什么是方解石?有哪些用途?

方解石是一种碳酸盐矿物,是碳酸钙(CaCO3)中最稳定的多晶型矿物。方解石是石灰石大理石的主要成分,这些岩石在地壳中占比很大,是世界上最常见的矿物质之一,也是世界上最大的碳储存库之一。方解石在矿物硬度的莫氏硬度数值为3。大型方解石晶体可以被用于光学设备中。

方解石标本
方解石标本

碳酸钙的其他多晶型矿物是文石球霰石。在超过300°C的温度下,文石会在几天或更短的时间内变成方解石,而球霰石更不稳定。

光学晶石是一种高度透明的方解石。它通常以壮观的晶体形式被发现,这些晶体很大,如大理石或石灰石。方解石也可以是土质的聚集体、纤维、结节和钟乳石。方解石标本可出现在火成岩、热液脉和变质矿床中。

有哪些种类的方解石?

在世界的多个地方发现了各种形式的方解石。

  • 鲕状石灰石:鲕状石灰石是一种方解石,产于美国宾夕法尼亚州的泰隆市,大小约为10厘米。
  • 半透明缟玛瑙:半透明缟玛瑙是一种方解石,产于墨西哥的特卡利,大小约为10厘米。
  • 冰岛晶石:冰岛晶石是一种透明方解石,产于墨西哥奇瓦瓦。该标本具有出色的双折射,尺寸约为10厘米。
  • 钙质凝灰岩:这是一种方解石,在纽约的芒福德发现,大小约为10厘米。
  • 石灰华:石灰华是在意大利蒂沃利发现的一种方解石,大小约为10厘米。
  • 毕加索石:毕加索石是一种带有棕色和黑色标记的大理石品种,通常被切割和抛光为凸圆形,以生产珠宝和装饰工艺品中的石头。
  • 大理石:白色大理石形式的方解石在佐治亚州的泰特发现,大小约为10厘米。

自然界中的方解石矿物质

方解石是沉积岩的常见成分,主要由石灰石构成,而这些石灰石则是由死去的海洋生物的贝壳形成。石灰石约占沉积岩总质量的10%,它也是变质大理石的主要组成部分。另外方解石还可以作为脉状矿物出现在温泉矿床、洞穴中的钟乳石和石笋、火山岩或地幔衍生的岩石(如碳酸岩、金伯利岩)中,以及罕见的橄榄岩中。

生物体内的方解石
生物体内的方解石

方解石是许多海洋生物壳的主要成分,包括浮游生物(如球石和浮游有孔虫)、红藻的坚硬部分、一些海绵、腕足动物、棘皮动物、一些蛇形动物和一些双壳类动物的贝壳部分。

5.6亿年前的寒武纪时期的三叶虫的复眼就是由透明的方解石晶体制成的。

方解石形成过程

方解石的形成可以通过多种机制发生,从经典的梯田边缘扭结模型到通过奥斯特瓦尔德熟化过程或纳米晶体团聚的有序前体相(无定形碳酸钙)的结晶。

无定形碳酸钙结晶可以分两个阶段进行:

首先,无定形碳酸钙纳米颗粒迅速脱水并结晶形成单独的球霰石颗粒。其次,球霰石经历溶解和再沉淀机制,反应速率由方解石表面积控制。反应的第二阶段以大约慢十倍的速度发生。另一方面,方解石结晶在溶液中是pH依赖性和Mg依赖性的。

在混合过程中,中性起始pH值促进无定形碳酸钙直接转化为方解石。当无定形碳酸钙在具有碱性初始pH值的溶液中形成时,它通过亚稳态球霰石转变为方解石,其通过球晶生长机制形成。表面控制的溶解和再结晶机制在第二阶段将球霰石转化为方解石。Mg对无定形碳酸钙的稳定性及其向结晶CaCO3的转化具有显着影响,导致无定形碳酸钙直接形成方解石。

方解石与莫特拉石
方解石与莫特拉石

方解石矿物的物理特性

化学分类碳酸盐
颜色通常为白色,但也有无色、灰色、红色、蓝色、蓝色、黄色、棕色、橙色
条纹白色的
透明度透明到半透明
形状完美的菱形,三个方向
莫氏硬度3
比重2.7
其他属性菱形菱形理理,中起泡微粉状,面状在熔岩中展开
晶体形状六角形
方解石矿物的物理特性

方解石生产步骤:

第1步:粉碎进入的方解石矿物质并将它们转移到球磨机中,将它们转化为粉末形式。
第2步:筛分粉末形式并将其分成所需的等级。
第3步:根据需要将粉末分成3微米、5微米、10微米的袋子。

使用445nm激光演示方解石中的双折射
使用445nm激光演示方解石中的双折射

方解石用途

方解石晶体的特性使其成为应用最广泛的矿物之一。它用作建筑材料、磨料、农业土壤处理、建筑骨料、颜料、制药和其他应用。它的应用比几乎任何其他矿物都要多。

石灰石和大理石

石灰石是一种主要由方解石组成的沉积岩。在成岩作用过程中,它是由碳酸钙的化学沉淀和贝壳、珊瑚、粪便和藻类碎屑转化为方解石而形成的。由于碳酸钙沉淀,石灰石也形成为洞穴中的沉积物。

大理石是石灰石受热加压形成的变质岩。仔细检查一块破碎的大理石通常会发现可见的方解石解理面。变质作用的程度决定了方解石晶体的大小。较大的方解石晶体存在于经过较高程度变质作用的大理石中。

建筑中的方解石

建筑业主要消耗石灰石和大理石形式的方解石。数千年来,这些岩石一直被用作尺寸石和砂浆。埃及和拉丁美洲的许多金字塔都是用石灰石块作为主要建筑材料建造的。如今,粗糙和抛光的石灰石和大理石仍然是高端建筑中的流行材料。

石灰石和大理石中的方解石在现代建筑中用于制造水泥和混凝土。这些材料很容易混合、运输和作为浆料放置,硬化成耐用的建筑材料。混凝土用于建造建筑物、高速公路、桥梁、墙壁和各种其他结构。

酸中和中的方解石矿物

方解石作为酸中和剂具有广泛的应用。几个世纪以来,石灰石和大理石被压碎并散布在田间,作为一种中和土壤的酸处理剂。它们还被加热以产生石灰,石灰在土壤中的反应速度要快得多。

在化学工业中,方解石用作酸中和剂。粉碎的石灰石被分配到溪流中,以中和酸性矿山排水存在问题地区的水。

在医学上,使用从高纯度石灰石或大理石中提取的碳酸钙。碳酸钙与糖和调味剂混合制成咀嚼片,用于中和胃酸。它也存在于用于治疗消化系统疾病和其他疾病的各种药物中。

碳酸钙吸附剂

吸附剂是可以“捕获”或“保留”另一种物质的物质。石灰石经常被处理并用作化石燃料燃烧中的吸附材料。碳酸钙与燃烧释放的二氧化硫和其他气体发生反应,吸收它们,并防止它们逸出到大气中。

许多其他用途

方解石粉化后呈白色。方解石粉经常用作白色颜料或“白粉”。方解石被用于一些最初的油漆中。它是粉刷的主要成分,在油漆中用作惰性着色剂。

动物饲料通常含有粉碎的石灰石和大理石作为膳食补充剂。产奶的牛和产蛋的鸡需要富含钙的饮食。为了增加钙的摄入量,经常在饲料中添加少量碳酸钙。

方解石在其他行业中的用途

造纸工业

方解石在大多数造纸工业中用作填料和涂层材料,以根据需要进行硬化或平滑处理。由于其吸油特性,方解石可以在造纸过程中快速干燥纸张。这使它成为报纸、杂志和高质量造纸厂的有用成分。方解石还用作卷烟纸的填充材料。

涂料行业

方解石用作颜料材料,以防止钢磨损,增加耐水性和耐化学性。

轮胎行业

方解石是轮胎生产厂用作橡胶填料的主要材料。添加方解石后,轮胎可以长时间使用而不会失去柔软性,从而降低伸长率和拉伸性。

塑料工业

方解石也是塑料厂的主要填充材料,因为它有助于保持各处的厚度。此外,它同时提供硬度和柔韧性,以及耐高温。

农业

为了从含酸土壤类型中获得更大的农产品,增加钙的供应量很重要。这就是改善地球下生命的方法,pH值必须在6到7.5之间。

玻璃胶

方解石增加了玻璃对化学作用的抵抗力,这就是它用于玻璃制造的原因。它也用于瓶子和窗户玻璃的制作,因为它可以使玻璃的颜色变亮。

由于其吸油特性,精细研磨的石灰石被用作制造玻璃胶的填充材料。

陶瓷行业

方解石添加到瓷砖浆料中以去除介质中SiO2的有害影响。它还增加了陶瓷材料的强度,其使用量增加了2-6%。如果增加该百分比,该百分比将变为粉红色或黄色斑点,在高温下会变形。

水处理

方解石用于保持水的硬度,可以控制水彩或其清洁度。

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