A kőzetkészítmények használati lehetőségei

Elnyújtott hatású ásványi trágyák, talajpótlók

A kőzetek – ásványok szilárd állapotú keverékei – a modern civilizációnknak is alapját képezik, nemcsak a földfelszín szilárd felületeként, hanem mint építő- és ipari (fém, vegyi, polimer, katalizátor, elektrotechnika stb.) nyersanyagok. Ha a talajok földtani értelmezését nézzük mint recens, nem konszolidált üledékes kőzet, akkor tulajdonképpen a földi élet alapját is a kőzetek teremtik meg és tartják fenn. Míg ez utóbbi rendszer passzívnak is tekinthető az emberi társadalom szempontjából, addig a társadalom működése önmagában a kőzetek és ásványvagyon dinamikus, túlhajtott felhasználását és sokszor pazarlását jelenti.

A kőzetek mezőgazdasági alkalmazása

Minden haszonanyag bányászata meddő és feldolgozási hulladék (ugyancsak kőzet) keletkezésével jár, még a vasúti ágyazathoz, útépítéshez szükséges zúzottkő- vagy homok- és kavicsbányászat is. Így rendkívüli mennyiségű és változatosságú kőzetanyag áll rendelkezésre világszerte, amely a megfelelő feldolgozás után mezőgazdasági felhasználásra alkalmassá tehető. De természetesen vannak olyan sajátos ásványtani összetételű kőzetek is, amelyeket akár direkt mezőgazdasági felhasználásra is megéri kitermelni. A tápelemeket hordozó kristályos anyagokat kőzetalkotó (>1-2 tömeg%) és járulékos (<1-2 tömeg%) ásvány kategóriákba soroljuk, ezek kémiai tartalmát a kőzetképződés földtani és geokémiai jellege fogja meghatározni.

Az amorf alkotók a kőzettípustól függően üvegszerű szilikátos (vulkáni, metamorf), agyagszerű hidratált oxidosszilikátos (üledékes), szerves (szén) vagy ezek keveréke lehet. A gyakorlatban a kőzeteknek több évtizedes, tapasztalaton vagy kutatásokon alapuló mezőgazdasági alkalmazása létezik, ami azt is alátámasztja, hogy nem érdemes ásványtanilag és kémiailag nagyon különböző talajt és kőzetet társítani, mivel ez negatív hatással lehet az ásványok feldolgozását végző talajéletre. Kőzetkészítmények előállításával – mint komponensek szelektív dúsítása –, szemcseméret-ásvány frakciók kinyerésével, kőzetek keverésével a költségek növekedésével egy időben az alkalmazási lehetőségek is bővülnek. Ehhez viszont célszerű a kőzetek alapvető jellemzőit is ismerni, amennyire lehet, ugyanis ez általában többéves egyetemi kurzusokat és gyakorlatot igényel. A következő ismertetőben eltekintünk a szakmai nomenklatúra magmás-üledékes-metamorf osztályozásától, és kémiai-ásványtani szempontból emelünk ki a mezőgazdaságban alkalmazott vagy potenciálisan alkalmazható példákat.

A kőzetek csoportjai

Geokémiai csoportosítás szerint a leggyakoribb kőzeteket a szilikátos [SiO₄]^-4, karbonátos [CO₃]^-2, szulfátos [SO₄]^-2 és szerves (szén) csoportokra oszthatjuk, ritkábbak a foszfát [PO₄^]-3, borát [BO₃]^-3 és nitrát [NO₃]^–1 kőzetek. Ezeken belül eredet, képződés, kationtartalom és fizikai tulajdonságok alapján részletezzük tovább a felosztást, amelyet kiegészíthetünk ásványtani részletekkel is, hiszen a korábban többször emlegetett ásványok anionjai köszönnek vissza a kőzetek esetében is.

Például karbonátos kőzet a mészkő, dolomit és magnezit is, kationok szerint Ca-, Ca-Mg-, valamint Mg-dominánsak, ásványtanilag kalcit, dolomit, valamint magnezit alkotja. Egy dolomitosodott mészkőnek azonban már valamilyen karbonátos Mg-tartalma is lesz, ezért kationtartalom szempontjából értékesebbé válik.

A szilikátos kőzeteket a kovatartalom (SiO₂) szerint tovább bonthatjuk kovadús (savas vagy savanyú), átmeneti (neutrális) és kovaszegény (bázikus) típusra, kiegészítve a kovában nagyon szegény vagy ultrabázikus típussal. A savas jelleg alapja a Si mint kovasav értelmezése, ezek a típusok létrejöhetnek úgy a magmás, mint üledékes és metamorf rendszerekben is, bár a felosztást hagyományosan a magmás kőzetek osztályozására alkalmazzuk. A kovadús kőzetekben általánosan a kvarctartalom magas; ha ez 90 tömeg%-nál nagyobb, akkor kvarcolit (magmás), kvarcit (metamorf) vagy kvarcarenit jellegű homokkő (üledékes). Az alumíniumtartalom növekedésével nő a Na- és K-, majd Ca-, majd Mg- és Fe-tartalom – mindez a Si-tartalom kárára. És tulajdonképpen a talajadalék-termékek előnyére, ugyanis a K, Ca, Mg és Fe²⁺ olyan ásványok szerkezetében vannak, amelyek a természetes talajképződést és növényi tápanyagszükségletet is rendelkezésre bocsájtják. A mállásuk során pedig az Al agyagásványokban kötődik le, miközben biológiailag elérhető Si is felszabadul.

A savanyú kőzeteket a magmás rendszerben gránitoknak és monzonitoknak, vulkáni formában riolitoknak nevezhetjük, hasonló kationtartalmú és kemizmusú metamorf kőzetként az alacsony klorittartalmú filliteket, csillámpalákat, gneiszeket és granulitokat említhetjük meg, míg az üledékes rendszerből az arkózás homokkövek, illites iszapok és agyagok említhetők. Ha növekszik a Na- és K-tartalom, akkor alkáli kőzetek fognak képződni, gyakori képviselőjük a szienit, ezek előfordulása viszonylag ritka. A magmás neutrális kőzetekben (monzonit, diorit) a Ca-dús plagioklászok, Ca-piroxének (diopszid, augit) és amfibolok (hornblende), valamint csillámok (biotit) a kőzetalkotók, csökkenő Na- és K-tartalommal, felszínközeli képződés esetén (andezit, dácit) jelentős kőzetüveg-tartalommal. A metamorf kőzetek közül leginkább az átlagos zöldpalatípus hasonlítható ezekhez, de nagyon különböző ásványtannal: a Ca jelentős része epidotban van kötve, amely a Fe ^2+-t is hordozza a klorit mellett, Fe- és Mg-gazdag illit- és csillámfázisokkal.

Az üledékes kőzetek közül az agyagmárga típusúak hordoznak hasonló elemösszetételt, főleg filloszilikátok és karbonátok formájában. A bázikus kőzetek esetében a vulkáni rendszerben meg kell különböztetnünk az alkálibazaltokat (K-gazdag, kontinentális) és tholeites (Fe-Mg dús, óceánaljzati) bazaltokat, amelyekhez a metamorf rendszerből kloritpalát, amfibolitot, eklogitot hasonlíthatunk, míg az üledékes kőzetek közül az agyagpala, bazaltos litarenit vagy dolomitos mészmárga hasonlít leginkább – a vonatkozó ásványtani különbségekkel. Az 1. táblázat kálimetaszomatizált riolit, albitos riolittufa, enyhén metaszomatizált andezit és dácit kiragadott mintáinak kémiai összetételét szemlélteti.

Ásványtani vizsgálattal kiegészítve

A kálimetaszomatizált riolit ortoklásztartalma 47,9 tömeg%, ami a magas K-tartalmat hordozza, az albitos riolittufában az albittartalom felugrik 21,4 tömeg%-ra, az andezit kvarctartalma 4 tömeg% és a Ca-tartalmat plagioklász földpátok hordozzák.

A kémiai és ásványtani összetétel összefüggései két vonalon értelmezendők, mert míg az egyszerű kristályos alkotóknál (kaolinit, olivin, gipsz, apatit stb.) a kötött elemtartalom képletekkel számolható, addig a kőzetüveg, a hidratált szilikátos és/vagy oxihidroxidos amorf alkotók, valamint a komplex ásványok (piroxének, amflbolok, csillámok) esetében az ionhelyettesítés széles tartományban módosíthatja az összetételt. Az andezitekben a Ca jelentős részben a plagioklászokban van kötve, míg egy bazaltban ez lehet főleg piroxénben és változó részben plagioklászban, egy márgában pedig főleg kalcit, dolomit és montmorillonit hordozza. Az Al és Si viszont nagymértékben lehet az amorf alkotókban, jelentős K- és Na-, de egyéb főelem-tartalommal is, amelyek arányait nem tudjuk képletekkel számolni. Éppen ezért a kémiai analízis mellé ásványtani vizsgálat is szükséges, ha tudnunk kell a kémiai elemek hordozófázisait is.

Annál is inkább szükséges lehet az ásványtani vizsgálat, mert főleg a magmás és vulkáni kőzeteket képződésük utolsó szakaszában vagy utólagosan forró vizes fluidumok járhatják át, hidrotermás átalakulásokat, gyakran kálimetszomatózist okozva, amely által növekszik a kőzet K- és káliföldpát-tartalma.

A talajösszetételhez történő párosítás esetén a talaj fő kationjait, illetve az alkalmazás célját érdemes szem előtt tartani, minthogy K-forrás pótlására alkalmas lehet a nem kovásodott (azaz kvarc <25–30 tömeg%) riolittufa. Ha ezt egy savanyodó, agyagot vesztő talajon akarjuk elvégezni, akkor alkalmasabb egy alkálibazaltot vagy márga és andezit keverékét tesztelni, amely eleve kevesebb Si-ot és több két vegyértékű kationt visz be, hozzájárulva a kolloidképződéshez és stabilizáláshoz.

A kristályos alkotók előnyei főleg a Mg, Fe²⁺ és Ca-tartalmú szilikátoknál jelentkeznek, mivel ezek mállása és oldódása gyorsabb, mint karbonátoké vagy foszfátoké, de lassúbb, mint a kőzetüveg esetében, átmenetet képezve a gyors és nagyon lassú feltáródás között. Kőzet és ásvány szempontú példával a nem metaszomatizált szubvulkáni alkálibazalt jobb tápelemforrás az augit (Ca, Na) (Mg, Fe, Al, Ti) (Si, Al)₂O₆ által, mint egy dolomitos mészkő vagy márga.

A kristályos alkotók hátrányaiként elsősorban a kvarc vagy cristobalit (ez karcinogén is) jelenlétét emelhetjük ki, ugyanis az ezekben a szerkezetekben lekötött Si a talajélet szempontjából inaktív, stabil fázist jelent, amely csak földtani időkben mérve járul hozzá a talaj Si-forgalmához. A talajok természetes homokfrakcióját javarészt kvarc alkotja, tehát legfeljebb az agyagos talajok szerkezetjavítására használhatnánk homokkő vagy egyéb kvarcgazdag kőzetterméket, amelynek gyakorlati és gazdasági haszna azonban teljesen valószínűtlen. A szilikátforrás mellett a kationok elérhetőségét is csökkentheti a kristályos fázisok magas aránya, amely elsősorban a kristályok, szemcsék mérete által szabályozott fajlagos – talajoldat és baktériumok által elérhető – felülettől függ. A földpátokban kötött K (mikroklin, ortoklász, szanidin) és Ca (andezin, labradorit, bytownit) egy megfelelő lassan feltáródó forrás, azonban a milliméter-tizedmilliéter tartományba eső szemcsékből nagyságrendekkel kevesebb kation tud kioldódni, mint a századmilliméter alatti szemcsékből, az elérhető felület különbségei miatt.

Járulékos ásványok

A járulékos ásványok mindig olyan nyomelemeket hordoznak, amelyek tulajdonképpen mikronutriensek – vagy éppenséggel mérgező, szennyező elemek. Ezek pontos meghatározása lényegében fontosabb, mint a főelemek és kőzetalkotók típusa, arányai. A titán majdnem mindig jelen van oxidos (TiO₂, rutil és anatáz) vagy szilikátos formában (titanit, CaTiSiO), akár helyettesítő ionként. A spinell típusú oxidok is hordozhatják, akárcsak a Cr, Co, Ni, Zn, V és Cu ionjait is, ezek a bázikus és ultrabázikus magmás kőzetekre jellemzőek, ahol a nehézfémek aránya akár több ezer ppm/kőzet értékre is ugorhat, és jelen lehetnek az üledékes (örökölt) vagy metamorf (örökölt-továbbnőtt) kőzetekben is. Külön érdekes lehet, és itthon kutatásra szoruló téma az andezitek B-tartalma, amely főleg trachitosodás során dúsulhat borátásványok (vonsenit) formájában, de eleve a kőzetüvegben is elérhet 0,1 wt% körüli dúsulást. A foszfor apatit és ritkaföldfém foszfátok formájában gyakori járulékos ásvány, a foszfáttartalom akár 4–5 ezer ppm/kőzet dúsulását is okozva, és tulajdonképpen azonos a talajok természetes foszfátforrását adó ásványokkal. A ritkaföldfémekhez mindig kapcsolódó tórium és urán koncentrációja viszont általános esetben elenyésző, az esszenciális mikronutriens-tartományt sem éri el, viszont amennyiben dúsulásuk történt, az mindenképp felismerhető és kimutatható az átalakulások révén. Az andezites és bazaltos vulkáni kőzetekben és azok mállásához kötőtő agyagos kőzetekben jellemző a stroncium (Sr) akár több ezer ppm-nyi dúsulása is, a káliföldpátokban a rubídium (Rb) és cézium (Cs) dúsulása jellemző, míg a gyenge kálimetaszomatózis által érintett riolitos kőzetekben akár antimon (Sb), szelén (Se) vagy ón (Sn) is előfordul Fe-Ti oxidokban (ilmenit, titanomagnetit, ülvöspinel).

Speciális kőzetek

Foszforit vagy foszkorit a kereskedelmi neve annak a kőzetnek, amely alkáli karbonatitos magmatizmus vagy mérsékelt égövi sekélytengeri oxigénszegény iszapban precipitáció során képződik, és uralkodóan apatit alkotja. Ez a kőzet látja el úgy a vegyipar, mint a műtrágyagyártás foszforigényét. Nyersfoszfát néven használt ásványi trágya, megfelelő keverékbe ágyazva, mivel túlzott mennyiségben negatív hatása van az élő szervezetekre. Guanó néven, biológiai eredetű kőzetként tartjuk számon a madarak és denevérek ürülékéből képződő P-dús anyagot, amelynek minősége csak nő, ha Ca-ot karbonátos formában hordozó kőzeten halmozódik fel, hosszabb időn át, ugyanis ez a Ca-foszfátok, főleg brushit (CaHPO₄x2H₂O) és ardealit (CaHPO₄SO₄x4H₂O) kristályosodásához vezet. A gipsz CaSO₄x2H₂O nevű ásvány, ha kőzetalkotó mennyiségben halmozódik fel evaporitos telepekben, akkor a kőzet is a gipsz nevet viseli. Az építőipar egyik legfontosabb nyersanyaga, bár az utóbbi évtizedekben a bányászott forma helyett az ipari füstgázszűrők kéntelenítő termékét (reagipsz) használják. Vízben, talajoldatban lassan oldódik, de a baktériumok által bontott, biológiailag felvehető oldott szulfátot is szolgáltat. Borátkőzetek előfordulása jóval ritkább, lévén a B ritka dúsulása, de az andezites vulkanizmushoz kapcsolódó evaporitos mezőkben megtalálhatóak. A világ legnagyobb termelője Törökország, az anatóliai borátövezet bányáiból, míg a recens-aktív boráttavak az Atacama sivatagban gyakoriak.

A zeolitok telepei a riolitos, dácitos vagy andezites vulkáni tufákban alakulnak ki, hidrotermás vagy tavi, tengeri üledékes környezetben, amit jellemzően a nagy térfogatban végbemenő, akár 60–70 tömeg%-ot is elérő klinoptililot és/vagy mordenit képződése jelez. A korábbi fejezetekben tárgyalt ioncserélő és abszorpciós képességnek köszönhetően a zeolitos kőzetek, főleg tufák nagyon értékes nyersanyagai a növénytermesztésnek. De zeolitok (kabazit, sztilbit, analcim, leucit stb.) általában jelen vannak a riolitban, andezitben és bazaltban, illetve ezek tufás változataiban is, bár csak néhány tömeg%-nyi mennyiségben, de a kőzetkészítmények tulajdonságait javítva.

Egy ideális világban a kőzetbányászat és -feldolgozás ipari és jogi részét képezné a mezőgazdaság számára hasznos melléktermékek, meddőanyagok feldolgozásának támogatása és kötelezése, ezáltal két irányból is dolgozva a zöld- és okosjövőn. Addig is hasznos időtöltés lehet felleltározni az elérhető készleteket, és feleleveníteni a néhány évtizedes kísérleteket, esetleg olyan nemzetközi tapasztalatokat megfigyelni, mint az afrikai és dél-amerikai példák. A kijuttatás mennyisége, módja, mikéntje ugyanúgy jelentős kihívás, mint maga a kérdés: használjunk talajprobléma orvoslására kőzetkészítményt?

Dr. Kristály Ferenc
Miskolci Egyetem