磷灰石,是指磷以晶质磷灰石形式存在于火成岩和变质岩中的含磷矿石。是一系列含钙的磷酸盐矿物的总称。磷灰石是制造
磷肥和磷素及其化合物的最主要矿物原料,最常见的磷灰石是
氟磷灰石。按照加合阴离子不同,除氟磷灰石外,还有氯磷灰石,
羟基磷灰石等。磷灰石的形状为玻璃状晶体、块体或结核,颜色多样,多为带锥面的六方柱形。磷灰石以副矿物见于各种火成岩中,在
碱性火成岩中可以形成有工业价值的矿床,如俄罗斯科拉半岛的希比内磷灰石-霞石矿。规模巨大的磷灰石矿床主要为浅海沉积岩,以胶磷矿为主。如中国湖北襄阳、云南昆阳和贵州开阳磷矿。也可由它们形成
沉积变质矿床。由生物化学作用形成的海鸟粪磷矿,主要成分为羟基磷灰石。
简介
磷灰石是一类含钙的磷酸盐矿物总称,其化学成分为Ca5(PO4)3(F,Cl,OH),其中含CaO为55.38%,含P2O3为42.06%,含F为1.25%,含Cl为2.33%,含H2O为0.56%。晶体属六方晶系。最常见的
矿物种是
氟磷灰石Ca5(PO4)3F,其次有氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、
羟磷灰石Ca5(PO4)3(OH)、氧硅磷灰石Ca5[(Si,P,S)O4]3(O,OH,F)、锶磷灰石Sr5(PO4)3F等。磷灰石晶体常见,一般呈带锥面的六方柱;集合体呈粒状、致密块状、结核状;呈胶体形态的变种称为胶磷灰石,其矿石称为胶磷矿。
矿物学特征
磷灰石呈浅绿、黄绿、褐红等色,玻璃光泽。具不完全解理,断口不平坦。断口有贝壳状,有油脂光泽,有许多种磷灰石具有荧光。通常多种磷灰石含有杂质,如
氟、碳、
氯、
铀、锰和其他稀有元素等。摩斯硬度5,
比重3.18~3.21。加热后常可出现
磷光。将
钼酸铵粉末置于磷灰石上,加
硝酸,可生成黄色
磷钼酸铵,用以快速试磷。磷灰石作为副矿物见于各种
火成岩中,在碱性岩中可形成有工业价值的矿床,如俄罗斯科拉半岛的希比内磷灰石-霞石矿。规模巨大的磷灰石矿床主要为
浅海沉积成因,以胶磷矿为主,例如中国的湖北襄阳、云南昆阳、贵州
开阳磷矿,或是由它们再经变质作用形成的沉积
变质矿床。
偏光镜下:无色。
一轴晶(-)。
氟磷灰石:No=1.633,Ne=1.629,折射率随OH、Cl含量增高而增大;氯磷灰石:No=1.667,Ne=1.665;羟磷灰石:No=1.651,Ne=1.647。
生成方式
磷灰石有三种生成方式,分别生成于
火成岩、
沉积岩和
变质岩中,生成于火成岩中的为内生磷灰石,一般作为副产物在基性或碱性岩石中富集;在沉积岩中为外生磷灰石,是由生物沉积或生物化学沉积形成的,一般为结核状;在变质岩中生成的是经区域变质生成的。
当晶体较大时,晶形、颜色、光泽、硬度均可作为鉴定特征。若为细分散状态则需依靠化学分析鉴定。
应用
磷灰石是提取磷和制造农用
磷肥的重要原料,颜色好结晶好的磷灰石可作为宝石或
装饰材料。伴生元素多的磷灰石可以综合利用。磷灰石是人与动物硬体(牙、骨、结石)部分的主要无机物,也是一种重要的
生物材料。
磷酸盐包括磷酸
正盐和
酸式盐。磷灰石是提炼磷的重要矿物,其中氟磷灰石是商业上最主要的矿物。磷灰石的形状为玻璃状晶体、块体或结核,它们的颜色多种多样,一般多为带个锥面尖头的六方柱形。多数磷灰石都很纯净,如果它们再硬一些,就可以当作宝石了。磷灰石加热后常会发出
磷光。在各种
火成岩中可以见到磷灰石的
影子。
结构与形态
六方晶系,a0=0.943~0.938nm,c0=0.688~0.686nm;Z=2。
晶体结构的基本特点为,Ca-O多面体呈三方柱状,以棱及角顶相连呈不规则的链沿c轴延伸,链间以[PO4]连结,形成平行于c轴的孔道,附加
阴离子Cl-、F-、OH-充填于此孔道中也排列成链,坐标高度可变,并有缺席的无序-有序。F-Ca配位
八面体角顶的Ca,也与其邻近的4个[PO4]中的6个角顶上的O2-相连。
产状与组合
磷灰石以副矿物见于各种
火成岩中,在
沉积岩、
沉积变质岩及
碱性岩中可形成有巨大工业价值的矿床。在各种
岩浆岩及
花岗伟晶岩中成
副矿物。
规模巨大的磷灰石矿床主要为
浅海成因,或由它们再经
变质作用形成的沉积
变质矿床,以
胶磷矿为主。如中国湖北襄阳、云南昆阳、贵州开阳磷矿。
矿石学意义
矿业简史
中国最早发现和首先进行开采的磷矿是江苏海州磷矿。清朝同治年间发现海州磷矿(现名
锦屏磷矿),并于1914年对该矿正式开采。本世纪20至30年代地质学家曾对锦屏磷矿作了
地质调查,1947年确认该磷矿为沉积变质磷矿床。新中国成立后国家首先对锦屏磷矿进行了勘探和开发。
1927~1928年两广地质调查所对
西沙群岛的鸟粪矿床做过一些地质研究工作。1939年地质学家在云南作地质调查时发现了昆阳磷矿。1946年在调查研究淮南煤矿时发现了安徽
凤台磷矿。1953年在贵州
遵义松林发现了晚震旦纪陡山沱期
磷块岩。此后陆续发现和相继开展工作的有鄂西
宜昌磷矿、黔中开阳磷矿、鄂西荆襄磷矿等。自云南昆阳磷矿问世以来,
云南滇池周围陆续发现海口、晋宁、安宁、
江川等大型磷矿。在贵州继开阳磷矿发现后不久,又发现了
瓮安磷矿。在湖北宜昌、荆襄磷矿找矿成果的启发下,发现了
保康神农架和
兴山磷矿。
新中国成立后,中国地质学家对前震旦系变质磷矿、震旦系
陡山沱组及灯影组磷矿、下寒武统梅树村组及辛集组磷矿等,做了大量
地质普查、勘探评价工作。此外对华北岩浆岩型磷灰石矿床、西沙群岛的鸟粪矿床及湖南、广西等次生磷矿床也做了地质研究工作。经过地质普查评价,对锦屏、
肥东、宿松等前震旦系沉积变质磷灰岩矿床;开阳、瓮安、宜昌、荆襄、朝阳等震旦系陡山沱组磷块岩;昆阳、海口、
雷波、马边和
宁强等下寒武统梅树村组磷块岩矿床;中寒武统大茅群磷块岩矿床,以及河北
涿鹿岩浆岩型磷灰石矿床等,都做了详细的
地质勘探工作,求得了大量
工业储量。
世界上出产宝石级磷灰石的国家有缅甸、斯里兰卡、印度、美国、墨西哥、巴西、加拿大、挪威、西班牙、葡萄牙、意大利、德国、马达加斯加、坦桑尼亚、中国等。
矿石应用
磷矿是指在经济上能被利用的磷酸
盐类矿物的总称,是一种重要的化工矿物原料。用它可以制取磷肥,也可以用来制造黄磷、磷酸、
磷化物及其他磷酸盐类,以用于医药、食品、火柴、染料、制糖、陶瓷、国防等
工业部门。磷矿在工业上的应用已有一百多年的历史。
磷矿石按其成因不同,可分为磷灰石和磷块岩。磷灰石是指磷以晶质磷灰石形式出现于岩浆岩和
变质岩中的磷矿石。磷块岩系指由外生作用形成、由
隐晶质或显微隐晶质磷灰石及其他
脉石矿物组成的堆积体。自然界中已知的含磷矿物大约有120多种,分布广泛。但是按其质和量都能达到可以开采利用的含磷矿物则不过几种。在工业上作为提取磷的主要含磷矿物是磷灰石,其次有硫磷铝锶石、鸟粪石和蓝铁石等。自然界中磷元素约有95%集中在磷灰石中。
加工方法
磷灰石有3种加工方法,即机械、酸法和热法加工。国内外都以酸法加工为主。
(1)酸法加工
用各种
无机酸分解
磷矿粉,所得产品主要是各种
水溶性磷肥和磷酸盐。主要产品有:
过磷酸钙、萃取磷酸、
重过磷酸钙、
磷酸铵、
硝酸磷肥等。除过磷酸钙外都是高浓度
磷肥或
复合肥料。制造这些磷肥要求磷灰石P2O5≥28%,杂质含量和粒度应符合要求。
(2)热法加工
用磷灰石和硅石、含镁岩石配成适当比例,在高炉或电炉内经高温熔融后,经
水淬制成
钙镁磷肥等。
分类分布
羟基磷灰石
英文名:Hydroxyapatite
分子式:Ca10(PO4)6(OH)2
分子量:1004
理化性质:熔点:1650°C,
比重:3.16g/cm,溶解度:0.4ppm,Ca/P:1.67
产品规格:粉末、多孔颗粒、块状(非标定型)产品
应用领域:骨替代材料、整形和整容外科、齿科、层析纯化、补钙剂
制法:可由Ca(PO4)2和CaCO3按拟定比例在高温下反应同时注入高压水蒸气,粉末经NH4Cl水溶液洗涤后干燥而成,分多孔型和致密型两种,前者是粉料
发泡后于1250℃烧结制备,后者成型后于1250℃烧结而成。
分布:广泛存在于人体和牛乳中,人体内主要分布于骨骼和牙齿中,牛乳内主要分布于酪蛋白胶粒和乳清中。
氟磷灰石
氟磷灰石是常见的钙氟
磷酸盐矿物。在几乎所有的
火成岩中和镁矿中都有它的存在。氟磷灰石具有玻璃光泽且有多种颜色,但以绿色为多。一般为柱状或厚板状晶体、粗粒到致密块状或瘤状。
将磷灰石磨成
磷矿粉,直接作为酸性土壤肥料使用。矿粉的磨细度一般要求100目多于90%,要求矿石含P2O510%~20%,对其他杂质无特殊要求。