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石灰岩

石灰岩(Limestone)简称灰岩,以方解石为主要成分的碳酸盐岩 。有时含有白云石粘土矿物和碎屑矿物,有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色,硬度一般不大,与稀盐酸有剧烈的化学反应。按成因分类属于沉积岩。

石灰岩主要是在浅海的环境下形成的。石灰岩按成因可划分为粒屑石灰岩(流水搬运、沉积形成)、生物骨架石灰岩和化学、生物化学石灰岩。按结构构造可细分为竹叶状灰岩、鲕粒状灰岩、豹皮灰岩、团块状灰岩等。石灰岩的主要化学成分是CaCO3溶蚀,故在石灰岩地区多形成石林和溶洞,称为喀斯特地形

石灰岩是烧制石灰和水泥的主要原料,是炼铁和炼钢的熔剂。

石灰岩结构较为复杂,有碎屑结构和晶粒结构两种。碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成。颗粒又称粒屑,主要有内碎屑、生物碎屑和鲕粒等,泥晶基质是由碳酸钙细屑或晶体组成的灰泥,质点大多小于0.05毫米,亮晶胶结物是充填于岩石颗粒之间孔隙中的化学沉淀物,是直径大于0.01毫米的方解石晶体颗粒;晶粒结构是由化学及生物化学作用沉淀而成的晶体颗粒。

灰泥含量/-

颗粒含量/-

颗粒

品粒

生物格架

内碎屑

生物

鲕粒

团块

粪粒

Ⅰ颗粒灰泥石灰岩

Ⅰ1颗粒石灰岩

10

25

50

75

90

90

75

50

25

10

内碎屑石灰岩

生物石灰岩

鲕粒石灰岩

团块石灰岩

粪粒石灰岩

Ⅱ结晶石灰岩

Ⅰ2含灰泥颗粒

石灰岩

含灰泥内碎屑石灰岩

含灰泥生物石灰岩

含灰泥鲕粒石灰岩

含灰泥团块石灰岩

含灰泥粪粒石灰岩

Ⅰ3灰泥质颗粒石灰岩

灰泥质内碎屑石灰岩

灰泥质生物石灰岩

灰泥质鲕粒石灰岩

灰泥质团块石灰岩

灰泥质粪粒石灰岩

Ⅰ4颗粒质灰泥石灰岩

内碎屑质灰泥石灰岩

生物质灰泥石灰岩

鲕粒质灰泥石灰岩

团块质灰泥石灰岩

粪粒质泥质石灰岩

Ⅰ5含颗粒灰泥石灰岩

含内碎屑灰泥石灰岩

含生物灰泥石灰岩

含鲕粒灰泥石灰岩

含鲕粒灰泥石灰岩

含粪粒泥质石灰岩

Ⅰ6灰泥石灰岩

灰泥石灰岩

(据华东石油学院)

由生物化学作用生成的灰岩,常含有丰富的有机物残骸。石灰岩中一般都含有一些白云石和黏土矿物,当黏土矿物含量达25-~50-时,称为泥质岩。白云石含量达25-~50-时,称为白云质灰岩。石灰岩分布相当广泛,岩性均一,易于开采加工,是一种用途很广的建筑材料。

特别是在华北及东北南部,因中奥陶世海侵达到最高潮,普遍沉积了层厚而质纯的石灰岩,为具有工业价值的水泥原料及治金工业原料。

石灰岩的主要成分是碳酸钙,可以溶解在含有二氧化碳的水中。一般情况下一升含二氧化碳的水,可溶解大约50毫克的碳酸钙。

湖海中所沉积的碳酸钙,在失去水分以后,紧压胶结起来而形成的岩石,称为石灰岩。石灰岩的矿物成分主要是方解石(占50-以上)还有一些粘土、粉砂等杂质。绝大多数石灰岩的形成与生物作用有关,生物遗体堆积而成的石灰岩有珊瑚石灰岩、介壳石灰岩,藻类石灰岩等,总称生物石灰岩。由水溶液中的碳酸钙(CaCO3)经化学沉淀而成的石灰岩,称为化学石灰岩。如普通石灰岩、硅质石灰岩等。

石灰岩是地壳中分布最广的矿产之一。按其沉积地区,石灰岩又分为海相沉积陆相沉积,以前者居多;按其成因,石灰岩可分为生物沉积、化学沉积和次生三种类型;按矿石中所含成分不同,石灰岩可分为硅质石灰岩、粘土质石灰岩和白云质石灰岩三种。资源分布情况:中国石灰岩矿产资源十分丰富,作为水泥、溶剂和化工用的石灰岩矿床已达八百余处。产地遍布全国,各省、市自治区均可在工业区附近就地取材。

石灰岩矿产在每个地质时代都有沉积,各个地质构造发展阶段都有分布,但质量好,规模大的石灰岩矿床往往赋存于一定的层位中。以水泥用石灰岩为例,东北、华北地区的中奥陶系马家沟组石灰岩是极其重要的层位,中南、华东、西南地区多用石炭、二叠、三叠系石灰岩,西北、西藏地区一般多用志留、泥盆系石灰岩,华东、西北及长江中下游的奥陶纪石灰岩也是水泥原料的重要层位。

1. 矿石的矿物组成石灰岩的矿物成分主要为方解石、伴有白云石菱镁矿和其他碳酸盐矿物,还混有其他一些杂质。其中的镁呈白灰石及菱镁矿出现,氧化硅为游离状的石英,石髓及蛋白石分布在岩石内,氧化铝同氧化硅化合成硅酸铝(粘土、长石、云母);铁的化合物呈碳酸盐(菱镁矿)、硫铁矿黄铁矿)、游离的氧化物(磁铁矿赤铁矿)及氢氧化物(含水针铁矿)存在;此外还有海绿石,个别类型的石灰岩中还有煤、地沥青等有机质和石膏、硬石膏硫酸盐,以及磷和钙的化合物,碱金属化合物以及锶、钡、锰、钛、氟等化合物,但含量很低。

2、石灰岩的性质

石灰岩具有良好的加工性、磨光性和很好的胶结性能,不溶于水,易溶于饱和硫酸,能和各种强酸发生反应并形成相应的钙盐,同时放出CO2。石灰岩煅烧至900℃以上(一般为1000~1300℃)时分解转化为石灰(CaO),放出CO2。生石灰遇水潮解,立即形成熟石灰[Ca(OH)2],熟石灰溶于水后可调浆,在空气中易硬化。

石灰具有导热性、坚固性、吸水性、不透气性、隔音性、磨光性、很好的胶结性能以及可加工性等优良的性能,既可直接利用原矿,也可深加工应用。

石灰岩在冶金、建材、化工、轻工、建筑、农业及其它特殊工业部门都是重要的工业原料。随着钢铁和水泥工业的发展,石灰岩的重要性必将进一步增强。

对石灰岩的质量要求,视用途不同而异。一般来说,冶金、化学工业和其它的特殊工业部门对石灰岩纯度的要求比建筑工业和农业高,我国除冶金工业用石灰岩制定了中华人民共和国专业标准ZBD60001-85外,其它行业均未制定国家标准或专业标准,而由各应用部门自行制定有关标准。建材工业用石灰岩产品质量要求

(1)水泥工业:用于水泥生产的石灰质原料,质量要求列于表7。对非晶质石灰岩,其粒度要求为30~80mm。

(2) 玻璃工业:一般来说,根据玻璃质量要求不同而选用CaO含量不同的石灰岩,但要求所选用的石灰岩为非晶质且成份稳定。

综合利用技术方法及工艺流程我国石灰岩资源的特点是储量大,质量较好。因而我国较大的石灰岩矿山都采用洗矿破碎分级方法处理石灰岩矿石,以除去地表泥土、砂石、粘性泥团对砂石的污染。对于品位较低的石灰岩或矿石性质差异大的石灰岩,国外有些国家采用浮选法或光电选矿方法。如用浮选法进行石灰岩和石英与铁的分离等;用浮选法或光电选矿法进行石灰岩和白云石与菱镁矿的分离等。

开发利用现状、存在问题及解决对策

石灰石用途很广,是国民经济各部门以及人民生活中必不可少的原料。主要用于:(1)在建筑工业中用来生产水泥和烧制石灰;(2)冶金工业用作熔剂;(3)化学工业中用来制碱、漂白粉及肥料等;(4)食品工业中用作澄清剂;(5)农业中用来改良土壤;(6)在塑料工业中用作填料;(7)在涂料工业中广泛用于做各种建筑涂料;(8)在造纸工业中用作碱性填料;(9)在橡胶工业中用作橡胶的基本填料;(10)在环保工业中用作吸附剂

重质碳酸钙是以天然方解石、石灰石和白垩为原料,以机械粉碎达到一定细度的产品,其生产方法有干法和湿法两种,国外已获得重大进展的湿法磨粉工艺在我国仍是空白;在用石灰石生产轻质碳酸钙的工艺中,在轻钙产品的粒径与晶形控制方面与国外相比还有较大差距。为此,今后必须进一步发展石灰石的深加工工业,拓宽应用领域,加强综合利用,使产品增值,提高经济效益。

石灰石是冶金、建材、化工、轻工、农业等部门的重要工业原料。随着钢铁和水泥工业的发展,对石灰石的需求将进一步增加。水泥产量庞大,即每年需开采用于水泥制品的石灰石要千亿吨以上。预测到2020年,全国水泥产量将达到3亿吨,这将需要开采更多的石灰石作原料。此外,冶金、化工等方面对石灰石的需求也很大。因此,石灰石工业的生产发展前景广阔,为了使石灰石产品具有更大的增值效益,开拓石灰石深加工产品也是今后一个发展方向。

石灰岩煅烧至温度1000~1300°C时,可将CaCO3中的CO2排出,制成生石灰。生石灰为白色固体,耐火难溶,遇水放热吸水生成熟石灰,石灰水饱和溶液呈碱性,易与空气中CO2反应生成CaCO3沉淀。商业上分为高钙石灰(CaO≥90-),钙质石灰(CaO≥85-),镁钙石灰(MgO≥10-)和高镁石灰(MgO≥25-)四类。

氢氧化钙消石灰

a.分子式:Ca(OH)2

b.相对分子质量:74.08

c.性质:细腻的白色粉末。密度 2.24g/cm3。加热至580°C失水成为氧化钙,在空气中吸收CO2而变为碳酸钙。溶于酸、甘油、难溶于水,不溶于醇。

d.用途:用于制药、橡胶、石油工业添加剂和软化水用等。用于石油工业添加在润滑油中,可防止结焦、油泥沉积、中和防腐。

e.主要原料及规格:石灰石(CaCO3)≥98-

f.制法及工艺流程:石灰消化法是将石灰石在煅烧窑煅烧成氧化钙后,以精选、加水消化,再经净化、干燥及过筛,得氢氧化钙产品。其反应式如下:

CaCO3=CaO+CO2(高温) CaO+H2O=Ca(OH)2

工艺流程如下:

石灰石、焦炭→焙烧→精选→加水消化→沉淀→分离→干燥→过筛→包装→氢氧化钙

a.分子式:CaO

b.相对分子质量:56.08

c.性质:白色无定形粉未。密度3.25~3.38g/cm3。熔点2580°C。沸点2850°C。在空气中放置,吸收空气中的水和二氧化碳,生成氢氧化钙碳酸钙氧化钙与水作用(称为“消化”)生成氢氧化钙并放出热量(生成物呈强碱性)。溶于酸、不溶于醇。

d.用途:氧化钙用于钢铁、农药、医药、非铁金属、肥料、制革、制氢氧化钙,实验室氨气的干燥和醇脱水等。

e.主要原料及规格:盐酸(HCl)35-;碳酸钙(CaCO3)98-。

f.制法及工艺流程:碳酸钙煅烧法是先将碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙,用氨水中和、过滤、加入碳酸氢钠,反应生成碳酸钙沉淀,经脱水、干燥煅烧而得。其反应式如下:CaCO3+2HCl→CaCl2+CO2+H2O

CaCl2+2NH4OH→Ca(OH)2+2NH4Cl

Ca(OH)2+NaHCO3→CaCO3+NaOH+H2O

CaCO3→CaO+CO2

工艺流程如下,

碳酸钙加盐酸→酸解→加氨水中和→静置沉淀→过滤→加碳酸氢钠反应→碳酸钙脱水→干燥→煅烧→筛选→包装→氧化钙

a.分子式:CaCO3

b.相对分子质量:100.08

c.性质:白色粉未,无臭无味,密度:方解石型2.711g/cm3,霞石型2.93g/cm3。溶点(110大气压)1289°C。难溶于水、醇,微溶于含有铵盐或二氧化碳的水溶液,可溶于稀醋酸、稀盐酸稀硝酸,同时放出二氧化碳,呈放热反应。

d.用途:主要用作橡胶、塑料、造纸等行业的填料,也用作涂料、油墨的填料。还用于牙膏、电焊条、有机合成、冶金、玻璃、石棉、油毛毡等生产。还是工业废水的中和剂,胃与十二指肠溃疡病的制酸剂、酸中毒的解毒剂

主要反应式:Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

生产厂家:四川重庆松山化工厂、贵州安顺玻璃化工厂、云南昆明化工厂、甘肃兰州白银区化工厂、河南焦作化工三厂、河南密县化工厂、湖南衡阳第三化工厂、上海新江化工厂、上海碳酸钙厂、江苏宜兴石灰厂、浙江吴兴菱湖化工厂、安徽安庆化工原料厂、山东张店湖田化工厂、山东淄博罗村化工厂、北京矿石材料厂、河北唐山东矿化工厂和辽宁本溪石灰化工厂等。

(俗称单飞粉、双飞粉、三飞粉、四飞粉)

a.分子式:CaCO3

b.相对分子质量:100.08

c.性质:白色粉未,无臭、无味。露置空气中无变化,密度2.71g/cm3。溶点1339°C。几乎不溶于水,在含有铵盐或三氧化二铁的水中微溶解,不溶于醇。遇稀醋酸、稀盐酸、稀硝酸发生泡沸,并溶解。加热分解为氧化钙和二氧化碳。

d.用途:按粉碎细度的不同,工业上分为四种不同规格:单飞、双飞、三飞、四飞,分别用于各工业部门。

单飞粉:用于生产无水氯化钙,是重铬酸钠生产的辅助原料,玻璃及水泥生产的主要原料。此外,也用于建筑材料和家禽饲料等。

双飞粉:是生产无水氯化钙和玻璃等的原料、橡胶和油漆的白色填料,以及建筑材料等。

三飞粉:用作塑料、涂料及油漆的填料。

四飞粉:用作电线绝缘层之填料、橡胶模压制品以及沥青制油毡之填料。

e.主要原料及规格:石灰石(CaCO3)≥90-

f.制法及工艺流程:粉碎法是将含CaCO3在90-以上的石灰经粉碎、分级、分离而制得的产品。工艺流程为:

石灰石→粉碎→分级→旋风分离→重质碳酸钙生产厂家

山东青岛化肥厂和上海石粉厂等。

中国地质博物馆藏品信息:

图片描述:中国本溪桥头小黄柏峪的石灰岩(Limestone)的标本照片。灰色;粒屑结构;块状构造;主要矿物组成为方解石

收藏单位:中国地质博物馆

图片描述:中国云都的石灰岩(Limestone)的标本照片灰色;粒屑结构;块状构造;主要矿物组成为方解石。

收藏单位:中国地质博物馆

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