Мел, мрамор и известняк с химической точки зрения одно и то же вещество — карбонат кальция, а точнее, одна из его кристаллических модификаций — кальцит.
Мел — это мягкая горная порода, ко-торую легко истереть в порошок. Мел используется в качестве белого пигмен-та в лакокрасочной и резиновой про-мышленности, в производстве порт-ландцемента, как пишущий материал.
Известняк обладает большей твёрдо-стью: издавна его использовали как материал для каменных сооружений. Большинство храмов великокняже-ской Москвы было построено из мячковского известняка, который добыва-ли у села Мячково на Москве-реке и на специальных судах доставляли к месту постройки. Недаром Москву в старину называли белокаменной. В настоящее время известняк служит ценным материалом при производст-ве цемента, в металлургии в качестве флюса (флюсом в металлургии называ-ют вещества, вводимые в шихту для связывания примесей, например Р 2 О 5 , SiO 2 , в легкоплавкие шлаки,) и в хими-ческой промышленности при произ-водстве соды, хлорной извести, карби-да кальция.
Мел и известняк — это осадочные горные породы, образовавшиеся из остатков панцирей живых организмов (в первую очередь древних простей-ших — радиолярий и фораминифер).
Успенский собор на Городке. Звенигород. Около 1399 г.
Белокаменная резьба Успенского собора на Городке.
Мрамор — метаморфическая горная порода, образующаяся при перекри-сталлизации под давлением осадочных карбонатных пород — главным образом известняков. Он также состоит из каль-цита (карбоната кальция), однако, в от-личие от мела и известняка, это круп-нокристаллический материал: на сколе
куска мрамора хорошо заметна его зернистая структура. По сравнению с мелом и известняком мрамор твёрд: не-даром древние строили из него храмы. Благодаря различным примесям мрамор часто бывает окрашен, мрамор некоторых месторождений имеет краси-вую структуру, в которой чередуются слои разной окраски. В древности осо-бенно ценились белоснежный каррар-ский мрамор, розовый паросский, жёл-тый сиенский. Главный храм афинского акрополя — знаменитый Парфенон по-строен из блоков пентелийского мрамо-ра, который добывали в местечке Пентеликон к северо-востоку от Афин. Пентелийский мрамор имеет едва за-метный золотистый оттенок, который усиливается, когда смотришь на Парфе-нон вечером, на закате солнца. В Ита-лии распространённым сортом мрамо-ра является чипполино — так называют белый мрамор с мелкими жёлтыми или зелёными прожилками. А вот знамени-тый красный веронский мрамор (rosso di Verona ) — на самом деле известняк коричнево-красного цвета, в котором часто встречаются окаменелости.
Прекрасным примером метаморфической породы может служить хорошо всем известный мрамор. Он широко используется у нас для внутренней отделки зданий, для изготовления статуй и различных бытовых поделок - чернильных приборов, пепельниц и т. д.
По своему химическому составу мрамор ничем не отличается от известняка, но посмотрите, как они не похожи друг на друга: известняк - матовый и плотный; мрамор же, особенно на свежем расколе, обнаруживает мелкокристаллическое строение, и грани мельчайших кристалликов сверкают, как в кусковом сахаре.
В природе мы можем проследить, как известняк превращается в мрамор . Мрамор залегает в местах прорыва глубинными породами толщ известняков: чем ближе мрамор к месту соприкосновения, иначе - к контакту, с глубинными породами, тем крупнее его зерно и темнее окраска (синеватая, красноватая и др.), по мере же отдаления от контакта зерно становится мельче и окраска светлеет (сероватая, желтоватая).
Под влиянием огромного давления вышележащих пород, а также в связи с процессами горообразования глины уплотняются и превращаются в глинистые сланцы. Они обладают способностью раскалываться при ударе на тонкие пластинки, не размокают от воды и отличаются от глины большей твердостью. Отсюда нетрудно сделать вывод, какие глубокие изменения производят в минеральном веществе (не изменяя его химического состава) высокие температуры и давления.
Примером метаморфйзма (преобразования) под воздействием растворов являются брекчии, конгломераты я песчаники, о которых мы уже говорили выше.
Во многих местах нашего Союза, особенно в Карелии, Украине и Забайкалье, непосредственно на поверхность земли выходят серые светлоокрашенные кристаллические породы, имеющие одинаковый минералогический состав с гранитами. В них также входят полевой шпат, кварц и слюда, только слюда расположена не беспорядочно, как в граните, а более или менее отчетливыми рядами; Такие породы называются гнейсами.
Между гранитами и тонкослоистыми или сланцеватыми гнейсами существует ряд переходов в виде гранито-гнейсов.
Гнейсы возникли путем метаморфизации как осадочных, так и изверженных пород. В строении земной коры гнейсы играют огромную роль. Они служат фундаментом для осадочных пород на таких равнинных пространствах земного шара, как, например, Великая Русская равнина. И действительно, всюду на ней, на той или иной глубине, буровые доходят до гранито-гнейсовой постели, на которой покоятся толщи осадочных пород. Под Питером гранито-гнейсовые породы были обнаружены на глубине 198 метров, а под Москвой - на глубине 1655 метров.
Значительное место среди метаморфических пород занимают слюдистые сланцы. В состав их входят главным образом слюда и кварц. Слюда бывает светлая и темная. Иногда в сланцах присутствуют обе разности.
Характерной особенностью слюдистых сланцев является резко выраженное сланцевое сложение, откуда и идет их название - «сланцы». От примеси полевого шпата сланцы переходят в гнейсы, а в случае преобладания кварца - в кварциты.
Породы, образовавшиеся в результате метаморфизации главным образом кварцевых песков и песчаников, путем перекристаллизации зерен и связующего их цемента. Кварцит представляет сплошную плотную массу, в которой неотличимы отдельные зерна песка. Кварциты обладают значительной твердостью. Наши карельские кварциты, преимущественно тёмнокрасные, пользуются заслуженной известностью как прочный строительный и облицовочный материал, особенно красивый в полированном виде. Красный кварцит использован в строительстве мавзолея на Красной площади в Москве.
Большой промышленный интерес представляют железистые кварциты, с которыми связаны крупнейшие наши железнорудные месторождения - Кривой Рог на Украине и знаменитая Курская аномалия. Аномалией она названа потому, что компас дает здесь неправильные показания стрелки.
Курская магнитная аномалия занимает огромную площадь к юго-востоку и югу от Курска (около 250 километров длины и 40 километров ширины). У метаморфических пород свои особенности: они не содержат окаменелостей, но по своей структуре все же напоминают осадочные породы, так как минеральные зерна располагаются иногда отчетливыми рядами.
Мы кратко ознакомились с основными типами горных пород. Наибольшее значение в строении земной коры имеют такие магматические породы, как граниты, затем - осадочные, особенно песчаники и известняки, а из метаморфических - гнейсы и глинистые сланцы.
Суши по минералогически. Ученые выяснили, что карбонат , а попросту мел, в большей части состоит из кокколитов. Так именуют водоросли, выделяющие в процессе жизнедеятельности известь.
Это переворачивает представления о животной природе . В ней были уверены до 1953-го года. Теперь же, мел признан породой и растительного происхождения. Остатки слагают спрессованные раковины морских .
И они, и водоросли, являются компонентами для суши. Интересно, что и мел съедобен. Это не раз доказывали . Если в положении не хватает кальция, тянет на мел. Съедали его многие, никто не ощутил.
Врачи подтверждают, очищенный мел может принести лишь пользу. Не зря карбонат кальция продают в аптеках. Изучим свойства препарата и полный список сфер его применения. Но, для начала, уточним само понятие.
Что такое мел?
Итак, камень мел – это горная порода. Сие значит, что известняк слагают несколько минералов, могущих существовать и по отдельности. Основу составляет карбонат кальция. Его в породе до 98%.
Поэтому, мел часто так и называют, карбонат кальция, или, попросту, . Но, в камне присутствует и карбонат . Среди минералов он числится, как . Еще доли процента состава мела приходятся на оксиды металлов. То есть, в породе есть и неорганическая составляющая.
Название водорослей, слагающих камень упомянуто. Теперь, определим раковины каких животных дополняют растения. В основном, это панцири фораминифер. Это одноклеточные рачки. Невооруженным не видны.
Заметны фораминиферы становятся, когда опускаются на морское дно. Происходит это после гибели одноклеточных. Частично, их панцири дополняют , раковины устриц и прочих моллюсков. Все вместе спрессовывается под давлением воды, преобразуясь в горную породу.
Свойства мела
Формула мела не подразумевает его растворение в воде. Иначе, отложения породы не смогли бы образовываться на дне океанов. Когда воды осушаются, ландшафт меняется, мел переходит на сушу. Здесь-то его и добывают. Однако, влажность окружения влияет на минерал. Мел в сухой среде прочнее. Изменения запускаются уже при 2% влажности.
Снижение прочности сопровождается увеличением пластичности. Если в сухой среде мел рассыпается в порошок от малейшего давления, влажный лишь деформируется. Однако, работать с водонасыщенным мелом сложно.
Порода налипает на , оборудование. Поэтому, строения из карбоната кальция можно найти лишь в жарких и засушливых регионах, к примеру, в . Из известняка там сложена пирамида Хуфу, считающаяся древнейшей постройкой на Земле.
Холод мел переносит гораздо хуже жары. Пережив минусовые температуры, порода распадается на кусочки в 1-2 миллиметра. В некоторых случаях это облегчает применение мела . Вопросу, в каких, посвятим отдельную главу.
По цвету мел белый . Это единственный натуральный оттенок . Цветные мелки – окрашенная порода. Она бывает прессованной, или кусковой. Пищевые красители в продукцию добавляют редко. Поэтому красочные мелки для организма токсичны.
Поскольку большая часть мела карбонатная, растворяется в и . Неорганическая составляющая, при этом, как правило, остается нетронутой. Нетронутым остались и следы мела в трех .
Они достигли Земли и были изучены. Все три прилетели с Марса. Наличие в породах планеты карбонатов дало исследователям еще один повод думать, что если сейчас на Марсе и нет жизни, то когда-то она там была.
Добыча мела
Наиболее качественным считается мел нижних горизонтов. Так называют глубинные слои породы. Однако, именно они, как правило, насыщенны влагой. Поэтому, добыть с нижних горизонтов удается редко. Порода налипает на оборудование.
В верхних слоях известняков бывает нехватка карбоната кальция. Если его менее 87%, породу приходится обогащать, а это затратно. Поэтому, в почти не осваиваются Валуйское, Знаменское и Заслоновское месторождения. Качественный мел присутствует лишь в Белгородской и Воронежской областях. Там и добывают.
Производство мела на малокарбонатных месторождениях оправдано лишь в строительных целях. В частности из не обогащенного мела получается приемлемая по качеству известь. Ее используют при мелиоративных работах.
Их проводят при раскислении почв. Известняк является щелочью и способен уравновесить среду. Здесь-то и пригождается свойство мела распадаться от морозов. Нет нужды измельчать породу до приемлемых размеров. Достаточно немного размолоть , закинуть крупные куски в почву, а после морозов материал сам рассыплется.
Применение мела
Побелка помещений отжила свой век. Ее осуществляли растворами мела. Под понимаются жидкости с взвесью в них не растворенных частиц породы.
Зато, в современности востребованы меловые краски. Они имеют клеевую основу и применяются только для внутренней отделки. Ее производят по оштукатуренным, выровненным поверхностям.
Не обходится без мела и в производстве цемента. Поэтому, карбонат кальция в фундамент можно добавлять с таким же спокойствием, как и бут. Основой цемента стал благодаря мягкости, пластичности и, конечно, доступности. Более 20% осадочных пород Земли содержат мел. В земной коре он занимает 4% объема.
В мел тоже добавляют. Доля известняка почти равна содержанию . Можно сказать, что мел и замешивают в исходную шихту для в равных долях.
В фермерском деле мел нужен не только для раскисления почв, но и для производства комбикормов. Почему люди едят мел , а животные не могут? Могут, причем, получают от этого пользу.
Мел в комбикорме – источник кальция, проще говоря, минеральная добавка к пище. С ней животные лучше развиваются, не страдают ломкостью В косметике применяется тонкодисперсный мел. Такой же нужен в бумажной промышленности. Здесь карбонатная порода служит наполнителем и отбеливателем листов. Если в них есть мел, на проще печатать. К тому же, листы с карбонатом кальция не чувствительны к влаге. Это продлевает срок службы .
Использование мела в обусловлено, так же, бережным отношением к производственному оборудованию. Поскольку материал тонкодисперсный, его абразивные свойства сведены к нолю. Соответственно, трение минимально, как и износ аппаратуры.
Цена мела
Стоимость мела зависит от его назначения и вида. Так, за 5 узорчатых мелков для асфальта просят 200-450 , а за упаковку простых мелков – от 10-ти до 90-та. Кормовой мел продают, как правило, не упаковками, а мешками. Фермерам принято отгружать тоннами. За 1 000 килограммов берут 3 000-4 000 рублей.
Мел пищевой продают в порошке, или кусках. Упаковывают товар в пакеты, отпускают в граммах. За 0,1 кило придется отдать 40-290 рублей. Наибольшие ценники устанавливаются на порошкообразный мел.
Кстати, мел – официальная пищевая добавка. Карбонат кальция скрывается под шифром Е-170. Эта ешка служит стабилизатором, то есть, препятствует комкованию продуктов. Правда, в номенклатуре пищевых добавок Е-170 относится к красителям. Это огрехи систематики, которые, пока, не доходят исправить.
ГЛАВА III
КАРБОНАТНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ
ХАРАКТЕРИСТИКА КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ
Для производства извести используются осадочные карбонатные горные породы, состоящие из углекислого кальция, углекислого магния и различных примесей, а также отходы некоторых производств (например, сахарных заводов). Карбонатные породы с содержанием углекислого кальция СаС03 не менее 70%, называются известняками.
Известняки образовались в основном из останков живых организмов, обитавших миллионы лет назад в морской воде. Скопления скелетов, раковин, панцирей, в состав которых входил углекислый кальций, образовали известняковый ил, который под действием огромного давления столба воды и вышележащих пластов уплотнялся. Чем больше времени прошло с момента образования таких скоплений, тем более плотным является известняк.
Некоторая часть известняков образовалась химическим путем вследствие перехода растворимой в воде двууглекислой соли кальция в нерастворимую углекислую (химические известняки).
В природе встречаются известняки самой разнообразной окраски: белой, серой, желтой, зеленоватой, бурой, красноватой, черной и пестрой. Цвет известняка определяется примесями. Желтоватый, бурый, красный и коричневый цвет известняка определяется наличием окислов железа и марганца; серый и черный цвет обусловлены примесями битуминозных смол и углистых веществ; зеленоватый связан с наличием в известняке закисных соединений железа. Известняки с матовой поверхностью имеют повышенное содержание магния, а с кристаллическим блеском - повышенное содержание кремния. Пахучесть известняка говорит
О значительном содержании в нем органических остатков.
Все известняки классифицируют по двум признакам: по структуре, т. е. по строению материала, и по химическому составу. По структуре различают следующие виды известняков: зернисто-кристаллической известняк, или мрамор; плотный известняк; рыхлый известняк; мел; известняковый туф; известняк-ракушечник.
Мрамор отличается максимальным содержанием СаСО3. Кристаллическая структура в мраморе видна даже невооруженным глазом. Объемный вес мрамора составляет 2600-2800 кГ/мгг предел прочности при сжатии соответственно 700-1200 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 2,8 ккал/м ч град.
Мрамор в основном применяется в качестве отделочного материала. Некоторые разновидности мрамора Кольского полуострова, а также отходы мрамора (мраморная крошка Карадагских.
карьеров в Азербайджане и др.) используются для обжига на известь.
Плотный известняк имеет тонкозернистую структуру. Такие известняки образовались путем химического осаждения или в условиях спокойного состояния воды на некотором удалении от берегов, где отлагались только мельчайшие частицы.
Отдельные виды плотных известняков поддаются полированию и поэтому носят
название мраморовидных. Объемный вес известняка находится в пределах
2400-2600 кГ/м3, твердость по десятибалльной шкале равна 3, предел
прочности при сжатии колеблется от 200 до 800 кГ/см2, коэффициент
теплопроводности
2,5 ккал/м * ч град.
Карьерная влажность мраморов и плотных известняков невысокая- 2-4%. Плотный известняк характеризуется высоким содержанием СаС03, однако иногда имеет значительное количество примесей. Применяется он для производства извести и щебня для строительных работ. Иногда плотный известняк обладает белым цветом и используется как отделочный материал.
Рыхлый известняк состоит из отдельных шаровидных сцементированных зерен известняка, внутри которых находятся песчинки и другие посторонние тела. Предел прочности рыхлого известняка значительно ниже, чем плотного, и составляет 100- 200 кГ/см2. Объемный вес известняка в пределах 1800- 2200кГ/м3. Влажность доходит до 8-10%. Коэффициент теплопроводности составляет 1-1,5 ккал/М"Ч-град. Такие известняки называются оолитовыми. Они встречаются в природе довольно редко. Используются оолитовые известняки в основном для обжига на известь.
Известняковый туф отличается пористостью, ноздре" ватостью структуры и низким пределом прочности при сжатии. Известняковый туф и рыхлые известняки используются в основном при производстве известняковой муки для сельского хозяйства.
Мел или землистый известняк имеет рыхлую структуру. Мел состоит из останков микроскопических организмов и является отложением неглубоких морей. Объемный вес мела находится в пределах 1300-1800 кГ/м3. Предел прочности при сжатии 4,0- 80 кГ/см2. Карьерная влажность мела колеблется в широких пределах 16-30%. Чистый мел служит высококачественным сырьем для производства извести во вращающихся печах.
Известняк-ракушечник образовался из остатков крупных раковин и относится к мягким пористым карбонатным породам, которые используются для обжига на известь во вращающихся печах. Объемный вес ракушечника 800-1800 кГ/м3; предел прочности при сжатии 100-200 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,25-0,4 ккал/м ч град.
Кроме углекислого кальция, в состав известняков входят углекислый магний и примеси (песок, глина, и т. п.). Известняки,
примеси песка и глины в которых не превышают 2%, в зависит мости от содержания карбоната магния подразделяются на следующие виды:
Известняк чистый кальциевый (мраморовидный известняк, чистый мел) с содержанием MgC03 до 2%;
Известняк чистый слабо доломитизированный с содержанием MgC03 в пределах 2-7%;
Известняк чистый доломитизированный с содержанием MgC03 от 7 до 19%;
Чистый доломит с содержанием MgCО3 в пределах 45-46%.
Обжигом этих известняков получают известь, физико-химические свойства которой, а следовательно, и область применения зависят в основном от содержания MgC03 в исходном сырье. Например, при обжиге чистых кальциевых известняков- получают белую воздушную кальциевую известь, которая применяется как химическое сырье в различных отраслях промышленности и как вяжущее в строительной индустрии. Доломитизированные известняки дают серую воздушную известь, используемую иногда в строительных растворах, а при обжиге во взвешенном состоянии- в изделиях автоклавного твердения. Доломиты и доломитизированные известняки широко применяются для известкования кислых почв страны.
Наиболее распространенными примесями в карбонатных породах являются кремнезем (в виде песка) и окислы железа и алюминия. Так как глина - это соединение кремнезема с водой и окисью алюминия, то сумма окислов SiO2 +АL О3 +F е2 О3
называется глинистыми примесями. В тех случаях, когда кремнезем равномерно распределяется по всему слою известняка, порода называется опокой. Обычно кремнезем образует в месторождении карбонатного сырья включения и прослойки или присутствует в виде песка различной крупности.
Присутствие в сырье кремнезема ухудшает полезные свойства воздушной извести (снижается ее пластичность и вяжущие свойства) и затрудняет ведение процесса обжига. Поэтому для производства воздушной извести обычно применяют чистые известняки с содержанием кремнезема 1-2% и редко с содержанием до 3%.
Глинистые примеси в количестве до 2% не изменяют свойства воздушной извести. Известняки с содержанием глинистых примесей от 2 до 8% называются слабо мергелистыми известняками, а получаемая из них известь - слабогидравлической. При содержании глинистых примесей в пределах 8-21% известняки называются мергелистыми, а получаемая из них известь -сильногидравлической. Карбонатную породу, содержащую от 21 до 50% песчано-глинистых веществ, называют мергелем. Слабогидравлическая известь в обычном виде гасится частично, а сильногидравлическая вообще не гасится. Для придания ей вяжущих свойств гидравлическую известь подвергают тонкому помолу.
Хорошим примером геологических противоречий в вопросах определения камня является сравнение мрамора и известняка . Это очень близкие породы, мономинеральные - состоящие преимущественно из мелкозернистого кальцита. Чтобы понять разницу между мрамором и известняком, следует узнать историю их происхождения.
Известняк образуется в районе бывших морских бассейнов, при участии населявших их организмов. Часто известняк в большом количестве содержит останки древней фауны: моллюсков, членистоногих, улиток и прочих. К слову сказать, наука палеонтология (изучение вымерших форм жизни) базируется на изучении толщ горных пород. Прочность и пористость известняков колеблются в широких пределах. Как правило, чем меньший возраст известняковой толщи, тем эти породы более рыхлые, слабоцементированные.
Далее этот пористый известняк может попасть в эпицентр геологических событий, которые сопровождаются мощным выбросом энергий. На толщу известняка оказываются колоссальные температуры или давления, характерные при подвижках земной коры, извержении вулкана, внутренних движениях магмы. В зонах контакта со стихией известняк подвергается процессу метаморфизма - видоизменения. Известняк укрепляется, становится более плотным, твердым. Можно сказать, камень «закаляется». Меняется даже зернистость породы - из крупнозернистого обломочного порода переходит в мелкозернистый, иногда даже скрытокристаллический вид. Поэтому мрамор, будучи более плотным и мелкозернистым, легко поддается полировке. При полировке высшего класса мрамор приобретает глянцевый, зеркальный блеск. Известняк же не может достичь такого высокого уровня полировки в силу своих структурных особенностей.
В процессе мраморизации физические характеристики заметно растут. К примеру, плотность может поменяться от 800 кг/м3 до 2800 кг/м3. А плотность на сжатие растет с 4 до 300 МПа.
Таким образом, мрамор - это метаморфизованный известняк, отличный от него лишь по кристаллической структуре. Остается единственный открытый вопрос - какой объективный критерий различия этих пород? К сожалению, невозможно точно оценить степень метаморфизма известняка. При длительных воздействиях температур и давлений известняк уплотняется постепенно, фаза за фазой.
Когда мы видим породу средней кристаллической структуры мы называем ее мраморизованный известняк . Такая порода попадает в обе категории нашего каталога. Мраморизованные известняки являются идеальными материалами и для отделки, и для изготовления скульптурных элементов. Обладая высокой плотностью, такой камень легко поддается резке - даже высокохудожественной.
Месторождение юрского мраморизованного известняка. Бавария, Германия
Популярные сорта мраморизованных известняков: группа юрских камней (Jura Beige , Jura Polau Blau , Jura Brown), а также белоснежный Bianco Neve , легендарный кирпично-красный Rosso Verona , и даже сверх популярный бежевый Crema Marfil !
Юрские сорта камня очень востребованы в нашей стране. Это очень популярный фасадный материал, достойно выдерживающий все коллизии российского климата. Камень имеет естественную и органичную текстуру с заметными останками организмов юрского периода. Юрский камень прекрасно обрамляет интерьер: в качестве отделки пола, стен и лестниц, в форме столешниц и каминов.
Crema Marfil - это самый популярный сорт мрамора, привозимый к нам из почти опустошенного карьера Испании. Crema Marfil чаще всего используется для создания подоконников, каминных порталов, столиков и интерьерных лестниц. Изысканный кремовый оттенок этого камня прекрасно встраивается в пространство любой стилистической направленности.
Rosso Verona - веронский мрамор абсолютно уникального оттенка - итальянская терракота. Встречается в современной отделке, а также в архитектурных памятниках Италии, приуроченных к давно ушедшим эпохам.