Фосфорит - Phosphorite

Пелоидный фосфорит, фосфорная формация , рудник Симплот, Айдахо. 4,6 см шириной.
Ископаемый пелоидный фосфорит (4,7 см в диаметре), провинция Юньнань , Китай.

Фосфорит, фосфоритная руда или каменный фосфат - это осадочная порода без детрита, которая содержит большое количество фосфатных минералов . Содержание фосфата в фосфорите (или сорт фосфоритной руды) сильно варьируется: от 4% до 20% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ). Товарная фосфоритная руда обогащена («обогащена») не менее 28%, часто более 30% P 2 O 5 . Это происходит посредством промывки, просеивания, удаления извести, магнитной сепарации или флотации. Для сравнения: среднее содержание фосфора в осадочных породах меньше 0,2%. Фосфат присутствует в виде фторапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 F, как правило, в скрытокристаллических массах (размер зерна <1 мкм), называемых коллофано- осадочными отложениями апатита неопределенного происхождения. Он также присутствует в виде гидроксиапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 OH или Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , который часто растворяется из костей и зубов позвоночных, тогда как фторапатит может происходить из гидротермальных жил . Другие источники также включают химически растворенные фосфатные минералы из магматических и метаморфических пород . Залежи фосфоритов часто встречаются обширными слоями, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров земной коры .

Известняки и аргиллиты - обычные фосфатсодержащие породы. Осадочные породы, богатые фосфатами, могут располагаться в слоях от темно-коричневого до черного, от пластин сантиметрового размера до слоев толщиной в несколько метров. Хотя эти мощные пласты могут существовать, они редко состоят только из фосфатных осадочных пород. Фосфатные осадочные породы обычно сопровождаются или переслаиваются сланцами , кремнями , известняком, доломитами и иногда песчаником . Эти слои имеют те же текстуры и структуры, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять диагенетические замены карбонатных минералов фосфатами. Они также могут состоять из пелоидов, ооидов, окаменелостей и обломков, состоящих из апатита. Некоторые фосфориты очень мелкие и не имеют характерной зернистой текстуры. Это означает, что их текстуры похожи на текстуру коллофана или тонкую микритоподобную текстуру. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическим веществом , глинистыми минералами , илистыми обломочными зернами и пиритом . Пелоидные или гранулированные фосфориты встречаются нормально; тогда как оолитовые фосфориты встречаются нечасто.

Фосфориты известны из протерозойских полосчатых железных образований в Австралии , но чаще встречаются в палеозойских и кайнозойских отложениях. Перми Фосфория Формирование западных Соединенных Штатов представляет около 15 миллионов лет седиментации. Он достигает толщины 420 метров и занимает площадь 350 000 км 2 . Промышленно добываемые фосфориты встречаются во Франции , Бельгии , Испании , Марокко , Тунисе и Алжире . В Соединенных Штатах фосфориты добываются во Флориде , Теннесси , Вайоминге , Юте , Айдахо и Канзасе .

Классификация фосфатных осадочных пород

(1) Нетронутые: фосфаты, находящиеся в первозданных условиях, не подверглись биотурбации . Другими словами, слово «первозданный» используется, когда фосфатные отложения, фосфатизированные строматолиты и фосфатные твердые грунты не нарушены.

(2) Конденсированные: фосфатные частицы, пластинки и слои считаются конденсированными, когда они были сконцентрированы. Этому способствуют процессы извлечения и переработки фосфатных частиц или биотурбации.

(3) Аллохтонный: фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными или гравитационными потоками и осаждались этими потоками.

Круговорот фосфора, образование и накопление

Наибольшее скопление фосфора происходит в основном на дне океана. Накопление фосфора происходит в результате атмосферных осадков, пыли, ледникового стока, космической активности, подземной гидротермальной вулканической активности и осаждения органических материалов. Основной приток растворенного фосфора происходит в результате континентального выветривания, выносимого реками в океан. Затем он обрабатывается как микро-, так и макроорганизмами. Диатомовый планктон, фитопланктон и зоопланктон перерабатывают и растворяют фосфор в воде. Кости и зубы некоторых рыб (например, анчоусов) поглощают фосфор, а затем откладываются и закапываются в океанические отложения .

В зависимости от уровня pH и солености океанской воды органическое вещество разлагается и выделяет фосфор из отложений в мелководных бассейнах. Бактерии и ферменты растворяют органические вещества на поверхности раздела дна воды, возвращая фосфор в начало его биогенного цикла. Минерализация органических веществ также может вызвать выброс фосфора обратно в воду океана.

Среды осадконакопления

Известно, что фосфаты откладываются в широком диапазоне сред осадконакопления . Обычно фосфаты осаждаются на очень мелководье, в прибрежной морской среде или в окружающей среде с низким энергопотреблением. Это включает в себя такие среды, как надливные зоны, литорали или приливные зоны и, что наиболее важно, эстуарий. В настоящее время области океанического апвеллинга вызывают образование фосфатов. Это связано с постоянным потоком фосфатов, поступающих из большого глубокого океанского водоема (см. Ниже). Этот цикл обеспечивает непрерывный рост организмов.

Надприливные зоны: надприливные среды являются частью приливной плоской системы, где отсутствует сильная волновая активность. Приливно-отливные системы создаются вдоль открытых берегов и в средах с относительно низкой энергией волн. Они также могут развиваться на высокоэнергетических побережьях за барьерными островами, где они защищены от воздействия высокоэнергетических волн. В пределах системы приливных равнин надливная зона находится на очень высоком уровне прилива. Однако он может быть затоплен экстремальными приливами и перерезан приливными каналами. Он также подвергается субаэральному воздействию, но дважды в месяц затопляется весенними приливами.

Прибрежная среда / приливные зоны: Приливные зоны также являются частью приливной плоской системы. Приливная зона расположена в пределах среднего уровня прилива и отлива. Он подвержен приливным сдвигам, что означает, что он подвергается субаэральному воздействию один или два раза в день. Он не подвергается воздействию достаточно долго, чтобы задержать растительность. В зоне присутствуют как осаждение взвеси, так и пластовая нагрузка.

Устьевая среда : Устьевая среда, или эстуарии, расположена в нижних частях рек, впадающих в открытое море. Поскольку они находятся в прибрежной части системы затопленной долины, они получают наносы как из морских, так и из речных источников. Они содержат фации, на которые влияют приливные и волновые речные процессы. Считается, что эстуарий простирается от береговой границы приливных фаций до морской границы прибрежных фаций. Фосфориты часто откладываются во фьордах в устьях рек. Это эстуарии с неглубокими пороговыми перетяжками. Во время голоценового подъема уровня моря устья фьордов образовались в результате затопления эродированных ледниковыми водами U-образных долин.

Наиболее частое появление фосфоритов связано с сильным морским подъемом наносов. Апвеллинг вызывается глубинными водными течениями, которые поднимаются к прибрежным поверхностям, где могут происходить большие отложения фосфоритов. Этот тип окружающей среды является основной причиной, по которой фосфориты обычно ассоциируются с кремнеземом и кремнем. Эстуарии также называют фосфорной ловушкой. Это связано с тем, что прибрежные эстуарии содержат высокую продуктивность фосфора из болотных трав и донных водорослей, что обеспечивает равновесный обмен между живыми и мертвыми организмами.

Типы осаждения фосфоритов

  • Фосфатные конкреции: это сферические концентрации, которые случайным образом распределены по дну континентальных шельфов. Большинство зерен фосфорита имеют размер песка, хотя могут присутствовать частицы размером более 2 мм. Эти более крупные зерна, называемые конкрециями , могут достигать нескольких десятков сантиметров. Известно, что фосфатные конкреции встречаются в значительных количествах на шельфе северного Чили .
  • Биокластические фосфаты или костные пласты: Костные пласты представляют собой пластовые фосфатные отложения, содержащие концентрации мелких скелетных частиц и копролитов. Некоторые также содержат окаменелости беспозвоночных, такие как брахиоподы, и становятся более обогащенными P 2 O 5 после того, как произошли диагностические процессы. Биокластические фосфаты также могут быть цементированы фосфатными минералами.
  • Фосфатизация: фосфатизация - один из редких диагенетических процессов. Это происходит, когда жидкости, богатые фосфатом, выщелачиваются из гуано. Затем они концентрируются и повторно осаждаются в известняке. Фосфатированные окаменелости или фрагменты первоначальных фосфатных раковин являются важными компонентами некоторых этих отложений.

Тектонические и океанографические обстановки морских фосфоритов

  • Эпейровые морские фосфориты: Эпейровые морские фосфориты находятся в пределах морского шельфа. Они находятся в широкой и неглубокой кратонной среде. Здесь встречаются гранулированные фосфориты, твердые фосфориты и конкреции.
  • Фосфориты континентальной окраины: конвергентные, пассивные, апвеллинг, без апвеллинга. Эта среда накапливает фосфориты в виде твердых грунтов, конкреций и зернистых слоев. Они накапливаются за счет осаждения карбонатного фторапатита во время раннего диагенеза в верхних нескольких десятках сантиметров осадка. Существуют два различных экологических условия, в которых фосфориты производятся на окраинах континентов. Континентальные окраины могут состоять из богатой органикой седиментации, сильного прибрежного апвеллинга и ярко выраженных зон с низким содержанием кислорода. Они также могут образовываться в таких условиях, как придонные воды, богатые кислородом, и отложения с низким содержанием органических веществ.
  • Фосфориты подводных гор: это фосфориты, которые встречаются на подводных горах, гайотах или подводных горах с плоскими вершинами, хребтах подводных гор. Эти фосфориты образуются вместе с корками, содержащими железо и магний. В этой установке производство фосфора рециркулируется в цикле восстановления фосфора путем окисления железа. Этот цикл может также образовывать глауконит, который обычно ассоциируется с современными и древними фосфоритами.
  • Островные фосфориты: островные фосфориты расположены на карбонатных островах, плато, коралловых островах, состоящих из рифа, окружающего лагуну, или лагуны атолла, морских озер. Фосфорит здесь происходит из гуано. Замещение осадками глубоководных отложений, образовавшихся на дне океана.

Производство и использование

Добыча гуанофосфорита на островах Чинча в Перу, ок. 1860 г.
Фосфоритный рудник недалеко от Орона, Негев, Израиль.

Производство

Месторождения, которые содержат фосфат в количестве и концентрации, которые экономически выгодны для добычи в качестве руды из- за содержания в них фосфата, не особенно распространены. Двумя основными источниками фосфата являются гуано , образующийся из птичьего помета, и горные породы, содержащие концентрированный минерал фосфат кальция, апатит .

По состоянию на 2006 год США являются ведущим производителем и экспортером фосфорных удобрений, на долю которых приходится около 37% мирового экспорта P 2 O 5 . По состоянию на декабрь 2018 года общие экономические продемонстрированные ресурсы фосфоритов в мире составляют 70 гигатонн , которые встречаются в основном в виде осадочных морских фосфоритов.

По данным на 2012 год, Китай , США и Марокко являются крупнейшими в мире добытчиками фосфоритной руды с производством 77 мегатонн , 29,4 млн тонн и 26,8 млн тонн (включая 2,5 млн тонн в Сахаре в Марокко) соответственно в 2012 году, в то время как мировое производство достигло 195. Mt. Считается, что в Индии почти 260 миллионов тонн фосфатов. Другие страны со значительным производством включают Бразилию , Россию , Иорданию и Тунис . Исторически большие количества фосфатов добывались из месторождений на небольших островах, таких как Остров Рождества и Науру , но сейчас эти источники в значительной степени истощены.

Фосфатная руда добывается и обогащается до фосфоритов. Обогащение фосфатной руды - это процесс, который включает промывку, флотацию и кальцинирование. Пенная флотация используется для концентрирования добытой руды до фосфоритов. Добытая руда измельчается и промывается, образуя суспензию, затем эту рудную суспензию обрабатывают жирными кислотами, чтобы фосфат кальция стал гидрофобным .

Этот каменный фосфат затем либо растворяется для получения фосфорной кислоты мокрым способом , либо плавится для получения элементарного фосфора . Фосфорная кислота реагирует с фосфоритом с образованием тройного суперфосфата удобрения или с безводным аммиаком для производства аммонийно-фосфатных удобрений. Элементный фосфор является основой для печной фосфорной кислоты, пентасульфида фосфора, пятиокиси фосфора и треххлористого фосфора .

Использует

Примерно 90% производимого каменного фосфата используется для производства удобрений и пищевых добавок для животных, а остальная часть - для производства промышленных химикатов. Помимо фосфорных удобрений для сельского хозяйства , фосфор из каменного фосфора также используется в кормовых добавках, пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, детергентах, керамике, водоочистке и металлургии.

Для использования в производстве химических удобрений обогащенный каменный фосфат должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ), хотя большинство продаваемых марок фосфоритов содержат 30% или более.

Он также должен содержать разумное количество карбоната кальция (5%) и <4% объединенных оксидов железа и алюминия . Во всем мире ресурсы богатой руды сокращаются, и использование руды с более низким содержанием может стать более привлекательным.

Обогащенный каменный фосфат также продается и принимается как «органическая» альтернатива «химическим» фосфатным удобрениям, которые были дополнительно сконцентрированы из него, потому что он воспринимается как более «естественный». Согласно отчету для ФАО, может быть более рациональным применение каменного фосфата в качестве удобрения на определенных типах почв и в определенных странах, хотя у этого есть много недостатков. Согласно отчету, он может иметь более высокую устойчивость по сравнению с более концентрированными удобрениями из-за снижения производственных затрат и возможности местных закупок очищенной руды.

В фосфоритах встречаются редкоземельные элементы. С ростом спроса со стороны современных технологий все большее значение приобретает другой метод поиска редкоземельных элементов, не зависящий от Китая. Обладая большей продуктивностью, чем на месторождениях в Китае, фосфориты представляют собой новый ресурс, расположенный в США, который, вероятно, приведет к независимости от влияния стран за пределами США.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки