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磷灰石有4种,主要指氟磷石灰。磷灰石是一系列磷酸盐矿物的总称,它们有很多种,如黄绿磷灰石、氟磷灰石、氧硅磷灰石、氯磷灰石、锶磷灰石等等。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。

简介

磷灰石

磷灰石

磷灰石以副矿物见于各种火成岩中,在碱性岩中可以形成有工业价值的矿床。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,中国湖北宜昌、云南昆阳、贵州开阳磷矿就是这种成因。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
磷灰石是一类含磷酸盐矿物总称,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%。
化学通式为(X5ZO4)3F,Cl,OH)、晶体属六方晶系的磷酸盐矿物的总称。矿物族名。式中X代表Ca,Sr,Ba,Pb,Na,Ce,Y等,Z主要为P,还可为As,V,Si等。最常见的矿物种氟磷灰石Ca5PO43F,其次有氯磷灰石Ca5PO43Cl、羟磷灰石Ca5PO43(OH)、氧硅磷灰石Ca5(Si,P,S)O43(O,OH,F)、锶磷灰石Sr5PO43F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。
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。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

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。

需求

磷灰石是提取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。

晶体化学

磷灰石

磷灰石

化学组成(%):CaO 54.58,P2O5 41.36,F 1.23,Cl 2.27,H2O 0.56。可有少量TR和微量Sr作不完全类质同像替代Ca,少量Cl、OH代替F。稀土含量一般不超过5%。按照附加阴离子可分为以下亚种:
氟磷灰石(fluorapatite) Ca5[PO4]3F
氯磷灰石(chlorapatite) Ca5[PO4]3Cl
羟磷灰石(hydroxylapatite) Ca5[PO4]3(OH)
碳磷灰石(carbonate-apatite)Ca5[PO4,CO3(OH)]3(F,OH)
自然界氟磷灰石最常见,一般简称磷灰石。碳磷灰石由于[CO3]2-代替[PO4]3-,出现了剩余负电荷,因而[CO3]2-与OH-或F-结合在一起,以离子团的形式进入晶格。然而当1个[CO3]2-代替1个[PO4]3-时,只有0.4的[CO3]2-与OH-或F-结合,故Ca2-可被K+、Na+等代替,以达到电价平衡。

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∥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。
磷灰石为六方晶系,晶体呈六方柱状,集合体有块状、粒状、结核状等多种,颜色多样,有灰色、黄色、褐色绿色等,有玻璃光泽,硬度为5,比重为2.9-3.2,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,如和其他稀有元素等。

物理性质

无杂质者为无色透明,但常呈浅绿、黄绿、褐红、浅紫色。沉积成因的磷灰石因含有机质被染成深灰至黑色。玻璃光泽,断口油脂光泽解理及不完全。性脆。断口不平坦。硬度5。相对密度3.18~3.21。
磷灰石

磷灰石

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。

产状与组合

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。

矿业简史

磷灰石

磷灰石

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

矿物特点

磷灰石

磷灰石

磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐矿物的总称,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在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。

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
结晶构造:六角晶系
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。

鉴定特征

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。

加工方法

磷灰石

磷灰石

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。

机械加工

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。

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。

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。

工业应用

磷灰石

磷灰石

磷灰石因其中附加阴离子的不同,又分为氟磷灰石、氯磷灰石和羟磷灰石等。六方晶系。晶体呈六方柱状,集合体呈粒状、致密块状。颜色不一,以灰、褐黄、黄绿色多见。玻璃光泽。断口呈油脂光泽。硬度5。密度3.2。有些磷灰石中含有多种微量元素碘、稀土元素放射性元素等。条痕白色。具热发光(磷光)特性。磷灰石的用途同磷块岩。氟碳灰石晶体则可作激光发射材料。 磷灰石是提取磷的原料矿物,含稀土元素时可综合利用。氟磷灰石可作激光发射材料。由生物化学作用形成的海岛鸟粪层磷矿,主要成分为羟磷灰石,规模也很大。磷灰石是制造磷肥和提取磷及其化合物的最主要矿物原料;含稀土元素时可综合利用;透明而色泽丽润的磷灰石晶体可作低档宝石。
磷是生物细胞质的重要组成元素,也是植物生长必不可少的一种元素。世界上84%~90%的磷矿用于生产各种磷肥,3.3%生产饲料添加剂,4%生产洗涤剂,其余用于化工、轻工、国防等工业。中国的磷矿消费结构中磷肥占71%,黄磷占7%,磷酸盐占6%,磷化物占16%。磷肥对农作物的增产起着重要作用。
磷灰石又是重要的化工矿物原料。部分磷矿用于制取纯磷(黄磷、赤磷)和化工原料,少量用作动物饲料。赤磷用于制造火柴和磷化物。黄磷有剧毒,可制农药,还可以制燃烧弹、曳光弹、信号弹、烟幕弹、发火剂;磷与硼、铟、镓的磷化物用于半导体工业。冶金工业中用于炼制磷青铜、含磷生铁、铸铁等。磷酸锆、磷酸钛、磷酸硅等可作涂料、颜料、粘结剂、离子交换剂吸附剂等。磷酸钠磷酸氢二钠用于净化锅炉用水。后者还可制人造丝。六聚偏磷酸钠可作水的软化剂和金属防腐剂,磷酸钙盐用于动物饲料添加剂,磷的衍生物用于医药。磷酸二氢铝胶材料耐火度高、耐冲击性好、耐腐蚀性强、电性能优越,用于尖端技术中。氟磷灰石晶体是最理想的激光发射材料,磷酸盐玻璃激光器已得到应用。
工业上常用浓硫酸跟磷酸钙反应制取磷酸,滤去微溶于水的硫酸钙沉淀,所得滤液就是磷酸溶液。磷酸和磷灰石反应所得产物磷酸二氢钙被称为重过磷酸钙,为灰白色粉末,主要用作酸性磷肥。工业上制备氢氟酸的方法是用萤石(CaF2)与浓硫酸作用,加热到大约700℃时发生反应。加热后可发磷光。将钼酸铵粉末置于磷灰石上,加硝酸,可生成黄色的磷钼酸铵,用以快速试磷。磷灰石是制磷和磷肥的最主要原料。
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