磷礦

磷礦（英語：Phosphate rock），又稱磷酸鹽岩，是一種含有大量磷酸鹽礦物的非碎屑沉積岩。它們通常從脊椎動物的骨骼和牙齒中溶解，而氟磷灰石可以來自熱液脈 。其他來源還包括來自火成岩和變質岩的化學溶解的磷酸鹽礦物。磷礦礦床通常分佈在廣泛的層中，這些層累計覆蓋了數萬平方公里的地殼 。

含磷酸鹽常見的岩石

磷礦所含藏的岩石中，石灰石和泥岩是常見的含磷酸鹽的岩石。富含磷酸鹽的沉積岩可以出現在深褐色至黑色的層中，範圍從厘米大小的薄片到幾米厚的層。儘管可以存在這些厚層，但它們很少僅由磷質沉積岩組成。 磷質沉積岩通常伴有或夾有頁岩，石灰岩，白雲巖，有時還夾有砂岩 。這些層包含與細粒石灰石相同的質地和結構，並且可能代表磷酸鹽對碳酸鹽礦物的成岩作用替代。它們也可以由由磷灰石組成的膠體，卵石，化石和岩屑組成。有些磷礦非常小，沒有明顯的顆粒狀紋理。這意味著它們的質地類似於collophane或細微的類似隕石的質地。磷顆粒可能伴有有機質，粘土礦物 ，淤泥大小的碎屑顆粒和黃鐵礦 。 粒狀或粒狀亞磷酸鹽通常發生；橄欖岩中的磷礦並不常見。

磷酸鹽岩的品位

亞磷酸鹽的磷酸鹽含量（或磷酸鹽岩的品位）變化很大，從4％到20％五氧化二磷 （P2 O5 ）。市場上出售的磷礦石富含（「精選」）到至少28％，通常超過30％P2O5 。 這是通過洗滌，篩選，脫灰，磁選或浮選實現的。 [1]相比之下，沉積岩的平均磷含量小於0.2％。磷酸鹽以氟磷灰石 Ca5（PO4 ）3F的形式存在，通常以隱晶塊狀（粒度<1μm）存在，這被稱為來源不確定的膠體沉積的磷灰石沉積物。它也以羥基磷灰石 Ca5 （PO 4）3OH或Ca10 （PO4）6（OH）2的形式存在 。

磷礦從澳大利亞的元古代帶狀鐵構造中獲知 ，但在古生代和新生代沉積物中更為常見。美國西部的二疊紀 磷層代表著大約1500萬年的沉積。 它的厚度為420米，佔地面積350,000平方公里。[2]商業開采的磷礦發生在法國 ，比利時 ，西班牙 ，摩洛哥 ，突尼斯和阿爾及利亞。在美國，磷礦已在佛羅里達州，田納西州，懷俄明州，猶他州，愛達荷州和堪薩斯州開採。

目錄

磷酸鹽沉積岩的分類

磷酸沉積岩的分類有三種:

1. 原始的：處於原始狀態的磷酸鹽未經歷過生物擾動 。換句話說，當磷沉澱物，磷化疊層石和磷酸鹽硬質地層未受到干擾時，使用「原始」一詞。
2. 凝結：濃縮後，磷顆粒，薄片和床層被視為凝結。磷酸鹽顆粒的提取和再加工過程或生物擾動可以幫助實現這一點。
3. 異源的：由湍流或重力驅動的流移動並被這些流沉積的磷顆粒。

磷循環，形成和積累

磷的最大積累主要在海床。 磷的積累來自大氣降水，塵埃，冰川徑流，宇宙活動，地下熱液火山活動和有機物質的沉積。 溶解磷的主要流入來自大陸的風化作用，由河流帶到海洋。然後由微生物和宏觀生物進行處理。 矽藻類浮游生物，浮游植物和浮游動物會在水中溶解磷。 某些魚類（例如鳳尾魚）的骨頭和牙齒吸收磷，然後沉積並掩埋在海洋沉積物中。

取決於海水的pH值和鹽度水平，有機物會腐爛並從淺盆地的沉積物中釋放磷。細菌和酶會溶解水底界面上的有機物，從而使磷返回其生物發生週期的開始。 有機物的礦化也會導致磷釋放回到海水中。

沉積環境

已知磷酸鹽會在各種沉積環境中沉積。通常，磷酸鹽沉積在非常淺的近岸海洋或低能環境中。這包括上部區域，沿海或潮間帶等環境，最重要的是河口。目前，海洋上升流區引起磷酸鹽的形成。 這是因為從大型深海水庫帶走了恆定的磷酸鹽流。 該循環允許生物體的連續生長。

1. 潮汐帶：

潮汐環境是潮汐平面系統的一部分，在該系統中不存在強波活動。 潮灘系統是在開闊海岸和相對低波能的環境中形成的。 它們還可以在屏障島後面的高能海岸上發育，在那裡它們免受高能波的作用。 在潮灘系統中，上潮帶處於非常高的潮位。 但是，它可能會被極端潮水淹沒，並被潮汐通道劃過。這也暴露在地下，但是在春季潮汐中每月被淹沒兩次。

1. 沿海環境/潮間帶：

潮間帶也是潮灘系統的一部分。 潮間帶位於平均高潮和低潮位之內。 它易受潮汐變化的影響，這意味著它每天在地下暴露一次或兩次。 它暴露的時間不足以阻止植被生長。 該區域既包含懸浮液沉降又包含床載。

1. 河口環境 ：河口環境或河口位於流入公海的河流下部。 由於它們位於淹沒的山谷系統的海域，因此它們會從海洋和河流來源接收沉積物。 這些包含受潮汐和波流作用過程影響的相。 河口被認為從潮汐相的陸上界限延伸到沿海相的海面界限。 磷礦經常沉積在河口環境中的峽灣中。 這些是河床底坎狹窄的河口。 在全新世海平面上升期間，淹沒了冰川侵蝕的U形山谷而形成了峽灣河口。

最常見的磷礦發生與沈積物在海洋上的強烈上升有關。 上升流是由深水流引起的，這些深水流被帶到沿海表面，在那裡可能發生大量的磷礦沉積。 此類環境是磷礦通常與二氧化矽和矽t石結合的主要原因。 河口也被稱為磷的「陷阱」。 這是因為沿海河口含有高產的沼澤草和底棲藻類中的磷，這使得生物與死亡生物之間能夠進行平衡交換。

磷礦的沉積類型

磷酸鹽結節：這些是球形的濃度，沿著大陸架的地板隨機分佈。 儘管可能存在大於2毫米的顆粒，但大多數亞磷酸鹽顆粒仍為沙粒大小。 這些較大的顆粒（稱為結節 ）的大小範圍可達幾十厘米。 已知在智利北部近海大量存在磷酸鹽結核。

1. 生物碎屑磷酸鹽或骨床：骨床是含磷酸鹽的沉積物，其中含有少量的骨骼小顆粒和共prolites。有些還包含無脊椎動物化石，例如腕足動物，並且在發生雙藥劑過程後變得更加富含P2 O5 。 生物碎屑磷酸鹽也可以被磷酸鹽礦物膠結。
2. 磷酸化：磷酸化是一種罕見的成岩過程。 當從鳥糞中浸出富含磷酸鹽的液體時，就會發生這種情況。然後將它們濃縮並重新沉澱在石灰石中。 磷化石或原始磷殼的碎片是其中一些沉積物的重要組成部分。

海洋磷礦的構造和海洋學背景

1. 海表磷礦： 海表磷礦位於海洋架子環境中。 它們處於寬淺的克拉通環境中。 這是發生粒狀磷礦，磷礦硬基和結節的地方。
2. 大陸邊緣磷礦：會聚，被動，上升流，非上升流。 這種環境以硬土，結節和顆粒床的形式聚集磷礦。在成岩初期，碳酸鹽氟磷灰石的沉澱在沉積物的幾十厘米的上部積聚。 在大陸邊緣有兩種不同的環境條件，在這些條件下會生成磷礦。 大陸邊緣可能由富含有機物的沉積，強烈的沿海上升流和明顯的低氧帶組成。 它們還可以在富氧的底水和不良的有機沉積物等條件下形成。
3. 海山磷礦：這些磷礦存在於海山，蓋蒂岩或平頂海山，海山山脊中。 這些磷礦是與含鐵和鎂的硬皮一起產生的。 在這種設置下，磷的生產率在鐵氧化還原磷循環中再循環。 該循環還可以形成通常與現代和古代磷礦有關的青綠石。

島狀磷礦：島狀磷礦位於碳酸鹽島，高原，珊瑚島，珊瑚島由圍繞潟湖或環礁潟湖，海洋湖的礁石組成。 這裡的磷礦起源於鳥糞。 深海沉積物的替代物沉澱物已經在海底形成。

生產和使用

生產

磷酸鹽含量和濃度都高的礦床 ，由於磷酸鹽含量的高低，這些礦床很經濟。 磷酸鹽的兩種主要來源是鳥糞形成的鳥糞和含有一定濃度的磷酸鈣礦物， 磷灰石的岩石。

截至2006年 ，美國是世界領先的磷肥生產國和出口國，約佔世界P2O5出口量的37％。至2018年12月 ，世界上經證實的磷酸鹽岩資源總量為70 千兆噸 ，其主要以海洋沉積磷礦形式存在。

截至2012年 ， 中國 ， 美國和摩洛哥是世界上最大的磷酸鹽岩礦產國，2012年分別生產77 兆噸，29.4噸和26.8噸（包括摩洛哥撒哈拉沙漠的2.5噸），而全球產量達到195噸。據認為，印度有近2.6億噸磷酸鹽岩。其他產量大國包括巴西 ，俄羅斯 ， 約旦和突尼斯 。 從歷史上看，大量磷酸鹽是從小島（如聖誕節島和瑙魯）上的沉積物中獲得的，但現在這些資源已被大量消耗。

開採磷礦石並將其選為磷礦石。 磷酸鹽礦石的選礦是一個包括洗滌，浮選和煅燒的過程。泡沫浮選法用於將開采的礦石濃縮為磷酸鹽岩。將開采的礦石壓碎並洗滌，形成漿液，然後用脂肪酸處理該礦石漿液，使磷酸鈣變得疏水。

然後將這種磷酸岩溶解或生成濕法磷酸 ，或將其熔融生成元素磷 。 磷酸與磷礦石反應生成三重過磷酸鈣肥料，或與無水氨反應生成磷酸銨肥料。元素磷是熔爐級磷酸，五硫化二磷， 五氧化二磷和三氯化磷的鹼。

使用

磷酸鹽岩產量的大約90％用於肥料和動物飼料的補充，其餘用於工業化學品。除用於農業的磷肥外，磷礦石中的磷還用於動物飼料補充劑，食品防腐劑，發酵粉，藥物，防腐劑，化妝品，殺真菌劑，殺蟲劑，洗滌劑，陶瓷，水處理和冶金。

為了在化肥行業中使用，必須將精選的磷礦石濃縮至至少28％的五氧化二磷（P 2 O 5 ）的水平，儘管大多數市售的磷礦石等級都在30％或以上。

還必須含有適量的碳酸鈣（5％），以及鐵和鋁的氧化物<4％。 在世界範圍內，高品位礦石的資源正在減少，低品位礦石的使用可能會變得更具吸引力。

精選的磷酸鹽岩也已被市場銷售，並被認為是「化學」磷酸鹽肥料的「有機」替代品，因為人們認為它更「天然」，因此已從中進一步濃縮。 根據糧農組織的一份報告，在某些土壤類型和國家中，將磷酸鹽岩用作肥料可能更為可持續 ，儘管它有很多缺點。 根據該報告，與較低濃度的肥料相比，它可能具有更高的可持續性，因為降低了製造成本，並且有可能在當地採購精礦。

在磷礦中發現了稀土元素。 隨著現代技術需求的增長，一種獨立於中國的尋找稀土元素的不同方法變得越來越重要。 由於磷礦的產量大於中國礦產的產量，因此磷礦可提供位於美國境內的新資源，這可能會導致其獨立於美國以外國家的影響力