日前，在天津閉幕的中國國際礦業(yè)大會(huì)上，國土資源部發(fā)布的《2012中國礦產(chǎn)資源報(bào)告》在闡述我國國內(nèi)礦產(chǎn)品供應(yīng)能力不斷增強(qiáng)的同時(shí)，也提出我國磷礦石資源“豐而不富”的問題。 

2000年以來，在國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助下，四川大學(xué)教授、四川省磷化學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉代俊課題組就以我國磷礦顆粒為對(duì)象，探究了對(duì)磷礦復(fù)雜體系進(jìn)行有效反應(yīng)和分離的問題，為我國中低品位磷礦綜合利用提供了科學(xué)依據(jù)。目前，在四川省及地方政府支持下，該團(tuán)隊(duì)和一家企業(yè)合作，在四川井研建立的生態(tài)型工業(yè)園完成主體建設(shè)，其中兩個(gè)生產(chǎn)線獲得重要突破。 

磷礦資源“豐而不富” 

目前我國磷礦產(chǎn)量的77%用于加工生產(chǎn)磷肥，16%用于生產(chǎn)黃磷，其余的7%用來生產(chǎn)飼料級(jí)磷酸鈣鹽。 

2011年，雖然我國嚴(yán)控化肥出口，但在世界磷肥市場(chǎng)需求量增加，價(jià)格高位運(yùn)行的形勢(shì)下，全國磷肥產(chǎn)量仍在增長，上游磷礦石消耗量也大幅上升。 

盡管我國磷礦資源豐富，但品位低，雜質(zhì)多，是世界磷礦石品位最低的國家之一。國土資源部早已將磷礦列為2010年后不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的20個(gè)礦種之一。 

目前我國可商品化的磷礦儲(chǔ)量37億噸，鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院教授侯翠紅按照目前的消耗速度估算，認(rèn)為我國的磷礦儲(chǔ)量?jī)H夠開采30年。 

隨著我國磷礦資源消耗過快，中低品位磷礦資源日漸成為企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。但我國現(xiàn)有濕法磷酸工藝要求磷礦品位高，雜質(zhì)含量少。另一方面，濕法磷酸工藝的磷石膏堆積量大，污染嚴(yán)重。面對(duì)這些資源與環(huán)境危機(jī)，迫切需要濕法磷酸技術(shù)領(lǐng)域有新的突破。 

“總體來說，我國對(duì)磷礦資源利用的研究不是很多。不過四川大學(xué)在這方面有一定的優(yōu)勢(shì)，好幾位教授都做得不錯(cuò)。”國家自然科學(xué)基金委員會(huì)化學(xué)科學(xué)部五處處長孫宏偉對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》記者說，“劉代俊團(tuán)隊(duì)也在科學(xué)基金前期資助的基礎(chǔ)上，在成果轉(zhuǎn)化方面取得很好的成果。”

發(fā)現(xiàn)“奇異現(xiàn)象” 

對(duì)大量中低品位磷礦石基本有兩種處理方法。一種是經(jīng)過選礦后，達(dá)到品位要求后，用來生產(chǎn)磷肥。而我國85%以上的磷礦五氧化二磷含量低于25%，大部分磷礦必須經(jīng)過選礦富集后才能滿足磷酸和高濃度磷復(fù)合肥生產(chǎn)需求。而且選礦技術(shù)難度大，成本也不能忽略。 

而直接利用低品位磷礦生產(chǎn)的磷肥存在總養(yǎng)分低、水溶磷含量低、耗酸耗能高、運(yùn)費(fèi)高等問題。 

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于磷礦中分布一些雜質(zhì)，通過反應(yīng)和擴(kuò)散過程的耦合，磷礦系統(tǒng)的三相或兩相反應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)一些非線性特性。”劉代俊對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》記者說，“一般動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過程都是隨溫度的升高而加快，但在特定條件下，會(huì)發(fā)生相反的情況，宏觀反應(yīng)過程將隨溫度升高而降低。這些過程可對(duì)磷礦進(jìn)行有效的反應(yīng)和分離。” 

從2000年開始，劉代俊團(tuán)隊(duì)在多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金的資助下，以我國磷礦顆粒為主要研究對(duì)象，深入研究了磷酸系統(tǒng)中液固兩相體系的動(dòng)力學(xué)過程及出現(xiàn)的一些奇異現(xiàn)象。這些研究為中低品位磷礦的綜合利用提供了科學(xué)依據(jù)。

形成“正循環(huán)” 

在大量基礎(chǔ)研究工作的基礎(chǔ)上，劉代俊團(tuán)隊(duì)又在四川省及地方政府的大力支持下，與四川福斯科技公司合作，對(duì)磷礦進(jìn)行集成綜合，并按循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則建立了生態(tài)型工業(yè)園。 

2012年9月，該生態(tài)型工業(yè)園基本完成了主體建設(shè)。這個(gè)年產(chǎn)2萬噸五氧化二磷的新型半水二水濕法磷酸生產(chǎn)工藝建成后，將不再產(chǎn)生黑灰色磷石膏，其中大量雜質(zhì)在反應(yīng)過程中被分離。該生產(chǎn)線將副產(chǎn)品——潔凈的高強(qiáng)度α半水石膏直接用于建筑材料，如建筑石膏粉、石膏板等，還可進(jìn)一步加工成無水石膏晶須，作為紙張、塑料生產(chǎn)的原料。該工藝生產(chǎn)的磷酸濃度可達(dá)到40%，省去了蒸發(fā)濃縮過程。目前這一生產(chǎn)線已基本建成，并進(jìn)行局部運(yùn)行。 

“與福斯公司結(jié)合后，研究成果迅速被產(chǎn)業(yè)化。其中新型半水二水生產(chǎn)線的磷收率大為提高，可達(dá)到98%。另一條生產(chǎn)線與其互補(bǔ)，利用磷礦和濕法工藝中的殘磷化合物作為磷源生產(chǎn)肥料，同樣沒有磷石膏污染。”劉代俊說，“這兩個(gè)工藝分別超越美國和法國曾試驗(yàn)過、但未工業(yè)化的流程，還有一些其他重要研究正在實(shí)施過程中。”

劉代俊所說的另一條互補(bǔ)生產(chǎn)線，是該工業(yè)園區(qū)新建的年產(chǎn)3萬噸尿硫磷基復(fù)合肥（AUSP）生產(chǎn)線，它可以消耗磷酸生產(chǎn)線中可能出現(xiàn)的含磷廢渣，目前該生產(chǎn)線也開車成功。 

“園區(qū)中還將集成多種引進(jìn)和原創(chuàng)技術(shù)，如納濾分離、微乳分離、高鎂磷礦物理化學(xué)選別及回收技術(shù)等。園區(qū)建成后，將成為我國生態(tài)型化工模式的示范基地之一，對(duì)我國磷化工生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。對(duì)于我國磷化工可持續(xù)發(fā)展，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)，節(jié)能減排都具有重要意義。”劉代俊說，“而這一切源于國家自然科學(xué)基金給予具有創(chuàng)新性思路的重要支持。” 

劉代俊認(rèn)為，目前階段我國還有相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)技術(shù)較為薄弱，需要有科研機(jī)構(gòu)和大專院校進(jìn)行前導(dǎo)性的研究與開發(fā)，再在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行合作與擴(kuò)大研究。國家自然科學(xué)基金及時(shí)對(duì)新思路進(jìn)行支持，為科研成果轉(zhuǎn)化提供了基礎(chǔ)。 

“有了國家自然科學(xué)基金的支持，我們的團(tuán)隊(duì)才有可能連續(xù)不斷地進(jìn)行研究，同時(shí)也培養(yǎng)了一批博、碩士研究生。而科研成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)生后，又進(jìn)一步為基礎(chǔ)研究創(chuàng)造條件，促成新思路、新技術(shù)的成熟。”劉代俊說。

(關(guān)鍵字：磷礦資源)