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リン鉱石、リン鉱石、またはリン鉱石は、リン酸塩鉱物を多く含む非砕屑性堆積岩です。リン鉱石（またはリン鉱石の品位）のリン酸塩含有量は、4% [ 1 ]から五酸化リン(P 2 O 5 ) の20% まで大きく異なります。市販のリン鉱石は、少なくとも 28%、多くの場合 30% 以上の P 2 O 5に濃縮（「選鉱」）されています。これは、洗浄、ふるい分け、脱灰、磁気分離、または浮選によって行われます。[ 1 ]これに対し、堆積岩の平均リン含有量は 0.2% 未満です。[ 2 ]
リン酸塩は、通常、コロファンと呼ばれる、起源不明の堆積性アパタイト鉱床である微結晶質の塊（粒径 < 1 μm）として、フルオロアパタイトCa 5 ( PO 4 ) 3 F として存在します。 [ 2 ]また、脊椎動物の骨や歯から溶解したヒドロキシアパタイトCa 5 (PO 4 ) 3 OH または Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2としても存在します。一方、フルオロアパタイトは熱水脈から発生することもあります。その他の供給源としては、火成岩や変成岩から化学的に溶解したリン酸塩鉱物も含まれます。リン鉱床はしばしば広範囲の層状で存在し、累積すると地球の地殻の数万平方キロメートルを覆います。[ 3 ]
石灰岩と泥岩は、リン酸塩を含む一般的な岩石です。[ 4 ]リン酸塩に富む堆積岩は、数センチメートルの薄層から数メートルの厚さの層まで、暗褐色から黒色の層として産出することがあります。このような厚い層が存在することもありますが、リン酸塩堆積岩のみで構成されていることはまれです。リン酸塩堆積岩は、頁岩、チャート、石灰岩、ドロマイト、そして時には砂岩を伴うか、またはそれらと互層をなしています。[ 4 ]これらの層は、細粒石灰岩と同じ組織と構造を持っています。これらは、炭酸塩鉱物がリン酸塩に続成的に置換されたものである可能性があります。[ 2 ]また、リン酸塩は、アパタイトでできたペロイド、オオイド、化石、砕屑物で構成されている場合もあります。一部のリン鉱石は非常に小さく、特徴的な粒状組織を持っていません。これは、それらの組織がコロファンに似ているか、または微細なミクライトのような組織であることを意味します。リン酸塩粒子には、有機物、粘土鉱物、シルトサイズの砕屑粒子、および黄鉄鉱が伴う場合があります。ペロイド状またはペレット状のリン鉱石は通常存在しますが、オオライト状のリン鉱石は一般的ではありません。[ 4 ]
リン鉱石はオーストラリアの原生代の縞状鉄鉱層から知られているが、古生代および新生代の堆積物からの方がより一般的である。米国西部のペルム紀のフォスフォリア層は、約1500万年の堆積を表している。厚さは420メートルに達し、面積は35万km²である。[ 2 ]商業的に採掘されているリン鉱石は、フランス、ベルギー、スペイン、モロッコ、チュニジア、サウジアラビア[5]、アルジェリアで産出する。米国では、フロリダ州、テネシー州、ワイオミング州、ユタ州、アイダホ州、カンザス州でリン鉱石が採掘されている。[ 6 ]
（１）原始的：原始的な状態のリン酸塩は生物擾乱を受けていない。言い換えれば、リン酸塩堆積物、リン酸塩化ストロマトライト、リン酸塩硬質基質が撹乱されていない場合に原始的という言葉が使われる。[ 7 ]
（２）凝縮：リン酸塩粒子、層、および層は、濃縮されたときに凝縮されているとみなされます。リン酸塩粒子の抽出および再加工プロセス、ならびに生物擾乱がこのプロセスを促進します。[ 7 ]
（３）異地性：乱流または重力によって運ばれ、これらの流れによって堆積したリン酸塩粒子。[ 7 ]
リンの最も重篤な蓄積は主に海底で起こる。リンの蓄積は、大気降水、塵、氷河の流出、宇宙活動、地下の熱水火山活動、有機物の堆積によって起こる。溶存リンの主な供給源は大陸の風化であり、それが河川によって海に運ばれる。[ 8 ]その後、それは微生物と大型生物の両方によって処理される。珪藻プランクトン、植物プランクトン、動物プランクトンは、水中のリンを処理して溶解する。特定の魚（例えばカタクチイワシ）の骨や歯はリンを吸収し、後に海洋堆積物に沈着して埋没する。[ 9 ]
海水のpHと塩分濃度に応じて、有機物は分解し、浅い海盆の堆積物からリンを放出します。バクテリアと酵素は水底界面で有機物を溶解し、リンを生物起源サイクルの始まりに戻します。有機物の鉱化作用によっても、リンが海水に放出されることがあります。[ 9 ]
リン酸塩は、さまざまな堆積環境で堆積することが知られています。一般的に、リン酸塩は、非常に浅い沿岸海洋または低エネルギー環境に堆積します。これには、潮上帯、沿岸帯または潮間帯、そして最も重要な河口などの環境が含まれます。[ 9 ]現在、海洋湧昇域ではリン酸塩が形成されます。これは、大きな深海貯水池からのリン酸塩の絶え間ない流入によるものです（下記参照）。このサイクルにより、生物の継続的な成長が可能になります。[ 7 ]
潮上帯：潮上環境は干潟システムの一部であり、激しい波の活動は存在しません。干潟システムは、開けた海岸沿いや比較的波のエネルギーが低い環境で形成されます。また、高エネルギーの波の作用から守られているバリアー島の背後の高エネルギー海岸でも発達することがあります。干潟システム内では、潮上帯は非常に高い潮位にあります。しかし、極端な潮汐によって浸水したり、潮汐水路によって横断されたりすることがあります。ここは陸上にも露出していますが、大潮によって月に2回浸水します。[ 10 ]
沿岸環境/潮間帯：潮間帯も干潟システムの一部です。潮間帯は平均満潮位と平均干潮位の間に位置しています。潮汐変動の影響を受けるため、1日に1回または2回水面上に露出します。露出時間は、ほとんどの植物の成長を支えるほど長くはありません。このゾーンには、懸濁堆積物と底質の両方が含まれています。[ 10 ]
河口環境：河口環境、または河口は、外洋に流れ込む河川の下流部に位置しています。これらは沈水谷系の海側部分にあるため、海洋および河川の両方の供給源から堆積物を受け取ります。これらの環境には、潮汐および波浪河川作用の影響を受ける相が含まれます。河口は、潮汐相の陸側限界から沿岸相の海側限界まで広がっていると考えられています。リン鉱石は、河口環境内のフィヨルドによく堆積します。これらは、浅い敷居の狭窄部を持つ河口です。完新世には、海面上昇により、氷河によって侵食されたU字谷が沈水し、フィヨルド河口が形成されました。[ 10 ]
リン鉱石の最も一般的な発生は、堆積物の強い海洋湧昇に関連しています。湧昇は、海岸近くの表面に運ばれる深層水流によって引き起こされ、そこで大量のリン鉱石が堆積する可能性があります。この種の環境は、リン鉱石がシリカやチャートとよく関連付けられる主な理由です。河口はリンの「トラップ」としても知られています。これは、沿岸の河口には湿地草や底生藻類からのリンの生産性が高く、生きている生物と死んだ生物の間で平衡交換が可能になるためです。[ 11 ]
リン酸塩を鉱石として採掘するのに経済的に採算が取れる量と濃度で含む鉱床は、それほど多くはありません。リン酸塩の主な供給源は、鳥やコウモリの糞から形成されるグアノと、リン酸カルシウム鉱物であるアパタイトが濃縮された岩石の2つです。
2006年現在米国はリン酸肥料の世界最大の生産国および輸出国であり、世界のP2O5輸出量の約37%を占めている。[ 13 ] 2018年12月現在 世界のリン鉱石の経済的に確認された総資源量は70ギガトンであり[ 14 ]、主に堆積性の海洋リン鉱石として産出する[ 15 ]。
2012年現在中国、米国、モロッコは世界最大のリン鉱石採掘国であり、2012年の生産量はそれぞれ77メガトン、29.4メガトン、26.8メガトン（モロッコのサハラ砂漠の2.5メガトンを含む）で、世界の生産量は1億9500万トンに達した。 [ 16 ]インドには約2億6000万トンのリン鉱石があると推定されている。[ 17 ]その他、ブラジル、ロシア、ヨルダン、チュニジアも生産量が多い国である。歴史的には、クリスマス島やナウルなどの小島の鉱床から大量のリン酸塩が採掘されていたが、これらの資源は現在ほぼ枯渇している。
リン鉱石は採掘され、選鉱されてリン鉱石になります。リン鉱石の選鉱は、洗浄、浮選、焼成を含むプロセスです。[ 1 ]浮選は、採掘された鉱石をリン鉱石に濃縮するために使用されます。採掘された鉱石は粉砕され、洗浄されてスラリーになります。この鉱石スラリーは、リン酸カルシウムを疎水性にするために脂肪酸で処理されます。
このリン鉱石は、溶解させて湿式リン酸を製造するか、製錬して単体リンを製造する。リン酸はリン鉱石と反応させて過リン酸三石灰肥料を製造するか、無水アンモニアと反応させてリン酸アンモニウム肥料を製造する。単体リンは、高炉用リン酸、五硫化リン、五酸化リン、三塩化リンの原料となる。
リン鉱石生産量の約90%は肥料や動物飼料添加物として使用され、残りは工業用化学品として使用されます。[ 1 ]さらに、リン鉱石由来のリンは、食品保存料、製パン用小麦粉、医薬品、防錆剤、化粧品、殺菌剤、殺虫剤、洗剤、セラミック、水処理、冶金にも使用されています。[ 15 ]
化学肥料産業で使用する場合、選鉱されたリン鉱石は少なくとも28%の五酸化リン（P 2 O 5）レベルまで濃縮されなければなりません。しかし、市販されているリン鉱石のほとんどは30%以上です。[ 1 ]
また、適量の炭酸カルシウム（5％）と、鉄とアルミニウムの酸化物の合計が4％未満である必要があります。世界的に、高品位鉱石の資源は減少しており、低品位鉱石の使用がより魅力的になる可能性があります。[ 1 ]
精製されたリン鉱石は、より「自然」であると認識されているため、化学肥料であるリン酸肥料に代わる「有機」代替品として販売され、受け入れられています。FAOの報告書によると、リン鉱石は多くの欠点があるものの、特定の土壌タイプや国では肥料としてより持続可能である可能性があります。報告書によると、製造コストの削減と精製鉱石の現地調達の可能性により、より濃縮された肥料と比較して持続可能性が高い可能性があります。[ 1 ]
希土類元素はリン鉱石中に発見されている。現代技術によって希土類元素の需要が高まっているため、中国に依存しないこれらの元素の新たな調達方法がますます重要になっている。中国の鉱床からの収量よりも高いリン鉱石は、米国内に存在する新たな資源であり、米国以外の国の影響からの独立につながる可能性が高い[ 18 ]。