Saturs
- Kas ir kaļķakmens?
- Kā veidojas kaļķakmens?
- Dolomīta veidošanās no kaļķakmens
- Citi karbonāta iežu veidi
- Kalnrūpniecības karbonātu iežu ieguve
- Kaļķakmens lietojumi
- Portlendas cementa deficīts
- Kaļķakmens avoti nākotnē
- Kaļķakmens ražošanas modeļi
- Daži kaļķakmens ieguves jautājumi
- Nepieciešamība izprast būtisku resursu
- ASV kaļķakmens rūpnieciskais patēriņš
Izstrādājumi, kas izgatavoti ar kaļķakmeni: Kaļķakmens ir būtiska valsts nozīmes minerālu prece. Daži no daudzajiem izstrādājumiem, kas izgatavoti, izmantojot kaļķakmeni, ir parādīti šajā fotoattēlā: brokastu pārslas, krāsas, tabletes pret kalciju, marmora galda virsmu, antacīdu tabletes, augstas kvalitātes papīrs, baltas jumta granulas un portlandcements. (USGS fotogrāfija; tirdzniecības, firmu vai produktu nosaukumi tiek izmantoti tikai aprakstošiem nolūkiem, un tas nenozīmē, ka tos apstiprina ASV valdība.)
Indiānas kaļķakmens Apex ēkā: Daudzas Nāciju galvaspilsētas ēkas ir klātas ar kaļķakmeni. Apex ēkai / Federālajai tirdzniecības komisijai ir Indiānas kaļķakmens augšējais ārpuse. (USGS fotogrāfija.)
Kas ir kaļķakmens?
"Kaļķakmens" ir jebkurš iezis, kas galvenokārt sastāv no kalcija karbonāta (CaCO3), bet ģeologiem kaļķakmens ir tikai viens no vairākiem "karbonātu iežu" veidiem. Šīs ieži sastāv no vairāk nekā 50% karbonātu minerālu, parasti kalcīta minerālu (tīra CaCO3) vai dolomīts (kalcija-magnija karbonāts, CaMg2) vai abi.
Kā veidojas kaļķakmens?
Lielākā daļa karbonātu iežu tika nogulsnētas no jūras ūdens. Šīs nogulumiežu karbonātu ieži ir izplatīti visos kontinentos un veidojušies lielākajā daļā ģeoloģiskās vēstures; tie joprojām veidojas tropos kā koraļļu rifi un seklu jūru dibena.
Jūras kaļķakmens veidojas tāpēc, ka jūras ūdenī ir augsta divu izšķīdušo ķīmisko vielu - kalcija (Ca++) un bikarbonātu (HCO3-) joni. Lielākajā daļā okeānu, koraļļus, gliemenes un citas jūrā dzīvojošas radības gandrīz vienā slānī izmanto šīs divas ķīmiskās vielas, lai izgatavotu aizsargplēves, apvienojot tās, lai veidotu kalcītu vai "aragonītu", kas ir tāds pats ķīmiskais sastāvs kā kalcīts, bet kuram ir atšķirīga kristāla forma.
Izlietnes caurums Vinterparkā, Floridā: Virszemes ūdeņi un gruntsūdeņi var izšķīdināt un aizvest lielu daudzumu kaļķakmens. Tādējādi tiek izveidotas alas, piemēram, Carlsbad dobumos Ņūmeksikā (foto zemāk). Mitrā klimatā ala veidošanās ir īpaši izplatīta, un vietās, kur sabrūk alas griesti, var veidoties izlietnes. Grunts caurums, kas atrodas apmēram 240 pēdas zemes līmenī, 1981. gadā tika atvērts Vinterparkā, Floridā, kad sabruka apakšējās kaļķakmens alas griesti. Ala un izlietne atrodas Kiprides galvas veidojumā, kas ir svarīgs ūdens nesējslānis Floridas centrā. Kavernošos kaļķakmens ūdens nesējslāņos gruntsūdeņos esošie piesārņotāji pārvietojas daudz ātrāk nekā cita veida iežos, tāpēc karjeros šādās teritorijās ir īpašas bažas. (USGS fotogrāfija.)
Dolomīta veidošanās no kaļķakmens
Dažus kaļķakmeņus mainīja, magnēzija ievadot gruntsūdeņos. Gruntsūdeņos esošais magnijs daļu vai visu kaļķakmenī esošo vai visu kalcītu var pārveidot par dolomītu. Arī daži ieži, kas veidojušies netālu no seno jūru krastiem sausā klimatā, pārstrādes laikā galvenokārt bija dolomīti.
Kaļķakmens ala: Stalaktīti karājas no griestiem, un stalagmīti paceļas no Carlsbad kavernu grīdas, Ņūmeksikā, 260 miljonus gadu vecā kaļķakmens robežās. (Nacionālā parka dienesta fotogrāfija.)
Citi karbonāta iežu veidi
Kaļķakmens ir daudz dažādu šķirņu. Krīts ir ļoti smalkgraudains, porains jūras kaļķakmens, kuru gandrīz pilnībā veido mikroskopiskas fosilijas. Travertīns ir saldūdens nogulumiežu kaļķakmens, kam ir ļoti plāni, sakrustoti slāņi un parasti veidojas avotos. Marmors ir karbonāts iezis, parasti jūras kaļķakmens, kuru lielā karstumā un spiedienā dziļi zem Zemes virsmas saspiež un deformē kā plastmasu. Šo procesu sauc par "metamorfismu". Pastāv arī reti sastopami "sirmie" karbonātu ieži, kas izkristalizējušies no izkusušas magmas tāpat kā lavas vai granīti. Tos sauc par "karbonātiem", un šo iežu veidu dažās pasaules vietās iegūst kā rūpniecisko kaļķakmeni.
Kalnrūpniecības karbonātu iežu ieguve
Kaļķakmens nogulumiežu nogulumi var būt plaši, aptverot simtiem kvadrātjūdzes, un to biezums un kvalitāte var būt salīdzinoši vienmērīga. Tāpēc kaļķakmens karjeri var būt lieli un ilgi nodzīvojuši, iegūstot kaļķakmens slāņus, kas vairāku simtu pēdu biezumā var būt simtiem pēdu vairākās kvadrātjūdzēs. Daudzās karjerās tiek ražoti vairāki produkti, un sasmalcināti ieži, kas nav pietiekami tīri noteiktam lietojumam, joprojām var būt piemēroti ceļu kopšanai. Marmora karjeri var būt arī ļoti lieli. Tomēr šie ieži, kas kādreiz bija regulāri apgulti, ir metamorfizēti neregulāras formas ķermeņos, kuru raktuves ir grūtākas un dārgākas.
Lielās ASV daļās ir plašas dažāda vecuma jūras kaļķakmens atradnes no dažiem tūkstošiem līdz vairāk nekā 350 miljoniem gadu. Dažās atradnēs ķīmiskās šķiras ir pat 95% CaCO3. Tomēr dažās teritorijās pilnīgi nav piemērotu kaļķakmens nogulumu. Lielāko daļu no kaļķakmens izmaksām klientam nosaka tas, cik tālu tas nāk un kā tas tiek piegādāts. Piegāde ar baržu pa ūdeni ir lētāka nekā ar vilcienu, kas savukārt ir lētāka nekā kravas pārvadāšana.
Kaļķakmens lietojumi
Kaļķakmenim ir daudz rūpniecisku lietojumu, un to var izmantot kā ieguvi vai pārstrādāt ļoti dažādiem produktiem. Tas ir daudzu celtniecības, lauksaimniecības, vides un rūpniecības materiālu izejviela.
Kaļķakmens tiek izmantots būvniecībā gandrīz visur. 2007. gadā sasmalcināts kaļķakmens bija 68% no visiem Amerikas Savienotajās Valstīs saražotajiem drupinātajiem iežiem. Arī kaļķakmens ir galvenā sastāvdaļa portlandcementa ražošanā. Neskatoties uz to, ka mūsu tautās ir kaļķakmens, pēdējos gados ir bijis cementa deficīts.
Daži no tīrākajiem dabīgajiem kaļķakmeņiem ir bumbiņas. Gadsimtiem ilgi marmors ir bijis izvēlētais dekoratīvais akmens valdības ēkās un publiskajās statujās. Travertīns tiek izmantots arī kā dimensijas akmens flīzēs un galda virsmās. Daži baltā kaļķakmens tiek vienkārši sasmalcināti un izsijāti izmantošanai ainavu veidošanā un jumta segumā.
Kaļķakmeni pulverī izmanto, lai noņemtu piemaisījumus no izkausētiem metāliem, piemēram, tērauda. Tas var arī noņemt toksiskus savienojumus no ogļu dedzināšanas spēkstaciju izplūdes gāzēm. Kaļķakmens tiek izmantots kā pildviela dažādos izstrādājumos, ieskaitot papīru, plastmasu un krāsu. Vistīrākais kaļķakmens tiek izmantots pat pārtikas produktos un tādās zālēs kā brokastu pārslas un kalcija tabletes.
Kaļķakmens ir arī kaļķu (CaO) iegūšanas izejviela, ko izmanto augsnes apstrādei, ūdens attīrīšanai un vara kausēšanai. Kaļķiem ir daudz papildu lietojumu ķīmiskajā rūpniecībā.
Dolomīti parasti ir mazāk piemēroti nekā citi rūpnieciskie kaļķakmeņi lielākajai daļai lietojumu. Lielākā daļa dolomīta, kas tiek izrakts, tiek vienkārši sasmalcināti un izsijāti izmantošanai kā pildviela betonā vai asfaltā.
Portlendas cementa deficīts
Portlandcements ir viens no vissvarīgākajiem izstrādājumiem, kas izgatavoti no kaļķakmens. Tas ir būtisks daudzos būvniecības pielietojumos. Amerikas Savienotās Valstis nav pašpietiekamas cementa ražošanā, un tas ir jāimportē no citām valstīm, lai kompensētu trūkumus. Klinkera (produkts no pirmā cementa iegūšanas posma) un gatavā cementa imports veidoja apmēram 23% no kopējā ASV cementa pārdošanas apjoma 2006. gadā. Tieši pirms 2007. gada Portlandcementa tautā valstī bija nopietni deficīts. Starp cēloņiem bija konkurence no citām valstīm, neatbilstošā okeāna transporta sistēma un nepietiekami novērtētās kravas telpas prasības.
Kad portlandcementa bija ļoti maz, tā cena ievērojami palielinājās. Patērētāji meklēja aizstājējus. Paneļos viņi izmantoja ar spiedienu apstrādātu koksni, izolētu tēraudu un polistirolu un pat pārveidoja ēku kājenes, lai samazinātu nepieciešamā cementa daudzumu. Cementa trūkums izraisīja arī būvniecības kavēšanos, kā rezultātā palielinājās ceļu, tiltu un ēku izmaksas.
Kaļķakmens avoti nākotnē
Jaunu kaļķakmens karjeru un cementa rūpnīcu izveidošana Amerikas Savienotajās Valstīs ir lēns process, un piegādes trūkumu novēršanai ir nepieciešams laiks. Jaunās cementa rūpnīcas celtniecība prasa apmēram 2 gadus, un atļauju izsniegšanas process var aizņemt daudz ilgāku laiku - no 8 līdz 10 gadiem. Varbūt vēl izaicinošāka problēma ir tā, ka cilvēki, iespējams, nepieņem jaunus karjerus un rūpnīcas savā apkārtnē. Neskatoties uz šiem šķēršļiem, daudzi ASV cementa uzņēmumi paplašina un modernizē savu darbību.
Kad pilsētu izaugsme norij piemērotu un derīgo izrakteņu klāstu vai kad ieguve kļūst aizliegta ar tiesību aktiem vai zonējumu, rezultātu sauc par “resursu sterilizāciju”. Kaļķakmens ir valsts nozīmes materiāls, un resursu sterilizācija var izraisīt garāku pārvadāšanu ar lielākām izmaksām no karjera līdz klientam.
Kaļķakmens ražošanas modeļi
Lielākā daļa no iegūtā kaļķakmens tiek sasmalcināta minerālvielu iegūšanai. Lielākā daļa ASV šķembu ir ražoti no kaļķakmens vismaz pēdējos 40 gadus. Tas ir taisnība, kaut arī karbonātu ieži veido tikai 25 līdz 35% no iežiem virspusē.
ASV šķembu operāciju skaits ir samazinājies - kopš 1971. gada zaudējumi ir aptuveni 20% desmit gadu laikā. Tomēr saskaņā ar ASV Ģeoloģijas dienesta (USGS) minerālmateriālu kopsavilkumiem no 2001. gada līdz 2006. gadam ASV kaļķakmens kopējais ražošanas apjoms gadā palielinājās, tāpēc vidējais karjeru skaits palielinās. Citās pasaules daļās jaunu produkciju iegūst galvenokārt no dažiem ļoti lieliem karjeriem. Neskatoties uz pieaugošo ASV ražošanu, līdz nesenajai būvniecības lejupslīdei tauta importēja arvien vairāk savu kaļķakmens izstrādājumu. Šis imports galvenokārt nāk no Kanādas, Meksikas un Ķīnas. Ar mazāk karjeru palielināsies vidējais pārvadājuma attālums, un kaļķakmens cenas, iespējams, palielināsies vēlreiz.
Daži kaļķakmens ieguves jautājumi
Kaļķakmens visbiežāk tiek iegūts no karjera. Tomēr pazemes kaļķakmens raktuves ir atrodamas vietās Amerikas Savienoto Valstu centrālajā un austrumu daļā, īpaši pilsētās un to tuvumā. Pazemes pazemes kaļķakmens ieguvei ir dažas priekšrocības salīdzinājumā ar virszemes karjeru izstrādi, un nākotnē tas, iespējams, palielināsies. Tipiskas sabiedrības rūpes par kaļķakmens ieguvi ietver putekļus, troksni, sprādzienbīstamu vibrāciju, kravas automašīnu un citu satiksmi, kas saistīta ar karjeru darbību.
Daži kaļķakmeņi ir arī ūdens nesējslāņi, tas ir, tie ir iežu vienības, kas var novadīt ūdeni no akām. Ja kaļķakmens ir ūdens nesējslānis, var rasties bažas, ka karjeru izstrādes laikā radušies piesārņotāji varētu izplūst gruntsūdenī.
Daudzos Amerikas Savienoto Valstu apgabalos, kur ir atrasts kaļķakmens, tas pakāpeniski izšķīst lietus ūdenī virszemes vai gruntsūdens tuvumā. Mitrā klimatā liels daudzums kaļķakmens izšķīst un tiek izvadīts ūdenī. Tas rada alas, un vietās, kur sabrūk alas griesti, var izveidoties izlietnes. Kavernošos kaļķakmens ūdens nesējslāņos gruntsūdeņos esošie piesārņotāji pārvietojas daudz ātrāk nekā cita veida iežos, tāpēc karjeros šādās teritorijās ir īpašas bažas.
Nepieciešamība izprast būtisku resursu
Kaļķakmens ir viens no svarīgākajiem mūsu Nāciju resursiem. Mums ir slikta izpratne par šo resursu kā rūpniecisko minerālu, ņemot vērā tā nozīmi mūsu ekonomikā. Tā kā kaļķakmens tika uzskatīts par “parastu” iežu, agrāko ģeoloģisko pētījumu apjoms bija ierobežots. Agrāk lielākā daļa USGS pētījumu par kaļķakmeni bija vērsti uz nogulšņu kartēšanu, kā arī izpratni par to kā ūdens nesējslāņu un naftas rezervuāru lomu. Tomēr ir nepieciešami dažādi dati, lai raksturotu kaļķakmeni, kas piemērots celtniecībai un citām rūpniecības nozarēm. Karbonāta iežiem jāatbilst ķīmiskās tīrības prasībām, kas atšķiras atkarībā no paredzētā lietojuma. Dažiem lietojumiem ir nepieciešams, lai kaļķakmenim būtu arī noteiktas labvēlīgas inženierijas īpašības. Paaugstinās kaļķakmens izmantošanas standarti un prasības, un ir nepieciešama labāka izpratne par kaļķakmens īpašībām, mainīgumu un inženierijas īpašībām.
Kaļķakmens ir viens no svarīgākajiem mūsu Nāciju resursiem. Mums ir slikta izpratne par šo resursu kā rūpniecisko minerālu, ņemot vērā tā nozīmi mūsu ekonomikā. Tā kā kaļķakmens tika uzskatīts par “parastu” iežu, agrāko ģeoloģisko pētījumu apjoms bija ierobežots. Agrāk lielākā daļa USGS pētījumu par kaļķakmeni bija vērsti uz nogulšņu kartēšanu, kā arī izpratni par to kā ūdens nesējslāņu un naftas rezervuāru lomu. Tomēr ir nepieciešami dažādi dati, lai raksturotu kaļķakmeni, kas piemērots celtniecībai un citām rūpniecības nozarēm. Karbonāta iežiem jāatbilst ķīmiskās tīrības prasībām, kas atšķiras atkarībā no paredzētā lietojuma. Dažiem lietojumiem ir nepieciešams, lai kaļķakmenim būtu arī noteiktas labvēlīgas inženierijas īpašības. Paaugstinās kaļķakmens izmantošanas standarti un prasības, un ir nepieciešama labāka izpratne par kaļķakmens īpašībām, mainīgumu un inženierijas īpašībām.
ASV kaļķakmens rūpnieciskais patēriņš
Gan ģeoloģiskie, gan ekonomiskie ierobežojumi noteikti ietekmēs kaļķakmens piegādi nākotnē. Pašlaik Amerikas Savienotās Valstis patērē no 5 līdz 10% no rūpnieciskā kaļķakmens saražotā apjoma pasaulē. 2007. gadā rūpnieciskā kaļķakmens ražošana vietējā tirgū bija aptuveni 1,3 miljardi tonnu, kas tika novērtēta vairāk nekā 25 miljardu USD apjomā. Tajā pašā gadā tauta importēja apmēram 430 000 tonnu rūpniecisko kaļķakmens un kaļķakmens izstrādājumu, kuru vērtība bija aptuveni 2,2 miljardi USD. Lielākā daļa no šiem importiem bija portlandcements.
Lai risinātu problēmas, kas saistītas ar amerikāņu vajadzību nodrošināšanu pēc būtiskām minerālu precēm, piemēram, rūpnieciskajiem kaļķakmeņiem, nepieciešami precīzi un objektīvi zinātniskie dati. Zinātnieku pašreizējais darbs ar USGS Minerālo resursu programmu sniedz informāciju, kas ir būtiska pareizas politikas izveidošanai, kas palīdzēs nodrošināt derīgo izrakteņu piegādi nākotnē.