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磷矿(磷酸盐岩)。原图链接

磷矿（英语：Phosphate rock），又称磷酸盐岩，是一种含有大量磷酸盐矿物的非碎屑沉积岩。它们通常从脊椎动物的骨骼和牙齿中溶解，而氟磷灰石可以来自热液脉 。其他来源还包括来自火成岩和变质岩的化学溶解的磷酸盐矿物。磷矿矿床通常分布在广泛的层中，这些层累计覆盖了数万平方公里的地壳 。

概述

含磷酸盐常见的岩石

磷矿所含藏的岩石中，石灰石和泥岩是常见的含磷酸盐的岩石。富含磷酸盐的沉积岩可以出现在深褐色至黑色的层中，范围从厘米大小的薄片到几米厚的层。尽管可以存在这些厚层，但它们很少仅由磷质沉积岩组成。 磷质沉积岩通常伴有或夹有页岩，石灰岩，白云岩，有时还夹有砂岩 。这些层包含与细粒石灰石相同的质地和结构，并且可能代表磷酸盐对碳酸盐矿物的成岩作用替代。它们也可以由由磷灰石组成的胶体，卵石，化石和岩屑组成。有些磷矿非常小，没有明显的颗粒状纹理。这意味著它们的质地类似于collophane或细微的类似陨石的质地。磷颗粒可能伴有有机质，粘土矿物 ，淤泥大小的碎屑颗粒和黄铁矿 。 粒状或粒状亚磷酸盐通常发生；橄榄岩中的磷矿并不常见。

磷酸盐岩的品位

亚磷酸盐的磷酸盐含量（或磷酸盐岩的品位）变化很大，从4％到20％五氧化二磷（P2O5 ）。市场上出售的磷矿石富含（“精选”）到至少28％，通常超过30％P2O5 。 这是通过洗涤，筛选，脱灰，磁选或浮选实现的。相比之下，沉积岩的平均磷含量小于0.2％。磷酸盐以氟磷灰石 Ca5（PO4 ）3F的形式存在，通常以隐晶块状（粒度<1μm）存在，这被称为来源不确定的胶体沉积的磷灰石沉积物。它也以羟基磷灰石 Ca5 （PO 4）3OH或Ca10 （PO4）6（OH）2的形式存在 。

磷矿从澳大利亚的元古代带状铁构造中获知 ，但在古生代和新生代沉积物中更为常见。美国西部的二叠纪 磷层代表著大约1500万年的沉积。 它的厚度为420米，占地面积350,000平方公里。商业开采的磷矿发生在法国 ，比利时 ，西班牙 ，摩洛哥 ，突尼斯和阿尔及利亚。在美国，磷矿已在佛罗里达州，田纳西州，怀俄明州，犹他州，爱达荷州和堪萨斯州开采。

磷酸盐沉积岩的分类

磷酸沉积岩的分类有三种:

1. 原始的：处于原始状态的磷酸盐未经历过生物扰动 。换句话说，当磷沉淀物，磷化叠层石和磷酸盐硬质地层未受到干扰时，使用“原始”一词。
2. 凝结：浓缩后，磷颗粒，薄片和床层被视为凝结。磷酸盐颗粒的提取和再加工过程或生物扰动可以帮助实现这一点。
3. 异源的：由湍流或重力驱动的流移动并被这些流沉积的磷颗粒。

磷循环，形成和积累

磷的最大积累主要在海床。 磷的积累来自大气降水，尘埃，冰川径流，宇宙活动，地下热液火山活动和有机物质的沉积。 溶解磷的主要流入来自大陆的风化作用，由河流带到海洋。然后由微生物和宏观生物进行处理。 矽藻类浮游生物，浮游植物和浮游动物会在水中溶解磷。 某些鱼类（例如凤尾鱼）的骨头和牙齿吸收磷，然后沉积并掩埋在海洋沉积物中。

取决于海水的pH值和盐度水平，有机物会腐烂并从浅盆地的沉积物中释放磷。细菌和酶会溶解水底界面上的有机物，从而使磷返回其生物发生周期的开始。 有机物的矿化也会导致磷释放回到海水中。

沉积环境

已知磷酸盐会在各种沉积环境中沉积。通常，磷酸盐沉积在非常浅的近岸海洋或低能环境中。这包括上部区域，沿海或潮间带等环境，最重要的是河口。目前，海洋上升流区引起磷酸盐的形成。 这是因为从大型深海水库带走了恒定的磷酸盐流。 该循环允许生物体的连续生长。

潮汐带

潮汐环境是潮汐平面系统的一部分，在该系统中不存在强波活动。 潮滩系统是在开阔海岸和相对低波能的环境中形成的。 它们还可以在屏障岛后面的高能海岸上发育，在那里它们免受高能波的作用。 在潮滩系统中，上潮带处于非常高的潮位。 但是，它可能会被极端潮水淹没，并被潮汐通道划过。这也暴露在地下，但是在春季潮汐中每月被淹没两次。

沿海环境/潮间带

潮间带也是潮滩系统的一部分。 潮间带位于平均高潮和低潮位之内。 它易受潮汐变化的影响，这意味著它每天在地下暴露一次或两次。 它暴露的时间不足以阻止植被生长。 该区域既包含悬浮液沉降又包含床载。

河口环境

河口环境或河口位于流入公海的河流下部。 由于它们位于淹没的山谷系统的海域，因此它们会从海洋和河流来源接收沉积物。 这些包含受潮汐和波流作用过程影响的相。 河口被认为从潮汐相的陆上界限延伸到沿海相的海面界限。磷矿经常沉积在河口环境中的峡湾中。 这些是河床底坎狭窄的河口。 在全新世海平面上升期间，淹没了冰川侵蚀的U形山谷而形成了峡湾河口。

最常见的磷矿发生与沉积物在海洋上的强烈上升有关。上升流是由深水流引起的，这些深水流被带到沿海表面，在那里可能发生大量的磷矿沉积。 此类环境是磷矿通常与二氧化矽和矽石结合的主要原因。 河口也被称为磷的“陷阱”。这是因为沿海河口含有高产的沼泽草和底栖藻类中的磷，这使得生物与死亡生物之间能够进行平衡交换。

磷矿的沉积类型

磷酸盐结节

这些是球形的浓度，沿著大陆架的地板随机分布。 尽管可能存在大于2毫米的颗粒，但大多数亚磷酸盐颗粒仍为沙粒大小。 这些较大的颗粒（称为结节 ）的大小范围可达几十厘米。 已知在智利北部近海大量存在磷酸盐结核。

生物碎屑磷酸盐或骨床

骨床是含磷酸盐的沉积物，其中含有少量的骨骼小颗粒和共prolites。有些还包含无脊椎动物化石，例如腕足动物，并且在发生双药剂过程后变得更加富含P2 O5 。 生物碎屑磷酸盐也可以被磷酸盐矿物胶结。

磷酸化

磷酸化是一种罕见的成岩过程。 当从鸟粪中浸出富含磷酸盐的液体时，就会发生这种情况。然后将它们浓缩并重新沉淀在石灰石中。 磷化石或原始磷壳的碎片是其中一些沉积物的重要组成部分。

海洋磷矿的构造和海洋学背景

海表磷矿

海表磷矿位于海洋架子环境中。 它们处于宽浅的克拉通环境中。 这是发生粒状磷矿，磷矿硬基和结节的地方。

大陆边缘磷矿

会聚，被动，上升流，非上升流。 这种环境以硬土，结节和颗粒床的形式聚集磷矿。在成岩初期，碳酸盐氟磷灰石的沉淀在沉积物的几十厘米的上部积聚。 在大陆边缘有两种不同的环境条件，在这些条件下会生成磷矿。大陆边缘可能由富含有机物的沉积，强烈的沿海上升流和明显的低氧带组成。 它们还可以在富氧的底水和不良的有机沉积物等条件下形成。

海山磷矿

这些磷矿存在于海山，盖蒂岩或平顶海山，海山山脊中。 这些磷矿是与含铁和镁的硬皮一起产生的。 在这种设置下，磷的生产率在铁氧化还原磷循环中再循环。 该循环还可以形成通常与现代和古代磷矿有关的青绿石。

岛状磷矿

岛状磷矿位于碳酸盐岛，高原，珊瑚岛，珊瑚岛由围绕潟湖或环礁潟湖，海洋湖的礁石组成。 这里的磷矿起源于鸟粪。 深海沉积物的替代物沉淀物已经在海底形成。

生产和使用

生产

磷酸盐含量和浓度都高的矿床 ，由于磷酸盐含量的高低，这些矿床很经济。 磷酸盐的两种主要来源是鸟粪形成的鸟粪和含有一定浓度的磷酸钙矿物， 磷灰石的岩石。

截至2006年 ，美国是世界领先的磷肥生产国和出口国，约占世界P2O5出口量的37％。至2018年12月 ，世界上经证实的磷酸盐岩资源总量为70 千兆吨 ，其主要以海洋沉积磷矿形式存在。

截至2012年 ，中国 ，美国和摩洛哥是世界上最大的磷酸盐岩矿产国，2012年分别生产77 兆吨，29.4吨和26.8吨（包括摩洛哥撒哈拉沙漠的2.5吨），而全球产量达到195吨。据认为，印度有近2.6亿吨磷酸盐岩。其他产量大国包括巴西 ，俄罗斯，约旦和突尼斯 。从历史上看，大量磷酸盐是从小岛（如圣诞节岛和瑙鲁）上的沉积物中获得的，但现在这些资源已被大量消耗。

开采磷矿石并将其选为磷矿石。磷酸盐矿石的选矿是一个包括洗涤，浮选和煅烧的过程。泡沫浮选法用于将开采的矿石浓缩为磷酸盐岩。将开采的矿石压碎并洗涤，形成浆液，然后用脂肪酸处理该矿石浆液，使磷酸钙变得疏水。

然后将这种磷酸岩溶解或生成湿法磷酸 ，或将其熔融生成元素磷 。磷酸与磷矿石反应生成三重过磷酸钙肥料，或与无水氨反应生成磷酸铵肥料。元素磷是熔炉级磷酸，五硫化二磷，五氧化二磷和三氯化磷的碱。

使用

磷酸盐岩产量的大约90％用于肥料和动物饲料的补充，其馀用于工业化学品。除用于农业的磷肥外，磷矿石中的磷还用于动物饲料补充剂，食品防腐剂，发酵粉，药物，防腐剂，化妆品，杀真菌剂，杀虫剂，洗涤剂，陶瓷，水处理和冶金。

为了在化肥行业中使用，必须将精选的磷矿石浓缩至至少28％的五氧化二磷（P2O5 ）的水平，尽管大多数市售的磷矿石等级都在30％或以上。

还必须含有适量的碳酸钙（5％），以及铁和铝的氧化物<4％。 在世界范围内，高品位矿石的资源正在减少，低品位矿石的使用可能会变得更具吸引力。

精选的磷酸盐岩也已被市场销售，并被认为是“化学”磷酸盐肥料的“有机”替代品，因为人们认为它更“天然”，因此已从中进一步浓缩。 根据粮农组织的一份报告，在某些土壤类型和国家中，将磷酸盐岩用作肥料可能更为可持续 ，尽管它有很多缺点。 根据该报告，与较低浓度的肥料相比，它可能具有更高的可持续性，因为降低了制造成本，并且有可能在当地采购精矿。

在磷矿中发现了稀土元素。 随著现代技术需求的增长，一种独立于中国的寻找稀土元素的不同方法变得越来越重要。 由于磷矿的产量大于中国矿产的产量，因此磷矿可提供位于美国境内的新资源，这可能会导致其独立于美国以外国家的影响力。

视频

Part 1: Introduction to Phosphate Rock第1部分：磷矿简介

Part 2: Chemistry and Mineralogy of Phosphate Rock
第2部分：磷矿的化学和矿物学

Phosphate Rock Application Video
磷矿石应用视频

Verdant Minerals aiming to produce phosphate rock concentrate by 2020
Verdant Minerals的目标是到2020年生产磷精矿