石灰?guī)r是重要的工業(yè)原料和建筑材料
2021-06-11
石灰?guī)r，是主要由碳酸鈣（CaCO3）組成的巖石。雖然在美國(guó)各地的石灰?guī)r幾乎都一樣，但在有些地方還是嚴(yán)重短缺。石灰?guī)r被用于生產(chǎn)波特蘭水泥(即普通水泥)，作為混凝土和瀝青的骨料，以及生產(chǎn)其他一系列產(chǎn)品，真可謂是一種真正的多功能產(chǎn)品。波特蘭水泥在建筑行業(yè)中必不可少，盡管美國(guó)的石灰石很豐富，但近年來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)了水泥短缺，這就需要尋找新的領(lǐng)域進(jìn)行采石作業(yè)。
石灰?guī)r是什么？ “石灰?guī)r”是指主要由碳酸鈣（CaCO3）組成的任何巖石，但是對(duì)地質(zhì)學(xué)家來(lái)講，石灰?guī)r只是諸多“碳酸鹽巖”的一種。這種巖石是由超過(guò)50%的碳酸鹽礦物組成，這些碳酸鹽礦物一般是方解石（純碳酸鈣）或白云巖（鈣鎂碳酸鹽）或二者兼而有之。 大多數(shù)碳酸鹽巖是從海水中沉積下來(lái)的。這些沉積碳酸鹽巖在每個(gè)大陸上幾乎都一樣，而且在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期中一直在不斷形成，直至今日，它仍像珊瑚礁一樣在熱帶地區(qū)和淺海底部形成。海洋石灰石之所以能夠形成，是由于海水具有兩樣高濃度的溶解物質(zhì)：鈣離子和碳酸氫根離子。在大多數(shù)海洋的表層，珊瑚、蛤和其他一些海洋棲息生物都使用這兩種溶解物合成方解石或文石，從而制造身上的保護(hù)殼。文石又稱“霰石”，成分也是碳酸鈣，常含鍶、鉛、鎂、鐵等，與方解石為同質(zhì)二象。主要形成于外生作用，產(chǎn)于近代海底沉積或粘土中，也可形成于內(nèi)生作用，是一種低溫礦物，產(chǎn)于溫泉沉積物中及火山巖的裂隙和氣孔中，也有生物成因的，產(chǎn)于某些貝殼中。 由于地下水中鎂的介入，有些石灰?guī)r可能會(huì)發(fā)生變化。地下水中的鎂能夠?qū)⑹規(guī)r中的一部分甚至全部方解石轉(zhuǎn)化為白云石。此外，在干旱氣候條件下的古代海洋岸邊沉積形成的巖石大部分也都是白云石。 石灰?guī)r有多個(gè)不同的種類(lèi)。鈣華是淡水沉積物，一般形成于溫泉中；大理巖是一種變質(zhì)巖，原本通常是海洋沉積物而成，在地球表層深處由于受到高溫高壓的作用已經(jīng)被擠壓變形，該過(guò)程為“變質(zhì)作用”。還有一些罕見(jiàn)的“火成巖”的石灰?guī)r，它是像熔巖和花崗巖一樣由熔融巖漿結(jié)晶而成的，被稱為“碳酸巖”，這種巖石只在世界上的幾個(gè)地方作為工業(yè)礦產(chǎn)來(lái)開(kāi)采。 沉積灰?guī)r礦床能夠范圍很大，達(dá)到數(shù)百平方英里，而且厚度和質(zhì)量均一。因此，石灰?guī)r采石場(chǎng)可以非常大，也可以長(zhǎng)期開(kāi)采，一般能夠在數(shù)百平方英里的廣大范圍內(nèi)開(kāi)采數(shù)百英尺厚。許多采石場(chǎng)都生產(chǎn)多種產(chǎn)品，即使是對(duì)于某些特殊用途而言純度不夠的石灰?guī)r也可以用來(lái)做鋪路的石料。大理石的采石場(chǎng)也非常大，但是，如果規(guī)則的大理石礦床一旦變成了不規(guī)則的礦體，開(kāi)采起來(lái)就非常困難，成本也要高出許多。
石灰?guī)r是關(guān)系國(guó)家發(fā)展的重要原材料，如此一來(lái)，石灰?guī)r逐漸遠(yuǎn)離市區(qū)，造成了運(yùn)輸成本的升高，直接受害的就是消費(fèi)者。 石灰?guī)r的開(kāi)采生產(chǎn)模式 大部分被開(kāi)采的石灰?guī)r都是被粉碎用作混凝土或水泥的骨料。在過(guò)去最近的40年里，美國(guó)碎石的產(chǎn)量大多數(shù)都來(lái)自石灰?guī)r。這是千真萬(wàn)確的，即使碳酸鹽巖只占其地表巖石的25%至35％。 自1971年以來(lái)，美國(guó)碎石的生產(chǎn)量逐年遞減，幾乎是每十年減少20%。然而，據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）公布的數(shù)據(jù)，從2001年到2006年，美國(guó)石灰?guī)r的產(chǎn)量在增加，所以這表明采石場(chǎng)的平均規(guī)模越來(lái)越大。在世界其他地區(qū)，新增加的產(chǎn)量主要來(lái)自于幾個(gè)非常大的采石場(chǎng)。盡管美國(guó)石灰?guī)r的產(chǎn)量增加了，但該國(guó)依然在越來(lái)越多地進(jìn)口，直到最近建筑業(yè)陷入低谷時(shí)期。進(jìn)口的石灰?guī)r主要來(lái)源于加拿大、墨西哥和中國(guó)。由于采石場(chǎng)不多，平均運(yùn)輸距離增加了，其價(jià)格也將可能逐漸升高。 石灰?guī)r開(kāi)采中的幾個(gè)問(wèn)題 石灰?guī)r最常見(jiàn)的開(kāi)采方式都是采石場(chǎng)露天開(kāi)采。當(dāng)然，也有地下開(kāi)采方式，如美國(guó)中部和東部的某些地方就有地下礦場(chǎng)，特別是在城市及其附近。與地表露天開(kāi)采相比，地下采石場(chǎng)具有一些優(yōu)勢(shì)，而且在未來(lái)還可能會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。石灰石礦山典型的公共問(wèn)題包括粉塵，噪聲，爆破振動(dòng)，卡車(chē)和其他與采石場(chǎng)業(yè)務(wù)有關(guān)的交通問(wèn)題等。 還有一些石灰?guī)r層是含水層，也就是說(shuō)，它們是可以產(chǎn)出地下水的巖層單位。當(dāng)石灰?guī)r層為含水層時(shí)，人來(lái)的開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生的污染物就可能會(huì)進(jìn)入地下水中。 在美國(guó)許多地方被發(fā)現(xiàn)存在石灰?guī)r的地區(qū)，很容易被雨水或地下水侵蝕。在潮濕氣候條件下，大量的石灰石被溶解然后被水?dāng)y帶沖走。其結(jié)果是，在地下形成溶洞，然后會(huì)在地表塌陷。在溶洞發(fā)育的石灰?guī)r層，含有污染物的地下水流動(dòng)速度更快，所以，這是采石場(chǎng)特別關(guān)注的問(wèn)題。 需要了解的基本資源 石灰石是美國(guó)最重要的資源之一。按照我們先前的理解，它只是一種工業(yè)礦產(chǎn)，這其是貶低了它對(duì)我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。由于石灰?guī)r被認(rèn)為是一種“普通”巖石，所以早期的地質(zhì)研究范圍是有限的。在過(guò)去，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局對(duì)石灰?guī)r的大多數(shù)研究都集中勘探其礦床分布，以及它在含水層和油氣藏中的作用。然而，現(xiàn)在的建筑行業(yè)和其他工業(yè)領(lǐng)域需要石灰?guī)r的其他不同的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的用途要求，碳酸鹽巖需要達(dá)到化學(xué)純度的要求。某些用途還需要石灰?guī)r也具備一些良好的工程性質(zhì)。對(duì)石灰?guī)r利用的標(biāo)準(zhǔn)和要求在不斷提高，所以對(duì)其性質(zhì)、變異性及工程性質(zhì)等也就需要更多的了解。 在美國(guó)，有些石灰?guī)r還不適宜于開(kāi)采利用，比如阿拉斯加，從市場(chǎng)角度來(lái)看，由于運(yùn)輸距離遙遠(yuǎn)，成本太高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這可能是未來(lái)的重要資源。 美國(guó)工業(yè)消耗的石灰?guī)r 由于受到地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)兩方面的限制，未來(lái)的石灰?guī)r供應(yīng)肯定會(huì)受到影響。目前，美國(guó)在消耗全球石灰?guī)r工業(yè)產(chǎn)品的5%到10%。2007年，美國(guó)石灰?guī)r工業(yè)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)產(chǎn)量大約是13億噸，價(jià)值超過(guò)250億美元。同年，該國(guó)進(jìn)口了大約43萬(wàn)噸石灰?guī)r和石灰?guī)r的工業(yè)產(chǎn)品，價(jià)值約22億美元。這些進(jìn)口產(chǎn)品中大部分是普通水泥。
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