我国磷资源开发利用现状与发展方向探讨.pdf

第3 2 卷第6 期 2 0 1 2 年1 2 月 矿冶工程 M I N Ⅱq GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2N 0 6 D e c e m b e r2 0 12 我国磷资源开发利用现状与发展方向探讨① 贺周初 湖南化工研究院国家农药创制丁程技术研究中心，湖南长沙4 1 0 0 0 7 摘要介绍了我国磷矿资源特点、磷资源开发利用现状，指出了我国磷资源开发利用中存在的主要问题。重点对我国磷资源开 发利用今后的发展方向进行了探讨、研究，提出磷资源开发利用必须走科学创新、有效利用、可持续发展的道路。论述了磷资源在 新材料领域的应用前景，强调“精细化、高端化、专用化”的磷化学品足今后磷资源开发利用的发展方向，也是磷化工行业发展的希 望所在。 关键词磷矿；磷资源；开发利用；现状；发展方向 中图分类号F 4 0 7文献标识码B文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 6 0 1 2 8 0 4 U t i l i z a t i o nS t a t u sa n dD e v e l o p m e n tD i r e c t i o no f P h o s p h o r u sR e s o u r c e si nC h i n a H EZ h o u c h u N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t r ef o rA g r o c h e m i c a l s ，H u n a nR e s e a r c hI n s t i t u t eQ 厂C h e m i c a ll n d w t u ，C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，H u n a n ，C h i n a 一 A b s t r a c t S o m em a j o rp r o b l e m se x i s t e di nt h ed e v e l o p m e n t u t i l i z a t i o no fp h o s p h o r u sr e s o u r c e si nC h i n aw e r ep o i n t e d o u td u r i n gt h ei n t r o d u c t i o no fc h a r a c t e r i s t i c so fp h o s p h o r u sr e s o u r c e sa n di t su t i l i z a t i o ns t a t u si nC h i n a ．A f t e rt h e d i s c u s s i o no fi t sd e v e l o p m e n td i r e c t i o ni nt h ef u t u r e ，i ti sp r o p o s e dt h a tt h ed e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fp h o s p h o r u s r e s o u r c em u s tt a k et h ep a t ho f s c i e n t i f i ci n n o v a t i o n ，e f f e c t i v eu t i l i z a t i o na n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ．I nt e r m so ft h e a p p l i c a t i o np r o s p e c to fp h o s p h o r u sr e s o u r c e si nn e wm a t e r i a lf i e l d ，i ti se m p h a s i z e dt h a tp r o d u c t i n g “r e f i n e d ，h i g h e n d a n ds p e c i a l i z e d ”p h o s p h o r u sc h e m i c a l ss h a l lb et h et a r g e to fp h o s p h o r u sc h e m i c a li n d u s t ui nt h ef u t u r ei nt e r m so f d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no fp h o s p h o r u sr e s o u r c e ． K e yw o r d s p h o s p h o r i t e ；p h o s p h o r u sr e s o u r c e ；d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n ；s t a t u s ；d e v e l o p m e n td i r e c t i o n 从全球来看，磷是分布比较广的一种非金属元素， 但具有商业开采、开发价值的磷资源却比较少。据美 国地质调查局统计，截止到2 0 0 8 年底，全世界的磷资 源储量为1 5 0 亿吨，基础储量为4 7 0 亿吨，分布在全世 界6 0 多个国家和地区。如果按储量来划分，摩洛哥 包括西撒哈拉 居第一，中国居第二，南非居第三，前 三位的总储量占到全世界储量的7 0 ％以上。如果按 目前的开采使用量估算，全球磷资源仅够开采5 0 年左 右‘1 | 。 我国磷矿资源储量全球第二，约占全世界磷资源 的3 0 ％。截止2 0 0 8 年，已探明资源储量1 7 7 ．6 2 亿吨， 其中可采储量1 3 ．5 8 亿吨，基础储量筇．6 4 亿嘭2 。 我国磷矿资源的特点是“丰而不富”，资源储量大，但 品位低，平均P 0 ，含量只有1 7 ％，P 0 ，含量大于3 0 ％ 的富矿仅占总储量的9 ．3 8 ％。其次，我国磷矿资源开 采与利用难度大，绝大部分矿需经选矿才能被利用，而 我国磷矿易选矿少，难选胶磷矿多一。因此，如何开 发利用好我国宝贵的磷资源，服务于我国国民经济和 社会发展，具有十分重大的现实意义。 l 我国磷资源开发利用现状 我国磷矿资源储量丰富，为我国磷资源的开发利 用提供了宝贵的矿物资源优势，但我国在磷资源开发 利用方面总体上面广、点多，集中度不高，缺乏具有较 强国际竞争力的集开采、加工、利用于一体，产业链比 较完整的大企业、大集团。 1 ．1 磷矿资源的开发 目前，我国已有磷矿开采企业3 3 9 家，每年磷矿开 采规模达66 3 5 万吨，但年产量达到1 0 0 万吨以上的 开采企业仅有4 家，产量占我国磷矿总产量的2 4 ％， ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 1 2 作者简介贺周初 1 9 6 4 一 ．男，湖南双峰人，研究员，主要从事矿产资源开发及功能材料研究。 万方数据 第6 期贺周初我国磷资源开发利用现状与发展方向探讨 而1 0 万吨以下规模的小型开采企业的总产量几乎占 全国总产量的一半一j ，小而不强是最普遍的现象。 磷矿的开采分为地上和地下两种，地上开采就是 一般的露天开采，这种开采方式相对成本较低，对开采 技术及装备要求也相对较低，磷矿开采的回采率较高。 我国云南磷化集团昆阳磷矿、贵州瓮福、湖北大峪E l 等 大型露天磷矿都是地上开采，回采率达到9 5 ％～ 9 8 ％。我国大部分小型磷矿为了降低成本采用地上开 采，由于缺乏规划，加上资金、技术无法支持规模开采， 普遍存在乱采乱伐、无序开采的现象，不仅造成我国磷 矿资源浪费，而且严重破坏了矿山周围的生态环境。 地下开采相对难度较大，对开采技术和装备要求高，开 采成本也相对较高。我国大型磷矿企业中，贵州开阳、 四川金河、湖北荆襄刘冲磷矿等都是地下开采，使用的 开采设备主要有日立、小松、沃尔沃等进口装备，国产 大型开采装备较少。近年来，随着我国装备技术的迅 猛发展，磷矿开采技术、装备及管理水平也有了较大的 发展，但与国外发达国家相比还有较大差距。5o 。 磷矿资源开发利用的另一方面就是选矿技术的发 展，我国磷矿资源储量大但品位低，选矿技术的进步对 我国磷资源的开发利用起着举足轻重的作用。中低品 位磷矿选矿技术的突破是我国磷资源优势变为经济优 势的关键。 目前，我国磷矿选矿技术主要有直接浮选、反浮 选、正一反 反一正 浮选、双反浮选、重介质浮选等选矿 工艺。根据我国磷矿特点，科技工作者经过几十年的 攻关和开发，无论是选矿工艺技术还是装备、选矿药 剂、环保、回水利用等方面都取得了突破性进展，比如 贵州瓮福、蝴| 宜化、云南磷化集团等中低品位胶磷矿 的选矿技术和选矿装备水平世界领先，对提高我国磷 资源利用率，扩大资源的可开采量发挥了十分重要的 作用‘4 | 。 1 ．2 磷化学工业的发展现状 截止2 0 1 0 年，中国磷化学工业品生产企业达5 0 0 多家 不含磷肥、复肥生产企业 ，有1 0 0 多种产品。6o ， 几乎涵盖了磷化学工业品的所有领域。据中国磷肥工 业协会统计，2 0 0 9 年我国磷肥总产量达14 7 9 ．9 万吨 以P 0 。计 ，消费量和产量都排世界第一，高浓度复 合肥的产量占比达到发达国家水平‘”。 一 我国也是世界磷酸盐生产大国，不仅品种齐全，主 要基础品种的产量和产能居世界前列，其中像黄磷、磷 酸、三聚磷酸钠和饲料磷酸盐等主要品种生产能力均 在1 0 0 万吨／年以上。近几年来，虽然受世界金融危机 的影响，但我国磷酸盐的发展势头不减，产能和产量均 得到较快增长。我国磷酸盐的出口贸易也十分活跃， 占据国际磷化工产品交易的重要地位。据统计，2 0 0 9 年我国精细磷化学品出口达2 1 7 ．4 万吨，创汇1 3 ．4 8 亿美元‘8 | 。 在磷化学品制备工艺技术、装备、资源利用等方 面，针对我国磷矿品位低的实际情况，取得了一批适合 我国国情的具有完全自主知识产权的科研成果，并成 功应用于生产实际中，对我国磷化学品工业的发展起 到了巨大的推动作用。比如四川大学开发的料浆法磷 酸一铵技术，在中低品位磷矿的利用中取得了巨大成 效，目前在国内利用该技术的产能已达到6 6 5 万吨，约 占总产能的6 0 ％。长沙矿冶研究院自主开发的窑法 磷酸成套技术从设备到工艺，解决了我国用中低品位 磷矿制备高纯度磷酸的难题，引起世界磷化工领域的 高度关注。该技术的成功开发不仅使我国中低品位磷 矿制备高纯度磷酸成为可能，而且大幅降低中低品位 磷矿制备高纯度磷酸的能耗和成本，为我国精细磷化 学品的发展创造了条件。 总之，经过几十年的发展，我国磷化学品行业已从 初期的以低浓度磷肥和高能耗黄磷等基础品为主，发 展成为品种比较齐全，且有一定规模，有机磷化工与无 机磷化工配套，产业结构和产品结构日趋合理，市场竞 争力不断增强，集科研、设计、生产、设备制造、技术服 务及贸易为一体的工业体系。但同时也应该看到，整 体技术水平与发达国家相比还有较大差距，需要不断 创新，迎头赶上。 2 我国磷资源开发利用存在的主要问题 通过对我国磷资源开发利用现状的分析，要使我 国磷资源的开发利用走上科学创新、有效利用、可持续 发展的道路，还存在以下主要问题。 1 磷矿开采面广、点多，集约化程度低。磷资源 开发没有整体规划，往往以地方利益为重，急功近利， 乱开乱采，造成国家宝贵的矿物资源浪费，缺乏具有国 际竞争力的集开采、加工、利用于一体，产业链比较完 整的大企业、大集团。 2 选矿技术及装备创新还有巨大的空间。我国 磷矿“丰而不富”，储量大、品位低，这是我国磷资源开 发利用的最大国情。从某种意义上讲，选矿技术及装 备的创新程度决定着我国磷资源开发利用的成败，在 这方面没有国外的先进技术可借鉴，全靠自主创新。 几十年来，虽然我国选矿技术与装备有了很大进步，但 技术与装备的配套、成果的推广应用，不同矿种的技 术、装备升级，还有许多关键技术有待突破，以提高低 品位磷矿的利用率。 3 磷矿伴生资源的利用率低。我国磷矿品位低， 万方数据 矿冶T 程 第3 2 卷 但大多伴生有其它有价元素，如氟、碘、铀、钛、稀土、 铟、锗等，这些有价元素的综合利用有待加强研究。 4 传统磷化学品生产工艺落后，产品档次低。我 国传统的基础磷化学品发展早，规模大，许多品种产能 和产量居世界前列，但几十年来，生产工艺创新少，产 品档次低，附加值低，这是我国磷化工行业大而不强的 根本原因。 5 高、精、专品种少，在磷化工行业中占比低。随 着社会经济的发展，磷化学品的应用领域在不断拓展， 对其品质提出了更高的要求，发展高、精、专磷化学品 是必然趋势。 3 我国磷资源开发利用的发展方向探讨 3 ．1 珍惜资源，提高磷资源利用率 矿物资源是有限的，不可再生，依靠科学、合理规 划、可持续发展是磷资源开发利用必须遵守的原则。 世界磷矿储量按现在的开发利用速度只能用5 0 年左 右，我国磷矿储量世界第二，但按我国目前的开发速度 只能维持3 5 年多一点。 首先磷资源的开采一定要有规划，局部必须服从 国家的整体利益。如果开采和利用技术还达不到资源 充分利用的水平，宁可让资源埋在地下，也不应急功近 利，胡乱开采，浪费资源。规划的另一方面就是要让有 条件的矿区做大做强。随着国际经济一体化趋势越来 越明显，任何行业必须要有自己的航空母舰，我国磷资 源开发利用领域就缺少这种采、选、用产业链齐全具有 自主创新能力，有国际竞争力，能引领行业发展的产业 集群，这方面政府可发挥引领和主导作用。 第二就是依靠科技创新。在磷矿开采领域，要大 力发展自主采矿工程装备业，特别是地下采矿装备，提 高磷矿资源的回采率，同时为磷产业规模化、集约化发 展创造条件。在选矿领域，发展自主创新选矿技术与 装备，对我国磷资源的开发十分关键，这是提高资源利 用率的瓶颈所在。选矿技术的创新包括选矿工艺、选 矿药剂、药剂制度、选矿设备的创新，我国磷矿品位低 是一个普遍特点，而不同矿区矿石结构不同又给选矿 技术的创新提出了更大的挑战，因此，选矿技术的创新 不是某个矿区、某个企业、某个省市或某个研究机构的 事，而是全行业的创新。 第三，要提高磷资源的开发利用效雏，重视磷矿伴 生有价资源的开发利用。我国目前正逐步从开发富矿 资源转移到开发中低品位磷矿，中低品位磷矿的开发 利用将成为今后的主流。无论从资源利用率还是提高 矿产资源的附加值考虑，开发伴生资源的综合利用技 术都十分重要。 3 ．2 以技术创新加快推动传统磷化工产品升级 我国传统磷化工产品中，许多基础磷化工品种开 发早、规模大，这些品种无论是产能还是产量都排在世 界前列，这是磷化工行业几十年奋斗的结果，也为今后 的发展奠定了很好的基础，为做优做强磷化工行业创 造了条件。 对于大宗基础磷化工品种，比如磷肥、磷酸、黄磷、 三聚磷酸钠、饲料磷酸盐等，要依靠技术创新，优化传 统生产工艺，降低生产能耗，实现清洁化生产，提高产 品档次和附加值。加快适应我国国情的自主创新新技 术的应用推广，比如四川I 大学开发的料浆法磷铵生产 新工艺、长沙矿冶研究院开发的窑法磷酸技术。 3 ．3 大力发展“高、精、专”磷基新材料 目前我国磷化工产品主要还是以大宗基础磷酸盐 为主，“高、精、专”磷基新材料产品比较少，但是磷资 源开发利用今后的发展方向必定是“精细化、专业化 和高端化”，“高、精、专”磷基新材料将成为今后发展 的重要领域。 精细磷化学品应用领域非常广，并随科学技术的 发展还在快速拓宽。目前已开发的精细磷化学品主要 包括食品级磷化学品、饲料级磷化学品、新能源材料、 生物材料、功能材料、药物材料等领域。专用磷化学品 主要有磷系表面活性剂、磷系阻燃剂、磷系抗氧化剂、 磷系水处理剂、油田化学品、热处理磷化剂、印染助 剂等。 3 ．3 ．1 磷系新能源材料随着矿物能源日趋紧张和 环保压力越来越大，可再生、清洁的新能源材料的发展 受到全世界的高度关注，投入了大量的人力、财力研发 新能源材料，取得了许多科研成果。特别是2 0 世纪 9 0 年代末以来，锂离子电池的发展风起云涌，进人2 1 世纪，动力锂离子电池的发展又取得了突破性的进展， 日、韩等国已成功将动力锂离子电池应用到纯电动 E V 和混合电动 H E V 车上，使人们看到了动力锂 离子电池发展的无限潜力。磷酸铁锂正极材料就是成 功应用于动力锂离子电池的新能源材料之一。 磷酸铁锂材料的结构中，由于阴离子磷酸根替代 氧离子，从而使磷酸铁锂的三维结构发生变化，为锂离 子的迁移创造了三维空闯，同时使锂离子的脱出和嵌 入电位保持稳定，使磷酸铁锂有良好的电化学性能。 磷酸铁锂具有放电容量大，循环性能、高温性能、安全 性能好，对环境友好，原材料来源广等显著特点，是锂 离子动力电池的理想正极材料，具有极强的市场竞争 力，引起人们的极大兴趣，也成为目前动力锂电池领域 研发的热门材料，发展前景不可限量。也许若干年后， 磷酸铁锂的需求量将达到甚至超过现在某些基础磷酸 万方数据 第6 期 贺周初我国磷资源开发利用现状与发展方向探讨 盐的量，而其价值则是这些品种的几倍甚至十几倍。 除磷酸铁锂外，正极材料还有磷酸锰锂、磷酸钴 锂。另外锂电池中的电解液六氟磷酸锂作为高附加值 磷酸盐品种受到高度重视，发展十分迅速。 3 ．3 ．2 磷系表面活性剂磷系表面活性剂主要是磷 酸酯系列产品，是十分重要的水性表面活性剂，广泛用 于食品、医药、农药、化妆品、粉体材料等领域。由于其 亲水性的重要特点，成为环境友好型的表面活性剂，受 到各行各业的高度重视，发展势头强劲。 3 ．3 ．3 磷系阻燃剂磷系阻燃剂包括有机阻燃剂和 无机阻燃剂，无机阻燃剂的主要品种有磷酸铵盐、红磷 和聚磷酸铵，有机阻燃剂主要有磷酸酯、亚磷酸酯、膦 酸酯等，主要用于4 种材料，分别是聚氨酯泡沫、聚碳 酸酯和A B S 混料、环氧树脂、聚酯。6 。。 3 ．3 ．4生物材料生物材料主要是指用于人类或动 物骨骼修复的含磷化合物，主要有羟基磷酸盐系列。 随着社会经济的发展和人民生活水平的小断提高，生 物材料的使用量越来越大，特别是牙齿修复和再生、假 肢及其它骨骼修复等领域。这种磷系生物材料附加值 高，有很好的发展前景。 3 ．3 ．5 药物材料含磷药物材料分为农药和医药。 有机磷农药发展较早，目前大量用于农作物的除草剂、 杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等。有机磷医药近年 发展很快，主要分为酸性磷酸衍生物和中性磷酸衍生 物。酸性磷酸衍生物主要品种有三磷酸腺苷、维生素 B 2 即核黄素磷酸钠、地塞米松磷酸钠、双磷酸盐、磷霉 素、氟达拉宾、磷瓷氮芥等。中性磷酸衍生物主要有 环磷酰胺、异环磷酰胺、双二甲磷酸铵乙酯、噻替哌、甘 磷酰芥、氯膦酰胺、碘替哌、阿替哌、磷西洛普利等№] 。 目前有机磷农药和医药都不断有新的品种开发出来， 是非常活跃的研发领域。比如高效低毒绿色农药品种 甲基唑磷、甘氨硫磷、吡唑蔬磷、乙嘧硫磷等。医药领 域中，许多含磷药物在抗肿瘤、预防心血管、消炎镇痛、 抗菌抗病毒等方面具有十分重要的应用，其发展受到 高度重视。 总之，“精细化、高端化、专用化”的磷化学品是今 后磷资源开发利用的发展方向，也是磷化工行业发展 的希望所在，这些磷化学品技术含量高，市场需求大， 附加值高，有巨大的发展前景。 参考文献 [ 1 ] 中国国土资源部信息中心．世界矿产资源年评[ M ] ．北京地质 出版社，2 0 0 9 ． [ 2 ] 刘树臣．中国矿产资源年报[ R ] ．北京北京国土资源部，2 0 0 8 ． [ 3 ] 鄢正华，我国磷矿资源开发利用综述[ J ] ．矿冶，2 0 1 l ，2 0 3 2 1 2 5 ． [ 4 ] 张文学．我国磷资源开发利用及趋势[ J ] ．武汉工程大学学报， 2 0 1 1 ，3 3 2 1 6 ． [ 5 ] 龙涛．国内外磷矿开采技术的现状与展望[ J ] ．化工矿物与加 工，2 0 1 0 1 3 7 3 8 ． [ 6 ] 陶俊法，杨建中．中国磷化工行业现状和发展方向[ J ] ．无机盐 工业，2 0 1 l ，4 3 1 l 一3 ． [ 7 ] 钟本和，陈彦逍，郭孝东．磷化工的发展方向及创新平台的建设 [ J ] ．无机盐工业，2 0 1 0 ，4 2 8 l 一4 ． [ 8 ] 贡长生．我国磷化工的发展方向和前景展望[ J ] ．现代化工， 2 0 1 1 ，3 l 9 4 9 ． 上接第1 2 7 页 令y 7 z 0 ，可求得z 0 ．9 3 4 6 。即当综合达标率 戈 0 ．9 3 4 6 H , 寸，环境总成本函数Y 戈 取得最小值为 Y 戈 。。。 7 9 6 ．7 7 5 万元。因此，经验证本文所构建的 模型合理。 4 结论 从环境损失成本￡ 戈 的表达式来看，当戈一l 时， 函数￡ 戈 取得极小值，而不是0 ，说明煤炭企业即使 将各项环境污染指标降到0 ，企业也存在一定的环境 成本；而对于环境控制函数C 戈 来说，当戈一l 时，环 境控制成本趋向于一个常数。因此，对于煤炭企业来 说环境控制成本的投入并不是越大越好。 由于受自身的技术条件和自然因素的影响，煤炭 企业很难将环境成本控制为菜一具体数值。因此，凡 是企业环境成本分布在最低点附近的区域内，都可看 成是达到环境成本的最佳控制水平。 参考文献 [ 1 ] 白宝光，张世英．质量成本模型及其优化[ J ] ．科技管理研究， 2 0 0 5 6 5 4 5 9 ． [ 2 ] 彭旭．煤炭企业环境成本核算与控制研究[ D ] ．阜新辽宁工 程技术大学，2 0 0 9 ． [ 3 ] B a r t e l m u s ．I n t e g r a t e de n v i r o n m e n t a la n de c o n o m i ca c c o u n t i n gm e t h o d s a n da p p l i c a t i o n s [ J ] ．J o u r n a lo fO f f i c i a lS t a t i s t i c s ，1 9 9 3 9 1 7 9 1 8 2 ． [ 4 ]R o y c eDB u m e t t ，D o nR o nRH a n s e n ，O l g aQ u i n t a n a ．E c o E f f i c i e n c y A c h i e v i n gp r o d u c t i v i t yi m p r o v e m e n t st h r o u g he n v i r o n m e n t a lc o s tm a n a g e m e n ta c c o u n t i n ga n dt h ep u b l i ci n t e r e s t [ M ] ．2 0 0 7 7 6 6 9 2 ． [ 5 ] 路茵，姚辉．企业环境成本控制及其评估研究[ J ] ．财会通 讯，2 0 0 8 1 2 1 1 8 1 2 0 ． 万方数据