石灰?guī)r（Limestone）是一種以方解石為主要礦物的沉積碳酸鹽巖。它主要由碳酸鈣（CaCO3）組成，呈微粒狀晶體形態(tài)，常呈現(xiàn)偏三角面體和菱面體，顏色為淺灰色或青灰色。石灰?guī)r是通過河流將大陸上大量的鈣質(zhì)（主要是重碳酸鹽Ca（HCO3）2）帶到海中，在一定的物理化學(xué)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}，并大量在海底沉淀形成石灰?guī)r礦床。它是燒制石灰和水泥的主要原料，同時在冶金工業(yè)中也用作熔劑。此外，色彩花紋美麗的石灰?guī)r還可以用于裝飾石材。
石灰?guī)r是分布最廣、儲藏量最大、應(yīng)用歷史最悠久、消耗量最大的工業(yè)巖石原料之一，石灰石是它的商業(yè)名稱。
主要特性
礦物組成
純質(zhì)石灰?guī)r的化學(xué)成分接近于方解石的理論組成（CaCO3），呈白色，但是石灰?guī)r常常含有不同的雜質(zhì)，所以它們通常表現(xiàn)出不同的顏色。天然石灰?guī)r通常含有SiO?、Al?O?、MgO、TiO?、Fe?O?、FeO、Na?O、K?O、P?O?、FeS、SO?、H?O等雜質(zhì)成分。從成分構(gòu)成差異來看，古代石灰?guī)r主要由低鎂方解石組成；現(xiàn)代碳酸鈣沉積物則以文石和高鎂方解石為主要成分，其組成中常伴隨石膏、菱鎂礦、黃鐵礦、黏土、長石碎屑等雜質(zhì)混入。不同產(chǎn)地、不同層位的石灰?guī)r的成分往往具有較大差異。
物理特性
石灰?guī)r的主要物理性質(zhì)：
密度2.41～2.83g/cm3；
視孔隙度0.7%～6.0%；
抗壓強(qiáng)度108.9～196.5MPa；
沖擊斷裂模量5.5～17.2MPa；
堅韌度0.8～2.6cm/cm2；
莫氏硬度3～4。
結(jié)構(gòu)特征
石灰石的化學(xué)成分主要是碳酸鈣(CaCO3)，通常以微粒狀的方解石呈現(xiàn)。這種晶體形態(tài)復(fù)雜，常呈偏三角面體和菱面體，顏色多為淺灰色或青灰色。石灰石可以呈現(xiàn)出致密的塊狀、粒狀、結(jié)核狀以及多孔結(jié)構(gòu)狀。
從結(jié)構(gòu)上來看，石灰?guī)r主要由顆粒、泥、膠結(jié)物、晶粒、生物格架5種結(jié)構(gòu)組分組成。
形成過程
石灰?guī)r的形成是通過河流將大陸上大量的鈣質(zhì)（主要是重碳酸鹽Ca（HCO3）2）帶到海中，在一定的物理化學(xué)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕}，并大量在海底沉淀形成石灰?guī)r礦床。這些礦床主要形成于海水較淺、氣候溫暖、適合動物和植物群生長的環(huán)境下。碳酸鈣從海水中沉淀出來的機(jī)械作用，既有化學(xué)成因，也有生物成因，其基本反應(yīng)原理如下：
化學(xué)成因：Ca（HCO3）2=CaCO3+H2O+CO2
生物成因：Ca（HCO3）2+2NH4OH=CaCO3+（NH4）2CO3+2H2O
碳酸鹽巖的形成作用隨著地質(zhì)歷史演變也有不同。在前寒武紀(jì)，碳酸鹽巖主要是由海水的直接化學(xué)沉淀和藻類的生物化學(xué)作用所形成的。到了寒武紀(jì)以后，海水由酸性變?yōu)閴A性，介殼生物逐漸繁盛，生物成因的碳酸鹽巖逐漸超過了化學(xué)或生物化學(xué)成因的碳酸鹽巖，因機(jī)械作用或重力作用形成的碳酸鹽巖也占有相當(dāng)大的比例。
分布情況
石灰?guī)r在自然界中通常形成于海洋盆地或陸地湖泊，在地球上廣泛分布。海相沉積巖系中的石灰?guī)r呈層狀或似層狀，規(guī)模大，層位及厚度穩(wěn)定，成分一般比較均勻，因此具有工業(yè)開采價值。而湖相沉積巖系中的石灰?guī)r多以透鏡狀、似層狀產(chǎn)出，規(guī)模一般不大，分布較局限，成分通常不均勻，因此工業(yè)利用價值不大。
中國華北地區(qū)的石灰?guī)r主要形成于寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)時期，而東北地區(qū)則以寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)為主要產(chǎn)區(qū)。華南地區(qū)的石灰?guī)r主要形成于石炭紀(jì)、二疊紀(jì)和中生代早期。湖北、廣東省、廣西壯族自治區(qū)、福建省和江蘇省南部地區(qū)發(fā)育了中上泥盆紀(jì)石灰?guī)r。此外，遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和山東省前寒武紀(jì)變質(zhì)巖系中的白云巖以及華北奧陶紀(jì)、中南地區(qū)石炭—二疊紀(jì)、西南地區(qū)三疊紀(jì)的白云巖也具有工業(yè)價值。
分類
對石灰?guī)r的分類分類方法主要是依據(jù)化學(xué)成分進(jìn)行分類（多被化工部門采用）以及依據(jù)結(jié)構(gòu)多級分類（多被地質(zhì)、石油等部分采用）。對石灰?guī)r結(jié)構(gòu)分類具有代表性的主要有福克分類、鄧哈姆分類以及中國學(xué)者馮增昭提出的結(jié)構(gòu)-成因分類。
福克的分類
福克根據(jù)異化顆粒、泥晶基質(zhì)、亮晶膠結(jié)物為三角圖的三端元組分將石灰?guī)r分類為亮晶方解石異化石灰?guī)r（Ⅰ類）、微晶異化石灰?guī)r（Ⅱ類）、微晶石灰?guī)r（Ⅲ類）。
?？税蚜辆М惢?guī)r（Ⅰ類）和微晶異化石灰?guī)r（Ⅱ類）稱為異?；瘜W(xué)巖，把細(xì)晶石灰?guī)r（Ⅲ類）稱為正常化學(xué)巖。此外，?？诉€把由生物格架所組成的礁石灰?guī)r稱為生物巖，這是?？朔诸愔械牡冖纛愂?guī)r。在這四個主要石灰?guī)r類型的基礎(chǔ)上，福克又根據(jù)異化顆粒的類型及其他特征，把石灰?guī)r再細(xì)分為11個類型（圖2）。
根據(jù)異化顆粒、微晶方解石泥、亮晶方解石膠結(jié)物在巖石中的相對百分含量，尤其是微晶方解石泥及亮晶方解石膠結(jié)物的相對含量，?？朔抡?a href="/hebeideji/2823034658889677497.html">碎屑巖的結(jié)構(gòu)成熟度的概念，提出了石灰?guī)r的成熟度的概念（圖3）。
鄧哈姆的分類
鄧哈姆以顆粒和泥晶（或灰泥）為兩端元組分將石灰?guī)r分為4類，即顆粒巖（grainstone）、泥質(zhì)顆粒巖（泥粒巖）（packstone）、顆粒質(zhì)泥巖（粒泥巖）（wackestone）、泥巖（mudstone）。
馮增昭的結(jié)構(gòu)-成因分類
馮增昭首先把石灰?guī)r劃分為3個大的結(jié)構(gòu)類型，即顆粒—灰泥石灰?guī)r、晶粒石灰?guī)r、生物格架石灰?guī)r（礁石灰?guī)r）。這是石灰?guī)r最基本的和最通用的分類。
根據(jù)顆粒和灰泥的相對百分含量，把顆?！夷嗍?guī)r劃分為兩個類型，即顆粒石灰?guī)r和灰泥石灰?guī)r；然后又進(jìn)一步劃分可以把顆粒—灰泥石灰?guī)r劃分為6個巖石類型（六分方法，圖4）或4個巖石類型（四分方法，圖5）。也可根據(jù)顆粒的含量，把顆?！夷嗍?guī)r劃分為4個巖石類型，即顆粒石灰?guī)r、顆粒質(zhì)石灰?guī)r、含顆粒的石灰?guī)r、無顆粒的石灰?guī)r（即灰泥石灰?guī)r）。
晶粒石灰?guī)r基本上全由晶粒組成，根據(jù)晶粒的粗細(xì)，可進(jìn)一步劃分為粗晶石灰?guī)r、中晶石灰?guī)r、細(xì)晶石灰?guī)r、粉晶石灰?guī)r、泥晶石灰?guī)r等。
生物格架石灰?guī)r，可以根據(jù)兩種生物格架類型劃分為生物骨骼格架石灰?guī)r和生物黏結(jié)格架石灰?guī)r。
主要結(jié)構(gòu)類型及特征
內(nèi)碎屑灰?guī)r
內(nèi)碎屑灰?guī)r中的碎屑可以有大到漂礫級、小到粉屑級的大小，它們的填隙物可能是灰泥雜基或亮晶膠結(jié)物，或者兩者都有。
內(nèi)碎屑的圓度會因為搬運(yùn)和磨蝕程度的不同而有所不同。例如潮上礫片石大理石或礁前塌礫石灰?guī)r通常呈現(xiàn)出棱角狀的碎屑；而在淺水波浪環(huán)境下形成的內(nèi)碎屑灰?guī)r則具有很好的磨圓度；風(fēng)成沙丘或海灘砂石灰?guī)r的磨圓度則特別好。
鮞粒石灰?guī)r
鮞粒灰?guī)r中，粒的含量超過50%。由于填隙物的不同性質(zhì)，這類巖石可以分為亮晶鮞?；?guī)r和灰泥鮞?；?guī)r兩種類型。
鮞?；?guī)r通常形成于溫暖、淺水、中等攪動的環(huán)境中，常常出現(xiàn)在水下淺灘、潮汐砂壩或潮汐三角洲地區(qū)。此外，放射狀靜水鮞產(chǎn)于咸化潟湖和鹽湖中。
球粒石灰?guī)r
常見的球粒灰?guī)r包括泥晶球?；?guī)r、亮晶球粒大理石和泥晶似球粒灰?guī)r等。這些巖石主要形成于低能量到中等能量的環(huán)境中，例如廣闊的潮坪和相鄰的湖。在中國南方的泥盆系和三疊系地層中，球?；?guī)r廣泛分布，通常局限于海洋和潮坪環(huán)境的產(chǎn)物。
亮晶化石碎屑灰?guī)r
化石碎屑是指在地質(zhì)歷史中被埋藏并經(jīng)過長時間的壓縮和化學(xué)作用后形成的，通常由破碎或解體的較大的鈣質(zhì)介殼屑和較小的完整介殼組成。這些碎屑通常具有較干凈的亮晶方解石膠結(jié)。
大規(guī)模出現(xiàn)亮晶化石碎屑灰?guī)r通常與潮間和潮下的介殼灘堆積有關(guān)。中國海南三亞灣就有亮晶膠結(jié)的生物砂海灘巖。
泥晶化石碎屑灰?guī)r
泥晶化石碎屑大理石是由生物介殼或介屑埋置于灰泥雜基中而形成的。在礁體的隱蔽部分和礁后潟湖中，也常見各種泥晶化石碎屑灰?guī)r。這些化石(碎屑)可以來自介形蟲、有孔蟲、軟體動物門、綠藻門類以及枝狀層孔蟲等多種生物。
白堊
白堊是一種細(xì)粒白色疏松多孔易碎的的化石泥晶石灰?guī)r，它的成分非常純凈，其中碳酸鈣含量高達(dá)90%以上，主要雜質(zhì)是蒙脫石和伊來石。
大部分的白堊都是由顆石藻組成的，含量高達(dá)80%。此外，還有少量的軟體動物、棘皮類、苔蘚蟲和有孔蟲的碎屑，以及多刺的鈣球。白堊生成于溫暖海洋環(huán)境，沉積深度從幾十米到幾百米。
抱球蟲軟泥及石灰?guī)r
抱球蟲軟泥主要分布在遠(yuǎn)離大陸和島嶼的中等深度海洋中。這些海域通常有暖流和豐富的微生物，因此抱球蟲軟泥在這里最為發(fā)育。它是所有現(xiàn)代深海沉積物中分布最廣的一種軟泥。
抱球蟲軟泥主要由大量的抱球蟲介殼組成，此外還有浮游的翼足類和鈣藻等生物。
泥晶或微晶石灰?guī)r
泥晶石灰?guī)r或微晶石大理石由泥晶方解石構(gòu)成，有時也被稱為泥屑石灰?guī)r或灰泥石灰?guī)r。這種巖石的顆粒含量很低，通常不超過10%。然而，它與含顆粒較多的灰泥石灰?guī)r(顆粒含量大于10%)逐漸過渡。
結(jié)核（瘤）狀石灰?guī)r
生石灰巖通常具有薄的波狀層或斷續(xù)透鏡體，有些則呈現(xiàn)出不規(guī)則、界限模糊的較純石灰?guī)r結(jié)核。這些結(jié)核常常夾在鈣質(zhì)或白云質(zhì)頁巖之間。結(jié)核周圍常常有旋渦狀的黏土雜基環(huán)繞，這是一種典型的成巖構(gòu)造特征。
結(jié)核狀石灰?guī)r的形成可能有多種原因，包括深水海底周期性底流作用、沉積成巖作用和壓溶成因等。
生物格架石灰?guī)r
生物格架石灰?guī)r包括骨骼格架石灰?guī)r（或生物礁大理石）［圖12的a、b］、生物黏結(jié)格架石灰?guī)r［圖13的c、d］以及障積石灰?guī)r。
骨骼格架生石灰巖是一種由碳酸根生物構(gòu)筑的巖石類型，用于制造骨架。這些生物形成的骨架構(gòu)成了巖石主體，并通過黏結(jié)作用固定在海底上，形成了堅硬、具有抗浪性的碳酸鹽巖礁。
黏結(jié)格架石灰?guī)r主要由分泌黏液的藻類(如藍(lán)藻和綠藻門)形成。這些藻類分泌碳酸鹽，將顆粒物質(zhì)沉淀、捕集并黏結(jié)在一起，形成了這種特殊的巖石。根據(jù)隱藻黏結(jié)作用的組構(gòu)特征，隱藻黏結(jié)石灰?guī)r可以分為層紋石灰?guī)r、疊層石灰?guī)r和凝塊石灰?guī)r三大類。
障積石灰?guī)r又稱為滯積石灰?guī)r或柵積石灰?guī)r，是由原地生長的帶根狀莖的生物阻擋沉積物(主要是灰泥)而形成的。這些生物通過阻擋作用將沉積物截獲堆積起來，最終形成了這種獨(dú)特的石灰?guī)r類型。
晶粒石灰?guī)r
晶粒石灰?guī)r基本上由方解石晶粒組成。根據(jù)其晶粒大小的不同，可以將其劃分為不同類型。較粗的晶粒石灰?guī)r通常是重結(jié)晶作用或交代作用的產(chǎn)物。
應(yīng)用領(lǐng)域
石灰原料
石灰?guī)r高溫煅燒后可以反應(yīng)生產(chǎn)生石灰（CaO），生石灰加水后即水化為氫氧化鈣（Ca（OH）2）。石灰在冶金、化工、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、建材等行業(yè)具有廣泛用途。
冶金行業(yè)
石灰在煉鋼中具有助熔和凈化作用，可降低熔煉溫度，有效清除P、Si、Al、S等有害組分。在銅精煉制中，石灰能起助熔劑的作用，并可吸收煙氣中的二氧化硫。
造紙行業(yè)
在硫酸鹽紙漿生產(chǎn)中，石灰被用作苛化碳酸鈉廢水(黑色漿液)的處理劑，以回收可循環(huán)利用的氫氧化鈉。石灰還可用于制造漂白劑ca(clo)2，以凈化和去除廢水中的色素。
化學(xué)行業(yè)
石灰是一種重要的無機(jī)化合物生產(chǎn)原料，可以用于生產(chǎn)一磷酸鈣、二磷酸鈣和三磷酸鈣、鉻化合物等多種無機(jī)化合物。此外，石灰還可以用于凈化食鹽鹵水汁、制備農(nóng)藥等工業(yè)領(lǐng)域。氫氧化鈣則被廣泛應(yīng)用于顏料、水泥和油漆填料等領(lǐng)域。
環(huán)保行業(yè)
石灰與純堿混合使用，可以去除水中的碳酸氫鹽，達(dá)到軟化水質(zhì)的目的。石灰還可用于污水的化學(xué)沉淀，調(diào)節(jié)pH值，除氮，吸附鐵、錳和有機(jī)單寧等。石灰也可用來中和礦井酸水、洗煤廠酸性洗煤廢水、鋼鐵廠酸性廢水、制版廠廢水、化工廠及制藥廠廢水、造紙廠廢水等，并使廢水脫色，使某些重金屬離子沉淀。石灰可吸收煙氣、（或氫氟酸）和其他酸性氣體中的SO2，有效凈化空氣。
建筑行業(yè)
石灰在建筑地基施工、土壩加固、水渠、鐵路路基、機(jī)場跑道、城市道路等方面都有廣泛的應(yīng)用。
農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
石灰可以中和土壤酸性；制糖過程石灰乳漿可以提高糖汁的pH值，促使磷酸和有機(jī)酸化合物的膠狀雜質(zhì)沉淀；石灰還能有效吸附CO2，保持果疏新鮮，減少腐爛。
水泥原料
碳酸鈣與黏土質(zhì)原料、硅質(zhì)原料和鐵質(zhì)原料混合，經(jīng)高溫煅燒，可以生成碳酸鹽水泥。
熔劑原料
在黑色和有色金屬冶煉過程中，生石灰巖作為一種熔劑直接參與到熔煉中。它不僅可以降低體系的熔融溫度，還可以與礦石中的雜質(zhì)、燃料中的灰分等有害組分結(jié)合形成爐渣并將其排除。
化工原料
石灰?guī)r可以用于生產(chǎn)碳化鈣、漂白粉、肥料等，重質(zhì)碳酸鈣（CaO＞54%，粒度10μm級）也可作為涂料、橡膠、造紙等工業(yè)的填料。
建筑工程原料
石灰?guī)r在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，作為砌塊、裝飾材料、混凝土骨料、瀝青骨料以及鐵路道渣等基本材料使用歷史悠久，且用量最大。此外，石灰?guī)r還是生產(chǎn)玻璃和陶瓷的重要配料之一。
石灰?guī)r在各工業(yè)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用如下表所示。
加工制備
對石灰石的加工主要包括石灰石的粉碎、分級，并通過生產(chǎn)生石灰、熟石灰、輕質(zhì)碳酸鈣、超微細(xì)(納米)碳酸鈣以及二氧化碳等產(chǎn)品。
粉碎分級
石灰石一般采用干式粉碎工藝，對于冶金和道路用石灰石，只需將礦石破碎并篩分即可。而對于細(xì)粉產(chǎn)品的生產(chǎn)，礦石需要經(jīng)過顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)等設(shè)備的破碎處理，然后直接使用雷蒙磨或其他磨機(jī)將其粉碎到所需的粒度。
生產(chǎn)石灰
通過高溫煅燒，石灰石中CaCO3分解為CaO和CO2，即可制得生石灰，將適量的水加入生石灰中，攪拌溶解后可以得到微細(xì)粉狀物質(zhì)，這就是熟石灰，其化學(xué)式為氫氧化鈣。石灰?guī)r、生石灰及熟石灰的生產(chǎn)工藝流程如下圖所示。
沉淀碳酸鈣
石灰石可用于制備普通輕質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)和納米碳酸鈣，以及通過表面改性制備超細(xì)活性碳酸鈣。
生產(chǎn)普通輕質(zhì)碳酸鈣的工藝流程如下圖所示，生產(chǎn)超微細(xì)或納米碳酸鈣的方法有間歇鼓泡碳化法、連續(xù)噴霧碳化法和超重力法。
礦物開采
石灰?guī)r的開采一般是采用露天開采，凹陷露天開采和地下開采的不多。開拓運(yùn)輸方法多采用公路開拓，箕斗—汽車聯(lián)合運(yùn)輸開拓及平硐溜井開拓應(yīng)用得較少。開采工藝主要包括穿孔、爆破、采裝及工作面運(yùn)輸，采出的石灰?guī)r一般塊度較大，需要經(jīng)過再次破碎。
環(huán)境影響
石灰?guī)r的開采過程中，如無提前預(yù)防，可能對環(huán)境造成破壞。例如開采過程產(chǎn)生的廢石渣經(jīng)過雨水沖刷會沿溝谷堆積，廢石渣風(fēng)化后產(chǎn)生養(yǎng)成，或是廢石渣壓占土地等“三廢問題”。
開采過程也可能導(dǎo)致底薪地貌景觀和生態(tài)環(huán)境的破壞，例如經(jīng)過開采形成了高陡邊坡，山巖裸露，山體自然景觀被破壞，或者植被系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。同時廢棄采場高陡邊坡存在著崩塌隱患；廢石渣、廢石粉在溝谷堆積存在泥石流隱患；不合理地開采導(dǎo)致山體開裂、第四系孔隙含水層被摧毀，喪失水源涵養(yǎng)功能等地質(zhì)災(zāi)害。
參考資料 >
術(shù)語在線—權(quán)威的術(shù)語知識服務(wù)平臺.術(shù)語在線.2023-06-10
石灰?guī)r.中國大百科全書第三版（網(wǎng)絡(luò)版）.2023-06-12