سنگ آهک: منشا، انواع و معرفی کاربردها

سنگ آهک (به انگلیسی: Limestone) یکی از انواع سنگ‌های رسوبی کربناته است. سنگ آهک عمدتاً از کربنات کلسیم با فرمول “CaCO₃” تشکیل می شود . این سنگ به دلیل تنوع رنگ و بافت، در طبیعت به رنگ‌های سفید، کرم، خاکستری و حتی زرد وجود دارد و انواعی از آن به عنوان سنگ زینتی مورد استفاده قرار میگیرد.در این مقاله هرچه که در مورد سنگ آهک نیاز دارید را برایتان با بیانی روان توضیح داده ایم.

چرا سنگ آهک خیلی مهم است ؟ کاربردهای سنگ آهک در صنایع مختلف  گسترده و فراوان است. از استفاده در صنعت ساختمان‌سازی، به عنوان مصالحی مستحکم و مقاوم، گرفته تا تولید سیمان، که از ترکیب آن با رس ساخته میشود . همچنین در کشاورزی به عنوان ماده‌ای برای اصلاح خاک‌های اسیدی و در صنایع فولاد برای حذف ناخالصی‌ها به کار می‌رود.

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص این سنگ، آن را به یکی از منابع طبیعی پراهمیت برای صنعت ، اقتصاد و محیط ‌زیست تبدیل کرده است.

سنگ آهک چیست؟

سنگ آهک، یکی از فراوان‌ترین کانی‌های رسوبی کربناته، در بسیاری از صنایع و ساخت‌وسازها کاربرد دارد. این ماده معدنی از ترکیبات اصلی کلسیت و آراگونیت تشکیل شده است و حدود ۱۰ درصد از سنگ‌های رسوبی پوسته زمین را شامل می‌شود. سنگ‌های آهکی معمولاً از فسیل موجودات زنده نظیر مرجان‌ها ساخته شده‌اند و حاوی مواد معدنی دیگری مانند سیلیکا و خاک رس هستند که از طریق رودخانه‌ها به آن اضافه می‌شوند.

این سنگ به دلیل میل ترکیبی بالا با فلزاتی مانند آهن و منیزیم معمولاً خلوص کاملی ندارد. در طبیعت، سنگ آهک به شکل‌های مختلفی از جمله کریستال، گرانول، سنگ‌های کلوخه‌ای و در برخی موارد به صورت کانی‌هایی مانند تراورتن، دولومیت، کوارتز و باریت یافت می‌شود. تراورتن، یکی از انواع محبوب سنگ آهک، معمولاً در سفره‌های آب زیرزمینی تشکیل می‌شود و در ساخت‌وساز به دلیل زیبایی و دوام مورد توجه است.

سنگ آهک علاوه بر حضور گسترده در طبیعت، در صنایع مختلفی از جمله ساخت سیمان، آهک‌پزی، تولید شیشه و سرامیک به کار می‌رود. ویژگی‌های این سنگ مانند استحکام، فراوانی، و قابلیت پردازش آسان، آن را به یک انتخاب محبوب در صنعت تبدیل کرده است.

انواع سنگ آهک

سنگ آهک معمولاً بر اساس ترکیب معدنی، بافت، و فرآیند تشکیل طبقه‌بندی می‌شود. این ویژگی‌ها شامل میزان خلوص، میزان کربنات کلسیم، مواد فرعی، اندازه و شکل دانه‌ها، و روش‌های رسوب‌گذاری و تشکیل است. انواع مختلف سنگ آهک به دلیل شرایط متفاوت زمین‌شناسی و محیط‌های رسوب‌گذاری به وجود می‌آیند. در ادامه به برسی کامل انواع مختلف سنگ آهک می پردازیم :

• کلسیتی 
• دولومیتی 
• چاک 
• تراورتن 
• مرجانی 
• بایوکلاستیک 
• اُلیتیک 
• میکرایتی 
• کریستالی یا سنگ مرمر آهکی 
• فسیلی

ویژگی های انواع سنگ آهگ

1. کلسیتی (Calcitic Limestone)

این نوع عمدتاً از کلسیت (کربنات کلسیم) تشکیل شده و محتوای بسیار کمی از منیزیم دارد. آهک کلسیتی به دلیل خلوص بالا، در صنایع شیمیایی، ساخت سیمان و همچنین در تولید کاغذ و رنگ به کار می‌رود.

2. دولومیتی (Dolomitic Limestone)

این نوع حاوی مقداری دولومیت (کربنات کلسیم منیزیم) است که آن را به آهک دولومیتی تبدیل می‌کند. این نوع سنگ آهک حاوی درصد بالایی منیزیم است که آن را از سنگ آهک خالص کلسیتی متمایز می‌سازد. نوع دولومیتی سن گ آهک در صنایع ساختمانی، تولید فولاد و تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

3. چاک (Chalk Limestone)

چاک نوعی سنگ آهک نرم و سفید است که عمدتاً از بقایای میکروسکوپی جانداران دریایی مثل جلبک‌های آهکی و پوسته‌های جانداران میکروسکوپی تشکیل می شود. از این سنگ به عنوان عامل پوششی در رنگ‌ها، تولید کاغذ و ساخت گچ استفاده می‌شود.

4. صخره‌ای یا تراورتن (Travertine)

تراورتن نوعی سنگ آهک متخلخل است که در غارها و در محیط‌های گرمابی و چشمه‌های آب گرم تشکیل می‌شود. این سنگ دارای ساختار متخلخل و لایه‌لایه است و معمولاً در رنگ‌های سفید، کرم و قهوه‌ای وجود دارند. این سنگ در دکوراسیون داخلی و خارجی ساختمان‌ها، به ویژه به عنوان سنگ تزئینی و نما استفاده می‌شود.

5. مرجانی (Coral Limestone)

این نوع سنگ از بقایای موجودات دریایی، به خصوص مرجان‌ها و پوسته‌های دریایی تشکیل می‌شود. ساختار آن معمولاً به شکل بقایای اسکلت جانداران وجود دارند. از این سنگ به عنوان سنگ تزئینی و در طراحی‌های طبیعی و آکواریوم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

6. بایوکلاستیک (Bioclastic Limestone)

این سنگ آهک از بقایای جانداران تشکیل می‌شود، که به شکل قطعاتی از پوسته‌ها و اسکلت‌ها در ساختار سنگ وجود دارند. این نوع سنگ آهک اغلب در مناطق کم‌عمق و دریایی تشکیل می‌شود. از این سنگ بیشتر به عنوان مصالح ساختمانی و برای تولید سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

7. اُلیتیک (Oolitic Limestone)

سنگ آهک اُلیتیک از ذرات کروی و ریز به نام اولیت تشکیل میشود که به دلیل حرکت‌های جریان‌های دریایی در اطراف هسته‌های ریز رسوب کرده‌اند. این نوع سنگ معمولاً در ساخت و ساز و تولید بتن استفاده می‌شود.

8. میکرایتی (Micritic Limestone)

سنگ میکرایتی دارای بافت ریزدانه‌ای است و بیشتر از بلورهای ریز کلسیت تشکیل میشود. این نوع سنگ معمولاً در محیط‌های کم‌انرژی مانند باتلاق‌های دریایی رسوب می‌کند. به دلیل فشردگی و ساختار ریزدانه‌ای این سنگ، در صنایع ساختمانی و همچنین تولید سیمان به کار می‌رود.

9. کریستالی یا سنگ مرمر آهکی (Crystalline Limestone or Marble)

در واقع مرمر آهکی، سنگی است که بر اثر دگرگونی به وجود آمده و به دلیل فشار و دمای بالا، کریستالی‌تر و سخت‌تر از سنگ آهک اولیه می شود. این نوع سنگ در صنایع هنری و معماری، مخصوصاً در ساخت مجسمه‌ها و سنگ‌های نما استفاده می‌شود.

10. فسیلی (Fossiliferous Limestone)

این نوع سنگ آهک حاوی فسیل‌هایی از جانداران دریایی است که به وضوح قابل مشاهده هستند. این فسیل‌ها معمولاً به خوبی حفظ می شوند و ساختار سنگ را زیباتر می‌کنند. این نوع به عنوان سنگ تزئینی و گاهی برای مطالعات زمین‌شناسی و تاریخی استفاده می‌شود.

طبقه بندی انواع سنگ آهک

طبقه‌بندی فولک و دانهام دو روش مهم در دسته‌بندی سنگ‌های آهکی هستند. در ادامه به برسی این روش ها می پردازیم.

جهت مشاهده: آگهی‌های سنگ آهک کلیک کنید

طبقه‌بندی فولک (Folk):

در طبقه‌بندی فولک (Folk) سنگ‌های آهکی، این سنگ‌ها بر اساس نوع دانه‌ها و ماتریکس (ماده زمینه‌ای) که دانه‌ها را احاطه کرده، تقسیم‌بندی می‌شوند. این طبقه‌بندی از سه گروه اصلی تشکیل می‌شود: آگرنولیت‌ها (grainstones) که در آن‌ها دانه‌ها به حدی زیاد هستند که سنگ به سختی ماتریکس دارد. پک‌استون‌ها (packstones) که دانه‌ها در یک ماتریکس فشرده شده‌اند. و وَک‌استون‌ها (wackestones) که ماتریکس بیشتر از دانه‌ها است. این طبقه‌بندی به شناسایی نوع دانه‌ها و ویژگی‌های سنگ کمک می‌کند.

طبقه‌بندی دانهام (Dunham):

در طبقه‌بندی دانهام (Dunham)، سنگ‌های آهکی به ۶ دسته اصلی تقسیم می‌شوند که بر اساس ساختار و محتوای دانه‌ها و ماتریکس تعیین می‌شوند. این طبقه‌بندی شامل ماداستون‌ها (mudstones) که مقدار کمی دانه دارند. وَک‌استون‌ها (wackestones) که ماتریکس بیشتری دارند و دانه‌های کوچک را در بر می‌گیرند، و پک‌استون‌ها (packstones) که دانه‌ها در ماتریکس فشرده شده‌اند. در این سیستم، تأکید بیشتر بر روی توصیف ساختار و بافت سنگ است تا منشا دانه‌ها. هر دو سیستم به زمین‌شناسان کمک می‌کند تا سنگ‌های آهکی را بر اساس ویژگی‌های فیزیکی و ساختاری طبقه‌بندی کنند.

کاربردهای سنگ آهک

1. تولید سیمان و بتن: سنگ آهک ماده اصلی در تولید سیمان است. این ماده در کوره‌های سیمان‌پزی پخته شده و به همراه سایر مواد مانند رس و سیلیس تبدیل به کلینکر می‌شود که ماده اصلی در تولید سیمان است. سیمان سپس با ماسه و سنگدانه ترکیب شده و بتن را تشکیل می‌دهد.
2. ساخت سنگ نما و ساختمان‌سازی: این سنگ یکی از پرکاربردترین سنگ‌ها برای استفاده به‌عنوان سنگ نما در ساختمان‌ها است. این سنگ به دلیل رنگ‌های طبیعی زیبا، بافت متنوع و قابلیت برش و شکل‌دهی آسان، در نمای بیرونی ساختمان‌ها و دکوراسیون داخلی کاربرد گسترده‌ای دارد. ویژگی‌های مهم آن شامل مقاومت نسبی در برابر شرایط جوی، جذب رطوبت کنترل‌شده و قیمت مناسب است. برای استفاده به‌عنوان سنگ نما، انتخاب تراورتن با کیفیت و فرآوری مناسب جهت افزایش مقاومت و کاهش تخلخل ضروری است.
3. صنعت فولادسازی: در صنعت فولادسازی، این ماده معدنی به عنوان ماده گدازآور استفاده می‌شود تا به حذف ناخالصی‌ها از سنگ معدن آهن کمک کند. این ماده به ترکیبات نامطلوب موجود در سنگ آهن می‌پیوندد و باعث تشکیل سرباره می‌شود که می‌توان آن را از فلز جدا کرد.
4. تصفیه آب و کنترل pH: از این سنگ برای کاهش اسیدیته و کنترل pH آب در تصفیه‌خانه‌های آب استفاده می‌شود. این خاصیت به دلیل خاصیت قلیایی کربنات کلسیم است که باعث خنثی‌سازی اسیدها می‌شود.
5. اصلاح خاک‌های کشاورزی: سنگ آهک به عنوان یک ماده اصلاح‌کننده در کشاورزی برای افزایش pH خاک‌های اسیدی به کار می‌رود. این فرآیند باعث بهبود جذب مواد مغذی توسط گیاهان و رشد بهتر آن‌ها می‌شود.
6. تولید آهک زنده و هیدراته: با حرارت دادن سنگ ، آهک زنده تولید می‌شود که در صنایع مختلف مانند ساخت‌وساز و تولید مواد شیمیایی کاربرد دارد. با افزودن آب به آهک زنده، آهک هیدراته به دست می‌آید که در ساخت ملات و گچ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد سنگ آهک برای نما:

سنگ آهک به‌عنوان سنگ نما از مزایای متعددی برخوردار است. از جمله مزایای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• زیبایی ظاهری: رنگ‌های گرم و متنوع این سنگ، جلوه‌ای طبیعی و زیبا به نما می‌بخشند.
• سهولت در فرآوری: این سنگ به راحتی برش و صیقل داده می‌شود. این امر باعث می‌شود بتوان آن را به اشکال مختلف استفاده کرد.
• مقاومت در برابر شرایط جوی: اگر به‌درستی فرآوری و نصب شود، مقاومت مناسبی در برابر باران، باد و نور خورشید دارد.
• قیمت مناسب: در مقایسه با برخی دیگر از سنگ‌های طبیعی مانند سنگ مرمر و گرانیت معمولاً مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

با این حال، باید در انتخاب و فرآوری آن دقت کرد تا مشکلاتی مانند جذب بالای آب و آسیب‌پذیری در برابر آلودگی‌های محیطی کاهش یابد. آهک زنده میل شدیدی برای ترکیب شدن با فلزات دارد، از این‌رو با فلزات مصرف شده در ساختمان مانند لوله‌های آب و لوله‌های شوفاژ ترکیب شده و در آن‌ها خوردگی ایجاد کرده و موجب پوسیدگی می‌شود.

انواع سنگ آهک برای نمای ساختمان

1. تراورتن: یکی از محبوب‌ترین انواع این سنگ برای استفاده در نمای ساختمان است. تراورتن به دلیل تخلخل مناسب و زیبایی طبیعی، به‌خوبی صیقل می‌خورد و ظاهری جذاب به نما می‌بخشد. رنگ‌های متنوع آن مانند کرم، سفید، بژ و قهوه‌ای باعث شده تا در طراحی‌های مختلف معماری مورد استفاده قرار گیرد.
2. مرمریت (مرمر آهکی): این سنگ دارای بافتی متراکم‌تر و سطحی براق‌تر نسبت به تراورتن است. مرمریت برای نمای داخلی و خارجی ساختمان استفاده می‌شود و به دلیل رنگ‌های متنوع و قابلیت پرداخت بالا، جلوه‌ای لوکس به نما می‌دهد.
3. سنگ آهک فسیلی: این نوع از سنگ دارای بقایای فسیلی از موجودات دریایی است و زیبایی منحصربه‌فردی را به نما اضافه می‌کند. سنگ آهک فسیلی به دلیل طرح‌ها و نقش‌های طبیعی خود در برخی از نماهای خاص به کار می‌رود.
4. چینی (سنگ کریستال): در این نوع به دلیل دانه‌های کریستالی که دارد، ظاهری براق و مقاوم ایجاد می‌کند. سنگ آهک چینی معمولاً در رنگ‌های روشن مانند سفید و کرم وجود دارد و به دلیل مقاومت بالا در برابر عوامل جوی، در نمای ساختمان‌های بیرونی و داخلی کاربرد دارد.
5. دولومیت: هرچند بیشتر به عنوان یک سنگ رسوبی مجزا شناخته می‌شود، اما سنگ دولومیتی نیز دارای ترکیبی از کربنات کلسیم و منیزیم است و در برخی موارد برای نما استفاده می‌شود. این سنگ مقاوم‌تر از سنگ‌های آهکی معمولی است و قابلیت بهتری در تحمل شرایط آب و هوایی سخت دارد.

این انواع بسته به محل استخراج، کیفیت و ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی آن‌ها، ممکن است برای نماهای داخلی یا خارجی استفاده شوند و هرکدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.

تولید کاغذ از سنگ آهک

تولید کاغذ از سنگ ، یک فرآیند نوآورانه و دوستدار محیط زیست است که با استفاده از کربنات کلسیم موجود در سنگ و مقدار کمی پلیمر غیرسمی (معمولاً پلی‌اتیلن) انجام می‌شود. در این روش، کربنات کلسیم به ذرات ریز تبدیل و با پلیمر مخلوط می‌شود تا ماده‌ای خمیری شکل به دست آید که می‌تواند به ورق‌های کاغذی با ضخامت و وزن‌های مختلف تبدیل شود. این نوع کاغذ که به نام کاغذ سنگی یا کاغذ معدنی شناخته می‌شود، دارای مزایایی از جمله مقاومت بالا در برابر پارگی، ضدآب بودن و عدم نیاز به قطع درختان است. همچنین، تولید آن مصرف انرژی و آب بسیار کمتری نسبت به فرآیندهای سنتی دارد و ضایعات زیست‌محیطی کمتری ایجاد می‌کند. این ویژگی‌ها، کاغذ سنگی را به گزینه‌ای پایدارتر برای استفاده در صنعت چاپ و بسته‌بندی تبدیل کرده است.

منشا و تشکیل سنگ آهک

سنگ های رسوبی به طور گسترده پوشش دهنده سطح زمین هستند، و بخش اعظم آنها را مواد های کربناته تشکیل می دهند که اصلی ترین نوع آن، سنگ آهک است. این سنگ از دوران پرکامبرین تا کنون در توالی های رسوبی یافت می شود. با این حال، ترکیب سنگ های کربناته در طول زمان شناسی نابرابر بوده است. امروزه، تقریبا 95% از کربنات ها را کلسیت با منیزیم بالا و آراگونیت تشکیل می دهند. به مرور زمان، آراگونیت به کلسیت با منیزیم پایین تبدیل می شود زیرا این شکل پایدارتر کربنات کلسیم است.

تشکیل سنگ آهک فرآیندی است که در محیط‌های رسوبی و در شرایط خاصی از نظر شیمیایی و زیستی رخ می‌دهد. برای درک بهتر این فرآیند به برسی هر یک از این شرایط می پردازیم:

رسوب‌گذاری در محیط‌های دریایی:

این سنگ عمدتاً در محیط‌های دریایی کم‌عمق و گرم تشکیل می‌شود، جایی که فعالیت‌های زیستی و شیمیایی در تعامل با یکدیگر هستند. این مناطق معمولاً در نزدیکی سواحل یا روی سکوی قاره‌ای قرار دارند و به دلیل دمای بالا و آب کم‌عمق، شرایط مناسب برای رسوب‌گذاری کربنات کلسیم فراهم است.

فعالیت‌های بیولوژیکی:

در این مناطق، موجودات دریایی مانند مرجان‌ها، صدف‌ها و جلبک‌های آهکی با جذب کلسیم و کربنات از آب دریا، پوسته‌ها و ساختارهای سخت خود را می‌سازند. پس از مرگ این موجودات، بقایای آن‌ها در بستر دریا رسوب کرده و به مرور زمان انباشته می‌شوند. این مواد آلی و غیرآلی به تشکیل سنگ آهک بیوژنیک کمک می‌کنند.

رسوب‌گذاری شیمیایی:

در آب‌های گرم، کاهش سطح CO₂ محلول باعث افزایش غلظت کربنات کلسیم می‌شود. در نتیجه، کلسیت به صورت بلورهای ریز رسوب می‌کند. این فرآیند شیمیایی ممکن است در محیط‌های خاصی مانند مناطق گرمسیری با تبخیر بالا اتفاق بیفتد که باعث رسوب سریع‌تر کربنات کلسیم می‌شود.

فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی:

علاوه بر فعالیت‌های بیولوژیکی، این سنگ می‌تواند به طور غیرآلی نیز از طریق رسوب‌گذاری مستقیم کربنات کلسیم در شرایط خاص تشکیل شود. این فرآیند در محیط‌هایی که میزان CO₂ کاهش می‌یابد و شرایط برای رسوب‌گذاری فراهم است، رخ می‌دهد. نمونه‌هایی از این فرآیند را می‌توان در تشکیل رسوبات آهکی در چشمه‌های آب گرم یا مناطق خشک با تبخیر بالا مشاهده کرد.

دیاژنز

دیاژنز به مجموعه تغییرات فیزیکی، شیمیایی و زیستی گفته می‌شود. پس از رسوب‌گذاری اولیه روی رسوبات اعمال میشود و آن‌ها را به سنگ جامد تبدیل می‌کند. دیاژنز شامل چندین مرحله است :

• تراکم و فشردگی (Compaction): با افزایش فشار ناشی از رسوبات بالایی، دانه‌ها به هم نزدیک‌تر شده و منافذ بین دانه‌ها کاهش می‌یابد.
• سیمانی شدن (Cementation): فرآیندی که طی آن بلورهای کلسیت به‌صورت سیمان بین دانه‌ها رسوب کرده و فضای خالی را پر می‌کنند، که باعث سخت شدن سنگ می‌شود.
• تبلور مجدد (Recrystallization): این فرآیند در طی زمان باعث تغییر در ساختار بلورهای کلسیت می‌شود و بلورهای ریز به بلورهای بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند. این تغییرات معمولاً منجر به افزایش سختی و استحکام سنگ می‌شود.
• فرآیندهای انحلال و بازرسوب‌گذاری (Dissolution and Reprecipitation): این فرآیندها می‌توانند باعث ایجاد تغییراتی در بافت و ساختار سنگ شوند و ویژگی‌هایی مانند ایجاد حفرات و حفره‌های ثانویه را به وجود آورند.
• تأثیر آب‌های زیرزمینی: در شرایطی که سنگ آهک با آب‌های غنی از CO₂ برخورد می‌کند، کلسیت حل شده و بعداً در شرایط مناسب رسوب می‌کند. این امر می‌تواند منجر به ایجاد استالاگمیت‌ها و استالاکتیت‌ها در غارها شود.

سوالات متداول در مورد سنگ آهک

مطلب قبلی

سیلیس چیست؟

مطلب بعدی

خاک پرلیت، از پیدایش تا کاربرد‌ها