Вапненац: Хемијска седиментна стена калцијум-карбоната

Садржај

• Шта је кречњак?
• Како формира кречњак?
• Формирање доломита из кречњака
• Остале врсте карбонатне стијене
• Ископавање карбонатних стена
• Употреба кречњака
• Недостатак Портланд Цемента
• Извори кречњака у будућности
• Обрасци производње кречњака
• Неке теме вађења кречњака
• Потреба за разумевањем суштинског ресурса
• Америчка потрошња кречњака

Производи од кречњака: Вапненац је основна минерална роба од националног значаја. Неки од многих производа направљених од вапненца приказани су на овој фотографији: житарице за доручак, боје, таблете за додавање калцијума, мермерна стола, таблете антацида, висококвалитетни папир, беле кровне грануле и Портланд цемент. (УСГС фотографија; употреба имена трговине, фирми или производа служи само у описне сврхе и не подразумева одобрење владе САД-а.)

Кречњак Индиане у згради Апек: Многе зграде у главном граду Нација прекривене су кречњаком. Зграда Апек-а / Федерална комисија за трговину има горњи спољни део кречњака у Индиани. (Фотографија УСГС-а.)

Шта је кречњак?

"Вапненац" значи било која стена формирана углавном од калцијумовог карбоната (ЦаЦО₃), али за геологе, кречњак је само једна од неколико врста "карбонатних стена." Ове стене су састављене од више од 50% карбонатних минерала, углавном минерала калцита (чисти ЦаЦО)₃) или доломит (калцијум-магнезијум карбонат, ЦаМг)₂) или обоје.

Како формира кречњак?

Већина карбонатних стена депонована је из морске воде. Ове седиментне карбонатне стијене су уобичајене на свим континентима и формирале су се кроз већину геолошке историје; они се и данас формирају у тропима као корални гребени и на дну плитког мора.

Морски креч се формира зато што морска вода има високу концентрацију две кључне растворене хемикалије-калцијум (Ца⁺⁺) и бикарбонат (ХЦО_3-) јони. У приземном слоју већине океана, корала, шкољки и других бића која живе у мору користе ове две хемикалије за прављење заштитних шкољки, спајајући их у формирање калцита или "арагонита", који је исти хемијски састав као и калцит, али има различити кристални облик.

Синкхоле у ​​Винтер Парк-у, Флорида: Велике количине кречњака могу се растварати и однијети површинским и подземним водама. Ово ствара пећине, попут Царлсбад пећина у Новом Мексику (фотографија испод). У влажној клими нарочито је честа формација пећина, а на месту срушавања пећинских плафона могу се развити вртаче. Удубљење на висини од 240 метара изнад нивоа тла отворено је 1981. у Винтер Парку на Флориди, кад се срушио таваница испод вапненачке пећине. Пећина и вртача налазе се у формацији Ципрессхеад, која је важан водоносник на централној Флориди. У кавернозним кречњачким водоносницима контаминанти у подземним водама крећу се много брже него у другим врстама стена, па су каменоломи у таквим областима посебна брига. (Фотографија УСГС-а.)

Формирање доломита из кречњака

Неке кречњаке измењене су уношењем магнезијума у ​​подземне воде. Магнезијум у подземној води може претворити неки или цели део калцита у кречњаку у доломит. Такође, неке стијене формиране у близини обала древних мора у сушним климама углавном су биле доломит у време њиховог одлагања.

Вапненачка пећина: Сталактити висе са плафона, а сталагмити се уздижу са пода пећине Царлсбад у Новом Мексику, унутар вапненца старог 260 милиона година. (Фотографија Националне парковне службе.)

Остале врсте карбонатне стијене

Вапненац се испоручује у више различитих сорти. Креда је веома ситнозрнат, порозни морски кречњак састављен готово у потпуности из микроскопских фосила. Травертин је слатководни седиментни кречњак који има веома танке, кресулисане слојеве и обично се формира на изворима. Мермер је карбонатна стена, обично морски кречњак, која је притиснута и деформисана попут пластике великом врућином и притиском дубоко испод Земљине површине. Овај процес се назива "метаморфизам". Такође су ретке "магнетске" карбонатне стене које су се из кристализовале магме искристализирале на исти начин као што имају лава или гранити. Називају се "карбонатити", а ова врста стена минирана је на неколико места у свету као индустријски кречњак.

Ископавање карбонатних стена

Седиментни наслаге вапненца могу бити обимне, прекривају стотине квадратних километара, а могу бити релативно уједначене у дебљини и квалитету. Стога каменоломи кречњака могу бити велики и дуготрајни, рударски слојеви кречњака могу бити дебели стотине стопа на површинама од неколико квадратних миља. Многи каменоломи производе више производа, а дробљене стијене које нису довољно чисте за одређене намјене могу бити прикладне као цестовни агрегати. Каменоломи мермера такође могу бити веома велики. Међутим, ове стијене које су некада биле редовно одлагане метаморфозиране су у неправилна облика тијела која су теже и скупа моја.

У великим дијеловима Сједињених Држава постоје велика лежишта морског кречњака разних старосних доби од неколико хиљада до више од 350 милиона година. Нека лежишта имају хемијске разреде и до 95% ЦаЦО₃. Међутим, нека подручја су потпуно без одговарајућих кречњачких лежишта. Већина трошкова кречњака за купца одређује се колико су удаљени и како се испоручује. Поморски брод на води је јефтинији него возом, што је заузврат јефтиније од превоза камионом.

Употреба кречњака

Вапненац има вишеструку индустријску употребу и може се користити као миниран или прерађен у широку палету производа. То је сировина за велики број грађевинских, пољопривредних, еколошких и индустријских материјала.

Вапненац се користи у грађевинарству скоро свуда. У 2007. години, дробљени вапненац је представљао 68% све дробљене стене произведене у Сједињеним Државама. Такође, кречњак је кључни састојак у производњи Портланд цемента. Упркос обиму кречњака у нашим народима, последњих година је дошло до несташице цемента.

Неки од најчишћих природних кречњака су мермери. Мермером је вековима био украсни камен избора у државним зградама и јавним статуама. Травертин се такође користи као камен димензија у плочицама и столовима. Неки бели кречњак једноставно се дроби и просијава за употребу у пејзажном обликовању и крововима.

Вапненац у праху се користи за уклањање нечистоћа са растопљених метала попут челика. Такође може уклонити токсична једињења из издувних електрана на угаљ. Вапненац се користи као пунило у разним производима, укључујући папир, пластику и боју. Најчишћи кречњак се чак користи у храни и лековима као што су житарице за доручак и пилуле са калцијумом.

Вапненац је такође сировина за прављење креча (ЦаО) која се користи за обраду тла, пречишћавање воде и топљење бакра. Лиме има бројне додатне намене у хемијској индустрији.

Доломити су обично мање погодни од осталих индустријских кречњака за већину примена. Већина доломита који се минира једноставно се дроби и просијава како би се скупио у бетону или асфалту.

Недостатак Портланд Цемента

Портланд цемент један је од најважнијих производа од кречњака. То је од суштинске важности за многе грађевинске примене. Сједињене Државе нису довољне за цемент и морају га увозити из других земаља да надокнаде недостатке. Увоз клинкера (производ из првог корака у прављењу цемента) и готовог цемента чинио је око 23% укупне продаје цемента у САД у 2006. У годинама непосредно прије 2007. Портланд цементу се озбиљно недостајало у Натиону. Међу узроцима су била конкуренција из других земаља, неадекватан систем за океански превоз и подцијењене потребе за теретним простором.

Када је Портланд цементу недостајало снабдевања, цена му се знатно повећала. Потрошачи су тражили замену. Користили су дрво под притиском, изоловани челик и полистирен у панелима, па чак и редизајниране подножје грађевине да би смањили количину потребног цемента. Мањак цемента је такође узроковао одлагања градње што је резултирало повећаним трошковима путева, мостова и зграда.

Извори кречњака у будућности

Успостављање нових каменолома кречњака и цементара у Сједињеним Државама је спор процес, а за недостатак снабдијевања потребно је вријеме да се исправи. За изградњу нове цементаре потребно је око две године, а процес издавања дозвола може трајати много дуже - 8 до 10 година. Можда је још изазовнији проблем то што људи можда неће дочекати нове каменоломе и биљке на свом подручју. Упркос овим препрекама, многе америчке компаније за производњу цемента у процесу су ширења и модернизације пословања.

Када подручје погодног и минерализираног камења прогута урбани раст или када рударство законским законом или зонама забрањује, резултат се назива "стерилизација ресурса". Вапненац је материјал од националног значаја, а стерилизација ресурса може резултирати дужим извлачењем уз веће трошкове од каменолома до купца.

Обрасци производње кречњака

Већина вапненца који се копа дроби се ради агрегата. Већина америчке производње дробљеног камена долази од кречњака најмање последњих 40 година. То је тачно иако су карбонатне стијене само 25 до 35% стена на површини.

Америчке операције дробљеног камена у бројности опадају, отприлике 20% губитка по деценији од 1971. Међутим, од 2001. до 2006. године, укупна годишња производња кречњака у САД повећавала се према подацима америчког геолошког завода (УСГС) о минералним производима, тако да је просечна величина каменолом се повећава. У другим деловима света нова производња долази углавном из неколико веома великих каменолома. Упркос повећаној америчкој производњи, држава је увозила све више и више својих кречњачких производа све до недавног пада у изградњи. Овај увоз долази углавном из Канаде, Мексика и Кине. Са мање каменолома повећаће се просечна удаљеност за извлачење, а цене кречњака вероватно ће се још једном повећати.

Неке теме вађења кречњака

Вапненац се најчешће вади из каменолома. Међутим, подземне мине кречњака налазе се на местима у централним и источним Сједињеним Државама, посебно у и у близини градова. Подземно копање кречњака има неке предности у односу на површинско вађење и вероватно ће се повећавати у будућности. Типичне забринутости јавности за вађење кречњака укључују прашину, буку, вибрације од експлозије и камионски и други саобраћај повезан са каменоломима.

Неки кречњаци су такође водоносници, то су стенске јединице које могу доводити воду у бунаре. Тамо где је кречњак водоносник, може постојати забринутост да би контаминанти из процеса каменолома могли побјећи у подземне воде.

У многим областима Сједињених Држава, где се налази кречњак, он се постепено раствара у кишници на површини или у подземној подземној води. У влажној клими, велике количине кречњака се растварају и односе у воду. То ствара пећине и вртаче могу да се развију тамо где се спуштени плафони пећине. У кавернозним кречњачким водоносницима контаминанти у подземним водама крећу се много брже него у другим врстама стена, па су каменоломи у таквим областима посебна брига.

Потреба за разумевањем суштинског ресурса

Вапненац је један од најважнијих ресурса наше Нације. Наше разумевање тог ресурса као индустријског минерала је лоше с обзиром на његов значај за нашу економију. Пошто се вапненац сматрао „уобичајеном“ стеном, ранија геолошка истраживања била су ограничена на обим. У прошлости се већина америчких истраживања кречњака фокусирала на мапирање лежишта, као и на разумевање њихове улоге водоносника и нафтних резервоара. Међутим, потребни су различити подаци за карактеризацију кречњака погодног за грађевинарство и остале индустрије. Карбонатне стијене морају испуњавати захтјеве за хемијском чистоћом који варирају овисно о намјени. Неке употребе захтевају да кречњак има и одређена повољна инжењерска својства. Стандарди и захтеви за употребу кречњака расту, а потребно је веће разумевање карактеристика кречњака, променљивости и инжењерских својстава.

Вапненац је један од најважнијих ресурса наше Нације. Наше разумевање тог ресурса као индустријског минерала је лоше с обзиром на његов значај за нашу економију. Пошто се вапненац сматрао „уобичајеном“ стеном, ранија геолошка истраживања била су ограничена на обим. У прошлости се већина америчких истраживања кречњака фокусирала на мапирање лежишта, као и на разумевање њихове улоге водоносника и нафтних резервоара. Међутим, потребни су различити подаци за карактеризацију кречњака погодног за грађевинарство и остале индустрије. Карбонатне стијене морају испуњавати захтјеве за хемијском чистоћом који варирају овисно о намјени. Неке употребе захтевају да кречњак има и одређена повољна инжењерска својства. Стандарди и захтеви за употребу кречњака расту, а потребно је веће разумевање карактеристика кречњака, променљивости и инжењерских својстава.

Америчка потрошња кречњака

И геолошка и економска ограничења ће сигурно утицати на будуће залихе кречњака. САД тренутно троше између 5 и 10% глобалне производње индустријског кречњака. У 2007. години, домаћа производња индустријског кречњака била је око 1,3 милијарде метричких тона, у вредности већој од 25 милијарди долара. Исте године Натион је увезла око 430 000 тона индустријског кречњака и производа од кречњака, чија се вредност вреди на око 2,2 милијарде долара. Већина тог увоза чини Портланд цемент.

Да би се испунило изазов снабдевања Америка од потребе за основним минералним производима, као што је индустријски кречњак, захтевају се тачни и непристрасни научни подаци. Текући рад научника са УСГС програмом минералних ресурса пружа информације кључне за стварање здравих политика које ће помоћи у осигуравању будућих залиха минералних сировина.