非金属区——贵州省贵阳市息烽磷矿

知识点解说

1.生命元素“磷”

磷矿是生物体必须的营养元素“磷”的重要原料,已经被包括我国在内的世界多个强国列为需要保护的稀缺天然资源和战略性资源。

磷元素主要以硅酸盐矿物的形式存在于自然界,是植物生长所需的三大元素之一。全球2/3以上的磷矿资源用于生产磷肥。使用磷肥,可以促进农作物抗旱和耐旱性,提高块根作物中糖和淀粉的含量。

由磷酸与磷矿石作用制得的磷肥(图片来源于网络)

磷对作物的影响(图片来源于网络)

天然磷矿按照矿石的成因可分为磷灰石和磷块岩两大类,它们的主要成分都是氟磷酸钙,其化学式通常简写为Ca5F[PO4]3

磷灰石一般由火山岩浆冷却结晶形成,主要分布于火成岩中。含磷物主要以晶质形式存在,具有六角形的晶体结构,不含结晶水。磷矿的颜色由于所含的杂质不同和共生的矿物不同(氟、氯、碳、锰等),而有灰白色、灰绿色、灰黑色等。

磷灰石晶体(图片来源于网络)

磷块岩是由几百万年前海洋、湖泊中许多含磷物的极小颗粒在海底或湖底沉积而成的沉积岩,也可以说分散状态的磷灰石是形成磷块岩的原始物质。磷块岩一般为细小的结晶体或呈隐晶质状态,颜色有灰白色、浅绿色、黄褐色、灰黑色等。

磷块岩标本(图片来源于网络)

2.磷的小伙伴们都有哪些呢?

单质磷有多种同素异形体,主要同素异形体有白磷、红磷、黑磷和紫磷等,不同同素异形体的物理化学性质也不同。

那什么是同素异形体呢?

同素异形体是指由同样的单一化学元素组成,因排列方式不同,而具有不同性质的单质。同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上,化学性质上也有着活性的差异。同素异形体之间在一定条件下可以相互转化,这种转化是一种化学变化。

同素异形体的存在不是个别现象,而是非金属元素的最外层电子数较多,成键方式多样的宏观反映。生活中最常见的,有碳的同素异形体:金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔等;磷的同素异形体:白磷和红磷等;氧的同素异形体:氧气、臭氧、四聚氧和红氧等。

下面,我们就了解一下磷的同素异形体

先认识一下常见的磷同素异形体红磷和白磷,它们的着火点分别是240和40摄氏度,但是充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷;白磷有剧毒,可溶于二硫化碳,红磷无毒,却不溶于二硫化碳。

 

白磷(黄磷)为淡黄蜡似半透明可结晶的固体,于黑暗中能发光。易自燃,有特臭,剧毒,小心保存(图片来源于网络)      

红磷(赤磷)为紫红色或略带棕色的无定形粉末,有光泽,无毒,是黄磷于压力下加热而制得(图片来源于网络)

 

黑磷(金属磷)为黑色有金属光泽的晶体,其反应活性最弱。化学结构类似石墨,因此可导电(图片来源于网络)  

 

紫磷为暗红色透明晶体,把黑磷加热可得紫磷。化学结构为层状,但与黑磷不同,剥离可得紫磷烯(图片来源于网络)   

3.磷的用途

磷矿石可以直接制成磷酸,接着加工成各种磷化工产品;也可以先制得黄磷,再制成磷酸;黄磷同时还可制备三氯化磷,后者是生产草甘膦等农药的重要原料。

磷的用途及应用(图片来源于网络)

4.磷矿资源分布

磷矿属于不可再生资源,用途广泛但产量相对较低,属于稀缺资源,而且磷矿资源缺乏相应的替代品种。磷矿资源的稀缺性和不可替代性决定这种资源的价值更应该高于其它的资源。

世界上几乎所有的国家都有磷矿床分布,但只有为数不多的国家拥有经济意义较大的磷矿资源。据估计,全球磷矿石的陆上储量为700多亿吨,其中约85%以上集中分布北非、中国和中东地区。

我国磷矿资源丰富,主要分布在四个省的八个区域:云南滇池,贵州开阳、瓮福,四川金河、清平、马边,湖北宜昌、胡集、保康。我国磷矿资源虽然较多,但多为品味较低的胶磷矿,有害杂质多,开采难度大。但重金属镉的含量明显低于其他国家,是我国磷矿生产的优势。