Фосфорит , фосфатная руда или фосфатная руда — это необломочная осадочная порода , содержащая большое количество фосфатных минералов . Содержание фосфатов в фосфорите (или марке фосфоритной руды) варьирует в широких пределах: от 4% [1] до 20% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ). Реализуемый фосфоритный порошок обогащен («обогащен») как минимум до 28%, часто более чем до 30% P 2 O 5 . Это происходит посредством промывки, просеивания, обезвоживания, магнитной сепарации или флотации. [1] Для сравнения, среднее содержание фосфора в осадочных породах составляет менее 0,2%. [2]
Фосфат присутствует в виде фторапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 F, как правило, в скрытокристаллических массах (размер зерен < 1 мкм), называемых коллофан -осадочными апатитовыми отложениями неопределенного происхождения. [2] Он также присутствует в виде гидроксиапатита Ca 5 (PO 4 ) 3 OH или Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , который часто растворяется в костях и зубах позвоночных, тогда как фторапатит может происходить из гидротермальных жил . Другие источники также включают химически растворенные фосфатные минералы из магматических и метаморфических пород . Месторождения фосфоритов часто залегают обширными слоями, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров земной коры . [3]
Известняки и аргиллиты – распространенные фосфатсодержащие породы. [4] Богатые фосфатами осадочные породы могут встречаться в пластах от темно-коричневого до черного цвета, от пластинок размером в сантиметр до пластов толщиной в несколько метров. Хотя такие мощные пласты могут существовать, они редко состоят только из фосфатных осадочных пород. Фосфатные осадочные породы обычно сопровождаются сланцами , кремнями , известняками, доломитами и иногда песчаниками или переслаиваются ими . [4] Эти слои содержат те же текстуры и структуры, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять собой диагенетическое замещение карбонатных минералов фосфатами. [2] Они также могут состоять из пелоидов, ооидов, окаменелостей и обломков апатита. Встречаются фосфориты, которые очень мелкие и не имеют характерной зернистой текстуры. Это означает, что их текстура подобна текстуре коллофана или мелкой микритовой текстуре. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическими веществами , глинистыми минералами , алевритистыми обломочными зернами и пиритом . Обычно встречаются пелоидные или гранулированные фосфориты; тогда как оолитовые фосфориты не распространены. [4]
Фосфориты известны из протерозойских полосчатых железных образований в Австралии , но чаще встречаются из палеозойских и кайнозойских отложений. Пермская фосфоритовая формация на западе Соединенных Штатов представляет собой осадконакопление, длившееся около 15 миллионов лет . Оно достигает толщины 420 метров и занимает площадь 350 000 км 2 . [2] Коммерчески добываемые фосфориты встречаются во Франции , Бельгии , Испании , Марокко , Тунисе , Саудовской Аравии [5] и Алжире . В США фосфориты добываются во Флориде , Теннесси , Вайоминге , Юте , Айдахо и Канзасе . [6]
(1) Нетронутые: фосфаты, находящиеся в первозданном состоянии, не подвергались биотурбации . Другими словами, слово «нетронутый» используется, когда фосфатный осадок, фосфатированные строматолиты и фосфатные твердые грунты не были нарушены. [7]
(2) Конденсированный: Фосфатные частицы, пластинки и слои считаются конденсированными, если они сконцентрированы. Этому способствуют процессы извлечения и переработки фосфатных частиц или биотурбация. [7]
(3) Аллохтонные: фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными или гравитационными потоками и осаждались этими потоками. [7]
Наиболее тяжелые скопления фосфора сосредоточены преимущественно на дне океана. Накопление фосфора происходит в результате атмосферных осадков, пыли, ледникового стока, космической деятельности, подземной гидротермальной вулканической деятельности и отложения органического материала. Основной приток растворенного фосфора происходит в результате континентального выветривания и выносится реками в океан. [8] 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 океанских отложениях . [9]
В зависимости от уровня pH и солености океанской воды органические вещества будут разлагаться, высвобождая фосфор из отложений в мелких водоемах. Бактерии и ферменты растворяют органическое вещество на границе вода–дно, возвращая фосфор в начало его биогенного цикла. Минерализация органического вещества также может вызвать выброс фосфора обратно в океанскую воду. [9]
Известно, что фосфаты отлагаются в самых разных средах отложения . Обычно фосфаты отлагаются на очень мелководных, прибрежных морских участках или в условиях низкого энергопотребления. Сюда входят такие среды, как надприливные зоны, прибрежные или приливные зоны и, что наиболее важно, эстуарий. [9] В настоящее время зоны океанического апвеллинга вызывают образование фосфатов. Это происходит из-за постоянного потока фосфатов, приносимых из большого глубоководного океанского резервуара (см. ниже). Этот цикл обеспечивает непрерывный рост организмов. [7]
Супраприливные зоны: Супраприливные среды являются частью приливной плоской системы, где присутствие сильной волновой активности отсутствует. Приливные плоские системы создаются вдоль открытых побережий и в условиях относительно низкой энергии волн. Они также могут развиваться на побережьях с высокой энергией за барьерными островами, где они защищены от воздействия волн высокой энергии. В системе приливной равнины надприливная зона находится на очень высоком уровне прилива. Однако он может быть затоплен сильными приливами и пересечен приливными каналами. Он также открыт с субаэральной точки зрения, но дважды в месяц затопляется весенними приливами. [10]
Прибрежная среда/приливные зоны: Приливные зоны также являются частью системы приливно-отливной равнины. Приливная зона расположена в пределах средних уровней прилива и отлива. Он подвержен приливным изменениям, а это означает, что он подвергается субаэральному воздействию один или два раза в день. Он не подвергается воздействию достаточно долго, чтобы сдерживать растительность. Зона содержит как осадконакопление взвеси, так и пластовую нагрузку. [10]
Устьевая среда : Устьевая среда или устья расположены в нижних частях рек, впадающих в открытое море. Поскольку они находятся в морской части системы затопленных долин, они получают осадки как из морских, так и из речных источников. Они содержат фации, на которые влияют приливно-волновые речные процессы. Считается, что устье простирается от границы приливных фаций со стороны суши до границы прибрежных фаций со стороны моря. Фосфориты часто отлагаются во фьордах в устьевой среде. Это эстуарии с неглубокими перемычками порогов. Во время голоценового повышения уровня моря устья фьордов образовались в результате затопления долин U-образной формы, подвергшихся ледниковой эрозии. [10]
Наиболее распространенное появление фосфоритов связано с сильным морским апвеллингом осадков. Апвеллинг вызван глубоководными течениями, которые поднимаются к прибрежной поверхности, где могут происходить большие отложения фосфоритов. Этот тип среды является основной причиной того, что фосфориты обычно связаны с кремнеземом и кремнем. Эстуарии также известны как фосфорные «ловушки». Это связано с тем, что прибрежные устья содержат высокую продуктивность фосфора из болотной травы и донных водорослей, которые обеспечивают равновесный обмен между живыми и мертвыми организмами. [11]
Месторождения, которые содержат фосфаты в количестве и концентрации, которые экономически выгодны для добычи в качестве руды из-за содержания фосфатов, не особенно распространены. Двумя основными источниками фосфатов являются гуано , образующееся из помета птиц или летучих мышей , и камни, содержащие концентрации минерала фосфата кальция, апатита .
По состоянию на 2006 год [обновлять]США являются ведущим мировым производителем и экспортером фосфорных удобрений, на долю которых приходится около 37% мирового экспорта P 2 O 5 . [13] По состоянию на декабрь 2018 года [обновлять]общие мировые продемонстрированные ресурсы фосфатов составляют 70 гигатонн , [14] которые встречаются в основном в виде осадочных морских фосфоритов. [15]
По состоянию на 2012 год Китай[обновлять] , США и Марокко являются крупнейшими в мире добытчиками фосфоритной руды с добычей 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 млн тонн. [16] Считается , что в Индии имеется почти 260 миллионов тонн фосфоритной руды. [17] 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 перерабатывается в фосфатную руду. Обогащение фосфатной руды представляет собой процесс, включающий промывку, флотацию и обжиг. [1] Пенная флотация используется для обогащения добытой руды до фосфоритной руды. Добытая руда измельчается и промывается, образуя суспензию, которую затем обрабатывают жирными кислотами , чтобы фосфат кальция стал гидрофобным .
Этот фосфорит затем либо растворяется для производства фосфорной кислоты мокрого процесса , либо плавится для получения элементарного фосфора . Фосфорная кислота реагирует с фосфоритной рудой для получения удобрения тройного суперфосфата или с безводным аммиаком для производства аммонийно-фосфатных удобрений. Элементарный фосфор является основой для печной фосфорной кислоты, пентасульфида фосфора, пентаоксида фосфора и трихлорида фосфора . [ нужна цитата ]
Примерно 90% производимого фосфоритов используется для производства удобрений и кормовых добавок, а остальная часть — для промышленных химикатов. [1] Кроме того, фосфор из фосфоритов также используется в пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, моющих средствах, керамике, водоочистке и металлургии. [15]
Для использования в промышленности химических удобрений обогащенный фосфорит должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пятиокиси фосфора (P 2 O 5 ), хотя большинство продаваемых марок фосфоритов содержат 30% или более. [1]
Он также должен содержать разумное количество карбоната кальция (5%) и <4% объединенных оксидов железа и алюминия . [ нужна цитата ] Во всем мире ресурсы богатой руды сокращаются, и использование руды с более низким содержанием может стать более привлекательным. [1]
Обогащенный фосфорит также продается и принимается как «органическая» альтернатива «химическим» фосфатным удобрениям, которые были дополнительно концентрированы из него, поскольку он считается более «натуральным». Согласно отчету ФАО, применение фосфоритной муки в качестве удобрения в определенных типах почв и странах может быть более экологичным , хотя у этого метода есть много недостатков. Согласно отчету, они могут иметь более высокую устойчивость по сравнению с более концентрированными удобрениями из-за снижения производственных затрат и возможности закупок очищенной руды на месте. [1]
Редкоземельные элементы встречаются в фосфоритах. С ростом спроса на современные технологии все большее значение приобретает другой метод поиска редкоземельных элементов, независимый от Китая. Фосфориты, доходность которых выше, чем у месторождений в Китае, предлагают новый ресурс, расположенный в США, который, вероятно, приведет к независимости от влияния стран за пределами США [18].
