ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ

1. ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΙ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΦΩΣΦΑΤΑ Θ. ΠΕΡΡΑΚΗ

2. Α. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Φωσφάτα... Ο φώσφορος είναι το 11ο, κατά σειρά αφθονίας, στοιχείο του στερεού φλοιού της γης, με μέση περιεκτικότητα 0.118% περίπου. Ο ηπειρωτικός φλοιός είναι περισσότερο εμπλουτισμένος, απ’ ότι ο ωκεάνειος, με μέση περιεκτικότητα σε Ρ περίπου 0.3%.Πιο αναλυτικά, οι γρανίτες περιέχουν 70 ppm, οι βασάλτες 1400 ppm, οι πηλίτες 750 ppm, ενώ η μέση περιεκτικότητα του θαλασσινού νερού σε Ρ είναι 0.06 ppm. Σχ. 10.1. Κύκλος του φωσφόρου (από Kuzvart, 1961) Ο φώσφορος που βρίσκεται στα διάφορα μάγματα, που φτάνουν στην επιφάνεια της γης, είτε δεσμεύεται υπό μορφή ορυκτών στα μαγματογενή πετρώματα (απατίτης κ.λ.π.), είτε εμπλουτίζει τα υδάτινα περιβάλλοντα, υπό μορφή ατμίδων. Με την αποσάθρωση των μαγματογενών πετρωμάτων εμπλουτίζονται με Ρ, τα διάφορα εδάφη. Από τα εδάφη αυτά, παίρνουν το Ρ τα φυτά, από τα οποία με τη σειρά τους τροφοδοτούνται τα ζώα. Με το θάνατο των έμβιων οργανισμών εμπλουτίζονται ξανά τα ιζήματα με Ρ.Τα ιζήματα αυτά, όταν τακούν σε μεγάλα βάθη υφίστανται ανάτηξη και ξαναδημιουργούν μάγματα. Έτσι κλείνει ο κύκλος του φωσφόρου (Σχ.10.1). Στον κύκλο αυτό συμμετέχει και ο φώσφορος των κοιτασμάτων guano.Ταguano πήραν τ’ όνομά τους από την ινδική λέξη huanu, που σημαίνει κόπρος ζώων. Είναι ιζήματα που προέρχονται από τα περιττώματα των πτηνών, τα οποία αφθονούν στα ωκεάνεια νησιά, στις ακτές της Χιλής κλπ.Η ετήσια παραγωγή τους είναι 3,5.106tn, ενώ τα αποθέματά τους υπολογίζονται σε 200.106tn. Στα κοιτάσματα guano το πάχος μπορεί να φτάνει περίπου 35 m, ενώ η περιεκτικότητά τους σε P2O5 είναι περίπου 27%. Εκτός από P περιέχουν επίσης και Ν και Κ.

3. Φωσφάτα... Δεδομένου ότι ο φώσφορος είναι ασταθής σε στοιχειακή κατάσταση (αναφλέγεται όταν εκτεθεί στον αέρα), η περιεκτικότητα των διαφόρων πετρωμάτων δίνεται σε περιεχόμενο P2O5 και σπάνια σε Ρ. Στα φυτά, το μεγαλύτερο ποσοστό σε φώσφορο περιέχεται στους σπόρους. Η στάχτη περιέχει περίπου 60% P2O5, γι’ αυτό πολλές φορές χρησιμοποιείται, κατ’ ευθείαν, ως λίπασμα. Στα ζώα, ο φώσφορος συγκεντρώνεται στο σκελετό και τα κελύφη τους. Μετά το θάνατό τους σκελετός και κελύψη αποτίθενται ως ίζημα, σχηματίζοντας ιζηματογενή κοιτάσματα, πλούσια σε ορυκτά άλατα του φωσφόρου. Tα ορυκτά άλατα του φωσφόρου, συνιστούν μια ομάδα ορυκτών, την ομάδα των φωσφάτων, σπουδαιότερο ορυκτό της οποίας είναι ο απατίτης [Ca5(F,Cl,OH)(PO4)3]. Στο ορυκτό αυτό δεσμεύεται το 95% του φωσφόρου που απαντά στον στερεό φλοιό της γης. Όταν ο απατίτης περιέχει φθόριο, μέχρι 3,8%, περίπου, ονομάζεται φθοριοαπατίτης, ενώ όταν περιέχει χλώριο μέχρι 6,8% ονομάζεται χλωροαπατίτης. Αντίστοιχα, ο απατίτης που περιέχει (ΟΗ-) ονομάζεται υδροξυλαπατίτης, ενώ όταν περιέχει (CO3=) ανθρακοαπατίτης. Ο φρανκολίτης είναι ανθρακοαπατίτης με CO2>2%. Η Μικροκρυσταλλική μορφή του απατίτη ονομάζεται κολλοφανής. Το Ca του απατίτη μπορεί να αντικατασταθεί από Mn, Sr ή Mg, δεδομένου ότι τα στοιχεία αυτά έχουν παρόμοιες ιοντικές ακτίνες.

4. Οι διαφοροποιήσεις στη σύσταση του απατίτη έχουν επίδραση στις οπτικές του ιδιότητες. Ετσι, ο δείκτης διάθλασης είναι μεγαλύτερος στον χλωροαπατίτη απ’ τον υδροξυλαπατίτη, μεταβαλλόμενος σταδιακά με την αντικατάσταση του Cl- από ΟΗ- και ακόμα περισσότερο με την αντικατάσταση του Cl- από F-. Μικροκοκκώδης απατίτης απαντά σε όλα σχεδόν τα εκκρηξιγενή πετρώματα, από τα βασικά έως τα όξινα. Ενώ το ποσοστό του, υπό κανονικές συνθήκες είναι 0,1-1%, σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να φθάσει το 5%. Κυρίως απαντά σε ιζηματογενή και μεταμορφωμένα πετρώματα. Φωσφάτα... Σχήμα 10.2.Οπτικές ιδιότητες φθοριο-χλωρο-υδραξυλαπατίτη Εκτός από τον απατίτη, άλλα ορυτκά του Pείναι ο μοναζίτης (Ce,La,Th)PO4 και ο βαβελίτης[Al3(PO4)2(OH)3.5H2O]. Ο μοναζίτης απαντά ως επουσιώδες ορυκτό στα όξινα εκκρηξιγενή πετρώματα.Στους πηγματίτες εμφανίζεται συχνά υπό μορφή ευμεγέθων κρυστάλλων. Απαντά, επίσης στις άμμους δεδομένου ότι είναι ανθεκτικός στην αποσάθρωση των πιο πάνω πετρωμάτων. Ως φωσφορικά πετρώματα χαρακτηρίζονται τα ιζηματογενή πετρώματα, με περιεκτικότητα σε Ρ2Ο5>7,5%. Όταν η περιεκτικότητα σε Ρ2Ο5 υπερβαίνει το 20% (περιεκτικότητα του πετρώματος σε απατίτη περίπου 50%), τότε τα πετρώματα λέγονται φωσφορίτες. Ωόλιθοι φωσφάτων (διαμέτρου της τάξεως mm), ενωμένοι με αργιλικό υλικό (κύρια μοντμοριλλονίτη) ή με ανθρακικό υλικό, δύνανται να αποτελούν μέρος των ψαμμιτών ή των ασβεστολίθων ή των μαργών.Ο πυρήνας του ωόλιθου μπορεί να είναι ή θραύσμα χαλαζία ή κόκκος κάποιου άλλου ορυκτού.Όστρακα βραχυπόδων σε ψαμμίτες ή ασβεστόλιθους μπορούν, επίσης, να χρησιμεύουν ως πρώτη ύλη φωσφάτων.

5. Φωσφάτα... Β. ΧΡΗΣΕΙΣ ·Λιπάσματα: Το 80-90% της παγκόσμιας παραγωγής σε φωσφάτα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή λιπασμάτων μαζί με Ν και Κ. Με την προσθήκη ζεολίθων στο λίπασμα αποφεύγεται η υπερλίπανση με Ρ, διότι οι ζεόλιθοι έχουν την ικανότητα να προσροφούν το φώσφορο και να τον απελευθερώνουν σιγά-σιγά. ·Στις ζωοτροφές: Δεδομένου ότι τα ζώα προσλαμβάνουν μέρος του P που χρειάζονται από την τροφή τους, στα εκτροφεία προστίθεται Ρ στην τροφή των ζώων προκειμένου να αυξάνεται το βάρος τους. Αυτό απαιτεί αποφθοριωμένα συστατικά, καθώς το F αναχαιτίζει την ανάπτυξη των ζώων. ·Στην επιφανειακή επεξεργασία των μετάλλων. ·Στην παρασκευή σαπουνιών, απολυμαντικών, όπως και ως πρόσθετο για την ελάττωση της σκληρότητας του νερού, στην κατασκευή σπίρτων, εντομοκτόνων, στις οδοντόπαστες κλπ Σε πολλές περιπτώσεις που είναι απαραίτητη η απομάκρυνση του περιεχομένου As, χρησιμοποιείται Η2S. Στα φωσφάτα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των λιπασμάτων, το Ρ2Ο3 δεν πρέπει να υπερβαίνει το 2,5-4%, το Cl2 το 0,13%, το MgO το 0,25%, η αναλογία βάρους των CaO:P2O5 δεν πρέπει να ξεπερνά το 1:6, ενώ η αναλογία P2O5 :F2 πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 8:1. Στη χημική βιομηχανία ο φώσφορος λαμβάνεται από τα φωσφάτα με Ρ2Ο5 > 24%, μετά από αναγωγή με κωκ και δέσμευση των προσμίξεων σε σκουριές.