Fosforit - Phosphorite
Fosforit, fosfat kayası veya kaya fosfatı , yüksek miktarda fosfat minerali içeren, kırıntılı olmayan tortul bir kayadır . Fosforit (veya fosfat kaya sınıfı), fosfat içeriği% 4 ila% 20, büyük ölçüde değişir , fosfor pentoksit (P 2 O 5 ). Piyasaya fosfat kayası zenginleştirilmiş P genellikle% 30'dan fazla, en az% 28 ( "olarak yararlı hale getirilmiş") 2 O 5 . Bu, yıkama, eleme, kireç giderme, manyetik ayırma veya yüzdürme yoluyla gerçekleşir. Karşılaştırıldığında, tortul kayaçların ortalama fosfor içeriği %0,2'den azdır. Fosfat, mevcut olduğu gibi fluorapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 K tipik olarak Kriptokristalin kitle (tane boyutu <1 um) olarak ifade Kolofan belirsiz kökenli -sedimentary apatit yatakları. Aynı zamanda hidroksiapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH veya Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 olarak bulunur , bu genellikle omurgalı kemiklerinden ve dişlerinden çözülürken, florapatit hidrotermal damarlardan kaynaklanabilir . Diğer kaynaklar, kimyasal olarak çözülmüş içerir fosfat minerallerini gelen kor ve metamorfitleri . Fosforit birikintileri genellikle, kümülatif olarak Yerkabuğunun on binlerce kilometrekaresini kaplayan geniş katmanlarda meydana gelir .
Kireçtaşları ve çamurtaşları yaygın olarak fosfat içeren kayalardır. Fosfat bakımından zengin tortul kayaçlar, santimetre büyüklüğündeki tabakalardan birkaç metre kalınlığındaki tabakalara kadar koyu kahverengi ila siyah tabakalarda oluşabilir. Bu kalın yataklar var olabilse de, nadiren sadece fosfatlı tortul kayaçlardan oluşurlar. Fosfatlı tortul kayaçlara genellikle şeyller , çörtler , kireçtaşı, dolomitler ve bazen de kumtaşı eşlik eder veya bunlarla ara katmanlar halinde bulunur . Bu tabakalar, ince taneli kalkerlerle aynı doku ve yapıları içerir ve karbonat minerallerinin fosfatlarla diyajenetik yer değiştirmelerini temsil edebilir . Ayrıca apatitten oluşan peloidler, ooidler, fosiller ve klastlardan oluşabilirler. Çok küçük ve belirgin tanecikli dokuları olmayan bazı fosforitler vardır. Bu, dokularının kolofan veya ince mikrit benzeri dokuya benzer olduğu anlamına gelir . Fosfatlı tanelere organik madde , kil mineralleri , silt büyüklüğünde kırıntılı taneler ve pirit eşlik edebilir . Peloidal veya pelet fosforitler normal olarak oluşur; oysa oolitik fosforitler yaygın değildir.
Fosforitler , Avustralya'daki Proterozoik bantlı demir oluşumlarından bilinmektedir , ancak Paleozoik ve Senozoik tortullardan daha yaygındır . Permiyen Phosphoria Formasyonu batı arasında ABD'nin sedimantasyon 15 milyon yıl temsil eder. Bu 420 metrelik bir kalınlığa ulaşır ve 350.000 km'lik bir alanı kaplamaktadır 2 . Ticari olarak çıkarılan fosforitler Fransa , Belçika , İspanya , Fas , Tunus ve Cezayir'de bulunur . Amerika Birleşik Devletleri'nde fosforitler Florida , Tennessee , Wyoming , Utah , Idaho ve Kansas'ta çıkarıldı .
Fosfatlı tortul kayaçların sınıflandırılması
(1) Bozulmamış: Bozulmamış koşullarda olan fosfatlar biyotürbasyona uğramamıştır . Başka bir deyişle, bozulmamış kelimesi, fosfatlı tortu, fosfatlanmış stromatolitler ve fosfat sert zeminleri bozulmadığında kullanılır .
(2) Yoğunlaştırılmış: Fosfatlı partiküller, tabakalar ve yataklar, konsantre olduklarında yoğunlaşmış olarak kabul edilir. Bu, fosfatik parçacıkların veya biyotürbasyonun çıkarılması ve yeniden işlenmesi süreçleriyle yardımcı olur.
(3) Allokton: Türbülanslı veya yerçekimi tarafından yönlendirilen akışlarla hareket ettirilen ve bu akışlar tarafından biriktirilen fosfat parçacıkları.
Fosfor döngüsü, oluşumu ve birikimi
Fosforun en yoğun birikimi esas olarak okyanus tabanındadır. Fosfor birikimi, atmosferik yağış, toz, buzul akışı, kozmik aktivite, yeraltı hidrotermal volkanik aktivite ve organik materyalin birikmesinden meydana gelir. Çözünmüş fosforun birincil girişi, nehirlerin okyanusa getirdiği kıtasal ayrışmadan kaynaklanmaktadır. Daha sonra hem mikro hem de makro organizmalar tarafından işlenir. Diyatomlu plankton, fitoplankton ve zooplankton fosforu suda işler ve çözer. Bazı balıkların (örneğin hamsi) kemikleri ve dişleri fosforu emer ve daha sonra okyanus tortusunda biriktirilir ve gömülür .
Okyanus suyunun pH ve tuzluluk seviyelerine bağlı olarak, organik madde çürüyecek ve sığ havzalardaki tortulardan fosfor salacaktır. Bakteriler ve enzimler, su dibi ara yüzeyindeki organik maddeleri çözerek fosforu biyojenik döngüsünün başlangıcına geri döndürür. Organik maddenin mineralizasyonu, fosforun okyanus suyuna geri salınmasına da neden olabilir.
biriktirme ortamları
Fosfatların çok çeşitli çökelme ortamlarında biriktiği bilinmektedir . Normalde fosfatlar çok sığ, kıyıya yakın deniz veya düşük enerji ortamlarında biriktirilir. Bu, gelgit üstü bölgeler, kıyı veya gelgit bölgeleri ve en önemlisi nehir ağzı gibi ortamları içerir. Şu anda, okyanusta yükselen alanlar fosfat oluşumuna neden oluyor. Bunun nedeni, büyük, derin okyanus rezervuarından getirilen sürekli fosfat akışıdır (aşağıya bakınız). Bu döngü organizmaların sürekli büyümesini sağlar.
Gelgit üstü bölgeler: Gelgit üstü ortamlar, güçlü dalga aktivitesinin bulunmadığı gelgit düz sisteminin bir parçasıdır. Gelgit düz sistemleri, açık kıyılar ve nispeten düşük dalga enerjisi ortamları boyunca oluşturulur. Ayrıca, yüksek enerji dalgası hareketinden korundukları bariyer adalarının arkasındaki yüksek enerjili kıyılarda da gelişebilirler. Gelgit düz sistemi içinde, gelgit üstü bölge çok yüksek bir gelgit seviyesinde yer alır. Bununla birlikte, aşırı gelgitler tarafından sular altında kalabilir ve gelgit kanalları tarafından kesilebilir. Bu aynı zamanda havadan da maruz kalır, ancak bahar gelgitleriyle ayda iki kez sular altında kalır.
Kıyı ortamları/gelgit bölgeleri: Gelgit bölgeleri de gelgit düz sisteminin bir parçasıdır. Gelgitler arası bölge, ortalama yüksek ve düşük gelgit seviyeleri içinde bulunur. Gelgit kaymalarına tabidir, bu da günde bir veya iki kez denizaltı olarak maruz kaldığı anlamına gelir. Bitki örtüsünü tutacak kadar uzun süre maruz kalmaz. Bölge hem süspansiyon çökelmesini hem de yatak yükünü içerir.
Haliç ortamları : Haliç ortamları veya haliçler, açık denize akan nehirlerin alt kısımlarında bulunur. Boğulan vadi sisteminin denize doğru bölümünde oldukları için hem deniz hem de akarsu kaynaklarından tortu alırlar. Bunlar gelgit ve dalga akarsu süreçlerinden etkilenen fasiyesleri içerir. Bir haliç, gelgit fasiyesinin kara sınırından kıyı fasiyesinin deniz sınırına kadar uzandığı kabul edilir. Fosforitler genellikle nehir ağzı ortamlarında fiyortlarda biriktirilir. Bunlar sığ eşik daralmaları olan haliçlerdir. Holosen deniz seviyesinin yükselmesi sırasında, buzul aşınmış U şeklindeki vadilerin boğulmasıyla fiyort haliçleri oluştu.
Fosforitlerin en yaygın oluşumu, tortuların güçlü deniz yükselmesiyle ilgilidir. Yükselme, büyük miktarda fosforit birikiminin meydana gelebileceği kıyı yüzeylerine getirilen derin su akıntılarından kaynaklanır. Bu tür bir ortam, fosforitlerin yaygın olarak silika ve çört ile ilişkilendirilmesinin ana nedenidir. Haliçler ayrıca bir fosfor “tuzağı” olarak da bilinir. Bunun nedeni, kıyı nehir ağızlarının, canlı ve ölü organizmalar arasında bir denge değişimine izin veren bataklık otlarından ve bentik alglerden yüksek bir fosfor üretkenliği içermesidir.
Fosforit biriktirme türleri
- Fosfat nodülleri: Kıta sahanlığının zemini boyunca rastgele dağılmış küresel konsantrasyonlardır. Fosforit tanelerinin çoğu kum boyutundadır, ancak 2 mm'den büyük parçacıklar mevcut olabilir. Nodüller olarak adlandırılan bu daha büyük taneler, boyut olarak birkaç on santimetreye kadar değişebilir. Fosfat nodüllerinin kuzey Şili açıklarında önemli miktarlarda meydana geldiği bilinmektedir .
- Biyoklastik fosfatlar veya kemik yatakları: Kemik yatakları, konsantrasyonlarda küçük iskelet parçacıkları ve koprolitler içeren yataklı fosfat birikintileridir. Bazıları ayrıca brakiyopodlar gibi omurgasız fosilleri içerir ve diyajentik süreçler gerçekleştikten sonra P 2 O 5'te daha zengin hale gelir . Biyoklastik fosfatlar ayrıca fosfat mineralleri ile çimentolanabilir.
- Fosfatizasyon: Fosfatizasyon, nadir görülen bir diyajenetik süreç türüdür. Fosfat açısından zengin sıvılar guanodan sızdığında oluşur. Bunlar daha sonra konsantre edilir ve kireçtaşı içinde yeniden çökeltilir. Fosfatlanmış fosiller veya orijinal fosfat kabuklarının parçaları, bu birikintilerin bazılarında önemli bileşenlerdir.
Deniz fosforitlerinin tektonik ve oşinografik ortamları
- Epeirik deniz fosforitleri: Epeirik deniz fosforitleri deniz sahanlığı ortamlarında bulunur. Bunlar geniş ve sığ bir kratonik ortamdadır. Granül fosforitler, fosforit sert zeminler ve nodüller burada oluşur.
- Kıtasal kenar fosforitleri: Yakınsak, pasif, yukarı doğru kabaran, yukarı çıkmayan. Bu ortam, fosforitleri sert zeminler, nodüller ve granüler yataklar şeklinde biriktirir. Bunlar, tortunun birkaç on santimetrelik üst kısmında erken diyajenez sırasında karbonat florapatit çökeltmesiyle birikir. Fosforitlerin kıta sınırları içinde üretildiği iki farklı çevre koşulu vardır. Kıta sınırları, organik zengin tortullaşma, güçlü kıyı yükselmeleri ve belirgin düşük oksijen bölgelerinden oluşabilir. Oksijence zengin dip suları ve organik olarak fakir tortullar gibi koşullarda da oluşabilirler.
- Seamount fosforitleri: Bunlar, deniz dağlarında, adamlarda veya düz tepeli dikiş dağlarında, dikişli sırtlarda meydana gelen fosforitlerdir. Bu fosforitler, demir ve magnezyum içeren kabuklarla birlikte üretilir. Bu ortamda fosforun üretkenliği, bir demir oksidasyonunu azaltan fosfor döngüsü içinde geri dönüştürülür. Bu döngü, normalde modern ve eski fosforitlerle ilişkilendirilen glokoniti de oluşturabilir.
- Insular fosforitler: Insular fosforitler karbonat adalarında, platolarda, bir lagünü çevreleyen resiften oluşan mercan adasında veya atol lagünü, deniz göllerinde bulunur. Fosforit burada guano kaynaklıdır. Okyanus tabanında yerinde oluşmuş derin deniz çökeltilerinin yer değiştirmesi.
Üretim ve kullanım
Üretim
Ekonomik olan miktar ve konsantrasyon olarak fosfat içeren mevduat maden olarak cevher bunların fosfat içeriği için özellikle yaygın değildir. Fosfat için iki ana kaynak , kuş pisliklerinden oluşan guano ve kalsiyum fosfat minerali konsantrasyonlarını içeren apatit içeren kayalardır .
2006 yılı itibariyle, ABD'nin dünya P 37 hakkında% muhasebe fosfat gübre dünyanın önde gelen üreticisi ve ihracatçısı 2 O 5 ihracatı. Aralık 2018 itibariyle, dünyanın toplam ekonomik olarak kanıtlanmış kaya fosfat kaynağı, esas olarak tortul deniz fosforitleri olarak oluşan 70 gigatondur .
2012 itibariyle, Çin , Amerika Birleşik Devletleri ve Fas , 2012 yılında sırasıyla 77 megaton , 29,4 Mt ve 26,8 Mt (2,5 Mt Fas Sahra dahil) üretimiyle dünyanın en büyük fosfat kaya madencileri iken, küresel üretim 195'e ulaştı. Mt. Hindistan'da yaklaşık 260 milyon ton kaya fosfatı olduğu düşünülmektedir. Önemli üretimi olan diğer ülkeler arasında Brezilya , Rusya , Ürdün ve Tunus bulunmaktadır . Tarihsel olarak, Christmas Adası ve Nauru gibi küçük adalardaki tortulardan büyük miktarlarda fosfat elde edildi , ancak bu kaynaklar artık büyük ölçüde tükendi.
Fosfat cevheri çıkarılır ve kaya fosfatına dönüştürülür. Zenginleştirme fosfat cevheri yıkama, yüzdürme ve toz haline getirilmesi içeren bir işlemdir. Köpüklü yüzdürme , maden cevherini kaya fosfatına yoğunlaştırmak için kullanılır. Çıkarılan cevher ezilir ve yıkanır, bir bulamaç oluşturulur, bu cevher bulamacı daha sonra yağ asitleri ile muamele edilerek kalsiyum fosfatın hidrofobik hale gelmesi sağlanır .
Bu kaya fosfat daha sonra ıslak işlem fosforik asit üretmek için çözünür hale getirilir veya elementel fosfor üretmek için eritilir . Fosforik asit, gübre üçlü süperfosfat üretmek için fosfat kayası ile veya amonyum fosfatlı gübreleri üretmek için susuz amonyak ile reaksiyona girer . Elementel fosfor, fırın dereceli fosforik asit, fosfor pentasülfid, fosfor pentoksit ve fosfor triklorürün temelidir .
kullanır
Kaya fosfat üretiminin yaklaşık %90'ı gübre ve hayvan yemi takviyeleri için, geri kalanı ise endüstriyel kimyasallar için kullanılmaktadır. Tarım için fosfatlı gübrelere ek olarak , kaya fosfattan elde edilen fosfor, hayvan yemi takviyelerinde, gıda koruyucularında, fırın unu, farmasötikler, korozyon önleyici maddeler, kozmetik, mantar ilaçları, böcek öldürücüler, deterjanlar, seramikler, su arıtma ve metalurjide de kullanılır.
Kimyasal gübre endüstrisinde kullanım için , zenginleştirilmiş kaya fosfatı, en az %28 fosfor pentoksit (P 2 O 5 ) seviyelerine konsantre edilmelidir , ancak pazarlanan fosfat kayalarının çoğu %30 veya daha fazladır.
Ayrıca makul miktarda kalsiyum karbonat (%5) ve <%4 kombine demir ve alüminyum oksit içermelidir . Dünya çapında, yüksek tenörlü cevher kaynakları azalmakta ve daha düşük tenörlü cevher kullanımı daha cazip hale gelebilir.
Zenginleştirilmiş kaya fosfatı da pazarlanmakta ve daha "doğal" olarak algılandığı için ondan daha fazla konsantre edilmiş "kimyasal" fosfatlı gübreye "organik" bir alternatif olarak kabul edilmektedir . FAO'nun bir raporuna göre , birçok dezavantajı olmasına rağmen, belirli toprak türlerinde ve ülkelerde gübre olarak kaya fosfatı uygulamak daha sürdürülebilir olabilir . Rapora göre, düşük üretim maliyetleri ve rafine cevherin yerel tedarik olasılığı nedeniyle daha konsantre gübrelere kıyasla daha yüksek sürdürülebilirliğe sahip olabilir.
Nadir toprak elementleri fosforitlerin içinde bulunur. Modern teknolojiden artan taleple birlikte, Çin'den bağımsız, nadir toprak elementlerini bulmak için farklı bir yöntem giderek daha önemli hale geliyor. Çin'deki mevduatlardan daha yüksek getiri ile fosforitler, ABD'de bulunan ve muhtemelen ABD dışındaki ülkelerin etkisinden bağımsızlığa yol açacak yeni bir kaynak sunuyor.