Обжиг известняка: формула реакции и способы получения

Обжиг известняка: формула реакции и способы получения Кислород

Что такое известь

Известь
Известь

Негашёная известь (в основном СаО) представляет собой порошкообразную субстанцию, либо представленную в молотом или тестообразном виде, не имеющую характерного цвета, которая используется для получения гашёной извести (Са(ОН)2). Негашёная известь бурно взаимодействует с водой. Образующаяся при этом процессе гашёная известь применяется в строительстве как вяжущий материал.

Негашёная известь может быть представлена в нескольких вариантах: воздушная, твердеющая и гидравлическая. Последняя может твердеть, даже находясь в толще воды. Воздушная известь является продуктом обжига известняка с невысоким содержанием глины (не более 8 процентов).

По содержанию оксида магния известь подразделяют на кальциевую (низкое содержание MgO) магнезиальную и доломитовую (максимальное содержание оксида магния). Кальциевая высокосортная («жирная») известь наиболее эффективна в строительстве, так при взаимодействии с водой легко образует вязкую пластичную массу.

Известь применяется для приготовления строительных растворов, в химической промышленности, сельском хозяйстве, металлургии, при производстве некоторых видов кирпича.

Описание и виды

По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый).

Кристаллический известняк — массивный и плотный, слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк.

К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) мел. Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной пористостью, малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного детрита разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов, линзкремней.

Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением. Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые, пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др.

По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента.

Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных источников (травертин).

Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.

Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.

Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефаЗемли. Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу;

Использование извести в металлургии

Подробно на www.cimprogetti.info

Известь (из греч. ἄσβεστος «неугасимый») — материал, получаемый путём обжига (не до расплава) карбонатных горных пород (известняков, мела). По химическому составу она почти полностью состоит из свободных оксидов кальция и магния с преимущественным содержанием СаО. Применяется в строительстве, а также для получения различных химических веществ, некоторые из которых также носят название «известь».

В зависимости от типа породы, из которой произведена известь, она может быть кальциевой, магнезиальной или доломитовой.

ИЗВЕСТНЯК, осадочная порода, сложенная преимущественно карбонатом кальция – кальцитом. Благодаря широкому распространению, легкости обработки и химическим свойствам известняк добывается и используется в большей степени, чем другие породы, уступая только песчано-гравийным отложениям. Известняки бывают разных цветов, включая черный, но чаще всего встречаются породы белого, серого цвета или имеющие коричневатый оттенок. Объемная плотность 2,2–2,7. Это мягкая порода, легко царапающаяся лезвием ножа. Известняки бурно вскипают при взаимодействии с разбавленной кислотой. В соответствии со своим осадочным происхождением имеют слоистое строение. Чистый известняк состоит только из кальцита (редко с небольшим содержанием другой формы карбоната кальция – арагонита). Присутствуют и примеси. Двойной карбонат кальция и магния – доломит – обычно содержится в переменных количествах, и возможны все переходы между известняком, доломитовым известняком и горной породой доломитом. В процессе отложения известняка водой привносятся также глинистые частицы, порода становится глинистой, стираются четкие границы между известняком, глинистым известняком и глинистым сланцем. Кремень тоже является обычной примесью; он нередко присутствует в форме желваков (кремневых конкреций) или в виде более или менее явно выраженных слоев. При метаморфизме, по мере того, как перекристаллизация кальцита охватывает всю породу и возникает мозаичная структура (агрегат из четко ограниченных плотно прилегающих друг к другу изометричных зерен приблизительно одинакового размера), известняк постепенно превращается в мрамор.

Существует много разновидностей известняка. Ракушечником называют скопления обломков раковин, сцементированных в ячеистый агрегат. Если раковины имеют микроскопическую величину, образуется слабосвязанная, мягкая, тонко крошащаяся, мажущая порода – мел. 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. Названия некоторых разновидностей известняка обусловлены возможным направлением его практического использования. Например, литографический известняк – это исключительно плотный, компактный и однородный камень, применяемый в литографии.

Хотя известняки могут образовываться в любых пресноводных и морских бассейнах, преобладающее большинство этих пород имеет морское происхождение. Иногда они осаждаются, подобно соли и гипсу, из воды испаряющихся озер и морских лагун, но, по-видимому, бóльшая часть известняков отложилась в морях, не испытавших интенсивного высыхания. По всей вероятности, формирование большинства известняков начиналось с извлечения живыми организмами карбоната кальция из морской воды (для построения раковин и скелетов). Эти остатки отмерших организмов в изобилии накапливаются на морском дне. Самым ярким примером аккумуляции карбоната кальция служат коралловые рифы. В некоторых случаях в известняке различимы и узнаваемы отдельные раковины. В результате волно-прибойной деятельности и под влиянием морских течений рифы разрушаются. К известковым обломкам на морском дне добавляется карбонат кальция, осаждающийся из насыщенной им воды. В образовании более молодых известняков участвует также кальцит, поступающий из разрушенных более древних известняков.

Известняки встречаются почти на всех материках, за исключением Австралии. Они сформировались в разные геологические эпохи. Мощность пластов варьирует от нескольких сантиметров до сотен метров. Известняки распространены в США и занимают 75% площади страны. В России известняки обычны в центральных районах европейской части, а также распространены на Кавказе, Урале и в Сибири.

Известняки (в широком понимании) имеют чрезвычайно многообразные области применения. Они используются в виде кускового известняка, щебня, штучного (пильного, стенового) и бутового камня, облицовочных плит, минеральной крошки, дробленого песка, минерального порошка, минеральной ваты, известняковой муки. Основные потребители – цементная промышленность (известняк, мел и мергель), строительство (получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов; декоративно-облицовочные работы и т.д.), дорожное и железнодорожное строительство, каменная наброска для защиты берегов и гидротехнических сооружений, металлургия (известняк и доломит – флюсы и огнеупоры, переработка нефелиновых руд на глинозем, цемент и соду), сельское хозяйство (известняковая мука в агротехнике и животноводстве), нефте- и коксохимическая, пищевая (особенно сахарная), целлюлозно-бумажная, стекольная (известняк, мел, доломит), кожевенная (известняк), резиновая, кабельная, лакокрасочная промышленность (мел как наполнитель). Другие области применения – полировка изделий из цветных металлов и перламутра (известняк), электросварка (мел для покрытия электродов), писчие мелки (мел), теплоизоляция строительных конструкций и технологического оборудования (минеральная вата) и т.д.

В России известняк добывается карьерами в Подмосковье, Ленинградской (облицовочный), Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Предуралье (Пермская область) и Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в ряде районов Восточной Сибири. Из подмосковных мячковских известняков возводились храмы и другие постройки Москвы белокаменной. Сырьевые ресурсы карбонатного сырья (известняка, мела, мергеля, доломита) в стране практически неисчерпаемы, хотя распределены очень неравномерно. В Донецкой области на Украине находится крупнейшее в Европе Еленовское месторождение известняка и доломита.

Ввод известняка и доломитизированного известняка в агломерационную шихту позволяет получать офлюсованный агломерат. Вывод известняка из доменной шихты приводит к экономии значительного количества тепла, затрачиваемого ранее на диссоциацию карбонатов, и к соответствующей экономии кокса. Экономический эффект от применения офлюсованного агломерата достигается за счёт того, что при агломерации на реакции диссоциации затрачивается тепло, выделяемое в спекаемом слое при горении гораздо более дешевого, чем кокс, топлива (коксовая мелочь, антрацитовыйштыб, тощий уголь). Применение офлюсованного агломерата позволяет улучшить шлакообразование, а также уменьшить содержание диоксида углерода в печных газах, то есть повысить их восстановительную способность и улучшить шлакообразование[

Известь – материал, применяемый в большинстве существующих отраслей, будь то промышленность или пищевая сфера. Незаменим известняк и в металлургии. В этой отрасли он используется как очищающий компонент, удаляющий лишнюю влагу и ненужные вещества из сплава, чтобы качество стали было еще более высоким.

Производство металлов

В металлургической промышленности, как правило, применяется известь негашеная, чтобы очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.

Известь, вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей переработкой известняка, мела и других известково-магнезиальных горных пород. Чистая известь — бесцветный продукт; плохо растворимый в воде (около 0,1% при 20 °С); плотность около 3,4 г/см3.

Первоначально известь использовалась только для приготовления связывающих растворов при строительстве зданий. Со временем область применения ее расширялась, и теперь известь и вещества на ее основе используются во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве и даже в охране окружающей среды [4].

В металлургической промышленности известь позволяет очистить металл от фосфорных, серных или кремниевых примесей, образующихся при введении кислорода в расплавленный чугун или сталь. Введение в процесс производства происходит в три этапа: во-первых для производства окатышей (полуфабрикаты железа, которые и загружаются в плавильную печь), во-вторых, очищают материал от серы перед плавкой, и в-третьих: после того, как к плавленому материалу примешивается кислород, известь в твердом или измельченном состоянии добавляют в печи, чтобы образовались жесткие шлаки, которые легко можно удалить на данном этапе. Подобное использование делает сталь сверхчистой: именно в таком виде она больше всего ценится на рынке.

Активно применяют известь и для производства металлической продукции: в создании проволоки или формовых элементов она незаменима в качестве своего рода «смазки». В первом случае проволока без проблем протягивается сквозь матрицу, а готовое изделие без труда отходит от посыпанной «мелом» формы.

Освоено и использование негашеной извести в производстве цветмета: выплавка драгметаллов без нее не обходится. Известно, что золотую и серебряную руду на определенном этапе измельчают, смешивают с раствором цианида и известью. Последняя обеспечивает необходимый кислотный баланс, который препятствует испарению вредных веществ в атмосферу.

Не менее известные нам медь или свинец также производятся не без участия этого универсального материала. Вред от опасных испарений сокращается, когда они пропускаются через так называемое «известковое молоко» (водный раствор) [2].

По химическому составу известь должны удовлетворять требованиям, указанным в табл.1.

Таблица 1.

Технические требования к извести

Марка

Сорт

CaOобщ, %, не менее

Массовое содержание примеси, %, не более

SiO2

S

P

п.п.п.

ИФ-0

1

95

1,8

0,03

0,02

3

ИФ-1

1

93

1,8

0,05

0,02

5

2

90

2,0

0,05

0,02

7

ИФ-2

1

90

2,0

0,08

0,03

7

2

85

2,5

0,08

0,03

11

п.п.п. – потери массы при прокаливании продукта, эквивалент остаточному содержанию углекислого газа.

Сырьем для получения извести являются распространенные осадочные горные породы: известняки, доломиты, мел, доломитизированные известняки, содержащие не более 8 % глины. В сырье преобладает карбонат кальция СаС03, в небольшом количестве содержатся карбонат магния MgCCb и некоторые примеси. Сырье обжигают в шахтных или вращающихся печах при температуре 900… 1200 °С [1].

Наиболее широко применяют плотные известняки и мел. Плотные известняки часто имеют мелкокристаллическую структуру. Иногда приходится использовать высокопрочные кремнистые известняки. Мел представляет собой мягкую, легко растирающуюся известковую породу. Рыхлая структура мела облегчает его добычу, но затрудняет обжиг в шахтных печах, так как куски мела легко крошатся, а образующаяся мелочь, заполняя пространство между обжигаемыми кусками, ухудшает тягу. При обжиге мела во вращающихся печах затруднений не встречается [3].

Очень важный показатель качества извести — режим ее обжига. В табл.2 приведены физические свойства извести разных типов.

Таблица 2.

Физические свойства извести​

Характер обжига

Реакционная способность, мин-с.

Объемная масса, г/см3

Объем пор, cм3/г

Поверхность пор, м2/г

мягкий

0-32

1,25

0,313

8,54

средний

1-45

1,66

0,279

5,12

жесткий

32-00

2,06

0,158

0,61

Данные таблицы свидетельствуют о том, что для ускорения процесса шлакообразования целесообразно использовать мягкообожженную известь с высокой реакционной способностью. Эта известь, получаемая во вращающихся печах или в печах кипящего слоя, имеет большое количество пор. Наличие последних облегчает диффузию легкоплавких компонентов шлака в глубинные слои куска извести и тем самым ускоряет ассимиляцию ее шлаком.

В последние годы наметилась тенденция к использованию в качестве шлакообразующего материала мягкообожженной доломитизированной извести, причем используют ее либо в смеси с обычной известью, либо отдельно.

При этом преследуются две цели: улучшение процесса шлакообразования и повышение стойкости футеровки конвертеров.

В связи с этим в конвертерном производстве за рубежом освоена специальная известь «Долотект» с содержанием около 6 % MgO, представляющая собой эвтектику CaO-MgO, температура плавления которой на 280°С ниже, чем CaO.

Многолетний опыт использования доломитизированной извести, получаемой из известняка Докучаевского флюсодоломитного комбината в конвертерном цехе Енакиевского металлургического завода, показал преимущества данной технологии [6].

Для получения такой извести, содержащей 5-8 % MgO, в одной вращающейся печи обжигают доломитизированный известняк, две другие печи перерабатывают обычный известняк. Известь из печей смешивается в потоке при выгрузке.

По технологии получения извести из известняка, он при движении по барабану проходит последовательно зоны сушки, подогрева до температуры 1123—1153 К (850— 880 °С), обжига и предварительного охлаждения. При обжиге плотных известняков зона сушки в печи отсутствует из-за малой влажности материала. Зона подогрева составляет обычно 50—70% длины печи, зона обжига равна 25—30%. Длина может регулироваться изменением длины факела горящего топлива. Далее из зоны обжига известь поступает в зону предварительного охлаждения, занимающую как правило около 5% длины печи. Окончательно охлаждение происходит в специальном холодильнике. Воздух, нагретый в холодильнике до 573—673 К (300—400 °С) остывшей известью, поступает в печь для горения топлива в качестве вторичного воздуха. Первичный воздух в количестве 15—20% от общего его расхода на горение подают через горелку. Для ускорения теплообмена в зоне подогрева устанавливают цепные и металлические ячейковые теплообменники. Можно также применять запечные теплообменники циклонного типа и в виде конвейерной решетки [7].

Достоинства вращающихся печей:

1) известь высокого качества;

2) использование любого сырья;

3) применение любого вида топлива;

4) получение любого вида извести (строительной, металлургической)

Недостатки:

1) большая металлоемкость;

2) большие капиталовложения;

3) значительный расход топлива (по сравнению с шахтными);

4) высокий расход электроэнергии (по сравнению с шахтными).

На основе анализа научно-исследовательской литературы, было выяснено, что к сырью для производства извести должны предъявляться следующие требования:

Чем выше содержание в известняке карбоната кальция, тем более высококачественная известь может быть выработана из него.

Качество карбонатных пород для производства извести в России регламентируется ОСТ 21-27-76 «Породы карбонатные для производства строительной извести». Основные требования этого документа приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Требования к химическому составу карбонатного сырья для производства известковых вяжущих.

Содержание, %

Класс

А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

СаСО3, не менее

92

86

77

72

52

47

72

MgСО3, не более

5

6

20

20

45

45

8

Глинистые примеси (SiO2 Al2O3 Fe2O3), не более

3

8

3

8

3

8

20

Физические свойства сырья (прочность, истирание) предопределяют выбор агрегата для обжига, а химический состав и количество примесей –выбор температуры обжига.

По механической прочности сырье характеризуется пределом прочности при сжатии, МПа: твердые породы — более 60, породы средней твердости — 30—60, мягкие породы — 10—30 и очень мягкие — менее 10. Для производства извести могут применяться твердые карбонатные породы в фракционированном виде со следующими размерами кусков (фракций), мм: 5—20; 20—40; 40—80; 80—120; 120— 180, а также мягкие без деления на фракции [5].

Подготовка сырья для обжига

Добыча извести
Добыча извести

Производство негашёной извести включает 3 основных этапа: добычу сырья (известняк) и его обработку, доставку топлива для обжига и процесс обжига известняка.

Добычу известняковой породы осуществляют открытым способом – на карьерах. Для первоначального её размельчения используется специальная техника. Слои известняков повышенной плотности с высоким содержанием магния предварительно взрывают. При наличии на месторождении различных типов известняков предпочтительна их выборочная разработка.

Оптимальным вариантом для обжига является одинаковый размер кусков породы в массе добытого известняка. Если он различен, то возникнут неравномерности в степени обжига. Так, ядра наиболее крупных из кусков породы могут остаться твёрдыми, а мелкие частицы – пережженными.

Необходимость в дроблении возникает и в случае слишком больших размеров фракций, которые могут быть во много раз больше требуемых при существующей технологии обжига. Диапазон подходящих для обжига размеров кусков заключён в пределах 4 – 12 см в диаметре. Дробление породы производят на дробильно-сортировочной установке.

Сырьё для обжига не должно содержать большого количества примесей глины и песка, которые способны снижать качество готового продукта.

Применение известняка

Известняк имеет универсальное применение в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве. В металлургии известняк служит флюсом. В производстве извести и цемента известняк — главный компонент. Известняк используется в химической и пищевой промышленности: как вспомогательный материал в производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений, стекла, сахара, бумаги.

Известняк — важнейший строительный материал, из него изготовляются облицовочные плиты, стеновые блоки, скульптурные и архитектурно-строительные изделия, щебень для производства бетона и асфальтобетона, железнодорожного балласта, оснований и покрытий автодорог, фильтров гидросооружений, как бутовый камень для фундаментов, мощения откосов, бортов и пр.

Применение известняка в историческом прошлом

Издавна этот природный камень используется человеком при строительстве и в других областях своей деятельности. В прошлом из известняка создавали здания, храмы, соборы и другие постройки и сооружения. Известняк внёс наибольший (среди других пород) вклад в культуру, историю и быт прежней России.

С ним связаны такие широко известные выражения, как «белокаменная Москва», «белокаменная летопись», «белокаменная архитектура». Причиной их появления стал белый известняк, добываемый в районе села Мячково в Московской области. Именно он и шёл на строительство зданий и сооружений в средней полосе Европейской части России.

Знаменитые Египетские пирамиды тоже были построены из известняка.

где используют известняк
Пирамиды из известняка

По пришествию тысячелетий они неплохо сохранились, что могло быть связано с отсутствием дождей, которые могут стать причиной коррозии этого материала. Другой пример использования известняковых пород – это Великая Китайская стена. Несмотря на воздействие влаги и кислотных дождей, она продолжает выполнять свою, теперь уже рекреационную, функцию, привлекая ежегодно огромное количество посетителей из разных стран мира.

В странах Средиземноморья известняк – одна из самых распространённых горных пород. Поэтому многие здания там сооружают на основе этого материала. Особенно отличилось в этом отношении государство Мальта, где почти все строения сложены из известняка. Этот камень активно использовался и при строительстве зданий в древней Греции и Риме.

Работа печей для обжига известняка

Шахтная печь для обжига известняка
Шахтная печь для обжига известняка

Основная цель обжига – получить максимально полное разложение карбоната кальция и магния до углекислого газа и оксидов этих веществ. При этом полученный продукт должен обладать хорошей пористостью, гигроскопичностью, однородной внутренней структурой.

В идеале на распад 1 кг карбоната кальция должно быть израсходовано 1790 кДж тепловой энергии, а на получение 1 кг оксида кальция (основной компонент негашёной извести) – 3190 килоджоулей энергии.

Для обжига используют куски обычного известняка или мрамора. Осуществление данной процедуры становится возможным в так называемых шахтных печах. Они представляют собой металлический полый цилиндр, с толщиной металлической стенки ок. 1 см. Цилиндр устанавливается на прочном бетонном основании. Работа таких печей характеризуется как непрерывная, а их обслуживание не создаёт больших трудностей.

В качестве горючего в таких устройствах чаще всего используют уголь. Печь состоит из шахты, механизма для загрузки и отгрузки сырья и фильтров для удаления побочных продуктов обжига. В нижний сектор печи под давлением нагнетается воздух.

Наиболее интенсивное горение угля происходит в средней части шахты. Проходя через неё известняк (или мрамор) превращается в известь. Ниже, под влиянием нагнетаемого снизу потока воздуха, она охлаждается, тогда как воздух, наоборот, разогревается, поступая в таком состоянии в зону горения.

Всё это обеспечивает более-менее автономную работу шахтной печи, которая обходится достаточно дёшево. Строительство самой печи также не считается высоко затратным мероприятием. Преобладающая высота конструкции – 20 м.

Топливо подаётся в печь в виде насыпных слоёв, между которыми располагаются слои известнякового сырья. В других конструкциях используют так называемые выносные топки, которые расположены с боков по периметру шахты. В этом случае топливом могут быть газ, дрова, торф, сланцы.

Свойства известняка

Свойства камня разнятся в зависимости от источника происхождения и напрямую зависят от структуры материала. Даже в одном месторождении могут встречаться залежи с различной плотностью, объемной массой и прочностью. Более плотные кристаллические породы хорошо полируются, пористые (например, ракушечник) – легко пилятся и обтесываются.

Физические характеристики материала:

  • Плотность – 2700-2900 кг/м³.
  • Объемная масса – от 800 кг/м³ (ракушечник) до 2800 кг/м³ (мраморизированные породы).
  • Твердость по шкале Мооса – 3.
  • Предел прочности при сжатии – от 0,4 МПа (ракушечник) до 300 МПа (кристаллический).

Основа известняка – карбонат кальция (50-95%). Остальное – это кварц, доломит, полевой шпат и другие минералы (5-50%). Именно из-за наличия в составе минералов камень имеет различные оттенки. Цвет известняка преимущественно белый, но в природе в обилии встречаются породы светло-серого, светло-желтого, красноватого, зеленого, бурого оттенка.

Физически и химически камень-известняк не слишком устойчив. Он растворяется в воде (пусть и медленно), поэтому при использовании камня в отделочных работах он обрабатывается водоотталкивающими составами. Особенно уязвим минерал к воздействию кислот (в частности, уксусной, серной, соляной), причем реакция протекает бурно и быстро, с образованием углекислого газа.

В природных условиях это чревато образованием карстовых пустот, зачастую внушительных размеров. Морозостойкость камня существенно меняется в зависимости от пористости и наличия трещин. Наибольшую морозостойкость (до 400 циклов) имеют мраморизированные породы с плотной кристаллической структурой.

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:

  • необработанных глыб камня;
  • щебня;
  • извести (белого цвета);
  • облицовочных плит;
  • минеральной крошки и песка;
  • стенового камня;
  • минеральной ваты и порошка;
  • муки.

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.

Тектонические процессы и горообразование

Добыча известнякаНа поверхности суши известняк оказывается в процессе поднятия участков бывшего морского дна. Связано это с передвижением литосферных плит, их коллизией, когда одна плита заходит под другую. Над зоной субдукции формируется складчатость, она выходит из воды и поднимается все выше. Гималаи — следствие захода индо-австралийской плиты под евразийскую, а дальневосточные хребты сформировались при коллизии североамериканской и евразийской плит.

Более древние участки складчатости — герцинской — сейчас уже старые горы. К ним можно отнести Урал, Аппалачи, Саяны, Алтай. Эти горы поднялись еще в палеозое. Образование гор альпийской складчатости относится к мезозою и раннему палеогену; эти горы еще молодые.

Интересно то, что известняковые отложения на Большом Кавказе представлены на его периферии. В центре массива на поверхность выходят древние гранит и базальт, а ближе к морю слоистая структура известняка оказалась повернутой, иногда сильно, на 90 градусов.

Известняком представлена самая высокая гора в мире, Эверест. Осадочными породами, в том числе известняком, сложен южный склон Гималаев, а центральные части, напротив, состоят главным образом из магматических и метаморфических пород.

Характеристика и происхождение известкового минерала

Натуральный камень известняк – нетвёрдая осадочная порода с максимальным содержанием кальцитов. Остальное в массе минерала – включения частиц других веществ (кремния, фосфатов, кварца, извести и др.). Также в массе карбоната кальция могут попадаться микрочастицы скелетов простых организмов. Происхождение в целом характеризуется как органическое, но есть ещё и органо-химический путь формирования минерала.

Главным образом известняковый минерал формируется в мелководной среде морского бассейна.

Пресноводные условия тоже позволяют отложиться камню известняку. Привычная для него форма залегания – пласт. Может осаждаться по принципу соли: при испарении вод из озёр и лагун. Но основная масса камня зародилась именно в морских глубинах, где не было интенсивных процессов испарения и высыхания.

Природный механизм формирования минерала начинается с работы живых организмов. Они извлекают из морской воды кальцит и строят раковины. Затем остатки их скелетов скапливаются на донной поверхности в огромной массе. Самый показательный образец формирования карбоната кальцита – это зарождение, рост и отмирание коралловых рифов.

Другие виды тоже названы по видам организмов и продуктам их жизнедеятельности:

  1. нуммулитовый;
  2. мшанковый;
  3. оолитовый.

Отдельной категорией стоит известняк мраморовидный. Он в свою очередь делится на типы массивно-слоистый и тонкослоистый. Под воздействием определённых температур и давления он меняет структуру кристаллов и преобразуется в мрамор.

Цианобактериальные маты и строматолиты

Жизнь зародилась на земле в анаэробных условиях. Свободного кислорода в атмосфере Земли не было; возможно, первичный состав газов представлял собой смесь водорода и гелия. По мере активизации вулканизма первичная атмосфера была заменена вторичной, состоящей из углекислого газа, метана и аммиака, а возможно — и водяного пара.

Вапняк, формула Жизнь зародилась в воде и при такой восстановительной атмосфере окислять металл было нечем. Первыми живыми клеточными организмами стали бактерии, многие из которых образовывали колонии. Эти колонии представляли собой слои из нескольких разных видов, причем верхние из них поглощали минеральные вещества, средние перерабатывали органику, а нижние питались остатками средних слоев, выделяя в виде отходов карбонат кальция.

Эти колонии получили название цианобактериальных матов (оно дано по названию семейства бактерий), а тот продукт, который получался в итоге жизнедеятельности колонии — строматолитом.

Химический состав известнякаКогда один из видов одноклеточных водорослей в результате мутации стал фотосинтезировать, в воде появился свободный кислород. Позже, когда на дне было окислено все, что можно, он стал распространяться в атмосфере, вытесняя другие газы и окисляя поверхность. Это произвело коренной перелом в формах жизни. Развитие получили аэробные организмы, а анаэробные остались в «карманах», куда доступ свободного кислорода был ограничен.

Равновесие сменилось в сторону образования карбоната кальция и он стал интенсивнее откладываться на дно.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий