Iły formacji poznańskiej jako surowce ceramiczne

Sk³ad mineralny i³ów poznañskich na podstawie ich wyst¹pieñ w rejonie Konina

(z³o¿e wêgla brunatnego „Piaski”)

Tadeusz Ratajczak*, Krzysztof Baharanowski**, Adam Gawe³**, Katarzyna Górniak**,

Wanda S. Sikora**, Tadeusz Szyd³ak**

Od kilkunastu lat na Wydziale Geologii, Geofizyki i

Ochrony Œrodowiska Akademii Górniczo-Hutniczej im. S.

Staszica w Krakowie s¹ realizowane prace badawcze

dotycz¹ce kopalin towarzysz¹cych wêglom brunatnym.

Objê³y one z³o¿a obecnie eksploatowane, maj¹ce charakter

perspektywiczny czy tzw. nagromadzenia o charakterze

lokalnym. Geneza tych z³ó¿, specyfika ich budowy

geolo-gicznej, litostratygrafia osadów spowodowa³y, ¿e

przed-miot szczególnych zainteresowañ stanowi³y i³y poznañskie

(m.in. Ratajczak, 1991; Ratajczak i in., 1992, 1996;

Gór-niak i in., 1999, 2001).

Formacja poznañska (górny miocen) z uwagi na swe

szerokie rozprzestrzenienie i znaczn¹ mi¹¿szoœæ budzi od

lat zainteresowanie wielu badaczy — stratygrafów,

sedy-mentologów, mineralogów, technologów. We wszystkich

pracach autorzy zwracaj¹ uwagê na fakt, ¿e jej utwory

wyró¿nia monotonny sk³ad mineralny ale jednoczeœnie

zmienne proporcje pomiêdzy podstawowymi sk³adnikami

mineralnymi zale¿nie od rejonu wystêpowania. Uzasadnia

to podjêcie badañ nowych profili formacji poznañskiej w

celu lepszego rozpoznania regionalnego i podjêcie

dysku-sji nad warunkami sedymentacji, diagenezy a tak¿e genezy

charakterystycznego dla tych osadów minera³u

smektyto-wego. Ponadto, wyraŸnie zaznaczaj¹ca siê trójbarwnoœæ,

wykazuj¹ca zmiennoœæ warunków œrodowiska ich

sedy-mentacji, sk³aniaj¹ do podjêcia badañ nad wp³ywem tych

warunków na sk³ad mineralny deponowanych osadów.

Najpe³niejszym wykszta³ceniem litologicznym

odzna-czaj¹ siê i³y poznañskie, zalegaj¹ce — zgodnie z sytuacj¹

paleogeograficzn¹ (Dyjor, 1970) — we wschodniej czêœci

basenu poznañsko-wroc³awskiego w pobli¿u jego

po³udnio-wej granicy z wa³em metakrapackim, w niewielkiej

odleg³oœci od strefy sp³ycenia oddzielaj¹cej ten basen od

basenu olsztyñsko-warszawskiego. Charakterystykê

forma-cji poznañskiej przedstawiono na podstawie profilu otworu

wiertniczego, usytuowanego w obrêbie niewielkiego rowu

tektonicznego po³o¿onego na SW od antykliny Konina. W

rejonie tym wykonano prace geologiczno-dokumentacyjne

dla z³o¿a wêgla brunatnego „Piaski”, pozwalaj¹ce

sfor-mu³owaæ nastêpuj¹ce wnioski:

‘

badane utwory reprezentuj¹ górny poziom formacji

poznañskiej (i³y p³omieniste wykszta³cone w facji brze¿nej);

‘

udzia³ mi¹¿szoœciowy w profilu wynosi: piaskowców

— 15%, mu³owców — 30%, i³owców — 45% oraz

utwo-rów ³¹cz¹cych cechy wymienionych wy¿ej typów — 11%;

‘

wyró¿niono dwa cykle sedymentacyjne o ziarnie

malej¹cym ku górze i barwie zmieniaj¹cej siê od szarej

poprzez zielon¹ i pstr¹ ponownie do zielonej;

‘

wszystkie typy i odmiany ska³ zawieraj¹ w ró¿nych

proporcjach kwarc, skalenie i minera³y ilaste (smektyt,

kaolinit, minera³y z grupy mik) oraz minera³y ¿elaza;

‘

dominuj¹cym minera³em ilastym jest bardzo

drob-nokrystaliczny minera³ smektytowy o ró¿nym udziale

pakietów pêczniej¹cych;

‘

zdefektowanie struktury smektytu obserwowane w

ska³ach szarych i pstrych wynika z ró¿nego

zaawansowa-nia procesów zwi¹zanych z odmiennymi warunkami

œro-dowiska ich sedymentacji.

Smektyt — dominuj¹cy minera³ ilasty formacji

pozna-ñskiej nawierconej w Piaskach charakteryzuje siê

nie-wielk¹ gruboœci¹ krystalitów. Œrednia ich wielkoœæ

wyznaczona metod¹ Scherrera waha siê od 40 do 62,3 C w

stanie powietrzno-suchym i od 52 do 82,6 C po nasyceniu

glikolem etylowym. Oznacza to, ¿e œrednio krystality

obej-muj¹ 3–5 pakietów. Gruboœæ krystalitów minera³u

smekty-towego wystêpuj¹cego w odmianie zielonej badanych ska³

na ogó³ jest wiêksza ni¿ w szarej i pstrej. Wyliczone

metod¹ Howera udzia³y pakietów niepêczniej¹cych

szacu-je siê na 6–33%. W przestrzeniach miêdzypakietowych

smektytu wystêpuj¹ kationy dwuwartoœciowe.

Stosunko-wo niska temperatura efektu endotermicznego wi¹zanego z

dehydroksylacj¹ smektytu (ok. 450

_{C) sugeruje}

beidelito-wy charakter tego minera³u.

Wykorzystane w pracy wyniki badañ by³y czêœciowo

finansowane z dzia³alnoœci statutowej Akademii

Górni-czo-Hutniczej — temat: Geologia, mineralogia i

geoche-mia jako kryteria wykorzystania krajowych surowców

ceramicznych, kopalin towarzysz¹cych i mineralnych

surowców odpadowych.

I³y formacji poznañskiej jako surowce ceramiczne

Ryszard Wyrwicki*

Osady ilaste formacji poznañskiej (i³y poznañskie)

by³y i s¹ Ÿród³em kopalin o bardzo ró¿nym przeznaczeniu

surowcowym w szeroko rozumianej ceramice. Sprzyja

temu rozprzestrzenienie formacji, jej znaczna mi¹¿szoœæ,

górnicza dostêpnoœæ w bardzo licznych z³o¿ach g³ównie

glacigenicznych oraz korzystne w³aœciwoœci ceramiczne,

wynikaj¹ce ze specyficznej litologii ilastych kopalin:

sk³adu minera³ów ilastych, ¿elazistoœci i bezwapiennoœci.

W³aœciwoœci ceramiczne i³ów poznañskich, zarówno

technologiczne surowców, jak i fizyczne wypalonego z

nich tworzywa, s¹ determinowane przez:

267

Przegl¹d Geologiczny, vol. 50, nr 3, 2002

*Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska,

Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059

Kraków; trataj@uci.agh.edu.pl

**Wydzia³ Geologii, Geofizyki i Ochrony Œrodowiska,

Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059

*Wydzia³ Geologii, Uniwersytet Warszawski, ul. ¯wirki

i Wigury 93, 02-089 Warszawa

a) iloœciow¹ proporcjê kwarcu do minera³ów ilastych i

rodzajów minera³ów ilastych do siebie (g³ównie beidellitu

do kaolinitu),

b) zawartoœci tlenków ¿elaza — hematytu i getytu

(Wyrwicki, 1975, 1978).

W³aœciwoœci surowcowe, rozumiane jako przydatnoœæ

do produkcji okreœlonego wyrobu s¹ dodatkowo

uzale¿nio-ne od obecnoœci sk³adników szkodliwych: konkrecji

wêgla-nowych (g³ównie wapiennych) o ró¿nej wielkoœci i genezie,

pirytu i gipsu (Wyrwicki, 1969, 1974; Maliszewska &

Wyrwicki, 1977). Substancja organiczna pe³ni rolê

podwójn¹: raz sk³adnika u¿ytecznego wzmagaj¹cego

ter-miczne pêcznienie, a dwa — szkodliwego z uwagi na

defor-mowanie czerepu wyrobów (£uczak-Wilamowska &

Wyrwicki, 2000).

I³y poznañskie, traktowane jako surowiec w

technolo-gii plastycznego formowania wyrobów z uwagi na

przewa-gê Ca-beidelitu (Wyrwicki & Wiewióra, 1972; Wiewióra &

Wyrwicki, 1976, 1981) nale¿¹ do wysoko- i bardzo

wyso-koplastycznych, charakteryzuj¹cych siê skurczliwoœci¹

wysychania Ss>10,1% (do 15%) i wartoœci¹ wody

zarobo-wej 30–50%. S¹ one z regu³y wra¿liwe i bardzo wra¿liwe

na suszenie.

I³y poznañskie w wiêkszoœci s¹ niskotopliwe; ich

ogniotrwa³oœæ najczêœciej wynosi 123–132 sP (Wyrwicki,

1974), odmiany ubogie w minera³y ilaste — mu³ki i mu³ki

piaszczyste s¹ wysokotopliwe (135–151 sP).

Temperatura maksymalnego spieczenia (t

), w której

wypalone tworzywo osi¹ga najwiêksz¹ gêstoœæ, a zarazem

najmniejsz¹ nasi¹kliwoœæ wod¹ jest proporcjonalna do

ilo-œci kwarcu, a odwrotnie proporcjonalna do iloilo-œci

mine-ra³ów ilastych. St¹d najni¿sz¹ t

850–900

C odznaczaj¹

siê beidelitowe i³y, a najwy¿sz¹ 1300–1350

_{C —}

piaszczy-ste mu³ki. Przeciêtnie t

oscyluje miêdzy 1050–1150

C

(Kozydra & Wyrwicki, 1978; Marzec & Wyrwicki, 1982).

Przewa¿nie w pocz¹tkowym zakresie temperatury

wypa-lania (850–1000

_{C) uzyskuje siê tworzywo porowate, w}

œrod-kowym — spieczone, a w wy¿szej od t

(1150–1300

C) —

termicznie spêcznione (Wyrwicki, 1974). W skrajnych

przy-padkach: z piaszczystych mu³ków w ca³ym przedziale

tempe-ratur od 850

_{C do 1300}

_{C uzyskuje siê wy³¹cznie tworzywo}

porowate, a z „t³ustych” i³ów — tylko spêcznione.

Tworzywo porowate charakteryzuje siê nasi¹kliwoœci¹

Nz 6–22%, najczêœciej 8–13% wag. i wytrzyma³oœci¹ na

œciskanie Rc 5–50 MPa, najczêœciej 15–35 MPa.

Tworzy-wo spieczone: Nz 0–6% (zapiaszczenie i piryt podnosz¹ Nz

ku górnej wartoœci) i Rc 20–240 MPa, najczêœciej powy¿ej

50 MPa. Wspó³czynnik pêcznienia i³ów waha siê od 1,5–5 i

œrednio wynosi ok. 3 (Wyrwicki, 1974, 1978; Marzec &

Wyrwicki, 1982).

Podsumowuj¹c, i³y poznañskie maj¹ cechy kopaliny

wielosurowcowej. Zale¿nie bowiem od ich

litologiczno-su-rowcowych cech i zastosowanej technologii wytwarza siê z

nich zarówno ceg³ê porowat¹ jak i klinkierow¹;

wielkowy-miarowe, porowate, cienkoœcienne materia³y œcianowe oraz

ok³adzinowe i pod³ogowe p³ytki; materia³y dachowe,

wyro-by kamionkowe i lekkie kruszywo ceramiczne — keramzyt.

Literatura

ALEXANDROWICZ S.W. & KLECZKOWSKI A.S. 1974 — Osady trzeciorzêdowe Opolszczyzny. [In:] Przew. 46. Zj. Pol. Tow. Geol. Wyd. Geol.: 38–48

AREÑ B. 1957–1964 — Atlas geologiczny Polski, skala 1 : 3 000 000. Zagadnienia stratygraficzno-facjalne. Trzeciorzêd, 11. Wyd. Geol. BADURA J. & PRZYBYLSKI B. 2000 — Rejon dolnoœl¹ski — obszar modelowy dla peryferycznej czêœci basenu. Charakterystyka budowy geologicznej. [In:] M. Piwocki (ed.), Analiza paleogeograficzno-fa-cjalna formacji poznañskiej w aspekcie surowcowym. CAG Pañstw. Inst. Geol.

BADURA J. PRZYBYLSKI B., SALAMON T. & WINTER H. 2001 — Stanowisko nr 7 — Tu³owice Las; PóŸnoplioceñskie osady rzeczne w Tu³owicach, na Równinie Niemodliñskiej. [In:] J. Badura, B. Przybylski (ed.), 8. Konf. pt. Stratygrafia plejstocenu Polski. Serie rzeczne i lodowcowe po³udniowej Opolszczyzny: 139–155.

BERENDT G. 1867 — Beitrag zur Lagerung und Verbreitung des Ter-tiärgebirges im Bereiche der Provinz Preussen. Schr. Phys.-Ökon. Ges. Königsb., 8: 73–84.

BERENDT G. 1886 — Geognostische Skizze der Gegend von Glogau und das Tiefbohrloch in dortiger Kriegsschule. Jb. Preuss. Geol. L.-A.: 347–355.

BERGER F. 1938 — Zur tertiären Entwicklungsgeschichte des schlesischen Flachlandes. Ber. Naturf. Ges. Freiburg, 36: 1–27. BEYRICH E. 1856 — Über den Zusammenhang der norddeutschen Tertiärbildungen, zur Erläuterung einer geologischen Übersichtskarte. Abh. Preuss. Akad. Wiss., Phys. Abt., 27: 1–20.

BRAÑSKI P. 1994 — Mo¿liwoœci wykorzystania i³ów serii pozna-ñskiej w ochronie œrodowiska. Prz. Geol., 42: 446–449.

BRAÑSKI P. 1998 — Badania trzeciorzêdowych i³ów o podwy¿szonej zawartoœci smektytów (montmorillonitu). [In:] S. Koz³owski (ed.), Ochrona litosfery. Pañstw. Inst. Geol.: 197–200.

BRAÑSKI P. 2002 (w druku) — Kierunki wykorzystania krajowych kopalin ilastych w rekonstrukcji terenów zdegradowanych cywilizacyj-nie. Biul. Pañstw. Inst. Geol.

BRAÑSKI P. & KASIÑSKI J.R. 1994 — Konin lignite basin. Lacustri-ne sediments of the Upper MioceLacustri-ne sedimentary unit. [In:] G. Czapow-ski, J.R. Kasiñski (eds.), Tectonic control on lacustrine basin

development — sedimentary record. Pañstw. Inst. Geol.: 34–36. CANDE S.C. & KENT D.V. 1995 — Revised calibration of the geoma-gnetic time scale for the Late Cretaceous and Cenozoic. Jour. Geoph. Res., 100: 6093–6095.

CIUK E. 1970 — Schematy litostratygraficzne trzeciorzêdu Ni¿u Pol-skiego. Geol. Quart., 14: 754–771.

CIUK E. 1991— Trzeciorzêd po³udniowej skarpy pradoliny Warty miêdzy Koninem, Wilkowem, Brze¿nem, ¯ychlinem. Prz. Geol., 39: 340–345.

CZAPOWSKI G. 2001 — Rejon dolnoœl¹ski — obszar modelowy dla peryferycznej czêœci basenu. Wyniki badañ sedymentologicznych. [In:] M. Piwocki (ed.), Analiza paleogeograficzno-facjalna formacji pozna-ñskiej w aspekcie surowcowym. CAG Pañstw. Inst. Geol.

CZAPOWSKI G., BADURA J. & PRZYBYLSKI B. 2002 (w druku) — Geneza utworów m³odszego trzeciorzêdu (formacja poznañska) w rejonie Jaroszowa ko³o Wroc³awia. Prz. Geol., 50.

CZAPOWSKI G. & KASIÑSKI J.R. 2001a — Charakterystyka œro-dowiska depozycji. [In:] M. Piwocki (ed.), Analiza paleogeograficz-no-facjalna formacji poznañskiej w aspekcie surowcowym. CAG Pañstw. Inst. Geol.

CZARNIK J. 1972 — Paleogeografia okolic Turka w górnym trzecio-rzêdzie i plejstocenie. Acta Geol. Pol., 40: 1–160.

DOKTOROWICZ–HREBNICKA J. 1957 — Index pollen spectra of Pliocene coal-bearing sediments. Pr. Pañstw. Inst. Geol., 15: 87–165. DYJOR S. 1968 — Poziomy morskie w obrêbie serii i³ów pozna-ñskich. Geol. Quart., 12: 941–957.

DYJOR S. 1970 — Seria poznañska w Polsce zachodniej. Geol. Quart., 14: 819–835.

DYJOR S. 1978 — Rozwój pokryw zwietrzelinowych i serii ilastych w trzeciorzêdzie po³udniowo-zachodniej Polski. [In:] 1. Konfer. Minera³y i surowce ilaste. Boles³awiec: 269–280.

DYJOR S. 1986 — Evolution of sedimentation and paleogeography of near-frontier areas of the Silesian Part of the Paratethys and of the Ter-tiary Polish-German Basin. Zesz. Akad. Górn.-Hutn., Geologia, 12: 7–24.

DYJOR S. 1995 — Rozwój kenozoiku na bloku przedsudeckim.[ In:] S. Cwojdziñski (ed.), Przew. 6. Zj. Pol. Tow. Geol. Geologia i ochrona bloku przedsudeckiego. Ann. Pol. Geol. Soc., Spec. Iss.: 29–40. DYJOR S., DENDEWICZ A., GRODZICKI A. & SADOWSKA A. 1978 — Neogeñska i staroplejstoceñska sedymentacja w obrêbie stref

268