英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
20.磷酸盐岩
M. F. DIBBLE
磷矿是指磷灰石在火成岩和沉积岩中的商业集中度。市场上出售的磷酸盐的质量历来是基于磷酸三钙Ca3(PO4)2或“骨质磷酸三钙”（BPL）的含量。火成岩沉积物和化学加工设施中的浓度通常被称为五氧化二磷百分比（P205），它等于BPL乘以0.4567。
在火成岩沉积物中发现的主要矿物是氟磷灰石[Ca10（PO4）6F2]，其纯净形式包含约42.2％的P205（92.2 BPL）和3.8％的氟。在美国开采的磷酸盐岩仅存在于沉积物中。在这些沉积矿床中发现的特定矿物是细晶磷灰石，一种碳酸氟磷灰石，其通式为[Ca10-a-bNaaMgb-（PO4）6-x（CO3）F0.4xF2]（McClellan），可能含有达到2.0％的分子态的二氧化碳。
1987年，全球磷矿石产品的总产量约为158Mt。1988年美国的估计产量为46 Mt，其中佛罗里达将提供其中的34 Mt或总量的74％（Stowasser，1988）。开采的磷矿石总量中有超过85％用于肥料产品，既可以直接施用也可以用于升级产品的生产。在美国的磷酸盐矿中，28个中的27个是露天开采的。
沉积磷酸盐资源
全世界开采的磷矿中，近80%为颗粒状，存在于沉积矿床中。这些细晶磷灰石颗粒来自海洋，在从元古代(前寒武纪)到全新世(Cathcart)的沉积岩中均有发现。人们提出过许多假说来解释这类矿床的成因。沉积区域由于其范围的原因，可能在很长一段时间内必须对海洋水循环开放。通常，“随着低温、化学增压以及有毒的上升流穿过浅海平台然后进入沿海环境时，磷矿发生沉淀。在受生物压力作用的浅水环境中，细菌沉淀了微晶的磷矿泥或微闪石，以及其他生物产生的磷酸盐颗粒”（Riggs，1978年）。根据局部能级，其中一些淤泥被海底流、河流/小溪、风，上述任何一种或者所有这些因素，组合重新加工后聚合成颗粒状。这些类型矿床中的细晶磷灰石的含量可以从3.0％以下到38％的P2O5不等。
经过磷化处理的海洋地层可以覆盖非常大的区域，例如美国西部的磷化地层。 该地层为二叠纪时代，覆盖面积超过349623 km 2（135,000平方英里）。 厚度从几毫米（英寸）到几米（英尺）不等，磷酸盐含量从16％到36％P2O5不等。这个地层沿一条724公里(450英里)长的采掘带从露头处开采多年。
商业沉积矿床
自19世纪80年代发现“陆地卵石矿床”以来，佛罗里达州中部一直是颗粒磷酸盐的主要来源地区。 这块岩石最初是在中新世中晚期积淀下来的。 现在佛罗里达中部地区的商业磷酸盐生产是在更新世时期对这块岩石进行再加工的结果。这包括未固结的颗粒磷矿床风化，留下残余的细晶磷灰石球团。随后，由于海平面波动而产生的高能沉积作用对这些沉积物进行了周期性的改造和重新分布。粒子富集也因表生改变而发生。这种不断的返工导致了富磷酸盐颗粒与硅砂、陆地和海洋动物骨骼遗骸以及粘土的混合。
佛罗里达州中部地区约1812 km2（700平方英里）。商业矿物带，当地称为基质，它的厚度为0.9至7.6 m（3至25英尺），覆盖着3至14 m（10至45英尺）的覆盖层。佛罗里达中部地区的上部偶尔有一个红土浸出带，含有高浓度的含铀磷酸铝。从历史上看，粒径大于1.0 mm的卵石粒级已经足够高，可以作为产品进行筛选、清洗和销售。与硅砂和粘土混合而成的-1.0 mm颗粒以前被当作碎屑丢弃。
20世纪30年代后期，随着两级阴离子/阳离子泡沫浮选技术的发展，通过去除溶胶中的二氧化硅废物，回收了-1.0 mm 100 m的磷酸颗粒。这些高品位矿床中的精矿偶尔会超过80％的BPL（37％的P2O5）。（该地区的矿工更常使用BPL。）两步浮选工艺的发展，使早期鹅卵石开采产生的旧垃圾场的成功再处理成为可能。
在该地区采矿的辉煌岁月中，这个基质的一般经验法则是由三分之一的球粒磷酸盐、三分之一的硅砂或硅溶胶和三分之一的粘土组成的。随着高品位矿石被开采殆尽，并向南迁移至佛罗里达中部地区的边缘地带，卵石和浮选大小的球团矿的富集程度较低，碳酸盐的浓度也较高。1950-1960年代典型的卵石等级为68％至74％的BPL（P2O5为31.1％至33.9％），现在更有可能是62％至68％的BPL（P2O5为28.4％至31.1％）。浮选精矿目前的浓度范围为66％ ~ 72%的BPL (30.2％到32.9％的P2O5)，而前几年的BPL含量为70％ ( 35% 的P2O5)。
未来的中央/南部佛罗里达资源
中新世时期的山楂群覆盖了佛罗里达半岛的大部分地区，除了奥卡拉拱和桑福德高地。在山楂群的骨谷成员皮斯河组（Scott，1985年）的下面，它由不纯的碳酸盐和不同浓度的圆形磷酸盐颗粒组成。
一个重要的、更昂贵的未来磷矿资源是山楂组的风化延伸。该地层位于佛罗里达中部地区的地下，并向南延伸。这个向南的延伸部分可以被分成三个不同的单元。最低的主要是碳酸盐岩和粒状的细晶磷灰石颗粒混合。中间单元是过渡区，颗粒状磷酸盐颗粒与白云石和粘土混合在一起。上部单元主要是碎屑岩，含磷酸盐颗粒，石英砂，粘土，白云岩和明显的白云岩颗粒。
上部碎屑单元可以进一步细分为两个区域。上部区域有点像典型的佛罗里达州中部地区的岩石，但也有一些例外。基质品位越低，球团矿的富集程度越低，CaO:P2O5的比例较高，约为1.55（较高的比例通常反映出岩石酸化时硫酸消耗量越大）。-100 m黏土粘泥的数量较高，而卵石的质量和数量均较差。普通精矿中的MgO含量明显高于佛罗里达中部地区。在南向延伸区没有发现这种上部区域，其厚度变化很大。
下部区域与上部区域有很大的不同。当使用传统的磷酸盐浓度法时，白云石的存在会产生不可接受的高浓度的MgO。较粗的单个球团也含有白云石和二氧化硅的包裹体。碳酸盐岩被发现作为不同的地层和单独的颗粒混合在球团中。粘土和白云石可以作为单独的地层，并散布在整个基质剖面中。在典型的湿法制酸装置中，除非MgO含量降低，否则来自这个较低区域的大部分卵石和精矿通常是不可接受的。
当佛罗里达中部地区在不久的将来资源枯竭时，向南扩展通常被认为是现有采矿公司和运营的合理移动方向。开发将需要把这两个区作为采矿顺序的一部分来考虑，以便最大限度地回收资源。许多研究者（Lawver等人，1984）都已经报告了在减少这两个区域产品的白云石（MgO）含量方面取得了重大的进展。
表1用来说明佛罗里达中部传统沉积物和风化山楂南延之间的根本区别。
佛罗里达中部地区的南部延伸代表了一个巨大的潜在资源，比现在的地区生产成本更高，质量更差。表1显示，潜在的采矿成本(每吨产品)应该比佛罗里达州中部地区高得多，因为需要剥离的材料非常多，开采，然后在必要的复垦期间更换。在浓缩步骤中去除白云石也会增加产品成本。这些废粘土的每吨产量大约是佛罗里达州中部地区产量的2.5倍，在获得必要的采矿许可证和实际的处置方面将面临巨大的障碍。
表1.佛罗里达中部和南部的差异
|
|
中心区 |
南部扩展 |
|
基质厚度 |
平均25英尺 |
最高65英尺 |
|
基质品位，P2O5 % |
11.4% - 13.7% |
5.5% - 8.2% |
|
每吨产品的基质码 |
3.0到4.0 |
4.0到6.5 |
|
基质和覆盖层，每吨产品移动吨数 |
7.5到12.0 |
12.0到14.0 |
|
吨产量（每英亩英尺） |
400到600 |
200到400 |
|
卵石产量：P2O5% |
基质28.4到31.1的10%可直接畅销 |
基质18.3的5％，需要升级 |
|
浮选产量：P2O5% |
30.1到32.9使用标准双份 浮选 |
29.2到31.5，要求。附加白云石去除阶段要求 |
|
CaO产量：P2O5 |
1.50到1.52 |
1.55到1.57 |
|
MgO的产量百分比含量 |
0.2 - 0.5% |
0.7 - 1.3% |
|
铁和氧化铝的混合物 |
1.4 - 2.6% |
2.0 - 3.8% |
|
废料 |
石英砂和粘土 |
沙子和粘土加上白云石颗粒，泥灰岩 |
|
每吨产品产生的废粘土吨数 |
0.9到1.1 |
2.0到2.5 |
公制当量：码0.914 =米;吨0.907=每吨; 英尺0.305=米; 英亩1233 =立方英尺
佛罗里达中北部磷矿资源
北佛罗里达平台奥卡拉拱以东有大量浅层山楂磷酸盐资源。一家公司在湖城附近经营着两座矿山。这块岩石也被重新加工过，但没有中央地区那么广泛。蚀变和表生富集程度较低，限制了卵石产品的市场化。
在20世纪60年代期间，在北弗罗里达和南乔治亚进行过广泛的区域勘探。在当时的大多数情况下，颗粒磷酸盐的含量都过低，或者分布在对环境非常敏感的地区。
北卡罗莱纳州中新世深部矿床
中新世也是美国大陆边缘广泛分布的磷质岩发育的最重要时期。这些矿床发现于弗吉尼亚州的切萨皮克湾到佛罗里达州的卡纳维拉尔角(肯尼迪角)以南。
蓬哥河地层是中新世沉积物中较重要且已探明的产磷区之一。在北卡罗莱纳东部，富含磷酸盐的剖面是多个沉积单元的高度截断序列(Riggs, 1986)。瞭望角高原把一个大的上第三纪盆地分成两个区域盆地。北部或极光湾是美国最大的磷矿之一。
极光磷矿区是该海岸边缘较浅、较易开采的商业级岩石之一，通过露天开采。上部11米(35英尺)用挖泥船清除部分覆盖层。在疏通特定区域后，通过对下方的海恩斯城堡始新世石灰岩地层减压，将富含磷酸盐的蓬哥河地层脱水。挖泥后剩余的覆盖层，从11米(35英尺)以下降到大约28米(93英尺)，是由被大拉铲铲除，弃渣被倒入相邻的采空坑中。相同的拉铲还可挖掘出11至12米(35至40英尺)厚的基质部分，并将其储存在疏浚表面上。然后，一条较小的拉铲就可以回收库存，并将基质倾倒在便携式抽水站中，用高压水将其制成泥浆。然后将浆状基质泵送到处理设备中（Hird，1988年）。
目前正在执行一项计划，通过使用铲斗轮式挖掘机更换挖泥机并清除上部覆土。通过以自然百分比固体含量移动上层废料，提高操作效率，并更有效地为拉斗铲打开空间。高固体含量可通过传送带系统更有效地运输这些覆盖层（Breza，1987）。
该矿床的细晶磷灰石颗粒显示出仅局部返工的迹象。每英亩的产品吨数比佛罗里达中部地区要高得多，每英亩可达到32至36Mt(3.5万至4万吨)。与目前在佛罗里达中部开采的岩石相比，浮选原料的品位更高，且筛目尺寸也更细。不生产商用卵石产品。
最终得到的产品等级大约是29.7%到30.7%的P2O5。由于缺乏表生富集，CaO:P2O5的比值接近1.60。与佛罗里达中部的精矿相比，这种岩石的精矿的铁和铝氧化物的含量较低。同时岩石还含有高浓度的有机碳，必要时可以通过煅烧除去。
可供选择的深部中新世资源
在瞭望角高地的南面是昂斯洛湾，它位于昂斯洛湾大陆架的下方。通过浅层钻探和地面取样发现了两处重要的磷矿。地震分析数据表明，该地可能存在
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[235716]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
