Камень известняк и его свойства

Что такое известняк

Известняк – полезное ископаемое. Бывает светлого или темного окраса. Строение с тонкими либо крупными зернами.

Камень формируется столетиями на дне водоемов из осадочной горной породы. Его находят в местах расположения древних и современных океанов, морей.

В натуральном камне, кроме кальция, также выявляют:

• морские лилии, ежей;
• кораллы;
• ракушек;
• моллюсков;
• брахиоподов;
• фораминифер;
• криноидей;
• окаменелые скелеты рыб.

Основа химического состава – 50―95 % карбоната кальция. От концентрации кальцита зависит плотность минерала и чистота белого цвета. Еще камень содержит 5―50 % кварца, полевых шпатов, опала, доломита, халцедона или каолина (глины). Они окрашивают минерал в серый, розовый, красный, кремовый, черный или голубой цвет.

Понятие известняка, его химическая формула, как он выглядит на фото

Известняк – осадочный минерал органического или хемогенного происхождения. Он отличается максимальным содержанием карбоната кальция (CaCO3), который представлен в виде кристаллов кальцита разного размера. Если рассмотреть материал при большом увеличении под микроскопом, можно найти примеси фосфатов, кремния, песчаных и глинистых частиц, остатки раковин древних микроорганизмов. Химическая формула известняка, в составе которого присутствует доломит — СaMg(CO3)2. Примесь делает материал крепким и плотным.

На фото видно, что минерал может выглядеть по-разному. Сложенная из раковин порода (ракушечник) обладает мелкозернистой структурой, а ее родственник мел – тонкозернистой. Мел, мрамор, камни с включениями круглых раковин (нуммулитовые известняки) — все это разновидности известняка. Какой цвет у минерала? На картинке видно, что от природы он белый. Примеси и их комбинации придают минералу уникальные оттенки.

Характеристика и происхождение известкового минерала

Натуральный камень известняк – нетвёрдая осадочная порода с максимальным содержанием кальцитов. Остальное в массе минерала – включения частиц других веществ (кремния, фосфатов, кварца, извести и др.). Также в массе карбоната кальция могут попадаться микрочастицы скелетов простых организмов. Происхождение в целом характеризуется как органическое, но есть ещё и органо-химический путь формирования минерала.

Главным образом известняковый минерал формируется в мелководной среде морского бассейна.
Пресноводные условия тоже позволяют отложиться камню известняку. Привычная для него форма залегания – пласт. Может осаждаться по принципу соли: при испарении вод из озёр и лагун. Но основная масса камня зародилась именно в морских глубинах, где не было интенсивных процессов испарения и высыхания.

Природный механизм формирования минерала начинается с работы живых организмов. Они извлекают из морской воды кальцит и строят раковины. Затем остатки их скелетов скапливаются на донной поверхности в огромной массе. Самый показательный образец формирования карбоната кальцита – это зарождение, рост и отмирание коралловых рифов. Не редкость, когда на изломе известковой породы обнаруживаются штучные ракушки. Это разновидность получила название ракушечник.

Другие виды тоже названы по видам организмов и продуктам их жизнедеятельности:

1. нуммулитовый;
2. мшанковый;
3. оолитовый.

Отдельной категорией стоит известняк мраморовидный. Он в свою очередь делится на типы массивно-слоистый и тонкослоистый. Под воздействием определённых температур и давления он меняет структуру кристаллов и преобразуется в мрамор.

Как образуется в природе, где добывают?

Порода известняк возникает в морях из раковин моллюсков, водорослей, кораллов и прочих жителей морских вод. Для построения панцирей некоторым обитателям морей требуется кальцит, источником которого является вода. Останки крошечных существ скапливаются на дне и под давлением воды цементируются. Их могут скреплять, насыщать минералами растворы и газовые потоки, которые просачиваются сквозь дно.

Пресноводные условия также позволяют отложиться породе. Она может осаждаться по мере выпаривания озер, лагун. Отдельная категория – мраморовидный известняк, который под воздействием температур и высокого давления становится твердым и плотным.

Привычная форма залегания породы – пласт. Способ его добычи зависит от места нахождения, возраста и разновидности известняка. Его извлекают открытым способом, после предварительного обустройства карьера. Для этого снимают верхний слой грунта и глины, затем проводят пиротехнические работы, что позволяет измельчить известняки и отсоединить порции камня. Далее материал погружают в машины и вывозят на переработку.

Первоначально при добыче люди использовали метод ломки – материал изымали ломами и выбивали их пласта с помощью молотов. Альтернативой методике выступили взрывные работы, в результате которых порода измельчается в крошку. С помощью экскаватора ее собирают, погружают в самосвалы и вывозят на заводы для обработки.

В настоящее время можно обойтись без взрыва, для чего вместо ковша экскаватора используется навесной аппарат, который разрыхляет породу. Наиболее выгодна добыча известняка с помощью фрезерного комбайна. Одновременно он добывает, измельчает и осуществляет транспортировку известняка от месторождения до завода по переработке.

Виды известняков

По структуре камень делится на такие виды:

• Кристаллический – плотный минерал, по своей структуре близкий к мрамору. Хорошо полируется за счет мелких пор, морозоустойчив.
• Органогенно-обломочный – это всем известный ракушечник, состоящий из остатков морских организмов. Хорошо обрабатывается (пилится, обтесывается), имеет большую пористость. К этому виду также относят рифовый известняк, крайне богатый на остатки морской фауны, и обычный мел – слабосцементированную карбонатную породу (фактически, затвердевший ил теплых морей).
• Обломочно-кристаллический – органогенный детрит, образованный из фрагментов растений, раковин и скелетов животных. Несмотря на мелкие поры, имеет малую прочность и высокую степень водопоглощения.
• Натечный (известковый туф) – формируется в стоячих и проточных подземных водоемах из нерастворимой соли, которая под давлением уплотняется. Камень из стоячих водоемов более плотный, из проточных – пористый и хрупкий.

По происхождению камень делится на:

• Биогенный – это отложения карбонатных остатков морских организмов с небольшой долей карбонатного цемента.
• Хемогенный – образуется в соленой воде или подземных источниках (тот самый туф) путем осаждения извести.
• Обломочный – образуется из угловато-окатанных обломков известняковых пород в ходе их раздробления и смыва.
• Смешанный – следствие одновременного протекания нескольких процессов, в ходе которых формируются карбонатные материалы.

Под воздействием высоких температур и давлений известковая порода постепенно уплотняется и становится более твердой, а ее зернистость уменьшается. В результате получается мрамор – по сути, метаморфизированный известняк с плотной кристаллической структурой. Резкого фазового перехода не происходит, мрамор формируется постепенно, поэтому в природе встречаются промежуточные варианты (например, мраморизированный известняк, одновременно плотный и легко поддающийся резке).

Свойства известняка

Свойства камня разнятся в зависимости от источника происхождения и напрямую зависят от структуры материала. Даже в одном месторождении могут встречаться залежи с различной плотностью, объемной массой и прочностью. Более плотные кристаллические породы хорошо полируются, пористые (например, ракушечник) – легко пилятся и обтесываются.

Физические характеристики материала:

• Плотность – 2700-2900 кг/м³.
• Объемная масса – от 800 кг/м³ (ракушечник) до 2800 кг/м³ (мраморизированные породы).
• Твердость по шкале Мооса – 3.
• Предел прочности при сжатии – от 0,4 МПа (ракушечник) до 300 МПа (кристаллический).

Основа известняка – карбонат кальция (50-95%). Остальное – это кварц, доломит, полевой шпат и другие минералы (5-50%). Именно из-за наличия в составе минералов камень имеет различные оттенки. Цвет известняка преимущественно белый, но в природе в обилии встречаются породы светло-серого, светло-желтого, красноватого, зеленого, бурого оттенка. Существует даже черный известняк – в его составе в обилии присутствуют нефтепродукты. В целом камень известен мягкими, пастельными тонами и ненавязчивыми цветовыми сочетаниями.

Физически и химически камень-известняк не слишком устойчив. Он растворяется в воде (пусть и медленно), поэтому при использовании камня в отделочных работах он обрабатывается водоотталкивающими составами. Особенно уязвим минерал к воздействию кислот (в частности, уксусной, серной, соляной), причем реакция протекает бурно и быстро, с образованием углекислого газа. В природных условиях это чревато образованием карстовых пустот, зачастую внушительных размеров. Морозостойкость камня существенно меняется в зависимости от пористости и наличия трещин. Наибольшую морозостойкость (до 400 циклов) имеют мраморизированные породы с плотной кристаллической структурой.

Месторождения известняка

Самое знаменитое российское месторождение известняка находится близ села Мячково, построенного близ впадения Пахры в Москву-реку. Белый камень мячковского месторождения создал славу белокаменного столичного города. Прочность местных известняков такова, что из отдельных разновидностей породы производились жернова для мельниц и мостовой камень.

Одно из крупнейших в Европе месторождений известняка и доломита находится на Украине, в Еленовке Донецкой области. Разработка еленовских залежей ведется всего полтора века, что для известняковых копей – детский возраст. Наиболее древние известняковые карьеры успешно эксплуатируются по нескольку тысяч лет.

Разновидности известняка по разным критериям

Существует несколько критериев, по которым классифицируют горную породу. Наиболее важные их них – структурные особенности, текстура, оттенок, наличие примесей. По происхождению известняка различают такие его виды:

• органогенные известняки (например оолитовый, нуммулитовый): в них много раковин некогда живших моллюсков;
• хемогенные – известняки, образованные в результате химических процессов, происходящих в природе;
• обломочные – включают элементы ранее существовавших и разрушенных морских рифов.

По структуре и текстуре

Ключевые критерии, по которым классифицируют камни – размер зерен и текстура (показатель соотношения разных по строению частей породы). По этим параметрам выделяют известняки:

• мелкозернистые, в составе этого известняка зерна видны невооруженным взглядом;
• тонкозернистые (мел);
• оолитовые (на общем фоне выделяются укрупненные образования из кальцита – оолиты);
• пористые: туф, ракушечник;
• слоистые: напоминают в разрезе пирог из разных по составу и оттенку слоев.

По характеристикам минерального состава и химических примесей

По особенностям минерального состава и наличия примесей выделяют известковые породы:

• Доломитизированные. В структуре этих известняков присутствует оксид магния. При повышении концентрации этого химического элемента в доломитизированном известняке происходит образование доломитов – карбонатных пород осадочного типа.
• Глинистые. В их составе обнаруживают примеси глины, превышение которых выше нормы ведет к образованию мергеля – (глина – 25-50%, остальное – карбонат).
• Коралловые. Образуются в теплых морях и отличаются пористой консистенцией.
• Мраморированные. Характеризуются высокой плотностью, по описанию могут включать древние окаменелости.
• Мшанковые. В их структуре находятся отмершие водоросли и примеси глины.
• Меловые. Состоят из остатков водорослей и древних моллюсков. Иногда в них есть небольшая примесь песка и глины.
• Битуминозные. Редкий вид породы, в которой находят примеси нефтепродуктов (битума).

По цвету минерала

В чистом виде порода имеет белый или светло-серый цвет. Примеси и химические элементы в белом камне придают известняку следующие оттенки:

• Марганец. Окрашивает породу в красный, розовый, бурый цвет.
• Железо. Придает камню желтый, бежевый, коричневый тон.
• Водоросли. Причина голубой и синей окраски породы.
• Органические вещества. Делают минерал темным, почти черным.

Технические параметры известняка

У доломитов и известняков с содержанием карбоната магния большая твердость. Они труднее поддаются механическому воздействию.

Природный известняк отличается прочностью, твердостью. При дроблении образует неровный излом. В воде не размокает. Физические свойства породы позволяют ее использовать в строительстве.

Обычно карбонатное соединение белого, серого цвета. Но в зависимости от присутствия примесей меняется внешняя окраска и техническая характеристика известняка. Содержащиеся в образовании минералы не только меняют цвет, но и влияют на прочность, устойчивость и определяют сферу применения.

Углистое вещество окрашивает породу в черный цвет, желтую окраску определяет присутствие гидроокислов железа, а зеленоватую – глауконит.

Описание технических параметров материала содержится в паспорте месторождения. Информация, собранная в документе, полностью отражает свойства породы и ее соответствие государственным стандартам, регламентируемым законодательно.

Структура известняка позволяет выделять виды горной породы. Текстура минерального образования однородная, иногда присутствуют поры и каверны (пустоты).

Чем характеризуются образования

Среди карбонатных отложений различают такие виды известняков:

• плотные карбонаты (отличаются однородной структурой);
• оолитовые образования сферической формы;
• туфы – образования с крупными порами, отличающиеся прочностью и легко поддающиеся обработке (полировке, шлифовке);
• травертин – натечные образования;
• глинистые и битуминозные известняки.

Коралловый известняк в отложениях дополнен примесью раковин фораминифер и моллюсков, панцирей иглокожих. Порода, слагающая современные рифы, отличается твердой пористой структурой и состоит из скелетов колоний полипов.

Путиловский известняк известен как основной строительный материал, использованный при проведении строительства города Санкт-Петербурга. Название породы связано с Путиловским месторождением, находящимся поблизости.

Плотность известняка средняя, он не разрушается под воздействием ударных нагрузок, отличается устойчивостью к истиранию, агрессивной кислой среде и солям. В нем присутствуют мелкие пустоты, образованные в результате выщелачивания породы.

Цвет известняка серый, чередующийся с темно-серой окраской. Кристаллическое минеральное образование органогенного происхождения содержит доломит (2-25 %), зерна глауконита (до 20 %), фосфаты (2-3 %), зерна силикатного соединения (кварца).

Из-за внешней схожести известняк часто принимают за мрамор. Различие между породами состоит в форме их образования. Например, черный мрамор Порторо, из которого создают скульптуры, представляет собой осадочную породу. Структура известняка отличается от мрамора.

Образование мрамора происходит в процессе метаморфических изменений и перекристаллизации породы. В нем не содержится никаких следов окаменелостей.

Если процесс преобразования не завершен, то в результате возникает мраморный известняк. Именно эта порода содержит белые кальцитовые включения биогермов (кораллов), раковин, обломков скелетов других морских жителей.

Петрографическое и минералогическое определение породы – «мраморовидный известняк». В литературе по инженерной геологии в разделе, посвященном классификации типов горных пород, не полностью преобразованный известняк называется мрамором.

Доломитизированный известняк – это осадочная горная порода серого и темно-серого цвета, состав которой формируют кальцит и доломит. Минеральный состав образований формируют включения гипса, ангидрита и кремния, полевых шпатов, пирита, глинистого вещества и реликтов флоры (синие водоросли).

Прочность известняка, в состав которого входит карбонат магния (около 40 %), при сжатии составляет 400-1300 кгс/см², твердость доломитов по шкале Мооса – 3,5-4,5.

Основные сферы, где применяют известняк

За весь период своего существования люди глубоко познали свойства этого природного дара и научились применять его с максимальной пользой. Вот основные области человеческой деятельности, где известняк выступает важным материалом:

• Строительство. Разновидности камня здесь пригодились во всем: в возведении устойчивых многоэтажек, в облицовке фасадов и для мощения поверхностей.
• Ландшафтный дизайн и архитектура. Простота обработки и декоративные свойства в этих областях ценятся высоко, особенно если речь идёт о слоистых типах минерала с характерным рельефом выветривания.
• Производство отделочных материалов. Здесь акцент делается не на декоративность, а на органику происхождения камня.
• Меловые породы камня идут на изготовление карандашей-мелков, и в составы зубных порошков, и в производство дорогой качественной бумаги.
• Кабельное производство не обходится без покрытия сварочных электродов известняковыми составами.
• Полиграфия широко применяет литографический известковый камень для создания высокохудожественных гравюр.
• Ювелирное дело. Ценятся полупрозрачные образцы пастельной гаммы. Лучшие дизайнерские и декоративные сочетания получаются с серебряными и мельхиоровыми оправами.

Свойства и применение известняка

Применяют минерал везде с учетом его свойств. На прочность известняка влияет внешняя среда. Строительные материалы будут долго служить в сухом климате без резких температурных перепадов. При затяжных дождях поверхность изделия набирает влагу, может размываться. В случае внезапных заморозков влажные плиты начинают трескаться.

В условиях российского климата, для уличных работ и отделки фасадов подходит только один вид известняка – Юрский мраморизованный известняк, добывающийся в Германии. Данный камень сертифицирован в России и  соответствует требованиям ГОСТ 9480-2012, ГОСТ 23342-2012 и ГОСТ 9479-2011. Согласно протоколу испытаний, юрский камень легко выдерживает 150 циклов зима/лето, что является основным требованием для получения сертификата и разрешения на облицовку фасадов городских зданий.

Поэтому для применения в промышленности известняковый камень подлежит стандартизации. В маркировке указывают заглавные буквы названия и размера камня, процентное соотношение окисей микроэлементов.

Стандарты минерала:

Поскольку известняк тяжелее, а не легче воды, на его основе готовят белила, красящие эмульсии и другие растворы. Отсев (порошок) добавляют в цемент, шпаклевки, пластик. Включают в смеси для изготовления обувных кремов, зубных паст, битума, бумаги, резины, железобетона, тротуарной плитки. Зимой посыпают дорогу при гололедице.

Отсевом наполняют комбикорма или удобрения (минеральная добавка), ощелачивают закисленную землю. Его включают в фильтры для питьевой воды.

В аквариуме на дно укладывают промытые пористые камни для декора, обогащения воды кальцием.

В дополнение смотрите видео:

Физико-химические свойства

Минерал образуется путем соединения угольной кислоты с кальцием. У известняка без примесей формула химическая записывается как CaCO3. Известняк расщепляется под действием кислот H2SO4, CH3COOH, HCl. Кальций остается в растворе, углекислый газ СО2 улетучивается.

Физические характеристики известняка:

• разложение – не растворяется в воде;
• истираемость – при трении без усилий площадь уменьшается;
• плотность – 2.5 г/см3;
• по шкале Мооса твердость из 10 баллов – 3;
• пористость – 35 %;
• водопоглощение – 0.1―2 %;
• прочность в сухом состоянии – средняя;
• прочность при водопоглощении – минимальная;
• морозостойкость – до – 40 ºC;
• горение – нет.

Дополнительные минералы добавляют прочности известняку, снижают пористость до 2―30 % и водопоглощение – до 0.1―1 %. Кристаллизованная текстура выдерживает сдавливание в 300 мегапаскаль, ракушечник – в 0.4 МПа.

Минеральный состав по видам известняка:

• доломитизированный – Ca + MgO2 (оксид магния);
• органогенный, обломочный или хемогенный – Ca + SiO2 (оксид кремния);
• железистый – Ca + FeO2 (оксид железа, окрашивает структуру желтым);
• марганцовистый – Ca + MnO2 (оксид марганца, дает розовый цвет);
• глинистый – Ca + Al4[Si4O10](OH)8 (каолин).

Строение известняковых камней пористое, слоистое либо зернистое. В последнем случае в текстуре видно тонкие, мелкие, крупные или неодинаковые размеры округлых частиц.

Лечебные свойства

В помещениях известняком обеззараживают воздух, наносят раствор на стены от грибка. Полезна вода, очищенная фильтрами с кальцитом. Она удаляет из организма аллергены, токсические продукты деятельности вирусов, бактерий.

Литотерапевты рекомендуют держать натуральный камень в руках или прикладывать либо массировать им болезненную зону. Значение имеет цвет минерала.

Когда и какой известняк помогает:

• гипертония – голубой;
• нарушения сна, депрессия, болезни неврологии – розовый, красный;
• нарушенное пищеварение – желтый;
• болезни крови, органов кроветворения, сердца, сосудов – красный.

Минерал обладает противомикробным, сорбирующим свойством. Помогает при болезнях кожи, угрях. Смесь порошка с водой добавляют в ванны, наносят на лицо, делают примочки, обертывания.

Магические свойства

Эзотерики советуют использовать известняк юристам, врачам, инженерам, бухгалтерам. Камень надо носить с собой или поставить в кабинете статуэтку из него. Амулет оградит от ошибочных решений. Творческим же натурам он помогает взбодриться, найти вдохновение, избавиться от лени, апатии.

Желтоватый минерал используют во время медитаций. К женщине светлый кальцит притянет внимание понравившегося мужчины, усилит привязанность окружающих. Независимо от пола, у человека возрастает интуиция, улучшается способность просчитывать результат действий, прогнозировать ситуацию.

По гороскопу астрологи не рекомендуют использовать известняк только людям со знаком Скорпиона. Их энергетика не совпадает с камнем, поэтому в любви и делах начинается дисбаланс.

Известняк распространен на большинстве материков. Доступность и легкость обработки позволили людям применять камень с древних времен. Отвердевшим минералом пишут, декорируют ландшафт, строят дома, добавляют в руду при выплавке металла. Он не служит только топливом, хотя в битумном виде есть даже нефтепродукты.

Преимущества домов из известняка-ракушечника

• Самый экологически чистый материал природного происхождения.
• Самый дешевый строительный материал для каменного дома в Крыму.
• Существенная экономия арматуры, если используется каркасно-каменная или монолитно-каменная технология строительства.
• Простота и скорость кладки по сравнению с кирпичной кладкой.

Недостатки домов из известняка-ракушечника

К условным недостаткам можно отнести большой расход штукатурной смеси, если сравнивать с кладкой из газобетонных блоков, из-за необходимости оштукатурить здание как внутри, так и снаружи.