بررسی ارزیابی رفتار تنش – کرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خود کنترل

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیک خلاصه نمی شود جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شکست و خرابی کامل سنگ نیز امری ضروری است به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( که صرفاً قادر به بارگذاری سن

دسته بندی	زمین شناسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3285 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	44

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

چکیده.......................................... 1

رفتار شکننده و خمیری........................... 2

مفهوم اندرکنش ماشین – نمونه (مفهوم ماشین ، نرم و سخت) 5

عامل مؤثر در شکست کنترل شده سنگها در ماشین آزمایش 8

اصول و مبانی دستگاههای خود کنترل............... 16

خلاصه ای از مطالعات انجام شده و نتایج حاصل از آن توسط دستگاه خودکنترل 20

نتیجه گیری..................................... 28

خلاصه و پیشنهاد................................. 30

منابع 3

چکیده

مطالعه رفتار سنگ ها بر خلاف بعضی از مصالح مهندسی در محدوده الاستیک خلاصه نمی شود. جهت تعیین رفتار واقعی توده های سنگی، مطالعه رفتار سنگ ها در تمام مراحل بارگذاری حتی پس از نقطه مقاومت نهایی، شکست و خرابی کامل سنگ نیز امری ضروری است. به همین دلیل ارزیابی رفتار و مطالعه جامع سنگ ها در آزمایشگاه توسط دستگاههای عادی آزمایش ( که صرفاً قادر به بارگذاری سنگ تا مقاومت نهایی سنگ هستند) را نمی توان به طور کامل انجام داد و نیاز به دستگاه های پیچیده و پیشرفته و مجهز به امکانات الکترونیکی است. این نوع دستگاه ها در مکانیک سنگ تحت عنوان خود کنترل ( servo- control) مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله سعی شده است تا حدودی مکانیزم رفتاری سنگ ها در بارگذاری، کاربرد منحنی های کامل تنش- کرنش سنگ ها، انواع آزمایش هایی که توسط این نوع دستگاه ها در دنیا انجام شده است و در پایان اندرکنش ماشین- نمونه، تاثیر سختی ماشین و نمونه در بدست آوردن این نوع منحنی ها و به طور کلی اصول و کلیات دستگاه های خود کنترل به تفصیل پرداخته شود.

کلمات کلیدی: رفتار شکننده، رفتار خمید، خود کنترل، تنش. کرنش، سختی

1- رفتار شکننده و خمیری

سنگ ها در اثر بارگذاری و اعمال تنش دچار دو نوع شکست می گردند. یکی شکست شکننده است و دیگری رفتار خمیری می باشد

شکست شکننده وقتی اتفاق می افتد که توانایی سنگ در تحمل بار با افزایش تغییر شکل کاهش می یابد. شکست شکننده اغلب مرتبط با تغییر شکل دایمی کوچک یا بدون تغییر شکل دایمی قبل از شکست نهایی بوده و به شرایط آزمایش بستگی دارد که ممکن است به صورت ناگهانی و انفجار گونه رخ دهد. شکست ناگهانی و انفجار گونه سنگها در معادن عمیق و با سنگ های سخت رخ می دهد. در شکل (1) منحنی تنش- کرنش شکننده ارائه شده است.

شکل 1- منحنی تنش- کرنش شکننده در فشار ت محوری

ماده ای دارای رفتار خمیری می باشد که بتواند تغییر شکل دایمی را بدون از دست دادن توان خود در تحمل بار ادامه دهد. اکثر سنگ ها در فشارهای جانبی و درجه حرارت هایی که در کارهای عمرانی و معدنی با آنها مواجه می شویم، رفتاری شکننده دارند. میزان خمیری با افزایش فشار جانبی و افزایش درجه حرارت افزایش می یابد، ولی در سنگ ها هوازده، توده های سنگی شدیداً درزدار و بعضی از سنگ ها مثل سنگ های تبخیری نیز در شرایط معمول مهندسی پدیده خمیری اتفاق می افتد. در شکل (2) منحنی تنش- کرنش خمیری ارائه شده است.

شکل 2- منحنی تنش- کرنش برای رفتار خمیری در فشار

افزایش فشار جانبی، سنگ را به مرحله انتقال از شکنندگی به خمیری می رساند. این مرحله، حدی از فشار جانبی است که رفتار سنگ از نوع شکننده به خمیری کامل انتقال می یابد. بایرلی (3) فشار انتقال از شکنندگی به خمیری را حدی از فشار جانبی تعریف کرده است که در آن تنش مورد نیاز برای تشکیل صفحه شکست در نمونه سنگ برابر با تنشی است که موجب لغزش روی آن صفحه می شود.

همان طور که اشاره شد، شکست شکننده که در سنگها تحت شرایط آزمایشگاهی یا شرایط صحرایی رخ مید هد، اغلب به طور طبیعی ناگهانی. انفجار گونه و غیر کنترل شده است. در سایر موارد از قبیل پایه های معدنی، ممکن است سنگ بعد از ظرفیت باربری نهایی خود، در حالت کنترل شده بشکند و تغییر شکل دهد و در مقدار بار کمتری به تعادل برسد. در حالت اول، شکست انفجار گونه در تنش نهایی رخ می دهد، و بخش بعد از اوج منحنی تنش – کرنش ثبت نخواهد شد. در حالت دوم، شکست تدریجی سنگ قابل مشاهده بوده و بخش بعد از اوج منحنی تنش- کرنش ثبت خواهد شد.

اینکه کدام یک از این دو شکل عمومی رفتار رخ خواهد داد، بستگی به سختی نسبی نمونه بارگذاری شده و سیستم بارگذاری دارد ( اعم از اینکه این سیستم ماشین آزمایش در آزمایشگاه باشد یا توده سنگی که یک حجم درجا و در محل سنگ را در برگرفته و بار وارد می کند) در آزمایشگاه احتمال شکست کنترل نشده را می توان با به کارگیری دستگاه های آزمایش با سختی بالا یا با دستگاه های خود کنترل کاهش داد.

در عمل کاربرد این منحنی ها و مفهوم منحنی تنش- کرنش یا منحنی های نیرو- تغییر مکان سنگ های شکننده و توده های سنگی برای درک صحیح و تحلیل رفتاری سنگ هایی که شدیداً تحت تنش هستند( از قبیل پایه های معدنی و یا سازه های زیر زمینی) پر اهمیت و حیاتی است رسم این منحنی های تنش- کرنش بهترین توصیف را از نحوه تغییر شکل سنگ ها در سطوح مختلف تنش ارائه می دهند پاره ای از کاربردهای منحنی های تنش – کرنش به شرح زیر است.

1- طراحی پیلار های معدنی در روش معدنی کاری اتاق و پایه،

2- پیش بینی رفتار سنگ در دراز مدت،

3- پیش بینی رفتار سازه تحت بارهای تناوبی،

4- تعیین رفتار توده های سنگی،

5- پیش بینی عکس العمل توده سنگ حین حفاری های زیر زمینی

2- مفهوم اندر کنش ماشین- نمونه ( مفهوم ماشین نرم و سخت)

وقتی ماده ای شکننده مثل سنگ در ماشین بارگذاری معمولی تحت نیروی فشار قارارمی گیرد، با افزایش بار مقداری انرژی کرنشی الاستیک در بدنه ماشین ذخیره می شود. در چنین ماشین هایی که تحت عنوان ماشین نرم شناخته می شوند. پس از رسیدن نمونه به مقاومت نهایی و گسیختگی، انرژی کرنش الاستیکی ذخیره شده در ماشین به صورت ناگهانی، آزاد شده و صفحانت بارگذاری ماشین به سرعت به سمت یکدیگر حرکت می کنند. این حرکت ناگهانی باعث خرد شدگی شدید نمونه و در نتیجه موجب شکست انفجاری آن می گردد.

همان طور که در شکل (3) ملاحظه می شود اعمال نیروی P در یک ماشین فشاری باعث تغییر شکل در نمونه و در ماشین می گردد. بنابراین انرژی الاستیک ذخیره شده در ماشین( طبقه رابطه (1) به دست می آید.

(1)

با این تعریف که شیب منحنی نیرو – تغییر مکان محوری نشانگر صلیب ماشین می باشد، مطابق شکل (4) خواهیم داشت.

(2)

و در نتیجه رابطه (3) به دست می آید

(3)

رابطه اخیر نشان میدهد که هر چه صلیب ماشین بیشتر باشد، انرژی الاستیک ذخیره شده در آن کم تر خواهد بود. بدین ترتیب اثر تخریبی ماشین آزمایش روی نمونه کاهش می یابد. به عبارت دیگر برای اجتناب از شکستن انفجاری نمونه ها، لازم است که صلبیت ماشین به مراتب بیشتر ازصلبیت نمونه پس از گسیختگی باشد که این خاصیت در ماشین های آزمایش نرم وجود ندارد.

شکل 3- تغییر شکل های به وجود آمده در نمونه و ماشین آزمایش بر اثر اعمال بار P(2)

شکل 4- مقایسه منحنی تغییر شکل نمونه و ماشین آزمایش (9)

شکل (5- الف) منحنی نیرو- تغییر شکل به دست آمده از ماشین نرم و شکل ( 5-ب) نمودار مربوط به ماشین سخت را نشان می دهد.

شکل5- منحنی نیرو- تغییر مکان پس ازگسیختگی برای الف- ماشین‌نرم ب- ماشین سخت(2)

فرض کنید بارگذاری به نقطه A یعنی مقاومت نهایی رسیده و ادامه منحنی در مرحله نرم کرنشی باشد. بنابراین برای به دست آوردن ادامه منحنی، نمونه باید فشرده شود. برای ایجاد این فشردگی لازم است که بار از P_A به P_B کاهش یابد. در این صورت نمونه باید مقداری انرژی به اندازه که برابر با مساحت بخش ABED می باشد را جذب نماید. بدیهی است که به ازای تغییر شکل مقداری بار برداری در ماشین اتفاق می افتد. این باربرداری، منحنی مربوط به ماشین نرم را به نقطه F و منحنی ماشین سخت را به نقطه G می رساند. انرژی آزاد شده توسط ماشین نرم در اثر این باربرداری بابر با مساحت بخش AFED می باشد که بیشتر از انرژی قابل جذب توسط نمونه است. یعنی خواهیم داشت

(4)

در نتیجه دچار شکست انفجاری شده و امکان ترسیم منحنی تنش- کرنش بعد از نقطه اوج وجود ندارد.

چنانچه ماشین سخت باشد همانند شکل 05-ب) مقدار انرژی آزاد شده در اثر باربرداری باربر با مساحت AGED است که کمتر از انرژی جذب شده توسط نمونه می باشد. یعنی به صورت رابطه (5)

(5)

بنابراین انرژی آزاد شده ماشین به راحتی توسط نمونه جذب می گردد. بدین ترتیب می‌توان تغییر شکل نمونه را بعد از نقطه اوج نیز اندازه گیری نمود. البته باید توجه داشت در سنگ های خیلی شکننده که عموماً ریزدانه، همگن و ایزوتروپ هستند، منحنی بعد از گسیختگی بسیار تند و پر شیب می باشد، به طوری که حتی با سخت ترین ماشین های آزمایش هم نمی توان این منحنی را به دست آورد. در مورد چنین سنگ هایی منحنی بعد از نقطه اوج را می توان توسط ماشین آزمایش خود کنترل تعیین نمود.

3- عوامل موثر در شکست کنترل شده سنگ ها در ماشین آزمایش

شکست نمونه سنگ بارگذاری شده در ماشین آزمایش بستگی به دو عامل اساسی و مهم زیر دارد.

1- سختی ماشین آزمایش

2- سختی نمونه آزمایش

ارتباط بین این دو فاکتور اساسی در الگوریتم شکل (6) ارایه شده است.

الف- سختی ماشین آزمایش

اساساً ماشین آزمایش از یک قاب بارگذاری ثابت و یک تیر عرضی قابل تنظیم و یک مکانیزم بارگذاری هیدرولیکی تشکیل شده است. بنابراین در ماشین آزمایش، سختی ماشین آزمایش بستگی به اجزای مختلف ماشین و تمامی جدا کننده های آن دارد. ترکیب سختی N عضو ماشین که همگی در معرض نیروهای مشابه قرار گرفته به صورت رابطه (6) می باشد. (9)

بررسی ارزیابی رفتار تنش کرنش سنگها با استفاده از دستگاه آزمایش خود کنترلرفتار شکنندهرفتار خمیدخود کنترل

بررسی شناخت دولومیت

با توجه به اهمیت کانسارهای غیر فلزی در این پروژه به یکی از کانسارهای غیر فلزی مهم یعنی دولومیت که مصارف عمده‌ای در صنعت دارد پرداخته شده است

دسته بندی	زمین شناسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	136 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	99

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

عنوان صفحه

مقدمه.................................. 1

فصل اول: شناخت دولومیت................. 2

فصل دوم: بررسی دولومیت................. 6

فصل سوم: تاریخچه دولومیت............... 15

فصل چهارم: بررسی و مقایسه معادن دولومیت ایران (با استفاده از اطلاعات اداره آمار

ایران)................................. 36

فصل پنجم: دولومیت در دیگر قاره ها...... 52

فصل ششم: مراحل استخراج دولومیت......... 56

فصل هفتم: درباره معدن و کارخانه کانه آرایی دولومیت شهرضا....................................... 63

مقدمه

با توجه به اهمیت کانسارهای غیر فلزی در این پروژه به یکی از کانسارهای غیر فلزی مهم یعنی دولومیت که مصارف عمده‌ای در صنعت دارد پرداخته شده است.

دولومیت با فرمول شیمیایی Camg(Co₃)₂ شناخته می شود.

در این پروژه اطلاعاتی راجع به شناخت دولومیت، کانی شناسی، موارد کاربرد، ذخایر، بررسی آماری معادن دولومیت (شامل 10 معدن) و همچنین بررسی کلی دولومیت آورده شده است. سپس به بررسی ذخایر دولومیت در جهان پرداخته و اطلاعاتی در مورد معادن دولومیت ایالات متحده آورده شده است، همچنین توضیحاتی در مورد مراحل اکتشاف و استخراج دولومیت آورده شده است.

استخراج دولومیت در دنیا گاهی بسیار پیچیده و با روشهای زیر زمینی صورت می‌گیرد. در صورتی که استخراج دولومیت در ایران اغلب بسیار ساده بوده و کلاً به صورت روباز استخراج می شود.

در پایان به بررسی یکی از معادن دولومیت ایران بنام معدن دولومیت شهرضا پرداخته و سعی شده است توضیحاتی درباره منطقه معدن، ذخیره، طرز کار، مراحل و چگونگی استخراج دولومیت در این معدن در اختیار خوانندگان قرار داده شود.

فصل اول

شناخت دولومیت

در کتابهای علمی هر جا که صحبت از سنگ آهک می شود دولومیت نیز در کنار آن می باشد که این دو ارتباط تنگاتنگی با یکدیگر دارند. بطور کلی واژه سنگ آهک فقط در مورد آن دسته از سنگهایی به کار می رود که ذرات کربناته آن نسبت به اجزای تشکیل دهنده غیر کربناته بیشتر باشد (ذرات کربناته آنها بیشتر از کلسیت یا آراگونیت تشکیل شده است) در صورتی که واژه دولومیت در مورد سنگهایی به کار می رود که عمدتاً از کانی دولومیت تشکیل شده اند. هر چند که دولومیت خود یک سنگ حاوی آهک است. علاوه بر این سنگهای دیگری نیز وجود دارد که حاوی هر دو کانی کلسیت و دولومیت می باشند سنگهای آهکی و دولومیت ها با هر سنی حتی در اوایل پرکامبرین (آرکئن) مشاهده می شوند. هرچند که فراوانی آنها در رسوبات قدیمی تر نسبت به سنگهای جوانتر به مراتب کمتر است.

سنگهای آهکی و دولومیت های با ضخامت و گسترش زیاد در پرکامبرین پسین (پروتروزوئیک) نسبتاً فراوان بوده و در رسوبات اوایل دوران اول به ویژه در آمریکای شمالی، نیز بسیار فراوان است. به طور کلی رسوبات کربناته اولیه بیشتر به صورت دولومیتی هستند و نسبت Ca به Mg با کاهش سن رسوبات در امریکای شمالی به طور فزاینده ای افزایش می یابد.

سنگهای آهکی و دولومیت های مربوط به مناطق پایدار کریتونیکی نازک (Cratonuc) و بسیار گسترده بوده و تقریباً تمام پهنه کریتونیکی آمریکای شمالی را در دوره اردویسین می پوشانده اند. ضخامت این سنگها در حاشیه مایوژئوسنکلینال بسیار قابل توجه است و در بعضی موارد ضخامت توالیهای رسوبی به بیش از 15000 فوت (5000متر) می رسد. این سنگها معمولاً در گودیهای ایوژئوسنکلینال وجود ندارند. اما گاهی اوقات به صورت سنگهای آهکی نازک توربیدیتی یا آلوداپبک دیده می شوند. دولومیت در بعضی از سنگهای آهکی همراه با کلسیت یافت می شود. معمولاً تشخیص این دو کانی از یکدیگر مشکل است. اختلاف های مهم این دو کانی در جدول A خلاصه شده است. معمولاً سنگ شناسان از شکل رومبوهدرال برای تشخیص دولومیت استفاده می کنند ولی این خود نیز مصون از خطا نمی باشد.

نمودار 1-1: طبقه بندی ژنتیکی سنگهای آهکی

جدول A

مشخصات	کلسیت	دولومیت
شکل کریستالی	بی شکل، به ندرت رومبوهدرال	رومبوهدرال، ممکن است زونه باشد
ضریب شکست	E 487/1، O 658/1	E 501/1، O 680/1
سطح کلیواژ	566/1	588/1
بیرفرنژانس	172/0	179/0
وزن مخصوص	71/2	87/2
قابلیت حل در اسید	به سرعت در اسید سرد و رقیق حل می‌شود	به کندی در اسید سرد و رقیق حل می‌شود
رنگ آمیزی	به سهولت توسط کرومات نقره رنگ می‌گیرد	تویط کرومات نقره رنگ نمی‌گیرد
هوازدگی	در اثر هوازدگی به رنگ زرد نخودی یا صورتی دیده می شود	به دلیل داشتن درصد بسیار ناچیزی FeCo3 در اثر هوازدگی به رنگ زرد نخودی یا صورتی دیده می شود

فصل دوم

بررسی دولومیت

سیستم تبلور: دولومیت در سیستم رمبوئدریک متبلور می شود. در طبیعت به صورت متبلور و متراکم یافت می شود. سطح بلورهای آن معمولاً کمی انحناء دارد و در آنها سطوح (0001) و (1011) دیده می شود. سطح ماکل در آنها موازی سطح (0221) است و باعث می شود که اثر خطوطی مطابق شکل در آن رویت شود. رخ آن موازی سطح (1011) و غالباً دارای انحناء است.

2-1- بررسی خواص فیزیکی

سختی 4-5/3 و وزن مخصوص آن 3-83/2 می باشد و مقدار آن با افزایش آهن اضافه می شود. دارای رنگ سفید گلی و خاکستری به ندرت بی رنگ است. جلای آن صدفی تا شیشه ای است.

2-2- خواص نورانی

یک محور منفی 503/1=n و 682/1=n بنابراین بیرفرنژانس آن فوق العاده است. 179/0=n-n زیر میکروسکوپ به شکل لوزیهایی با خاموشی متقارن و رنگ انترفرانس بالا دیده می شود. برجستگی آن مانند کلسیت بر حسب جهت تغییر می کند. اختلاف آن با کلسیت در نداشتن اثر خطوط موازی با قطر لوزی است.

2-3- آزمایش فوتک

غیرقابل ذوب بوده و رنگ شعله را نارنجی می کند. انواع آهن دار آن که آنکریت (Ankerite) نامیده می شود در لوله بسته تیره رنگ شده و در مجاورت هوا قهوه ای رنگ می شوند و در شعله احیاء کننده (روی ذغال) خاصیت مغناطیسی پیدا می کنند. اسید کلریدریک سرد بر آن به ندرت ممکن است اثر داشته باشد، اگر بر محلول اسیدی آن چند قطره اسید سولفوریک رقیق بریزیم رسوب سفید (متبلور) بدست می‌آید.

2-4- طریقه تشخیص

جلای صدفی و وضع خاص بلورهای آن وسیله مناسبی برای تشخیص این کانی است. دیالوژیت معمولاً از انواع قرمز رنگ دولومیت سنگین تر است.

2-5- موارد استعمال

سنگهای آهکی دولومیتی نظیر سنگ آهک، معمولاً برای کارهای ساختمانی و بعضی از اقسام آن نیز به عنوان سنگهای زینتی مورد استعمال قرار می گیرد.

2-6- محل پیدایش

در حفره های سنگهای آهکی و نیز سنگ آهک دولومیتی و سنگهای آهکی منیزیم‌دار وجود دارد. این نوع سنگ آهک ها معمولاً از سنگ آهک معمولی که در آن به جای قسمتی از کربنات کلسیم، کربنات منیزیم جانشین شده است، تولید شده اند.

دولومیت به صورت رگه همراه با کلسیت نیز مشاهده می شود، همچنین قسمتهای متبلور سنگهای آهکی دولومیتی را این کانی تشکیل داده است. این بلورها مخلوطی از دولومیت و کلسیت می باشند.

2-7- نامگذاری

نام این کانی به افتخار کانی شناس فرانسوی دولومیو انتخاب شده است.

2-8- سنگهای آهکی دولومیتی یا سنگهای آهکی

سنگهای آهکی و دولومیتی معمولاً دارای بیش از 50% کربنات است که اگر این کربنات، کلسیت یا آراگونیت باشد آن را سنگ آهکی و اگر این کربنات دولومیت باشد آن را سنگ دولومیتی می نامیم. تقسیم بندی کلی سنگهای آهکی در شکل صفحه 11 خلاصه شده است.

ماسه سنگهای فسیل دار که در آنها مجموع مقدار کربنات کلسیم به صورت سیمان و قطعات فسیل از 50% تجاوز می کند جزء سنگهای آهکی طبقه بندی نمی شوند بلکه آنها را جزء سنگهای آواری منظور می کنند. سنگهای آهکی و دولومیتی را می توان برحسب بافت و یا شرایط رسوبشان تقسیم بندی کرد. مثلاً پتی جان سنگهای آهکی را به دو دسته برجا و نابرجا تقسیم بندی کرده است.

دولومیت ها اکثراً در اثر جانشین شدن منیزیم به جای کلسیم در ملکول کلسیت تشکیل می شود ولی بعضی از رسوبات دولومیتی همراه با رسوبات تبخیری دیده شده است که به نظر می رسد به همین صورت رسوب کرده اند. ذیلاً انواع مهم سنگهای کربناته را به صورتی که در نمونه های دستی و در روی زمین نام گذاری می شوند، شرح می دهیم:

جدول 1-1-2: نمایش انواع سنگهای آهکی، دولومیتی و سیلیسی

2-9- دولومیت با خلوص بالا

به یک سنگ آهک دولومیتی با ارزش از نظر تجارتی اطلاق می شود که مجموع کربناتهای آن بالاتر از 97% بوده ولی کانی کلسیت آن فقط 3 تا 4 درصد می باشد. اکثر دولومیت ها نتیجه تبلور مجدد سنگ‌ آهک بوده و احتمالاً صفات بعدی مانند لایه‌بندی قطعات چرت در آن حاصل و عده ای از صفحات فرعی مانند اجزاء صدفی فسیلها، اوولیت ها و غیره در آن ممکن است از بین بروند در نتیجه دولومیت معمولاً یکنواختی بیشتری از آهک ها را از نظر سنگ شناسی نشان می دهند و روی هم رفته دولومیت ها از دانه بندی یکنواخت تر و بلورهای درشت تری برخوردارند. عده ای از دولومیت های توام با لایه های یک در میان رسوبات تبخیری تصور می‌شوند که نتیجه مستقیم رسوب شیمیایی می باشند. این دولومیت ها معمولاً رنگ روشن تر، متراکم تر و کلاً لایه بندی شده و از نظر سنگ شناسی یکنواخت می باشند.

سنگ آهک متبلور (Crystaline Limestone) منایب برای صیقل دادن به عنوان سنگ نما و بنای ساختمانها در تجارت اصولاً مرمر نامیده می شود. (در ایران این سنگ به سنگ چینی معروف است) ولی بیشتر از کلمه Orthomarble برای سنگ آهک متبلور نیز استفاده می شود تا از مرمر واقعی با منشاء متامورفیکی متمایز گردد.

2-10- موارد استفاده

دولومیت و سنگ آهک در موارد زیر به طور مشترک مصرف می گردند:

1- به عنوان سنگ خرد شده (Crushed Stone) برای اجزاء سیمان، سنگ زیرسازی جاده و راه آهن، تونل های تخلیه فاضلاب و به صورت ریزتری در مرغداری ها سفید کاری شن و قلوه خرد شده و به صورت گرد در معادن ذغال و غیره.

2- به عنوان کمک ذوب در ذوب و تصفیه آهن و سایر فلزات در کارخانه های فلوتاسیون.

3- به عنوان Soil Conditioner در خاک های کشاورزی جهت خنثی کردن اسیدیته خاک و بهبود رشد گیاهان، در این صورت آن را آهک کشاورزی یا اصطلاحاً آگلایم (Aglime) می نامند و در حقیقت این ماده آهک نبوده بلکه گرد سنگ آهک می باشد.

4- به عنوان منبع تهیه آهک و یک باز شیمیایی با انواع مصارف مهم صنعتی.

5- به عنوان یک ماده شیمیایی خام در ساختن شیشه، خنثی کردن اسیدها و غیره.

6- به عنوان سنگ ساختمانی.

سنگ آهک نه دولومیت به عنوان یک ماده خام اساسی در ساختن سیمان پرتلند و دولومیت نه سنگ آهک به عنوان یک ماده دیر گداز (Refractory) و به عنوان یک ماده مخلوط با آزبست در تهیه عایقهای حرارتی مصرف می شوند.

2-11- خصوصیات فیزیکی

برای مصرف شدن به صورت قطعات و یا موارد فیزیکی دیگر سنگ آهک یا دولومیت باید یکنواخت، غیر متخلخل، بدون چرت و مواد ارگانیکی و پیرت باشد. سنگ آهک تازه نه تنها می‌تواند قطعات سالم و محکمی را تشکیل دهد بلکه در مقایسه با سایر سنگهای معمولی مورد مصرف در مقابل عوامل فرساینده نیز مقاومت بیشتری نشان می دهد.

این خصوصیات به علاوه دسترسی آسان و مقدار فراوان سنگ آهک روشن می سازد که چرا مصرف آن به تنهایی 5/2 برابر مجموع سنگهای مصرف شده بازالتی، گرانیتی و ماسه سنگ می‌باشد.

علاوه بر دارا بودن کلیه صفات لازم برای یک سنگ ساختمانی خوب مانند رنگ یکنواخت به خاطر تاثیر آن در انتخاب انواع مصارف، بافت یکنواخت از نظر دانه بندی و غیره سنگ آهک یا دولومیت باید فاقد سولفایت آهن (به خاطر احتمال اکسیداسیون و ایجاد زنگ زدگی) و کوارتز و چرت (به خاطر سخت کردن کار با سنگ) بوده و تخلخل آن از نظر ارزش تجارتی نباید بیشتر از 10% باشد.

2-12- مصرف دولومیت به عنوان سنگ کمک ذوب (Flux Stone)

مصرف دولومیت به عنوان سنگ کمک ذوب به دلایل زیر کمتر از آهک بوده و چه از نظر اقتصادی و چه مفید بودن آنها مصرف آهک بر دولومیت ترجیح داده می شود:

1- در صورت مصرف دولومیت درجه حرارت بیشتری در کوره لازم خواهد گردید.

2- دولومیت از نظر کمک به جریان ذوب و تصفیه ناخالصی ها به خاطر وجود مواد غیر از کلسیم راندمان کمتری دارد.

3- منیزیم داخل دولومیت سبب کاهش روانیت سرباره های تولید شده می گردد.

به هر حال هر کوره ای که بنا می شود برای مصرف یکی از دو سنگ دولومیتی یا آهکی باید در نظر گرفته شود و نمی توان به طور متغیر یا یک در میان از آنها استفاده نمود. مصرف سنگ آهک در صنایع ذوب بسیار زیاد است به طوری که برای ذوب یک تن آین Pig Lrone حدود 900 پوند سنگ آهک مورد لزوم خواهد بود.

2-13- خصوصیات اختصاصی دولومیت

علاوه بر مصارف با ارزش مشترک با سنگ آهک، دولومیت با داشتن خصوصیاتی منحصر به خود مصارف مخصوصی نیز دارد. دولومیت یا سنگ آهک دولومیتی را در کوره های مخصوصی در 1500 درجه حرارت می سوزانند، این عمل سبب حذف چند درصد دی اکسید کربن (Co₂) می شود که ممکن است در آهک معمولی باقی بماند و محصول حاصل که کمی سیلیسی است به نام Dead-Burned Dobmit نامیده می‌شود (این اصطلاح در یک اسم بی مسمی است زیرا مواد حاصل مخلوطی از کلسیم و منیزیم به صورت Mg، Cao می باشد).

این ماده به هر حال به عنوان یک ماده دیرگداز (نسوز) برای پوشش داخلی کوره های متالوژی قابل مصرف می‌باشد.

خاصیت دیرگدازی دولومیت با محصول دیگری نیز مشخص می شود که به نام کربنات صنعتی Technical-Carbonate یا کربنات منیزیم بازی معروف است، که فرمول شیمیایی آن متغیر ولی حدوداً با فرمول مشخص می شود.

این ماده به رنگ سفید و دانه ای می باشد که در صورت مخلوط با 15% فیبر آزبست محصولی تولید می‌کند که به نام منیزیم 85% نامیده می شود و به عنوان عایق حرارتی به صورت قالبهایی تهیه و مصرف می گردد.

فصل سوم

تاریخچه دولومیت

همانگونه که توسط ون تویل (Van Tuyle 1916) بیان شده است، دولومیت و مساله پیدایش آن افکار زمین شناسان را برای مدت زیادی به خود مشغول کرده بود و تئوریهای بسیاری در مورد تشکیل آن مطرح شده است. مقالات تکنیکی درباره دولومیتها بسیار زیاد است. در این جا ابتدا خود سنگ و در بخش بعدی مسائل مربوط به چگونگی تشکیل آن را مورد بحث و بررسی قرار خواهیم داد. دولومیت برای اولین بار توسط تیرول (Tyrol) توصیف شد.

اسم خاص دولومیت (به زبان فرانسه دولومی) در سال 1792 توسط سوسور به افتخار یکی از اولین محققان زمین شناسی، یعنی دولی‌مو (Dolimeu) در مورد این سنگها به کار برده شده است. پس از آن نشان داده شده است که دولومیت از نظر زمانی و مکانی گسترش زیادی داشته و یکی از مهمترین سنگهای پوسته جامد زمین است برای مثال دولومیت 2/10% و سنگ آهک 6/17% پوشش رسوبی پلات رم روسیه را تشکیل می دهد.

3-1- تاریخچه نامگذاری

دولومیت ها به انواعی از سنگهای آهکی اطلاق می شود که حاوی بیش از 50% کربنات بوده و بیش از نیمی از آن دولومیت تشکیل شده است به دلیل این که واژه دولومیت به عنوان نام کانی نیز مورد استفاده قرار می گیرد پیشنهاد شده است که از این واژه برای نام سنگ استفاده نکرد و به جای آن از واژه دولوستون استفاده شود. علی رغم اشتباهاتی که ممکن است استفاده از این واژه برای سنگ و کانی پیش آورد این واژه همیشه به کار برده شده و احتمالاً استفاده از آن برای هر دو گروه ادامه خواهد یافت.

سنگهایی که از نظر ترکیب حد واسط بین آهک و دولومیت هستند به اشکال مختلفی نامگذاری شده اند. به طور کلی، سنگهایی که در آنها مقدار کلسیت بیشتر از دولومیت است سنگ آهک دولومیتی و سنگهایی که در آنها دولومیت بیشتر از کلسیت است. دولومیت های آهکی، دولومیت های کلسیتی، دولومیت های کلسیم دار یا کالک دولومیت نامیده می شوند.

حد دقیق تقسیم بندی بین این سنگهای مخلوط و نیز ممبرهای انتهایی هموژن تر آنها مورد توافق قرار نگرفته است. فراوانی کلسیت نسبت به دولومیت و یا بالعکس به عنوان مبنای تقسیم بندی بین آهک و دولومیت در نظر گرفته شده است. در صورتی که سنگ آهک (ممبر انتهایی) حاوی مقادیر ناچیزی منیزیم باشد، آن را سنگ آهک غنی از کلسیم می نامند. اگر چنانچه سنگ آهک مزبور حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای منیزیم باشد، آن را سنگ آهک منیزیم دار می‌نامند و اگر مقادیر قابل توجهی دولومیت در سنگ آهک باشد، آن را یک سنگ آهک دولومیتی می نامند. اگر مقادیر منیزیم ناچیز باشد این عنصر به صورت MgCo₃ و به حالت انحلال جامد در کلسیت وجود داشته و در نتیجه کانی دولومیت تشکیل نمی گردد، لیکن کلسیت به طور معمول می‌تواند فقط حاوی 1 یا 2 درصد MgCo₃ به حالت انحلال جامد باشد. کربنات منیزیم تنها در بعضی مواد اسکلتی حاضر به مقدار بیشتری یافت می شود از این رو در سنگهای قدیمی، یک سنگ آهک منیزیم دار حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای دولومیت است.

سنگهایی که از اختلاط کلسیت و دولومیت حاصل شده اند در حقیقت نسبت به ممبرهای انتهایی که بیشتر از کلسیت یا دولومیت تشکیل شده اند از گسترش کمتری برخوردارند. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است سنگهای کربناته ای که حاوی بیش از 10% ولی کمتر از 90% دولومیت (کمتر از 90% ولی بیش از 10% کلسیت) باشند نسبتاً نادر هستند. این واقعیت در اوایل توسط استایدمن بیان شد و توسط گلدیش (Goldich)، پارمالی (Parmalee) چیو و دیگران مورد تائید قرار گرفت.

در صورتی که مرز بین دولومیت ممبر انتهایی و سنگ مختلط کلسیتی- دولومیتی در 90% دولومیت قرار گیرد و مرز بین سنگ آهک و سنگهای مختلط در 10% دولومیت واقع شود، تمام سنگهای کربناته ای که در این محدوده قرار می گیرند یا از نوع سنگهای آهکی یا از نوع دولومیتی هستند. نامگذاری پیشنهادی در جدول صفحه 20 خلاصه شده است. مارتینت و سوگی یک طبقه بندی بسیار دقیقی را براساس ترکیب کانی شناسی، که از تجزیه شیمیایی محاسبه شده است ارائه کرده اند. همچنین برای طبقه بندی های ترکیبی مختلف به چیلینگر هم مراجعه کرده اند.

محاسبه درصد کلسیت و دولومیت در سنگهای کربناته آمریکای شمالی براساس 1148
تجزیه شیمیایی

فراوانی نسبی سنگهای آهکی و دولومیت ها

تعداد نمونه ها	درصد دولومیت
48	25-0
8	50-10
5	90-50
97	100-90
158	مجموع

جدول 1-1-3- نامگذاری کربناتهای کلسیتی و دولومیتی رسوبی

نوع	درصد دولومیت	درصد تقریبی معادل MgO	درصد تقریبی معادل MgCo3
سنگ آهک حاوی‌کلسیم زیاد منیزیم‌دار*	10-0	0-1/1 1/1-1/2	0-3/2 3/2-4/4
سنگ آهک دولومیتی	50-10	8/10-1/2	7/22-4/4
دولومیت کلسیتی	90-50	5/19-8/10	41-7/22
دولومیت	100-90	6/21-5/19	4/45-41

* دولومیت در سنگ آهک حاوی کلسیم زیاد وجود ندارد کربنات منیزیم به حالت انحلال جامد در کلسیت وجود دارد.

3-2- ترکیب

دولومیت ها از نظر ترکیب شیمیایی به سنگهای آهکی شباهت دارند، جز اینکه MgO از اجزای تشکیل دهنده اصلی و مهم آنها به شمار می رود (جدول صفحه قبل). مقدار منیزیم کربناتهای رسوبی ظاهراً یک روند تدریجی را نشان می دهد. کربناتهای قدیمی تر دارای اکسید منیزیم بیشتری نسبت به کربناتهای دوران های اخیر زمین شناسی می باشند، یعنی دولومیت ها در سنگهای ادوار قدیمی تر زمین شناسی فراوانتر هستند.

بعضی از دولومیت ها با رسوبات تبخیری همراه بوده و حاوی انیدریت یا ژیبس هستند. اقسام چرت دار به طور قابل ملاحظه ای سیلیسی هستند همانطوری که دولومیت های ماسه ای چنین هستند. کربنات آهن دو ظرفیتی به صورت انحلال جامد در دولومیت اما نه در کلسیت یافت می شود. دولومیت های سرشار از آهن به دولومیت های آهن دار موسوم هستند. حتی مقادیر ناچیزی آهن در اثر هوازدگی منجر به رنگ زرد نخودی می شود، این یک صفت مشخصه ای است که بر اثر اکسیداسیون آهن در دولومیت حاصل می شود و برای تشخیص بین سنگ آهک و دولومیت در صحرا به کار می رود.

3-3- بافت و ساخت

بعضی ازمحققین معتقدند که دولومیت ها را می توان از نظر اندازه بلورهای تشکیل دهنده آنها (به نحوی که مرز آنها در حدود 10 تا 20 میکرون قرار گیرد) به دو طبقه مجزا تقسیم کرد که عبارتند از:

1- دولومیکرایت بلورین بسیار دانه ریز که به طور مشخص به صورت لایه های نازک و معمولاً لامینه ای (حاوی ریپل مارکها، ترکهای کلی و اشکال فرسایشی که فاقد اثراتی از فسیلها، االیتها و نظایر آنها هستند.) یافت می شود.

2- دولومیت بلورین دانه درشت تر یا دولومیت دانه شکری که شواهد فراوانی از جانشینی در آن دیده می شود. عقیده بر این است که نوع نخست «اولیه» بوده (Primary) و نوع دوم بر اثر جانشینی اپی ژنتیکی یا دیاژنتیکی در سنگ آهک تشکیل شده است. چون نمونه دوم احتمالاً فراوانتر می باشد ما نخست به شرح آن می‌پردازیم.

به طور کلی دولومیت ها به سنگهای آهکی شباهت زیادی دارند اما بررسیهای دقیق اختلافات زیادی را نشان می دهد. در دولومیت هایی که بر اثر فرآیند دولومیتی شدن سنگ آهک به وجود آمده اند، بافتها و ساختمانهای اولیه ممکن است مبهم بوده و یا حتی کلاً از بین رفته باشند. برای مثال، بافت تخریبی یا کالکارنایت، ممکن است کاملاً محو شده باشد. خصوصیات تخریبی به توسط اشکال شبه مانندی که به طور کم رنگ در اطراف دانه های اصلی شبکه سنگ نمایان است مشخص می شود.

در االیتها و فسیلهای دولومیتی شده آثار دانه به صورت سایه های کم رنگ در اطراف دانه اولیه نمایان می باشند ولی عموماً ساختمان داخلی آنها از بین رفته است. در بعضی موارد تنها دانه های پراکنده کوارتز تخریبی شاهدی بر ماهیت کلاستیکی اولیه سنگ است. اگرچه دولومیت ها معمولاً فاقد فسیل هستند، اما در بعضی نمونه‌ها بقایای فسیلی به صورت قالبهای داخلی و خارجی با چشم غیر مسلح قابل رویت هستند. جزئیات ساختمان داخلی و خارجی فسیل‌ها به طور ضعیفی حفظ شده اند و این حفرات معمولاً با دولومیت های دندان سگی پوشیده شده‌اند.

در جدول زیر ترکیب شیمیایی دولومیت ها بررسی شده است اما قبل از این امر به توضیح جدول می پردازیم:

A= دولومیت خالص

B= دولومیت لایمستون (Dolomite Limestone)

C= سیلوریان

D= دولومیت کنوکس (Knox Dolomite)

E= دولومیت چرت (Chert Dolomite)

F= دولومیت راندویل (پرکامبرین) (Randville Dolomite)

تاریخچه دولومیتبررسی خواص فیزیکیخواص نورانی