基本介紹

磷灰石，是指磷以晶質(zhì)磷灰石形式存在于火成巖和變質(zhì)巖中的含磷礦石，是一系列含鈣的磷酸鹽礦物的總稱。磷灰石是制造磷肥和磷素及其化合物的最主要礦物原料，最常見的磷灰石是氟磷灰石。按照加合陰離子不同，除氟磷灰石外，還有氯磷灰石，羥基磷灰石等。磷灰石的形狀為玻璃狀晶體、塊體或結(jié)核，顏色多樣，多為帶錐面的六方柱形。磷灰石以副礦物見于各種火成巖中，在堿性火成巖中可以形成有工業(yè)價(jià)值的礦床，如俄羅斯科拉半島的希比內(nèi)磷灰石-霞石礦。規(guī)模巨大的磷灰石礦床主要為淺海沉積巖，以膠磷礦為主。如中國(guó)湖北襄陽(yáng)、云南昆陽(yáng)和貴州開陽(yáng)磷礦。也可由它們形成沉積變質(zhì)礦床。由生物化學(xué)作用形成的海鳥糞磷礦，主要成分為羥基磷灰石。

磷灰石的化學(xué)成分為Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)，其中含CaO為55.38%，含P2O3為42.06%，含F(xiàn)為1.25%，含Cl為2.33%，含H2O為0.56%。晶體屬六方晶系。最常見的礦物種是氟磷灰石Ca5(PO4)3F，其次有氯磷灰石Ca5(PO4)3Cl、羥磷灰石Ca5(PO4)3(OH)、氧硅磷灰石Ca5[(Si,P,S)O4]3(O,OH,F)、鍶磷灰石Sr5(PO4)3F等。磷灰石晶體常見，一般呈帶錐面的六方柱；集合體呈粒狀、致密塊狀、結(jié)核狀；呈膠體形態(tài)的變種稱為膠磷灰石，其礦石稱為膠磷礦。

礦物學(xué)特征

磷灰石呈淺綠、黃綠、褐紅等色，玻璃光澤。具不完全解理，斷口不平坦。斷口有貝殼狀，有油脂光澤，有許多種磷灰石具有熒光。通常多種磷灰石含有雜質(zhì)，如氟、碳、氯、鈾、錳和其他稀有元素等。摩斯硬度5，比重3.18～3.21。加熱后?？沙霈F(xiàn)磷光。將鉬酸銨粉末置于磷灰石上，加硝酸，可生成黃色磷鉬酸銨，用以快速試磷。磷灰石作為副礦物見于各種火成巖中，在堿性巖中可形成有工業(yè)價(jià)值的礦床，如俄羅斯科拉半島的希比內(nèi)磷灰石-霞石礦。規(guī)模巨大的磷灰石礦床主要為淺海沉積成因，以膠磷礦為主，例如中國(guó)的湖北襄陽(yáng)、云南昆陽(yáng)、貴州開陽(yáng)磷礦，或是由它們?cè)俳?jīng)變質(zhì)作用形成的沉積變質(zhì)礦床。

偏光鏡下：無(wú)色。一軸晶(-)。氟磷灰石：No=1.633，Ne=1.629，折射率隨OH、Cl含量增高而增大；氯磷灰石：No=1.667，Ne=1.665；羥磷灰石：No=1.651，Ne=1.647。

生成方式

磷灰石有三種生成方式，分別生成于火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖中，生成于火成巖中的為內(nèi)生磷灰石，一般作為副產(chǎn)物在基性或堿性巖石中富集；在沉積巖中為外生磷灰石，是由生物沉積或生物化學(xué)沉積形成的，一般為結(jié)核狀；在變質(zhì)巖中生成的是經(jīng)區(qū)域變質(zhì)生成的。

當(dāng)晶體較大時(shí)，晶形、顏色、光澤、硬度均可作為鑒定特征。若為細(xì)分散狀態(tài)則需依靠化學(xué)分析鑒定。

應(yīng)用

磷灰石是提取磷和制造農(nóng)用磷肥的重要原料，顏色好結(jié)晶好的磷灰石可作為寶石或裝飾材料。伴生元素多的磷灰石可以綜合利用。磷灰石是人與動(dòng)物硬體(牙、骨、結(jié)石)部分的主要無(wú)機(jī)物，也是一種重要的生物材料。

磷酸鹽包括磷酸正鹽和酸式鹽。磷灰石是提煉磷的重要礦物，其中氟磷灰石是商業(yè)上最主要的礦物。磷灰石的形狀為玻璃狀晶體、塊體或結(jié)核，它們的顏色多種多樣，一般多為帶個(gè)錐面尖頭的六方柱形。多數(shù)磷灰石都很純凈，如果它們?cè)儆惨恍?，就可以?dāng)作寶石了。磷灰石加熱后常會(huì)發(fā)出磷光。在各種火成巖中可以見到磷灰石的影子。

結(jié)構(gòu)與形態(tài)

六方晶系，a0=0.943~0.938nm，c0=0.688~0.686nm；Z=2。晶體結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)為，Ca-O多面體呈三方柱狀，以棱及角頂相連呈不規(guī)則的鏈沿c軸延伸，鏈間以[PO4]連結(jié)，形成平行于c軸的孔道，附加陰離子Cl-、F-、OH-充填于此孔道中也排列成鏈，坐標(biāo)高度可變，并有缺席的無(wú)序-有序。F-Ca配位八面體角頂?shù)腃a，也與其鄰近的4個(gè)[PO4]中的6個(gè)角頂上的O2-相連。

產(chǎn)狀與組合

磷灰石以副礦物見于各種火成巖中，在沉積巖、沉積變質(zhì)巖及堿性巖中可形成有巨大工業(yè)價(jià)值的礦床。在各種巖漿巖及花崗偉晶巖中成副礦物。

規(guī)模巨大的磷灰石礦床主要為淺海成因，或由它們?cè)俳?jīng)變質(zhì)作用形成的沉積變質(zhì)礦床，以膠磷礦為主。如中國(guó)湖北襄陽(yáng)、云南昆陽(yáng)、貴州開陽(yáng)磷礦。

礦石學(xué)意義

礦業(yè)簡(jiǎn)史

中國(guó)最早發(fā)現(xiàn)和首先進(jìn)行開采的磷礦是江蘇海州磷礦。清朝同治年間發(fā)現(xiàn)海州磷礦(現(xiàn)名錦屏磷礦)，并于1914年對(duì)該礦正式開采。本世紀(jì)20至30年代地質(zhì)學(xué)家曾對(duì)錦屏磷礦作了地質(zhì)調(diào)查，1947年確認(rèn)該磷礦為沉積變質(zhì)磷礦床。新中國(guó)成立后國(guó)家首先對(duì)錦屏磷礦進(jìn)行了勘探和開發(fā)。

1927～1928年兩廣地質(zhì)調(diào)查所對(duì)西沙群島的鳥糞礦床做過(guò)一些地質(zhì)研究工作。1939年地質(zhì)學(xué)家在云南作地質(zhì)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)了昆陽(yáng)磷礦。1946年在調(diào)查研究淮南煤礦時(shí)發(fā)現(xiàn)了安徽鳳臺(tái)磷礦。1953年在貴州遵義松林發(fā)現(xiàn)了晚震旦紀(jì)陡山沱期磷塊巖。此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和相繼開展工作的有鄂西宜昌磷礦、黔中開陽(yáng)磷礦、鄂西荊襄磷礦等。自云南昆陽(yáng)磷礦問(wèn)世以來(lái)，云南滇池周圍陸續(xù)發(fā)現(xiàn)?？凇x寧、安寧、江川等大型磷礦。在貴州繼開陽(yáng)磷礦發(fā)現(xiàn)后不久，又發(fā)現(xiàn)了甕安磷礦。在湖北宜昌、荊襄磷礦找礦成果的啟發(fā)下，發(fā)現(xiàn)了?？瞪褶r(nóng)架和興山磷礦。

新中國(guó)成立后，中國(guó)地質(zhì)學(xué)家對(duì)前震旦系變質(zhì)磷礦、震旦系陡山沱組及燈影組磷礦、下寒武統(tǒng)梅樹村組及辛集組磷礦等，做了大量地質(zhì)普查、勘探評(píng)價(jià)工作。此外對(duì)華北巖漿巖型磷灰石礦床、西沙群島的鳥糞礦床及湖南、廣西等次生磷礦床也做了地質(zhì)研究工作。經(jīng)過(guò)地質(zhì)普查評(píng)價(jià)，對(duì)錦屏、肥東、宿松等前震旦系沉積變質(zhì)磷灰?guī)r礦床；開陽(yáng)、甕安、宜昌、荊襄、朝陽(yáng)等震旦系陡山沱組磷塊巖；昆陽(yáng)、?？?、雷波、馬邊和寧強(qiáng)等下寒武統(tǒng)梅樹村組磷塊巖礦床；中寒武統(tǒng)大茅群磷塊巖礦床，以及河北涿鹿巖漿巖型磷灰石礦床等，都做了詳細(xì)的地質(zhì)勘探工作，求得了大量工業(yè)儲(chǔ)量。

世界上出產(chǎn)寶石級(jí)磷灰石的國(guó)家有緬甸、斯里蘭卡、印度、美國(guó)、墨西哥、巴西、加拿大、挪威、西班牙、葡萄牙、意大利、德國(guó)、馬達(dá)加斯加、坦桑尼亞、中國(guó)等。

礦石應(yīng)用

磷礦是指在經(jīng)濟(jì)上能被利用的磷酸鹽類礦物的總稱，是一種重要的化工礦物原料。用它可以制取磷肥，也可以用來(lái)制造黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類，以用于醫(yī)藥、食品、火柴、染料、制糖、陶瓷、國(guó)防等工業(yè)部門。磷礦在工業(yè)上的應(yīng)用已有一百多年的歷史。

磷礦石按其成因不同，可分為磷灰石和磷塊巖。磷灰石是指磷以晶質(zhì)磷灰石形式出現(xiàn)于巖漿巖和變質(zhì)巖中的磷礦石。磷塊巖系指由外生作用形成、由隱晶質(zhì)或顯微隱晶質(zhì)磷灰石及其他脈石礦物組成的堆積體。自然界中已知的含磷礦物大約有120多種，分布廣泛。但是按其質(zhì)和量都能達(dá)到可以開采利用的含磷礦物則不過(guò)幾種。在工業(yè)上作為提取磷的主要含磷礦物是磷灰石，其次有硫磷鋁鍶石、鳥糞石和藍(lán)鐵石等。自然界中磷元素約有95%集中在磷灰石中。

加工方法

磷灰石有3種加工方法，即機(jī)械、酸法和熱法加工。國(guó)內(nèi)外都以酸法加工為主。

（1）酸法加工

用各種無(wú)機(jī)酸分解磷礦粉，所得產(chǎn)品主要是各種水溶性磷肥和磷酸鹽。主要產(chǎn)品有：過(guò)磷酸鈣、萃取磷酸、重過(guò)磷酸鈣、磷酸銨、硝酸磷肥等。除過(guò)磷酸鈣外都是高濃度磷肥或復(fù)合肥料。制造這些磷肥要求磷灰石P2O5≥28%，雜質(zhì)含量和粒度應(yīng)符合要求。

（2）熱法加工

用磷灰石和硅石、含鎂巖石配成適當(dāng)比例，在高爐或電爐內(nèi)經(jīng)高溫熔融后，經(jīng)水淬制成鈣鎂磷肥等。

分類分布

羥基磷灰石

英文名：Hydroxyapatite

分子式：Ca10(PO4)6(OH)2

分子量：1004

理化性質(zhì)：熔點(diǎn)：1650°C，比重：3.16g/cm，溶解度：0.4ppm，Ca/P：1.67

結(jié)晶構(gòu)造：六角晶系

產(chǎn)品規(guī)格：粉末、多孔顆粒、塊狀（非標(biāo)定型）產(chǎn)品

應(yīng)用領(lǐng)域：骨替代材料、整形和整容外科、齒科、層析純化、補(bǔ)鈣劑

制法：可由Ca(PO4)2和CaCO3按擬定比例在高溫下反應(yīng)同時(shí)注入高壓水蒸氣，粉末經(jīng)NH4Cl水溶液洗滌后干燥而成，分多孔型和致密型兩種，前者是粉料發(fā)泡后于1250℃燒結(jié)制備，后者成型后于1250℃燒結(jié)而成。

分布：廣泛存在于人體和牛乳中，人體內(nèi)主要分布于骨骼和牙齒中，牛乳內(nèi)主要分布于酪蛋白膠粒和乳清中。

氟磷灰石

氟磷灰石是常見的鈣氟磷酸鹽礦物。在幾乎所有的火成巖中和鎂礦中都有它的存在。氟磷灰石具有玻璃光澤且有多種顏色，但以綠色為多。一般為柱狀或厚板狀晶體、粗粒到致密塊狀或瘤狀。

將磷灰石磨成磷礦粉，直接作為酸性土壤肥料使用。礦粉的磨細(xì)度一般要求100目多于90%，要求礦石含P2O510%～20%，對(duì)其他雜質(zhì)無(wú)特殊要求。