Πετρολογία των λευκοκρατικών γρανιτών του Πλατανοχωρίου Χαλκιδικής και δυνατότητες αξιοποίησης των αστρίων τους στην κεραμική βιομηχανία

Abstract

The granite of Platanochori Chalkidiki geotectonically belongs to the Serbomacedonian Mass and especially to the Upper Unit of Vertiskos. Fifteen samples were collected from the granite surface outcrops, 4 samples from the outcrops of an operating quarry in the study area and 13 samples from 48 drilling cores from the depths of 11 m, 15 m and 20 m, approximately. Mineralogical and chemical examinations showed that the Platanochori granite body consists of two-mica granite, gradually turning to muscovite granite, leucogranite, porphyritic granite, while foliated granite occurs at the margins. The main mineral constituents are quartz, K-feldspars, plagioclases, muscovite and biotite while apatite, zircon, fluorite, sericite, calcite, chlorite, epidote and opaque minerals appear in minor amounts. From the examination of the main mineral constituents of the Platanochori granite under the polarized microscope and the SEM the following are revealed: Quartz appears with anhedral crystals presenting and notched margins. Plagioclases in all petrographic types of the examined granite are composed of albite with An<5%. They show synthetic twin crystals and zoned structure, usually normal. K-feldspars are mainly orthoclases with the amount of albite varying between 2% and 6.6%. Perthitic intergrowths are common, while alterations to kaolinite and sericite are observed. Muscovite is the most abundant mica. It occurs as primary as well as secondary. Biotite is the most common ferromagnesian mineral. Most often it is altered to chlorite or it is discoloured giving white mica. The vein rocks intersecting the Platanochori granite are aplites and pegmatites. These are two acidic and light coloured rocks consisting of quartz, orthoclase, albite and muscovite. From the chemical analysis of the Platanochori granite, it is shown that the major elements follow the usual calc-alkaline trend. The chemistry of magma reveals that the Platanochori granite is of calc-alkaline nature and shows metaluminous to peraluminous character. For marketing and industrial worth being of the Platanochori granite its technological characteristics were determined and studied together with its mineralogical and chemical composition. Specifically, from the determination of particle size distribution, it was found that their average grain size, after the grinding, ranges from 8.09 μm to 19.55 μm. With the thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA), which was applied to samples GR37 and GR45, chosen as more suitable, it was showed that the melting of feldspars starts at about 1000oC and appears to have been completed at 1170oC. From the calcination of specimens at 1100oC, 1150oC and 1200oC products with low porosity, glossy surfaces and high hardness resulted without surface defects and deformations, while they presented colour in shades of pink - grey. The specimens were examined in the scanning electron microscope (SEM). As shown by the photomicrographs taken from the surface of the studied specimens, the melting of the grains has already begun at 1100oC. At 1150oC it has sufficiently advanced, so all specimens have fewer pores and voids. At 1200oC the surface appears completely vitrified. Inwards the melting of the material seems to be moving more slowly. So, at 1150oC all specimens show several open pores and voids, while bubbles (closed pores) appear. At 1200oC the percentage and the size of the pores and bubbles is significantly reduced. All specimens showed the higher values of linear shrinkage at 1150oC. The apparent specific gravity of specimens seems to follow the same trend with their linear shrinkage. Generally, the specimens at all three temperature areas relatively present high values of specific gravity indicating that the calcined products have low porosity and they are not spongy. Regarding the porosity, in all specimens decrease of the apparent porosity with increasing calcination temperature was observed. The water absorption follows the same trend as the porosity, because it depends directly on it. From the determination of uniaxial compressive strength of the specimens the higher values were observed after their calcination treatment at 1200oC. From the calculation results of the physical radioactivity it is concluded that the Platanochori granite can be safely used as a building material. Finally, a model of enrichment for the improvement of the examined material is suggested. According to this model, the uses of the studied granite in the ceramics industry are enlarged.

Ο γρανίτης του Πλατανοχωρίου Χαλκιδικής ανήκει γεωτεκτονικά στη Σερβομακεδονική ζώνη και συγκεκριμένα στην υπερκείμενη ενότητα του Βερτίσκου. Πάρθηκαν 15 δείγματα από τις επιφανειακές εμφανίσεις των πετρωμάτων, 4 δείγματα από τα μέτωπα του λατομείου που λειτουργεί στην περιοχή έρευνας και 13 δείγματα από 48 πυρήνες γεωτρήσεων από τα βάθη των 11 m, 15 m και 20 m περίπου. Από την ορυκτολογική και χημική εξέταση προκύπτει ότι ο γρανίτης του Πλατανοχωρίου αποτελείται από: διμαρμαρυγιακό γρανίτη που τοπικά μεταπίπτει σε μοσχοβιτικό γρανίτη, λευκογρανίτη, πορφυροειδή λευκογρανίτη, ενώ περιφερειακά απαντάται και σχιστοποιημένος γρανίτης. Τα βασικά τους ορυκτά συστατικά είναι χαλαζίας, Κ- άστριοι, πλαγιόκλαστα, μοσχοβίτης και βιοτίτης και περιέχουν σε μικροποσότητες απατίτη, ζιρκόνιο, φθορίτη, σερικίτη, χλωρίτη, ασβεστίτη, επίδοτο και αδιαφανή σιδηροξείδια. Τα φλεβικά πετρώματα που διακόπτουν τη συνέχεια των γρανιτών του Πλατανοχωρίου είναι απλίτες και πηγματίτες. Πρόκειται για δύο όξινα, ανοιχτόχρωμα πετρώματα που τα βασικά τους ορυκτά συστατικά είναι χαλαζίας, ορθόκλαστο, αλβίτης και μοσχοβίτης. Από την εξέταση των κύριων ορυκτών φάσεων του πλουτωνίτη του Πλατανοχωρίου στο πολωτικό μικροσκόπιο και στο SEM προκύπτει ότι, ο χαλαζίας εμφανίζεται αλλοτριόμορφος με κυματοειδή κατάσβεση και οδοντωτά περιθώρια. Συχνά σχηματίζει γρανοφυρικές και μυρμηκιτικές συμφύσεις. Τα πλαγιόκλαστα σε όλους τους πετρογραφικούς τύπους του πλουτωνίτη του Πλατανοχωρίου έχουν σύσταση αλβίτη με An ≤5%. Εμφανίζουν σύνθετες διδυμίες και ζωνώδη δομή, επί το πλείστον κανονική. Οι κρύσταλλοι των πλαγιοκλάστων αλλοιώνονται σε σερικίτη και σωσσυρίτη. Οι Κ-άστριοι είναι κυρίως ορθόκλαστα με ποσοστό σε Ab μεταξύ 2% και 6,6%. Εμφανίζουν περθιτικές συμφύσεις, είναι καολινιωμένοι και λιγότερο σερικιτιωμένοι. Ο μοσχοβίτης αποτελεί τον περισσότερο σε αφθονία μαρμαρυγία. Συναντάται τόσο ως πρωτογενής όσο και ως δευτερογενής. Τέλος, ο βιοτίτης είναι το σπουδαιότερο σιδηρομαγνησιούχο ορυκτό. Στα περισσότερο όξινα μέλη του γρανίτη ο βιοτίτης απουσιάζει ή συμμετέχει επουσιωδώς με τη μορφή μικρών λεπιών. Τις περισσότερες φορές είναι εξαλλοιωμένος σε χλωρίτη ή αποχρωματισμένος δίνοντας λευκό μαρμαρυγία. Ο χημισμός των πετρωμάτων δείχνει ότι αυτά είναι ασβεσταλκαλικής φύσης και εμφανίζουν μεταργιλικό έως υπεραργιλικό χαρακτήρα. Για την εμπορική διάθεση και τη βιομηχανική αξιοποίηση του γρανίτη του Πλατανοχωρίου προσδιορίστηκαν και μελετήθηκαν τα τεχνολογικά χαρακτηριστικά του σε συνδυασμό με την ορυκτολογική και χημική σύστασή του. Συγκεκριμένα, από τον προσδιορισμό της κοκκομετρικής κατανομής διαπιστώθηκε ότι το μέσο μέγεθος κόκκων τους μετά την κονιοποίηση κυμαίνεται από 8,09 μm έως 19,55 μm. Με τη θερμοβαρυτομετρική και διαφορική θερμική ανάλυση (TG-DTA) που εφαρμόστηκε στα δείγματα GR37 και GR45, ως πιο κατάλληλα, διαπιστώθηκε ότι η τήξη των αστρίων ξεκινάει περίπου στους 1000οC, ενώ φαίνεται να έχει ολοκληρωθεί μέχρι τους 1170οC. Από την πύρωση δοκιμίων στους 1100οC, 1150οC και 1200οC προέκυψαν προϊόντα με χαμηλό πορώδες, στιλπνές επιφάνειες και υψηλή σκληρότητα, χωρίς επιφανειακά ελαττώματα και παραμορφώσεις, ενώ εμφάνισαν χρωματισμό σε αποχρώσεις του ρόδινου - τεφρού. Τα δοκίμια εξετάστηκαν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Όπως έδειξαν οι μικροφωτογραφίες που πάρθηκαν από την επιφάνεια των υπό μελέτη δοκιμίων, η τήξη των κόκκων είχε ήδη αρχίσει στους 1100οC. Στους 1150οC έχει προχωρήσει αρκετά, έτσι όλα τα δοκίμια εμφανίζουν λιγότερους πόρους και διάκενα. Στους 1200οC η επιφάνεια φαίνεται πλήρως υαλοποιημένη. Στο εσωτερικό τους η τήξη του υλικού φαίνεται να προχωράει με πιο αργούς ρυθμούς. Έτσι, στους 1150οC όλα τα δοκίμια εμφανίζουν αρκετούς ανοικτούς πόρους και διάκενα, ενώ κάνουν την εμφάνισή τους και φυσαλίδες (κλειστοί πόροι). Στους 1200οC το ποσοστό και το μέγεθος των πόρων και των φυσαλίδων μειώνεται. Όλα τα δοκίμια εμφάνισαν τις υψηλότερες τιμές γραμμικής συστολής στους 1150οC. Το φαινόμενο ειδικό βάρος των δοκιμίων φαίνεται ότι ακολουθεί την ίδια τάση με τη γραμμική συστολή τους. Γενικά, τα δοκίμια και στα τρία θερμοκρασιακά πλατώ εμφανίζουν σχετικά υψηλές τιμές ειδικού βάρους γεγονός που δείχνει ότι τα προϊόντα έψησης εμφανίζουν μικρό πορώδες και δεν είναι σπογγώδη. Όσον αφορά το πορώδες, σε όλα τα δοκίμια παρατηρήθηκε μείωση του φαινόμενου πορώδους με αύξηση της θερμοκρασίας έψησης. Η υδατοαπορρόφηση ακολουθεί την ίδια τάση με το πορώδες, αφού εξαρτάται άμεσα από αυτό. Από τον προσδιορισμό της μονοαξονικής αντοχής σε θλίψη των δοκιμίων οι μεγαλύτερες τιμές παρατηρήθηκαν μετά από τη θερμική επεξεργασία στους 1200οC. Τέλος, από τα αποτελέσματα υπολογισμού της φυσικής ραδιενέργειας προκύπτει ότι, ο γρανίτης του Πλατανοχωρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί άφοβα ως οικοδομικό υλικό. Τέλος προτείνεται μοντέλο εμπλουτισμού για τη βελτίωση του εξεταζόμενου υλικού. Σύμφωνα με αυτό διευρύνονται οι χρήσεις του εξεταζόμενου γρανίτη στη βιομηχανία των κεραμικών.