فسفوریت ، سنگ فسفات یا سنگ فسفات یک سنگ رسوبی غیر آواری است که حاوی مقادیر زیادی مواد معدنی فسفات است . محتوای فسفات فسفریت (یا درجه سنگ فسفات) بسیار متفاوت است، از 4٪ [1] تا 20٪ پنتوکسید فسفر (P 2 O 5 ). سنگ فسفات موجود در بازار به حداقل 28 درصد، اغلب بیش از 30 درصد P 2 O 5 غنی شده است ("بهره") . این امر از طریق شستشو، غربالگری، آهک زدایی، جداسازی مغناطیسی یا شناورسازی رخ می دهد. [1] در مقایسه، میانگین محتوای فسفر سنگ های رسوبی کمتر از 0.2٪ است. [2]
فسفات به صورت فلوراپاتیت Ca 5 (PO 4 ) 3 F به طور معمول در توده های کریپتوکریستالی (اندازه دانه <1 میکرومتر) وجود دارد که به عنوان رسوبات آپاتیت رسوبی کلوفان با منشأ نامشخص شناخته می شود . [2] همچنین به صورت هیدروکسی آپاتیت Ca 5 (PO 4 ) 3 OH یا Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 وجود دارد که اغلب از استخوان ها و دندان های مهره داران حل می شود، در حالی که فلوراپاتیت می تواند از رگه های گرمابی منشاء بگیرد . منابع دیگر نیز شامل مواد معدنی فسفات محلول شیمیایی از سنگ های آذرین و دگرگونی است . رسوبات فسفریت اغلب در لایه های وسیعی رخ می دهد که به طور تجمعی ده ها هزار کیلومتر مربع از پوسته زمین را می پوشاند . [3]
سنگ های آهک و گلسنگ از سنگ های رایج فسفات دار هستند. [4] سنگهای رسوبی غنی از فسفات می‌توانند در بسترهای قهوه‌ای تیره تا سیاه، از لایه‌های به اندازه سانتی‌متر تا بسترهایی با ضخامت چند متری ایجاد شوند. اگرچه این بسترهای ضخیم می توانند وجود داشته باشند، اما به ندرت فقط از سنگ های رسوبی فسفاته تشکیل شده اند. سنگهای رسوبی فسفاته معمولاً با شیل‌ها ، چرت‌ها ، سنگ‌آهک‌ها، دولومیت‌ها و گاهی اوقات ماسه‌سنگ همراه یا در هم قرار می‌گیرند . [4] این لایه‌ها دارای بافت‌ها و ساختارهای مشابه سنگهای آهکی ریزدانه هستند و ممکن است جایگزین دیاژنتیکی مواد معدنی کربناته توسط فسفات‌ها باشند. [2] همچنین می‌توانند از پلوئیدها، اووئیدها، فسیل‌ها و کلاست‌هایی که از آپاتیت ساخته شده‌اند، تشکیل شوند. برخی از فسفریت ها هستند که بسیار کوچک هستند و بافت دانه ای مشخصی ندارند. این بدان معنی است که بافت آنها شبیه به بافت کلوفان یا بافت ریز میکریت است. دانه های فسفاته ممکن است با مواد آلی ، کانی های رسی ، دانه های آواری به اندازه سیلت و پیریت همراه باشند . فسفریت های پلوئیدی یا گلوله ای به طور معمول وجود دارند. در حالی که فسفریت های اولیتی رایج نیستند. [4]
فسفوریت ها از سازندهای آهن نواری پروتروزوییک در استرالیا شناخته شده اند ، اما بیشتر از رسوبات پالئوزوئیک و سنوزوئیک هستند. سازند فسفری پرمین در غرب ایالات متحده نشان دهنده حدود 15 میلیون سال رسوب گذاری است. ضخامت آن به 420 متر می رسد و مساحت آن 350000 کیلومتر مربع است . [2] فسفریت های تجاری استخراج شده در فرانسه ، بلژیک ، اسپانیا ، مراکش ، تونس ، عربستان سعودی [5] و الجزایر وجود دارد . در ایالات متحده فسفریت در فلوریدا ، تنسی ، وایومینگ ، یوتا ، آیداهو و کانزاس استخراج شده است . [6]
(1) بکر: فسفات هایی که در شرایط دست نخورده هستند، تحت بیوتورباسیون قرار نگرفته اند . به عبارت دیگر، کلمه بکر زمانی به کار می رود که رسوبات فسفاته، استروماتولیت های فسفاته شده و زمین های سخت فسفاته مختل نشده باشند. [7]
(2) تغلیظ شده: ذرات فسفاته، لایه ها و بسترها هنگامی که متراکم شده باشند، متراکم در نظر گرفته می شوند. این توسط فرآیندهای استخراج و بازکاری ذرات فسفاتیک یا بیوتورباسیون کمک می کند. [7]
(3) آلوکتون: ذرات فسفاته ای که توسط جریان های متلاطم یا گرانشی حرکت می کردند و توسط این جریان ها رسوب می کردند. [7]
بیشترین تجمع فسفر عمدتاً در کف اقیانوس است. تجمع فسفر از بارش جوی، گرد و غبار، رواناب یخبندان، فعالیت کیهانی، فعالیت آتشفشانی هیدروترمال زیرزمینی و رسوب مواد آلی رخ می دهد. ورودی اولیه فسفر محلول از هوازدگی قاره ای است که توسط رودخانه ها به اقیانوس منتقل می شود. [8] سپس توسط هر دو میکروارگانیسم و کلان پردازش می شود. پلانکتون دیاتومه، فیتوپلانکتون و زئوپلانکتون، فسفر را در آب حل می کنند. استخوان‌ها و دندان‌های ماهی‌های خاصی (مانند آنچوی) فسفر را جذب می‌کنند و بعداً در رسوبات اقیانوس دفن می‌شوند . [9]
بسته به pH و سطح شوری آب اقیانوس، مواد آلی پوسیده شده و فسفر از رسوبات در حوضه های کم عمق آزاد می شود. باکتری ها و آنزیم ها مواد آلی را در سطح مشترک آب و کف حل می کنند، بنابراین فسفر را به ابتدای چرخه بیوژنیک خود باز می گرداند. کانی سازی مواد آلی نیز می تواند باعث آزاد شدن فسفر به آب اقیانوس شود. [9]
شناخته شده است که فسفات ها در طیف وسیعی از محیط های رسوبی رسوب می کنند . به طور معمول فسفات ها در محیط های دریایی بسیار کم عمق، نزدیک به ساحل یا محیط های کم انرژی رسوب می کنند. این شامل محیط هایی مانند مناطق فوق جزر و مدی، مناطق ساحلی یا بین جزر و مدی، و مهمتر از همه مصب رودخانه است. [9] در حال حاضر، مناطق بالا آمدن اقیانوسی باعث تشکیل فسفات می شود. این به دلیل جریان ثابت فسفات است که از مخزن بزرگ و عمیق اقیانوس آورده می شود (به زیر مراجعه کنید). این چرخه باعث رشد مداوم موجودات می شود. [7]
مناطق فوق جزر و مدی: محیط های فوق جزر و مدی بخشی از سیستم تخت جزر و مدی هستند که در آن فعالیت موج قوی وجود ندارد. سیستم های تخت جزر و مدی در امتداد سواحل باز و محیط های نسبتاً کم انرژی موج ایجاد می شوند. آنها همچنین می توانند در سواحل با انرژی بالا در پشت جزایر مانع توسعه پیدا کنند، جایی که آنها در برابر امواج با انرژی بالا محافظت می شوند. در سیستم صاف جزر و مدی، ناحیه فوق جزر و مدی در سطح جزر و مد بسیار بالایی قرار دارد. با این حال، می تواند توسط جزر و مد شدید غرق شود و توسط کانال های جزر و مدی بریده شود. این نیز به صورت زیر هوایی در معرض دید قرار می گیرد، اما دو بار در ماه توسط جزر و مد بهاری سیل می شود. [10]
محیط های ساحلی / مناطق جزر و مدی: مناطق جزر و مدی نیز بخشی از سیستم تخت جزر و مدی هستند. ناحیه بین جزر و مدی در محدوده متوسط جزر و مد بالا و پایین قرار دارد. در معرض تغییر جزر و مد است، به این معنی که یک یا دو بار در روز به صورت زیر هوایی در معرض دید قرار می گیرد. به اندازه کافی در معرض قرار نمی گیرد تا از رشد بیشتر گیاهان حمایت کند. این منطقه دارای هر دو رسوب معلق و بار بستر است. [10]
محیط های مصب : محیط های مصب یا مصب ها در قسمت های پایین رودخانه هایی که به دریای آزاد می ریزند قرار دارند. از آنجایی که آنها در بخش دریای سیستم دره غرق شده هستند، رسوبات را از منابع دریایی و رودخانه ای دریافت می کنند. اینها شامل رخساره هایی هستند که تحت تأثیر فرآیندهای رودخانه ای جزر و مد و موج قرار می گیرند. در نظر گرفته می شود که مصب از حد خشکی رخساره های جزر و مدی تا حد دریای رخساره های ساحلی امتداد دارد. فسفریت‌ها اغلب در آبدره‌های محیط‌های رودخانه‌ای رسوب می‌کنند. این مصب ها با انقباض آستانه کم عمق هستند. در طول بالا آمدن سطح آب دریاها در هولوسن، مصب آبدره‌ها از غرق شدن دره‌های U شکل فرسایش یافته از یخبندان تشکیل شدند. [10]
شایع ترین وقوع فسفریت ها مربوط به بالا آمدن شدید رسوبات دریایی است. بالا آمدن توسط جریان های آب عمیق ایجاد می شود که به سطوح ساحلی منتقل می شوند، جایی که ممکن است رسوب زیادی از فسفریت ها رخ دهد. این نوع محیط دلیل اصلی ارتباط فسفریت ها با سیلیس و چرت است. مصب ها به عنوان "تله فسفر" نیز شناخته می شوند. دلیل این امر این است که مصب های ساحلی دارای بهره وری بالایی از فسفر از علف های مرداب و جلبک های کف دریا هستند که امکان تبادل تعادل بین موجودات زنده و مرده را فراهم می کند. [11]
رسوبات حاوی فسفات از نظر مقدار و غلظت که برای استخراج به عنوان سنگ معدن به دلیل محتوای فسفات آنها مقرون به صرفه است، چندان رایج نیستند. دو منبع اصلی برای فسفات عبارتند از : گوانو که از مدفوع پرندگان یا خفاش ها تشکیل شده است و سنگ های حاوی غلظت های معدنی فسفات کلسیم، آپاتیت .
از سال 2006 [به روز رسانی]، ایالات متحده بزرگترین تولید کننده و صادرکننده کودهای فسفاته در جهان است که حدود 37 درصد از صادرات جهانی P 2 O 5 را به خود اختصاص داده است. [13] از دسامبر 2018 [به روز رسانی]، کل منبع اقتصادی نشان‌داده‌شده سنگ فسفات در جهان 70 گیگا تن است ، [14] که عمدتاً به‌عنوان فسفریت‌های دریایی رسوبی وجود دارد . [15]
از سال 2012 [به روز رسانی]، چین ، ایالات متحده و مراکش با تولید 77 مگاتن ، 29.4 و 26.8 میلیون تن (شامل 2.5 میلیون تن در صحرای مراکش) در سال 2012 بزرگترین استخراج کنندگان سنگ فسفات در جهان هستند، در حالی که تولید جهانی به آن رسیده است. کوه [16] تصور می شود که در هند تقریباً 260 میلیون تن سنگ فسفات وجود دارد. [17] کشورهای دیگر با تولید قابل توجه عبارتند از برزیل ، روسیه ، اردن و تونس . از نظر تاریخی، مقادیر زیادی فسفات از رسوبات جزایر کوچکی مانند جزیره کریسمس و نائورو به دست می‌آمد ، اما این منابع اکنون تا حد زیادی تخلیه شده‌اند.
سنگ معدن فسفات استخراج شده و به سنگ فسفات تبدیل می شود. بهینه سازی سنگ معدن فسفات فرآیندی است که شامل شستشو، فلوتاسیون و کلسینه می شود. [1] فلوتاسیون کف برای تغلیظ سنگ معدن استخراج شده به سنگ فسفات استفاده می شود. سنگ معدن استخراج شده خرد شده و شسته می شود و دوغاب ایجاد می شود، سپس این دوغاب سنگ معدن با اسیدهای چرب تصفیه می شود تا فسفات کلسیم آبگریز شود .
سپس این سنگ فسفات یا برای تولید اسید فسفریک با فرآیند مرطوب حل می شود یا برای تولید فسفر عنصری ذوب می شود . اسید فسفریک با سنگ فسفات برای تولید کود سوپر فسفات سه گانه یا با آمونیاک بی آب برای تولید کودهای فسفات آمونیوم واکنش داده می شود . فسفر عنصری پایه اسید فسفریک درجه کوره، پنتا سولفید فسفر، پنتوکسید فسفر و تری کلرید فسفر است . [ نیازمند منبع ]
تقریباً 90 درصد از تولید سنگ فسفات برای کود و مکمل های خوراک دام و تعادل برای مواد شیمیایی صنعتی استفاده می شود. [1] علاوه بر این، فسفر از سنگ فسفات همچنین در نگهدارنده‌های مواد غذایی، آرد پخت، داروسازی، عوامل ضد خوردگی، لوازم آرایشی، قارچ‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها، شوینده‌ها، سرامیک‌ها، تصفیه آب و متالورژی استفاده می‌شود. [15]
برای استفاده در صنعت کودهای شیمیایی ، سنگ فسفات غنی شده باید تا سطوح حداقل 28 درصد پنتوکسید فسفر (P 2 O 5 ) تغلیظ شود، اگرچه بیشتر گریدهای سنگ فسفات به بازار 30 درصد یا بیشتر است. [1]
همچنین باید دارای مقادیر معقولی کربنات کلسیم (5%) و کمتر از 4% اکسیدهای ترکیبی آهن و آلومینیوم باشد. [ نیاز به منبع ] در سرتاسر جهان، منابع سنگ معدن با عیار بالا رو به کاهش است و استفاده از سنگ معدنی با عیار پایین ممکن است جذاب تر شود. [1]
سنگ فسفات غنی شده نیز به عنوان یک جایگزین "ارگانیک" برای کود فسفات "شیمیایی" که بیشتر از آن غلیظ شده است، به بازار عرضه شده و پذیرفته می شود، زیرا به عنوان "طبیعی تر" تلقی می شود. طبق گزارشی برای فائو، استفاده از سنگ فسفات به عنوان کود در انواع خاک و کشورهای خاص می تواند پایدارتر باشد، اگرچه دارای معایب زیادی است. بر اساس این گزارش، به دلیل کاهش هزینه های تولید و امکان خرید محلی سنگ معدن تصفیه شده، ممکن است پایداری بالاتری نسبت به کودهای غلیظ تر داشته باشد. [1]
عناصر خاکی کمیاب در داخل فسفریت ها یافت می شوند. با افزایش تقاضا از فناوری مدرن، روش متفاوتی برای یافتن عناصر کمیاب خاکی، مستقل از چین، اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. با بازدهی بیشتر از ذخایر در چین، فسفریت ها منبع جدیدی را در داخل ایالات متحده ارائه می دهند که احتمالاً منجر به استقلال از نفوذ کشورهای خارج از ایالات متحده می شود [18]
