Нахождение и получение фосфора

Фосфор — весьма распространённый химический элемент в природе, на его долю приходится 0,093% от общей массы земной коры. Фосфор — одиннадцатый по распространенности элемент на Земле и входит в двадцатку наиболее распространенных элементов Солнечной системы.

Элемент № 15 обнаружен во многих типах метеоритов (каменных и каменно-железных) и на Луне. Например, в железных метеоритах содержание фосфора колеблется в диапазоне 0,02−0,94%(масс.), а в различных образцах лунного грунта оно составляет 0,05−0,32%(масс.). Несмотря на то, что геологи классифицируют фосфор, как элемент-примесь (в породах большей части земной коры его содержание составляет всего 0,1%), он является породообразующим, так как некоторые породы слагаются почти полностью из фосфатных минералов.

нахождение фосфора в природе:

В свободном виде фосфор в природе не встречается, т.к. очень активен в свободном состоянии, и существует в литосфере почти в высшей степени окисления, в виде ортофосфат-иона. Известно более двухсот минералов, содержащих фосфор в значительных (более 1%) количествах. Фосфатные месторождения обычно подразделяются на три группы: апатитовые месторождения, осадочные фосфориты и месторождения гуано. Фосфор входит в состав апатитов и фосфоритов. В виде фосфоритов железа, никеля, кобальта фосфор встречается в железных метеоритах.

Апатиты — разновидность фосфоритов, они могут быть как магматического, так и морского (осадочного) происхождения. Название это было дано группе минералов около двухсот лет назад, и в переводе с греческого означает «обманчивый». Изначально так называли минерал, который часто путали с аквамарином, аметистом или оливином. Апатитовые минералы представлены фторапатитом (наиболее значимый в промышленности), гидроксиапатитом и хлорапатитом и многими другими. Наиболее крупные месторождения магматического апатита находятся в России, странах Южной Африки (щелочной комплекс Палабора), Уганде и Бразилии. Крупнейшее в мире магматическое месторождение апатита — Хибинский массив нефелиновых сиенитов — залегает на Кольском полуострове, близ Кировска. Он был открыт в 1926 группой ученых под руководством академика А. Е. Ферсмана.

Большая часть мировых запасов фосфора приходится на морские (осадочные) фосфориты и продукты их выветривания. Предполагается, что они океанического происхождения. В прибрежных регионах пояса пассатов на протяжении долгого периода происходило отложение фосфатов вследствие различных органических и неорганических процессов. Концентрация фосфоритов в месторождении увеличивалась в результате медленной аккумуляции фосфатов из окружающей среды. Крупнейшими месторождениями осадочных фосфоритов владеют Марокко (70% от мировых запасов фосфатов) и Западная Сахара, США, Китай, Тунис, Казахстан.

Гуано (исп. guano) — естественные отложения, образующиеся при разложении костей и экскрементов морских птиц (больших бакланов, олушей и пеликанов), залежи гуано иногда достигают ста миллионов тонн. Гуано известно с незапамятных времен, еще в 200 до н. э. древние карфагеняне использовали птичий помет в качестве удобрения. В конце 19 — начале 20 в. были открыты «Птичьи острова» Перу, названные так из-за большого числа (около 20 млн.) обитающих там морских птиц. В те времена перуанское правительство получало реальные доходы за счет привлечения большого числа туристов к «Птичьим островам» и от продажи огромных количеств гуано в качестве удобрения. В последние сорок лет, вследствие деятельности перуанских рыбаков, популяции гуанопроизводящих птиц резко сократились (в 4 раза), так что некоторые из перуанских «Птичьих островов» сейчас вообще пустуют. Крупнейшие месторождения гуано расположены вдоль побережий Африки, Южной Америки, Калифорнии, Сейшельских островов. Сильно разложившееся гуано состоит преимущественно из монетита и витлокита.

Мировая добыча (2002) фосфатов составляет 135 млн. тонн ежегодно. Крупнейшим в мире производителем фосфатов являются США (26% от мировой добычи). Общие запасы фосфоритов в Марокко составляют 64 млрд. тонн, разведанные 10 млрд. тонн (60% от разведанных в мире запасов). На третьем месте по добыче — Китай (16,7%), на четвертом — Россия (10,5%). Основным источником фосфорного сырья в России являются апатит-нефелиновые руды на Кольском полуострове.

В морской воде весь неорганический фосфор находится только в виде ортофосфат-аниона. Средняя концентрация фосфора в морской воде очень мала и составляет 0,07 мг Р/литр. Высоко содержание фосфора в районе Андаманских островов (около 12 мкмоль/л). Общее океаническое количество фосфора оценивается в 9,8*1010 тонн.

В атмосфере Земли фосфор отсутствует полностью.

получение фосфора в промышленности:

Сейчас электротермический способ является основным в производстве фосфора из апатитов или фосфоритов. Фосфор нагревают в смеси с кварцевым песком и коксом в электрической печи при температуре около 1300 — 1600° С. Процесс получения фосфора можно описать суммарно:

2 + 6 + 10 C = 6 + 10 CO + ^.

или двумя уравнениями реакций:

2 + 6 = 6 +.

+ 10 C = 10 CO + ^.

получение в промышленности фосфорной кислоты:

Экстракционный способ:

+ 3 = 3 v + 2.

Термический способ:

• 1) + 3C + 3 = 3 + 5 CO + 2 P
• 2) 4 P + 5 = 2
• 3) + 3 = 2

Вместо фосфоритов восстановлению можно подвергнуть и другие соединения, например метафосфорную кислоту:

4 + 12 C = 4P + 2 + 12 CO.