重視和加強對中低品位磷礦的開發利用

摘 要：磷礦是一種不可再生的戰略資源。中國磷礦資源儲量雖大，但富礦少，中低品位礦多。隨著富礦資源開采的日漸枯竭，磷肥生產將不得不依賴雜質較多的貧礦資源，也就是說，中國磷資源即將邁入以中低品位礦開發利用為主的時代。因此，研究中低品位磷礦的合理使用和經濟開發已成為磷及磷化工領域的前沿問題和當務之急。針對磷礦資源貧化趨勢，重視和加強對中低品位磷礦的開發利用具有重要的現實意義。

關鍵詞：中低品位磷礦；最適耗竭；磷礦資源

中圖分類號：F260 文獻標志碼：A 文章編號：1673-291X（2013）22-0040-04

磷礦資源是不可再生的戰略性礦產資源，也是不可替代的磷肥生產主要原料，直接關系到國家糧食生產安全。中國磷礦資源儲量雖大，但富礦少，中低品位礦多。隨著富礦資源開采的日漸枯竭，中國磷礦資源已經被國家列為2010年以后的緊缺資源。因此，針對磷礦資源貧化趨勢，重視和加強對中低品位磷礦的開發利用具有重要的理論和實際意義。

一、磷礦資源現狀及特點

（一）世界探明儲量逐漸增加，摩洛哥、美國、中國是世界上主要的磷礦資源國

美國地質調查局每年公布的《地質調查報告》是世界資源研究者采用的基礎資料。從歷年的《報告》中可以看出，世界磷礦資源探明總量隨著技術的進步在增長，基礎儲量從1998年的330×108t增長到2002年500×108t，經濟儲量從110×108t增長到170×108t。從全球來看，經濟儲量僅占基礎儲量的1/3，這就意味著提高成本將獲得更多的資源。

按照地質調查報告，世界磷礦資源主要分布在非洲、中國、美國和俄羅斯，其中中國和摩洛哥是世界上磷礦儲量最大的國家，占世界磷礦經濟儲量的72.3%，基礎儲量的68%。中國經濟儲量位居世界第一，但這一數據中包含了低品位的礦石，所以高估了中國的磷礦資源數量。根據中國的統計數據，截至2002年底，中國保有磷礦資源儲量為167.86×108t，其中資源量127.32×108t，基礎儲量40.54×108t。在基礎儲量中，可開采量只有21.11×108t，其中品位大于30%的富礦只有11.08×108t。也有資料表明，中國真正可開采的富礦僅有3×108t。這就說明，中國磷礦資源可開采利用的基礎儲量只有40.54×108t，經濟儲量只有21.11×108t。雖然低于摩洛哥，但與美國相近，高于俄羅斯等國，仍處于世界前列。

（二）中國磷礦資源品質低于其他國家，且開采難度大

世界上80%的磷礦石來自于沉積巖，其余來自于火成巖。摩洛哥和美國的磷礦資源全部是沉積巖，礦石品質高，且大部分為露天礦，適于機械化開采；而中國的磷礦資源80%為沉積巖，其中70%為中低品位的膠磷礦，地下開采約占總量的60%以上，礦物顆粒細、嵌布緊密，有害雜質多，開采難度大。

世界磷礦的總體品位在5%～40%（P205）之間，大部分國家的磷礦石品位都在30%（P205）左右，俄羅斯的科拉磷礦（Kola）、摩洛哥的布克拉磷礦、美國的佛羅里達以及非洲的一些國家都是富礦匯集的地區，有的礦石品位達到39%（P205），一般都在30%以上。中國的富礦主要集中在湖北的宜昌、云南的滇池和貴州的開陽，但是品位僅僅在28%左右，全國的磷礦石平均品位只有17%，可開采儲量平均品位為23%t，是世界上礦石平均品位最低的國家。

（三）中國磷礦資源分布集中度偏低，資源的運輸和利用不便

中國磷礦主要分布在云南、貴州、湖北、四川、湖南5省，占全國總資源量的74%。但重點是云南、貴州、湖北3個產磷省，占全國資源量的55%。云南是全國磷資源最豐富的省份，也僅占全國資源量的21.5%。全國僅有的11.08×108t富礦又分布在湖北、貴州和云南3省。以上3個省除宜昌瀕臨長江之外，云南和貴州都屬內陸高原，運輸極為不便。而美國磷礦資源57.9%集中在佛羅里達州，并且基本上都在中部地區，佛羅里達擁有眾多的港口，其中坦帕港是世界上最大的化肥出口港口之一，為佛羅里達磷礦石和磷肥產品輸出提供了良好的條件。摩洛哥磷礦資源70%以上集中在卡薩布蘭卡東南地區，其磷礦品位基本上都大于30%，而且出口可以方便地通過歐云港到達世界上任何地區。

綜合比較中國、美國、摩洛哥3國磷礦資源可以發現，摩洛哥是世界上磷礦資源最豐富的國家，磷礦石具有品位高、易開采、運輸方便、分布集中等優點，但是礦石中重金屬含量偏高。相比之下，美國和中國磷礦儲量都不夠豐富，而且富礦儲量不大；但是美國磷礦卻有分布集中、易于開采、運輸方便的優點，同時品位比較高。中國富礦儲量少、礦產分布相對較分散、礦石品位低、開采難度大，運輸困難。僅有重金屬鎘含量低的優點，綜合看來，摩洛哥磷礦資源具有極強的競爭優勢，而美國的磷礦資源也要優于中國。

（四）中國已經成為世界上磷礦生產量最大的國家，但是回采率極低，資源浪費嚴重

根據美國地質調查局的統計數據和FAO的統計數據，中國磷礦產量已經位居世界首位。但美國、摩洛哥等國的磷礦回采率可達95%～98%，而中國占全國總產量50%以上的中小型磷礦企業的回采率僅30%，甚至更低，這對資源造成了極大的浪費。按照2003年的數據，如果統計開采量全部為小型企業的產量，以30%的回采率計算，則開采2 271×104t的磷礦實際消耗資源達到7 570×104t 以上，大型礦山的平均回采率按照81.9%計算，開采2 447×104t磷礦實際消耗資源2 988×104t 以上，則2003年中國磷礦資源實際消耗量已經達到10 558×104t。浪費的資源達到近5 840×104t，超過了磷礦石的消費量（張衛峰，2005）。

（五）中國礦產開采集中度低、開工率低、規模化低、效率低

比較中國、美國、摩洛哥三國磷礦資源開采狀況，美國磷礦資源開采量主要集中在佛羅里達地區，其中IMC、Cargill和PCS占美國磷礦總產量的2/3，再加上Farmland/Hydro和CF公司，占全國產量的80%，根據IMC和Cargill現有的人員估計美國磷礦開采業人員不會超過20 000人。摩洛哥磷礦生產主要集中在卡薩布蘭卡東南的庫里布加和西撒哈拉的布克拉，目前由OCP公司管理所有的開采和經營。而中國磷礦企業前五名的產量僅占總產量的21%，產業集中度遠低于美國和摩洛哥，人均產量相當于美國的1/3、摩洛哥的2/3（張衛峰，2005）。

二、重視和加強對中低品位磷礦的開發利用

隨著世界磷礦資源的逐漸枯竭，磷礦生產將不得不依賴于雜質較多的貧礦資源，因此低品位磷礦的開發利用顯得非常迫切，低品位磷礦的大規模開發利用將勢在必行而具有重要的現實意義。隨著中國國民經濟的快速發展，對磷資源的需求量也將不斷擴大，而磷礦資源又在不斷減少，特別是可直接利用的富礦資源越來越少，磷礦的價格也在不斷上漲。就中國磷礦資源現狀而言，通過重視和加強對低品位磷礦選礦加工利用研究，充分利用中國大量的低品位磷礦，對中國磷及磷化工業的可持續發展和磷礦資源的合理綜合利用，避免資源浪費亦具有深遠意義。

中國磷及磷化工產業已進入快速發展時期，主導產品磷礦、高濃度磷復肥、黃磷產量在世界同類產品產量排位中已保持領先并移居首位。如中國磷礦產量已連續幾年超過1 500萬噸，居全國之首。中國磷礦資源豐富，但90%以上都是難被后續深加工直接利用的中低品位磷礦石。專家預測，中國Ⅰ級品富礦維持不到十年的開采，富礦資源危機已明顯凸現。隨著中國國家級磷復肥基地的建成，對優質磷礦需求的迅速增長，優質富礦的消耗速度在不斷加快。加快中國中低品位磷礦資源的選礦開發利用步伐已迫在眉睫，勢在必行。

目前中國磷礦生產基本上能滿足國內需求，但由于國際和國內高濃度磷復肥產量的增加，含量在30%以上的磷礦資源日趨緊張。比如按照國家發改委對磷肥工業的發展要求，“十一五”末中國磷肥產量將達到1 500萬噸，預計磷礦資源的總需求量要達到6 500萬噸。按這樣的需求，中國高品位磷礦只能滿足到2013年底。為此，國土資源部已將磷礦列為2010年后不能滿足中國國民經濟發展要求的20個礦種之一。而在中國磷礦資源中占大多數的中低品位磷礦都需要經過選礦富集才能生產出合格的磷精礦以供磷化工使用。貧礦開采出來后要經過破碎、磨礦、選礦，其處理費用高，按目前選礦技術以及生產1噸磷精礦價格計算，選礦企業只能保本或賺取很小一部分利潤，甚至還有相當一部分選礦企業處于虧本狀態。

中國表面上是一個磷礦富國，實際上卻是一個磷礦窮國。有關數據顯示，中國磷礦石儲量和基礎儲量分別為41億噸和100億噸，分別占全球的27.14%和21.28%。但由于中國富礦少、貧礦多，平均品位僅17%。五氧化二磷大于30%的富礦僅占8.5%，不能直接利用的中低品位磷礦高達90%以上。業內人士稱，中國磷礦不能直接利用的資源儲量高達110億噸，同時中國又是世界上第一大磷肥生產國，每年消耗磷礦5000萬噸以上，其結果是在整個磷礦開采行業，特別是中小磷礦企業，勢必采用見效快的“采富棄貧”開發模式。據有關資料顯示，1997年全國磷礦加工企業使用的磷礦品位為23.4%（P205含量），1998年陡然上升到28.9%，1999年以后則高達30%以上，嚴重到了中、低品位磷礦基本遺棄的程度。正是由于以上中國磷礦資源開采的現狀，通過選礦工藝富集成為中國中低品位磷礦綜合利用的重要途徑，全國磷礦資源大省都出臺了相關政策，鼓勵中低品位磷礦選礦工藝的發展，國家和地方政府的產業政策導向也都是要引導企業選礦工藝改良，因而對中低品位礦的利用應該在投入和稅收方面有所傾斜，然而磷資源稅“一刀切”的大幅度提高卻讓眾多選礦企業舉步維艱。目前，云、貴、鄂都已具有近1 000萬噸/年選礦能力，按每噸標準礦消耗3噸左右原礦測算，每噸標準礦將征收45元左右的資源稅，這大大增加了中低品位礦的利用成本。按照原礦征收資源稅，將導致企業采富棄貧行為加劇，造成磷礦資源巨大浪費，與國家鼓勵貧富兼采政策相背離。

中國磷礦不能直接利用的資源儲量高達110億t，同時中國又是世界上第一大磷肥生產國家，每年消耗磷礦5 000萬t以上。其結果是在整個磷礦開采行業，特別是中小磷礦企業，勢必采用見效快的“采富棄貧”開發模式。據統計，中國磷礦品位大于30%的富礦僅為8.57億t，而每年采出的富礦占總開采量60%以上，而每年損失的中低品位磷礦儲量達1.5億t。經過五十余年的大規模的開采，不僅造成磷礦資源極大的浪費，而且開采中誘發的地表開裂、崩塌、滑坡、地壓、不均勻沉降與流動等災變危害頻繁發生，礦山生態環境破壞也日趨嚴重。因此，加強低品位磷礦高效安全綠色開采、加工利用工藝技術的研究，是實現磷礦業可持續健康發展的需要。

中國小型磷礦生產企業的產量占總量的一半左右，這些企業普遍存在管理落后、技術薄弱、設備簡陋等問題。為追求企業的眼前利益，出現“采易棄難”、“采富棄貧”、“富中選優”的狀況，對礦山的破壞和資源的浪費十分嚴重；即使是大、中型磷礦生產企業，也還沒有大規模利用中、低品位磷礦。如果在開采富礦的同時不對中、低品位磷礦進行綜合利用，則今后利用的成本將更加昂貴，所以綜合利用中、低品位磷礦是保護有限的磷礦資源最好的措施。

中低品位磷礦開發的報隨著全球磷礦資源緊缺性日益突出。中國低品位磷礦資源豐富，但如何加以利用卻一直令業界人士困擾。如果我們不研究出開發、利用低品位礦石的有效途徑，就會造成對礦產資源的大量浪費，資源量總量將會大幅減少。但如何合理有效開發利用中低品位的磷礦是關系中國磷資源全局的戰略問題。如何通過對低品位磷礦石的開發利用，以達到彌補磷資源不足，對磷及磷化工支柱產業的建設與發展具有重要意義。

三、幾點思考與建議

中國磷礦資源的利用已從開發富礦轉向中低品位礦。為最大限度地、合理地利用好磷礦這一寶貴的資源，合理開發利用中低品位磷礦將是今后很長一段時期內面臨的重大任務。應進一步加強中低品位磷礦采、選技術科研開發工作。加大重介質選礦和浮選技術攻關，擴大入選經濟品位，努力保護磷礦資源，開發應用低品位磷礦；研發復雜難處理磷礦資源高效開發利用及深加工關鍵技術，加快推進中、低品位礦石開發利用，已經成為事關磷及磷化工產業乃至整個國民經濟持續快速健康發展的當務之急。

目前，世界磷礦資源已逐步貧化，國內無論政府，還是企業對低品位磷礦的利用都日漸重視，如近期，美國亦重視和加強研發低品位磷礦利用新技術。如位于美國佛羅里達州米德堡的JDC磷肥公司（JDC Phosphate Inc.）就完成了使用Improved Hard Process（IHP）來改進磷酸的生產與加工技術的應用。據了解，此技術可以利用低品位的磷礦石，甚至是前期已開采磷礦的廢料。據該公司稱，IHP的技術可以將磷礦生產磷肥的利用率提高近3倍。而且，JDC公司的IHP技術不會生產出磷石膏副產品。 一些專家預測，作為磷肥生產的原料磷礦石將在2030年達到可開采資源的頂峰。據《美國地理調查》的報道，像IHP這樣的技術創新將延長一些國家對可回收磷礦資源的使用壽命，因為大量磷礦很可能從現在的磷石膏中回收，或者有效提高資源利用率。

目前國外對于易選礦大都采用選礦的方法加以分離，如南非從磷礦中分離出鎂、鋯石、銅等。中國磷礦大都伴生多種元素，如鐵、鋁、鎂。中國許多礦中含鎂較高，有些磷礦經選礦后，尾砂高達15%左右。還有相當多的低品位礦晶粒細小，屬于難選礦。除此之外，中國一些含稀土磷礦也令人值得注意。如西南地區陸續發現一些特殊的磷礦，主要分布在滇東、黔西和川西南，它們雖然品位低，一般P205含量均在十幾左右，但卻含有較高的稀土。如貴州新華磷礦就是一個特大的低品位磷礦，產出于早寒武紀梅樹村階及筇竹寺階底部含磷巖系，磷礦儲量約13億噸。伴生的稀土氧化物儲量上百萬噸，其中重稀土氧化釔占31.62%。僅次于內蒙白云鄂博，名列全國第二，具有很大的開發價值。稀土元素在新的技術革命和經濟發展浪潮中具有誘人的應用前景，也是中國具有世界性優勢的礦產，但也正以驚人的速度枯竭，有關部門已對許多稀土礦山禁開以保護資源。在這種情況下，重視對中低品位含稀土磷礦的綜合開發利用具有重要的意義。

中低品位磷礦大都晶粒細小，屬難選礦，若進行選礦，磷損失接近50%。為此，美國Kennedy、Gdnevich、俄羅斯Dolgonosov等人提出了對中低品位磷礦磷礦不經選礦直接進行濕法加工的思路。目前作為中試報導的只有美國磷酸鹽工程建設公司（PECO），SASKATCHEWAN公司（PCS）開發的新流程，可開采利用含10% P205的低品位磷礦。目前該公司已對美國、加拿大以及卡拉塔烏地區的低品位磷礦進行中試評價。國內四川大學對低品位磷礦的濕法處理已開展長期的研究，主要針對高硅、高鎂、高鐵鋁成分的低品位磷礦進行系統的研究，通過回收礦中的有用雜質來降低成本；或者抑制礦中的雜質不讓其進入磷酸，以提高磷酸質量。近來針對高硅磷礦及獲得純凈石膏的新流程獲得了重要的進展，目前也已通過中試。

熱法加工主要問題是能耗較大，如何能夠設法節能降耗，也是較好的途徑。如磷酸生產可以走熱法加工的工藝路線，一般是采用磷礦配料后在電爐中進行還原性煅燒，獲得氣態磷，再經氧化后被水吸收得到磷酸，通常含磷酸85%，一般稱熱法磷酸。磷礦還原為黃磷的過程是吸熟反應，需要大量的外加熱量，而磷的氧化過程是放熱反應，此熱量一般用冷卻水帶走，因此總能耗很大。美國20世紀60年代提出窯法磷酸（CDK）的加工思路，即是在窯中將還原和氧化結合，直接得到磷酐，然后經吸收得到磷酸。1978—1982年，美國西方石油公司在威斯康新進行中間試驗，重點是在回轉窯內有效地隔離氧化區和還原區，使磷的還原和氧化同時順利完成，并充分利用其反應熟，但未取得滿意的成果。中國南化集團設計院江善襄等人在陶瓷制品釉泡工藝的啟發下，提出采用包裹層來隔離氧化區和還原區。1996年在原國家計委的安排下，由長沙礦冶研究院與江西磷肥廠合作采用回轉窯進行200t/y磷酸擴大試驗。2005—2007年期間，在中國保康磷礦建設和試驗年產1萬噸的回轉窯生產線。2007年中國三新公司采用隧道窯的方法，副產品為建筑磚材，進行4 000噸和1萬噸的中試和生產性實驗。這兩種加工工藝在工業化實踐中都遇到許多技術問題，如能耗高、窯內阻塞、轉化率低、副產品利用等問題，同時大型化生產存在困難。此外，包括四川大學在內的不少單位也進行過類似的研究工作。這些工作表明，窯法磷酸工藝在理論上是沒有問題的，但在工業上突破還存在障礙，還需要繼續探索。

近些年來，在國家主管部門有效組織和大力支持下，中國一些大型企業與科研院所通力合作，取得了一批重大科技成果，提升了磷礦采選技術水平，但多數成果處于中試階段，部分工藝技術雖然達到了工業化應用程度，但尚未在整個行業廣泛地應用。如國內經過近年的協同攻關，由貴州甕福（集團）公司和貴州大學等共同承擔的復雜難處理磷礦資源高效開發利用及深加工關鍵技術研究，將加快推進中國中低品位磷礦的開發利用。復雜難處理磷礦資源高效開發利用及深加工關鍵技術研究是科技部批準的國家科技支撐項目，包括含稀土中低品位磷礦石富集分離關鍵技術研究、窯法磷酸和建筑材料聯產的生產技術示范工程等課題。項目研究內容涵蓋磷礦資源開采綜合利用、高效開發、廢棄物資源化利用、循環經濟、磷精細化工及材料科學等重要領域，為促進磷資源產業鏈發展和建立循環經濟，推進中國磷及磷化工產業可持續發展提供了技術支撐。又如云天化集團中國磷化集團有限公司以科學開發、合理利用磷礦資源、建設發展綠色礦業為己任，與武漢工程大學等多所高等院校、設計研究院（所）合作，加大中低品位磷礦浮選技術的研究開發力度和投入，在膠磷礦常溫浮選、回水利用、環境保護、技術經濟指標方面取得突破，獲得中低品位膠磷礦浮選產業化開發利用的成功。利用中低品位膠磷礦浮選產業化開發取得的成果、技術，設計建成海口200萬噸/年、安寧200萬噸/年兩套浮選裝置，標志著中國中低品位膠磷礦浮選已進入工業化、規模化開發利用階段。在資源支撐、采選規模、裝備水平、技術研發、工藝流程等方面比較優勢突出，發展前景良好（柏中能等，2010）。

低品位磷礦的開發利用應成為磷礦資源可持續開發利用戰略的最重要組成部分。中國有幾十億噸的中低品位磷礦資源亟待開發利用。而中國中低品位磷礦選礦開發和裝置建設剛剛興起，其是有效利用資源、提高資源利用率，使資源優勢轉變為經濟優勢的重要途徑。如何推動磷礦采選業的健康有序發展，發揮資源、裝置的效益和作用，配套相應政策支持是非常必要的。如中國中低品位膠磷礦浮選即將進入工業化開發利用階段，基礎相對薄弱，需要得到各級政府的關心、支持和幫助。特別針對磷及磷化工企業資源稅負擔過重、大量中低品位磷礦石難以開發和合理利用的現狀，呼吁政府主管部門制定出一個貧礦低稅，富礦高稅的級差征稅標準，以真正促進中低品位礦石的開發利用。磷礦資源稅改革亦應該充分考慮到中國磷礦資源“多而不富”的現狀，稅改政策應向中低品位磷礦開采、提高回采率以及低品位磷礦石富集利用等方面傾斜。遏制掠奪性開采，充分調動磷礦開采企業開采中低品位磷礦的積極性，提高磷礦資源的可持續開發利用和綜合利用水平，促進整個磷化工產業的可持續發展。

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[責任編輯 吳高君]