磷灰石

磷灰石

磷灰石有4種,主要指氟磷石灰。磷灰石是一系列磷酸鹽礦物的總稱,它們有很多種,如黃綠磷灰石、氟磷灰石、氧矽磷灰石、氯磷灰石、鍶磷灰石等等。磷酸鹽包括磷酸正鹽酸式鹽。磷灰石是提煉磷的重要礦物,其中氟磷灰石是商業上最主要的礦物。磷灰石的形狀為玻璃狀晶體、塊體或結核,它們的顏色多種多樣,一般多為帶個錐面尖頭的六方柱形。多數磷灰石都很純凈,如果它們再硬一些,就可以當作寶石了。磷灰石加熱後常會發出磷光。在各種火成岩中可以見到磷灰石的影子。

  • 中文名稱
    磷灰石
  • 主指
    氟磷石灰
  • 種類
    4種
  • 總稱
    磷酸鹽礦物
  • 類別
    磷酸鈣
  • 晶系
    六方
  • 硬度
    5
  • 比重
    3.20

簡介

磷灰石以副礦物見于各種火成岩中,在鹼性岩中可以形成有工業價值的礦床。規模巨大的磷灰石礦床主要為淺海沉積成因,以膠磷礦為主,中國湖北宜昌、雲南昆陽、貴州開陽磷礦就是這種成因。磷灰石是人與動物硬體(牙、骨、結石)部分的主要無機物,也是一種重要的生物材料

磷灰石是一類含磷酸鹽礦物總稱,其化學成分為Ca5(PO4)3(F,Cl,OH),其中含CaO為55.38%,含P2O3為42.06%,含F為1.25%,含Cl為2.33%,含H2O為0.56%。

化學通式為(X5ZO4)3F,Cl,OH)、晶體屬六方晶系的磷酸鹽礦物的總稱。礦物族名。式中X代表Ca,Sr,Ba,Pb,Na,Ce,Y等,Z主要為P,還可為As,V,Si等。最常見的礦物種是氟磷灰石Ca5PO43F,其次有氯磷灰石Ca5PO43Cl、羥磷灰石Ca5PO43(OH)、氧矽磷灰石Ca5(Si,P,S)O43(O,OH,F)、鍶磷灰石Sr5PO43F等。磷灰石晶體常見,一般呈帶錐面的六方柱;集合體呈粒狀、致密塊狀、結核狀;呈膠體形態的變種稱為膠磷灰石,其礦石稱為膠磷礦。

磷灰石呈淺綠、黃綠、褐紅等色,玻璃光澤。具不完全解理,斷口不平坦。摩斯硬度5,比重3.18~3.21。加熱後常可出現磷光。將鉬酸銨粉末置于磷灰石上,加硝酸,可生成黃色磷鉬酸銨,用以快速試磷。磷灰石作為副礦物見于各種火成岩中,在鹼性岩中可形成有工業價值的礦床,如俄羅斯科拉半島的希比內磷灰石-霞石礦。規模巨大的磷灰石礦床主要為淺海沉積成因,以膠磷礦為主,例如中國的湖北襄陽、雲南昆陽、貴州開陽磷礦,或是由它們再經變質作用形成的沉積變質礦床

生成方式

磷灰石有三種生成方式,分別生成于火成岩沉積岩變質岩中,生成于火成岩中的為內生磷灰石,一般作為副產物在基性或鹼性岩石中富集;在沉積岩中為外生磷灰石,是由生物沉積或生物化學沉積形成的,一般為結核狀;在變質岩中生成的是經區域變質生成的。

需求

磷灰石是提取和製造農用磷肥的重要原料,顏色好結晶好的磷灰石可作為寶石或裝飾材料。伴生元素多的磷灰石可以綜合利用。

晶體化學

化學組成(%):CaO 54.58,P2O5 41.36,F 1.23,Cl 2.27,H2O 0.56。可有少量TR和微量Sr作不完全類質同像替代Ca,少量Cl、OH代替F。稀土含量一般不超過5%。按照附加陰離子可分為以下亞種:

磷灰石磷灰石

氟磷灰石(fluorapatite) Ca5[PO4]3F

氯磷灰石(chlorapatite) Ca5[PO4]3Cl

羥磷灰石(hydroxylapatite) Ca5[PO4]3(OH)

碳磷灰石(carbonate-apatite)Ca5[PO4,CO3(OH)]3(F,OH)

自然界以氟磷灰石最常見,一般簡稱磷灰石。碳磷灰石由于[CO3]2-代替[PO4]3-,出現了剩餘負電荷,因而[CO3]2-與OH-或F-結合在一起,以離子團的形式進入晶格。然而當1個[CO3]2-代替1個[PO4]3-時,隻有0.4的[CO3]2-與OH-或F-結合,故Ca2-可被K+、Na+等代替,以達到電價平衡。

結構與形態

六方晶系,a0=0.943~0.938nm,c0=0.688~0.686nm;Z=2。晶體結構的基本特點為,Ca-O多面體呈三方柱狀,以棱及角頂相連呈不規則的鏈沿c軸延伸,鏈間以[PO4]連結,形成∥c軸的孔道,附加陰離子Cl-、F-、OH-充填于此孔道中也排列成鏈,坐標高度可變,並有缺席的無序-有序。F-Ca配位八面體角頂的Ca,也與其鄰近的4個[PO4]中的6個角頂上的O2-相連。

磷灰石為六方晶系,晶體呈六方柱狀,集合體有塊狀、粒狀、結核狀等多種,顏色多樣,有灰色、黃色、褐色綠色等,有玻璃光澤,硬度為5,比重為2.9-3.2,斷口有貝殼狀,有油脂光澤,有許多種磷灰石具有熒光。通常多種磷灰石含有雜質,如、錳和其他稀有元素等。

物理性質

無雜質者為無色透明,但常呈淺綠、黃綠、褐紅、淺紫色。沉積成因的磷灰石因含有機質被染成深灰至黑色。玻璃光澤,斷口油脂光澤解理及不完全。性脆。斷口不平坦。硬度5。相對密度3.18~3.21。偏光鏡下:無色。一軸晶(-)。氟磷灰石:No=1.633,Ne=1.629,折射率隨OH、Cl含量增高而增大;氯磷灰石:No=1.667,Ne=1.665;羥磷灰石:No=1.651,Ne=1.647。

磷灰石磷灰石

產狀與組合

沉積岩、沉積變質岩及鹼性岩中可形成有巨大工業價值的礦床。在各種岩漿岩花崗偉晶岩中成副礦物

規模巨大的磷灰石礦床主要為淺海成因,或由它們再經變質作用形成的沉積變質礦床,以膠磷礦為主。如中國湖北襄陽、雲南昆陽、貴州開陽磷礦。

礦業簡史

中國最早發現和首先進行開採的磷礦是江蘇海州磷礦。清朝同治年間發現海州磷礦(現名錦屏磷礦),並于1914年對該礦正式開採。本世紀20至30年代地質學家曾對錦屏磷礦作了地質調查,1947年確認該磷礦為沉積變質磷礦床。新中國成立後國家首先對錦屏磷礦進行了勘探和開發。

磷灰石磷灰石

1927~1928年兩廣地質調查所對西沙群島的鳥糞礦床做過一些地質研究工作。1939年地質學家在雲南作地質調查時發現了昆陽磷礦。1946年在調查研究淮南煤礦時發現了安徽鳳台磷礦。1953年在貴州遵義松林發現了晚震旦紀陡山沱期磷塊岩。此後陸續發現和相繼開展工作的有鄂西宜昌磷礦、黔中開陽磷礦、鄂西荊襄磷礦等。自雲南昆陽磷礦問世以來,雲南滇池周圍陸續發現海口、晉寧、安寧、江川等大型磷礦。在貴州繼開陽磷礦發現後不久,又發現了瓮安磷礦。在湖北宜昌、荊襄磷礦找礦成果的啓發下,發現了保康神農架和興山磷礦。

新中國成立後,中國地質學家對前震旦系變質磷礦、震旦系陡山沱組及燈影組磷礦、下寒武統梅樹村組及辛集組磷礦等,做了大量地質普查、勘探評價工作。此外對華北岩漿岩型磷灰石礦床、西沙群島的鳥糞礦床及湖南、廣西等次生磷礦床也做了地質研究工作。經過地質普查評價,對錦屏、肥東、宿松等前震旦系沉積變質磷灰岩礦床;開陽、瓮安、宜昌、荊襄、朝陽等震旦系陡山沱組磷塊岩;昆陽、海口、雷波、馬邊和寧強等下寒武統梅樹村組磷塊岩礦床;中寒武統大茅群磷塊岩礦床,以及河北涿鹿岩漿岩型磷灰石礦床等,都做了詳細的地質勘探工作,求得了大量工業儲量

礦物特點

磷礦是指在經濟上能被利用的磷酸鹽礦物的總稱,是一種重要的化工礦物原料。用它可以製取磷肥,也可以用來製造黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類,以用于醫葯、食品、火柴、染料、製糖、陶瓷、國防等工業部門。磷礦在工業上的套用已有一百多年的歷史。

磷灰石磷灰石

磷礦石按其成因不同,可分為磷灰石和磷塊岩。磷灰石是指磷以晶質磷灰石形式出現在岩漿岩和變質岩中的磷礦石。磷塊岩系指由外生作用形成、由隱晶質或顯微隱晶質磷灰石及其他脈石礦物組成的堆積體。自然界中已知的含磷礦物大約有120多種,分布廣泛。但是按其質和量都能達到可以開採利用的含磷礦物則不過幾種。在工業上作為提取磷的主要含磷礦物是磷灰石,其次有硫磷鋁鍶石、鳥糞石和藍鐵石等。自然界中磷元素約有95%集中在磷灰石中。

分類分布

羥基磷灰石

英文名:Hydroxyapatite

分子式:Ca10(PO4)6(OH)2

分子量:1004

理化性質:熔點:1650°C,比重:3.16g/cm,溶解度:0.4ppm,Ca/P:1.67

結晶構造:六角晶系

產品規格:粉末、多孔顆粒、塊狀(非標定型)產品

套用領域:骨替代材料、整形和整容外科、齒科、層析純化、補鈣劑

製法:可由Ca(PO4)2和CaCO3按擬定比例在高溫下反應同時註入高壓水蒸氣,粉末經NH4Cl水溶液洗滌後幹燥而成,分多孔型和致密型兩種,前者是粉料發泡後于1250℃燒結製備,後者成型後于1250℃燒結而成。

分布:廣泛存在于人體和牛乳中,人體內主要分布于骨骼和牙齒中,牛乳內主要分布于酪蛋白膠粒和乳清中。

氟磷灰石

氟磷灰石是常見的鈣氟磷酸鹽礦物。在幾乎所有的火成岩中和鎂礦中都有它的存在。氟磷灰石具有玻璃光澤且有多種顏色,但以綠色為多。一般為柱狀或厚板狀晶體、粗粒到致密塊狀或瘤狀。

鑒定特征

晶體較大時,晶形、顏色、光澤、硬度均可作為鑒定特征。若為細分散狀態則需依靠化學分析鑒定。

加工方法

磷灰石有3種加工方法,即機械、酸法和熱法加工。國內外都以酸法加工為主。

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機械加工

將磷灰石磨成磷礦粉,直接作為酸性土壤肥料使用。礦粉的磨細度一般要求100目多于90%,要求礦石含P2O510%~20%,對其他雜質無特殊要求。

酸法加工

用各種無機酸分解磷礦粉,所得產品主要是各種水溶性磷肥磷酸鹽。主要產品有:過磷酸鈣、萃取磷酸、重過磷酸鈣、磷酸銨硝酸磷肥等。除過磷酸鈣外都是高濃度磷肥或復合肥料。製造這些磷肥要求磷灰石P2O5≥28%,雜質含量和粒度應符合要求。

熱法加工

用磷灰石和矽石、含鎂岩石配成適當比例,在高爐或電爐內經高溫熔融後,經水淬製成鈣鎂磷肥等。

工業套用

磷灰石因其中附加陰離子的不同,又分為氟磷灰石、氯磷灰石和羥磷灰石等。六方晶系。晶體呈六方柱狀,集合體呈粒狀、致密塊狀。顏色不一,以灰、褐黃、黃綠色多見。玻璃光澤。斷口呈油脂光澤。硬度5。密度3.2。有些磷灰石中含有多種微量元素碘、稀土元素和放射性元素等。條痕白色。具熱發光(磷光)特徵。磷灰石的用途同磷塊岩。氟碳灰石晶體則可作雷射發射材料。 磷灰石是提取磷的原料礦物,含稀土元素時可綜合利用。氟磷灰石可作雷射發射材料。由生物化學作用形成的海島鳥糞層磷礦,主要成分為羥磷灰石,規模也很大。磷灰石是製造磷肥和提取磷及其化合物的最主要礦物原料;含稀土元素時可綜合利用;透明而色澤麗潤的磷灰石晶體可作低檔寶石。

磷是生物細胞質的重要組成元素,也是植物生長必不可少的一種元素。世界上84%~90%的磷礦用于生產各種磷肥,3.3%生產飼料增加劑,4%生產洗滌劑,其餘用于化工、輕工、國防等工業。中國的磷礦消費結構中磷肥佔71%,黃磷佔7%,磷酸鹽佔6%,磷化物佔16%。磷肥對農作物的增產起著重要作用。

磷灰石又是重要的化工礦物原料。部分磷礦用于製取純磷(黃磷、赤磷)和化工原料,少量用作動物飼料。赤磷用于製造火柴和磷化物。黃磷有劇毒,可製農葯,還可以製燃燒彈、曳光彈信號彈、煙幕彈、發火劑;磷與硼、銦、鎵的磷化物用于半導體工業。冶金工業中用于煉製磷青銅、含磷生鐵、鑄鐵等。磷酸鋯、磷酸鈦、磷酸矽等可作塗料、顏料、粘結劑、離子交換劑、吸附劑等。磷酸鈉磷酸氫二鈉用于凈化鍋爐用水。後者還可製人造絲。六聚偏磷酸鈉可作水的軟化劑和金屬防腐劑,磷酸鈣鹽用于動物飼料增加劑,磷的衍生物用于醫葯。磷酸二氫鋁膠材料耐火度高、耐沖擊性好、耐腐蝕性強、電性能優越,用于尖端技術中。氟磷灰石晶體是最理想的雷射發射材料,磷酸鹽玻璃雷射器已得到套用。

工業上常用濃硫酸跟磷酸鈣反應製取磷酸,濾去微溶于水的硫酸鈣沉淀,所得濾液就是磷酸溶液。磷酸和磷灰石反應所得產物磷酸二氫鈣被稱為重過磷酸鈣,為灰白色粉末,主要用作酸性磷肥。工業上製備氫氟酸的方法是用螢石(CaF2)與濃硫酸作用,加熱到大約700℃時發生反應。加熱後可發磷光。將鉬酸銨粉末置于磷灰石上,加硝酸,可生成黃色的磷鉬酸銨,用以快速試磷。磷灰石是製磷和磷肥的最主要原料。

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