Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пелоидный фосфорит, фосфорная формация , рудник Симплот, Айдахо. Ширина 4,6 см.
Ископаемый пелоидный фосфорит (4,7 см в диаметре), провинция Юньнань , Китай.

Фосфорит, фосфоритная руда или каменный фосфат - это осадочная порода , не содержащая детрита, которая содержит большое количество фосфатных минералов . Содержание фосфора в фосфорите (или сорт фосфорита) сильно варьируется: от 4% [1] 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. [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, обычно в скрытокристаллических массах (размер зерна <1 мкм), которые называются коллофано- осадочными отложениями апатита 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 растворенныефосфатные минералы из магматических и метаморфических пород . Залежи фосфоритов часто встречаются обширными слоями, которые в совокупности покрывают десятки тысяч квадратных километров 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 сланцами , кремнями , известняком, доломитами и иногда песчаником . [4] Эти слои содержат те же текстуры и структуры, что и мелкозернистые известняки, и могут представлять диагенетические замещения карбонатных минералов.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 подобны текстуре коллофана или тонкой микритоподобной текстуры. Фосфатные зерна могут сопровождаться органическим веществом , глинистые минералы , ил размера обломочных зерен и пирита . Пелоидные или гранулированные фосфориты встречаются нормально; тогда как оолитовые фосфориты встречаются нечасто. [4]

Фосфориты известны из протерозойских полосчатых железных образований в Австралии , но чаще встречаются из палеозойских и кайнозойских отложений. Перми Фосфория Формирование западных Соединенных Штатов представляет около 15 миллионов лет седиментации. Он достигает толщины 420 метров и занимает площадь 350 000 км 2 . [2] Коммерчески добываемые фосфориты встречаются во Франции , Бельгии , Испании , Марокко , Тунисе и Алжире.. В Соединенных Штатах фосфориты добываются во Флориде , Теннесси , Вайоминге , Юте , Айдахо и Канзасе . [5]

Классификация фосфатных осадочных пород [ править ]

(1) Нетронутые: фосфаты, находящиеся в первозданных условиях, не подверглись биотурбации . Другими словами, слово «первозданный» используется, когда не нарушены фосфатные отложения, фосфатизированные строматолиты и фосфатные твердые грунты . [6]

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

(3) Аллохтонный: фосфатные частицы, которые перемещались турбулентными или гравитационными потоками и осаждались этими потоками. [6]

Круговорот фосфора, образование и накопление [ править ]

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 [ править ]

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. [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]

Прибрежная среда / 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]

Устьевая среда : Устьевая среда 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 [ править ]

  • 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 . [11]
  • Биокластические фосфаты или костные пласты: Костные пласты представляют собой пластовые фосфатные отложения, которые содержат концентрации мелких скелетных частиц и копролитов. [4] Некоторые из них 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. [8]
  • Фосфатизация: фосфатизация - один из редких диагенетических процессов. Это происходит, когда жидкости, богатые фосфатом, выщелачиваются из гуано. [4] Затем они концентрируются и повторно осаждаются в известняке. Фосфатированные окаменелости или фрагменты первоначальных фосфатных оболочек являются важными компонентами некоторых этих отложений.

Тектоническая и океанографическая обстановка морских фосфоритов [ править ]

  • Эпейровые морские фосфориты: Эпейровые морские фосфориты находятся в пределах 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 в результате 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 [ править ]

Добыча гуанофосфорита на островах Чинча в Перу, ок. 1860 г.
Фосфоритный рудник недалеко от Орона, Негев, Израиль.
Дополнительная информация: пик фосфора

Производство [ править ]

Месторождения, которые содержат фосфат в количестве и концентрации, которые экономически выгодны для добычи в качестве руды из- за их содержания фосфатов, 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 . [12] В декабре 2018 года , всего в мире экономический продемонстрировал ресурс фосфоритной 70 гигатонн , [13] , которое происходит главным образом в качестве осадочных морских фосфоритов. [14]

По состоянию на 2012 год , Китай , то Соединенные Штаты и Марокко являются крупнейшими в мире шахтеров фосфоритов, с производством 77 мегатонн , 29,4 млн.т. и 26,8 млн.т. ( в том числе 2,5 млн т в Сахаре Марокко) , соответственно , в 2012 году в то время как мировое производство достигло 195 Mt. [15] Считается, что в Индии почти 260 миллионов тонн фосфатов. [16] Другие страны со значительным производством включают Бразилию , Россию , Иорданию и Тунис . Исторически сложилось так, что большое количество фосфатов получали из месторождений на небольших островах, таких какОстров Рождества и Науру , но эти источники в настоящее время в значительной степени истощены.

Фосфатная руда добывается и обогащается до фосфоритов. Обогащение фосфатной руды - это процесс, который включает промывку, флотацию и кальцинирование. [1] 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 фосфатной рудой 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 трихлорида фосфора . [ необходима цитата ]

Использует [ редактировать ]

Примерно 90% производимого каменного фосфата используется для производства удобрений и пищевых добавок для животных, а остальное - для промышленных химикатов. [1] Помимо фосфорных удобрений для сельского хозяйства , фосфор из каменного фосфора также используется в добавках к корму для животных, пищевых консервантах, хлебопекарной муке, фармацевтических препаратах, антикоррозионных средствах, косметике, фунгицидах, инсектицидах, детергентах, керамике, водоочистке и металлургии. [14]

Для использования в промышленности химических удобрений обогащенный каменный фосфат должен быть сконцентрирован до уровня не менее 28% пентоксида 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 . [ необходима цитата ] Во всем мире ресурсы руды с высоким содержанием золота сокращаются, и использование руды с более низким содержанием может стать более привлекательным. [1]

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, 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 более высокой 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]

См. Также [ править ]

  • Добыча фосфатов в США

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g Zapata, F .; Рой, RN (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. ^ a b c d Блатт, Харви и Роберт Дж. Трейси, Петрология , Фримен, 1996, 2-е изд. стр. 345–349 ISBN 0-7167-2438-3 
  3. ^ C.Michael Хоган. 2011. Фосфат . Энциклопедия Земли. Тема под ред. Энди Йоргенсен. Главный редактор CJCleveland. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия
  4. ^ a b c d e Протеро, Дональд Р .; Шваб, Фред (22 августа 2003 г.). Осадочная геология . Макмиллан. С. 265–269. ISBN 978-0-7167-3905-0. Проверено 15 декабря 2012 года .
  5. Перейти ↑ Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, Jr., Manual of Mineralogy , Wiley, 1985, 20 ed., P. 360, ISBN 0-471-80580-7 
  6. ^ a b c d e f g h Миддлтон В. Джеральд, серия Энциклопедия наук о Земле, 2003 г. Энциклопедия отложений и осадочных пород. Kluwer Academic Publishers. Дордрект, Бостон, Лондон. стр 131, 727, 519–524.
  7. Перейти ↑ Delaney, ML (1998). «Накопление фосфора в морских отложениях и океанический цикл фосфора» . Биогеохимические циклы . 12 (4): 563–572. Bibcode : 1998GBioC..12..563D . DOI : 10.1029 / 98GB02263 .
  8. ^ а б в г Батурин Г. Н. Фосфориты на морском дне: происхождение, состав и распространение. Эльзевир. 1981, Нью-Йорк, стр. 24–50 ISBN 044441990X . 
  9. ^ a b c Боггс, Сэм младший (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.), Pearson Education Inc., Upper Saddle River, NJ, стр. 217–223 ISBN 0321643186 
  10. ^ a b Pevear, DR (1966). «Устьевая формация фосфоритов Атлантического побережья Соединенных Штатов Америки» . Экономическая геология . 61 (2): 251–256. DOI : 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. DOI : 10,5027 / andgeoV47n1-3260 .
  12. ^ Ежегодник полезных ископаемых Геологической службы США 2006 Фосфат породы
  13. ^ Отчет AIMR 2019 (PDF) (Отчет). п. 10.
  14. ^ a b 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. DOI : 10.3390 / agronomy3010086 .
  17. ^ "Редкоземельные элементы в осадочных фосфатных отложениях: решение глобального кризиса РЗЭ?"

Внешние ссылки [ править ]

  • Геологическая служба США
  • Статистика USGS
  • Сайт ПИРС
  • Международная ассоциация производителей удобрений
  • Science Direct