Фосфор, сера бор: геохимия и минералогия, общетехнические требования и способы добычи

ФОСФОР

Минералогия и геохимия.Фосфор – один из важнейших химических элементов Вселенной. Он входит в число 20 наиболее распространенных элементов Солнечной системы и занимает по своей распространенности 11 место среди элементов земной коры. Элементарный фосфор существует в виде нескольких модификаций, главные из них – белая, красная и черная.

Среднее содержание пентоксида фосфора (Р₂О₅) в земной коре составляет 0,25 %. Наиболее высокие концентрации Р₂О₅ характерны для магматических щелочных (0,6–1,0 %) и основных (0,4 %) пород. Содержание Р₂О₅  в осадочных породах варьирует от 0,04 до 0,17 %.

Известно более 200 фосфорсодержащих минералов. Однако свыше 95 % фосфора в земной коре связано в виде безводного фосфата кальция – аппатита Са₅[PO₄]₃ (F, Cl, OH), встречающегося в магматических породах в качестве акцессорного минерала. Апатиты осадочного происхождения, входящие в состав фосфоритов или целиком слагающие их, обычно содержат в своем составе СО₃ – ион. Их принято называть карбонатапатитами. Наиболее широко распространены фторсодержащие карбонатапатиты (карбонатфторапати-ты), среди них иногда различают франколиты (с низким содержанием СО₂) и курскиты (с высоким его содержанием, до 5–6 %).

Применение в промышленности. Практическое значение имеют два главных вида фосфатов – апатиты и фосфориты. Из-за более легкой обогатимости апатитовые руды являются более ценным сырьем, чем фосфоритовые. Однако в мировом балансе добываемого сырья основная роль принадлежит фосфоритовым рудам (около 80 %).

Области использования апатитовых и фосфоритовых руд одинаковые. Около 90 % фосфатного сырья применяется для производства фосфатных и комбинированных минеральных удобрений: суперфосфата, двойного суперфосфата, преципитата, аммофоса, нитрофоса, термофосфатов, фосмуки и др. В значительно меньших количествах апатит и фосфориты применяются для производства элементарного фосфора, фосфорной кислоты и различных солей, используемых в химической и пищевой промышленности, медицине, фотографии, металлургии и в других отраслях, а также в быту в качестве синтетических моющих веществ.

Общетехнические требования.Требования к фосфатному сырью определяются ГОСТами и ведомственными техническими условиями (ТУ). В фосфоритах, идущих для размола на муку, содержание Р₂О₅ должно быть не менее 19 % (низший сорт); в фосфоритной муке высшего сорта содержание этого компонента должно быть 30 % и выше.

Для производства суперфосфата (наиболее распространенный вид удобрения. При электротермическом способе переработки фосфоритов к сырью предъявляются менее строгие требования, лимитирующие лишь содержание Р₂О₅ (не менее 23 %) и оксидов железа (не более 3 %).

Добыча фосфатного сырья производится подземным и открытым способами.

Ресурсы и запасы. Ресурсы фосфатного сырья (в расчете на Р₂О₅) в мире оцениваются в 69,6 млрд т, из них на апатитовые руды приходится всего 5,2 млрд т, т. е. около 7,5 %. Наибольшими ресурсами Р₂О₅ располагают США – 24,2 % мировых. Концентрация подтвержденных промышленных запасов Р₂О₅ в мире очень высока: почти треть их принадлежит Марокко, далее следуют Казахстан, Россия и Западная Сахара (табл. 4). Промышленные запасы фосфатного сырья в мире составляют 5,70 млрд т, в том числе фосфоритов 4,95 млрд т и апатита 0,75 млрд т.

Апатиты.

Месторождения апатитов связаны с изверженными и метаморфическими породами и образуются в результате эндогенных процессов. В апатитовых рудах фосфат обычно четко раскристаллизован, его индивиды гораздо крупнее, обособлены от фосфатных минералов. Среди промышленных руд апатита выделяют собственно апатитовые руды, в которых апатит является главным промышленным минералом, и комплексные апатитсодержащие руды, в которых апатит извлекают попутно с другими компонентами. Типизация апатитовых руд представлена в табл. 5.

Апатитоносные провинции. В настоящее время на различных континентах Земли установлено 18 апатитоносных провинций, в пределах которых обнаружено более 100 месторождений апатитовых руд. В СНГ выделено 10 апатитоносных провинций: Карело-Кольская, Украинская, Шорско-Кузнецкая, Восточно-Саянская, Енисейско-Чадобецкая, Байкальская, Маймеча-Котуйская, Уджинская