Fosforita - Phosphorite

Fosforita peloidal, formación de fosforia, mina Simplot, Idaho. 4,6 cm de ancho.
Fosforita peloidal fosilífera, (4,7 cm de ancho), provincia de Yunnan , China.

La fosforita, la roca de fosfato o la roca de fosfato es una roca sedimentaria no detrítica que contiene altas cantidades de minerales de fosfato . El contenido de fosfato de la fosforita (o el grado de la roca fosfórica) varía mucho, de 4% a 20% de pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ). La roca fosfórica comercializada se enriquece ("beneficia") al menos al 28%, a menudo más del 30% en P 2 O 5 . Esto ocurre mediante lavado, cribado, descalcificación, separación magnética o flotación. En comparación, el contenido medio de fósforo de las rocas sedimentarias es inferior al 0,2%. El fosfato está presente como fluorapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F típicamente en criptocristalinas masas (tamaños de grano <1 M) denomina collophane depósitos de apatita -sedimentary de origen incierto. También está presente como hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH o Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , que a menudo se disuelve a partir de huesos y dientes de vertebrados, mientras que la fluorapatita puede originarse en venas hidrotermales . Otras fuentes también incluyen minerales de fosfato disueltos químicamente de rocas ígneas y metamórficas . Los depósitos de fosforita a menudo ocurren en capas extensas, que cubren acumulativamente decenas de miles de kilómetros cuadrados de la corteza terrestre .

Las calizas y las lutitas son rocas comunes que contienen fosfato. Las rocas sedimentarias ricas en fosfato pueden ocurrir en lechos de color marrón oscuro a negro, que van desde láminas de un centímetro hasta lechos de varios metros de espesor. Aunque pueden existir estos gruesos lechos, rara vez solo están compuestos por rocas sedimentarias fosfatadas. Las rocas sedimentarias fosfatadas suelen estar acompañadas o intercaladas con lutitas , sílex , piedra caliza, dolomitas y, a veces, arenisca . Estas capas contienen las mismas texturas y estructuras que las calizas de grano fino y pueden representar reemplazos diagenéticos de minerales de carbonato por fosfatos. También pueden estar compuestos de peloides, ooides, fósiles y clastos que se componen de apatita. Hay algunas fosforitas que son muy pequeñas y no tienen texturas granulares distintivas. Esto significa que sus texturas son similares a las del colofano, o textura fina similar a la micrita . Los granos fosfatados pueden ir acompañados de materia orgánica , minerales arcillosos , granos detríticos del tamaño de limo y pirita . Las fosforitas peloidales o pelleticas ocurren normalmente; mientras que las fosforitas oolíticas no son comunes.

Las fosforitas se conocen de las formaciones de hierro con bandas del Proterozoico en Australia , pero son más comunes de los sedimentos del Paleozoico y Cenozoico . La Formación Permian Phosphoria del oeste de los Estados Unidos representa unos 15 millones de años de sedimentación. Alcanza un espesor de 420 metros y cubre un área de 350.000 km 2 . Las fosforitas extraídas comercialmente se encuentran en Francia , Bélgica , España , Marruecos , Túnez y Argelia . En los Estados Unidos, las fosforitas se han extraído en Florida , Tennessee , Wyoming , Utah , Idaho y Kansas .

Clasificación de rocas sedimentarias fosfatadas

(1) Prístino: los fosfatos que se encuentran en condiciones prístinas no han sufrido bioturbación . En otras palabras, la palabra prístina se usa cuando el sedimento fosfatado, los estromatolitos fosfatados y los suelos duros de fosfato no han sido alterados.

(2) Condensadas: Las partículas, láminas y lechos fosfáticos se consideran condensadas cuando se han concentrado. Esto es ayudado por los procesos de extracción y reelaboración de partículas fosfáticas o bioturbación.

(3) Alóctonas: Partículas fosfáticas que fueron movidas por flujos turbulentos o impulsados ​​por gravedad y depositadas por estos flujos.

Ciclo, formación y acumulación del fósforo

La mayor acumulación de fósforo se encuentra principalmente en el fondo del océano. La acumulación de fósforo se produce por la precipitación atmosférica, el polvo, la escorrentía glacial, la actividad cósmica, la actividad volcánica hidrotermal subterránea y la deposición de material orgánico. La entrada principal de fósforo disuelto proviene de la meteorización continental, que los ríos llevan al océano. Luego es procesado por microorganismos y macroorganismos. El plancton de diatomeas, el fitoplancton y el zooplancton procesan y disuelven el fósforo en el agua. Los huesos y dientes de ciertos peces (por ejemplo, las anchoas) absorben fósforo y luego se depositan y se entierran en el sedimento del océano .

Dependiendo del pH y los niveles de salinidad del agua del océano, la materia orgánica se descompondrá y liberará fósforo de los sedimentos en las cuencas poco profundas. Las bacterias y las enzimas disuelven la materia orgánica en la interfaz del fondo del agua, devolviendo así el fósforo al comienzo de su ciclo biogénico. La mineralización de la materia orgánica también puede provocar la liberación de fósforo al agua del océano.

Ambientes deposicionales

Se sabe que los fosfatos se depositan en una amplia gama de entornos de depósito . Normalmente, los fosfatos se depositan en entornos marinos muy poco profundos, cercanos a la costa o de baja energía. Esto incluye ambientes como zonas supratidales, zonas litorales o intermareales y, lo más importante, estuarinos. Actualmente, las áreas de afloramiento oceánico provocan la formación de fosfatos. Esto se debe al flujo constante de fosfato que proviene del gran reservorio oceánico profundo (ver más abajo). Este ciclo permite el crecimiento continuo de organismos.

Zonas supratidales: Los ambientes supratidales son parte del sistema de planicie de mareas donde la presencia de actividad de olas fuertes es inexistente. Los sistemas de mareas planas se crean a lo largo de costas abiertas y entornos de energía de las olas relativamente baja. También pueden desarrollarse en costas de alta energía detrás de islas de barrera donde están protegidas de la acción de las olas de alta energía. Dentro del sistema de planicie de mareas, la zona supratidal se encuentra en un nivel de marea muy alto. Sin embargo, puede ser inundado por mareas extremas y atravesado por canales de marea. Esto también está expuesto subaéreamente, pero se inunda dos veces al mes por las mareas primaverales.

Ambientes litorales / zonas intermareales: Las zonas intermareales también forman parte del sistema de planicie de mareas. La zona intermareal se encuentra dentro de los niveles medios de marea alta y baja. Está sujeto a cambios de marea, lo que significa que está expuesto subaéreamente una o dos veces al día. No está expuesto el tiempo suficiente para retener la vegetación. La zona contiene tanto sedimentación en suspensión como carga del lecho.

Ambientes estuarinos : Los ambientes estuarinos, o estuarios, se encuentran en las partes bajas de los ríos que desembocan en mar abierto. Dado que se encuentran en la sección hacia el mar del sistema de valles ahogados, reciben sedimentos tanto de fuentes marinas como fluviales. Estos contienen facies que se ven afectadas por procesos fluviales de mareas y olas. Se considera que un estuario se extiende desde el límite hacia la tierra de las facies de mareas hasta el límite hacia el mar de las facies costeras. Las fosforitas a menudo se depositan en fiordos dentro de ambientes estuarinos. Estos son estuarios con constricciones de alféizar poco profundas. Durante el aumento del nivel del mar en el Holoceno, los estuarios de los fiordos se formaron por el ahogamiento de valles en forma de U erosionados por los glaciares.

La ocurrencia más común de fosforitas está relacionada con un fuerte afloramiento marino de sedimentos. La surgencia es causada por corrientes de aguas profundas que llegan a las superficies costeras donde puede ocurrir una gran deposición de fosforitas. Este tipo de ambiente es la razón principal por la que las fosforitas se asocian comúnmente con la sílice y el sílice. Los estuarios también se conocen como "trampas" de fósforo. Esto se debe a que los estuarios costeros contienen una alta productividad de fósforo de la hierba de los pantanos y las algas bentónicas que permiten un intercambio de equilibrio entre organismos vivos y muertos.

Tipos de deposición de fosforita

  • Nódulos de fosfato: son concentraciones esféricas que se distribuyen aleatoriamente a lo largo del suelo de las plataformas continentales. La mayoría de los granos de fosforita son del tamaño de la arena, aunque pueden estar presentes partículas de más de 2 mm. Estos granos más grandes, denominados nódulos , pueden tener un tamaño de varias decenas de centímetros. Se sabe que los nódulos de fosfato ocurren en cantidades significativas en alta mar en el norte de Chile .
  • Fosfatos bioclásticos o lechos óseos: los lechos óseos son depósitos de fosfato encajados que contienen concentraciones de pequeñas partículas esqueléticas y coprolitos. Algunos también contienen fósiles de invertebrados, como braquiópodos, y se enriquecen más en P 2 O 5 después de que se hayan producido procesos diagenéticos. Los fosfatos bioclásticos también pueden cementarse con minerales de fosfato.
  • Fosfatización: la fosfatización es un tipo de procesos diagenéticos raros. Ocurre cuando los fluidos ricos en fosfato se lixivian del guano. A continuación, se concentran y se vuelven a precipitar en piedra caliza. Los fósiles fosfatados o fragmentos de conchas fosfatadas originales son componentes importantes dentro de algunos de estos depósitos.

Entornos tectónicos y oceanográficos de fosforitas marinas

  • Fosforitas marinas epeíricas: las fosforitas marinas epeíricas se encuentran dentro de los entornos de la plataforma marina. Estos se encuentran en un entorno cratónico amplio y poco profundo. Aquí es donde ocurren las fosforitas granulares, los suelos duros de fosforita y los nódulos.
  • Fosforitas de margen continental: convergentes, pasivas, afloramientos, no afloramientos. Este ambiente acumula fosforitas en forma de suelos duros, nódulos y lechos granulares. Estos se acumulan por precipitación de carbonato fluorapatito durante la diagénesis temprana en las pocas decenas de centímetros superiores del sedimento. Hay dos condiciones ambientales diferentes en las que se producen fosforitas dentro de los márgenes continentales. Los márgenes continentales pueden consistir en una sedimentación rica en materia orgánica, fuertes afloramientos costeros y zonas de bajo oxígeno pronunciadas. También pueden formarse en condiciones tales como aguas de fondo ricas en oxígeno y sedimentos orgánicos pobres.
  • Fosforitas de montes submarinos: son fosforitas que se encuentran en montes submarinos, guyots o montes submarinos de cima plana, crestas de montes submarinos. Estas fosforitas se producen en asociación con costras que contienen hierro y magnesio. En este entorno, la productividad del fósforo se recicla dentro de un ciclo de fósforo de reducción de oxidación de hierro. Este ciclo también puede formar glauconita que normalmente se asocia con fosforitas modernas y antiguas.
  • Fosforitas insulares: Las fosforitas insulares se encuentran en islas carbonatadas, mesetas, islas de coral que consisten en un arrecife que rodea una laguna o, laguna atolón, lagos marinos. La fosforita aquí proviene del guano. Reemplazo de precipitados de sedimentos de aguas profundas, que se han formado en su lugar en el fondo del océano.

Producción y uso

Extracción de guano fosforita en las islas Chincha del Perú, c. 1860
Mina de fosforita cerca de Oron, Negev, Israel.

Producción

Los depósitos que contienen fosfato en cantidad y concentración que son económicos de extraer como mineral por su contenido de fosfato no son particularmente comunes. Las dos fuentes principales de fosfato son el guano , formado a partir de excrementos de aves , y rocas que contienen concentraciones del mineral de fosfato de calcio, apatita .

En 2006, Estados Unidos es el principal productor y exportador mundial de fertilizantes fosfatados, y representa aproximadamente el 37% de las exportaciones mundiales de P 2 O 5 . A diciembre de 2018, el recurso económico total demostrado de roca fosfórica es de 70 gigatoneladas , que se produce principalmente como fosforitas marinas sedimentarias .

En 2012, China , Estados Unidos y Marruecos son los mayores mineros de roca fosfórica del mundo, con una producción de 77 megatoneladas , 29,4 Mt y 26,8 Mt (incluidas 2,5 Mt en el Sahara de Marruecos) respectivamente en 2012, mientras que la producción mundial alcanzó 195 monte Se cree que en la India hay casi 260 millones de toneladas de fosfato de roca. Otros países con una producción significativa son Brasil , Rusia , Jordania y Túnez . Históricamente, se obtuvieron grandes cantidades de fosfatos de depósitos en islas pequeñas como Christmas Island y Nauru , pero estas fuentes ahora están en gran parte agotadas.

El mineral de fosfato se extrae y se convierte en fosfato de roca. El beneficio del mineral de fosfato es un proceso que incluye lavado, flotación y calcinación. La flotación por espuma se utiliza para concentrar el mineral extraído en fosfato de roca. El mineral extraído se tritura y se lava, creando una lechada, esta lechada de mineral luego se trata con ácidos grasos para hacer que el fosfato de calcio se vuelva hidrófobo .

Este fosfato de roca se solubiliza para producir ácido fosfórico de proceso húmedo o se funde para producir fósforo elemental . El ácido fosfórico se hace reaccionar con la roca de fosfato para producir el fertilizante superfosfato triple o con amoníaco anhidro para producir los fertilizantes de fosfato de amonio . El fósforo elemental es la base del ácido fosfórico, pentasulfuro de fósforo , pentóxido de fósforo y tricloruro de fósforo de grado de horno .

Usos

Aproximadamente el 90% de la producción de fosfato de roca se utiliza para fertilizantes y suplementos de piensos y el resto para productos químicos industriales. Además de los fertilizantes fosfatados para la agricultura , el fósforo de la roca fosfórica también se utiliza en suplementos para piensos, conservantes de alimentos, harina para hornear, productos farmacéuticos, agentes anticorrosivos, cosméticos, fungicidas, insecticidas, detergentes, cerámica, tratamiento de aguas y metalurgia.

Para su uso en la industria de fertilizantes químicos , el fosfato de roca beneficiado debe concentrarse a niveles de al menos 28% de pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ), aunque la mayoría de los grados comercializados de roca de fosfato son del 30% o más.

También debe tener cantidades razonables de carbonato de calcio (5%) y <4% de óxidos combinados de hierro y aluminio . En todo el mundo, los recursos de mineral de alta ley están disminuyendo y el uso de mineral de menor ley puede volverse más atractivo.

El fosfato de roca beneficiado también se comercializa y acepta como una alternativa "orgánica" al fertilizante de fosfato "químico", que se ha concentrado aún más, porque se percibe como más "natural". Según un informe de la FAO, puede ser más sostenible aplicar fosfato de roca como fertilizante en ciertos tipos de suelos y países, aunque tiene muchos inconvenientes. Según el informe, puede tener una mayor sostenibilidad en comparación con los fertilizantes más concentrados debido a la reducción de los costos de fabricación y la posibilidad de adquisición local del mineral refinado.

Los elementos de tierras raras se encuentran dentro de las fosforitas. Con la creciente demanda de tecnología moderna, un método diferente para encontrar elementos de tierras raras, independiente de China, se está volviendo cada vez más importante. Con rendimientos mayores que los de los depósitos en China, las fosforitas ofrecen un nuevo recurso ubicado dentro de los EE. UU. Que probablemente conduciría a la independencia de la influencia de países fuera de los EE. UU.

Ver también

Referencias

enlaces externos