Calcar: roca sedimentară chimică a carbonatului de calciu

Conţinut

• Ce este Calcarul?
• Cum se formează calcarul?
• Formarea Dolomitei din Calcar
• Alte tipuri de rocă carbonatată
• Rocile carbonatate miniere
• Utilizări ale calcarului
• Penuria de ciment Portland
• Surse de calcar în viitor
• Modele de producere a calcarului
• Câteva probleme în domeniul calcarului
• Nevoia de a înțelege o resursă esențială
• Consumul de calcar industrial al Statelor Unite

Produse realizate cu calcar: Calcarul este o marfă minerală esențială de importanță națională. Unele dintre numeroasele produse realizate cu ajutorul calcarului sunt prezentate în această fotografie: cereale pentru micul dejun, vopsea, pastile pentru suplimente de calciu, o tăbliță de marmură, tablete antiacide, hârtie de înaltă calitate, granule de acoperiș alb și ciment Portland. (Fotografia USGS; utilizarea comerțului, a unei firme sau a unui nume de produs este exclusiv în scopuri descriptive și nu implică aprobarea Guvernului Statelor Unite.)

Calcarul Indiana în clădirea Apex: Multe clădiri din capitala Națiunilor sunt acoperite cu calcar. Apex Building / Federal Trade Commission are un exterior superior din calcarul Indiana. (Fotografia USGS.)

Ce este Calcarul?

"Calcar" înseamnă orice rocă formată în mare parte din carbonat de calciu (CaCO)₃), dar pentru geologi, calcarul este doar unul dintre mai multe tipuri de „roci carbonatate”. Aceste roci sunt compuse din mai mult de 50% minerale carbonatate, în general minerale calcite (CaCO pur₃) sau dolomit (carbonat de calciu-magneziu, CaMg₂) sau amândouă.

Cum se formează calcarul?

Majoritatea rocilor carbonatate au fost depuse din apa de mare. Aceste roci carbonatice sedimentare sunt comune pe fiecare continent și s-au format de-a lungul celei mai multe istorii geologice; ele se formează și astăzi în tropice ca recifuri de corali și pe fundul mărilor puțin adânci.

Calcarul marin se formează deoarece apa de mare are concentrații mari de două substanțe chimice dizolvate-calciu (Ca⁺⁺) și bicarbonat (HCO)_3-) ioni. În stratul de suprafață apropiat al majorității oceanelor, coralii, scoicele și alte creaturi de locuințe marine folosesc aceste două substanțe chimice pentru a realiza cochilii de protecție, combinându-le pentru a forma calcită sau "aragonit", care este aceeași compoziție chimică ca calcita, dar are o formă cristalină diferită.

Chiuveta în Winter Park, Florida: Volumele mari de calcar pot fi dizolvate și transportate de ape de suprafață și ape subterane. Aceasta creează peșteri, cum ar fi Peșterile Carlsbad din New Mexico (foto de mai jos). În climele umede, formarea peșterii este deosebit de frecventă și se pot dezvolta gropi de scurgere acolo unde tavanele de peșteră se prăbușesc. O gaură de aproximativ 240 de metri la nivelul solului s-a deschis în 1981 în Winter Park, Florida, când plafonul unei peșteri subterane de calcar s-a prăbușit. Peștera și chiuveta se află în Formația Cypresshead, care este un acvifer important în centrul Florida. În acviferele de calcar cavernos, contaminanții din apele subterane se mișcă mult mai repede decât în ​​alte tipuri de roci, astfel încât carierele din astfel de zone sunt preocupări speciale. (Fotografia USGS.)

Formarea Dolomitei din Calcar

Unele calcare au fost schimbate prin introducerea magneziului în apele subterane. Magneziul din apele subterane poate transforma o parte sau toată calcita din calcar în dolomită. De asemenea, unele roci formate în apropierea țărmurilor mărilor antice în climele aride erau în mare parte dolomite la momentul depunerii lor.

Peștera calcarului: Stalactitele atârnă de tavan, iar stalagmitele se ridică de pe podeaua peșterilor din Carlsbad, New Mexico, în interiorul calcarului vechi de 260 de milioane de ani. (Fotografie Serviciul Parcului Național.)

Alte tipuri de rocă carbonatată

Calcarul vine în multe soiuri diferite. Creta este un calcar marin poros, cu granulație fină, compus aproape în întregime din fosile microscopice. Travertinul este un calcar sedimentar de apă dulce, care are straturi foarte subțiri, crenulate și este format în mod obișnuit la izvoare. Marmura este o rocă carbonatată, de obicei un calcar marin, care a fost stoarsă și deformată ca plasticul de căldură și presiune mare adânc sub suprafața Pământului. Acest proces se numește „metamorfism”. Există, de asemenea, roci carbonatice "ignee" rare, care s-au cristalizat din magma topită în același mod în care au labe sau granite. Acestea sunt numite „carbonatite”, iar acest tip de rocă este minat în câteva locuri din lume sub formă de calcar industrial.

Rocile carbonatate miniere

Depozitele de calcar sedimentare pot fi extinse, acoperind sute de mile pătrate și pot fi relativ uniforme ca grosime și calitate. Prin urmare, carierele de calcar pot fi mari și de lungă durată, minerând straturi de calcar care pot avea o sută de metri grosime peste zone de câțiva mile pătrate. Multe cariere produc mai multe produse, iar rocile zdrobite care nu sunt suficient de pure pentru anumite utilizări pot fi încă adecvate ca agregat rutier. Carierele de marmură pot fi, de asemenea, foarte mari. Cu toate acestea, aceste roci care au fost odată în mod regulat au fost metamorfozate în corpuri cu formă neregulată, care sunt mai dificile și costisitoare pentru a mea.

În multe părți ale Statelor Unite există depozite extinse de calcar marin de diferite vârste, de la câteva mii până la peste 350 de milioane de ani. Unele depozite au grade chimice de până la 95% CaCO₃. Cu toate acestea, unele zone sunt complet fără depozite de calcar adecvate. Cea mai mare parte a costului calcarului pentru client este determinată de cât de departe este și de cum este expediat. Transportul cu barjă pe apă este mai ieftin decât cu trenul, care, la rândul său, este mai ieftin decât transportul cu camionul.

Utilizări ale calcarului

Calcarul are multe utilizări industriale și poate fi utilizat ca minat sau prelucrat într-o mare varietate de produse. Este materia primă pentru o mare varietate de materiale de construcții, agricole, de mediu și industriale.

Calcarul este folosit în construcții aproape peste tot. În 2007, calcarul zdrobit a fost de 68% din toate rocile zdrobite produse în Statele Unite. De asemenea, calcarul este ingredientul cheie în realizarea cimentului Portland. În ciuda abundenței de calcar a națiunilor noastre, au existat deficiențe de ciment în ultimii ani.

Unele dintre cele mai pure dintre calcarele naturale sunt marmura. Timp de secole, marmura a fost piatra decorativă la alegere în clădirile guvernamentale și statuile publice. Travertinul este de asemenea utilizat ca piatră de dimensiuni în plăci și mese. Unele pietre calcaroase albe sunt pur și simplu zdrobite și cernute pentru a fi utilizate în amenajări și amenajări.

Calcarul sub formă de pulbere este folosit pentru a îndepărta impuritățile din metalele topite precum oțelul. De asemenea, poate elimina compușii toxici din evacuarea centralelor electrice de ardere a cărbunelui. Calcarul este utilizat ca umplutură într-o varietate de produse, inclusiv hârtie, plastic și vopsea. Cel mai pur calcar este folosit chiar și în alimente și medicamente, cum ar fi cerealele pentru micul dejun și pastilele de calciu.

Calcarul este, de asemenea, materia primă pentru fabricarea varului (CaO) care este utilizat pentru tratarea solurilor, purificarea apei și mirosul de cupru. Varul are multe utilizări suplimentare în industria chimică.

Dolomitele sunt de obicei mai puțin potrivite decât alte calcare industriale pentru majoritatea aplicațiilor. Majoritatea dolomitului care este extras este pur și simplu zdrobit și cernut pentru a fi folosit ca agregat în beton sau asfalt.

Penuria de ciment Portland

Cimentul Portland este unul dintre cele mai importante produse din calcar. Este esențial în multe aplicații de construcție. Statele Unite nu sunt autosuficiente în ciment și trebuie să le importe din alte țări pentru a compensa deficiențele. Importurile de clincher (produsul din prima etapă în fabricarea cimentului) și cimentul final au reprezentat aproximativ 23% din vânzările totale de ciment din SUA în 2006. În anii chiar înainte de 2007, cimentul Portland a fost extrem de scurt în aprovizionarea națiunii. Concurența din alte țări, un sistem inadecvat de transport oceanic și necesitățile subestimate ale spațiului de marfă au fost printre cauzele.

Când cimentul Portland avea o ofertă foarte scurtă, prețul său a crescut semnificativ. Consumatorii au căutat înlocuitori. Au folosit lemn tratat sub presiune, oțel izolat și polistiren în panouri, ba chiar a reproiectat picioarele de construcție pentru a reduce cantitatea de ciment necesară. Deficiențele de ciment au provocat, de asemenea, întârzieri în construcții care au dus la creșterea costurilor pentru drumuri, poduri și clădiri.

Surse de calcar în viitor

Înființarea de noi cariere de calcar și uzine de ciment în Statele Unite este un proces lent, iar deficiențele de aprovizionare necesită timp pentru corectare. Este nevoie de aproximativ 2 ani pentru a construi o nouă fabrică de ciment, iar procesul de autorizare poate dura mult mai mult - 8 până la 10 ani. Poate o problemă și mai provocatoare este că oamenii ar putea să nu primească noi cariere și plante în zona lor. În ciuda acestor obstacole, multe companii americane de ciment sunt în proces de extindere și modernizare a operațiunilor.

Atunci când o zonă de rocă adecvată și minabilă este înghițită de creșterea urbană sau când exploatarea minieră este interzisă prin legislație sau zonare, rezultatul se numește „sterilizarea resurselor”. Calcarul este un material de importanță națională, iar sterilizarea resurselor poate duce la un transport mai lung la un cost mai mare de la carieră la client.

Modele de producere a calcarului

Cea mai mare parte a calcarului care este extras este strivit pentru agregat. Majoritatea producției de piatră strivită din SUA provin din calcar de cel puțin ultimii 40 de ani. Acest lucru este valabil chiar dacă rocile carbonatate sunt doar 25 până la 35% din roci la suprafață.

Operațiunile de piatră zdrobită din SUA au scăzut în număr, cu aproximativ 20% pierderi pe un deceniu din 1971. Cu toate acestea, din 2001 până în 2006, producția totală anuală de calcar din SUA a crescut conform rezumatelor minerale ale US Geological Survey (USGS), deci mărimea medie a cariera este în creștere. În alte părți ale lumii, producția nouă provine în principal din câteva cariere foarte mari. În ciuda creșterii producției din SUA, Națiunea a importat din ce în ce mai multe produse din calcar până la recăderea recentă a construcțiilor. Aceste importuri provin în principal din Canada, Mexic și China. Cu mai puține cariere, distanța medie de transport va crește, iar prețurile calcaroase vor crește probabil încă o dată.

Câteva probleme în domeniul calcarului

Calcarul este cel mai adesea extras dintr-o carieră. Cu toate acestea, mine de calcar subteran se găsesc în locuri din centrul și estul Statelor Unite, în special în orașele și în apropierea acestora. Mineritul subteran al calcarului are unele avantaje față de carierele de suprafață și probabil va crește în viitor. Preocupările obișnuite ale publicului în ceea ce privește exploatarea calcarului includ praful, zgomotul, vibrațiile de sablare și camionul și alt trafic asociat operațiunilor de carieră.

Unele calcare sunt, de asemenea, acvifere, adică sunt unități de rocă care pot produce apă în puțuri. În cazul în care calcarul este un acvifer, pot exista preocupări ca contaminanții din operațiunile de carieră să poată scăpa în apele subterane.

În multe zone din Statele Unite, unde se găsește calcarul, se dizolvă treptat în apa de ploaie la suprafață sau în apele subterane aproape de suprafață. În climele umede, mari volume de calcar se dizolvă și sunt transportate în apă. Acest lucru creează peșteri și se pot dezvolta gropi de scurgere acolo unde tavanele de peșteră se prăbușesc. În acviferele de calcar cavernos, contaminanții din apele subterane se mișcă mult mai repede decât în ​​alte tipuri de roci, astfel încât carierele din astfel de zone sunt preocupări speciale.

Nevoia de a înțelege o resursă esențială

Calcarul este printre resursele cele mai esențiale ale Națiunilor noastre. Înțelegerea noastră a acestei resurse ca mineral industrial este slabă, având în vedere importanța sa pentru economia noastră. Deoarece calcarul a fost considerat ca o rocă "comună", cercetările geologice anterioare au fost limitate. În trecut, majoritatea cercetărilor USGS privind calcarul s-au concentrat pe cartografierea depozitelor, precum și pe înțelegerea rolurilor lor ca acvifere și rezervoare de petrol. Cu toate acestea, sunt necesare date diferite pentru a caracteriza calcarul potrivit pentru construcții și alte industrii. Rocile carbonatate trebuie să îndeplinească cerințele de puritate chimică care variază în funcție de utilizarea prevăzută. Unele utilizări impun ca calcarul să aibă și anumite proprietăți favorabile ingineriei. Standardele și cerințele pentru utilizarea calcarului sunt în creștere și este nevoie de o mai bună înțelegere a caracteristicilor, variabilității și proprietăților de calcar.

Calcarul este printre resursele cele mai esențiale ale Națiunilor noastre. Înțelegerea noastră a acestei resurse ca mineral industrial este slabă, având în vedere importanța sa pentru economia noastră. Deoarece calcarul a fost considerat ca o rocă "comună", cercetările geologice anterioare au fost limitate. În trecut, majoritatea cercetărilor USGS privind calcarul s-au concentrat pe cartografierea depozitelor, precum și pe înțelegerea rolurilor lor ca acvifere și rezervoare de petrol. Cu toate acestea, sunt necesare date diferite pentru a caracteriza calcarul potrivit pentru construcții și alte industrii. Rocile carbonatate trebuie să îndeplinească cerințele de puritate chimică care variază în funcție de utilizarea prevăzută. Unele utilizări impun ca calcarul să aibă și anumite proprietăți favorabile ingineriei. Standardele și cerințele pentru utilizarea calcarului sunt în creștere și este nevoie de o mai bună înțelegere a caracteristicilor, variabilității și proprietăților de calcar.

Consumul de calcar industrial al Statelor Unite

Ambele limite geologice și economice vor afecta cu siguranță aprovizionările viitoare de calcar. Statele Unite consumă în prezent între 5 și 10% din producția globală de calcar industrial. În 2007, producția internă de calcar industrial a fost de aproximativ 1,3 miliarde de tone metrice, evaluată la peste 25 de miliarde de dolari. În același an, Națiunea a importat aproximativ 430.000 tone metrice de calcar industrial și produse de calcar, evaluate la aproximativ 2,2 miliarde de dolari. Majoritatea acestor importuri au fost ciment Portland.

Pentru a răspunde provocării de a furniza nevoile Americii pentru mărfuri minerale esențiale, cum ar fi calcarul industrial, necesită date științifice corecte și nepărtinitoare. Activitatea în curs de desfășurare a oamenilor de știință cu programul de resurse minerale USGS oferă informațiile cruciale pentru crearea unor politici solide care vor contribui la asigurarea aprovizionărilor viitoare de resurse minerale.