Sadržaj
- Što je vapnenac?
- Kako nastaje vapnenac?
- Formiranje dolomita iz vapnenaca
- Ostale vrste karbonatne stijene
- Iskopavanje stijena karbonata
- Upotrebe vapnenaca
- Manjak Portland cementa
- Izvori vapnenca u budućnosti
- Obrasci proizvodnje vapnenca
- Neke teme vađenja vapnenaca
- Potreba za razumijevanjem bitnih resursa
- Američka industrijska potrošnja krečnjaka
Proizvodi od krečnjaka: Vapnenac je neophodna mineralna roba od nacionalnog značaja. Na ovoj su fotografiji prikazani neki od mnogih proizvoda izrađenih od vapnenca: žitarice za doručak, boje, pilule sa dodatkom kalcijuma, stol od mramora, tablete antacida, visokokvalitetni papir, bijele krovne granule i portland cement. (Fotografija USGS-a; upotreba naziva trgovine, trgovačkih društava ili proizvoda služi samo u opisne svrhe i ne podrazumijeva odobrenje američke vlade.)
Vapnenac Indiane u zgradi Apex: Mnoge zgrade u glavnom gradu Nacija prekrivene su vapnencem. Zgrada Apex-a / Federalna komisija za trgovinu ima gornji dio vanjskog vapnenca u Indiani. (Fotografija USGS-a.)
Što je vapnenac?
"Vapnenac" znači bilo koja stijena koja se sastoji uglavnom od kalcijevog karbonata (CaCO3), ali geolozima vapnenac je samo jedna od nekoliko vrsta "karbonatnih stijena". Ove stijene sastoje se od više od 50% karbonatnih minerala, uglavnom minerala kalcita (čisti CaCO3) ili dolomit (kalcij-magnezijev karbonat, CaMg2) ili oboje.
Kako nastaje vapnenac?
Većina karbonatnih stijena taložena je iz morske vode. Ove sedimentne karbonatne stijene uobičajene su na svim kontinentima i formirale su se kroz većinu geološke povijesti; oni se i danas formiraju u tropima kao koralni grebeni i na dnu plitkog mora.
Morski vapnenac nastaje zato što morska voda ima visoku koncentraciju dviju ključnih otopljenih kemikalija-kalcija (Ca++) i bikarbonat (HCO3-) ioni. U prizemnom sloju većine oceana, koralja, školjki i drugih morskih stvorenja koriste ove dvije kemikalije za pravljenje zaštitnih školjki, spajajući ih u kalcit ili "aragonit", što je isti kemijski sastav kao i kalcit, ali ima različiti oblik kristala.
Sinkhole u Winter Parku na Floridi: Velike količine vapnenca mogu se otopiti i odnijeti površinskim i podzemnim vodama. Tako nastaju pećine, poput Carlsbad pećina u Novom Meksiku (fotografija ispod). U vlažnoj klimi osobito je česta formacija špilja, a na mjestu srušavanja špiljskih stropova mogu se razviti vrtače. Otvoreni otvor u visini od 240 metara, otvoren je 1981. u Winter Parku na Floridi, kad se srušio strop donje vapnenačke špilje. Špilja i vrtača nalaze se u formaciji Cypresshead, koja je važan vodonosnik na središnjoj Floridi. U kavernoznim vapnenačkim vodonosnicima onečišćenja u podzemnim vodama kreću se mnogo brže nego u drugim vrstama stijena, pa kamenolomi na takvim područjima predstavljaju posebnu brigu. (Fotografija USGS-a.)
Formiranje dolomita iz vapnenaca
Neki vapneni kamenci promijenjeni su unošenjem magnezija u podzemne vode. Magnezij u podzemnoj vodi može pretvoriti neki ili cijeli kalcit u vapnencu u dolomit. Također, neke stijene formirane u blizini obala drevnih mora u sušnim klimama uglavnom su bile dolomit u vrijeme odlaganja.
Vapnenačka špilja: Stalaktiti vise sa stropa, a stalagmiti se uzdižu sa poda Carlsbad Caverns u Novom Meksiku, unutar vapnenca starog 260 milijuna godina. (Fotografija Nacionalne parkovne službe.)
Ostale vrste karbonatne stijene
Vapnenac se isporučuje u više različitih sorti. Kreda je vrlo sitnozrnati, porozni morski krečnjak sastavljen gotovo u cijelosti iz mikroskopskih fosila. Travertin je slatkovodni sedimentni vapnenac koji ima vrlo tanke, kresulirane slojeve i obično se formira na izvorima. Mramor je karbonatna stijena, obično morski vapnenac, koji je pritisnut i deformiran poput plastike velikom vrućinom i pritiskom duboko ispod Zemljine površine. Taj se proces naziva "metamorfizam". Postoje i rijetke "magnetske" karbonatne stijene koje su se kristalizirale iz rastaljene magme na isti način kao što imaju lava ili graniti. Oni se nazivaju "karbonatiti", a ova vrsta stijena minirana je na nekoliko mjesta u svijetu kao industrijski vapnenac.
Iskopavanje stijena karbonata
Sedimentni naslage vapnenaca mogu biti velike, obuhvaćaju stotine četvornih kilometara, a mogu biti relativno ujednačene u debljini i kvaliteti. Stoga kamenolomi vapnenca mogu biti veliki i dugovječni, rudajući vapnenačkim slojevima koji mogu biti debeli stotine metara na površinama od nekoliko četvornih kilometara. Mnogi kamenolomi proizvode višestruke proizvode, a zdrobljene stijene koje nisu dovoljno čiste za određenu uporabu možda su još uvijek prikladne kao cestovni agregati. Kamenolomi mramora također mogu biti vrlo veliki. Međutim, ove stijene koje su nekada bile redovito ležane metamorfozirane su u nepravilno oblikovana tijela koja su moja i teža i skuplja.
U velikim dijelovima Sjedinjenih Država postoje velika ležišta morskog krečnjaka različitih starosnih dobi od nekoliko tisuća do više od 350 milijuna godina. Neka ležišta sadrže kemijske stupnjeve čak 95% CaCO3, Međutim, neka su područja potpuno bez prikladnih naslaga vapnenca. Većina troškova vapnenca prema kupcu određuje se koliko je udaljen i kako se isporučuje. Pomorski brod na vodi jeftiniji je nego vlakom, što je zauzvrat jeftinije od otpreme kamionom.
Upotrebe vapnenaca
Vapnenac ima višestruku industrijsku upotrebu i može se koristiti kao miniran ili prerađen u široku paletu proizvoda. To je sirovina za razne građevinske, poljoprivredne, ekološke i industrijske materijale.
Vapnenac se koristi u građevinarstvu gotovo posvuda. U 2007. godini, drobljeni vapnenac predstavljao je 68% sve drobljene stijene proizvedene u Sjedinjenim Državama. Također, vapnenac je ključni sastojak izrade Portland cementa. Unatoč bogatstvu vapnenca u našim narodima, posljednjih je godina došlo do nestašice cementa.
Neki od najčišćih prirodnih krečnjaka su mramori. Već stoljećima mramor je bio ukrasni kamen izbora u državnim zgradama i javnim kipovima. Travertin se koristi i kao kamen dimenzija u pločicama i stolnim pločama. Neki bijeli krečnjak jednostavno se drobi i prosijava za upotrebu u uređenju okoliša i krovovima.
Vapnenac u prahu koristi se za uklanjanje nečistoća iz rastaljenih metala poput čelika. Također može ukloniti otrovne spojeve iz ispušnih elektrana na ugalj. Vapnenac se koristi kao punilo u raznim proizvodima, uključujući papir, plastiku i boju. Najčišći vapnenac koristi se čak i u hrani i lijekovima poput žitarica za doručak i kalcijevih pilula.
Vapnenac je također sirovina za izradu vapna (CaO) koji se koristi za obradu tla, pročišćavanje vode i topljenje bakra. Lime ima mnogo dodatnih primjena u kemijskoj industriji.
Dolomiti su u većini slučajeva manje prikladni od ostalih industrijskih krečnjaka. Većina dolomita koji se minira jednostavno se drobi i prosijava kako bi se skupio u betonu ili asfaltu.
Manjak Portland cementa
Portland cement jedan je od najvažnijih proizvoda od vapnenca. To je neophodno u mnogim građevinskim primjenama. Sjedinjene Države nisu dovoljne za cement i moraju ga uvoziti iz drugih zemalja da nadoknade nedostatke. Uvoz klinkera (proizvod iz prvog koraka u proizvodnji cementa) i gotovog cementa činio je oko 23% ukupne američke prodaje cementa u 2006. U godinama neposredno prije 2007. Portland cementu ozbiljno je nedostajala Nation. Među uzrocima su i konkurencija iz drugih zemalja, neadekvatni sustav oceanskog prometa i podcijenjeni zahtjevi za teretnim prostorom.
Kad se Portland cementu nedostajalo, cijena mu se znatno povećala. Potrošači su tražili zamjene. Koristili su drvo pod tlakom, izolirani čelik i stiropor u pločama, pa čak i redizajnirane podnožje građevine kako bi smanjili potrebnu količinu cementa. Manjak cementa uzrokovao je i kašnjenje u izgradnji što je rezultiralo povećanim troškovima cesta, mostova i zgrada.
Izvori vapnenca u budućnosti
Uspostavljanje novih kamenoloma vapnenca i cementara u Sjedinjenim Državama je spor proces, a za nedostatak nabave potrebno je vrijeme da se ispravi. Za izgradnju nove tvornice cementa potrebno je oko dvije godine, a postupak izdavanja dozvola može trajati mnogo duže - 8 do 10 godina. Možda je još izazovniji problem što ljudi možda ne dočekuju nove kamenolome i biljke na svom području. Unatoč tim preprekama, mnoge američke tvrtke za proizvodnju cementa u procesu su širenja i modernizacije poslovanja.
Kada urbanistički rast proguta područje pogodne i mineralizirane stijene ili kada rudarstvo postane zabranjeno zakonodavstvom ili zoniranjem, rezultat se naziva "sterilizacija resursa". Vapnenac je materijal od nacionalnog značaja, a sterilizacija resursa može rezultirati duljim izvlačenjem uz veće troškove od kamenoloma do kupca.
Obrasci proizvodnje vapnenca
Većina vapnenca koji se kopa drobi se radi agregata. Većina američke proizvodnje drobljenog kamena potječe od vapnenca najmanje posljednjih 40 godina. To je istina iako su karbonatne stijene samo 25 do 35% stijena na površini.
Američke operacije drobljenog kamena u brojnosti opadaju, otprilike 20% gubitka po desetljeću od 1971. Međutim, od 2001. do 2006. godine, ukupna godišnja proizvodnja vapnenca u SAD-u porasla je prema američkim geološkim istraživanjima (Mineralna roba), tako da je prosječna veličina kamenolom se povećava. U drugim dijelovima svijeta nova proizvodnja dolazi uglavnom iz nekoliko vrlo velikih kamenoloma. Unatoč povećanoj američkoj proizvodnji, Nation je uvozio sve više i više svojih proizvoda od vapnenca sve do nedavnog pada u izgradnji. Ovaj uvoz dolazi uglavnom iz Kanade, Meksika i Kine. S manje kamenoloma prosječna udaljenost odvoza povećavat će se, a cijene krečnjaka vjerojatno će se još jednom povećati.
Neke teme vađenja vapnenaca
Vapnenac se najčešće vadi iz kamenoloma. Međutim, podzemni rudnici krečnjaka nalaze se na mjestima u središnjim i istočnim Sjedinjenim Državama, posebno u i u blizini gradova. Podzemno kopanje vapnenca ima neke prednosti u odnosu na površinsko vađenje i vjerojatno će se povećavati u budućnosti. Tipične zabrinutosti javnosti za vađenje vapnenca uključuju prašinu, buku, vibracije od eksplozije, te kamionski i drugi promet povezan s kamenolomima.
Neki vapnenci su i vodonosnici, to jest, to su kamene jedinice koje mogu dovoditi vodu u bunare. Tamo gdje je vapnenac vodonosnik, može postojati zabrinutost da bi kontaminanti iz kamenoloma mogli ući u podzemne vode.
U mnogim dijelovima Sjedinjenih Država, gdje se nalazi vapnenac, on se postupno otapa u kišnici na površini ili u podzemnoj podzemnoj vodi. U vlažnoj klimi, velike količine vapnenaca otapaju se i nose u vodi. To stvara špilje i mogu se razviti vrtače na mjestu srušavanja špiljskih plafona. U kavernoznim vapnenačkim vodonosnicima onečišćenja u podzemnim vodama kreću se mnogo brže nego u drugim vrstama stijena, pa kamenolomi na takvim područjima predstavljaju posebnu brigu.
Potreba za razumijevanjem bitnih resursa
Vapnenac je jedan od najvažnijih resursa naših naroda. Naše razumijevanje tog resursa kao industrijskog minerala je loše s obzirom na njegovu važnost za naše gospodarstvo. Budući da se vapnenac smatrao "uobičajenom" stijenom, ranija geološka istraživanja bila su ograničena. U prošlosti se većina američkih istraživanja vapnenca fokusirala na mapiranje ležišta, kao i na razumijevanje njihove uloge vodonosnika i naftnih rezervoara. Međutim, potrebni su različiti podaci za karakterizaciju vapnenca pogodnog za građevinarstvo i ostale industrije. Karbonatne stijene moraju ispunjavati zahtjeve kemijske čistoće koji se razlikuju ovisno o namjeni. Neke uporabe zahtijevaju da vapnenac ima i određena povoljna inženjerska svojstva. Standardi i zahtjevi za upotrebu vapnenca rastu, a potrebno je veće razumijevanje karakteristika vapnenca, varijabilnosti i inženjerskih svojstava.
Vapnenac je jedan od najvažnijih resursa naših naroda. Naše razumijevanje tog resursa kao industrijskog minerala je loše s obzirom na njegovu važnost za naše gospodarstvo. Budući da se vapnenac smatrao "uobičajenom" stijenom, ranija geološka istraživanja bila su ograničena. U prošlosti se većina američkih istraživanja vapnenca fokusirala na mapiranje ležišta, kao i na razumijevanje njihove uloge vodonosnika i naftnih rezervoara. Međutim, potrebni su različiti podaci za karakterizaciju vapnenca pogodnog za građevinarstvo i ostale industrije. Karbonatne stijene moraju ispunjavati zahtjeve kemijske čistoće koji se razlikuju ovisno o namjeni. Neke uporabe zahtijevaju da vapnenac ima i određena povoljna inženjerska svojstva. Standardi i zahtjevi za upotrebu vapnenca rastu, a potrebno je veće razumijevanje karakteristika vapnenca, varijabilnosti i inženjerskih svojstava.
Američka industrijska potrošnja krečnjaka
I geološka i ekonomska ograničenja zasigurno će utjecati na buduće zalihe vapnenca. SAD trenutno troše između 5 i 10% globalne proizvodnje industrijskog krečnjaka. U 2007., domaća proizvodnja industrijskog vapnenca iznosila je oko 1,3 milijarde metričkih tona, u vrijednosti više od 25 milijardi dolara. Iste je godine Nation uvezio oko 430 000 tona industrijskog vapnenca i proizvoda od vapnenca, čija se vrijednost procjenjuje na oko 2,2 milijarde dolara. Većina tog uvoza činila je Portland cement.
Da bi se zadovoljile izazove opskrbe Amerike potrebama esencijalne mineralne robe, poput industrijskog vapnenca, potrebni su točni i nepristrani znanstveni podaci. U tijeku je rad znanstvenika s USGS programom mineralnih resursa informacije koje su ključne za stvaranje zdravih politika koje će pomoći osigurati buduće zalihe mineralnih sirovina.