Фосфорит - Phosphorite

Пелоидный фосфорит, Формирование фосфора, Simplot Mine, Айдахо. Ширина 4,6 см.
Ископаемый пелоидный фосфорит (диаметр 4,7 см), Провинция Юньнань, Китай.

Фосфорит, фосфоритная руда или же каменный фосфат без детрита осадочная порода который содержит большое количество фосфатные минералы. Содержание фосфоритов в фосфоритах (или марках фосфоритов) сильно колеблется от 4%.[1] до 20% пятиокись фосфора (П2О5). Товарная фосфоритная руда обогащена («обогащена») не менее 28%, часто более 30% фосфора.2О5. Это происходит посредством промывки, просеивания, удаления извести, магнитной сепарации или флотации.[1] Для сравнения: среднее содержание фосфора в осадочных породах менее 0,2%.[2] Фосфат присутствует в виде фторапатит Ca5(PO4)3F обычно в скрытокристаллический массы (размер зерна <1 мкм), называемые коллофан -осадочные месторождения апатита неопределенного происхождения.[2] Он также присутствует как гидроксиапатит Ca5(PO4)3ОН или Са10(PO4)6(ОЙ)2, который часто растворяется в костях и зубах позвоночных, тогда как фторапатит может происходить из гидротермальные жилы. Другие источники также включают химически растворенные фосфатные минералы из огненный и метаморфических пород. Залежи фосфоритов часто встречаются обширными пластами, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров территории. земной коры.[3]

Известняки и аргиллиты - обычные фосфатсодержащие породы.[4] 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 толстые пласты могут существовать, они редко состоят только из фосфатных осадочных пород. Фосфатные осадочные породы обычно сопровождаются или переслаиваются с сланцы, кремы, известняк, доломиты и иногда песчаник.[4] Эти слои имеют ту же текстуру и структуру, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять диагенетический замена карбонатные минералы фосфатами.[2] 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 тонкой микрит -подобная текстура. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическая материя, глинистые минералы, ил размер обломочные зерна, и пирит. Пелоидные или гранулированные фосфориты встречаются нормально; в то время как оолитовый фосфориты встречаются нечасто.[4]

Фосфориты известны из Протерозойский полосчатые железные образования в Австралия, но чаще встречаются из Палеозой и Кайнозойский отложения. В Пермский период Формирование фосфора западных Соединенные Штаты представляет собой осадконакопление за 15 миллионов лет. Он достигает толщины 420 метров и занимает площадь 350 000 км2.2.[2] Промышленно добываемые фосфориты встречаются в Франция, Бельгия, Испания, Марокко, Тунис и Алжир. В США фосфориты добывают в Флорида, Теннесси, Вайоминг, Юта, Айдахо и Канзас.[5]

Классификация фосфатных осадочных пород

(1) Безупречный: Фосфаты, находящиеся в первозданных условиях, не претерпели биотурбация. Другими словами, слово «первозданный» употребляется, когда фосфатный осадок фосфатизирован. строматолиты и фосфат жесткие грунты не беспокоили.[6]

(2) Сжатый: Фосфатные частицы, пластинки и слои считаются конденсированными, когда они были сконцентрированы. Этому способствуют процессы извлечения и переработки фосфатных частиц или биотурбации.[6]

(3) Аллохтонные: Фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными потоками или потоками под действием силы тяжести и осаждались этими потоками.[6]

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.[7] 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.[8]

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 океанскую воду.[8]

Среды осадконакопления

Известно, что фосфаты откладываются в широком диапазоне осадочные среды. 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.[8] В настоящее время области океанического апвеллинга вызывают образование фосфатов. Это связано с постоянным потоком фосфатов, поступающих из большого глубокого океанского резервуара (см. Ниже). Этот цикл обеспечивает непрерывный рост организмов.[6]

Надприливные зоны: Надприливная среда является 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 волн высокой энергии. В пределах системы приливной равнины надливная зона находится на очень высоком уровне прилива. Однако он может быть затоплен сильными приливами и перерезан приливными каналами. Он также подвергается субаэральному воздействию, но дважды в месяц затопляется весенними приливами.[9]

Прибрежные среды / приливные зоны: Приливные зоны также являются частью приливно-отливной системы. Приливная зона расположена в пределах среднего уровня прилива и отлива. Он подвержен приливным изменениям, 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.[9]

Устья: Устьевые зоны, или эстуарии, расположены 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 границы приливных фаций со стороны суши до границы прибрежных фаций со стороны моря. Фосфориты часто откладываются во фьордах в устьях рек. Это эстуарии с неглубокими перемычками на порогах. Во время голоценового подъема уровня моря устья фьордов образовались в результате затопления эродированных ледниковыми водами U-образных долин.[9]

Наиболее частое появление фосфоритов связано с сильным морским подъемом наносов. Апвеллинг вызывается глубинными водными течениями, которые достигают береговых поверхностей, где может происходить крупное отложение фосфоритов. Этот тип окружающей среды является основной причиной, по которой фосфориты обычно ассоциируются с кремнеземом и кремнем. Эстуарии также называют фосфорными ловушками. 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.[10]

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 узелки, может достигать размеров нескольких десятков сантиметров. Известно, что фосфатные конкреции встречаются в значительных количествах на северном шельфе. Чили.[11]
  • Биокластические фосфаты или костные пласты: Костные пласты представляют собой пластовые фосфатные отложения, которые содержат концентрации мелких скелетных частиц и копролитов.[4] Некоторые также содержат окаменелости беспозвоночных, такие как брахиоподы, и становятся более обогащенными P2О5 после того, как произошли диагностические процессы. Биокластические фосфаты также могут быть цементированы фосфатными минералами.[8]
  • Фосфатизация: фосфатизация - один из редких диагенетических процессов. Это происходит, когда жидкости, богатые фосфатом, выщелачиваются из гуано.[4] Затем они концентрируются и осаждаются в известняке. Фосфатированные окаменелости или фрагменты первоначальных фосфатных оболочек являются важными компонентами некоторых этих отложений.

Тектонические и океанографические обстановки морских фосфоритов

  • Эпейровые морские фосфориты: Эпейское море фосфориты находятся в средах морского шельфа. Они находятся в широкой и неглубокой кратонной среде. Здесь встречаются гранулированные фосфориты, твердые фосфоритовые грунты и конкреции.[6]
  • Фосфориты континентальной окраины: конвергентные, пассивные, апвеллинг, не апвеллинг. Эта среда накапливает фосфориты в виде твердых грунтов, конкреций и зернистых слоев.[10] 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.[6]
  • 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 рециклируется в цикле восстановления фосфора окислением железа. Этот цикл может также образовывать глауконит, который обычно ассоциируется с современными и древними фосфоритами.[6]
  • 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.[6]

Производство и использование

Добыча гуанофосфорита в Острова Чинча Перу, гр. 1860 г.
Фосфоритный рудник недалеко от Орона, Негев, Израиль.
Дальнейшая информация: Пик фосфора

Производство

Отложения, содержащие фосфат в количестве и концентрации, которые экономичны для мой в качестве руда из-за содержания в них фосфатов не особо распространены. Двумя основными источниками фосфатов являются: гуано, сформированный из птица помет и камни, содержащие концентрации минерала фосфата кальция, апатит.

По состоянию на 2006 г., США - ведущий мировой производитель и экспортер фосфорных удобрений, на долю которых приходится около 37% мировых запасов фосфора.2О5 экспорт.[12] По состоянию на декабрь 2018 г., общие экономические продемонстрированные ресурсы фосфоритов в мире составляют 70 гигатонны,[13] что происходит в основном как осадочный морские фосфориты.[14]

По состоянию на 2012 год, Китай, то Соединенные Штаты и Марокко являются крупнейшими в мире горнодобывающими предприятиями по добыче фосфоритной руды с объемом производства 77 мегатонны, 29,4 млн т и 26,8 млн т (в том числе 2,5 млн т в Сахара Марокко) соответственно в 2012 году, а мировое производство достигло 195 млн. т.[15] Считается, что в Индии почти 260 миллионов тонн фосфоритов.[16] Другие страны со значительным производством включают Бразилия, Россия, Иордания и Тунис. Исторически сложилось так, что большое количество фосфатов получали из месторождений на небольших островах, таких как Остров Рождества и Науру, но сейчас эти источники в значительной степени исчерпаны.

Фосфатная руда добывается и обогащается до фосфоритов. Обогащение фосфатной руды - это процесс, который включает промывку, флотацию и кальцинирование.[1] Пенная флотация используется для обогащения добытой руды до фосфоритов. Добытая руда измельчается и промывается, образуя суспензию, затем эту рудную суспензию обрабатывают жирные кислоты чтобы фосфат кальция стал гидрофобный.

Этот каменный фосфат затем растворяется для получения мокрого процесса. фосфорная кислота, или плавить, чтобы произвести элементаль фосфор. Фосфорная кислота реагирует с фосфоритом с образованием тройного удобрения. суперфосфат или с безводный аммиак производить фосфат аммония удобрения. Элементный фосфор - основа печной фосфорной кислоты, пентасульфида фосфора, пятиокись фосфора, и трихлорид фосфора.[нужна цитата ]

Использует

Примерно 90% производства каменного фосфата используется для удобрение и кормовые добавки для животных и остатки промышленных химикатов.[1] Помимо фосфорных удобрений для сельское хозяйство фосфор из каменного фосфата также используется в добавках к корму для животных, пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, детергентах, керамике, водоподготовке и металлургии.[14]

Для использования в химическое удобрение В промышленности обогащенный каменный фосфат должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пятиокиси фосфора (P2О5), хотя большинство товарных сортов фосфоритов составляют 30% и более.[1]

Он также должен содержать разумное количество карбоната кальция (5%) и <4% в сочетании. утюг и алюминий оксиды.[нужна цитата ] Во всем мире ресурсы богатой руды сокращаются, и использование руды с более низким содержанием может стать более привлекательным.[1]

Обогащенный каменный фосфат также продается и принимается в качестве "органический" альтернатива «химическим» фосфорным удобрениям, которые были дополнительно сконцентрированы из них, потому что они воспринимаются как более «натуральные». Согласно отчету для ФАО, может быть больше стабильный применять каменный фосфат в качестве удобрения в определенных типах почв и в определенных странах, хотя у этого есть много недостатков. Согласно отчету, это может иметь более высокую устойчивость по сравнению с более концентрированными удобрениями из-за снижения производственных затрат и возможности местных закупок очищенной руды.[1]

В фосфоритах обнаруживаются редкоземельные элементы. С увеличением спроса со стороны современных технологий все большее значение приобретает другой метод поиска редкоземельных элементов, не зависящий от Китая. Обладая большей урожайностью, чем на месторождениях в Китае, фосфориты представляют собой новый ресурс, расположенный в США, который, вероятно, приведет к независимости от влияния стран за пределами США.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Zapata, F .; Рой, Р. (2004). «Глава 1 - Введение: фосфор в системе почва-растение». Использование фосфатных пород для устойчивого ведения сельского хозяйства. Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация. ISBN  92-5-105030-9.
  2. ^ а б c d Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси, Петрология, Freeman, 1996, 2-е изд. стр. 345–349 ISBN  0-7167-2438-3
  3. ^ К. Майкл Хоган. 2011 г. Фосфат. Энциклопедия Земли. Тема под ред. Энди Йоргенсен. Главный редактор Си Джей Кливленд. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия
  4. ^ а б c d е Протеро, Дональд Р .; Шваб, Фред (22 августа 2003 г.). Осадочная геология. Макмиллан. С. 265–269. ISBN  978-0-7167-3905-0. Получено 15 декабря 2012.
  5. ^ Кляйн, Корнелис и Корнелиус С. Херлбут-младшие, Руководство по минералогии, Wiley, 1985, 20-е изд., С. 360, ISBN  0-471-80580-7
  6. ^ а б c d е ж грамм час Миддлтон В. Джеральд, серия Энциклопедия наук о Земле, 2003 г. Энциклопедия отложений и осадочных пород. Kluwer Academic Publishers. Дордрект, Бостон, Лондон. pp 131, 727, 519–524.
  7. ^ Делани, М. (1998). «Накопление фосфора в морских отложениях и океанический цикл фосфора». Биогеохимические циклы. 12 (4): 563–572. Bibcode:1998GBioC..12..563D. Дои:10.1029 / 98GB02263.
  8. ^ а б c d Батурин Г.Н. Фосфориты на морском дне: происхождение, состав и распространение. Эльзевир. 1981, Нью-Йорк, стр. 24–50. ISBN  044441990X.
  9. ^ а б c Боггс, Сэм-младший (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 217–223. ISBN  0321643186
  10. ^ а б Пивер, Д. Р. (1966). «Эстуарная формация фосфоритов Атлантического побережья Соединенных Штатов Америки». Экономическая геология. 61 (2): 251–256. Дои:10.2113 / gsecongeo.61.2.251.
  11. ^ Гарсия, Марсело; Корреа, Хорхе; Максаев Виктор; Таунли, Брайан (2020). «Потенциальные минеральные ресурсы чилийского шельфа: обзор». Андская геология. 47 (1): 1–13. Дои:10.5027 / andgeoV47n1-3260.
  12. ^ Ежегодник полезных ископаемых США Геологической службы США, 2006 г. Фосфаты горных пород
  13. ^ Отчет AIMR 2019 (PDF) (Отчет). п. 10.
  14. ^ а б Бритт, Эллисон. "Фосфат" (PDF). Отчет AIMR 2013 (Отчет). п. 90.
  15. ^ Статистика IFA 2012
  16. ^ Корделл, Дана; Уайт, Стюарт (31.01.2013). «Устойчивые меры по фосфору: стратегии и технологии для достижения фосфорной безопасности». Агрономия. 3 (1): 86–116. Дои:10.3390 / agronomy3010086.
  17. ^ «Редкоземельные элементы в осадочных фосфатных отложениях: решение глобального кризиса РЗЭ?»

внешняя ссылка