Фосфорит: осадочная горная порода¶

Фосфорит — это осадочная горная порода, основным компонентом которой являются фосфаты кальция, главным образом апатит (в основном франколит и курскит). Фосфориты относятся к группе хемогенных и биохемогенных пород и являются важнейшим сырьём для производства фосфорных удобрений, фосфорной кислоты и фосфора. Характеризуются высоким содержанием оксида фосфора (P₂O₅) — от 5–12 % в бедных разновидностях до 25–40 % в богатых.

¶Состав и структура

¶Минеральный состав

Основной породообразующий минерал фосфоритов — фторапатит (Ca₅(PO₄)₃F) и его разновидности, в которых часть фтора замещена на хлор, гидроксил или карбонат-ион. В меньших количествах присутствуют:

• Кальцит (CaCO₃)
• Доломит (CaMg(CO₃)₂)
• Глауконит (сложный силикат калия, железа, магния)
• Кварц (SiO₂)
• Глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит)
• Органическое вещество (битумы, кероген)

¶Структурные особенности

Фосфориты имеют разнообразную структуру:

• Зернистая — состоит из фосфатных оолитов (округлых зёрен размером 0,1–2 мм) и пеллет (бесструктурных комочков)
• Конкреционная — образует желваки, стяжения, конкреции различной формы
• Пластовая — массивные или слоистые залежи
• Брекчиевая — обломки фосфорита, сцементированные карбонатным или глинистым цементом

Текстура обычно массивная, пористая, иногда кавернозная. Цвет варьируется от светло-серого и желтоватого до тёмно-серого, бурого и чёрного (за счёт примесей органики).

¶Классификация

По условиям образования выделяют:

• Морские фосфориты — наиболее распространённый тип, формирующийся на шельфе морей в зонах апвеллинга (подъёма глубинных вод, богатых фосфором). Подразделяются на зернистые (песчанистые) и конкреционные.
• Континентальные фосфориты — образуются в озёрах, болотах, речных долинах при разложении органических остатков (гуано, кости животных). Часто имеют рыхлую, землистую структуру.

По содержанию P₂O₅:

• Богатые (свыше 25 %)
• Средние (18–25 %)
• Бедные (5–18 %)

По форме залегания:

• Пластовые — выдержанные по мощности (от 0,5 до 20 м) и простиранию (до десятков километров)
• Желваковые — линзовидные или гнездообразные скопления конкреций
• Россыпные — рыхлые скопления фосфатных зёрен в песках

¶Происхождение и месторождения

¶Генезис

Фосфориты образуются в результате сложных биохимических и хемогенных процессов. Основной механизм — осаждение фосфата кальция из морской воды, насыщенной фосфором, при участии бактерий и планктона. Фосфор поступает в океан с континентальным стоком, а также из глубинных вод, богатых фосфором (апвеллинг). В зонах апвеллинга происходит массовое размножение фитопланктона, отмирание которого ведёт к накоплению органического вещества на дне. При разложении органики в условиях дефицита кислорода фосфор переходит в раствор, а затем в виде фосфата кальция осаждается на зёрнах кварца, кальцита или органических частицах.

Крупнейшие месторождения фосфоритов приурочены к отложениям мелового и палеогенового возраста (около 100–40 млн лет назад), когда на Земле существовали обширные мелководные моря с активным апвеллингом.

¶Крупнейшие месторождения в мире

• Марокко — около 70 % мировых запасов фосфоритов. Крупнейшее месторождение — Улед-Абдун (Хурибга), мощность пластов до 10–15 м, содержание P₂O₅ до 32–35 %. Также месторождения Бен-Герир, Мескала.
• Китай — месторождения в провинциях Юньнань, Гуйчжоу, Хубэй (например, Куньян, Кайян). Запасы оцениваются в 3–4 млрд тонн.
• США — месторождение Боун-Вэлли (Флорида) — крупнейшее в стране, мощность до 15 м, содержание P₂O₅ 14–18 %. Также месторождения в Северной Каролине, Айдахо, Юте.
• Россия — месторождения: Кингисеппское (Ленинградская область, мощность пластов 1–4 м, содержание P₂O₅ 6–12 %), Егорьевское (Московская область, желваковые фосфориты, содержание P₂O₅ 8–14 %), Вятско-Камское (Кировская область, мощность до 3 м, содержание P₂O₅ 10–16 %), а также месторождения в Хакасии, Красноярском крае, на Кольском полуострове (Хибинские апатит-нефелиновые месторождения — апатитовые руды, близкие по составу к фосфоритам).
• Казахстан — Каратауское месторождение (мощность пластов 5–20 м, содержание P₂O₅ до 28 %).
• Другие страны — Иордания, Израиль, Египет, Тунис, Алжир, Сенегал, Того, Науру.

¶Применение

¶Производство удобрений

Основное направление использования фосфоритов (около 80–85 % добычи) — получение фосфорных удобрений:

• Фосфоритная мука — тонкоизмельчённый фосфорит, применяется на кислых почвах как медленно действующее удобрение
• Суперфосфат — продукт обработки фосфорита серной кислотой, содержит до 20 % усвояемого P₂O₅
• Двойной суперфосфат — продукт обработки фосфорной кислотой, содержит до 45 % P₂O₅
• Аммофос — смесь моноаммонийфосфата и диаммонийфосфата
• Нитроаммофоска — комплексное удобрение с азотом, фосфором, калием

¶Другие отрасли

• Химическая промышленность — получение фосфорной кислоты (термическим и экстракционным способами), фосфора (жёлтого, красного), фосфидов, фосфатов для моющих средств, пищевых добавок (E338–E341, E450–E452)
• Металлургия — фосфор используется для легирования сталей, производства феррофосфора
• Сельское хозяйство — кормовые фосфаты (монокальцийфосфат, дикальцийфосфат) для добавок в корм скоту
• Строительство — фосфогипс (отход производства фосфорной кислоты) используется как вяжущее, добавка в цемент
• Медицина — фосфаты кальция применяются в стоматологии, для изготовления костных имплантатов и цементов

¶Добыча и переработка

¶Способы добычи

• Открытый (карьерный) — применяется для пластовых месторождений, залегающих близко к поверхности (до 50–100 м). Вскрыша удаляется, фосфорит вынимается экскаваторами, бульдозерами, скреперами. Наиболее распространённый способ (около 70–80 % мировой добычи).
• Подземный (шахтный) — для глубокозалегающих месторождений (более 100 м). Используются камерные, столбовые системы разработки.
• Гидродобыча — размыв породы водой под давлением, применяется в некоторых месторождениях США.

¶Обогащение

Руда с содержанием P₂O₅ менее 15–18 % требует обогащения:

• Грохочение — отделение крупных фракций
• Флотация — разделение фосфатных и пустых пород (кварц, кальцит) с помощью реагентов (жирные кислоты, амины)
• Магнитная сепарация — удаление глауконита, пирита
• Кальцинация — обжиг при 800–1000 °C для удаления органики и карбонатов

¶Экологические аспекты

Добыча и переработка фосфоритов сопряжены с рядом экологических проблем:

• Нарушение земель — карьеры и отвалы занимают большие площади, требуется рекультивация
• Загрязнение водоёмов — сброс сточных вод, содержащих фосфор, фтор, кадмий, уран, приводит к эвтрофикации (цветению воды)
• Радиоактивность — фосфориты часто содержат уран (до 100–200 г/т), торий, радий. При переработке радиоактивные элементы переходят в удобрения и фосфогипс
• Отходы — фосфогипс (на 1 т P₂O₅ образуется 4–5 т фосфогипса) складируется в отвалах, занимая большие территории и загрязняя грунтовые воды
• Выбросы в атмосферу — при обжиге и разложении фосфоритов выделяются фтористые соединения, сернистый газ, пыль

¶Мировые запасы и добыча

По данным Геологической службы США (USGS) на 2023 год, мировые запасы фосфоритов оцениваются в 70–72 млрд тонн (в пересчёте на P₂O₅). Крупнейшие запасы имеют Марокко (50 млрд тонн), Китай (3,2 млрд тонн), Алжир (2,2 млрд тонн), Сирия (1,8 млрд тонн), Россия (1,3 млрд тонн). Мировая добыча в 2022 году составила около 220 млн тонн фосфоритной руды. Крупнейшие производители: Китай (95 млн тонн), Марокко (35 млн тонн), США (22 млн тонн), Россия (13 млн тонн), Иордания (10 млн тонн).

¶Интересные факты

• Фосфориты являются важнейшим источником фосфора, необходимого для жизни всех организмов. Фосфор входит в состав ДНК, РНК, АТФ, клеточных мембран.
• Месторождения фосфоритов часто приурочены к зонам древних апвеллингов, которые существовали в меловом и палеогеновом периодах. Например, месторождения Марокко образовались в мелководном море Тетис.
• В России первые промышленные разработки фосфоритов начались в XIX веке в Подмосковье (Егорьевское месторождение).
• Фосфориты некоторых месторождений (например, в США, Марокко) содержат значительные количества урана, что делает их потенциальным источником ядерного топлива.
• В 2022 году мировые цены на фосфориты резко выросли из-за нарушения цепочек поставок и роста спроса на удобрения, что привело к продовольственному кризису в ряде стран.

¶Источники

• Геологическая служба США (USGS). Mineral Commodity Summaries 2023. Phosphate Rock.
• Справочник «Горные породы». Под ред. В. П. Петрова. М.: Недра, 1988.
• «Фосфориты России». Под ред. А. И. Кривцова. М.: Геоинформмарк, 2000.
• «Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых». Под ред. В. М. Крейтера. М.: Недра, 1985.
• Данные Министерства природных ресурсов и экологии РФ (2023).