Fosforita

fosforita, roca fosfórica o roca fosfórica es una roca sedimentaria no detrítica que contiene altas cantidades de minerales fosfatados. El contenido de fosfato de la fosforita (o grado de la roca fosfórica) varía mucho, del 4% al 20% de pentóxido de fósforo (P₂O₅). La roca de fosfato comercializada se enriquece ("beneficia") hasta al menos un 28 %, a menudo más del 30 % de P₂O₅. Esto se produce mediante lavado, cribado, descalcificación, separación magnética o flotación. En comparación, el contenido medio de fósforo de las rocas sedimentarias es inferior al 0,2%.

El fosfato está presente como fluorapatita Ca₅(PO₄)₃F normalmente en masas criptocristalinas (tamaños de grano < 1 μm). denominados depósitos de apatita sedimentaria de colofano de origen incierto. También está presente como hidroxiapatita Ca₅(PO₄)₃OH o Ca₁₀(PO ₄)₆(OH)₂, que a menudo se disuelve en huesos y dientes de vertebrados, mientras que la fluorapatita puede originarse en venas hidrotermales. Otras fuentes también incluyen minerales de fosfato disueltos químicamente de rocas ígneas y metamórficas. Los depósitos de fosforita suelen aparecer en extensas capas, que en conjunto cubren decenas de miles de kilómetros cuadrados de la corteza terrestre.

Las calizas y lutitas son rocas comunes que contienen fosfatos. Las rocas sedimentarias ricas en fosfato pueden presentarse en lechos de color marrón oscuro a negro, que van desde láminas de un centímetro hasta lechos de varios metros de espesor. Aunque estos lechos gruesos pueden existir, rara vez están compuestos únicamente de rocas sedimentarias fosfatadas. Las rocas sedimentarias fosfatadas suelen estar acompañadas o intercaladas con lutitas, pedernales, piedra caliza, dolomitas y, a veces, arenisca. Estas capas contienen las mismas texturas y estructuras que las calizas de grano fino y pueden representar reemplazos diagenéticos de minerales carbonatados por fosfatos. También pueden estar compuestos de peloides, ooides, fósiles y clastos que están formados por apatita. Hay algunas fosforitas que son muy pequeñas y no tienen texturas granulares distintivas. Esto significa que sus texturas son similares a la del colofano, o textura fina similar a la micrita. Los granos fosfáticos pueden ir acompañados de materia orgánica, minerales arcillosos, granos detríticos del tamaño de limos y pirita. Normalmente se encuentran fosforitas peloidales o granuladas; mientras que las fosforitas oolíticas no son comunes.

Las fosforitas se conocen en formaciones de hierro en bandas del Proterozoico en Australia, pero son más comunes en sedimentos Paleozoicos y Cenozoicos. La Formación Pérmica Phosphoria del oeste de los Estados Unidos representa unos 15 millones de años de sedimentación. Alcanza un espesor de 420 metros y cubre una superficie de 350.000 km². Las fosforitas extraídas comercialmente se encuentran en Francia, Bélgica, España, Marruecos, Túnez, Arabia Saudita y Argelia. En los Estados Unidos, se han extraído fosforitas en Florida, Tennessee, Wyoming, Utah, Idaho y Kansas.

Clasificación de rocas sedimentarias fosfatadas

(1) Prístino: Los fosfatos que se encuentran en condiciones prístinas no han sufrido bioturbación. En otras palabras, la palabra prístino se utiliza cuando los sedimentos fosfatados, los estromatolitos fosfatados y los terrenos duros de fosfato no han sido alterados.

(2) Condensados: Las partículas, láminas y lechos fosfatados se consideran condensados cuando se han concentrado. A esto contribuyen los procesos de extracción y reelaboración de partículas fosfatadas o bioturbación.

(3) Alóctono: Partículas fosfatadas que fueron movidas por flujos turbulentos o impulsados por gravedad y depositadas por estos flujos.

Ciclo, formación y acumulación del fósforo

La acumulación más pesada de fósforo está principalmente en el suelo oceánico. La acumulación de fósforo se produce a partir de precipitación atmosférica, polvo, escorrentía glacial, actividad cósmica, actividad volcánica hidrotermal subterránea y deposición de material orgánico. La entrada principal del fósforo disuelto es de la meteorización continental, sacada por ríos al océano. Luego es procesado por microorganismos y macro-organismos. Plancton diatomáceo, fitoplancton y zooplancton proceso y disolver fósforo en el agua. Los huesos y dientes de ciertos peces (por ejemplo, anchoas) absorben fósforo y posteriormente se depositan y sepultan en el sedimento oceánico.

Dependiendo de los niveles de pH y salinidad del agua oceánica, la materia orgánica se desintegrará, liberando fósforo de sedimentos en cuencas poco profundas. Las bacterias y las enzimas disuelven la materia orgánica en la interfaz agua-bottom, volviendo así el fósforo al comienzo de su ciclo bigénico. La mineralización de la materia orgánica también puede causar la liberación de fósforo en el agua oceánica.

Ambientes deposicionales

Se sabe que los fosfatos se depositan en una amplia gama de entornos de depósito. Normalmente los fosfatos se depositan en entornos marinos muy poco profundos, cercanos a la costa o de baja energía. Esto incluye ambientes como zonas supramareales, zonas litorales o intermareales y, lo más importante, estuarinos. Actualmente, las zonas de afloramiento oceánico provocan la formación de fosfatos. Esto se debe al flujo constante de fosfato traído desde el gran depósito oceánico profundo (ver más abajo). Este ciclo permite el crecimiento continuo de los organismos.

Zonas supramareales: Los ambientes supramareales forman parte del sistema de llanuras mareales donde la presencia de fuerte actividad de oleaje es inexistente. Los sistemas de mareas planas se crean a lo largo de costas abiertas y entornos con energía de olas relativamente baja. También pueden desarrollarse en costas de alta energía detrás de islas barrera, donde están protegidas de la acción de las olas de alta energía. Dentro del sistema de llanuras mareales, la zona supramareal se encuentra en un nivel de marea muy alto. Sin embargo, puede verse inundado por mareas extremas y atravesado por canales de marea. Este también está expuesto subaéricamente, pero las mareas vivas lo inundan dos veces al mes.

Entornos litorales/zonas intermareales: Las zonas intermareales también forman parte del sistema de llanuras de marea. La zona intermareal se ubica dentro de los niveles medios de marea alta y baja. Está sujeto a cambios de marea, lo que significa que está expuesto subaéricamente una o dos veces al día. No está expuesto el tiempo suficiente para retener la vegetación. La zona contiene tanto sedimentación en suspensión como carga de lecho.

Ambientes estuarinos: Los ambientes estuarinos, o estuarios, se encuentran en las partes bajas de los ríos que desembocan en mar abierto. Dado que se encuentran en la sección del sistema de valles inundados que da al mar, reciben sedimentos de fuentes tanto marinas como fluviales. Estos contienen facies que se ven afectadas por procesos fluviales de mareas y olas. Se considera que un estuario se extiende desde el límite terrestre de las facies de marea hasta el límite marino de las facies costeras. Las fosforitas a menudo se depositan en fiordos dentro de ambientes estuarinos. Estos son estuarios con constricciones de umbral poco profundas. Durante el aumento del nivel del mar en el Holoceno, los estuarios de los fiordos se formaron por el ahogamiento de valles en forma de U erosionados por los glaciares.

La aparición más común de fosforitas está relacionada con fuertes afloramientos marinos de sedimentos. El afloramiento es causado por corrientes de aguas profundas que llegan a las superficies costeras donde puede ocurrir una gran deposición de fosforitas. Este tipo de entorno es la razón principal por la que las fosforitas se asocian comúnmente con la sílice y el pedernal. Los estuarios también se conocen como “trampa” de fósforo. Esto se debe a que los estuarios costeros contienen una alta productividad de fósforo procedente de pastos de marisma y algas bentónicas que permiten un intercambio equilibrado entre organismos vivos y muertos.

Tipos de deposición de fosforita

• nódulos fosfatos: Estas son concentraciones esféricas que se distribuyen aleatoriamente a lo largo del suelo de los estantes continentales. La mayoría de los granos de fosforita son de tamaño de arena, aunque pueden estar presentes partículas superiores a 2 mm. Estos granos más grandes, denominados nódulos, pueden oscilar hasta varias decenas de centímetros de tamaño. Se sabe que los nódulos fosfatos ocurren en cantidades significativas en el norte de Chile.
• Fosfatos bioclásicos o camas óseas: Las camas de hueso son depósitos de fosfato acolchados que contienen concentraciones de pequeñas partículas esqueléticas y coprolitas. Algunos también contienen fósiles invertebrados como braquiópodos y se enriquecen más en P₂O₅ después de que se hayan producido procesos diagenéticos. Los fosfatos bioclasticos también pueden ser cementados por minerales fosfatos.
• Phosphatization: La fosfatización es un tipo de raros procesos diagenéticos. Se produce cuando los fluidos que son ricos en fosfato se leen de guano. Estos están concentrados y reprecipitidos en piedra caliza. Los fósiles fosfatizados o fragmentos de las cáscaras fosfáticas originales son componentes importantes dentro de algunos de estos depósitos.

Entornos tectónicos y oceanográficos de fosforitas marinas

• Fosforitas marinas epeíricas: Los fosforitas marinas epeíricos se encuentran dentro de entornos marinos. Estos están en un entorno cratónico amplio y poco profundo. Aquí es donde ocurren fosforitas granulares, fósforitas y nódulos.
• Fosforitas del margen continental: Convergente, pasivo, hinchado, no residente. Este entorno acumula fosforitas en forma de suelos duros, nódulos y camas granulares. Estos acumulan por la precipitación fluorapatita de carbonato durante la diagénesis temprana en la parte superior pocas decenas de centímetros de sedimento. Hay dos condiciones ambientales diferentes en las que se producen fosforitas dentro de los márgenes continentales. Los márgenes continentales pueden consistir en sedimentación orgánica rica, fuerte alza costera y pronunciadas zonas bajas de oxígeno. También pueden formar en condiciones como el oxígeno aguas profundas ricas y sedimentos orgánicos pobres.
• Fosforitas Seamount: Estos son fosforitas que ocurren en montes marinos, botiquínes o montes de mar planos, crestas de monte de mar. Estas fosforitas se producen en asociación con costras de hierro y magnesio. En este ajuste la productividad del fósforo se recicla dentro de un ciclo de reducción de fósforo de la oxidación de hierro. Este ciclo también puede formar glauconita que se asocia normalmente con fosforitas modernas y antiguas.
• Fosforitas insulares: Los fosforitas insulares se encuentran en islas carbonateadas, mesetas, isla coral que consiste en un arrecife que rodea una laguna o, laguna de atolón, lagos marinos. La fosforita aquí proviene de guano. El reemplazo de sedimentos marinos profundos precipita, que se ha formado en el suelo oceánico.

Producción y uso

Producción

Los depósitos que contienen fosfato en cantidad y concentración que son económicos de extraer como mineral por su contenido de fosfato no son particularmente comunes. Las dos fuentes principales de fosfato son el guano, formado a partir de excrementos de aves o murciélagos, y las rocas que contienen concentraciones del mineral de fosfato de calcio, la apatita.

En 2006, Estados Unidos es el principal productor y exportador mundial de fertilizantes fosfatados y representa aproximadamente el 37 % de las exportaciones mundiales de P₂O₅. . En diciembre de 2018, el recurso económico total demostrado de fosfato de roca en el mundo es de 70 gigatoneladas, que se produce principalmente como fosforitas marinas sedimentarias.

En 2012, China, Estados Unidos y Marruecos son los mayores mineros de roca fosfórica del mundo, con una producción de 77 megatones, 29,4 Mt y 26,8 Mt (incluidos 2,5 Mt en el Sahara de Marruecos) respectivamente. en 2012, mientras que la producción mundial alcanzó las 195 Mt. Se cree que en la India hay casi 260 millones de toneladas de roca fosfórica. Otros países con una producción importante son Brasil, Rusia, Jordania y Túnez. Históricamente, se obtenían grandes cantidades de fosfatos de depósitos en islas pequeñas como la Isla de Navidad y Nauru, pero estas fuentes ahora están prácticamente agotadas.

El mineral de fosfato se extrae y se beneficia para convertirlo en roca de fosfato. El beneficio del mineral de fosfato es un proceso que incluye lavado, flotación y calcinación. La flotación por espuma se utiliza para concentrar el mineral extraído en roca de fosfato. El mineral extraído se tritura y se lava, creando una lechada; esta lechada de mineral luego se trata con ácidos grasos para hacer que el fosfato de calcio se vuelva hidrofóbico.

Esta roca de fosfato luego se solubiliza para producir ácido fosfórico de proceso húmedo o se funde para producir fósforo elemental. El ácido fosfórico se hace reaccionar con roca fosfórica para producir el fertilizante superfosfato triple o con amoníaco anhidro para producir fertilizantes de fosfato de amonio. El fósforo elemental es la base del ácido fosfórico apto para hornos, el pentasulfuro de fósforo, el pentóxido de fósforo y el tricloruro de fósforo.

Usos

Aproximadamente el 90% de la producción de roca de fosfato se utiliza para fertilizantes y suplementos alimentarios para animales y el resto para productos químicos industriales. Además, el fósforo procedente de la roca de fosfato también se utiliza en conservantes de alimentos, harinas para hornear, productos farmacéuticos, agentes anticorrosivos, cosméticos, fungicidas, insecticidas, detergentes, cerámica, tratamiento de agua y metalurgia.

Para su uso en la industria de fertilizantes químicos, la roca fosfórica beneficiada debe concentrarse a niveles de al menos un 28 % de pentóxido de fósforo (P₂O₅), aunque la mayoría de los comercializados Las leyes de roca fosfórica son del 30% o más.

También debe tener cantidades razonables de carbonato de calcio (5%) y <4% de óxidos combinados de hierro y aluminio. En todo el mundo, los recursos de mineral de alta ley están disminuyendo y el uso de mineral de menor ley puede volverse más atractivo.

La roca de fosfato beneficiada también se comercializa y se acepta como producto "orgánico" alternativa a los productos "químicos" Fertilizante fosfatado que se ha concentrado aún más porque se percibe como más "natural". Según un informe de la FAO, puede ser más sostenible aplicar fosfato de roca como fertilizante en determinados tipos de suelo y países, aunque tiene muchos inconvenientes. Según el informe, puede tener una mayor sostenibilidad en comparación con los fertilizantes más concentrados debido a los menores costos de fabricación y la posibilidad de adquisición local del mineral refinado.

En las fosforitas se encuentran elementos de tierras raras. Con la creciente demanda de la tecnología moderna, está adquiriendo cada vez más importancia un método diferente para encontrar elementos de tierras raras, independiente de China. Con rendimientos mayores que los de los depósitos en China, las fosforitas ofrecen un nuevo recurso ubicado dentro de los EE. UU. que probablemente conduciría a la independencia de la influencia de países fuera de los EE. UU.