سنگ آهک (لایم استون)
سنگ آهک (لایم استون) یک سنگ رسوبی کربناته به شمار می رود که عمدتاً از کانی کلسیت تشکیل می شود، هرچند کانی های دولومیت و آراگونیت نیز در انواعی از لایم استون ها حضور دارند. کربنات کلسیم (کلسیت) به عنوان تشکیل دهنده ی لایم استون، از زمان زمین شناسی پرکامبرین ( بیش از 600 میلیون سال پیش) در اثر واکنش بین کربن دی اکسید با یون کلسیم، تشکیل می شده است.
رسوب گذاری کربنات کلسیم نیز به دو روش ارگانیک و غیر ارگانیک شکل می گیرد. در انواع ارگانیک، دامنه ی گسترده از اجزای زیستی شامل پوسته ی سخت پوستان و اسکلت جانوران شکل می گیرد. در انواع لایم استون های غیر ارگانیک، کربنات کلسیم بطور مستقیم رسوب می کند یا تبلور می یابد.
بیشتر لایم استون ها حاصل روش غیر ارگانیک هستند. لایم استون هایی که در عرض های جغرافیایی 30 درجه ی شمالی تا 30 درجه ی جنوبی کره زمین در محیط های آبی تشکیل می شوند، لایه هایی با ضخامت های گوناگون را ایجاد می کنند. عوامل زیر در نرخ رسوب گذاری کربنات کلسیم موثر هستند:
- غلظت عناصر کلسیم، منیزیم و گاز دی اکسید کردن
- دما
- میزان شوری
- عمق آب
- میزان آشفتگی آب
بعضی از لایه های لایم استون نیز ممکن است در خارج از محدوده ی جغرافیایی یاد شده یافت شوند که حاصل تغییرات اقلیمی و حرکات قاره ای در گذشته ی زمین شناسی هستند.
برخی از گونه های زیستی، ساختارهای آراگونیتی و بقیه نیز کلسیت تولید می کنند. در سنگ لایم استون ممکن است کانی دولومیت با ترکیب شیمیایی کربنات منیزیم حضور داشته باشد.
درصد کربنات منیزیم در رسوبات کلسیتی به ترکیب شیمیایی آب بستگی دارد و عموماً زیر چهار درصد است اما می تواند به 19 درصد نیز برسد. عاملی که در تنوع لایم استون بسیار مهم است، محیط رسوبی محل تشکیل آن می باشد؛ سواحل، مناطق جذر و مدی، باتلاق، لاگون، شیب دریا و مناطق عمیق هر کدام می توانند نوع خاصی از لایم استون را پدید آورند.
عامل مهم در تبدیل رسوبات دریایی به سنگ مقاومت، پدیده ی دیاژنز یا سنگ شدگی است. دیاژنز می تواند به وسیله ی عوامل ارگانیکی، فیزیکی و شیمیایی رخ دهد. تاکنون 6 فرآیند برای ایجاد لایم استون شناسایی شده اند:
- تولید میکریت توسط میکروب ها
- سیمانی شدن
- نئومورفیسم
- انحلال
- تراکم
- دولومیتی شدم
دولومیتی شدن عبارت است از جایگزینی کلسیم با منیزیم در ساختارهای بلوری لایم استون. این پدیده زمانی رخ می دهد که نمک های محلول منیزیم در میان فضای حفرات ،خلل و فرج رسوبات کربنات کلسیم به گردش در آیند. از آنجایی شعاع یونی منیزیم از کلسیم کمتر است، جایگزینی آن در ساختار بلوری باعث افزایش تخلخل لایم استون می شود. در شرایط مناسب، بیش از 50 درصد از یون های کلسیم می توانند با منیزیم جایگزین شوند.
طبقه بندی سنگ آهک
لایم استون ها به روش های مختلفی طبقه بندی می شوند. بر اساس طبقه بندی زمین شناسی لایم استون ها به انواع لایم استون های ضخیم لایه، مرمرها، دولومیت ها و غیره تقسیم می شوند. عواملی چون اندازه ی دانه ها، ریزساختارها، بافت و ناخالصی های اصلی در این طبقه بندی ها نقش دارند.
پیدایش سنگ آهک
ذخایر لایم استون تقریباً 10 درصد از سطح پوسته ی زمین را پوشش داده اند و در بیشتر کشورها قابل یافت هستند. به طور کلی سه عامل در پیدایش لایم استون در سراسر دنیا دخیل هستند که با یکدیگر نیز در ارتباط می باشند:
- اقلیم آب و هوایی
- زمین ساخت و تکتونیک
- سطح آب دریا
ویژگی های فیزیکی و مکانیکی سنگ آهک
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی سنگ آهک بر اساس نحوه ی تشکیل آن، محیط رسوبی و تغییرات حاصل از فرآیند دیاژنر، بسیار متغیر است.
رنگ: رنگ لایم استون نشان دهنده ی میزان و نوع ناخالصی های موجود در آن است. لایم استون های سفید رنگ، خلوص بیشتری دارند. بسیاری از هاله های خاکستری و تیره معمولاً به دلیل حضور مواد ارگانیکی و/یا سولفید های آهن ایجاد می شوند. رنگ های زرد، کِرِم و قرمز نشان دهنده ی حضور عناصر آهن و منگنز هستند.
بو: لایم استون عموماً دارای بوی نم کشیده یا خاکی است که به دلیل حضور مواد کربن دار ایجاد می شود.
بافت: بافت لایم استون بسیار متغیر است. تمام لایم استون ها دارای ساختار بلورین هستند که اندازه ی دانه های آن ها بین 4 تا 1000 میکرون است. توزیع اندازه ی دانه ها نیز بافت لایم استون را تحت تاثیر قرار می دهد.
ساختار بلوری: کلسیت و دولومیت دارای ساختار بلوری روبوهدرال هستند در حالی که آراگونیت ساختار رومبیک دارد.
چگالی مخصوص: چگالی مخصوص کانی های کلسیت، آراگونیت و دولومیت به ترتیب 2.72، 2.94 و 2.86 گرم بر سانتی متر مکعب است. لذا سنگ آهک بر اساس درصد حضور این کانی ها می تواند چگالی مخصوص مختلفی داشته باشد. از سویی دیگر، میزان تخلخل نیز بر چگالی مخصوص لایم استون تاثیر دارد.
تخلخل: میزان تخلخل سنگ آهک به درجه ی تراکم و ساختار آن بستگی دارد. تخلخل سنگ آهک بین 1 تا 30 درصد متغیر است در حالی که در سنگ چاک می تواند بین 15 تا 40 درصد باشد. در سنگ مارن این عدد به 50 درصد نیز می رسد. تخلخل سنگ دولومیت معمولاً بین 1 تا 10 درصد است.
مقاومت: مقاومت فشاری لایم استون از 1 مگاپاسکال برای برخی از مارن ها تا 200 مگاپاسکال برای برخی از مرمرها متفاوت است. مقاومت سایشی لایم استون های متراکم با درصد بالای کلسیم، برابر 180 مگاپاسکال است.
سختی: سختی لایم استون عموماً بین 2 تا 4 در جدول سختی موس است.
ویژگی های شیمیایی سنگ آهک
انحلال پذیری: انحلال پذیری کلسیت در آب مقطرِ فاقد دی اکسید کربن برابر 14 میلی گرم بر لیتر در دمای 25 درجه ی سانتی گراد تا 18 میلی گرم بر لیتر در دمای 75 درجه ی سانتی گراد متغیر است.
انحلال پذیری آراگونیت نیز از 15.3 میلی گرم بر لیتر در دمای 25 درجه ی سانتی گراد تا 19 میلی گرم بر لیتر در دمای 75 درجه ی سانتی گراد تغییر می کند. به هرحال باید توجه داشت که آب های عادی همیشه دارای مقادیر مشخصی از گاز کربن دی اکسید محلول هستند که می تواند باعث افزایش انحلال پذیری شود.
واکنش با کربن دی اکسید: افزایش در انحلال پذیری سنگ آهک در حضور کربن دی اکسید به دلیل واکنش های شیمیایی است که باعث تولید بی کربنات های کلسیم و منیزیم می شوند. با افزایش دمای محلول بی کربنات کلسیم- منیزیم، گاز کربن دی اکسید از آن آزاد شده و کربنات های کلسیم- منیزیم رسوب می کنند.
میزان PH در آب: لایم استون کلسیت دار باعث ایجاد PH بین 8 تا 9 در آب می شود. PH آبی که دارای دولومیت است بین 9 تا 9.2 می باشد.
واکنش با اسید: در مجموع، سنگ آهک به سرعت با اسید واکنش می دهد. در لایم استون هایی که کلسیم بیشتر دارند سرعت این واکنش با هیدروکلریک اسید و اسید نیتریک در دمای محیط بیشتر است. این در حالی است که لایم استون هایی که منیزیم بیشتری دارند (دولومیت) فقط با افزایش دما، با اسید وارد واکنش سریع می شوند. لایم استون می تواند به سرعت با گازهای هیدروژن کلرید و هیدروژن فلورید نیز واکنش دهد که نتیجه ی آن تولید کلسیم کلرید و کلسیم فلورید است. گازهای یاد شده، اسیدی هستند.
کاربردهای سنگ آهک
به عنوان سنگ ساختمانی در نما
تولید مصنوعات دکوراتیو
به عنوان سنگدانه در تولید بتن و آسفالت
ایجاد فیلتر و زهکش
به عنوان سنگدانه های ریز در تولید آجر
سنگ آرمور
تولید سیمان
کود شیمیایی
خوراک دام و طیور
خنثی سازی اسیدها
تولید فولاد و استیل
