水泥用灰岩矿地质特征及成因

水泥用灰岩矿地质特征及成因

韩静波

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摘要：水泥生产是建筑行业的重要组成部分，而灰岩矿是水泥原材料之一。文章根据灰岩矿的地质特征及成因，系统阐述了其在水泥生产中的应用。通过研究灰岩矿的成分、结构和物化性质，可以为水泥生产提供重要的原材料，并为环保生产提供可行性研究方案。

关键词：水泥生产；灰岩矿；地质特征；成因

0引言

水泥是建筑领域重要的建筑材料，而灰岩矿是其重要的原料之一。文章从灰岩的特征和成因两个方面详细介绍其在水泥生产中的重要作用。

1灰岩矿的地质特征

灰岩矿可以分成两类：一类是钙质灰岩，以方解石为主要成分；另一类是镁质灰岩，以白云石为主要成分。在全球各地，包括美国田纳西州、意大利的托斯卡纳区域、中国的广西桂林和贵州，都可以发现大量的灰岩矿。

灰岩矿是一种由碳酸钙和其他较少金属元素组成的沉积岩，其主要成分是方解石和白云石等碳酸盐矿物。由于灰岩矿是一种沉积岩，因此它通常在河流、湖泊、海洋或其他水体沉积形成。在沉积过程中，沉积物中的碳酸盐会逐渐压实并结晶，形成具有较高结晶度和硬度的灰岩矿。一些灰岩矿在形成过程中可能会经历一些化学变化作用，这些作用可能会使灰岩矿的颜色出现变化[1]。灰岩矿的结构特征与它的化学成分和形成环境有关。通常灰岩矿呈层状排列，由于不同的成分具有不同的硬度和耐蚀性，会引起剥离和侵蚀现象，从而形成独特的景观和岩层结构。在某些情况下，灰岩矿由于具有大量的沉积物，会在岩石中形成空洞、下凹、洞穴和溶蚀处理的岩壁。

灰岩矿的化学成分主要是钙、碳和氧，因此它也被称为钙质碳酸盐岩。它的颜色通常为灰色、白色或者褐色，也有时候会呈现黄色、绿色和红色等不同的颜色。这样的颜色差异来源于灰岩矿中所含有的元素，比如铁、锰、铜等。不同的成分和含量会对灰岩矿的颜色产生影响。

2水泥用灰岩矿成因

2.1物理成因

灰岩的形成还与沉积物的物理过程有关。例如，当海洋水体中的沉积物堆积到一定厚度时，会产生压力，使沉积物中的碳酸钙颗粒结合在一起，形成固体的灰岩。总的来说，灰岩是由古代海洋生物遗骸和化学沉积物形成的，具有碳酸钙为主要成分的地质特征。灰岩作为水泥的原料，经过采矿、破碎、煅烧等工艺处理，可以制成水泥，并广泛应用于建筑和基础设施建设中。

2.2化学成因

溶解沉淀是指溶解在水中的物质在特定条件下发生沉淀反应，形成沉积物或矿物。例如，当水中的溶解性盐类浓度超过饱和度时，就会发生沉淀反应，形成矿物沉积物，如盐类矿物。

热液沉淀是指在地壳深部的高温高压条件下，流体中的溶质在接触到低温环境时发生沉淀反应。这些流体可以是地下水、热液或岩浆。热液沉淀常见于热液矿床的形成，如金属矿床中的金、银等。

氧化还原反应是指物质在氧化剂和还原剂作用下发生电子转移，从而形成新的物质。例如，铁矿石的形成是通过铁离子在氧化还原反应中被氧化为氧化铁的过程。

碳酸盐沉积是指碳酸盐矿物在水中溶解后发生沉积反应，形成矿石或岩石。例如，石灰岩的形成是通过碳酸盐矿物在水中溶解后，由于一些物理或化学因素的改变而发生沉积反应。

2.3生物成因

灰岩是由古代海洋生物的遗骸和化石沉积形成的。这些生物主要包括藻类、贝壳、珊瑚等，它们的遗骸在长时间的沉积过程中逐渐形成了灰岩。生物沉积是指生物体的遗骸、化石、贝壳等在沉积过程中形成岩石的过程。

3灰岩矿在水泥生产中的应用

灰岩矿是水泥生产中最常用的原材料之一，在水泥生产中，灰岩矿通常经过粉碎、混合和煅烧等工序，被加入到水泥中作为主要原料。

3.1原材料的破碎和粉碎

灰岩矿一般需要经过矿石破碎和粉碎，将其压缩成小颗粒，以便后续的水泥生产工序。常用的粉碎设备包括锤式破碎机、颚式破碎机、圆锥式破碎机和球磨机等设备。

3.2原材料的混合

灰岩矿被粉碎成适当大小的颗粒后，需要与其他原材料进行混合。其他原材料包括粘土、铁矿石和煤等，用于调节水泥的物理性能和化学性能。

3.3原材料的煅烧

混合后的原材料需要经过窑炉的高温煅烧，将其转化为水泥熟料。在过程中需要控制窑炉的温度、氧化还原状态、空气流量和停留时间等多个参数，以确保水泥熟料的质量和物理性能。

2.4水泥制品的制造

经过煅烧后的水泥熟料可以进行研磨和混合，以制造不同类型和品质的水泥制品。这些制品包括普通硅酸盐水泥、高堆积密度水泥等。总之，灰岩矿在水泥生产中扮演着非常重要的角色，它是水泥生产中最基本的原材料之一，水泥的品质和性能都与灰岩矿的质量息息相关。

4案例分析

鹤壁市西部山区为早古生界碳酸盐岩分布区，水泥用灰岩原料资源丰富，为河南省重要的建材原料基地。梨林头水泥用灰岩矿床是本区探明的一处大型矿床，矿体赋存于中奥陶统马家沟组地层中，呈单斜层状产出，矿体平均品位满足Ⅰ级品质量要求，夹层及覆盖层很少，易开发[2]。

研究区位于华北地台区，在早奥陶世，华北地台地势分异明显，起先该区处于浅海环境，随后地壳逐渐升起，到中奥陶世早、中期(马家沟组沉积期)，地壳又缓慢下降，并伴有周期性的颤动，发生周期性的广泛海侵，形成本区马家沟组一套较稳定的碳酸盐岩地层[3]。研究区马家沟组各段(三、四、五、六段)的沉积环境分别为：三段为潮坪环境，沉积了白云岩、灰岩；四段为潮下带至潮上坪环境，潮下带沉积了纹层状白云岩，潮上坪形成盐溶角砾岩；五段为潮下带至浅海环境，沉积了生物碎屑灰岩、生物扰动灰岩；六段为潮坪环境,沉积了以白云岩为主的地层。上述沉积环境的演化与中奥陶世华北地壳升降运动引起的海进、海退事件密切相关[4]。

矿区整体为一平缓单斜构造，出露地层主要为中奥陶统马家沟组(O2m)的碳酸盐岩。水泥用灰岩矿体呈层状赋存于马家沟组五段(O2m5)地层中。矿区西邻的林州市有大面积的马家沟组灰岩分布，成矿地质条件良好，为寻找水泥用灰岩的有利地区。矿石的自然类型可分为致密块状矿石和花斑状矿石两种矿石类型，两者呈互层状、渐变关系，其中以致密块状矿石为最多。矿体平均品位满足Ⅰ级品质量要求，矿石质量较好，是优质的水泥原料。梨林头水泥用灰岩矿床成矿作用受控于古地理、古气候、大地构造环境和沉积环境、物质来源、海水温度、深度、溶解度及生物繁盛程度。矿床成因为海相生物沉积型石灰岩矿床。中奥陶统马家沟组第五岩性段为赋矿层位,地层标志明显，可作为直接找矿标志，泥灰岩地貌上为负地形可作为间接找矿标志。

结语

灰岩矿的成因是多样的，这些成因之间相互渗透和影响。化学成因和生物成因是形成灰岩矿的主要成因，两者分别具有各自独特的特征。灰岩矿的形成是一个漫长而复杂的过程，常常经历多种机制和过程的相互作用和影响。灰岩矿在水泥生产中具有不可替代的作用，在保障建筑行业发展和环保生产方面扮演着重要角色。随着发展科技的不断进步，灰岩矿的应用前景将更加广阔。

参考文献

[1]钱锦山，李子强.灰岩的成因及其研究方法[J].矿床地质，2002，21（3）：235-240.

[2]罗铭玖,黎世美,卢欣祥,等.河南省主要矿产的成矿作用及矿床成矿系列[M].北京:地质出版社,2000.

[3]马群,邱冬生.河南省优势非金属矿成矿及分布特征[J].中国非金属矿工业导刊,2012(6):43-46.

[4]吴汉志.河南省非金属矿床成矿规律初步研究[J].中国非金属矿工业导刊,2016(4):28-29,34.