خاک فسفات | ویژگی‌ها، روش تولید و کاربردهای آن

خاک فسفات معدنی، فسفریت (Phosphorite)، سنگ فسفات (phosphate rock) یا فسفات معدنی، یک سنگ رسوبی است که حاوی مقادیر زیادی مواد معدنی فسفات است. محتوای فسفات سنگ فسفریت (یا درجه سنگ فسفات) بسیار متفاوت است؛ این مقادیر از ۴٪ تا ۲۰٪ پنتا اکسید فسفر (P2O5) متغیر است.

سنگ فسفات عرضه شده در بازار حداقل با ۲۸٪ و غالباً بیش از ۳۰٪ P2O5 غنی شده است. این فرآیند عموماً از طریق شویش، غربالگری، آهک زدایی، جداسازی مغناطیسی یا شناورسازی انجام می‌گیرد. برای مقایسه، میانگین محتوای فسفر در سنگ‌های رسوبی، کمتر از ۰.۲٪ است.

فسفات به صورت فلوراپاتیت (fluorapatite) با فرمول مولکولی Ca5(PO4)3F به طور متداول در توده‌های کریپتوکریستالی (اندازه دانه‌بندی <1 میکرومتر) وجود دارد که به عنوان رسوبات آپاتیت کلوفان (cellophane) با منشأ نامشخص شناخته می‌شود.

همچنین خاک فسفات به صورت هیدروکسی آپاتیت با فرمول ساختاری Ca5(PO4)3OH و Ca10(PO4)6(OH)2 وجود دارد که اغلب در اثر حل شدن بافت استخوان‌ها و دندان‌های مهره داران تشکیل می‌شود، در حالی که فلوراپاتیت می‌تواند از رگه‌ها و شیارهای هیدروترمال ایجاد شود.

کانسارهای فسفریت و خاک فسفات با درصد متفاوتی از عناصر اغلب در لایه‌های گسترده‌ای وجود دارند که ده‌ها هزار کیلومتر مربع از پوسته زمین را پوشش می‌دهند.

نگاهی به تاریخچه خاک فسفات

اگر بخواهیم درباره تاریخچه خاک فسفات صحبت کنیم شاید لازم باشد نگاهی به پدیده‌های زمین شناسی در دوران مختلف تاریخ زمین بیندازیم.

وقتی صحبت از فسفات، کانی فسفات یا سنگ معدن فسفات به میان می‌آید مشاهده می‌کنید که در بسیاری از منابع با نام دیگری که در حقیقت نام علمی و زمین شناختی این این ماده معدنی است در ارتباط می‌باشد. نام دیگر این کانی معدنی آپاتیت (Apatite ) است که به نوبه خود، خود یک کانی زیبا و ارزشمند و پرکاربرد به شمار می‌آید.

آپاتیت گروهی از مواد معدنی فسفات است که معمولاً به هیدروکسی آپاتیت (hydroxyapatite)، فلوراپاتیت و کلروپاتیت (chlorapatite) اشاره دارد. در این کانی‌های معدنی، به ترتیب غلظت زیاد یون‌های OH− ، −F و −Cl در بلور آنها یافت می‌شود.

فرمول مخلوط سه کانی فوق به صورت زیر است:

Ca10(PO4)6(OH,F,Cl)2

فرمول هر یک از کانی‌ها بر اساس عناصر تشکیل دهنده، به صورت مجزا نیز به صورت زیر نوشته می‌شود:

Ca10(PO4)6(OH)2

Ca10(PO4)6F2

Ca10(PO4)6Cl2

این ماده معدنی توسط آبراهام گوتلوب ورنر (Abraham Gottlob Werner)، زمین شناس آلمانی در سال ۱۷۸۶، آپاتیت نامگذاری شد، اگرچه ماده معدنی خاصی که وی توصیف کرده بود توسط کارل فریدریش آگوست راملسبرگ (Karl Friedrich August Rammelsberg)، معدن شناس آلمانی، در طبقه‌بندی فلوراپاتیت طبقه‌بندی شد.

در بحث طبقه‌بندی و نامگذاری کانی فسفات، یکی از زیر شاخه‌ها در حقیقت همان خاک فسفات است. کانی‌های معدنی یا سنگ‌های معدنی که حاوی درصد قابل توجهی فسفر یا ترکیبات حاوی فسفر نظیر فسفات‌ها و فسفیدها هستند در گروه‌های دیگری قرار می‌گیرند. این دسته‌بندی‌ها با توجه به غلظت رسوب گذاری فسفر در لایه‌ها و ورقه‌های زمین انجام می‌شود.

اگر ذرات فسفر بسیار غلیظ باشند و تحت تراکم قرار بگیرند به صورت ورقه‌ای در بسترهای مختلف در لایه پوسته زمین تشکیل می‌شوند. برای استخراج مواد معدنی در این شرایط باید فرایند جداسازی و خالص سازی انجام شود.

در مقابل، برخی از لایه‌های کانی حاوی غلظت کمتری دارند و بنابراین در لایه‌های مختلف جریان پیدا می‌کنند. این فرآیند به واسطه یک جریان آشفته و تحت نیروی گرانش انجام می‌شود.

از نظر پیشینه زمین شناسی، تشکیل فسفر در لایه‌های مختلف زمین به نام چرخه فسفر نامگذاری شده است. در قسمت بعد درباره روش تشکیل سنگ‌ها و کانی‌های حاوی این ماده معدنی بیشتر صحبت می‌کنیم.

روش‌های تولید خاک فسفات

در مورد روش تولید خاک فسفات باید پیرامون فرایند تشکیل کانی معدنی فسفر یا همان کانی آپاتیت صحبت کنیم. در پایان همین قسمت درباره‌ چرخه فسفر که مقادیر قابل توجهی از این ماده معدنی را به طبیعت وارد می‌کند نیز صحبت خواهیم کرد.

کانی آپاتیت یا همان خاک فسفات به طور متداول و طبیعی در سنگ‌های رسوبی، سنگ‌های دگرگونی و سنگ‌های آذرین یا آتشفشانی یافت می‌شود. کانی آپاتیت در سنگ آتشفشانی در قالب پیگماتیت وجود دارد.

اگر فرآیند دگرگونی بر روی این کانی رخ دهد در منافذ هیدروترمال تشکیل می‌شود. به مرور زمان، این کانی تبدیل به یک معدن غنی از فسفات شده که قابل استخراج و بهره‌برداری است.

پیگماتیت یکی از مهمترین مواد معدنی است که در سیستم‌های زیست محیطی بیولوژیکی تولید می‌شود و به مصرف می‌رسد. در بررسی کانی آپاتیت و خاک فسفات به نام دیگری برخورد می‌کنیم که به آن هیدروکسی آپاتیت گفته می‌شود. این کانی معدنی به نام هیدروکسیل آپاتیت نیز مشهور است.

کانی آپاتیت، جزء اصلی تشکیل دهنده مینای دندان و ماده معدنی استخوان موجودات زنده است. برخی از ساختارهای خاک فسفات به شکل کانی آپاتیت، گروه هیدروکسی را ندارند و بنابراین آنیون‌های دیگری نظیر کربنات و فسفات اسیدی در ساختار آن وجود دارد که این ترکیبات هم جزء تشکیل دهنده از مواد بافت استخوان است.

فلوروپاتیت (یا فلوراپاتیت) نسبت به هیدروکسی آپاتیت در برابر حمله اسیدی، مقاومت بیشتری دارد. در اواسط قرن ۲۰ کشف شد که جوامعی که منبع آب آنها به طور طبیعی حاوی فلورین است، میزان پوسیدگی دندان کمتری دارند. آب حاوی فلوئور، امکان تبادل یون‌های فلوراید را برای گروه‌های هیدروکسیل موجود در آپاتیت برای دندان‌ها فراهم می‌کند.

به طور مشابه، انواع خمیر دندان معمولاً حاوی منبع آنیون‌های فلوراید (به عنوان مثال سدیم فلوراید، سدیم مونو فلوئورو فسفات) است.

پیگیری و مطالعه مسیرهای شکافت در کانی آپاتیت معمولاً برای تعیین تاریخچه کمربندهای کوه زایی و تشکیل رسوبات در حوضچه‌های رسوبی انجام می‌شود.

سنگ فسفات

نگاهی به چرخه فسفر در طبیعت و تشکیل خاک فسفات

بیشترین میزان تجمع فسفر عمدتاً در کف اقیانوس‌ها است. تجمع فسفر معمولاً از طریق بارش جوی، گرد و غبار، رواناب یخبندان، فعالیت کیهانی، فعالیت آتشفشانی هیدروترمال زیرزمینی و رسوب مواد آلی رخ می‌دهد.

در مرحله اول، فسفر محلول از هوای قاره‌ها به محیط زیست وارد می‌شود و سپس توسط رودخانه‌ها به اقیانوس منتقل می‌گردد. سپس توسط میکرو ارگانیسم‌ها و موجودات فعال دیگر در محیط، فعل و انفعالاتی در آن صورت می‌گیرد.

فعالیت پلانکتون‌ها، فیتوپلانکتون و زئوپلانکتون دیاتومه، فسفر را در آب حل می‌کند. فسفر توسط استخوان‌ها و دندان‌های برخی ماهی‌ها جذب می‌شود و سپس به صورت ترکیبات رسوبی در لایه‌های کف اقیانوس دفن می‌شوند.

بسته به میزان pH و شوری آب اقیانوس، مواد آلی پوسیده شده، فسفر را از رسوبات حوضه‌های کم عمق، آزاد می‌کنند. باکتری‌ها و آنزیم‌ها، مواد آلی را در سطوح کم عمق آب حل می‌کنند، بنابراین فسفر را به ابتدای چرخه زیستی خود باز می‌گردانند. همچنین کانی سازی مواد آلی می‌تواند باعث آزاد شدن فسفر به داخل آب اقیانوس شود.

خاک فسفات – سنگ معدن فسفات

خاک فسفات در ابتدا به صورت سنگ معدن فسفات، استخراج و به فسفات قابل استفاده تبدیل می‌شود. پردازش سنگ معدن فسفات فرایندی است که شامل شویش، شناورسازی و کلسینه شدن است.

از روش شناورسازی کف یا فلوتاسیون، برای تغلیظ سنگ معدن استخراج شده و تبدیل به سنگ فسفات استفاده می‌شود. سنگ معدن استخراج شده، خرد و شسته می‌شود تا دوغاب مناسبی تهیه شود. سپس این دوغاب سنگ معدن با اسیدهای چرب، تصفیه می‌شود تا خاصیت آبگریزی را در فسفات کلسیم ایجاد کنند.

سپس این فسفات معدنی یا برای تولید اسید فسفریک در فرایند مرطوب، حل می‌شود یا برای تولید فسفر عنصری، ذوب می‌شود. اسید فسفریک به دست آمده از سنگ فسفات برای تولید کود سوپر فسفات سه گانه به کار می‌رود. همچنین این کانی معدنی به همراه آمونیاک بی آب برای تولید کودهای فسفات آمونیوم مصرف می‌شود.

خواص و کاربردهای خاک فسفات

خاک فسفات یا سنگ فسفات هردو به یک کانی مهم اشاره دارند و حاوی مقادیر قابل توجهی فسفر می‌باشند. کانی آپاتیت یا هیدروکسی آپاتیت به عنوان سنگ قیمتی شناخته می‌شود. کانی آپاتیت آبی رنگ با درخشندگی و جلای منحصر به فرد برای صنعت طلا و جواهر سازی گزینه مناسبی است.

سنگ‌های زینتی که ساختار بلوری کریستالی دارند، نور را منعکس می‌کند و بنابراین برای زیورآلات و صنعت طراحی طلا- جواهر مورد استقبال واقع می‌شوند.

مهم‌ترین مناطقی که منبع اصلی بهره برداری برای سنگ‌های قیمتی آپاتیت هستند شامل برزیل، مکزیک، کانادا، جمهوری چک، میانمار، آلمان، هندوستان، ماداگاسکار، نروژ، اسپانیا، آفریقای جنوبی، سریلانکا و آمریکا می‌باشد.

استفاده از کانی آپاتیت به عنوان سنگ زینتی در مقایسه با سایر سنگ‌های معدنی رنگی، کمتر است اما هیدروکسی آپاتیت در جایگاه خود توجه صنایع مختلف را به خود جلب کرده است.

خاک فسفات ممکن است در برخی از معادن حاوی میزان قابل‌ توجهی از عناصر نادر و کمیاب باشد. به همین دلیل شاید بتوان از آن به عنوان سنگ معدن اصلی استفاده کرد. کانی معدنی آپاتیت خاصیت رادیو اکتیو ندارد و خطرات زیست محیطی هنگام استخراج از معدن را ایجاد نمی‌کند.

انبار خاک فسفات

مشخصات فیزیکی و شیمیایی خاک فسفات

کاربردهای خاک فسفات

تقریباً ۹۰٪ خاک فسفات تولیدی برای تهیه مکمل‌های کود و خوراک دام و مواد شیمیایی صنعتی استفاده می‌شود. علاوه بر کودهای فسفاته برای کشاورزی، فسفر حاصل از سنگ فسفات در مکمل‌های خوراک دام، مواد نگهدارنده غذا، آرد مخصوص پخت و پز، داروسازی، مواد ضد خوردگی، مواد آرایشی، قارچ‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها، مواد شوینده، سرامیک‌ها، تصفیه آب و متالورژی نیز استفاده می‌شود.

برای استفاده در صنایع کود شیمیایی، خاک فسفات باید حاوی حداقل ۲۸٪ پنتا اکسید فسفر باشد. اگر چه بیشتر گریدهای فسفات معدنی که در بازار به فروش می‌رسند، ۳۰٪ یا بیشتر دارای پنتا اکسید دی فسفر هستند.

خاک فسفات همچنین باید دارای مقادیر مناسب کربنات کلسیم (۵٪) و <4٪ اکسیدهای ترکیبی شامل آهن و آلومینیوم باشد. منابع سنگ معدن درجه یک در سراسر جهان در حال کاهش است.

سنگ معدنی فسفات به عنوان یک “ماده ایده آل و طبیعی”، جایگزین مناسبی برای کود “شیمیایی” فسفاته است. طبیعی بودن آن باعث شده که بسیار مورد توجه قرار بگیرد.

ایمنی خاک فسفات

در برگه اطلاعات ایمنی کانی فسفات یا خاک فسفات هیچ علائم خطرناک مسمومیت یا قابلیت اشتعال پذیری درج نشده است. تنها نکته مهم برای کار کردن با این ماده این است که گرد و غبار حاصل از کانی معدنی فسفات به حالت پودری جامد در هوا منتشر می‌شود و اگر فرد در معرض این ذرات معلق قرار بگیرد اثرات تحریک کننده برای چشم، پوست و سیستم تنفسی به دنبال خواهد داشت.

خاک فسفات از نظر ویژگی‌های زیست محیطی هیچ خطری ایجاد نمی‌کند. برای جلوگیری از حساسیت‌های ایجاد شده ناشی از تماس مستقیم با این کانی معدنی پیشنهاد می‌شود کارگران از دستکش، ماسک و لباس کار مخصوص استفاده کنند.

دستگاه بارگیری خاک فسفات

ذخیره و نگهداری خاک فسفات

برای ذخیره و نگهداری خاک فسفات در انبار توصیه شده است محیط انبار خشک و خنک  و مجهز به سیستم تهویه قوی باشد. ذرات جامد ناشی از کار کردن با این ماده معدنی به سرعت در فضا منتشر می‌شوند. کارگران باید ماسک داشته باشند و برای محافظت از چشم‌ها حتماً عینک ایمنی استفاده کنند.

این ماده معدنی در هر شرایطی، پایدار است و واکنش‌های شیمیایی زنجیره‌ای یا واکنش‌های مخرب دیگر برای آن اتفاق نمی‌افتد.

بسته بندی خاک فسفات

بسته بندی‌های خاک فسفات در کیسه‌هایی با وزن متفاوت در بازار در دسترس هستند. کانی معدنی فسفات برای تهیه انواع کود کشاورزی مصرف می‌شود؛ این ماده با درصد خلوص معین- به طور مثال حدود ۳۳ درصد- از طریق شرکت‌های تولید کننده وارد کننده ارائه می‌شوند.

برای بسته بندی خاک فسفات معمولا از جامبوبگ ۱۰۰۰ کیلوگرمی استفاده می‌شود. اما حمل و نقل به صورت فله‌ای هم امکان پذیر است.

وضعیت بازار و خرید و فروش خاک فسفات

در این بازار پر تقاضا با نام‌های مختلفی نظیر فروش خاک فسفات یزد، خاک فسفات چادرملو، خاک فسفات سوریه و خاک فسفات اسفوردی سر و کار داریم.

خاک فسفات اسفوردی در حقیقت نام کانی معدنی است که از کارخانه فسفات اسفوردی به دست می‌آید. این کارخانه یکی از مهمترین زیرشاخه‌های معادن خاک فسفات ایران محسوب می‌شود.

سنگ فسفات، مستقیم از معادن فسفات ایران وارد کارخانه شده و پس از فرآوری، پردازش، استخراج، تصفیه و خالص سازی با درصد خلوص متفاوت وارد بازار می‌شود.

خرید و فروش خاک فسفات با درصد خلوص ۲۴ درصد، ۳۲ درصد و ۳۷درصد  در بازار انجام می‌گیرد.

در آنالیز خاک فسفات، مقادیر قابل توجهی از فلزات مختلف و اکسیدهای فلزی هم دیده می‌شود.

شیمیکو، مرجع خرید و فروش و صادرات مواد شیمیایی و معدنی، بستر لازم را فراهم ساخته است تا بتوانید برای خرید انواع مواد معدنی اقدام کنید.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Phosphorite

http://www.nnvt.lv/wp-content/uploads/2016/10/DDL-2.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Apatite