Фосфорит , фосфатная руда или фосфоритовая руда — это недетритовая осадочная порода , которая содержит большое количество фосфатных минералов . Содержание фосфата в фосфорите (или сорте фосфоритовой руды) сильно варьируется: от 4% [ 1] до 20% пентоксида фосфора (P 2 O 5 ). Продаваемая фосфатная руда обогащается («обогащается») по крайней мере до 28%, часто более чем до 30% P 2 O 5 . Это происходит путем промывки, просеивания, удаления извести, магнитного разделения 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 криптокристаллических массах (размеры зерен < 1 мкм), называемых коллофановыми - 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 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 . Фосфоритовые отложения часто встречаются в обширных слоях, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров земной коры . [3]
Известняки и аргиллиты являются распространенными фосфатсодержащими породами. [4] Богатые фосфатом осадочные породы могут встречаться в темно-коричневых или черных пластах, от сантиметровых пластинок до пластов толщиной в несколько метров. Хотя эти толстые пласты могут существовать, они редко состоят только из фосфатных осадочных пород. Фосфатные осадочные породы обычно сопровождаются или переслаиваются с сланцами , кремнями , известняком, доломитами и иногда песчаником . [4] Эти слои содержат те же текстуры и структуры, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять собой диагенетические замены карбонатных минералов фосфатами. [2] Они также могут состоять из пелоидов, ооидов, окаменелостей и обломков, которые состоят из апатита. Есть некоторые фосфориты, которые очень малы и не имеют отличительных зернистых текстур. Это означает, что их текстуры похожи на текстуру коллофана или мелкой микритоподобной текстуры. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическим веществом , глинистыми минералами , детритовыми зернами размером с ил и пиритом . Обычно встречаются пелоидные или гранулированные фосфориты; тогда как оолитовые фосфориты не распространены. [4]
Фосфориты известны из протерозойских полосчатых железистых образований в Австралии , но чаще встречаются в палеозойских и кайнозойских отложениях. Пермская фосфоритовая формация на западе США представляет собой около 15 миллионов лет осадконакопления. Она достигает толщины 420 метров и охватывает площадь 350 000 км 2 . [2] Коммерчески добываемые фосфориты встречаются во Франции , Бельгии , Испании , Марокко , Тунисе , Саудовской Аравии [5] и Алжире . В Соединенных Штатах фосфориты добывались во Флориде , Теннесси , Вайоминге , Юте , Айдахо и Канзасе . [6]
(1) Нетронутый: Фосфаты, которые находятся в нетронутом состоянии, не подверглись биотурбации . Другими словами, слово нетронутый используется, когда фосфатный осадок, фосфатированные строматолиты и фосфатные хардграунды не были нарушены. [7]
(2) Конденсированные: Фосфатные частицы, пластинки и слои считаются конденсированными, когда они сконцентрированы. Этому способствуют процессы извлечения и переработки фосфатных частиц или биотурбации. [7]
(3) Аллохтонные: фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными или гравитационными потоками и осаждались этими потоками. [7]
Наибольшее накопление фосфора происходит в основном на дне океана. Накопление фосфора происходит из атмосферных осадков, пыли, ледникового стока, космической активности, подземной гидротермальной вулканической активности и отложения органического материала. Основной приток растворенного фосфора происходит из-за континентального выветривания, выносимого реками в океан. [8] Затем он перерабатывается 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 и позже откладываются и захороняются в океанских отложениях . [9]
В зависимости от уровня pH и солености океанской воды органические вещества будут разлагаться, высвобождая фосфор из осадков в мелководных бассейнах. Бактерии и ферменты растворяют органические вещества на границе раздела вода-дно, тем самым возвращая фосфор в начало его биогенного цикла. Минерализация органического вещества также может вызвать выброс фосфора обратно в океанскую воду. [9]
Известно, что фосфаты откладываются в широком диапазоне осадочных сред . Обычно фосфаты откладываются в очень мелководных, прибрежных морских или низкоэнергетических средах. Сюда входят такие среды, как надприливные зоны, литоральные или приливные зоны и, что наиболее важно, эстуарии. [9] В настоящее время области океанического апвеллинга вызывают образование фосфатов. Это происходит из-за постоянного потока фосфата, приносимого из большого глубоководного океанического резервуара (см. ниже). Этот цикл обеспечивает непрерывный рост организмов. [7]
Супратидальные зоны: Супратидальные среды являются частью системы приливных отмелей, где присутствие сильной волновой активности отсутствует. Приливные системы отмелей создаются вдоль открытых побережий и в средах с относительно низкой волновой энергией. Они также могут развиваться на побережьях с высокой энергией за барьерными островами, где они защищены от воздействия волн высокой энергии. В системе приливных отмелей супратидальная зона находится на очень высоком уровне прилива. Однако она может быть затоплена экстремальными приливами и прорезана приливными каналами. Она также субаэрально открыта, но затапливается дважды в месяц весенними приливами. [10]
Литоральные среды/приливные зоны: Приливные зоны также являются частью системы приливных отмелей. Приливная зона расположена в пределах средних уровней прилива и отлива. Она подвержена приливным сдвигам, что означает, что она подвергается воздействию субаэральных вод один или два раза в день. Она подвергается воздействию недостаточно долго, чтобы поддерживать рост большинства видов растительности. Зона содержит как седиментацию взвеси, так и донные отложения. [10]
Эстуарные среды : Эстуарные среды, или эстуарии, 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 приливные и волновые речные процессы. Считается, что эстуарий простирается от границы приливных фаций в сторону суши до границы прибрежных фаций в сторону моря. Фосфориты часто отлагаются во фьордах в эстуарных средах. Это эстуарии с неглубокими сужениями порогов. Во время повышения уровня моря в голоцене эстуарии фьордов образовались в результате затопления ледниково-эродированных U-образных долин. [10]
Наиболее распространенное появление фосфоритов связано с сильным морским подъемом осадков. Подъем вызван глубоководными течениями, которые поднимаются к прибрежным поверхностям, где может происходить большое отложение фосфоритов. Этот тип среды является основной причиной того, что фосфориты обычно связаны с кремнеземом и кремнем. Эстуарии также известны как фосфорная «ловушка». Это связано с тем, что прибрежные эстуарии содержат высокую продуктивность фосфора из болотной травы и бентосных водорослей, которые обеспечивают равновесный обмен между живыми и мертвыми организмами. [11]
Месторождения, содержащие фосфат в количестве и концентрации, которые экономически выгодны для добычи в качестве руды из -за их содержания фосфата, не особенно распространены. Два основных источника фосфата — это гуано , образованное из птичьего или летучего помета, и породы, содержащие концентрации минерала фосфата кальция, апатита .
По состоянию на 2006 год [обновлять]США являются ведущим мировым производителем и экспортером фосфатных удобрений, на их долю приходится около 37% мирового экспорта P2O5 . [ 13] По состоянию на декабрь 2018 года общий мировой экономический доказанный ресурс фосфоритов составляет 70 гигатонн , [ 14] которые встречаются в основном в виде осадочных морских фосфоритов. [15][обновлять]
По состоянию на 2012 год [обновлять]Китай , США и Марокко являются крупнейшими в мире добытчиками фосфатной руды, с объемом добычи 77 мегатонн , 29,4 млн тонн и 26,8 млн тонн (включая 2,5 млн тонн в Сахаре 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 фосфатной руды. [17] Другие страны со значительным производством включают Бразилию , Россию , Иорданию и Тунис . Исторически большие объемы фосфатов добывались из месторождений на небольших островах, таких как остров Рождества и Науру , но эти источники в настоящее время в значительной степени истощены.
Фосфатная руда добывается и обогащается в фосфатную руду. Обогащение фосфатной руды — это процесс, включающий промывку, флотацию и кальцинирование. [1] Пенная флотация используется для концентрирования добытой руды в фосфатную руду. Добытая руда измельчается и промывается, создавая пульпу, затем эта рудная пульпа обрабатывается жирными кислотами, чтобы сделать фосфат кальция гидрофобным .
Этот фосфат затем либо растворяется для получения фосфорной кислоты мокрого процесса , либо плавится для получения элементарного фосфора . Фосфорная кислота реагирует с фосфатной рудой для получения удобрения тройного суперфосфата или с безводным аммиаком для получения аммоний-фосфатных удобрений. Элементарный фосфор является основой для фосфорной кислоты печного качества, пентасульфида фосфора, пентоксида фосфора и трихлорида фосфора . [ требуется ссылка ]
Около 90% производства фосфоритовой руды используется для производства удобрений и кормовых добавок для животных, а остаток — для промышленных химикатов. [1] Кроме того, фосфор из фосфоритовой руды также используется в пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, моющих средствах, керамике, очистке воды и металлургии. [15]
Для использования в химической промышленности по производству удобрений обогащенный фосфат должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пентоксида фосфора (P2O5 ) , хотя большинство продаваемых сортов фосфатного руды содержат 30% и более. [1]
Он также должен содержать разумное количество карбоната кальция (5%) и <4% объединенных оксидов железа и алюминия . [ необходима ссылка ] Во всем мире ресурсы высококачественной руды сокращаются, и использование руды более низкого качества может стать более привлекательным. [1]
Обогащенный фосфат также продается и принимается как «органическая» альтернатива «химическому» фосфатному удобрению, которое было дополнительно концентрировано из него, потому что оно воспринимается как более «натуральное». Согласно отчету для ФАО, может быть более устойчивым применять фосфат в качестве удобрения в определенных типах почв и странах, хотя у него есть много недостатков. Согласно отчету, он может иметь более высокую устойчивость по сравнению с более концентрированными удобрениями из-за снижения производственных затрат и возможности местной закупки очищенной руды. [1]
Редкоземельные элементы находят в фосфоритах. С ростом спроса на современные технологии все более важным становится другой метод поиска редкоземельных элементов, независимый от Китая. С доходностью, превышающей доходность месторождений в Китае, фосфориты предлагают новый ресурс, расположенный в США, что, вероятно, приведет к независимости от влияния стран за пределами США [18]
