“千亿级”磷化工循环经济原料来源的探索与思考

“千亿级”磷化工循环经济原料来源的探索与思考鄢富坤，郭锐，任声奎，邱成云瓮安经济开发区（工业园区）是瓮安县委、县政府按照省委、省政府“ 加速发 展、加快转型、推动 跨越” 的要求，抢抓国发 2 号文件机遇、深入推进 100 个产业园区成长工程发展思路和“ 工业强县 ”的战 略目标，集聚发展 现代产业而建设的新型现代产业园区，根据国家批准的黔中经济区发展规划和省委、省政府的战略部署，目前，瓮安经济开发区和瓮安工业园区已作为全省首批打造的瓮（安）福（泉）千亿级产业园区，为把园区打造成为生态文明、结构优化、科技创新、两化融合、人才汇集、政策聚集的先行区和示范区，进一步加快建设成为全省重要的循环经济型化工基地、绿色轻工加工制造基地和带动黔南州工业发展的重要增长极，经过多次调研学习，对新时期发展磷化工循环经济的主要原料来源（磷矿资源）方面进行深入思考，调查研究，成果如下：一、我国磷矿资源的整体情况及需求预测（一）我国磷矿资源的整体情况我国磷矿资源丰富，资源总量达 167.86 亿吨，仅次于摩洛哥，居世界第二，但基础储量中的可采储量仅为 21.11 亿吨，平均品位在 23%左右。据权威部门测算，这 21.11 亿吨可采磷矿储量折为标矿可供开采 23 年左右，即磷矿可开采量可以满足到 2038 年左右的需求；如果通过提高经济技术水平把基础储量磷矿也开采出来，则可延长开采 22 年，即磷矿可开采量可以满足到 2060 年前的需求，现在离 2060 年只有40 余年的时间（其中包括预测的每年出口 100 万吨，若不出口这部分磷矿，则可多满足国内磷肥企业 5 年的需求，也就是在不出口的前提下，满打满算，我国可供开采的磷矿也只能用到 2055 年）。综合来讲，我国磷矿资源具有以下几个特征：1、我国的磷矿资源矿种多，储量大。以地质作用为主要依据,将中国磷矿分为内生磷矿床、外生磷矿床和变质磷矿床三大类。中国内生磷矿主要分布在辽宁、河北、陕西、山东及黑龙江等省,可分为六种类型,其中超基性-碱性-碳酸盐类磷矿颇具远景。中国外生磷矿主要分布在云南、贵州、湖南、湖北、四川五省,它们在形成时代、大地构造、沉积环境、岩石组合类型及生物作用等方面都有某些共同的规律,是中国最主要的磷矿床（尤其是贵州黔中盆地主要位于贵州的开阳-瓮安一带，成磷时代为震旦纪陡山沱期，属于扬子海盆中的黔中台地北东缘的台盆凹地，分布面积达 2 万 km2 以上。含磷岩系主要为碳酸盐岩、磷块岩及粘土岩，多含磷质迭层石；主要可分为上下两个工业矿层，上矿层延伸稳定，多呈倾斜至缓倾斜产出，厚 1333m，P 2O5 平均品位约 25%，矿石以胶磷矿为主。开阳、瓮安两个特大型磷矿产地以富矿多、品位高而闻名。黔中地区另有形成于早寒武世梅树村期的磷块岩，自织金至金沙呈北东一南西向带状分布。以条带状白云质磷块岩为主。其 P2O5 品位较低，平均约 17.5%，磷块岩中稀土含量较高，可以综合利用，并普遍含铀。织金新华磷矿为此成矿时期的典型矿床）；中国变质磷矿主要分布在中南地区的东北部、华东地区东部、华北及东北地区,早元古代晚期沉积变质磷矿最具代表性。中国磷矿可分为 8 个成矿区,16 个成矿带及若干个聚磷矿区。2、我国的磷矿资源禀赋比较差，较难分选的矿比较多，容易分选的矿较少。我国的磷矿床形成时间长，埋在比较深的底层，有较强的岩化作用，其矿石胶结的紧密，约有 75%以上的矿层呈倾斜至缓倾斜产出，为薄至中厚层。这样的产出特点给露天或地下开采都带来了较大的技术难度，经常会造成回收率、开采率低，损失率、贫化率高等缺点。已探明的磷矿储量中，沉积型磷块岩多，约占全国磷矿总储量占85%，其大部分为中低品位磷矿，除少数富矿可直接用于高效磷肥的生产，绝大多数中低品位磷矿需经选矿流程才能利用。这类磷矿资源中通常含有大量的碳酸盐矿物和硅酸盐矿物等脉石矿物，有害杂质含量较高，矿石颗粒较细，且相互嵌接紧密，因此一定要排除碳酸盐和硅酸盐等各种杂质之后，通过选矿富集或生产黄磷才能满足磷资源加工的要求，选别难度大，不易解离。3、现有磷矿浮选技术、装备落后。大多数的大型国有磷矿企业技术、装备都还处于比较低的层次，其中中型的企业技术、装备更差，直接导致磷资源的利用率相对较低。与此同时，西方相对发达国家的磷矿选矿己开始智能化、自动化、数字化作业，我国的大型磷矿企业的磷矿浮选技术、装备同西方发达国家之间的差距越来越大，间接说明我国磷矿资源的利用率不高。4、磷矿资源越来越少，消耗量越来越大，储量锐减。在2009 年国际金融危机的影响下，磷矿出口额度减小，但高效磷肥行业随我国对农业支持力度的增大而快速发展，直接导致我国对磷矿的消耗增加。（二）我国磷矿资源的需求预测及供应保障农业生产实践已经证明合理施用化肥是粮食生产的关键，保障粮食安全不但要保证耕种面积，还要保证化肥供需平衡。农业部“948”项目预测 20102050 年我国每年磷肥需求量 11001200 万吨（P 2O5 量）,每年需要磷标矿（P 2O5 含量30%）43004700 万吨，未来 42 年我国磷肥生产磷标矿累计需求量为 1820 亿吨。截止 2007 年，我国磷矿已查明资源储量矿石量 176 亿吨，折算成标矿 105 亿吨；P 2O5 含量大于等于 30%的富磷矿资源储量矿石量 16.6 亿吨（标矿 17.6 亿吨），P 2O5 含量小于 30%的磷矿资源储量矿石量 159.8 亿吨（标矿 88 亿吨）。依靠我国磷矿资源保障我国磷矿石供应充足平稳持久，必须利用中低品位磷矿，而开发利用中低品位磷矿尚有许多问题需要解决。（三）我国磷矿资源的开发利用策略及建议1、充分利用国际市场，控制磷矿石出口，鼓励高价值产品出口，目前世界上磷矿石出口增长最快的国家是我国。2、磷矿资源的利用效率有待提高。一方面要解决国内资源平衡问题和经济收益问题；另一方面必须要重视即将来临的资源危机。面对国内丰而不富、分布偏远、难以开采、品位低下、难以为继的磷矿资源现状和浪费严重、规模偏低、成本较高、运输困难的供应体系，必须采取一系列措施来保障磷矿资源的供应，以支持国内磷肥的生产和供应，进而保证农业生产的可持续发展。3、加强对矿产品重金属含量的检验和环境保护工作。为确保我国环境安全，增强中国磷矿和磷肥产品的竞争力，首先应加强进口磷肥产品的重金属含量检验力度；其次，应加强对磷复肥生产企业和磷矿开采业的管理，对生产环节中“三 废 ”的排放和重金属污染严格控制； 第三要加强对肥料中磷资源的回收利用，提高对环境法规的适应性。4、增强国家对技术改革的支持力度，推广应用高新技术，在加强全国磷矿资源勘查和品级调查、寻找新矿源的同时，引进先进技术，推广应用高新技术，提高开采机械化水平，加大对胶磷矿浮选技术的开发，进一步降低成本，以便充分利用我国中低品位磷矿资源。5、强化资源危机意识，继续加强磷矿地质勘查工作。近几年来，国家对磷矿勘查工作较重视，完成了数千米的钻探工作量，不仅发现了一批新的矿产地，而且一些矿区的查明资源储量进一步增加。今后要根据磷矿的成矿分布规律，全面开展磷矿资源的调查评价工作，摸清我国磷矿资源潜力。重点在湖南、湖北及川西地区寻找和勘查富磷矿；重视和加强北方磷矿和东部沉积变质易选磷矿的找矿和预测，同时，提高规划矿区的勘探程度。10 年内，我国有 8 座大中型磷矿山资源枯竭，对这些资源危机的矿山，要加强外围周边找矿工作，延长矿山寿命。6、我国磷矿供应要长期立足国内。其原因有：我国耕地资源不足，确保粮食供应安全，提高粮食亩产，保证化肥可靠稳定持久充足供应是至关重要的，因此保证磷肥生产原料磷矿石稳定充足供应也是至关重要的；世界磷矿资源分布、生产和进出口贸易相对集中在美国、摩洛哥等少数国家，国际市场磷矿石和磷肥的供应量及价位易被操纵控制；我国磷肥消费量在世界上是最大的，一旦要大量依赖进口，很有可能引起价格狂涨。近年来我国南方一些企业大量出口优质磷矿石，已严重影响了我国磷肥生产，山东、广西、江苏等省一些重点磷复肥生产企业因磷矿石供应不上而面临停产、减产。因此，我国应及时调整磷矿开发政策和税赋，促使磷矿企业扩大磷矿石产量，满足我国磷化工的需要，促使磷矿企业只有在满足国内需求的前提下，才能适量向周边友好国家出口。7、建立资源产业投资融资新体系，鼓励形成几个大型磷化工企业集团，规模化开发磷矿资源。如果不改善我国磷矿资源开发现状，磷矿石供需缺口将扩大。我国应建立资源产业投资融资新体系，完善矿业权市场，鼓励磷化工企业向上游产业拓展，联合、兼并中小型磷矿和小矿，在磷矿资源丰富、磷化工辅助原料具备的地区，建立集磷矿开采和磷化工一体的大型企业集团，以规模化开发，提高我国磷矿资源的利用率，综合利用磷化工副产品。总之，为保护磷矿资源和提高磷矿资源利用效率，需要在政策上支持矿肥结合、限制国内资源无序出口；在资金上支持国内矿产勘探和工艺改进；在法律上保护资源所有者权益，强化大矿建设，限制小矿扩张；在观念上加强教育和宣传，提高认识，制定标准。这是我国磷矿资源可持续开发利用的关键所在。二、新时期情况下磷化工循环经济原料来源思考一一一 坚持分类利用、分级利用现有磷资源对于从经济和技术方面可以利用的磷矿资源，实行全部开采，分类利用、分级利用。品位较高的磷矿适合于湿法加工的磷位矿用于生产湿法酸，而适合于热法加工的则用于生产黄磷、钙镁磷肥。国内磷矿中有些磷矿为高硅磷矿石，如云南的部分磷矿矿山，硅钙比合格，品位合适，可直接作为黄磷的入炉原料，对于适合于生产黄磷的矿，还有块矿和粉矿的分别利用问题，块矿直接进黄磷炉，粉矿可用于选矿或作为生产普钙的原料。同时，国内有些磷矿非常适合于生产钙镁磷肥，如贵州部分磷矿，可直接用于生产钙镁磷肥，而不需要进行其它加工。按磷矿的分类，高品位的磷矿可直接或进行擦洗(云南风化矿)后分 类加工。而中低品位磷矿则根据其品质特点，或直接加工生产黄磷、钙镁肥或普钙，或进行浮选获得磷精矿，满足适合的加工需求，确保磷资源的综合利用。一一一 加强开发利用中低品位磷资源中低品位磷矿的利用在国内外已经被认为是将来磷矿利用的发展趋势，国内外许多公司多年来都已进行磷矿选矿技术的研究开发，并积累了丰富的经验。由于国内富矿储量的日渐减少，不能保证磷矿资源的长期供应，大量中低品位磷矿的利用被提到议事日程，且将成为磷矿资源利用的中坚力量。根据全国磷矿资源和供应的实际情况，必须加大中低品位磷矿利用，大力发展中低品位矿的选矿，增加可利用的磷矿资源量，提高资源利用率和保障程度。中低品位矿中，除少部分可用于热法黄磷或钙镁磷肥等加工外，其余大部需经过浮选富集处理后方可满足高浓度磷复肥加工用矿要求。多年来，我国在磷矿选矿方面做了大量的工作，取得了很好的进展。在江苏锦屏磷矿、河北马营磷矿、湖北黄麦岭、河北矾山相继建成了大中型的磷矿选矿厂并于 1986 年在湖北荆襄王集磷矿厂建成第一座 150 万 ta大型沉积磷块岩(俗称胶磷矿)直接浮选工艺的浮选厂，使我国在难选胶磷矿选矿技术方面取得重大突破。在直接浮选工艺投产的同时，相继开发出了沉积磷块岩的焙烧消化、擦洗脱泥、反一正( 或正一反)浮选、重介质等选矿富集工艺。在这些技术中，直接浮选、反浮选、擦洗脱泥、重介质分选已成功地应用于工业生产。1995 年，国内最大的磷矿浮选厂贵州省瓮福磷矿采用连云港院开发的“ 单一碳酸盐浮选” 工 艺装置投产。多年来，云天化集团在云南省中低品位磷矿的浮选技术开发利用和产业化方面，进行了大量的试验研究与开发工作，取得了多方面的成果和成功，为云南中低品位磷矿浮选开发利用奠定了坚实的技术基础和提供了先导示范，并已开始全面推进云南中低品位磷矿的开发利用进程，大型的 200 万ta 、450 万 ta 磷 矿浮选装置已开工建设，近期建成投产，标志着云南中低品位磷矿浮选开发全面进入规模化开发阶段。湖北宜化集团针对宜昌磷矿的年产百万吨级的大型重介质一浮选联合装置已于 2006 年建成投产这些浮选装置的建成投产，标志着我国中低品位磷矿的利用开始全面启动为我国磷矿资源的科学利用打下了较好的基础。在此基础上，我国中低品位磷矿的利用应大力推广，改变大部分利用高品位磷矿和加工局面。磷矿浮选工作应继续加大技术开发力度，降低磷矿的入选品位。近期磷矿入选品位为 25以上，中远期应考虑磷矿入选品位降至 20或20以下，以更好地扩大磷矿资源的利用范围。一一一 坚持节能降耗、循环利用废物资源遵照循环经济发展思路，磷化工的发展应积极采用国内外的先进技术，在发展新产品的同时，注重“三废” 治理和副产品的循环利用相结合。以循环增效的观念指导发展，使产品链之间互相联系，生产资源配置上必须考虑“电磷结合，矿化结合”的 资源配置原 则，实现上下游一体化的发展方式，将副产物“吃干榨 净” ，构建 绿色磷化工产业链 。目前，我国磷化工行业节能降耗空间很大。电炉法生产黄磷要求块状原料入炉，而目前我国许多企业为了“节约” 原料，采取统矿入炉，因此造成磷泥多、电耗高、管道堵塞等。国外黄磷生产一般是将原料筛分，粉矿进行人工造块。一般的方法有瘤结法、烧结法、球团法及人工压块等。我国磷矿属于磷块岩块状矿，含有较高的 CO2，一般在 5%以上，CO 2在炉内反应时会消耗大量的电能。若矿山供应的磷矿未经选矿处理，都带有 30%40%的碎矿。为了去掉磷矿中的 CO2、水分、有机物质，必须根据磷矿的物化特性进行预处理。一般来说，采用精料烧结矿入炉较统矿入炉，每吨黄磷可节电1000 度左右，磷泥量将减少 10%左右，磷矿中砷可除去 50%左右。废弃物的综合利用应作为一个重大课题加快研究。如黄磷生产还存在副产的 CO 回收问题。黄磷尾气副产的 CO 是非常宝贵的化工原材料。每吨黄磷产品副产 3000m3 炉气（或称尾气），炉气中含有85%90%CO 、1%4%CO 2、1%8%H 2、2%5%N 2、5%H2O，可以生产甲醇、甲 醛、聚甲醛、甲酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等重要的化工产品。但目前多数厂由于规模较小，不好利用，只能放空，仅有一部分厂用作燃料或生产价值很低的甲酸钠或甲酸钙。黄磷生产副产的废渣，目前少量用作建材原料，大部分堆放。磷渣可以用于生产硅肥，我国的很多地区土壤缺硅，硅肥对粮食作物、经济作物等有明显的增产效果，该产品有广阔的市场发展空间。电炉磷渣也可加工成保温材料。磷渣主要成分是硅酸钙，它从出渣口流出时是熔融状态，可以直接加工成膨松的纤维，用于管道设备的保温，且其成本较硅酸铝纤维低得多，具有较好的经济效益。湿法磷酸生产所产生的磷石膏利用也是重大课题，近年来开发了磷石膏制水泥工艺已取得成功。磷石膏制石膏板、石膏砌块、作水泥添加剂等技术也取得重大进展，逐步实现了大规模生产。这些工艺的开发为磷化工产业整体水平的提升提供了技术支持。一一一 注重科技创新，提升整体竞争力随着全球