Зернисто-ракушечниковыми называют такие фосфориты, которые состоят или из мелких стяжений (оолитов) и галек фосфатов, или из фосфатизированных раковин и их обломков в песках и песчаниках с глинисто-железистым или известковистым цементом; реже зернистые фосфориты представлены фосфатизированными известняками и мергелями. Содержание Р205 в таких фосфоритах невелико, однако они легко обогащаются; раковины брахиопод, например, содержат Р205 36--41%, и полученные из ракушечниковых фосфоритов концентраты также обладают высоким содержанием фосфорного ангидрида. Зернистые фосфориты слагают пласты мощностью до 20м.
Массивные (микрозернистые) фосфориты -- это однородные осадочные породы темно-серого, бурого, черного, иногда светло-серого и белого цветов, сходные по облику с окремненными известняками и доломитами. Лишь под микроскопом устанавливается, что порода состоит из мельчайших оолитов или кристаллических зерен фосфатного вещества, сцементированных карбонатно-или кремнисто-фосфатным цементом. Залежи, имеющие форму пластов, сложены такими фосфоритами на всю мощность и нередко обладают высоким содержанием Р205, достигающим 26--28% и более. Массивные фосфориты слагают мощные и выдержанные по простиранию пласты геосинклинальных фосфоритоносных бассейнов.
Области применения
Природные фосфаты служат сырьем для получения элементарного фосфора и различных его соединений. Исходным продуктом для получения многих видов химических соединений является желтый фосфор, извлекаемый из природных фосфатов путем возгонки в электропечах при 1400-- 1600 °С. Желтый фосфор применяется для производства красного фосфора, фосфорной кислоты, фосфорного ангидрида, хлористых, сернистых и других соединений фосфора. Эти продукты используются при изготовлении спичек, в пиротехнике, металлургии, органическом синтезе, при производстве активированного угля, флотореагентов, инсектицидов, различных лекарственных препаратов и т. д.
Более 90% всего добываемого фосфора используется для выработки минеральных удобрений. Важнейшим источником сырья для производства последних являются апатитовые и фосфоритовые руды.
По химическому составу фосфатные удобрения подразделяются на простые и комплексные. Простые содержат один действующий элемент - фосфор; комплексные содержат два или более действующих вещества (Р, К, N).
Простые одинарные удобрения - фосфоритная мука, преципитат, фосфатшлаки -содержат Р205 в трудноизвлекаемой форме. Для производства фосфоритной муки пригодны только те природные фосфаты, которые способны растворяться в кислых почвенных растворах и в слабой фосфорной кислоте. Ими являются первичные концентраты желваковых, ракушечных и зернистых фосфоритовых руд, а также фосфаты руд месторождений кор выветривания.
Преципитат -содержит около 42% Р205 в усвояемой форме, имеет нейтральную реакцию и обладает высокой агрохимической эффективностью на большинстве почв, но уступает двойному суперфосфату.
Водорастворимые удобрения - простой и двойной суперфосфат -являются основным видом удобрений под все сельскохозяйственные культуры. Сырьем для них служат апатитовый концентрат и фосфоритная мука из каратауских фосфоритов.
Наиболее высококонцентрированными являются сложные комплексные удобрения - аммофос, нитрофос, нитрофоска, содержащие кроме фосфора калий и азот.
Фосфаты кальция употребляют не только как удобрения, но и в качестве кормов. Для подкормки скота годятся фосфаты, содержащие незначительные количества фтора, который является токсикантом. Поэтому из природных фосфатов вырабатываются кормовые фосфаты с пониженным содержанием фтора. Кормовой трикальций фосфат представляет собой универсальную фосфорно-кальциевую подкормку для животных и птиц. Кормовой трикальций фосфат высшего сорта вырабатывается из ковдорского апатитового концентрата, первосортный - из каратауских фосфоритов.
Для производства концентрированных и комплексных удобрений необходима фосфорная кислота. Ее производят в виде водных растворов различной концентрации двумя способами: термическим и экстракционным.
Крупный потребитель фосфатного сырья - производство фосфатов натрия, применяемых при получении синтетических средств водоумягчения. Практика водоумягчения показала, что питание котлов водой, обработанной фосфатами натрия, повышает производительность котельных установок на 15-25%,
Генетические типы промышленных месторождений апатита
Магматические месторождения.
Месторождения апатитовой формации связаны с габбро-сиенитовыми интрузивными массивами на участках пересечения и сочленения глубинных разломов. Приуроченные к ним месторождения представлены бедными рудами с содержанием Р205 2--4 %. В сущности апатит является породообразующим минералом, распределенным относительно равномерно в материнских интрузивах.
Примером месторождений этой формации является Ошурковское месторождение в Бурятии. Практически весь диоритовый массив является апатитоносным. Среднее содержание Р205 в балансовых рудах 3,9%, но в отдельных зонах брекчирования и гидротермальной проработки оно может достигать 20 %.
Месторождение имеет крупные размеры.. Руды легко обогащаются.
Месторождения апатит-нефелиновой формации пространственно и генетически связаны с интрузиями нефелиновых сиенитов. Типичные представители таких интрузий -- Хибинский (месторождения Кукисвумчорр, плато Расвумчорр и др.) и Ловозерский массивы с апатитовыми месторожденими.
Массивы агпаитовых нефелиновых сиенитов представляют собой дифференцированные интрузивы центрального типа, развитые на щитах и в краевых зонах платформ. Их площади варьируют от первых десятков до первых тысяч квадратных километров.
К промышленным в настоящее время относятся только месторождения Хибинского массива, в которых среднее содержание Р205 - 14--18%.
Внутреннее строение массива определяется зонально-концентрическим расположением разновозрастных интрузивных комплексов.
Интрузив ийолит-уртитов, с которым пространственно и генетически тесно связаны промышленные апатитовые месторождения сформировался в три последовательные фазы поступления магматических расплавов. Вторая (рудная) фаза представлена массивными уртитами и апатит-нефелиновыми рудами. Последние образуют мощные (100--200 м) пластовые залежи в висячем боку уртитов (Кукисвумчорр-Юкспор-Расвумчоррское рудное поле), серию маломощных (5--15 м) параллельных прослоев, а также ряд субпараллельных рудных горизонтов среди уртитов.
Руды сложены преимущественно апатитом, нефелином, эгирином, менее распространены сфен и титаномагнетит. Среднее содержание Р205 в рудах крупного Кукисвумчорр-Расвумчоррского рудного поля около 18 %. Руды хорошо обогащаются, дают высококачественный апатитовый концентрат с содержанием Рг05 39,4 % при извлечении 92--94 %. Промышленное значение, кроме апатита, имеет нефелин; практический интерес могут представлять сфен и редкие земли.
Месторождения апатит-магнетитовой (апатит-титаномагне-титовой) формации пространственно и генетически тесно связаны с габбро-сиенитовыми (Кирунавара и др. в Северной Швеции), габбро-пироксенит-дунитовыми (Волковское на Среднем Урале) и габбро-анортозитовыми (Стремигородское на Украине) магматическими комплексами. Апатит ассоциирует с магнетитом (титаномагнетитом), что придает рудам комплексный характер.
В месторождениях, тяготеющих к габбро-пироксенит-дунитовым и габбро-анортозитовым массивам, развиты комплексные апатит-титаномагнетитовые и апатит-гематит-ильменитовые руды. К типичным относится Волковское месторождение на Среднем Урале. Апатитовое оруденение так же, как титаномагнетитовое и медно-сульфидное, представлено зонами вкрапленности среди пироксенитовых габбро. Апатит распределен крайне неравномерно, местами его содержание достигает 14 % при среднем содержании Рг05 в балансовых рудах около 4%.
Карбонатитовые месторождения приурочены к плутонам центрального типа ультраосновных щелочных пород, штокам и дайкам карбонатитов. Руды, как правило, комплексные -- апатит-магнетитовые, апатит-флогопитовые, апатит-редкометальные. Содержание Р205 в среднем составляет около 7%, иногда достигает 20%. Наиболее изученными месторождениями этого типа являются в России Ковдорское на Кольском полуострове, Большое Саянское в Сибири, а также месторождения в Финляндии, Бразилии, в ЮАР и др. Весьма крупными ресурсами Р205 обладает Маймеча-Котуйская провинция на севере Сибири с месторождениями Ессей, Ыраас, Маган и др.
Массивы ультраосновных щелочных пород представляют собой многофазные образования, в их строении участвует до девяти серий последовательно формирующихся горных пород -- от наиболее ранних ультрамафитов (оливиниты и пироксениты) до поздних щелочных пород и карбонатитов. Породы обогащены Fe, Ti, P, F, С02, отличаются повышенным содержанием Nb, Та, Zr, Sr, Ba и TR.
Апатитоносные тела на месторождениях этой формации весьма разнообразны по форме и условиям залегания. Это могут быть кольцевые и конические дайки, линзо-, серповидные и линейновытянутые крутопадающие тела, трубки взрыва, штоки центрального типа, тела эруптивных брекчий сложной формы и др. Запасы Р205 в наиболее крупных месторождениях -- первые сотни миллионов тонн. К числу полезных компонентов, сопутствующих апатиту, относятся флогопит, нефелин, редкометальные минералы (бадделеит, пирохлор и др.), магнетит, фосфаты и фторкарбонаты редких земель, флюорит, сульфиды меди, свинца и цинка.
Месторождение Маган, входящее в состав Маймеча-Котуйской провинции приурочено к одноименному массиву площадью 42 км2,. Наибольшей апатитоносностью отличается экзоконтактовая область массива, представленная в основном эгирин-фенитами, которые образуют кольцевую зону диаметром 19км и шириной до 0,5км; на глубину прослеживается до 300 м при крутом падении. Прогнозные ресурсы только на Северном и Западном участке месторождения составляют более 100 млн т. при среднем содержании Р205 6,8%
Генетические типы промышленных месторождений фосфоритов.
Осадочные морские биохимические месторождения -- наиболее важные в промышленном отношении. Они возникают в результате накопления богатых фосфором раковин, выпадения фосфатов из растворов, их диагенетического и механического перераспределения в виде конкреций на дне морей и океанов. Подобные процессы фосфатонакопления протекают и в настоящее время.
Ископаемые осадочные биохимические месторождения фосфоритов подразделяются на геосинклинальные, платформенные и переходные.
Геосинклинальные фосфоритовые бассейны -- Каратау (Казахстан), Хубсугульский (МНР), Джорджина (Австралия), Скалистые горы (США) характеризуются линейной вытянутостью: прослеживаются на несколько сотен километров при ширине в десятки километров. В их пределах развита кремнисто-карбонатная фосфоритовая формация мощностью до 100 м с микрозернистыми рудами, слагающими до 10 пластов фосфоритов суммарной мощностью до 40 м. Фосфоритовые формации подвержены интенсивным деформациям, нередко прорваны магматическими породами, на контакте с которыми фосфориты метаморфизованы и переходят в апатит.
Фосфоритовые руды богатые: содержание Р205 до 36%, продуктивность до 25 т/м2. Для руд характерно присутствие Sr, V, TR.
Типичным примером является фосфоритовый бассейн Каратау, имеющий размеры 150х(25-30) км, расположенный в пределах одноименного хребта. Бассейн представляет собой антиклинорий, сформированный палеозойским осадочным комплексом. Фосфориты накапливались в морской мелководной обстановке в условиях аридного климата. Число и мощность пластов фосфоритов в продуктивном горизонте непостоянны: от одного пласта мощностью 0,6--14 м (месторождение Чулактау) до семи пластов суммарной мощностью 30 м (месторождение Коксу).
Фосфориты бассейна Каратау в основном микрозернистые. Руды темные и коричневые различных оттенков, сложенные в основном фосфатами, кварцем, халцедоном, доломитом. В местах размыва микрозернистые руды сменяются фосфоритовыми конгломератами и гравелитами, состоящими из галек фосфоритов и вмещающих пород. Основная масса фосфоритов представлена фторкарбонат-апатитом. В пределах бассейна Каратау насчитывается более 45 месторождений. Разведанные запасы бассейна составляют 2,1 млрд. т руды, или 504 млн. т Р205. Ресурсы бассейна оцениваются в 1,5 млрд. т. Р205.
Платформенные месторождения -- по форме изометричные или вытянутые, распространены на сотни -- тысячи квадратных километров, представлены рыхлыми и уплотненными породами в составе маломощных органогенно-терригенных и глауконит-терригенных формаций. В составе формаций насчитывается один-три рабочих пласта фосфоритов суммарной мощностью 1--4 м, сложенных ракушечными или желваковыми типами руд. Фосфоритовые руды бедные (3--18% Р205), нуждающиеся в обогащении; продуктивность месторождений 0,2--2,5 т/м2. Фосфориты и вмещающие их породы залегают практически горизонтально.