Варовик: Химична утайка на калциев карбонат

Съдържание

• Какво е варовик?
• Как се образува варовикът?
• Образуване на доломит от варовик
• Други видове карбонатна скала
• Добив на карбонатни скали
• Използване на варовик
• Недостигът на Портланд цимент
• Източници на варовик в бъдещето
• Шаблони за производство на варовик
• Някои проблеми в добива на варовик
• Необходимостта от разбиране на съществен ресурс
• Промишлено потребление на варовик в САЩ

Продукти, направени с варовик: Варовикът е основна минерална стока от национално значение. Някои от многото продукти, направени с варовик, са показани на тази снимка: зърнени култури за закуска, боя, хапчета за добавки с калций, мраморен плот, антиацидни таблетки, висококачествена хартия, бели покривни гранули и портланд цимент. (USGS снимка; използването на търговски, търговски или търговски наименования е само с описателна цел и не предполага одобрение от правителството на САЩ.)

Варовик от Индиана в сградата на Apex: Много сгради в столицата на нациите са покрити с варовик. Apex Building / Federal Trade Commission има горна външна част на варовика в Индиана. (Снимка от USGS.)

Какво е варовик?

"Варовик" означава всяка скала, образувана предимно от калциев карбонат (CaCO₃), но за геолозите варовикът е само един от няколко вида „карбонатни скали“. Тези скали са съставени от повече от 50% карбонатни минерали, обикновено минералите калцит (чист CaCO₃) или доломит (калциево-магнезиев карбонат, CaMg₂) или и двете.

Как се образува варовикът?

Повечето карбонатни скали са отложени от морска вода. Тези утаени карбонатни скали са често срещани на всеки континент и са се образували през по-голямата част от геоложката история; те все още се формират днес в тропиците като коралови рифове и в дъното на плитки морета.

Морският варовик се образува, тъй като морската вода има високи концентрации на две ключови разтворени химикали-калций (Ca⁺⁺) и бикарбонат (HCO_3-) йони. В приповърхностния слой на повечето океани, корали, миди и други морски същества използват тези две химикали, за да направят защитни черупки, като ги комбинират, за да образуват калцит или "арагонит", който е същият химичен състав като калцита, но има различна кристална форма.

Sinkhole в Winter Park, Флорида: Големите обеми варовик могат да бъдат разтворени и отнесени от повърхностни и подземни води. Това създава пещери, като Carlsbad Caverns в Ню Мексико (снимка по-долу). Във влажен климат пещерното образуване е особено често и може да се развият отвори, при които срутването на пещерните тавани. Въртящ се отвор на около 240 фута на нивото на земята, отворен през 1981 г. в Уинтър Парк, Флорида, когато таванът на основата на варовикова пещера се срути. Пещерата и потъналото са във формирането на Cypresshead, което е важен водоносен хоризонт в централната част на Флорида. В кавернозните варовикови водоносни хоризонти замърсителите в подземните води се движат много по-бързо, отколкото в други видове скали, така че кариерите в такива райони са специални проблеми. (Снимка от USGS.)

Образуване на доломит от варовик

Някои варовици са променени с въвеждането на магнезий в подземните води. Магнезият в подземните води може да превърне част или целия калцит във варовика в доломит. Също така, някои скали, образувани близо до бреговете на древни морета в сух климат, са били предимно доломит по времето, когато са били отложени.

Варовикова пещера: Сталактитите висят от тавана, а сталагмитите се издигат от пода на пещерите Карлсбад, Ню Мексико, в рамките на 260-милионен варовик. (Снимка на Националната паркова служба.)

Други видове карбонатна скала

Варовикът се предлага в много различни сортове. Креда е много финозърнест, порест морски варовик, съставен почти изцяло от микроскопични фосили. Травертинът е сладководен утаечен варовик, който има много тънки, кренулирани слоеве и обикновено се образува при извори. Мраморът е карбонатна скала, обикновено морски варовик, която е била пресована и деформирана като пластмаса от голяма топлина и налягане дълбоко под земната повърхност. Този процес се нарича "метаморфизъм". Има и редки „магматични“ карбонатни скали, които са кристализирали от разтопена магма по същия начин, по който имат лавите или гранитите. Те се наричат ​​"карбонатити" и този тип скала се добива на няколко места в света като индустриален варовик.

Добив на карбонатни скали

Седиментните варовикови находища могат да бъдат обширни, обхващащи стотици квадратни мили и могат да бъдат сравнително еднакви по дебелина и качество. Следователно, кариерите на варовик могат да бъдат големи и дълговечни, изкопавайки варовикови слоеве, които могат да бъдат с дебелина стотици фути върху области от няколко квадратни мили. Много кариери произвеждат множество продукти, а натрошените скали, които не са достатъчно чисти за определени употреби, все още могат да бъдат подходящи като пътен агрегат. Кариерите на мрамор също могат да бъдат много големи. Тези скали, които навремето бяха редовно залегнали, са метаморфозирани в тела с неправилна форма, които са по-трудни и скъпи за моите.

В големи части на Съединените щати има обширни находища на морски варовик от различни възрасти от няколко хиляди до повече от 350 милиона години. Някои находища са с химически категории до 95% CaCO₃, Някои области обаче са напълно без подходящи варовикови находища. По-голямата част от цената на варовика за клиента се определя от това колко далеч идва и как се превозва. Корабоплаването с баржи по вода е по-евтино, отколкото с влак, което от своя страна е по-евтино от корабоплаването с камион.

Използване на варовик

Варовикът има много промишлени цели и може да се използва като добиван или преработен в голямо разнообразие от продукти. Това е суровината за голямо разнообразие от строителни, селскостопански, екологични и промишлени материали.

Варовикът се използва в строителството почти навсякъде. През 2007 г. натрошеният варовик представлява 68% от цялата трошена скала, произведена в Съединените щати. Освен това варовикът е основната съставка в производството на портланд цимент. Въпреки изобилието на варовик от нашите Нации, през последните години има недостиг на цимент.

Някои от най-чистите естествени варовици са мраморите. От векове мраморът е декоративен камък на избор в правителствените сгради и обществени статуи. Травертинът се използва и като камък за размерите в плочки и плотове. Някои бели варовици са просто натрошени и пресяти за използване при озеленяване и покриви.

Прахообразният варовик се използва за отстраняване на примеси от разтопени метали като стомана. Той може също така да отстрани токсичните съединения от изгорелите газове на електроцентрали. Варовикът се използва като пълнител в различни продукти, включително хартия, пластмаса и боя. Най-чистият варовик се използва дори в храни и лекарства като зърнени закуски и хапчета за калций.

Варовикът е и суровината за получаване на вар (CaO), който се използва за обработка на почви, пречистване на водата и топене на мед. Лаймът има много допълнителни приложения в химическата промишленост.

Доломитите обикновено са по-малко подходящи от други промишлени варовици за повечето приложения. Повечето доломит, който се добива, просто се натрошава и пресява за употреба като агрегат в бетон или асфалт.

Недостигът на Портланд цимент

Портланд циментът е един от най-важните продукти, произведени от варовик. Той е от съществено значение при много строителни приложения. Съединените щати не са самодостатъчни в цимента и трябва да го внасят от други страни, за да компенсират недостига. Вносът на клинкер (продуктът от първата стъпка в производството на цимент) и готовия цимент представляваше около 23% от общите продажби на цимент в САЩ през 2006 г. В годините, непосредствено преди 2007 г., портланд циментът имаше сериозно недостиг в нацията. Конкуренцията от други страни, неподходящата океанска транспортна система и подценените изисквания за товарно пространство бяха сред причините.

Когато портланд циментът беше в много недостиг, цената му се увеличи значително. Потребителите търсеха заместители. Те използваха дърво, обработено под налягане, изолирана стомана и полистирол в панели и дори преработени строителни колони, за да намалят необходимото количество цимент. Недостигът на цимент също предизвика забавяне на строителството, което доведе до увеличени разходи за пътища, мостове и сгради.

Източници на варовик в бъдещето

Създаването на нови кариери за варовик и циментови заводи в Съединените щати е бавен процес и недостигът на доставки изисква време за коригиране. За изграждането на нова циментова фабрика са необходими около 2 години, а процесът на издаване на разрешителни може да отнеме много повече време - от 8 до 10 години. Може би още по-трудният проблем е, че хората може да не посрещат нови кариери и растения в своя район. Въпреки тези пречки, много американски циментови компании са в процес на разширяване и модернизиране на дейността си.

Когато площ от подходяща и минерална скала е погълната от градския растеж или когато добивът стане забранен от законодателството или зонирането, резултатът се нарича "стерилизация на ресурси". Варовикът е материал от национално значение и стерилизацията на ресурси може да доведе до по-дълъг износ при по-висока цена от кариерата до клиента.

Шаблони за производство на варовик

По-голямата част от добивания варовик се натрошава за инертни материали. По-голямата част от производството на трошен камък в САЩ идва от варовик поне през последните 40 години. Това е вярно, въпреки че карбонатните скали са само 25 до 35% от скалите в повърхността.

Операциите с натрошен камък в САЩ намаляват на брой, около 20% загуба на десетилетие от 1971 г. насам. Въпреки това, от 2001 до 2006 г., общото годишно производство на варовици в САЩ се увеличава според обобщените минерални стоки на САЩ по геоложки проучвания (USGS), така че средният размер на кариерата се увеличава. В други части на света новото производство идва главно от няколко много големи кариери. Въпреки увеличеното производство в САЩ, нацията внася все повече и повече варовикови продукти до неотдавнашния спад в строителството. Този внос идва основно от Канада, Мексико и Китай. С по-малко кариери средното разстояние на буксиране ще се увеличи и цените на варовиците вероятно ще се увеличат още веднъж.

Някои проблеми в добива на варовик

Варовикът най-често се добива от кариера. Подземни варовикови мини обаче се намират на места в централните и източните части на САЩ, особено в и в близост до градовете. Подземният добив на варовик има някои предимства пред кариерата на повърхността и вероятно ще се увеличи в бъдеще. Типичните опасения на обществото за добива на варовик включват прах, шум, взривни вибрации и движение на камиони и други, свързани с кариерни операции.

Някои варовици също са водоносни хоризонти, тоест те са скални единици, които могат да дават вода на кладенци. Когато варовикът е водоносен хоризонт, може да има опасения, че замърсителите от каменоломните операции могат да избягат в подземните води.

В много райони на САЩ, където се намира варовик, той постепенно се разтваря в дъждовна вода на повърхността или в подземните подземни води. При влажен климат големи количества варовик се разтварят и се пренасят във водата. Това създава пещери и може да се развият дупки, където таванът на пещерата се срива. В кавернозните варовикови водоносни хоризонти замърсителите в подземните води се движат много по-бързо, отколкото в други видове скали, така че кариерите в такива райони са специални проблеми.

Необходимостта от разбиране на съществен ресурс

Варовикът е сред най-важните ресурси на нашите Нации. Нашето разбиране за този ресурс като индустриален минерал е слабо, имайки предвид неговото значение за нашата икономика. Тъй като варовикът е бил разглеждан като "обикновена" скала, по-ранните геоложки изследвания са били ограничени по обхват. В миналото повечето изследвания на USGS за варовик са се фокусирали върху картографирането на находищата, както и разбирането на тяхната роля като водоносни хоризонти и нефтени резервоари. Необходими са обаче различни данни, за да се характеризират варовиците, подходящи за строителството и други индустрии. Карбонатните скали трябва да отговарят на изискванията за химическа чистота, които варират според предназначението. Някои приложения изискват варовикът да има и определени благоприятни инженерни свойства. Стандартите и изискванията за използването на варовици се повишават и е необходимо по-добро разбиране на характеристиките, променливостта и инженерните свойства на варовика.

Варовикът е сред най-важните ресурси на нашите Нации. Нашето разбиране за този ресурс като индустриален минерал е слабо, имайки предвид неговото значение за нашата икономика. Тъй като варовикът е бил разглеждан като "обикновена" скала, по-ранните геоложки изследвания са били ограничени по обхват. В миналото повечето изследвания на USGS за варовик са се фокусирали върху картографирането на находищата, както и разбирането на тяхната роля като водоносни хоризонти и нефтени резервоари. Необходими са обаче различни данни, за да се характеризират варовиците, подходящи за строителството и други индустрии. Карбонатните скали трябва да отговарят на изискванията за химическа чистота, които варират според предназначението. Някои приложения изискват варовикът да има и определени благоприятни инженерни свойства. Стандартите и изискванията за използването на варовици се повишават и е необходимо по-добро разбиране на характеристиките, променливостта и инженерните свойства на варовика.

Промишлено потребление на варовик в САЩ

Както геоложките, така и икономическите ограничения със сигурност ще засегнат бъдещите доставки на варовик. В момента САЩ консумират между 5 и 10% от световното производство на индустриален варовик. През 2007 г. вътрешното производство на индустриален варовик е около 1,3 милиарда метрични тона, оценено на повече от 25 милиарда долара. През същата година нацията внесе около 430 000 метрични тона промишлени варовици и варовикови продукти, оценени на около 2,2 милиарда долара. Повечето от този внос представлява портланд цимент.

За да се отговори на предизвикателството за осигуряване на нуждите на Америка от основни минерални суровини, като например индустриален варовик, са необходими точни и безпристрастни научни данни. Продължаващата работа на учени с Програмата за минерални ресурси на USGS предоставя информацията, която е от съществено значение за създаването на стабилни политики, които ще помогнат за гарантиране на бъдещите доставки на минерални ресурси.