Apatit

Apatit je skupina fosfátů minerály běžně se vyskytující v různých geologických prostředích. Je důležitým minerálem díky své úloze při tvorbě kostí a zubů v živých organismech a používá se také jako zdroj fosforu pro hnojiva. Apatit se typicky tvoří v řadě barev, včetně zelené, žluté, modré a bezbarvé. Může být průhledný až neprůhledný a jeho krystaly mají často šestiúhelníkový nebo prizmatický tvar.

Historický význam a objev: Název „apatit“ je odvozen z řeckého slova „apatao“, což znamená „klamat“, protože je podobný jiným minerálům, např. nerost si beryl, což často vedlo ke zmatku mezi ranými mineralogy. Apatit je znám již od starověku, ale až v 19. století ho vědci dokázali jasně identifikovat a odlišit od ostatních minerálů.

Chemický vzorec (Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)): Chemický vzorec apatitu se může mírně lišit v závislosti na přítomnosti různých prvků. Nejběžnější formou apatitu je fosforečnan vápenatý s obecným vzorcem:

• Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)

Tento vzorec odráží přítomnost vápníku (Ca), fosfátových skupin (PO₄) a různých halogenidových iontů, jako je fluorid (F), chlorid (Cl) nebo hydroxid (OH). Tyto variace dávají vzniknout různým typům apatitových minerálů, včetně fluorapatitu, chlorapatitu a hydroxyapatitu, z nichž každý se liší svým halogenidovým složením.

Druhy apatitu

Apatit je skupina fosfátových minerálů, které lze klasifikovat na základě halogenidové složky přítomné v jejich struktuře. Hlavní typy apatitu jsou:

1. Fluorapatit (Ca₅(PO₄)₃F)
   • Chemické složení: Fosforečnan vápenatý s fluoridem (F) jako halogenidem.
   • Charakteristika: Fluorapatit je nejběžnější formou apatitu v přírodě. Je vysoce odolný vůči zvětrávání a je hlavní složkou kostí a zubů u lidí a zvířat. Tento typ je také široce používán při výrobě hnojiv.
   • Výskyt: Nalezen v vyvřelé skály, stejně jako v sedimentárním a metamorfním prostředí.
   • Význam: Je významným zdrojem fluoru a fosforu.
2. Chlorapatit (Ca₅(PO₄)₃Cl)
   • Chemické složení: Fosforečnan vápenatý s chloridem (Cl) jako halogenidem.
   • Charakteristika: Chlorapatit je vzácnější než fluorapatit. Jeho vlastnosti jsou podobné fluorapatitu, ale je méně odolný vůči povětrnostním vlivům. Chloridový iont ve struktuře mu dává odlišné vlastnosti ve srovnání s fluoridovou formou.
   • Výskyt: Lze to najít v určitých metamorfované horniny a v magmatických vklady.
   • Význam: Méně časté, ale důležité v geologických studiích a určitých mineralogických souvislostech.
3. Hydroxyapatit (Ca₅(PO₄)₃OH)
   • Chemické složení: Fosforečnan vápenatý s hydroxidem (OH) jako halogenidem.
   • Charakteristika: Hydroxyapatit je primární minerál nacházející se v lidských a zvířecích kostech a zubech. Je přirozeně se vyskytující a za normálních podmínek je nejstabilnější formou apatitu.
   • Výskyt: Běžný v biologických systémech a nachází se v kostech a zubech obratlovců. Vyskytuje se také v určitých sedimentární horniny a jako produkt geologických procesů.
   • Význam: Hydroxyapatit se používá v lékařských a dentálních aplikacích, zejména pro kostní štěpy a zubní implantáty.
4. Mangan Apatit (Ca₅(PO₄)₃(Mn))
   • Chemické složení: Podobné jako u jiných apatitů, ale s manganem (Mn) nahrazujícím vápník ve struktuře.
   • Charakteristika: Tento typ je často zbarven kvůli přítomnosti manganu a může se objevit v odstínech fialové, růžové nebo červené.
   • Výskyt: Nalezeno v metamorphic skály a některá vyvřelá ložiska, zejména v oblastech s vysokým obsahem manganu.
5. Uhličitan apatit (Ca₅(PO₄)₃(CO₃))
   • Chemické složení: Fosforečnan vápenatý s uhličitanovými (CO₃) ionty místo některých fosfátových skupin.
   • Charakteristika: Tento typ apatitu se vyskytuje s uhličitanovými substitucemi, které mohou ovlivnit jeho krystalovou strukturu a vlastnosti. Může se objevit v bílé nebo krémově zbarvené formě.
   • Výskyt: Běžné v sedimentárních horninách a biogenních materiálech, včetně fosílie a nějaký kostní materiál.

Každý z těchto typů apatitu může mít odlišné vlastnosti, použití a výskyt v přírodě, díky čemuž je významný jak geologicky, tak biologicky.

Fyzikální vlastnosti apatitu

Apatit je skupina minerálů s různými fyzikálními vlastnostmi v závislosti na jeho typu (fluorapatit, chlorapatit, hydroxyapatit atd.), ale existuje několik klíčových fyzikálních vlastností, které jsou běžně pozorovány u většiny vzorků apatitu:

1. Barva:
   • Apatit se může vyskytovat v široké škále barev, včetně zelené, žluté, modré, bezbarvé, hnědé, fialové a dokonce i růžové. Barva závisí na konkrétním typu apatitu a přítomnosti stopových prvků nebo nečistot.
   • Běžně vídané barvy: Zelené (nejběžnější), žluté a namodralé odstíny.
2. Transparentnost:
   • Apatit může být průhledný, průsvitný nebo neprůhledný. Transparentní vzorky se často používají v drahokamech, zatímco neprůhledné formy se častěji vyskytují v přírodních Ložiska nerostných surovin.
3. Lesk:
   • Lesk apatitu je typický sklovitý (jako sklo) popř mastný když není dobře tvarovaná. Povrch se může někdy zdát matný v závislosti na kvalitě krystalů a vystavení okolnímu prostředí.
4. Tvrdost:
   • Apatit má a Mohsova tvrdost 5, což znamená, že je relativně měkký ve srovnání s jinými minerály, jako je křemen (7), ale tvrdší než mnoho jiných běžných minerálů jako sádra (2) nebo kalcit (3).
   • Díky této tvrdosti lze apatit snadno poškrábat tvrdšími minerály, ale je stále odolný pro použití v určitých aplikacích, jako jsou drahé kameny nebo hnojiva.
5. Výstřih:
   • Exponáty apatitu nedokonalý dekolt in jeden směr. To znamená, že se může lámat podél určitých rovin, ale štěpení není tak dokonalé, jako mají minerály malé or živec. Štěpení může mít za následek nerovnoměrné, drsné lomy, které mohou ovlivnit vzhled krystalů apatitu.
6. Zlomenina:
   • Při zlomeninách apatitu se typicky zlomí s a konchoidní (skořápkovitý) lom, zejména jde-li o tvrdší nebo lépe tvarovaný krystal. Plochy lomu mohou být hladké nebo nerovné v závislosti na typu zlomu.
7. Hustota:
   • Apatit má relativně nízká až střední hustota, obvykle se pohybuje mezi 3.1 a 3.2 g/cm³. Tato hustota se mírně mění v závislosti na přítomnosti různých halogenidů nebo nečistot ve struktuře.
8. Krystalový systém:
   • Krystaly apatitu patří mezi hexagonální krystalový systém, což znamená, že se často tvoří hranolový krystaly, které se mohou jevit jako tenké tyčinky nebo hranoly, typicky s šestihrannými průřezy. Krystaly jsou obvykle protáhlé a mohou tvořit agregáty, jako jsou shluky nebo hmoty.
9. Specifická gravitace:
   • Specifická hmotnost apatitu se obecně pohybuje od 3.1 3.2 na. To ukazuje, o kolik hustší je apatit ve srovnání s vodou.
10. Magnetismus:
    • Apatit je nemagnetické, což znamená, že za normálních podmínek nevykazuje magnetické vlastnosti. Specifické vzorky apatitu s určitými nečistotami však mohou vykazovat slabé magnetické chování.
11. Index lomu:
    • Apatit má a index lomu asi 1.63 1.64 na, který je poměrně nízký, ale znatelný při použití v drahokamech a broušených jako fasetované kameny.

Geologický výskyt apatitu

Apatit je široce rozšířený minerál a lze jej nalézt v různých geologických prostředích. Tvoří se za různých podmínek, od vyvřelých po sedimentární a metamorfní prostředí. Zde je přehled toho, kde a jak se apatit vyskytuje:

1. Vyvřelé horniny:
   • Apatit se běžně vyskytuje v vyvřelé skály, zejména v žuly, čediče, a syenity. V těchto horninách se apatit typicky tvoří jako a primární akcesorický minerál, často krystalizující z chladícího magmatu.
   • Apatit se tvoří jako malé krystaly v matrici horniny, typicky jako prizmatické nebo jehlovité struktury.
   • Žula si gabro jsou příklady vyvřelých hornin, které často obsahují apatit. Tyto horniny, zejména ty s vysokým obsahem fosforu, mohou hostit značné množství apatitu.
2. Metamorfní horniny:
   • Apatit lze nalézt také v metamorfované horniny, kde vzniká při rekrystalizaci minerálů za vysokého tlaku a teploty.
   • In kuličky, břidlice, a ruly, apatit se často vyskytuje v důsledku metamorfózy hornin bohatých na fosfor, např fosfátové vápence.
   • Může se také tvořit jako sekundární minerál v průběhu změna primárních ložisek fosfátů, zejména v oblastech procházejících vysoce kvalitní metamorfózou.
3. Sedimentární horniny:
   • V některých je přítomen apatit sedimentární horniny a často se vyskytuje v fosforit or ložisek horninového fosfátu. Tyto usazeniny vznikají, když se materiály bohaté na fosfor, jako je organická hmota nebo kosti, koncentrují v průběhu času prostřednictvím procesů eroze a sedimentace.
   • Sedimenty bohaté na apatit se typicky ukládají v mělkých mořských prostředích, kde se organický materiál hromadí a prochází chemickými změnami.
   • Fosforitová lůžka jsou důležitými zdroji fosfátů a apatit nacházející se v těchto ložích je často bohatý na fluorapatit or hydroxyapatit.
   • Ložiska fosforitu se těží pro vysoký obsah fosforu, který se používá k výrobě hnojiv.
4. Biologická ložiska:
   • Tvoří se také apatit biologické systémy. Je hlavní složkou kostí a zubů obratlovců, díky čemuž je důležitým minerálem pro pochopení geologie života a fosilních záznamů.
   • V mořských organismech se apatit vyskytuje jako součást vápnitý skořápky některých mořských živočichů, zejména v rybí kosti si mořští bezobratlí.
5. Hydrotermální prostředí:
   • Může se také tvořit apatit hydrotermální žíly si usazeniny horkých pramenů. K těmto usazeninám dochází, když horké, na minerály bohaté tekutiny interagují s okolními horninami, což vede k vysrážení apatitu spolu s dalšími minerály, jako je kalcit, křemen nebo baryt.
   • Apatit může být součástí mineralizace v hydrotermální rudní ložiskazejména tam, kde jsou přítomny tekutiny obsahující fosfor.
6. Meteority:
   • Ve vzácných případech byl nalezen apatit meteority, konkrétně v uhlíkaté chondrity. Tyto mimozemské horniny obsahují apatit jako součást svého minerálního obsahu, který poskytuje vodítka o rané sluneční soustavě a procesech podílejících se na formování planet a jiných nebeských těles.

Globální distribuce apatitu

• Kanada, Rusko, a Maroko patří mezi přední světové výrobce fosfátová hornina, který obsahuje značné množství apatitu.
• Florida (Spojené státy americké) a Čína jsou také významnými zdroji apatitu ve formě fosforit vklady.
• Indie si Brazílie mají rozsáhlé provozy na těžbu fosfátů, což dále přispívá ke globální dostupnosti apatitu.

Ekonomický význam

Výskyt apatitu v fosfátová ložiska z něj činí životně důležitý nerost v globální ekonomice, zejména pro výrobu Hnojiva. Fosfor extrahovaný z apatitu je klíčovou složkou hnojiv, která jsou nezbytná pro zemědělství. Ložiska fosforečnanů se často těží přímo pro obsah apatitu, který se zpracovává k získávání fosforu pro zemědělské účely.

Apatit je také důležitý v geochronologie, Kde uran a izotopy thoria přítomné v některých minerálech apatitu se používají pro datování hornin a minerálů.

Použití apatitu

Apatit je všestranný minerál s řadou využití jak v průmyslu, tak v biologických souvislostech. Jeho primární aplikace souvisí s obsahem fosforu, ale má význam i v jiných oblastech, včetně geologie a technologie.

1. Hnojiva:

• Primární použití: Nejvýznamnější využití apatitu je při výrobě fosfátová hnojiva. Apatit je hlavním zdrojem fosforu, základní živiny pro růst rostlin.
• Těžba fosforitu: Bohatý na apatit fosforitové usazeniny se těží a zpracovávají na výrobu kyselina fosforečná, ze kterého se pak vytvářejí různé formy fosfátových hnojiv, jako např superfosfát si trojitý superfosfát.
• Globální poptávka: Protože fosfor je kritickou živinou pro produkci plodin, hnojiva na bázi apatitu jsou zásadní pro globální zemědělství. Poptávka po fosfátových hnojivech pohání velkou část těžby a zpracování apatitu po celém světě.

2. Krmivo pro zvířata:

• Fosfor je také nezbytnou součástí výživy zvířat. Apatit je někdy zpracováván a zahrnut do krmivo pro zvířata dodávat fosfor, který je nezbytný pro růst kostí, přenos energie a celkové zdraví.
• Toto použití je zvláště významné v regionech, kde je nedostatek fosfátů v místních surovinách.

3. Výroba kyseliny fosforečné:

• Průmyslová aplikace: K výrobě se používá apatit kyselina fosforečná prostřednictvím procesu tzv výroba kyseliny fosforečné mokrým procesem. Kyselina fosforečná je klíčovou složkou v různých průmyslových procesech, jako je výroba detergentů, potravinářských přísad a při úpravě vody.
• Kyselina fosforečná se také používá k výrobě vysoce kvalitních chemikálií obsahujících fosfor, jako je např fosfáty používá se v detergentech, zpomalovačích hoření a chemikáliích na úpravu vody.

4. Výroba sloučenin fosforu:

• Apatit je klíčovou surovinou pro výrobu řady sloučeniny fosforu, Včetně:
  • Fosforečnan vápenatý (používá se v keramice, dentálních výrobcích a doplňcích stravy).
  • Kyselina fosforečná (používá se v hnojivech, potravinářských a čisticích prostředcích).
  • Fosforečnan trivápenatý (používá se v doplňcích stravy a jako potravinová přísada).
  • Fosfátové soli (používá se v mnoha průmyslových a domácích aplikacích).

5. Drahokamy a šperky:

• Apatit jako a Drahokam: I když to není tak běžné jako jiné drahé kameny, apatit je někdy řezán a leštěn pro použití v drahokamy. Transparentní nebo světle zbarvené vzorky jsou ceněny pro svůj skelný lesk a živé barvy, zejména v odstínech modré a zelené.
• Použití šperků: Když je apatit broušen do fazetovaných kamenů, může být použit v prstenech, náušnicích a přívěscích. Nicméně, vzhledem k jeho relativně nízké tvrdosti (5 na Mohsova stupnice), není tak odolný jako jiné drahé kameny safír or diamant.

6. Biologické aplikace:

• Kostní a zubní materiály:
  • Hydroxyapatit (forma apatitu) je klíčovou složkou kost si zuby u lidí a zvířat. Struktura tohoto minerálu se velmi podobá anorganické části kosti a skloviny, takže je rozhodující v biologických systémech.
  • Syntetický hydroxyapatit je používán v lékařské aplikace, jako například při výrobě kostní štěpy, zubní implantátya další protetická zařízení. Jeho biokompatibilita umožňuje dobré spojení s přirozenou kostí, což usnadňuje hojení a integraci.
• Inženýrství kostní tkáně: Hydroxyapatit je také široce používán v inženýrství kostní tkáně jako nosný materiál pro růst nových kostních tkání. Jeho použití v regenerativní medicína pomáhá při opravě nebo náhradě poškozených kostí.

7. Geologický a gemologický výzkum:

• geochronologie: Apatit je užitečný v geochronologie pro datování hornin a minerálů. Krystaly apatitu mohou obsahovat stopová množství uran si thorium, které se časem rozpadají, což umožňuje vědcům odhadnout stáří horniny, ve které se nacházejí, pomocí měření štěpné stopy or (U-Th)/Randí metody.
• Gemologické studie: Apatit je studován v gemologie pro jeho vlastnosti jako drahokam, který pomáhá určit jeho hodnotu a vlastnosti ve srovnání s jinými minerály.

8. Výroba keramických výrobků:

• Fosforečnan vápenatý odvozený z apatitu se používá při výrobě keramické materiály, zejména při tvorbě porcelán si vysoce výkonná keramika. Tato keramika může být použita v různých průmyslových aplikacích, včetně povlaků, elektroniky a izolačních materiálů.

9. Úprava vody:

• Sloučeniny na bázi fosfátů: Deriváty apatitu se někdy používají v vod, Například, fosfátové sloučeniny se přidávají do komunálních a průmyslových vodovodních systémů, aby se zabránilo korozi a usazování vodního kamene v potrubí a strojích.

10. Jiná různá použití:

• Pigmenty a barvy: Zejména některé formy apatitu fosfátové soli, se používají při výrobě pigmenty a barvy. Barviva lze použít v různých průmyslových a uměleckých aplikacích.
• Zdroj fluoridů: Fluorapatit, který obsahuje fluor, může být také zdrojem fluoru pro sloučeniny na bázi fluoridu použitý v zubní pasta si fluoridace vodou.

Apatit je esenciální minerál s širokým spektrem použití, od jeho primární role při výrobě hnojiv až po jeho aplikace v lékařství, průmyslu a dokonce i ve šperkařství. Jeho všestrannost a kritická role v biologických a průmyslových procesech z něj činí jeden z nejdůležitějších minerálů na světě.

Fosfátová skála

Fosfátové horniny a fosforit jsou názvy používané pro sedimentární horniny, které obsahují alespoň 15 % až 20 % fosfátu na základě hmotnosti. Obsah fosforu v těchto horninách je odvozen hlavně z přítomnosti minerálů apatitu

Využití apatitu jako fosfátové horniny

• Většina fosfátových hornin těžených po celém světě se používá k výrobě fosfátových hnojiv. Používá se také k výrobě doplňků krmiva pro zvířata, kyseliny fosforečné, elementárního fosforu a fosfátových sloučenin pro chemický průmysl.
• Čína je největším producentem fosfátové horniny, která v roce 100 vyprodukovala přibližně 2014 milionů tun. Spojené státy, Rusko, Maroko a Západní Sahara jsou také hlavními producenty fosfátů.
• Více než 75 % světových zásob fosfátových hornin se nachází v Maroku a Západní Sahaře.

Apatit FAQ

K čemu se apatit používá?

Apatit se používá v různých oblastech, včetně zemědělství, průmyslu, lékařství a výzkumu. Je hlavním zdrojem fosfátu, který se používá v hnojivech, dále se používá při výrobě kyseliny fosforečné, keramiky, zubních implantátů a šperků.

Jaké jsou fyzikální vlastnosti apatitu?

Apatit je typicky zelený, hnědý, modrý nebo žlutý a má tvrdost 5 na Mohsově stupnici. Má specifickou hmotnost přibližně 3.2 až 3.4 a typicky má hexagonální krystalovou strukturu.

Kde se vyskytuje apatit?

Apatit se nachází na mnoha místech po celém světě, včetně Kanady, Brazílie, Ruska a Madagaskaru. Může se vyskytovat v různých geologických prostředích, jako jsou vyvřelé horniny, sedimentární horniny a hydrotermální žíly.

Je apatit radioaktivní?

Některý apatit může být radioaktivní, zvláště pokud obsahuje stopová množství uranu nebo jiných radioaktivních prvků. Ne každý apatit je však radioaktivní a jeho radioaktivita se může lišit v závislosti na konkrétní poloze a složení minerálu.

Jaké je chemické složení apatitu?

Apatit má složité chemické složení, které se může lišit v závislosti na konkrétním typu apatitu. Základní vzorec pro apatit je Ca5(PO4)3X, kde X může být kterýkoli z několika iontů, včetně OH-, F-, Cl-, nebo jejich kombinace. Apatit může také obsahovat různé stopové prvky a nečistoty, které mohou ovlivnit jeho vlastnosti a chování.

Reference

• Hobart M. King (2018) Apatit, Phosphorite and Phosphate Rock https://geology.com/minerals/apatite.shtml
• Tržní cena, https://roughmarket.com/apatite/
• Arem,J,E.,Smigel,B (2018) Hodnota, cena a informace o šperku apatitu, International Gem Society
• Villalba,G.,Ayres,R,U.,Schroder,H(2008). „Účtování o fluoru: výroba, použití a ztráty“. Journal of Industrial Ecology.
• USGS, Mineral commodity Summary, Dostupné na http://minerals. usgs.gov/minerals/pubs/commodity/phosphat_rock/index.html#mcs ověřeno 19. dubna 2013).