Химический и минеральный состав фосфоритов

1) Характеристика фосфатных минералов

2) Химический и минеральные состав фосфоритов ( в том числе фосфо

ритов Центральных Кызылкумов)


Цель занятий: Ознакомить студентов основными фосфатными минералами и их сопутствующими другими минералами. Обосновать необходимости обогащения сырья с их химическими и минералогическими составами

( на примере фосфоритов Центральных Кызылкумов).

1. Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов: Вследствие легкой окисляем ости фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. (№ 15 элемент. 5группа: 3 периоды: 5 групп m=31,3гр)

Источником получения фосфора служит минерал апатит ( содержит 41-42% пентоксида фосфора Р2 О5 и горная порода – фосфорит ( состоящая из фосфата, близкого по составу к апатиту и ряда не фосфатных минералов, содержит 5-36% пентоксида фосфата).


Открытый в 1969 г. Х. Брантом фосфор (германия) первоначально был назван «холодным огнём», затем фосфором, что в переводе с греческого («фос» - свети и «фор» - несу) означает «светоносный» (светящееся в темноте вещество). Промышленное производство фосфора было организовано во второй половине ХIX в.

Примерно до 90-95% мировой добычи фосфатного сырья используется для производства минеральных удобрений. Внесение в почве 1т пентооксида фосфора дает прирост уряжая озимой пшеницы до 20-25т, картофеля и сахарной свекле до 60-70т (до 300к 1га) хлопко-сырца до 5-6т.

Остальные 5-10% фосфатного сырья расходуются на получение элементарного фосфора, фосфорной кислоты и различных солей, применяемых (в народном хозяйстве, в медицине, в фармакологии, химической, пищевой промышленности, в животноводстве и др.)

Источником получения фосфора служат фосфатные минералы. В природе известно с выше 120 фосфатных минералов. Наиболее распространены и имеют промышленное значение минералы апатитовых и фосфоритовых групп, основной из которых в последней – фторапатит Ca10 (PO4 )6 F2. К апатитом относятся минералы с общей формулой

Ca10 (PO4 )6 R2 (где R –фтор, хлор и гидроксил). Некоторая часть ионов – Ca в апатитах обычно замещена ионами Sr, Ba, Mg, Fe, Mn, а также трехвалентных редкоземельных элементов.

Другие апатитовые минералы являются продуктами замещения части фосфора углеродом (корбанат апатит, франколит и курскит): в качестве заместителей могут выступать элементы полуторных соединений ( железо, алюминий), а также щелочные металлы. В результате получается также апатитовые минералы, как крандоллит и милезит. Апатит имеет магматическое или метаморфическое происхождение. Из апатитов наиболее распространен фторапатит, меньшее – гидрооксид апатит и ещё реже – хлорапатит. Апатиты входит в состав многих изверженных парод. Вкрапленные в них или сопутствующие им другие минералы магматическое происхождения имеет кристаллическое строение. К ним относится нефелин (натрий, калий) AlSiO4 x nSiO2. пироксены, эгирин NaFe(SiO3 )2 титаномагнетит Fe3 O4 x FeTiO2. ильменит FeTiO3. сфен CaTiSiO3. полевые шпаты и др.

2. Фосфориты – осадочные образования. Месторождения осадочных фосфоритов образовались в результате выветривания фосфатных пород, уноса их реками в моря.

Различают следующие группы и типы фосфоритов. В зависимости от условии накопления фосфатного вещества фосфориты подразделяется на три группы:

  • Хемогенные, образованные химическим путем;

  • Органогенные, образовавшийся за счёт скопления погибших организмов или органических выделение;

  • Вторичные, т.е. руда проявления прошедшие стадию размыва и последующей концентрации.

По вещественному составу фосфориты подразделяется на пять типов

    1. желваковые ( Вятко – камское месторождения);

    2. ракушечниковые ( Эстонии);

    3. микрозернистые (месторождения Каратау);

    4. остаточно – метасоматические ( Белкинское);

    5. зернистые ( Африканский тип).

В подавляющим большинстве фосфориты состоят из фторапатит. Реже из карбонатапатита, фторгидрооксилаппатита. Кроме фторапатит, в фосфатное вещество некоторых фосфоритов входят также франколит ( фторкарбонатапатит), и курскит.

Фосфоритовые руды отличается от апатитовых высокой дисперсностью содержащихся в них фосфатных минералов и тесным срастанием их с сопутствующими минералами – примесями.

Вследствие высокой дисперсности фосфатного вещества фосфориты в отличие от апатитовых руд обладают большой удельной поверхностью и растворяются в кислотах быстрее апатита.

Фосфоритные руды помимо фосфатного вещества содержат значительного количества других минералов: глауконита (R2 O + RO)R2 O3 .4SiO2 .2H2 O ( где R2 O – Na2 O u K2 O, RO – MgO, CaO u FeO, R2 O3 – Fe2 O3 u Al2 O3 ): лимонита 2Fe(OH)3 .Fe2 O3 ; кальцита CaCO3 ; доломита CaCO3 .MgCO3 ; магнезиальных силикатов ( например форстерита MgSiO4 ); каолина Al2 O3. 2SiO2. 2H2 O; пирита FeS2. полевых шпатов, кварца, и других, а также небольшое количества органического вещества.

Джерой Сардаринское месторождения фосфоритов Центральных Кызылкумов расположено в центральной части Кызылкумского горно – рудного района в Тамдинском и Канимехском районах Навоийский области. Ближайшим населенным пунктом является поселок Мурунтау, расположенной в 30 км.

Общие запасы зернистых фосфоритов оцениваются в 10 млрд. т руды утвержденные запасы фосфоритов Кызылкума составляет 47 млн. т. 100% Р2 О5 среднее содержание фосфатного ангидрида в руде составляет 19,4%.

Фосфориты сложены в основном фосфотизированными фаунистическими остатками, скрепленными тонкозернистым кальцитовым цементом.


1) В чем характеризуется минералогический состав фосфоритов Центральных Кызылкумов?

2) На сколько типов подразделяются фосфориты по вещественному составу?

3) На сколько групп подразделяются фосфориты в зависимости от условий накоплений фосфатного вещества?

4) В скольких миллиардов тонн руды оцениваются общие запасы зернистых фосфоритов Центральных Кызылкумов?


Область использования фосфорсодержащих руд

1) Использование фосфора в народном хозяйстве

2) Общие требования к фосфатному сырью для химической переработки


Цель занятий: ознакомить студентов с основными областями применения фосфора.


1. Промышленное производство фосфора было организовано во второй половине ХIХ в.Примерно до 90 – 95 % мировой добычи фосфатного сырья используется для производство минеральных удобрений.

Источником получения фосфора служат фосфатные минералы. В природе известно свыше 120 фосфатных минералов. Наиболее распространены и имеют промышленные значения минералы апатитовых и фосфоритовых групп.

В соответствии с решениями Президента и Кабинета министров Республики Узбекистан возобновлены проектно- изыскательские работы на Джерой – Сардаринского месторождения фосфоритов.

Фосфатные минералы по составу сходны с фтор апатитом Са10 (РО4 )6 F2. От апатита фосфатные минералы отличаются тем, что в них изоморфно замещена часть фосфора углеродом или серой, а иногда в кристаллическую решетку входят гидроксильные группы.

В природе вначале образуются фосфатные минералы, в кристаллической решетке которых сосредоточиваются углерод и гидроксильные группы. Эти минералы имеют высокое содержание фосфатной части, растворяются в почвенных кислотах (так называемого лимонно-растворимого фосфата). Руды, содержащие такие минералы, используются в качестве удобрений в виде фосфоритной муки.

Мощные толщи верхних слоев месторождений воздействуют на фосфатные минералы высоким давлением и температурой, при этом фосфатное вещество обогащается фосфором за счет вытеснения части углерода и гидроксильных групп, а фтор - карбонат апатит (фосфорит) переходит во фтор апатит (апатит).

Кальциевые фосфаты (F>3%) с изоморфизмом СО 2 3 ?РО 3- 4 фтор-карбонат апатиты (франколиты) имеют наибольшие распространения в фосфоритовых месторождениях; их формулы - Са10-n/2 (РО4 )6-n *(СО3 )n F2. где n- число атомов фосфора, замещенных углеродом.

Фосфор фторкарбонатапатитов замещается также серой по схеме SO 2- 4 ?РО 3- 4 с образованием сульфатзамещенного фосфата типа Са9. 5 Р5 SO24 F2 .

Самостоятельную группу фторкарбонатапатитов образуют фторгидроксилкарбонатапатиты типа Са10 (РО4 )6-n (F, OH)2. в которых часть фтора замещена гидроксильной группой по схеме ОН - ?F -. Такие фосфориты составляют месторождение ракушечных фосфоритов (Прибалтики).

В фосфоритах кроме фосфатного вещества содержатся минералы:

1) Терегенного характера (отвечающие составу среды, в которой образовались

2) Аутогенного происхождения;

3) Продукты образующиеся в процессе превращений фосфоритов.

К первой группе минералов относятся кварц и полевые шпаты. В желваков фосфоритах кварца содержатся до 50-75%, размер зерен-0,15(0,5) мм.

Ко второй группе минералов относятся глауконит, кальцит, доломит халцедон, органическое вещество и некоторые радиоактивные минералы.

Глауконит ?(К, Na,) (Fe 3+ ,Al, Mg)2 (Si, Al)4 O10 (OH)2 ? содержится в платформенных фосфоритах, размер зерна от 0,01 до 0,5 мм.

Кальцит СаСО3 пронизывает фосфатную массу платформенных фосфоритов цементируя вместе с фосфатом терригенные минералы.

Доломит MgCO3 * СаСО3 в рудах Каратау и Кызылкумов присутствует в виде тонкокристаллических зерен размером 0,01-0,5 мм образует основную массу цемента фосфате.

Халцедон SiO2 содержится в пластовых фосфоритах в виде пыли размером в несколько микрометров или цемента, скрепляющего зерна фосфата.

Органическое вещество состоит из битумов, гуминовой кислоты и остаточного угля.

В небольших количествах содержатся пирит FeS2. сидерит FeCO3 ,шамозит

Fe 2+. Аl?Si3 AlО10 (ОН)6 * nH2 O?. Третья группа минералов представлена бурым железняком, гипсом, вторичными карбонатами кальция (кальцит, арагонит), апатитом, тремолитом и др. Химический состав фосфатных руд месторождений стран СНГ представлены в таблице- 1. При наличии в фосфоритах крупного кварца их обогащают методом избирательного измельчения. Мягкий фосфат легко измельчается, переходя в мелкозернистый продукт, а кварц концентрируется в крупнозернистом. Фосфатная часть отделяется от кварца грохочением. Метод опробован на рудах Полпинского и Кингисеппского месторождений, однако промышленного применения не нашел.

Промывка руд применяется для обогащения Желваковых фосфоритов. При промывке осуществляется дезинтегрирование глинистого материала, цементирующего желваки фосфата. Для промывки применяют бутары, скрубберы, корытные мойки, промывочные башни, классификаторы. Расход воды составляет от 1 до 6 м 3 на 1 т руды.

Электромагнитная сепарация основана на различии магнитных свойств минералов. Для сепарации используют полиградиентные сепараторы обеспечивающие напряженность в рабочей зоне более 1,6*10 6 А/м.

Работами С.Ф. Шинкоренко, В.Ескородского, Т.И. Кайтмазовой, выполненными в ГИГХСе, показана возможность удаления магнитной сепарацией глауконитов из пульпы, поступающей на флотацию, в результате возрастает извлечение Р2 О5 в концентрате на 2% без снижения его качество. При электростатической сепарации используется способность минералов приобретать электрические заряды. В электростатическом поле при напряжении 60-90кв траектории падения частиц отклоняются у кварца в одну сторону, а у фосфата – в другую.


Таб.19.1 Химический состав фосфатных руд месторождений стран СНГ


Работами А.И.Ангелова, Ю.Н.Набилина выполненными в ГИГХСе и на опытно – промышленной установке ПО «Фосфорит», показана возможность доводки флотационных концентратов по содержанию Р2 О5 с 26 до 32-34% при выходе 60% и извлечении до 70%от операции. Такой концентрат пригоден для химической переработки с получением различным видов минеральных удобрений.

В зарубежной практике электростатическую сепарацию применяли при обогащении флоридской руды (США). Из хвостов промывки руды, содержащей 15,5% Р2 О5 при извлечении 80%.

Термическое обогащение (обжиг). В мировой практике обогащения фосфатных руд широкое распространение получило термическое обогащение (обжиг). В основном обжиг применяется для облагораживания фосфатных руд США и Северной Африки. Процесс осуществляется в печах кипящего слоя, среди которых преимущество распространение получили трех ступенчатые. Из 19 крупнотоннажных печей, введенных в эксплуатацию, 15 печей кипящего слоя имеют общую мощность около 16 млн. т/год обожженных фосфоритных концентратов.

Руды (концентраты), содержащие кальцит, магнезит, сидерит, подвергнутые термическому воздействию при температуре 850-1100 о С, разлагаются с выделением при последующей переработке оксидов кальция, магния и железа.

При нагревании до определенных температур карбонаты кальция, магния, марганца разлагаются на оксид металла и углекислый газ по реакции

Например, декарбонизация углекислого кальция идет по реакции

Диссоциация карбоната кальция обратимая реакция. Ее направление зависит от температуры и диссоцирующий карбонат кальция.

Выход обожженного продукта (% массы сухого сырья) определяется по формуле

где ?СаО и ?MgO - содержание СаО и МgО в сырье, %;

– суммарное содержание в сырье SiO2 и (Fe2 O3 +Al2 O3 ), %; n – потери при прокаливании, %; х – степень декарбонизации сырья при обжиге.

Во время обжига сырья протекают реакции в твердой фазе между СаСО3. МgСО3. СаО и МgО и оксидами SiO2. Al2 O3. Fe2 O3. содержащимися в руде или концентрате.

При высоких температурах (1000, 1200 0 С и выше) увеличивается подвижность ионов и катионов, находящихся в решетке кристаллов этих веществ. Образуются силикаты, алюминаты и ферриты кальция, поэтому в состав продуктов обжига сырья обычно входит двух кальциевые силикаты, однокальциевый алюминат и двух кальциевый феррит.

При выборе технологии обогащения фосфоритовых руд учтены следующие положения, вытекающие из современного мирового опыта обогащения руд на аналоговых месторождениях:

Сухие способы обогащения проще и дешевле в сравнении с мокрыми процессами. до настоящего времени сухие способы достаточно широко используются, в том числе на крупных обогатительных фабриках.

Сухие схемы обогащения включают операции: избирательного дробления и дезинтеграцию, грохочение, обеспыливание и кальцинирующий обжиг.

Мокрые процессы обогащения включают сочетание и чередование подготовительных операций (репульпация руды, избирательная дезинтеграция, оттирка поверхности фосфатных зёрен) с операциями разделительными (классификация по крупности на грохотах, гидравлическое обесшламливание) с последующей флотацией и обжигом.

Наиболее близким аналогом Кызылкумских фосфоритов является фосфатно-карбонатная руда пустыни Негев Израиль. Фосфатные зёрна преобладающей крупностью 0,5 – 0,07 мм сцементированы кальцитом. Содержание Р2 О5 – 23 %.

Для кызылкумских фосфоритов флотационное выделение кальцита затруднено тем обстоятельством, что значительная его часть представлена микрозернистыми включениями внутри фосфатных зёрен – эндокальцит (в отличие от экзокальцита цемента). Поэтому применение флотационного метода обогащения фосфоритовых руд Джерой-Сардаринского месторождения на данном этапе исключается, но требует дополнительных исследований в этой области. На основании вышеперечисленных положений, предпочтение отдано сухим способам обогащения фосфоритовых руд Джерой-Сардаринского месторождения фосфоритов. В последнее время (2004 г.) по данным КФК НГМК, в 2-3 км от Джерой – Сардары найден подземный источник воды. Это дает широкую возможность при разработке технологии обогащения фосфоритовых руд мокрым способом. Этим заинтересованы и зарубежные партнеры.

2. Химической переработке в фосфорсодержащие продукты подвергаются либо непосредственно сырье фосфатные руды, либо их концентраты. При этом наибольшее значение имеет содержание Р2 О5 в руде или в концентрате (больше >24,5%) Важную роль играет также содержание полуторных окислов, (Fe2 O3, R2 O3 | Р2 О5

Похожие:

Рекомендуем ознакомится: http://uz.denemetr.com