικόνα 69: (α) Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ), ινών ύστερα από τη διαδικασία ινοποίησης του τήγματος Β (β) Ίνα στην οποία πραγματοποιήθηκε η ανάλυση σύστασης 1.0 cps/ev 1.00 * Acquisition O Fe Na Mg Al Si Au Ca Fe Au Ca kev Εικόνα 70: Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία στα στις ίνες που δημιουργήθηκαν από τη συνταγή Β. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω περιοχής 100

115 Αξιοσημείωτη ήταν και η παρατήρηση της ποσότητας αέρα μέσα στις ίνες ιδιαίτερα των ινών που δημιουργήθηκαν από τη συνταγή Β. Κατά τη διάρκεια της φυγοκέντρησης του τήγματος και τη δημιουργία των ινών, παράλληλα εγκλωβίζεται μεγάλη ποσότητα αέρα ενδιάμεσα των ινών. Ο αέρας μικροσκοπικά παίρνει τη μορφή σα μικρά «ματάκια» (Εικόνα 71). Εικόνα 71: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) όπου απεικονίζονται οι ίνες που περικλείουν ποσότητα αέρα, ο οποίος απεικονίζεται προσεγγιστικά με σφαιρικό σχήμα 6.5. Πετροβάμβακας: 3 ο Στάδιο Παραγωγικής Διαδικασίας Ύστερα από τη δημιουργία των ινών στο δεύτερο στάδιο της παραγωγικής διαδικασίας, στον αδιαμόρφωτο πετροβάμβακα προστίθεται ρητίνη και στη συνέχεια συμπιέζεται. Αφού δημιουργηθεί μια αρχική μορφή πλάκας και περάσει από φούρνο πολυμερισμού (Βλέπε Κεφάλαιο 2) φτάνει στο τελικό στάδιο, στον εμπορικό πλέον πετροβάμβακα. Το τελικό εμπορικό προϊόν πετροβάμβακα Α σε σχέση με τον πετροβάμβακα Β διαφέρουν αρκετά. Το προϊόν που δημιουργήθηκε από τη συνταγή Α είναι όπως και οι ίνες χρώματος γκρι έως ανοιχτό πράσινο και είναι αρκετά εύθρυπτος (Εικόνα 72α). Ο πετροβάμβακας της δεύτερης συνταγής είναι πιο σκουρόχρωμος από τον Α. Το χρώμα του περιγράφεται ως σκούρο πράσινο και είναι αρκετά συμπαγής (Εικόνα 72β). 101

116 (α) (β) Κατά την εξέταση τους στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης τύπου LEO SUPRA 35VP, παρατηρήθηκε ότι η σύσταση και των δύο προϊόντων συνεχίζει να είναι ασβεστοάργιλο- πυριτική όπως στο δεύτερο στάδιο της διαδικασίας (Εικόνα 74). Οι ίνες του πετροβάμβακα Α κυμαίνονται γύρω στα 4,5μm και του πετροβάμβακα Β στα 3,7μm, με τις ίνες του πρώτου να φαίνονται πιο παχιές. Παρόλο που δεν έχουν ισοπαχείς ίνες, οι ίνες και των δύο προϊόντων είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια (Κουντούρης, 2009). Οι ίνες που δημιουργήθηκαν από τη συνταγή Β φαίνεται να είναι πιο καλοσχηματισμένες (Εικόνα 73). Εικόνα 72: Μακροσκοπική απεικόνιση εμπορικού πετροβάμβακα (α) λευκότερου χρώματος που δημιουργήθηκε από τη συνταγή Α (β) δημιουργία συνταγής Β (α) (β) Εικόνα 73: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) στην οποία φαίνονται οι καλοσχηματισμένες ίνες του εμπορικού πετροβάμβακα Β 102

117 1.4 cps/ev 1.00 * Acquisition (α) O Fe Na Mg Al Si Au Ca Fe Au Ca kev (β) Εικόνα 73: (α) Στοιχειακό φάσμα από ποιοτική ανάλυση με ηλεκτρονική μικροσκοπία στον εμπορικό πετροβάμβακα. Η ανιχνευσιμότητα των υπολοίπων στοιχείων αποτελεί πιθανό επηρεασμό της γύρω περιοχής (β) Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) στην οποία φαίνονται οι χαρακτηριστικές ίνες του εμπορικού πλέον πετροβάμβακα 103

118 Εικόνα 74: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) όπου απεικονίζονται οι ίνες του εμπορικού πετροβάμβακα της συνταγής Α Εικόνα 75: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) όπου απεικονίζονται οι ίνες του εμπορικού πετροβάμβακα της συνταγής Β 104

119 6.6. Ιδιότητες Ινών Πετροβάμβακα Όπως έχει προαναφερθεί (Βλέπε Κεφάλαιο 2) βασικός στόχος και σκοπός της έρευνας είναι το λευκότερο προϊόν εμπορικού πετροβάμβακα. Δεν αρκεί όμως μόνο το χρώμα για να θεωρηθεί ένα υλικό κατάλληλο για χρήση. Το λευκότερο χρώμα στο προϊόν το προσδίδει το μεγάλο ποσοστό αργιλίου(al2ο3) και το χαμηλό ποσοστό του σιδήρου(feο) που βρίσκεται μέσα σε αυτό. Έτσι ο στόχος της προσθήκης του Aluflux ήταν η μείωση του περιεχόμενου σιδήρου ως προς την επίτευξη του λευκότερου πετροβάμβακα. Μελετήθηκε έτσι το παραγόμενο προϊόν ως προς κάποιες σημαντικές φυσικοχημικές ιδιότητες (βασικότητα, ιξώδες, επιφανειακή τάση, πυκνότητα και ηλεκτρική αγωγιμότητα) για την καταλληλότητα του υλικού καθώς και για τη σύγκριση των δύο παραγόμενων προϊόντων διαφορετικής σύστασης. Οι παρακάτω αναλύσεις (Πίνακες) στάλθηκαν κατά τη διάρκεια του προγράμματος 914-ΒΕΤ-2013(ΠΑΒΕΤ) και πραγματοποιήθηκαν από άλλους φορείς του προγράμματος. Στην παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκαν με σκοπό το χαρακτηρισμό των ινών του εμπορικού πετροβάμβακα και την καταλληλότητα των παραγόμενων αυτών προϊόντων. Πίνακες 7,8: Αποτελέσματα φυσικοχημικών ιδιοτήτων του εμπορικού πετροβάμβακα Α και Β σε σύγκριση με τις πρότυπες τιμές που αναμένονταν για αποδεκτό εμπορικό προϊόν Συνταγή Συνταγή Α Πρότυπη Συνταγή Πυκνότητα - kg/m Πάχος- mm Μήκος x Πλάτος- mm 1200x x600 Δύναμη Συμπίεσης -Kpa 79,6 77,5 Αντοχή σε εφελκυσμό- 24,23 21,5 Kpa Point Load στα 5mm - N Οργανικά υλικά 4,57 4,12 (Ρητίνη κ σιλικόνη) -% λ- W / m * K 0, ,039 Νερό ανά 24ωρο kg/m 2 0,24 0,26 Συνταγή Συνταγή Β Πρότυπη Συνταγή Πυκνότητα - kg/m Πάχος- mm Μήκος x Πλάτος- mm 100x x600 Δύναμη Συμπίεσης -Kpa 27,0 35,0 Αντοχή σε εφελκυσμό- 15,06 15,5 Kpa Point Load στα 5mm - N Οργανικά υλικά 4,12 4,10 (Ρητίνη κ σιλικόνη) -% λ- W / m * K 0, ,035 Νερό ανά 24ωρο kg/m 2 0,28 0,30 105

120 Αρχικά βασικός στόχος είναι η παραγόμενη λάβα όταν θα βγει από την ηλεκτρική κάμινο να είναι ομοιογενές. Δηλαδή να έχει όσο το δυνατό λιγότερα συσσωματώματα κρυσταλλικών φάσεων. Όπως αναφέρθηκε από την ανάλυση στο πολωτικό και στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο το τήγμα Α είχε περισσότερα συσσωματώματα συγκριτικά με το τήγμα Β. Λόγω του ότι το παραγόμενο τήγμα παράγεται μέσα σε ηλεκτρική κάμινο, σημαντικό ρόλο παίζει και η ηλεκτρική αγωγιμότητα της λάβας. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα εξαρτάται από τη σύσταση του τήγματος και τη θερμοκρασία. Όσο πιο μεγάλο είναι το ποσοστό του σιδήρου, τόσο μειώνεται η θερμοκρασία τήξεως. Για μια συγκεκριμένη σύσταση τήγματος, η αγωγιμότητα μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του Α προϊόντος είναι μικρότερη από του Β, είναι όμως στην ίδια τιμή με την πρότυπη σύσταση. Και τα δύο προϊόντα βρίσκονται κάτω από όριο της πρότυπης σύστασης, άρα είναι και τα δύο κατάλληλα για θερμομόνωση. Αυτό συμβαίνει γιατί, όσο χαμηλότερο είναι το λ της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, τόσο το υλικό γίνεται κατάλληλο για θερμομόνωση. Το υλικό αντέχει σε θερμοκρασίες μικρότερες των 1000 ο C, κάτι που καθιστά το προϊόν κατάλληλο και για πυροπροστασία. Σε θερμοκρασίες άνω των 1000 ο C το υλικό λιώνει. Το ιξώδες στην παραγωγή του πετροβάμβακα, σχετίζεται με την ικανότητα ινοποίησης του τήγματος. Για τη παραγωγή πετροβάμβακα με χρήση λάβας το κατάλληλο εύρος είναι 0,5-2,5 Pa.s. (Zhao et al,, 2014) Όταν το ιξώδες είναι μεγάλο τότε το τελικό προϊόν δίνει ατελείς ίνες. Τα δύο προϊόντα έχουν σχεδόν τέλειες ίνες μιας και είναι στα όρια της πρότυπης σύστασης με το προϊόν Β σχεδόν να την αγγίζει. Το προϊόν Β έχει λίγο πιο καλοσχηματισμένες ίνες καθώς επίσης η πυκνότητα των ινών είναι μεγαλύτερη από το προϊόν Α. Στο σύνολο ο πετροβάμβακας Α φαίνεται να έχει μεγαλύτερης διαμέτρου ίνες (πιο παχιές) από τον Β και αυτό μπορεί να οφείλεται στο ότι το προϊόν Α έχει υποστεί μεγαλύτερη συμπίεση από το Β προϊόν. Τα δύο εμπορικά προϊόντα δεν έχουν ισοπαχείς ίνες παρ όλα αυτά είναι μέσα στα επιτρεπτά όρια, διάμετρου ινών 4-20μm (Εικόνες 76,77). Οι ίνες για να μην είναι επιβλαβής για την ανθρώπινη υγεία πρέπει να κοντές και παχιές και όχι με μεγάλο μήκος και μικρή διάμετρο (Κουντούρης, 2009) Όσο μεγαλύτερη λοιπόν είναι η βιοδιαλυτότητα τόσο μικρότερος είναι ο χρόνος παραμονής στον πνεύμονα. Οι ορυκτές ίνες με υψηλή περιεκτικότητα σε αλουμίνιο παρουσιάζουν βελτιωμένη βιοδιαλυτότητα και καλύτερες 106

121 πυρίμαχες ιδιότητες. Η διαλυτότητα των ινών σε όξινες συνθήκες αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση του αργιλίου και το χαμηλό ποσοστό του SiO2. Εικόνα 76: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) όπου απεικονίζονται οι ίνες του εμπορικού πετροβάμβακα της συνταγής Α Εικόνα 77: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων (SΕΜ) όπου απεικονίζονται οι ίνες του εμπορικού πετροβάμβακα της συνταγής Α 107

122 Σημαντική επίσης παράμετρος για την ινοποίηση είναι και η επιφανειακή τάση. Η επιφανειακή τάση εξαρτάται από τη χημική σύσταση του τήγματος (Balomenos et al.,2012). Στην πρότυπη σύσταση πιο κοντά βρίσκεται το προϊόν Α. Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι η τάση μετά την οποία το υλικό παραμορφώνεται πλαστικά (Gutnikov, 2008). Τα ανόργανα ινώδη δεν έχουν τόσο μεγάλη αντοχή σε μηχανικές καταπονήσεις. Όσο αυξάνεται το αργίλιο τόσο αυξάνεται η αντοχή των ινών σε εφελκυσμό. Όσο αυξάνεται ο σίδηρος τόσο αυξάνεται η αντοχή σε εφελκυσμό. Το εμπορικό προϊόν Β είναι καλύτερο με βάση την τυπική συνταγή, καθώς και με την χημική ανάλυση με μεγαλύτερο ποσοστό σιδήρου, σε σύγκριση με το Α. Για να είναι το υλικό κατάλληλο για θερμομόνωση θα πρέπει να είναι σχετικά χαμηλό το ποσοστό του σιδήρου. Το ποσοστό του προϊόντος Α είναι πιο κοντά στην τυπική σύσταση απ ότι το Β κάτι που θεωρητικά θα μπορούσε να το καταστήσει καταλληλότερο για πυρανθεκτικότητα από το προϊόν Β. Δεν είναι όμως μόνο αυτός βασικός παράγοντας. Το ποσοστό των οργανικών υλικών που περιέχονται στο τελικό προϊόν θα πρέπει να είναι χαμηλό για να μην εξελιχθεί πυρκαγιά σε περίπτωση ατυχήματος. Το προϊόν Β είναι μέσα στα όρια ενώ το Α τα ξεπερνάει. Αυτό συμβαίνει κατά πάσα πιθανότητα γιατί λόγο μεγαλύτερης συμπίεσης του προϊόντος Α, χρησιμοποιήθηκαν περισσότερα οργανικά υλικά. Έτσι καθιστά το εμπορικό προϊόν πετροβάμβακα Β καλύτερο για πυρανθεκτικότητα συγκριτικά με το Α. 108

123 109

124 7. Συμπεράσματα Ά Μέρους Στο πρώτο μέρος όπου μελετήθηκαν η κύρια φυσική πρώτη ύλη καθώς και τα πρόσθετα υλικά από τα οποία παρασκευάστηκαν μίγματα με σκοπό την παραγωγή λευκότερου πετροβάμβακα προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα. Πετρογραφικά η κύρια πρώτη ύλη φαίνεται να είναι επίδοτο-αμφιβολίτης κατώτερης αμφιβολιτικής φάσης μεταμόρφωσης με κύρια την παραγένεση της να απαντάται σε κεροστίλβη, πλαγιόκλαστα και άστριοι. Στα δείγματα παρατηρήθηκαν σημάδια χαμηλού βαθμού εξαλλοίωσης. Ο βωξίτης συνίσταται κυρίως από αιματίτη, ασβεστίτη και διάσπορο. Στο δείγμα του δολομίτη εκτός της κύριας φάσης του δολομίτη ανιχνεύθηκε και ασβεστίτης σε μικρότερο όμως ποσοστό. Το CaO πρόκειται για ασβέστη που παράγεται για περιβαλλοντική, βιομηχανική, χημική και οικοδομική χρήση. Με την έκθεσή του στην ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε πορτλανδίτη/ασβεστίτη. Το Aluflux συνίσταται από σωματίδια με διαστάσεις που ποικίλουν και χωρίς ιδιαίτερα συγκεκριμένη μορφολογία ενώ αναγνωρίστηκαν οι κύριες φάσεις που είναι αλούμινα, μεταλλικό αλουμίνιο, νιτρίδιο του αλουμινίου, σπινέλιοι, και διάφορα οξείδια. Τα συλλεγμένα δείγματα του τήγματος από τις βιομηχανικές δοκιμές για την παραγωγή λευκότερου πετροβάμβακα, χαρακτηρίζονται από υελώδη ιστό με μικρή συμμετοχή σφαιροειδών κυρίως συσσωματωμάτων κρυσταλλικών κυρίως φάσεων. H σύσταση της άμορφης μάζας των δειγμάτων είναι κυρίως ασβεστο-αλουμινο-πυριτική. Τα συσσωματώματα φαίνεται να έχουν τη σύσταση του σιδηροπυρίτη, μεταλλικού σιδήρου, κράματος σιδηρονικελίου και άμορφου υλικού τα οποία στις συνθήκες των βιομηχανικών δοκιμών δεν κατάφεραν να καταβυθιστούν και να απομακρυνθούν από το τήγμα. Πιθανά αυτοί οι κρυσταλλίτες να πρόκειται για κάποιο αιματίτη ή μαγνητήτη τα οποία επιφανειακά να υπέστησαν αναγωγή και να μετασχηματίστηκαν σε σιδηροπυρίτες. Σπάνια ανιχνεύεται συμμετοχή μεταλλικού Αl αλλά και (πιθανά πρωτογενούς) αλούμινας κατά κύριο λόγο στο δείγμα τήγμα Α. Για τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και χρόνου παραμονής στην κάμινο (πληροφορίες που δόθηκαν από άλλους φορείς του προγράμματος κατά την παρασκευή του εμπορικού πετροβάμβακα με πρώτη ύλη τον αμφιβολίτη) των δύο διαφορετικών μιγμάτων, στο Τήγμα Α με το υψηλότερο ιξώδες (και άρα υψηλότερου βαθμού δυσκολίας καταβύθισης των 110

125 συσσωματωμάτων) η μέγιστη διάμετρος κρυσταλλιτών που δεν κατάφεραν να διαχωριστούν από το τήγμα ανιχνεύτηκε να είναι έως περίπου 50μm ενώ στο Τήγμα Β δεν υπερβαίνει τα 5μm. Και τα δύο δείγματα του τήγματος χαρακτηρίζονται από μεγάλη συγκέντρωση διάσπαρτων μικρού μεγέθους κρυσταλλίτες, οι οποίοι δεν προκάλεσαν ιστολογική ανομοιογένεια της δομής ώστε σχηματίσουν στο τελικό προϊόν ίνες με σημαντικές ατέλειες, διότι το μεγάλο ποσοστό σε συσσωματώματα προκαλεί δυσκολότερη ινοποίηση του μίγματος. Τα μεγαλύτερα συσσωματώματα που εντοπίστηκαν ήταν της τάξεως των 50μm. Οι πρώτες ύλες και το Aluflux μπορούν να «συνεργαστούν» αποτελεσματικά κατά την παραγωγική διαδικασία του πετροβάμβακα. Με την προσθήκη του Aluflux στο μίγμα επιτεύχθηκε ο στόχος του λευκότερου χρώματος πετροβάμβακα καθώς και η παραγωγή ενός προϊόντος φιλικότερου προς το περιβάλλον και οικονομικά ανταγωνιστικότερου μιας και χρησιμοποιήθηκε μικρότερο ποσοστό πρόσθετων υλικών (Βωξίτη) τη θέση των οποίων πήρε ένα υποπροϊόν. Ο εμπορικός πετροβάμβακας Α λόγο του ότι έχει πιο παχιές ίνες και μικρότερα διάκενα καθίσταται καταλληλότερος για χρήση που απαιτεί αντοχή σε φορτία. Ενώ ο πετροβάμβακας Β λόγω μεγαλύτερων κενών μεταξύ των ινών καθιστά το προϊόν καλύτερο για θερμομόνωση. Ο πετροβάμβακας Β λόγω μικρότερου ποσοστού σε οργανικά υλικά τον καθιστά καλύτερο για θερμομόνωση. 111

126 ΜΕΡΟΣ Β 112

127 8. Πετρογραφική Μελέτη Εναλλακτικής Α' Ύλης Στο δεύτερο μέρος της διατριβής θα εξεταστεί το πέτρωμα του χαλαζιακού διορίτη για την καταλληλότητα του πετρογραφικά, σαν εναλλακτική πρώτη ύλη για την παραγωγή πετροβάμβακα. Όπως προαναφέρθηκε (Βλέπε Κεφάλαιο 4, Εικόνα 26) κοίτασμα χαλαζιακού διορίτη υπάρχει πολύ κοντά στις εμφανίσεις αμφιβολίτη από τις οποίες γίνεται βιομηχανική παραγωγή πετροβάμβακα Χαλαζιακός Διορίτης Οι διορίτες περιέχουν σχεδόν το ίδιο ποσοστό λευκοκρατικών και μελανοκρατικών ορυκτών. Το πέτρωμα είναι ολοκρυσταλλικό με συμπαγή ακανόνιστη υφή, με κοκκώδη ιστό. Τα φυλλόμορφα σκουρόχρωμα ορυκτά απαντώνται σε βιοτίτες ενώ τα μακροπρισματικά σκουρόχρωμα σε κεροστίλβη (Εικόνα 78). Διακρίνονται αρκετά γκρι ορυκτά, στο χρώμα του «καπνισμένου γυαλιού» το οποίο πρόκειται για χαλαζία. α (α) β (β) (γ) γ δ (δ) Εικόνα 78 : Αντιπρωσωπευτικές μακροσκοπικές φωτογραφίες των δειγμάτων χειρός χαλαζιακού διορίτη από την περιοχή έρευνας (Δείγμα F3(α), F5(β), F1(γ),F2(δ)) 113

128 Μικροσκοπικά τα δείγματα (F5, F8) χαρακτηρίζονται ως πλουτώνια, μαγματικά ενδιάμεσης σύστασης. Παρουσιάζουν ολοκρυσταλλικό, αδρόκοκκο ιστό (κυρίως από μικροκρυσταλλίτες επιδότου ή μοσχοβίτη που περιέχονται σε μεγαλύτερους κρυστάλλους αστρίων). Στην ορυκτολογική παραγένεση κυριαρχούν σε ίσα περίπου ποσοστά τα μαφικά ορυκτά κεροστίλβη και βιοτίτης (40%) με τα πλαγιόκλαστα (40%). Σε σημαντικά ποσοστά (περιπου 20%) περιέχεται αλλοτριόμορφος χαλαζίας. Δευτερογενώς επικρατεί ο ασβεστίτης, το επίδοτο και κάποια αδιαφανή ορυκτά. Τα πλαγιόκλαστα εμφανίζουν αρκετά συχνά εξαλλοίωση σε σερικίτη ή/και σωσσυρίτη και οι κρύσταλλοι αμφιβόλου και βιοτίτη σε χλωρίτη (Εικόνα 79). Εικόνα 79: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία Χαλαζιακού Διορίτη (F5)( X nicols) Στον κύκλο απεικονίζεται η εξαλλοίωση του πλαγιοκλάστου σε σερικίτη Plg:πλαγιόκλαστο, Bi: βιοτίτης, Ep: επίδοτο, Hlb: κεροστίλβη Ενώ μακροσκοπικά τα δείγματα F1, F2, F3 και F4 έχουν ανεπαίσθητες διαφορές με τα F5 και F8, μικροσκοπικά χαρακτηρίζονται ως εξαλλοιωμένα πετρώματα μιας αρχικής συγγενικής σύστασης των F5 και F8. Τα F1, F2, F4 παρουσιάζουν έντονη εξαλλοίωση των πλαγιοκλάστων, κυρίως σε σωσσυρίτη. Παρέχουν έτσι στο πέτρωμα τα δευτερογενή ορυκτά αλβίτη, επιδότο-ζωισίτη, ασβεστίτη (Εικόνα 80) και αργιλικά ορυκτά το είδος των οποίων δεν μπορεί να αναγνωρισθεί στο πολωτικό μικροσκόπιο λόγω του μικρού μεγέθους τους. Επίσης παρουσιάζουν 114

129 εξαλλοίωση του βιοτίτη σε χλωρίτη, πιθανότατα υπό την επίδραση υδροθερμικών διαλυμάτων, προσδίδοντας στον βιοτίτη κίτρινο-καφέ χρώμα Εικόνα 80: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία Χαλαζιακού Διορίτη που απεικονίζεται η φλέβα ασβεστίτη (F1)( X nicols) Ep: επίδοτο, Ca: ασβεστίτης Το δείγμα F3 παρουσιάζεται ως το πιο εξαλλοιωμένο από όλα τα παραπάνω δείγματα. Τα πλαγιόκλαστα εμφανίζονται σωσσυριτιωμένα και σερικιτιωμένα (Εικόνα 81). Η εξαλλοίωση της κεροστίλβης και του βιοτίτη σε χλωρίτη είναι προχωρημένου βαθμού, με αποτέλεσμα σπάνια να διακρίνονται στη μικροδομή υγιείς, πρωτογενείς κρύσταλλοι αυτών των ορυκτών. Δευτερογενή ορυκτά που κάνουν εμφανή την παρουσία τους είναι ο ασβεστίτης (Εικόνα 82) και αδιαφανή ορυκτά. Η έντονη επίδραση υδροθερμικών διαλυμάτων πλούσιων σε οξειδία /υδροξειδία του σιδήρου και άλλων μεταλλικών στοιχείων, διαπιστώνεται πέρα από τα ορυκτά εξαλλοίωσης και στα αδιαφανή ορυκτά και από τον κιτρινό-καφέ χρωματισμό των μαφικών ορυκτών που παρατηρείται κάτω από το πολωτικό μικροσκόπιο στα // Nicols (Εικόνα 83). 115

130 Εικόνα 81: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία εξαλλοιωμένου Χαλαζιακού Διορίτη (F3)( X nicols) Plg: πλαγιόκλαστο, Ca: ασβεστίτης. Στον κύκλο είναι εμφανής η εξαλλοίωση σε σερικίτη Εικόνα 82: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία εξαλλοιωμένου Χαλαζιακού Διορίτη (F3)(δεξιά X nicols) Ca: ασβεστίτης 116

131 Εικόνα 83: Αντιπροσωπευτική μικροφωτογραφία εξαλλοιωμένου Χαλαζιακού Διορίτη (F3) (δεξιά X nicols) Plg: πλαγιόκλαστο, Hlb-Chl: κεροστίλβη-χλωρίτης 8.2. Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης (S.E.M.) Στα δείγματα του χαλαζιακού διορίτη προέκυψε ότι πρόκειται για ενδιάμεσης σύστασης πετρώματα. Αυτό επιβεβαιώνεται από την σύσταση των πλαγιοκλάστων που είναι αυτή του ολιγοκλάστου/ανδεσίνη. Ο βιοτίτης εμφανίζεται ως ενδιάμεσης σύστασης Φλογοπίτη και Αννίτη, ο αλκαλικός άστριος είναι αυτός του ορθοκλαστού και η κεροστίλβη εμφανίζεται κ αυτή σιδηρο-μαγνησιούχα. Σε αυτά τα πετρώματα εντοπίστηκαν επίσης χαλαζίας, επίδοτο, ζωισίτης, τιτανίτης, ιλμενίτης και απατίτης (Εικόνα 84,85,86). Στο δείγμα F1 παρατηρήθηκαν τα ορυκτά χρωμίτης και οξείδια σιδήρου. Εικόνα 84: Απεικόνιση φάσματος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης EDX απατίτη 117

132 Εικόνα 85: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων του υγιούς πετρώματος χαλαζιακού διορίτη (F5) Bi: βιοτίτης, Ap: απατίτης, Ep: επίδοτο, Anat: ανατάσης, Feld: άστιος, Qz: χαλαζίας, Chl: χλωρίτης Εικόνα 86: Απεικόνιση φάσματος ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης EDX του ανατάση της εικόνας

133 Στην επιφάνεια του θραύσματος του χαλαζιακού διορίτη παρατηρήθηκαν νεοσχηματισμένοι κρύσταλλοι χλωρίτη με τη χαρακτηριστική μορφή της ροζέτας, οι οποίοι έχουν προκύψει από την εξαλλοίωση μαρμαρυγιών (Εικόνα 87). Σε εκείνα τα σημεία που ο μαρμαρυγίας αρχίζει να εξαλλοιώνεται σε χλωρίτη οι ροζέτες δεν είναι καλοσχηματισμένες ενώ εκεί όπου είναι πλήρως εξαλλοιωμένος οι ροζέτες έχουν την τέλεια μορφή. Σε ορισμένες περιπτώσεις τα φύλλα του μαρμαρυγία είναι σχεδόν εξαλλοιωμένα. Σε αντίθεση με τους μαρμαρυγίες οι κρύσταλλοι της κεροστίλβης δεν εμφανίζουν σημάδια εξαλλοίωσης. Εντοπίστηκαν επίσης χαρακτηριστικά συσσωμάτωματα φύλλων αιματίτη με τη χαρακτηριστική μορφή κουνουπιδιού οι οποίοι συνήθως βρίσκονται πάνω σε κρυστάλλους αστρίων (Εικόνα 88α). (α) (β) (γ) Εικόνα 87: Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων(sem) οι οποίες απεικονίζουν (α) φύλλα μαρμαρυγία να εξαλλοιώνονται σχεδόν στο σύνολό τους σε χλωρίτη (β) καλοσχηματισμένοι κρύσταλλοι σε μορφή ροζέτας (γ) φύλλα μαρμαρυγία που εξαλλοιώνονται σε χλωρίτη 119

134 (α) (β) Εικόνα 88: Εικόνα δευτερογενούς εκπομπής ηλεκτρονίων στην οποία παρατηρούνται (α) διάσπαρτα συσσωματώματα φύλλων αιματίτη πάνω σε έναν κρύσταλλο αστρίου, (β) αμφίβολος (κεροστίλβη) στην οποία έχουν επικαθίσει μη καλοσχηματισμένοι κρύσταλλοι αιματίτη) Το δείγμα F3 όπως προαναφέρθηκε εμφανίζεται εξαλλοιωμένο. Τα πλαγιόκλαστα απαντώνται ως αλβίτης. Το ασβεστούχο μόριο του πλαγιοκλάστου έχει αποδώσει άλλα ορυκτά όπως ασβεστίτη και επίδοτο (Εικόνα 89). Ο χλωρίτης είναι μαγνησιο-σιδηρούχος (Εικόνα 90) και ο καλιούχος άστριος φαίνεται να μην έχει εξαλλοιωθεί εντελώς. Διακρίθηκαν επίσης τα ορυκτά αιματίτης (Εικόνα 88α) και απατίτης. Εικόνα 89: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων στην οποία είναι εμφανής η σωσσυριτίωση ενδιάμεσης σύστασης πλαγιοκλάστου, ο σχηματισμός αλβίτη κ επίδοτου (F3) Ep: επίδοτο, Plg: πλαγιόκλαστο (αλβίτης) 120

135 Εικόνα 90: Εικόνα οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων στην οποία απεικονίζεται η εξαλλοίωση κεροστίλβης σε χλωρίτη, τιτανίτη (Ti: τιτανίτης, Hbl: κεροστίλβη, Chl:χλωρίτης) 8.3. Περιθλασιμετρία Ακτίνων- Χ (XRD) Στο χαλαζιακό διορίτη (F5, F8) αναγνωρίστηκαν οι φάσεις του χαλαζία, της κεροστίλβης, των αστρίων (αλκαλικοί και ενδιάμεσης σύστασης πλαγιόκλαστα) και των φυλλοπυριτικών ορυκτών (κυρίως χλωρίτης, βιοτίτης ή και ιλλίτης). Στα δείγματα είναι πιθανή η συμμετοχή ασβεστίτη, επίδοτου και αδιαφανών ορυκτών. Με την μέθοδο της περιθλασιμετρίας ακτίνων-χ, τα αποσαθρωμένα δείγματα F1, F2, F4 δεν παρουσιάζουν σημαντικές ορυκτολογικές διαφοροποιήσεις μεταξύ τους αλλά και σε σχέση με τα δείγματα F5, F8. Συνίστανται κυρίως από χαλαζία, κεροστίλβη, αστρίους (αλκαλικούς και ενδιάμεσης σύστασης πλαγιόκλαστα) και φυλλοπυριτικά-αργιλικά ορυκτά (κυρίως χλωρίτης, ιλλίτης ή και βιοτίτης). Το F2 είναι το περισσότερο πλούσιο σε ασβεστίτη σε σχέση με τα F1, F4 ενώ οι ενδείξεις για επίδοτο και αδιαφανή ορυκτά επιβεβαιώθηκαν από την πετρογραφική μελέτη. Το δείγμα F3 συνίσταται κυρίως από αστριούς (αλκαλικούς και ενδιάμεσης σύστασης πλαγιόκλαστα), φυλλοπυριτικά, ασβεστίτη, χαλαζία, +/- επίδοτο, +/- αδιαφανή, ενώ 121

136 απουσιάζει η εμφάνιση της κεροστίλβης συγκριτικά με τα παραπάνω δείγματα της ίδιας κατηγορίας του χαλαζιακού διορίτη (Εικόνα 91) Feld 7000 Phyll Phyll 6000 Phyll Feld Qrz Cc Phyll 5000 Hb Lin (Counts) 4000 Qrz Feld Hb Hb+Feld Qrz+Phyll Qrz 1000 Epid Hb Hb Theta - Scale Εικόνα 91: Ακτινογράφημα Περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ δειγμάτων αμφιβολίτη και χαλαζιακού διορίτη. (Phyll: φυλλοπυριτικά ορυκτά, Qz: χαλαζίας, Feld: άστριοι, Ca: 122

137 8.4. Σύγκριση χημικής σύστασης Αμφιβολίτη- Χαλαζιακού Διορίτη Μελετώντας τις μέσες χημικές αναλύσεις του πετρώματος του αμφιβολίτη και του χαλαζιακου διορίτη αξιοσημείωτη είναι η διαφορά τους στο ποσοστό του σιδήρου μιας και ο αμφιβολίτης δείχνει να έχει σχεδόν διπλάσια τιμή από το χαλαζιακό διορίτη. Για την παραγωγή του λευκότερου πετροβάμβακα θα ήταν ένα πολύ θετικό στοιχείο μιας και ο σίδηρος είναι και αυτός που προσδίδει πιο σκούρο χρώμα στο τελικό προϊόν. Πίνακας 9,10: Πίνακας μέσης χημική ανάλυσης Αμφιβολίτη και χαλαζιακού διορίτη Αμφιβολίτης Χαλαζιακός Διορίτης SiO2 49,14 TiO2 1,98 Al2O3 13,71 Fe2O3 12,07 MnO 0,13 MgO 5,98 CaO 11,71 Na2O 2,03 K2O 0,59 LOI 2,66 Σύνολο 100,01 SiO2 63,79 TiO2 0,44 Al2O3 13,83 Fe2O3 6,48 MnO 0,66 MgO 2,71 CaO 4,83 Na2O 2,25 K2O 1,53 LOI 4,06 Σύνολο 99,97 123

138 Ορυκτοχημική Σύγκριση Πετρωμάτων Η επεξεργασία των ορυκτοχημικών δεδομένων καθώς και η κατασκευή διαγραμμάτων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού MINPET v.2.0. Τα πλαγιόκλαστα και οι άστριοι που αναλύθηκαν είναι από το πέτρωμα του αμφιβολίτη και του χαλαζιακού διορίτη. Ο χαλαζιακός διορίτης χωρίστηκε σ δύο κατηγορίες τον χαλαζιακό διορίτη και τον βιοτιτικό χαλαζιακό διορίτη. Ο χαλαζιακός διορίτης εμφανίζεται ελαφρώς πιο εξαλλοιωμένος από τον βιοτιτικός χαλαζιακό διορίτη. Από τη μελέτη του πολωτικού μικροσκοπίου τα πλαγιόκλαστα εμφανίζονταν σωσσυριτιωμένα και σερικιτιωμένα. Όπως φαίνεται από το διάγραμμα τα πλαγιόκλαστα του βιοτιτικού χαλαζιακού διορίτη προβάλλονται σε ενδιάμεσα πλαγιόκλαστα, Ανδεσίνη. Το εξαλλοιωμένο πέτρωμα του χαλαζιακού διορίτη έχει πιο όξινα πλαγιόκλαστα Αλβίτη, ενώ τα πλαγιόκλαστα του αμφιβολίτη προβάλλονται στο ολιγόκλαστο (Εικόνα 92). Εικόνα 92: Χημικό διάγραμμα ταξινόμησης των πλαγιοκλάστων στους λιθότυπους αμφιβολίτη και χαλαζιακό διορίτη (κόκκινο: αμφιβολίτης, πράσινο: βιοτιτικός χαλαζιακός διορίτης, μπλε: χαλαζιακός διορίτης) 124

139 Οι κρύσταλλοι των χλωριτών που αναλύθηκαν στους λιθότυπους του χαλαζιακού διορίτη προήλθαν απο εξαλλαλοίωση βιοτίτη και αμφιβόλου. Η ταξινόμηση των χλωριτών με βάση τον Hey (1954) προβάλλονται κυρίως στο διαβαντίτη- πυκνόχλωρου (Καρίπη, 2004). Οι χλωρίτες του υγιούς πετρώματος απαντώνται σε πυκνοχλωρίτη ενώ του εξαλλοιωμένου δείγματος όπου υπήρχε μεγαλύτερη εμφάνιση βιοτίτη απαντάται σε διαβαντίτη (Εικόνα 93). Εικόνα 93: Χημικό διάγραμμα ταξινόμησηςτου χλωρίτη στους λιθότυπους του χαλαζιακό διορίτη (πράσινο: βιοτιτικός χαλαζιακός διορίτης, μπλε: χαλαζιακός διορίτης) 125

140 Οι αμφίβολοι που αναλύθηκαν από το πέτρωμα του αμφιβολίτη, προβάλλονται κυρίως στο πεδίο της μαγνησιο-κεροστίλβης και απεικονίζονται με κόκκινο χρώμα καθώς και οι αμφίβολοι του υγιούς και εξαλλοιωμένου πετρώματος χαλαζιακού διορίτη προβάλλονται στο ίδιο πεδίο της μαγνησιο- κεροστίλβης με πράσινο και μπλε χρώμα αντίστοιχα (Εικόνα 94). (Leake et al., 1997) Εικόνα 94: Χημικό διάγραμμα ταξινόμησης των αμφιβόλων στους λιθότυπους αμφιβολίτη και χαλαζιακό διορίτη (Leake et al., 1997) (κόκκινο: αμφιβολίτης, πράσινο: βιοτιτικός χαλαζιακός διορίτης, μπλε: χαλαζιακός διορίτης) Πίνακας 11: Συγκριτικός- Συγκεντρωτικός πίνακας χημικής σύστασης ορυκτών των λιθοτύπων αμφιβολίτη και χαλαζιακού διορίτη Ορυκτά Πέτρωμα Αμφιβολίτης Βιοτιτικος Χαλαζιακος Διοριτης Χαλαζιακος Διοριτης Πλαγιόκλαστα Ολιγόκλαστο Ανδεσίνης Αλβίτης Χλωρίτης - Πυκνοχλωρίτης Διαβαντίτης Αμφίβολοι Μαγνησιο-Κεροστίλβη Μαγνησιο-Κεροστίλβη Μαγνησιο-Κεροστίλβη Βιοτίτης - Παρουσία - 126

141 9. Συμπεράσματα Β' Μέρους Κάποια από τα πετρώματα του χαλαζιακού διορίτη (F1,2,3,4) φαίνεται να είναι εξαλλοιωμένα μιας αρχικής πρωτογενούς σύστασης συγγενικής του υγιούς δείγματος F5. Κατά κύριο λόγο παρουσιάζουν εξαλλοίωση κυρίως των αστρίων, ενώ κάποια (F3) παρουσιάζονται πλήρως εξαλλοιωμένο, πιθανά από την εντονότερη επίδραση υδροθερμικών διαλυμάτων πλούσιων σε μεταλλικά στοιχεία. Οι εξαλλοιώσεις που παρατηρήθηκαν είναι σερικιτίωση -σωσσυριτίωση των αστρίων (σχηματισμός δευτερογενούς επιδότου, ασβεστίτη, αργιλικών ορυκτών κτλ) και σχηματισμός μαγνησιο-σιδηρούχου χλωρίτη από κεροστίλβη και βιοτίτη. Ο χαλαζιακός διορίτης εμφανίζεται ιστολογικά περισσότερο ανομοιογενής από τον αμφιβολίτη, χαρακτηριστικό που πιθανά βοηθάει στη θραύση. Έχει χαμηλό ποσοστό FeΟx από τον αμφιβολίτη, που είναι επιθυμητό για ανταγωνιστικότερο προϊόν. Ο βιοτιτικός χαλαζιακός διορίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική πρώτη ύλη Ο χαλαζιακός διορίτης όμως αναμένεται να έχει καλύτερη συμπεριφορά λόγω της εξαλλοίωσης που θα διευκολύνει τη θραύση του πετρώματος καθώς και του χαμηλότερου σημείου τήξεως εξαιτίας των πιο όξινων πλαγιοκλάστων. Συνεπώς το πέτρωμα του χαλαζιακού διορίτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί με πιθανά οικονομικά οφέλη ως προς την παραγωγική διαδικασία σε σύγκριση με τον αμφιβολίτη. 127

142 128

143 10. Νέες Πρώτες Ύλες για Παραγωγή Πετροβάμβακα Για την παραγωγή πετροβάµβακα με νέες πρώτες ύλες μελετήθηκαν ορισμένα πετρώματα με σκοπό να πληρούν την βασική συνταγή που χρησιμοποιεί σήμερα η εταιρία FIBRAN (Πίνακας 4). Στόχος ήταν η εύρεση της νέας πρώτης ύλης που θα είχε αυξημένο ποσοστό αργιλίου για να δίνει λευκότερο χρώμα στον πετροβάµβακα, καθώς και χαμηλό ποσοστό σιδήρου μιας και η περιεκτικότητα του προϊόντος πετροβάμβακα σε FeOx είναι καθοριστική για το χρώμα του. Το ποσοστό σιδήρου στην τωρινή συνταγή δημιουργεί ένα μεγάλο πρόβλημα πέραν του ότι το προϊόν που παράγεται είναι αρκετά σκούρο σε σχέση με τα ανταγωνιστικά προϊόντα, την παραγωγή στον πυθμένα της ηλεκτρικής καμίνου στερεοποιημένου μετάλλου. Η συλλογή του μετάλλου στον πυθμένα έχει σαν αποτέλεσμα την διακοπή της παραγωγής του προϊόντος, την καταστροφή της θερμοδομής της ηλεκτρικής καμίνου καθώς και τη δαπανηρή επισκευή της. Πίνακας 4: Βέλτιστα ποσοστά Α υλών της εταιρίας FIBRAN για την παραγωγή πετροβάμβακα SiO 2 CaO+ MgO Al 2 O 3 FeO x 37,5% >26% 18% 11% Περιγραφή Λιθοτύπων Δουνίτης Η λέξη προέρχεται από τα όρη DUN της Νέας Ζηλανδία. Είναι ολοκρυσταλλικό πέτρωμα που αποτελείται σχεδόν μόνο από ολιβίνη (=90% και πάνω), το οποίο προσδίδει το χαρακτηριστικό ελαιοπράσινο έως σκούρο πράσινο χρώμα. Τις περισσότερες φορές έχει τη χημική σύσταση του φορστερίτη (Μg2SiO4). Το ορυκτό ολιβίνης ανακαλύφθηκε πριν περίπου χρόνια στην Αρχαία Αίγυπτο, στο έδαφος της νήσου του Αγίου Ιωάννη στην Ερυθρά Θάλασσα. Διακρίνεται από το ανοικτό πράσινο χρώμα του, την ομοιόμορφη εμφάνισή του και την στρογγυλότητα των κόκκων του. 129

144 Τα υπερβασικά πετρώματα και ειδικά οι δουνίτες εμφανίζουν όλο και πιο αυξανόμενο οικονομικό ενδιαφέρον ως πηγή πρώτης ύλης για την παραγωγή θερμοανθεκτικών τούβλων, τα οποία αντέχουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (Banik et al, 2011). Τα μεγαλύτερα αποθέματα ολιβίνη παγκοσμίως υπάρχουν στα Βόρεια σύνολα του Μεξικού, στη Χαβάη, στη Βραζιλία, Αίγυπτο, Ιταλία στην περιοχή του Βεζούβιου, Νορβηγία, στην Αριζόνα των ΗΠΑ, στο Eifel της Γερμανίας και στην Κίνα. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτό το στάδιο είναι από τη Βάβδο Χαλκιδικής (Πίνακας 12). Πίνακας 12: Χημική ανάλυση δείγματος δουνίτηαπό την περιοχή Βάβδος Χαλκιδικής Δουνίτης SiO 2 39,95 Al 2 O 3 0,27 Fe 2 O 3 8,62 MgO 46,11 CaO 0,14 MnO 0,12 TiO 2 0,005 Na 2 O 0,01 K 2 O 0,10 Cr - P 2 O 5 0,10 LOI 4,13 Total 99,56 Το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε καθώς και τα υπόλοιπα που μελετήθηκαν ήταν ολοκρυσταλλικά με μεγάλο ποσοστό συμμετοχής κρυστάλλων ολιβίνη, σε μικρότερο 130

145 ποσοστό χλωρίτη και σε ακόμα μικρότερο σε σερπεντίνη. Τα περισσότερα δείγματα χαρακτηρίστηκαν υγιές ενώ δύο από αυτά χαρακτηρίστηκαν ελαφρώς εξαλλοιωμένα σε σερπεντινιωμένους δουνίτες Ανδεσίτης Ο ανδεσίτης πήρε το όνομά του από τις Άνδεις της νότιας Αμερικής. Πρόκειται για ηφαιστειακό πέτρωμα με κύρια παραγένεση κεροστίλβη, πλαγιόκλαστα (ανδεσίνη) και σε μικρότερο αλλά ικανοποιητικό ποσοστό μπορούν να κάνουν την εμφάνιση τους βιοτίτης, πυρόξενοι και γυαλί. Πιο σπάνια μπορούμε να συναντήσουμε χαλαζία, σανίδινο, τιτανίτη και ζιρκόνιο. Χαρακτηρίζεται κυρίως από τον πορφυριτικό ιστό του. Συχνά παρουσιάζει πομφολυγώδη, σκωριώδη και αμυγδαλωτή υφή (Χατζηπαναγιώτου, 2009). Το δείγμα του ανδεσίτη που χρησιμοποιήθηκε για το πείραμα είναι από την περιοχή Πολλά Νερά του νομού Ημαθίας (Καλπογιαννάκη,2015) (Πίνακας 7) Πίνακας 13: Χημική ανάλυση δείγματος ανδεσίτη από την περιοχή Πολλά Νερά του νομού Ημαθίας Ανδεσίτης (ΒΕ.81) SiO2 60,91 TiO2 0,52 Al2O3 17,32 Fe2O3 3,94 MnO 0,10 MgO 1,50 CaO 3,93 Na2O 4,12 K2O 5,24 P2O5 0,35 LOI 1,6 Total 99,53 131

146 Αργιλόχωμα Το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε είναι πλούσιο σε ιλλίτη/ χλωρίτη που χρησιμοποιείται για παραγωγή κεραμιδιών λευκού χρώματος από τη βιομηχανία κεραμικών της δυτικής Ελλάδος. Η ορυκτολογική σύσταση του αργιλούχου μίγματος αποτελείται από χαλαζία, ασβεστίτη, Fe- χλωρίτη και αλβίτη. Η παρακάτω ανάλυση (Πίνακας 14) καθώς και το δείγμα είναι από τη διδακτορική διατριβή της κ. Χριστογέρου Α. (Χριστογέρου,2011). Πίνακας 14: Χημική ανάλυση αργιλοχώματος (Χριστογέρου,2011) Λ SiO 2 48,3 Al 2 O 3 13,6 CaO 12,7 Fe 2 O 3 5,3 MgO 3,1 K 2 O 2,5 Na 2 O 0,6 TiO 2 - Α.Π. 13,6 Total 99,7 132

147 10.2. Πρόταση Νέου Μίγματος Τα παραπάνω δείγματα μελετήθηκαν κ αναμίχθηκαν ώστε να βρεθούν τα πιο κοντινά στην βέλτιστη «συνταγή» της FIBRAN (Πίνακας 4) μίγματα, από διαφορετικές πρώτες ύλες παραγωγής πετροβάμβακα σε σχέση με τις συνηθισμένες των μέχρι τώρα εταιριών παραγωγής. Επιλέχθηκαν για δοκιμή τέσσερα μίγματα πρώτων υλών που όμως από αυτά μόνο το ένα δοκιμάστηκε. Τα ποσοστά των δειγμάτων που θεωρήθηκαν κατάλληλα ήταν (Πίνακας 15): Φ1: 40% Δουνίτη 40% Ανδεσίτη 20% Βωξίτη Φ2: 65% Δουνίτη 15% Διορίτη 20% Βωξίτη Φ3: 50% Δουνίτη 40% Αργιλόχωμα 10% Βωξίτη Φ4: 20% Δουνίτη 65% Αργιλόχωμα 15% Βωξίτη Πίνακας 15: Κατάλληλα ποσοστά δειγμάτων από διάφορες Ελληνικές φυσικές πρώτες ύλες Φ1 SiO2 CaO+ MgO Al 2 O 3 FeO x 42,11 21,02 17,2 9,5 Φ2 SiO2 CaO+ MgO Al 2 O 3 FeO x 37,31 31,47 12,48 11,07 Φ3 SiO2 CaO+ MgO Al 2 O 3 FeO x 40,21 29,61 10,73 8,67 Φ4 SiO2 CaO+ MgO Al 2 O 3 FeO x 40,72 19,76 16,63 8,54 133

148 10.3. Διαδικασία Έψησης Νέου Μίγματος Προκειμένου να διερευνηθεί η δυνατότητα υαλοποίησης του μίγματος, πραγματοποιήθηκε ένα δοκιμαστικό πείραμα. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών με χρήση συμβατικού φούρνου υψηλών θερμοκρασιών. Ο φούρνος που χρησιμοποιήθηκε ήταν της εταιρίας Nabertherm με δυνατότητα της μέγιστης θερμοκρασίας στους 1700 ο C (Εικόνα 95). Αρχικά τα δείγματα κονιοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Έρευνας Ορυκτών και Πετρωμάτων του Τμήματος Γεωλογίας, σε σπαστήρα κωνικού τύπου. Στη συνέχεια ακολούθησε η διαδικασία τετραμερισμού, στην οποία το δείγμα απλώθηκε σε μια επίπεδη επιφάνεια ώστε να σχηματιστεί ένας κώνος. Το υλικό χωρίστηκε σε τεταρτημόρια και αφου απομακρύνθηκαν τα δύο κατά κορυφήν τεταρτημόρια λήφθηκαν τα άλλα δύο. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε τόσο ώστε το δείγμα να είναι το ένα τέταρτο του αρχικού (Εικόνα 95). Τα τέσσερα μίγματα (Πίνακας 15) περιείχαν 50gr κονιοποιημένου δείγματος. Το δείγμα που δοκιμάστηκε τοποθετήθηκε σε πυρίμαχο καλούπι μαγνησιούχου σύστασης. Σειρά είχε ο προγραμματισμός του φούρνου θέρμανσης και τήξης του μίγματος. Η προσπάθεια τήξης του δοκιμαστικού δείγματος έγινε στους 1450 ο C για 35 λεπτά (Haiying et al, 2010). Η θερμοκρασία κρατήθηκε σταθερή καθ όλη τη διάρκεια του μίγματος στο φούρνο. Η επιλογή του χρόνου και της θερμοκρασίας αυτής έγινε λόγω του ότι δεν βέβαιο ότι δεν θα υπήρχε πιθανότητα κάποιας αντίδρασης του υλικού(εκτόξευση σωματιδίων, διόγκωση υλικού) στο φούρνο, με πιθανή καταστροφή των αντιστάσεων του φούρνου. Έτσι και η ποσότητα του υλικού που μπήκε στο καλούπι ήταν 25gr (Εικόνα 97α). Η αρχική διαδικασία έψησης ήταν για 30 λεπτά στους 1500 ο C (Park et al, 2002, Haiying et al, 2007). Εικόνα 95: Σχηματική απεικόνιση διαδικασίας τετραμερισμού (Ρούτουλας, 2010) 134

149 Εικόνα 96: Φωτογραφία φούρνου υψηλών θερμοκρασιών στο τμήμα Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Πατρών Κατά την έξοδο του καλουπιού από το φούρνο (Εικόνα 96) το δείγμα δεν ήταν σε ρευστή μορφή ούτε είχε δημιουργηθεί η μορφή ύαλου (Εικόνα 97β), αντιθέτως με την τήξη του μίγματος παρατηρήθηκε ότι ένα μεγάλο μέρος του δείγματος εμποτίστηκε στο καλούπι (Εικόνα 98α) ενώ το υπόλοιπο παρέμεινε σε αυτό (Εικόνα 98β). Η προσπάθεια απέτυχε λόγο μικρής ποσότητας του υλικού στο καλούπι. Μετά από μελέτη για να είναι η χύτευση επιτυχής, να έχει το δείγμα ομοιογένεια και τα ρεολογικά του χαρακτηριστικά του τήγματος να είναι άριστα, θα πρέπει δείγμα 50gr να παραμείνει στο φούρνο σε χωνευτήριο αλουμίνας (θεωρούνται τα καταλληλότερα για θερμοκρασίες >1500 ο C (Εικόνα 99) για 1 ώρα στους 1550 ο C (Βασιλόπουλος,2008). 135

150 (α) (β) Εικόνα 97: Φωτογραφία προετοιμασίας του μίγματος (αριστερά) και εικόνα δείγματος αμέσως μετά την έξοδό του από το φούρνο (α) (β) Εικόνα 98: Φωτογραφία που φαίνεται ο εμποτισμός του μίγματος στο καλούπι μετά την έψηση 136

151 Εικόνα 99: Φωτογραφία κατάλληλου χωνευτηρίου αλλουμίνας ( 137