ФОСФОРИ́ТОВЫЕ РУ́ДЫ

ФОСФОРИ́ТОВЫЕ РУ́ДЫ, природные скопления фосфатных пород (фосфоритов), по горнотехническим условиям и содержанию $\ce{P2O5}$ пригодные для промышленной разработки. Фосфориты состоят в основном из скрыто- и микрокристаллической массы фосфатного вещества (минералы группы апатита), а также зёрен кварца, глауконита, кальцита, глинистых и других минералов. Часть фосфора в фосфатных минералах (фтор-апатит, франколит, курскит, гидроксил-апатит, карбонат-апатит) обычно изоморфно замещена углеродом; характерно присутствие изоморфного урана. Содержание $\ce{P2O5}$ в фосфоритах не превышает 35%. Фосфориты большей частью являются морскими осадками, сформировавшимися путём химического и механического осаждения минерального вещества и биохимических процессов. Резко подчинённую роль играют остаточные и инфильтрационные образования в корах выветривания. Важнейшими факторами образования и существования фосфоритов являются тесно связанные климатические, палеогеографические и фациально-литологические условия. Палеогеографические реконструкции показывают, что крупнейшие скопления фосфоритовых руд возникали на океанических шельфах в условиях мощного апвеллинга, характерного для экваториального пояса Земли.

Месторождения фосфоритовых руд по запасам $\ce{P2O5}$ (млн т) разделяются на весьма крупные (свыше 100), крупные (100–50), средние (50–10) и мелкие (менее 10). Среди промышленных скоплений (залежей) фосфоритов различают микрозернистые, зернистые, желваковые, ракушечные, галечниковые, а также рыхлые и каменистые в корах выветривания, каждые из которых связаны с определёнными формациями горных пород. В мировом балансе запасов фосфоритовых руд значительно преобладают зернистые фосфориты (до 60%), доля микрозернистых фосфоритов – около 30%, желваковых – около 5%; галечниковых – 3,5%, ракушечных – 1,5%. Одним из главных оценочных критериев качества фосфоритовых руд является массовая доля $\ce{P2O5}$. Содержание $\ce{P2O5}$ (по массе) в зернистых рудах – 23–34%, микрозернистых – 20%, желваковых – 10%. Для желваковых фосфоритов, из которых путём простого помола получают удобрение, называемое «фосмукой», существенное значение имеет массовая доля $\ce{P2O5}$, растворимого в лимонной кислоте.

Зернистые фосфоритовые руды сложены округлыми фосфатными зёрнами (пеллетами, оолитами и др.) и фосфатными органогенными обломками размером от 0,1 до 10 мм, сцементированными скрытокристаллическими фосфатами (франколитом), кварцем, халцедоном, кальцитом и другими минералами. Содержание $\ce{P2O5}$ (по массе) от 15–18% до 23–32%. Нередко в этих рудах в качестве попутных компонентов присутствуют уран и ванадий. Внешне зернистые фосфориты напоминают разнозернистые светлоокрашенные песчаники. Наиболее широко они развиты в крупнейшей Аравийско-Африканской фосфоритоносной провинции, где входят в состав верхнемеловых – палеогеновых карбонатных и терригенно-карбонатных формаций. Месторождения зернистых фосфоритовых руд состоят из 3–4 сближенных пластов мощностью от 0,5–1 м до 10–12 (редко до 30) м. Продуктивные отложения имеют пологое залегание и протяжённость в несколько десятков км. Руды легкообогатимы. Месторождения весьма крупные и крупные по запасам; типичные представители: Хуригба (Марокко), Бу-Краа (Западная Сахара), Джебель-Онк (Алжир), Джерой-Сардара (Узбекистан) и др. В них сосредоточена основная часть мировых запасов фосфатного сырья.

Микрозернистые фосфоритовые руды состоят из мельчайших (0,01–0,1 мм) фосфатных зёрен – оолитов, сцементированных фосфатно-карбонатным или фосфатно-кремнистым микрокристаллическим веществом. Главный фосфатный минерал – франколит, кроме которого, как в оолитах, так и в цементе присутствуют кварц, халцедон, кальцит, доломит, гидрослюды и другие минералы. Содержание $\ce{P2O5}$ (по массе) от 14–16 до 24–25%; нередко отмечается до 0,2% $\ce{U3O8}$. Макроскопически эти руды разнообразны, по своему облику напоминают окремнелые известняки, доломиты, яшмы, кремни и другие породы. Характерны для древних фосфоритоносных бассейнов (Саянский в России, Каратауский фосфоритоносный бассейн на юге Казахстана, Фосфория в США, Джорджина в Австралии и др.) в полях развития кремнистой и кремнисто-карбонатной осадочных формаций. Месторождения микрозернистых фосфоритовых руд венд-кембрийского и пермского возраста включают 1–6 фосфоритовых горизонтов мощностью до 25–30 м и протяжённостью до 10 км. Пласты руд смяты в складки с пологими и крутыми падениями крыльев и осложнены разломами. Месторождения крупные по запасам; типичные представители: Куньян (КНР); Мелроуз, Дуклак (США); Бурэнхан (Монголия); Дачис (Австралия); Чулактау, Аксай, Коксу, Жанатас, Кокджон (Казахстан).

Желваковые фосфоритовые руды состоят из конкреций, стяжений фосфатного вещества, фосфатизированных органических остатков размером 0,5–5 см, иногда до 15 см. Вмещающие отложения – глауконит-кварцевые пески, глины, аргиллиты. Иногда желваки (конкреции) срастаются, образуя фосфоритную плиту. По составу нефосфатных примесей выделяют глинистые и песчанистые (кварцевые, кварц-глауконитовые) желваки. Фосфатные минералы – курскит, гидроксил-апатит, карбонат-апатит и др. Содержание $\ce{P2O5}$ (по массе) в исходной руде 8–14%, в первичном концентрате (желваки) – 16–22%. Желваковые фосфориты – платформенные образования, связанные с терригенной глауконитовой формацией; наиболее широко развиты среди верхнеюрско-нижнемеловых осадочных толщ Восточно-Европейской платформы (Вятско-Камское месторождение, Егорьевское месторождение и др.). Месторождения образованы субгоризонтальными пластообразными и линзовидными залежами фосфоритов протяжённостью от нескольких км до нескольких десятков км. Мощность продуктивных тел от 0,1–0,25 до 2 м. Руды бедные и труднообогатимые. Крупные месторождения (Вятско-Камское в России, Чилисайское в Казахстане) разрабатываются для производства фосфоритовой муки.

Ракушечные фосфоритовые руды характеризуются низким содержанием $\ce{P2O5}$ (4–14%), однако легко обогащаются флотацией с получением концентрата ($\ce{P2O5}$ до 32%). Их образование происходило в специфических палеогеографических и гидродинамических условиях путём накопления фосфатизированных детрита и раковин брахиопод в кварцевом песке. Ракушечные фосфориты широко распространены в Прибалтике (Кингисеппское месторождение в России; Раквере, Тоолсе в Эстонии), где они приурочены к отложениям нижнего ордовика. Месторождения представлены протяжёнными, горизонтально залегающими телами мощностью от 1 до 12 м, выдержанными на десятки км.

Особо выделяются богатые галечниковые фосфоритовые руды. Они сложены окатанной галькой и гравием песчано-фосфатного вещества и фосфатизированных ископаемых остатков организмов. Содержание $\ce{P2O5}$ в рудах может достигать 32–33%. Их образование связывают с разрушением и переотложением зернистых фосфоритов в озёрных пресноводных бассейнах. Классическим районом развития галечниковых фосфоритовых руд является Центральная Флорида в США, где пологие залежи фосфоритов пластообразной и лентовидной формы мощностью 7–9 м занимают площадь 18 $км^2$. Среднее содержание $\ce{P2O5}$ (по массе) 15%, $\ce{U3O8}$ – до 0,11%. Месторождения крупные и средние по запасам; являются основой фосфатно-сырьевой базы США – одного из ведущих мировых производителей фосфатного сырья. Типичные представители – месторождения Поулк, Ли Крик и др.

В гипергенных условиях коры выветривания при разрушении, растворении и выносе нефосфатных минералов происходит вторичное обогащение фосфоритов с образованием их рыхлых (остаточных) разновидностей, а при растворении и переотложении фосфатного вещества возникают каменистые (инфильтрационные и метасоматические) разновидности. Каменистые фосфориты – твёрдые и крепкие, внешне напоминают яшму, известняк, кремень; залегают в виде обломков среди песчано-щебенистых пёстроокрашенных рыхлых фосфоритов. Рыхлые и каменистые фосфоритовые руды содержат 14–30% $\ce{P2O5}$ (по массе), образуя площадные, линейные и карстовые залежи мощностью 10–40 м в приповерхностных частях фосфоритсодержащих карбонатных толщ. Мелкие и средние по запасам месторождения таких фосфоритовых руд имеются в России (Обладжанское, Телекское, Белкинское, Ашинское), США (Флорида, Теннеси) и других странах.

Природным источником фосфатов также являются комплексные песчаниково-зернистые фосфат-титан-циркониевые руды. Месторождения подобных руд установлены в верхнемеловых отложениях Днепровско-Донецкого бассейна (Унечское месторождение в Брянской области, Россия); их пологозалегающие пластовые залежи мощностью 0,3–5 м сложены комплексными фосфатными рудами с бедными и убогими содержаниями $\ce{P2O5}$ (4–12% по массе), но с потенциально промышленными содержаниями попутных компонентов – $\ce{ZrO2}$ и $\ce{TiO2}$, заключённых в зёрнах циркона, ильменита и лейкоксена, покрытых плёнками фосфатного вещества.

Незначительное место в общем балансе фосфатного сырья занимают «островные фосфориты» – крупные скопления гуано и пещерные продукты выделений морских птиц, приуроченные главным образом к островам (о. Рождества, Австралия; о. Науру, Океания, и др.) и прибрежным районам низких широт. Свежие экскременты содержат ок. 22% $\ce{N}$ и 4% $\ce{P2O5}$ (по массе). В результате их быстрого разложения доля фосфата возрастает, а азота уменьшается. Современное гуано содержит 10–12% $\ce{P2O5}$, а выщелоченное – 20–32%. Минералогия гуано сложна: в слаборазложившееся гуано входят растворимый аммоний, щелочные оксалаты, сульфаты, нитраты, магнезиальные и аммоний-магнезиальные фосфаты; сильноразложившееся – состоит главным образом из фосфатов кальция – монетита $\ce{H4CaPO4}$, витлокита $\ce{Ca3(PO4)2}$ и др. Крупнейшие месторождения гуано имели первоначальные запасы в несколько сотен тыс. тонн; большинство их уже выработано. В последние десятилетия на западном побережье Северной Америки и Африки выявлен новый, потенциально перспективный источник фосфатного сырья – прибрежно-морские илы, обогащённые фосфором.

Фосфоритовые руды – основное сырьё для получения фосфатных и фосфатсодержащих (комплексных) удобрений (более 90% мировой добычи), а также для производства фосфорной кислоты, жёлтого фосфора, кормовых фосфатов и фосфатсодержащих химических соединений.