磷化工的发展方向及创新平台的建设

钟本和 陈彦逍 郭孝东 文嘉杰

1  国内外现状

中国的磷矿资源丰富，但品位贫乏，以中、低品位为主。磷为作物生长的三大必需元素之一，对粮食的增产、保证人民生活水平提高具有重大的作用。近年来，中国以磷铵为代表的高浓度磷复肥生产取得了很大的成绩。据中国磷肥工业协会统计，2009年中国磷肥总产量达到1 479.7万t（以P205计，下同），产量与消费量均居世界第一，高浓度磷复肥产量为1109.8万t，占磷肥总产量的75%，已达到发达国家水平。其中，四川大学与企业共同自主开发的料浆法磷酸一铵( MAP)为665万t，约占生产总量的60%；引进技术为主的磷酸二铵(DAP)为443.8万t，约占生产总量的40%，自主创新技术占有相当大的比重。此外，由四川大学自主开发的料浆法MAP技术[1 -4]在中品位磷矿上的利用也取得成效，产品已向东南亚等地输出。

在磷精细化工方面，中国是世界磷酸盐生产大国，磷化工产品占世界市场的60%，形成了以黄磷为原料的大宗磷深加工为主导产品的格局。但由于黄磷是高耗能、高污染排放的产品，使得利用黄磷生产热法磷酸面临资源、能源和环境的三重压力，世界磷化工格局也由此发生了很大的变化：一是通过兼并重组，对产品结构和布局进行调整，注重精细磷化工产品的研发，增强企业的核心竞争力；二足利用湿法磷酸取代热法磷酸为原料的生产工艺，可大幅度降低能源消耗，增加企业的经济效益，这也成为世界磷化工高新技术发展的方向。据报道，欧美发达国家净化湿法磷酸已经占到精细磷化工用酸的75%以上。为了实现节能减排与降低成本的目标，中国磷化工也开始逐步以净化湿法磷酸来取代热法磷酸[5 -13]，但中国磷酸盐产业在技术水平、资源利用率、精细化率等方面尚存在欠缺，在净化湿法磷酸利用方面才刚刚起步，而且高纯磷酸（如电子级）产品的研发仍属空白，全部依赖进口，因此亟待突破。 

2  中国的需求

1)磷化工的主要原料是磷矿，中国磷矿资源虽然丰富，但是质量较差，平均品位（以P2 05计）约为17%（质量分数，下同），磷矿品位（以P2 05计）大于30%的富矿只有11. 08亿t，为磷矿总量的6.6%，其余93%以上均为难选的中、低品位胶磷矿。中国现有的富矿资源仅可开发利用9a，磷矿资源面临着枯竭的局面，因此开发中、低品位磷矿，特别是提高选矿技术、综合利用低品位磷矿迫在眉睫。

2)磷矿是不可再生的资源，随着开采量的增加，磷矿逐步贫化与质量下降是世界范围内不可逆转的大趋势。与此同时，磷矿中各种有害杂质含量则相应增加。对磷矿进行评价试验研究，为磷化工企业提供磷矿质量变化及适宜的工艺条件与技术经济指标就愈来愈重要。国外建有较多针对磷酸盐生严的评价试验中心，中国目前也已经对国内几十个矿种进行了研究[5 -13]，但是在实验室的规模、管理、运作等方面与世界先进水平相比还有一定差距。因此为了更好地发展中国磷化工，与世界接轨，建立国际一流的评价试验中心势在必行。

3)为节约能源与降低成本，打破国外对高纯磷化工技术的垄断，中国需大力开展磷化工创新技术的研究，缩小与世界先进水平的差距，尽快使中国由磷化工产品的产量大国提升为磷化工生产的技术强国，以满足国内外对高纯磷酸及磷酸盐产品的需求，这也是促进产业发展、增强国际竞争力的关键所在。

4)中国现有磷复肥企业普遍存在年能耗高、污染物排放量大、环境条件差等缺点，如何进一步做好磷化工能源环保、发展循环经济、综合利用“三废”也成为加快建设资源节约型、环境友好型社会亟待解决的问题。

5)中国还需根据国际磷化工发展的趋势，推动学科交叉和建设，培养高层次和复合型磷化工创新及管理人才；积极开展国际合作与交流，促进国外引进先进技术的消化、吸收和创新，推动中国先进技术的输出，增强磷化工产业和企业的国际竞争力。 

3  目前需重点研究的问题

1)加强对中国储存量大的低品位磷矿的研究工作。重点开发低品位磷矿综合利用与胶磷矿选矿新技术，使产业技术跃升，能有效利用并拥有一批独创技术，建立低品位磷矿综合利用与胶磷矿选矿新技术的试验车间。拟针对不同矿源的低品位磷矿，采用选矿、化工、有色冶金、物理冶金等多方面的新技术和新设备，重点开发低品位磷矿的选矿和富集新技术；在低品位磷矿直接利用技术方面，重点开发窑法磷酸及盐酸分解中、低品位磷矿制造高浓度磷酸技术。同时开发低品位磷矿伴生资源的综合利用技术，在磷矿资源中回收氟、硅和镁，实现资源的最大化利用。如窑法磷酸可以使用杂质含量高的低品位磷矿，生产出优质的高浓度磷酸，磷矿中P2 05质量分数低至17%时，所制得的磷酸质量和浓度可以达到或接近热法磷酸质量。该工艺由于能充分利用生产过程的化学反应热，从而大大降低了生产能耗。此外，该工艺以煤为燃料，用电量大大降低，产品成本也相对低廉。

2)将中国仅有的6. 6%的高品位磷矿优化管理，坚持优矿优用的原则。主要用于发展高纯磷酸、电子级磷酸及磷酸化学镀，并在航空航天工业、汽车工业等多个方面加以应用。研究的重点是通过自主创新，开发湿法磷酸的净化技术和精细磷化学品的绿色合成技术，以此拓展磷化工的产业链和实现磷化工的可持续发展，建立起高标准的高纯磷酸盐生产基地，为食品级、医药级与电子级磷酸以及各种高纯磷酸盐产品（如含磷酸盐的锂离子电池、有机磷化合物、磷系新型功能材料等）提供创新技术。

3)大力发展磷化工循环经济及精细磷化工的绿色合成技术。磷石膏是湿法磷酸生产高浓度磷复肥的主要副产物，目前全世界的磷石膏年排放量已超过3.0亿t，其中中国的磷石膏年排放量已超过5 000万t，但其利用率不足10%。磷石膏的堆放不仅占用大量土地，污染环境，而且还给生产企业带来很大的经济负担。因此，磷石膏的综合利用已成为制约磷复肥行业实现可持续发展的关键因素之一。在众多的磷石膏综合利用路线中，磷石膏制酸联产水泥是解决磷石膏固废污染最能体现原子经济效应的循环经济路线，特别是鲁北化工集团利用磷石膏制硫酸同时联产水泥，将磷铵、硫酸和水泥3套生产装置有机地组合在一起，形成绿色生态产业链。但该技术流程长、能耗高、投资大，因而未能推广使用。

磷石膏的开发利用技术较多，但对含杂质较高的中低品位磷矿所副产的磷石膏利用方面几乎没有涉及，而磷石膏中的杂质含量又是其加工利用的关键。目前，适宜的杂质含量为W( P205)<1%，w(F)<0.25%，w( As)0%，W( Si02)<8%。中国企业磷石膏质量同国外相比差距大，必须通过改进湿法磷酸生产工艺对磷石膏进行净化处理。国外的净化路线至今仍在采用英国帝国化学工业公司(I．C．I)经典流程，但此流程不适宜处理中国的磷石膏。因此需要开发针对中国磷石膏特点的净化和利用路线，以此改变中国磷石膏利用现状，推进行业节能减排和循环经济发展。绿色技术是当今世界产业技术发展的方向[11 -13]，属于可持续发展技术。合成技术的现代化和绿色化，特别是含磷药物和中间体的绿色合成技术，如黄磷直接合成亚磷酸和磷酸酯的绿色催化、磷系电子化学品的制备、高效低毒有机磷农药的研制、新型磷系阻燃剂的合成等都属重要技术。目前，上述技术国外已具备工业生产能力，而中国产品质量及性能还存在较大差距，多数还处于实验室研究阶段。因此应当加强研究开发，突破关键技术，大力发展绿色合成技术，促进中国高新精细磷化工产业发展的“绿色化”。

4)建立磷矿国际评价试验研究中心，接受国内外委托的磷矿评价试验研究任务，提供国际一流的磷矿评价技术，为不同矿源的中、低品位磷矿用于工业生产提出最佳的工艺流程和经济技术指标。同时也使中国能及时掌握世界磷矿资源情况、发展趋势，以进一步为世界磷化工的发展献计献策。

5)搭建起磷化工信息网络服务、技术研究及创新平台，持续不断地为磷化工产业提供工程化研究成果，同时帮助引进、吸收、消化、推广磷化工新产品、新技术，成为磷化工企业与机构相关科技人员联系的纽带[14-18]，并培养磷化工及相关学科高水平的工程技术人才，使企业技术实力得到快速提升。

对上述磷化工发展的几个主要领域进行攻关，与磷化工国际化、大型化、精细化的发展方向相适应。开发具有世界先进水平的工艺技术及配套装备。在中国磷资源丰富的地区建立磷化工基地，搭建起磷化工研究及创新平台，对调整磷化工行业的产品结构和布局，实施精细磷化工的开发，增强企业核心竞争能力等具有重要意义。