Fosforita
Roca sedimentaria que contiene grandes cantidades de minerales de fosfato.
Fosforita peloide, Formación Phosphoria , mina Simplot, Idaho. 4,6 cm de ancho.
Fosforita peloidal fosilífera (4,7 cm de diámetro), provincia de Yunnan , China.

La roca fosfórica , roca fosfórica o roca de fosfato , es una roca sedimentaria no detrítica que contiene grandes cantidades de minerales de fosfato . El contenido de fosfato de la fosforita (o grado de roca fosfórica) varía mucho, desde el 4% [1] hasta el 20% de pentóxido de fósforo ( P2O5 ). La roca fosfórica comercializada se enriquece ("beneficia") hasta al menos el 28%, a menudo más del 30% de P2O5 . Esto se produce mediante lavado, cribado, descalcificación, separación magnética o flotación. [1] En comparación, el contenido promedio de fósforo de las rocas sedimentarias es inferior al 0,2%. [2]

El fosfato está presente como fluorapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 F típicamente en masas criptocristalinas (tamaños de grano < 1 μm) denominadas depósitos de apatita sedimentaria de colofán de origen incierto. [2] También está presente como hidroxiapatita Ca 5 (PO 4 ) 3 OH o Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , que a menudo se disuelve a partir de huesos y dientes de vertebrados, mientras que la fluorapatita puede originarse a partir de vetas hidrotermales . Otras fuentes también incluyen minerales de fosfato disueltos químicamente de rocas ígneas y metamórficas . Los depósitos de fosforita a menudo se presentan en capas extensas, que cubren acumulativamente decenas de miles de kilómetros cuadrados de la corteza terrestre . [3]

Las calizas y las lutitas son rocas comunes que contienen fosfato. [4] Las rocas sedimentarias ricas en fosfato pueden aparecer en capas de color marrón oscuro a negro, que van desde láminas de un centímetro de tamaño hasta capas de varios metros de espesor. Aunque pueden existir estas capas gruesas, rara vez están compuestas únicamente de rocas sedimentarias fosfáticas. Las rocas sedimentarias fosfáticas suelen estar acompañadas o intercaladas con lutitas , sílex , calizas, dolomitas y, a veces, areniscas . [4] Estas capas contienen las mismas texturas y estructuras que las calizas de grano fino y pueden representar reemplazos diagenéticos de minerales de carbonato por fosfatos. [2] También pueden estar compuestas de peloides, ooides, fósiles y clastos que están hechos de apatita. Hay algunas fosforitas que son muy pequeñas y no tienen texturas granulares distintivas. Esto significa que sus texturas son similares a las del colofán, o textura fina similar a la micrita . Los granos fosfatados pueden estar acompañados de materia orgánica , minerales arcillosos , granos detríticos del tamaño de limo y pirita . Las fosforitas peloidales o en forma de pellets se encuentran normalmente, mientras que las fosforitas oolíticas no son comunes. [4]

Las fosforitas se conocen en formaciones de hierro bandeado del Proterozoico en Australia , pero son más comunes en sedimentos del Paleozoico y Cenozoico . La Formación Phosphoria del Pérmico del oeste de los Estados Unidos representa unos 15 millones de años de sedimentación. Alcanza un espesor de 420 metros y cubre un área de 350.000 km 2 . [2] Las fosforitas extraídas comercialmente se encuentran en Francia , Bélgica , España , Marruecos , Túnez , Arabia Saudita [5] y Argelia . En los Estados Unidos, se han extraído fosforitas en Florida , Tennessee , Wyoming , Utah , Idaho y Kansas . [6]

Clasificación de las rocas sedimentarias fosfáticas

(1) Prístino: Los fosfatos que se encuentran en condiciones prístinas no han sufrido bioturbación . En otras palabras, se utiliza la palabra prístino cuando los sedimentos fosfatados, los estromatolitos fosfatados y los suelos duros fosfatados no han sido alterados. [7]

(2) Condensado: Las partículas, láminas y lechos fosfatados se consideran condensados ​​cuando han sido concentrados. Esto se logra mediante procesos de extracción y reprocesamiento de partículas fosfatadas o bioturbación. [7]

(3) Alóctonas: Partículas fosfáticas que fueron movidas por flujos turbulentos o impulsados ​​por la gravedad y depositadas por estos flujos. [7]

Ciclo del fósforo, formación y acumulación

La mayor acumulación de fósforo se produce principalmente en el fondo del océano. La acumulación de fósforo se produce a partir de la precipitación atmosférica, el polvo, la escorrentía glacial, la actividad cósmica, la actividad volcánica hidrotermal subterránea y la deposición de material orgánico. La principal entrada de fósforo disuelto proviene de la meteorización continental, que los ríos extraen al océano. [8] Luego es procesado tanto por microorganismos como por macroorganismos. El plancton de diatomeas, el fitoplancton y el zooplancton procesan y disuelven el fósforo en el agua. Los huesos y los dientes de ciertos peces (por ejemplo, las anchoas) absorben el fósforo y luego se depositan y se entierran en el sedimento del océano . [9]

Dependiendo del pH y de los niveles de salinidad del agua del océano, la materia orgánica se descompondrá, liberando fósforo de los sedimentos en cuencas poco profundas. Las bacterias y las enzimas disuelven la materia orgánica en la interfaz agua-fondo, devolviendo así el fósforo al comienzo de su ciclo biogénico. La mineralización de la materia orgánica también puede provocar la liberación de fósforo de nuevo al agua del océano. [9]

Entornos deposicionales

Se sabe que los fosfatos se depositan en una amplia gama de entornos de deposición . Normalmente, los fosfatos se depositan en entornos marinos muy poco profundos, cercanos a la costa o de baja energía. Esto incluye entornos como zonas supramareales, zonas litorales o intermareales y, lo más importante, estuarinos. [9] Actualmente, las áreas de afloramiento oceánico causan 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. [7]

Zonas supramareales: Los ambientes supramareales son parte del sistema de llanuras de marea donde la presencia de actividad de olas fuerte es inexistente. Los sistemas de llanuras de marea se crean a lo largo de costas abiertas y entornos de 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 de marea, la zona supramareal se encuentra en un nivel de marea muy alto. Sin embargo, puede inundarse por mareas extremas y atravesarse por canales de marea. También está expuesta subaéreamente, pero se inunda dos veces al mes por mareas vivas. [10]

Entornos litorales/zonas intermareales: Las zonas intermareales también forman parte del sistema de llanuras de marea. La zona intermareal se encuentra dentro de los niveles medios de marea alta y baja. Está sujeta a cambios de marea, lo que significa que está expuesta subaéreamente una o dos veces al día. No está expuesta el tiempo suficiente para soportar el crecimiento de la mayor parte de la vegetación. La zona contiene sedimentación en suspensión y carga de fondo. [10]

Ambientes estuarinos : Los ambientes estuarinos, o estuarios, se encuentran en las partes bajas de los ríos que desembocan en el mar abierto. Dado que se encuentran en la sección marítima del sistema de valles anegados, reciben sedimentos de fuentes marinas y fluviales. Estos contienen facies que se ven afectadas por los 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 marítimo de las facies costeras. Las fosforitas se depositan a menudo en los fiordos dentro de los ambientes estuarinos. Estos son estuarios con constricciones de umbral poco profundas. Durante el aumento del nivel del mar en el Holoceno, los estuarios de fiordos se formaron por ahogamiento de valles en forma de U erosionados por los glaciares. [10]

La aparición más común de fosforitas está relacionada con un fuerte afloramiento marino de sedimentos. El afloramiento es causado por corrientes de aguas profundas que son llevadas hasta las superficies costeras donde puede ocurrir una gran deposición de fosforitas. Este tipo de ambiente es la razón principal por la que las fosforitas se asocian comúnmente con sílice y sílex. Los estuarios también son conocidos como una “trampa” de fósforo. Esto se debe a que los estuarios costeros contienen una alta productividad de fósforo proveniente de la hierba de los pantanos y las algas bentónicas que permiten un intercambio equilibrado entre organismos vivos y muertos. [11]

Tipos de deposición de fosforita

  • Nódulos de fosfato: Son concentraciones esféricas que se distribuyen aleatoriamente a lo largo del fondo de las plataformas continentales. La mayoría de los granos de fosforita son del tamaño de la arena, aunque pueden estar presentes partículas mayores de 2 mm. Estos granos más grandes, denominados nódulos , pueden alcanzar un tamaño de varias decenas de centímetros. Se sabe que los nódulos de fosfato se encuentran en cantidades significativas en las costas del norte de Chile . [12]
Fosforita de concha de Estonia
  • Fosfatos bioclásticos o lechos óseos: Los lechos óseos son depósitos de fosfato estratificados que contienen concentraciones de pequeñas partículas esqueléticas y coprolitos. [4] Algunos también contienen fósiles de invertebrados como braquiópodos y se enriquecen más con P 2 O 5 después de que se han producido procesos diagenéticos. Los fosfatos bioclásticos también pueden estar cementados por minerales de fosfato. [9]
  • Fosfatación: La fosfatización es un tipo de proceso diagenético poco común. Ocurre cuando se lixivian fluidos ricos en fosfato del guano. [4] Luego, estos se concentran y se reprecipitan en piedra caliza. Los fósiles fosfatados o fragmentos de conchas fosfatadas originales son componentes importantes dentro de algunos de estos depósitos.

Contexto tectónico y oceanográfico de las fosforitas marinas

  • Fosforitas marinas epéricas: Las fosforitas marinas epéricas se encuentran en ambientes de plataforma marina. Se encuentran en un entorno cratónico amplio y poco profundo. Aquí es donde se encuentran las fosforitas granulares, los fondos duros de fosforita y los nódulos. [7]
  • Fosforitas del margen continental: convergentes, pasivas, con afloramiento y sin afloramiento. Este entorno acumula fosforitas en forma de suelos duros, nódulos y lechos granulares. [11] Estas se acumulan por precipitación de fluorapatita carbonatada durante la diagénesis temprana en las primeras decenas de centímetros del sedimento. Existen dos condiciones ambientales diferentes en las que se producen fosforitas dentro de los márgenes continentales. Los márgenes continentales pueden consistir en sedimentación rica en materia orgánica, afloramiento costero intenso y zonas pronunciadas con bajo contenido de oxígeno. También pueden formarse en condiciones tales como aguas de fondo ricas en oxígeno y sedimentos pobres en materia orgánica. [7]
  • Fosforitas de montes submarinos: son fosforitas que se encuentran en montes submarinos, guyots o montes submarinos de cima plana, crestas de montes submarinos. Estas fosforitas se producen en asociación con costras que contienen hierro y magnesio. En este contexto, la productividad del fósforo se recicla dentro de un ciclo de oxidación-reducción del hierro y el fósforo. Este ciclo también puede formar glauconita, que normalmente se asocia con fosforitas modernas y antiguas. [7]
  • Fosforitas insulares: Las fosforitas insulares se encuentran en islas carbonatadas, mesetas, islas coralinas que consisten en un arrecife que rodea una laguna o laguna de atolón, lagos marinos. La fosforita aquí se origina a partir del guano. El reemplazo de sedimentos de aguas profundas precipita, que se ha formado en el lugar en el fondo del océano. [7]

Producción y uso

Minería de fosforita de guano en las islas Chincha de Perú, c. 1860
Mina de fosforita cerca de Oron, Negev, Israel.

Producción

No son particularmente comunes los yacimientos que contienen fosfato en cantidades y concentraciones que resulten económicas para su extracción como mineral por su contenido de fosfato. Las dos principales fuentes de fosfato son el guano , formado a partir de excrementos de pájaros o murciélagos , y las rocas que contienen concentraciones del mineral de fosfato de calcio, apatita .

A partir de 2006 [actualizar], Estados Unidos es el principal productor y exportador mundial de fertilizantes fosfatados, lo que representa aproximadamente el 37% de las exportaciones mundiales de P2O5 . [ 13 ] A diciembre de 2018 , el recurso económico total demostrado de fosfato de roca del mundo es de 70 gigatoneladas , [14] que se presenta principalmente como fosforitas marinas sedimentarias . [15][actualizar]

A partir de 2012 [actualizar], China , Estados Unidos y Marruecos son los mayores mineros del mundo de roca fosfórica, con una producción de 77 megatoneladas , 29,4 Mt y 26,8 Mt (incluyendo 2,5 Mt en el Sahara de Marruecos) respectivamente en 2012, mientras que la producción mundial alcanzó 195 Mt. [16] Se cree que en la India hay casi 260 millones de toneladas de fosfato de roca. [17] Otros países con producción significativa incluyen Brasil , Rusia , Jordania y Túnez . Históricamente, grandes cantidades de fosfatos se obtenían de depósitos en pequeñas islas como la Isla de Navidad y Nauru , pero estas fuentes ahora están en gran parte agotadas.

El mineral de fosfato se extrae y se beneficia para obtener fosfato de roca. El beneficio del mineral de fosfato es un proceso que incluye lavado, flotación y calcinación. [1] La flotación por espuma se utiliza para concentrar el mineral extraído en fosfato de roca. El mineral extraído se tritura y se lava, creando una suspensión, esta suspensión de mineral se trata luego con ácidos grasos para hacer que el fosfato de calcio se vuelva hidrófobo .

Este fosfato de roca se solubiliza para producir ácido fosfórico por vía húmeda o se funde para producir fósforo elemental . El ácido fosfórico se hace reaccionar con roca fosfórica para producir el fertilizante triple superfosfato o con amoníaco anhidro para producir fertilizantes de fosfato de amonio . El fósforo elemental es la base del ácido fosfórico de grado de horno, el pentasulfuro de fósforo, el pentóxido de fósforo y el tricloruro de fósforo . [ cita requerida ]

Usos

Aproximadamente el 90% de la producción de fosfato de roca se utiliza para fertilizantes y suplementos alimenticios para animales y el resto para productos químicos industriales. [1] Además, el fósforo del fosfato de roca también se utiliza en conservantes de alimentos, harina para hornear, productos farmacéuticos, agentes anticorrosivos, cosméticos, fungicidas, insecticidas, detergentes, cerámica, tratamiento de agua y metalurgia. [15]

Para su uso en la industria de fertilizantes químicos , el fosfato de roca beneficiado debe estar concentrado a niveles de al menos 28% de pentóxido de fósforo (P 2 O 5 ), aunque la mayoría de los grados comercializados de fosfato de roca tienen 30% o más. [1]

También debe tener cantidades razonables de carbonato de calcio (5%) y <4% de óxidos combinados de hierro y aluminio . [ cita requerida ] En todo el mundo, los recursos de mineral de alta calidad están disminuyendo y el uso de mineral de menor calidad puede volverse más atractivo. [1]

El fosfato de roca beneficiado también se comercializa y acepta como una alternativa "orgánica" a los fertilizantes fosfatados "químicos" que se han 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. [1]

Se están encontrando tierras raras en las fosforitas. Con la creciente demanda de tecnología moderna, cada vez cobra más importancia un método diferente para encontrar tierras raras, independientemente 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. [18]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefg Zapata, F.; Roy, RN (2004). "Capítulo 1 - Introducción: Fósforo en el sistema suelo-planta". Uso de rocas fosfóricas para la agricultura sostenible. Roma: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura . ISBN 92-5-105030-9.
  2. ^ abcd Blatt, Harvey y Robert J. Tracy, Petrología , Freeman, 1996, 2.ª ed., págs. 345-349 ISBN 0-7167-2438-3 
  3. ^ C. Michael Hogan. 2011. Fosfato. Enciclopedia de la Tierra. Ed. del tema: Andy Jorgensen. Ed. en jefe: CJ Cleveland. Consejo Nacional para la Ciencia y el Medio Ambiente. Washington DC
  4. ^ abcde Prothero, Donald R.; Schwab, Fred (22 de agosto de 2003). Geología sedimentaria. Macmillan. págs. 265–269. ISBN 978-0-7167-3905-0. Recuperado el 15 de diciembre de 2012 .
  5. ^ Galmed, MA; Nasr, MM; Khater, AE-SM (2020). "Petrología de depósitos de fosforita del Paleógeno temprano en Hazm Al-Jalamid, noroeste de Arabia Saudita". Revista Árabe de Geociencias . 13 (17). 829. doi :10.1007/s12517-020-05852-3. S2CID  221200370.
  6. ^ Klein, Cornelis y Cornelius S. Hurlbut, Jr., Manual de mineralogía , Wiley, 1985, 20.ª edición, pág. 360, ISBN 0-471-80580-7 
  7. ^ abcdefgh Middleton V. Gerald, 2003 Serie Enciclopedia de Ciencias de la Tierra. Enciclopedia de sedimentos y rocas sedimentarias. Kluwer Academic Publishers. Dordrect, Boston, Londres. págs. 131, 727, 519–524.
  8. ^ Delaney, ML (1998). "Acumulación de fósforo en sedimentos marinos y ciclo del fósforo oceánico". Ciclos biogeoquímicos . 12 (4): 563–572. Bibcode :1998GBioC..12..563D. doi : 10.1029/98GB02263 .
  9. ^ abcd Baturin, GN, Fosforitas en el fondo marino: origen, composición y distribución. Elsevier. 1981, Nueva York, págs. 24–50 ISBN 044441990X . 
  10. ^ abc Boggs, Sam, Jr. (2006). Principios de sedimentología y estratigrafía (4.ª ed.), Pearson Education Inc., Upper Saddle River, NJ, págs. 217-223 ISBN 0321643186 
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  12. ^ García, Marcelo; Correa, Jorge; Maksaev, Víctor; Townley, Brian (2020). "Recursos minerales potenciales del offshore chileno: una visión general". Geología Andina . 47 (1): 1–13. doi : 10.5027/andgeoV47n1-3260 .
  13. ^ Anuario de minerales del Servicio Geológico de Estados Unidos 2006 Fosfato de roca
  14. ^ Informe AIMR 2019 (PDF) (Informe). pág. 10.
  15. ^ ab Britt, Allison. "Fosfato" (PDF) . Informe AIMR 2013 (Informe). pág. 90.
  16. ^ Estadísticas de la IFA 2012
  17. ^ Cordell, Dana ; White, Stuart (31 de enero de 2013). "Medidas sostenibles de fósforo: estrategias y tecnologías para lograr la seguridad del fósforo". Agronomía . 3 (1): 86–116. doi : 10.3390/agronomy3010086 . hdl : 10453/24038 .
  18. ^ Emsbo, Poul; McLaughlin, Patrick I.; Breit, George N.; Du Bray, Edward A.; Koenig, Alan E. (2015). "Elementos de tierras raras en depósitos sedimentarios de fosfato: ¿solución a la crisis global de tierras raras?". Gondwana Research . 27 (2): 776–785. Bibcode :2015GondR..27..776E. doi : 10.1016/j.gr.2014.10.008 .
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  • Servicio Geológico de Estados Unidos
  • Estadísticas del Servicio Geológico de los Estados Unidos
  • Sitio web de PIRSA
  • Asociación Internacional de la Industria de Fertilizantes
  • Ciencia directa
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