Во что превращается известняк

Известняк

Известняк является горной породой, образованной в результате осаждения частиц органогенного и хемогенного характера. Месторождения минерального сырья, применяющегося в различных отраслях производства, распространены на обширных территориях.

Характеристика минерального состава породы

В таблице величин твердости по Моосу камень известняк занимает 3-е место по мере возрастания показателей. Его твердость соответствует 3, а плотность зависит от содержания примесей, в том числе доломита, кварца и других минералов.

Вещества, входящие в химический состав известняка, могут разрушаться под действием воды, медленно разлагаться на соответствующие основания с выделением углекислого газа. Эти природные процессы являются источниками газа для минеральных вод и факторами, способствующими образованию карстовых пещер в земных глубинах.

При повышении температурного градиента до 200°C камень быстро разлагается, а в результате обжига образуется известь.

Формула известняка, состоящего из кальцита, — это CaCO3. Если состав содержит доломит, то химическая формула включает магний CaMg(CO3)2. Известняковая горная порода, состав которой формируют раковины и их обломки, называется ракушечник (ракушняк).

Цвет минерала обычно белый или серый, но примеси органических веществ изменяют породу, привнося черный и темно-серый оттенки. Наличие соединений железа в разных концентрациях придает желтую, красную или коричневую окраску.

Виды породы

Физические свойства известнякового материала зависят от наличия пустот и пор в породе. Залежи минерального сырья встречаются во всех геологических системах.

Наиболее интенсивное формирование отложений — в карбоне, меле. Основная характеристика известняка из карбона — отсутствие блеска и белый с желтоватым оттенком цвет. Его отличительная особенность — легкость в обработке, разнообразие текстурных поверхностей и естественных рисунков.

Структура минерала разнообразна и служит в качестве основы для выделения разновидностей породы. Выделяют такие типы:

По размеру зерен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллические виды известняков.

Материал, используемый в качестве писчего инструмента, для нанесения контуров на ткань, с целью развития у детей творческого уклона, более известный как мел (белый известняк), относится к типу органогенно-обломочных образований. Если рассмотреть кусочек мела при увеличении, то можно увидеть в нем мелкие ракушки.

Мощность толщ породы зависит от условий формирования осадочных образований и составляет от нескольких сантиметров до 5 км. Прочность известняка невысокая, а во влажном состоянии она снижается.

Для каждого месторождения характерен неравномерный показатель прочности сырья. Мраморовидный известняк в отличие от других минеральных образований, в том числе гранита, имеет меньшую твердость и легко поддается обработке.

Свойства минерала зависят от характера его образования и состава. Иногда порода сложена оолитовыми зернами, обломками кварца и кремния, характеризуется мелкими порами, невысокой прочностью.

Так, например, травертин (натечное образование) характеризуется структурой в виде ячеек, невысокой объемной массой; он легко поддается обработке.

Типичный пример карбонатных образований в современных условиях наблюдается возле источников, в водах которых растворенный компонент оседает на растениях и разнообразных предметах в виде налета.

Путиловский известняк в свое время являлся основным материалом при строительстве города на Неве. Отличные физико-химические свойства, минеральный состав и устойчивость к воздействию внешней среды позволяют активно внедрять его в строительство в качестве декоративного экономически выгодного материала.

Мраморизованный известняк состоит из карбонатов, в его составе содержатся окаменелости в виде моллюсков, раковин. Добываемый материал серовато-голубого, белого цвета с желтым оттенком. Мраморную известняковую породу используют в качестве отделочного компонента для фасадов при выполнении реставрационных работ.

Сферы применения минерального сырья

Горная порода не является редкой, месторождения разрабатываются во всем мире. Запасы доломитов на территории РФ распределены неравномерно, а основные залежи сырья сосредоточены в Центральном федеральном округе, на Урале и в Сибири.

В зависимости от форм залегания породы и глубины разработки добыча известняка производится с использованием специальной техники, различной по функциональности.

Применяется материал в различных отраслях промышленного производства, металлургии. Известняк в строительстве используется в качестве:

В цементной отрасли используются разновидности минерального сырья — мел и мергель. Использование материала в строительстве в качестве компонента для растворов, бетона, штукатурки повышает качество и надежность работ.

Особенные свойства карбонатных образований делают их привлекательным материалом для декоративных и отделочных работ. Разнообразие текстурных и фактурных характеристик служит украшением любого интерьера.

Карбонатный материал (алебастр, гипс) является поделочным камнем. В течение многовековой истории его используют для изготовления статуэток, подсвечников, ювелирной бижутерии. Изделия, дошедшие до наших времен, пользуются спросом среди коллекционеров и ценителей искусства.

Флюсовый известняк и доломит применяются в металлургии в качестве материала и сырья для переработки нефелиновых руд на цемент, соду и глинозем. Известковый камень используют в качестве материала для строительства гидротехнических сооружений.

Флюсующая добавка компонента, вводимая в доменную шихту с целью снижения температуры плавления породы, не содержащей рудный компонент, является единственным видом основной добавки. В металлургии используют доломитизированный известняк, повышающий содержание в шлаке оксида магния, который увеличивает подвижность и стабильность химических и физических свойств материала при изменении температурного градиента.

Производство использованного соединения, изменившего требования к свойствам флюса, предоставило возможность работать с непрочными материалами. Поэтому в качестве шихты применяют ракушечник. Его структура (большая пористость) позволяет улучшить технологический процесс и качество материала, а химический состав положительно влияет на сохранение температурных условий.

Применение известняка в сельскохозяйственном производстве (доломитовая мука) позволяет снизить кислотность почвы и увеличить урожайность культур. В качестве сырья порода используется в стекольной промышленности.

Известняковый компонент используется для очистки сахара от примесей, полировки изделий из цветных металлов, внешнего покрытия электродов и теплоизоляции конструкционных соединений.

Источник

Известняк

Известняк — осадочная горная порода органического (биогенного), реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция, преимущественно в виде кальцита или кальцитовых скелетных остатков организмов, редко из арагонита. Может содержать примеси обломочного (обычно терригенного) материала, глинистого и (или) кремнистого в-ва, пирита и сидерита.

Входящий в состав известняков карбонат кальция способен растворяться в воде, а также медленно разлагаться на углекислый газ и соответствующие основания; первый процесс — важнейший фактор образования карста, второй, происходящий на больших глубинах под действием глубинного тепла земли, даёт источник газа для минеральных вод.

При метаморфизме известняки перекристаллизуются и образуют мраморы.

Название разновидности известняков отражает присутствие в нём остатков породообразующих организмов, район распространения, структуру (оолитовые известняки), примесей (железистый известняк), характер залегания (плитняковый известняк), геологический возраст (триасовые известняки).

Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён известняк и в других местах. Этим горным породам характерно отсутствие блеска, он обычно светло-серого цвета, но может быть белым или тёмным, почти чёрным; голубоватым, желтоватым или розовым, в зависимости от состава примесей.

Применение

Наиболее широко известняк применяется как строительный материал. Прочность многих сортов известнякаов достаточна для возведения многоэтажных строений. Тонкие пласты износоустойчивого камня – известковый плитняк – являют собой готовый материал, таким известняком облицовывают строений и мостят дорожки. Слоистый известняк с выраженным рельефом выветривания ценится декораторами, дизайнерами и ландшафтными архитекторами.

Производители изделий из натурального камня нередко с успехом обыгрывают биологическое происхождение породы. Раковины древних моллюсков, сохранившиеся в известняковых залежах, становятся важным выразительным элементом отделочных материалов.

Незаменимы для любого строительства и цементы – которые, в свою очередь, производятся из выверенной в процентном отношении смеси известняка и глины. Мергель – так зовется разновидность, в состав которого входит нужное количество алюмосиликатов – добывается во многих регионах мира.

Месторождения мергельного известняка настолько обильны, что Китай, задавшись целью развернуть повсеместное строительство, лишь за несколько последних лет произвел цемента столько, сколько Соединенные Штаты использовали за прошедшие полтора века!

Разновидности

Мел – мягкий известняк белого цвета – используется не только для рисования на асфальте, изготовления отделочных составов и зубного порошка, но и для производства высокосортной бумаги. Кроме того, без мела – основного материала покрытия сварочных электродов – резко затруднилось бы создание металлических конструкций. Не обходятся без мела ни резиновое, ни кабельное производство.

Полиграфистам известен литографический известняк – камень, физические свойства которого позволяют создавать на известняке высокохудожественные гравюры.

Известняк и доломит находят применение в металлургии. В теплотехнике лучшим изолирующим материалом считается известняковая минеральная вата. Даже пищевая промышленность, особенно производство сахара, нуждается в этом камне! Сорбирующие свойства находят спрос и в химической индустрии.

Месторождения

Самое знаменитое российское месторождение известняка находится близ села Мячково, построенного близ впадения Пахры в Москву-реку. Белый камень мячковского месторождения создал славу белокаменного столичного города. Прочность местных известняков такова, что из отдельных разновидностей породы производились жернова для мельниц и мостовой камень.

Одно из крупнейших в Европе месторождений известняка и доломита находится на Украине, в Еленовке Донецкой области. Разработка еленовских залежей ведется всего полтора века, что для известняковых копей – детский возраст. Наиболее древние известняковые карьеры успешно эксплуатируются по нескольку тысяч лет.

Источник

Во что превращается известняк

Попробуем проследить основной путь превращения белого чистого известняка в прочный и плотный камень с современных научных позиций.

Если обжигать куски добытого в карьере известняка на сильном огне, то из камня по мере подъема температуры будут последовательно выделяться вода и углекислый газ с образованием Углекислоты. При температуре порядка 900° С из известняка выделяется безводный продукт оксида кальция, т. е. белые куски негашеной извести. Это первое превращение известняка.

Следует очень осторожно обращаться с этими белыми камнями, так как негашеная известь способна разъедать руки, одежду, обувь. Она «съедает» все, как серная кислота. Если, же на груду камней извести вылить ведро воды, известь зашипит, закипит, вздуется и над ней поднимется густой белый пар. Белые куски извести быстро превращаются в мелкий порошок. Через минуту кипение прекратится. Известь нз негашеной превратилась в гашеную, а полученный порошок — в так называемую «пушонку».

Пушонка — сухой на ощупь порошок. Вылитая на негашеную известь вода химически соединилась с ней. Произошло второе превращение известняка.

Смешаем еще раз пушонку с водой. Кипеть, т. е. гаситься, она уже не будет, а просто превратится в тесто с техническим названием гидроксида кальция. Чем больше добавлять в него воды, тем более жидким становиться известковое тесто. Если это тесто плотно закрыть сверху грунтом, то оно не затвердеет десятки лет и при этом еще станет очень пластичным, наподобие сливочного масла. Если же тесто оставить на воздухе, то оно скоро покроется твердой корочкой и постепенно окаменеет. Жидкое тесто — третье превращение известняка. Это почти готовый клей. Слово «почти» означает, что таким тестом нельзя хорошо склеить кирпичи или камни, так как чистое известковое тесто быстро рассохнется и растрескается. Чтобы этого не произошло, необходимо тесто смешать с песком. Такая смесь будет называться известковым раствором, а процесс перехода растворной смеси в твердый камень — четвертое и одновременно пятое превращение известняка. Это наиболее важный и сложный этап при твердении гашеной извести.

Переход известкового раствора или бетона в камень-известняк нли карбонат кальция известен как карбонатное твердение известковых вяжущих веществ. При обычной температуре он складывается из двух одновременно протекающих процессов: испарения свободной воды из известкового теста (четвертое превращение), с постепенным образованием кристаллического каркаса из гидроксида кальция (пятое превращение).

Процесс кристаллизации гидроксида кальция протекает весьма медленно. Испарение воды вызывает постепенное слипание его мельчайших частиц в более крупные и их кристаллизацию. Растущие кристаллы срастаются между собой, образуя известковый каркас, который окружает частицы песка.

Эти два процесса протекают почти одновременно и проходят достаточно интенсивно только в присутствии влаги и углекислого газа.

Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период твердения раствора на его поверхности, затрудняет попадание углекислоты во внутренние слои гидроксида кальция. В результате процесс карбонизации почти приостанавливается, и твердение камня идет, главным образом за счет кристаллизации, при которой необходима пониженная влажность и положительная температура.

В результате образования слабых кристаллических сростков прочность раствора на воздушной извести получается очень незначительной и к 28 сут твердения составляет в среднем 0,5 МПа. Помимо этого полученное соединение не стойко к воде и морозу. Правда, впоследствии в результате протекающего процесса карбонизации, прочность такого раствора и бетона увеличивается в 5—7 раз и более, но сам процесс протекает очень медленно — на протяжении десятков и сотен лет. Очевидно, что римлян с их интенсивным строительством не устраивала не только низкая прочность бетонов и растворов на воздушной извести, но и то, что они твердели только на воздухе и не могли твердеть в условиях влажной среды. Потребности в гидравлических вяжущих веществах подтолкнули античных строителей к выявлению принципиально новых добавок для бетонов и растворов, с помощью которых можно было избавиться от перечисленных недостатков.

Сегодня мы хорошо знаем, что для того чтобы улучшить качество бетонов и растворов на воздушной извести, надо слабый и растворимый в воде гидроксид кальция (известковое тесто) перевести в более стойкое и нерастроримое соединение, например, в гидросиликат кальция. Для этого необходимо добавить в него активный кремнезем. Реакция в этом случае идет только в присутствии воды, хотя полученное новое соединение — гидросиликат кальция — почти не растворяется в воде. Активный кремнезем в отличие от пассивного — обыкновенного кварцевого песка, получил название гидравлической добавки за свою способность твердеть и набирать прочность не только на воздухе, но и в воде.

Римляне, конечно, не подозревали о сложных процессах, происходящих при смешивании воздушной извести с гидравлической добавкой, но, используя опыт этрусков и греков, они хорошо знали, что если к известковому тесту добавить не просто обыкноьенный песок и камни, а кирпичный песок и кирпичные камни, то такое соединение будет способно твердеть в воде, а полученный при этом искусственный камень окажется гораздо прочнее, чем бетон или раствор на одной воздушной извести с обыкновенным песком и галькой. Впоследствии кирпичную или черепичную добавку стали называть цемянкой.

Обычно цемянку применяли в виде тонкомолотого порошка или пыли для водонепроницаемых штукатурок, бетонных полов и подобных покрытий, главным образом в сырых местах. Кроме этого, ее использовали в виде муки в штукатурках водопроводных каналов, давильных площадок для вина и резервуаров виноделен, рыбозасолочных ванн, а также для защиты бетонных сооружений от износа и разрушения.

Помимо цемянок, т. е. искусственных гидравлических добавок, Римляне широко применяли естественные добавки вулканического происхождения. Им даже приписывали честь открытия этих добавок, точнее, их действия на воздушную известь, так как вулканические камни использовались в строительной практике очень давно.

Витрувий в кн. II, гл. 6 описывает эти добавки следующим образом: «…существует определенный порошок естественного происхождения, используя который можно добиться великолепного результата. Его находят в Байях и в землях, вокруг Везувия. Это вещество при смешивании с известью и камнем не только придает прочность сооружению, но даже при устройстве дамб в открытом море прочно схватывается под водой».

К таким добавкам относились: санторинская земля, добываемая на греческом острове Тире, рейнский трасс, расположенный на территории Германии, и туфф, залегающий мощными пластами почти по всей Италии. К ним также относились многие другие горные породы вулканического происхождения, получившие общее название пуццоланы.

Особенно широкое применение получили такие добавки, залегавшие в районе древних Путеол (совр. Поццуоли). Однако название свое — пуццолана, ставшее родовым для всех гидравлических добавок вулканического происхождения, они получили не поэтому, а потому что широко использовались в строительстве очень важного для древней Италии порта в Путеолах, бывшего к тому же долго центром торговли пуццоланой. Впервые термин «pulvis puteolanus» встречается у философа Сенеки (4 г. до н. э.— 65 г. н. э.) в его труде «Естественно-научные вопросы», и упоминается Плинием Старшим.

Одним из первых сооружений, при строительстве которого была использована пуццолана в качестве гидравлической добавки в бетон, был волнолом в окрестностях Неаполя близ Путеол, сохранившийся до наших дней. Несмотря на то, что туфовые блоки из этого волнолома подверглись эрозии, сам пуццолановый раствор между ними хорошо сохранился.

В зависимости от назначения раствора или бетона римляне применяли различные соотношения между известью и пуццоланой. Однако наиболее распространенным был состав 1:2 — на 1 часть извести, 2 части пуццоланы. Прочность такого бетона, вероятно, составляла 5—10 и более МПа.

Итальянскую пуццолану, как и греческую санторинскую землю, в большом количестве применяют и теперь в гидротехническом строительстве в разных странах. На Канарских островах, где пуццолана, как и в Италии, встречается повсеместно, соотношение между известью и пуццоланой принималось 1 : 5. Из бетонов таких составов построены гидротехнические и ирригационные сооружения, которые стоят в течение многих веков.

Воздушная известь в сочетании с пуццоланой и другими гидравлическими добавками была практически единственным гидравлическим цементом того времени, поскольку гидравлическая известь и роман-цемент применялись, как полагает большинство ученых, эпизодически и в ограниченном количестве. Таким образом, в применении гидравлической добавки к воздушной извести заключена одна из главных отгадок секрета долговечности римского бетона. Американские ученые уже давно заинтересовались этим вопросом и в середине 70-х годов нашего века получили новое вяжущее — геополимерный цемент — аналог древнеримского известково-пуццоланового вяжущего. По мнению зарубежных специалистов, новые цементы более долговечны и прочны, чем современные портландцементы.

Источник

Известняк, свойства, виды и применение

Известняк, свойства, виды и применение.

Известняк – осадочная, обломочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция (CaCO₃) в виде кристаллов кальцита различного размера.

Известняк как полезное ископаемое, свойства известняка:

Известняк – осадочная, обломочная горная порода органического, реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция (CaCO₃) в виде кристаллов кальцита различного размера. В состав известняка входят различные примеси, в некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины.

Известняк имеет различное строение: от очень мелких (порядка несколько микрометров) зерен до крупных (величиной с горошину).

Цвет известняка имеет широкую цветовую гамму: белый, серый, желтый, розовый, «персиковый», серо-сиреневый, бурый, коричневый, голубой, а также их все возможные сочетания и оттенки. Цвет известняка обусловлен наличием или отсутствием примесей.

Известняк – мягкий и пористый материал, легко поддается обработке.

Чистый известняк по своему химическому составу состоит из кальцита. При этом 56% образованы CaО и 44% СО₂.

Физико-механические показатели известняка:

0,50 – 0,70

Виды и разновидности известняка:

Существует множество видов и разновидностей известняка: ракушечник, мел, оолитовый известняк, пизолитовый известняк, травертин, туф, доломитизированный известняк и пр.

Ракушечником называют скопления обломков раковин морских животных и их обломков, сцементированных в ячеистый агрегат.

Нуммулитовый и фузулиновый известняк состоит из раковин древних простейших организмов: уплощенных округлых раковинок нуммулитов и удлиненных, веретенообразных раковинок фузулин.

Оолитовый известняк состоит из мелких, размером с рыбьи икринки, сцементированных между собой шариков. Ядро каждого такого шарика-оолита может быть представлено песчинкой, обломком раковины или частицей какого-либо другого инородного материала.

Если шарики более крупные, величиной с горошину, их называют пизолитами, а породу – пизолитовым известняком.

Травертин – известняк, образовавшийся на поверхности в результате осаждения карбоната кальция (кальцита или арагонита) из воды углекислых источников.

Если такие отложения сильно пористые (губчатые), их называют известковым туфом.

Мергель представляет собой несцементированную смесь карбоната кальция и глины.

Под влиянием процессов метаморфизма известняк перекристаллизуется и образует мрамор. Переходные разновидности известняка называются мраморизованными известняками.

Существуют и другие разновидности известняка.

По происхождению известняки подразделяются на:

– органогенные известняки – известняки, образующиеся за счёт накопления органических остатков (ракушечники, шламовые и рифовые известняки);

– хемогенные известняки – известняки, возникающие в результате осаждения кальцита из растворов;

– обломочные известняки – известняки, образующиеся за счёт накопления обломков – продуктов разрушения более древних известняков.

По структурным признакам известняки делятся на плотные, пористые, мраморовидные и землистые.

Плотные известняки состоят отчасти из крайне мелких зерен известкового шпата (кальцита), но большей частью из обломков известковых раковин и панцирей различных организмов. Обычно плотные известняки окрашены в желтоватые, бурые и серые цвета и встречаются во всех геологических образованиях, часто в виде мощных отложений.

Мраморовидные или кристаллические известняки – различные виды мрамора, мраморизованные известняки.

Землистые известняки – мел.

В зависимости от строения и характера зернистости известняки делят на:

– оолитовые известняки – известняки, имеющие грубозернистую структуру с кальцитовыми образованиями, круглые зерна концентрически скорлуповатого строения, более или менее плотно сцементированные;

– пизолитовые известняки – известняки, зерна которых достигают величины горошины и состоят из арагонита.

Характер и степень зернистости известняков могут значительно различаться. Иногда в известняках наблюдается хорошо выраженная слоистость.

Применение известняка:

Известняк используется в различных отраслях народного хозяйства и в быту:

– в дорожном строительстве для создания насыпей, уплотнения грунта и т.п.;

– в сельском хозяйстве: в растениеводстве – для снижения кислотности почв (раскисления почв), в животноводстве – в качестве минеральной подкормки для животных, птицы и для производства комбикормов;

– в цементной промышленности для производства цемента;

– в металлургии в качестве флюса при выплавке металлов и сплавов ;

– в стекольной промышленности для производства стекла;

– в химической промышленности для производства негашеной извести, соды, а также в качестве наполнителя при производстве резины, пластмассы, пластиков, лаков, красок и пр.;

– в пищевой промышленности при производстве сахара для очистки от примесей;

– в целлюлозно-бумажной промышленности при производстве бумаги ;

– для полировки изделий из цветных металлов;

– для теплоизоляции строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата);

Источник