中國磷礦開發(fā)利用現(xiàn)狀

張漢泉，周 峰，許 鑫，肖林波，金艷鋒，余 洪*

1.武漢工程大學資源與安全工程學院，湖北 武漢 430074；2.湖北三寧化工股份有限公司，湖北 枝江 443206

1 我國磷礦資源特點

1.1 分布規(guī)律

我國磷礦資源總儲量十分豐富，目前主要磷礦產(chǎn)地全國已發(fā)現(xiàn)的有500 多處，其中重要的磷礦賦礦層位多達20 余個。據(jù)《2015 中國礦產(chǎn)資源報告》統(tǒng)計結(jié)果，截止2014 年底全國磷礦已查明的資源儲量高達214.50 億噸，比2010 年查明的資源儲量增長了28.20 億噸［9］。

中國的磷礦主要分布在云南、貴州、四川、湖北和湖南5 個省。5 個省磷礦資源總儲量占全國總量的80%左右。五省磷礦資源中2017 年新探明儲量湖北磷礦總儲量位居全國第一［10］，云南省，貴州省兩省磷礦質(zhì)量最好。我國現(xiàn)有磷礦資源儲量中品位（P2O5）大于30%的富礦僅有13.7 億噸，占目前探明儲量的7%，磷礦石的平均品位僅為16.85%［11-13］。據(jù)不完全統(tǒng)計截止2019 年底，全國主要省區(qū)磷資源分布如圖1 所示。

從資源儲量構(gòu)成來看云南磷礦品位低于30%的磷礦占89%，而低于25%的中、低品位礦石約占80%左右，典型的磷礦床有昆陽磷礦［14］。貴州省磷礦資源儲量豐富，質(zhì)量上乘，但數(shù)量比云南略少。根據(jù)貴州磷礦資源的分布特點形成了4 個典型的磷礦區(qū)［15］：開陽-息烽磷礦區(qū)、甕安-福泉磷礦區(qū)、織金-清鎮(zhèn)磷礦區(qū)和銅仁-松桃磷礦區(qū)。湖北磷礦主要分布在鄂西和鄂東北地區(qū)［16］，最主要的礦區(qū)是宜昌［17-18］、荊襄、?？?、興山和大悟這5 大礦區(qū)，其中宜昌礦區(qū)的保有磷礦儲量最多，占全省儲量的50.23%。

1.2 礦石類型

磷礦按成因大致可以分為三大類型：一是海相沉積型磷塊巖，這類礦石儲量最多也是目前最重要的磷礦石原料，平均品位在30%以上，全世界磷的生產(chǎn)幾乎都來自沉積型磷塊巖；二是巖漿磷灰?guī)r，該類磷礦的磷灰石是由火山噴發(fā)的堿性混合物形成，儲量也十分龐大，但規(guī)模較海相沉積型磷礦石稍??；三是鳥糞堆積形成的磷塊巖，這是海鳥和蝙蝠的糞便與石灰石相互作用最終演變形成的鈣質(zhì)型磷塊巖［19］。

我國磷礦中巖漿巖型磷灰石僅占磷礦總儲量的7%，這類礦石的可浮性較好，但沉積型磷塊巖（俗稱膠磷礦［20］）占總儲量的70%左右，屬于比較難選的磷礦類型。膠磷礦礦石中有害雜質(zhì)含量高、礦石顆粒細小、膠結(jié)共生普遍、嵌布緊密、選別異常困難。除了極少數(shù)的富礦可以直接深加工利用以外，絕大部分都是中低品位礦石，都需要經(jīng)選礦才能被進一步地開發(fā)和利用［21-23］。根據(jù)國家實物地質(zhì)資料館資料顯示，典型磷礦床篩選的大致名錄見表1［24］。

2 我國磷礦資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 磷礦儲量和產(chǎn)量現(xiàn)狀

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局資料統(tǒng)計，2016 年全球磷礦石產(chǎn)量為22.30 億噸，產(chǎn)量排名前三的國家依次是中國52.92%、摩洛哥和西撒哈拉11.50%、美國10.66%。3 個國家總產(chǎn)量占到全球磷礦石總產(chǎn)量的75.08%，產(chǎn)業(yè)集中度非常高。全球各國磷礦資源儲量和產(chǎn)量見表2［25-26］。

雖然目前我國已成為世界上第二大磷礦資源儲量國和世界第一磷礦產(chǎn)量國，但隨著目前高品位磷礦資源開采枯竭，剩余易選的中低品位磷礦石的開采量在逐年增加。目前這種大規(guī)模的開采，高產(chǎn)量的生產(chǎn)模式必將導致我國磷礦企業(yè)未來的形勢越來越嚴峻。資料顯示，目前全球的大型磷礦企業(yè)的加權(quán)平均生產(chǎn)成本統(tǒng)價值大約為57 USD/t，中國是38 USD/t［27］，生產(chǎn)成本雖然目前暫時低于全球平均水平，但由于各種各樣的原因中國磷礦生產(chǎn)成本有逐步增加的趨勢。隨著全球磷礦市場供過于求和摩洛哥、沙特等國優(yōu)質(zhì)的磷礦資源大規(guī)模開發(fā)利用，目前磷礦產(chǎn)業(yè)低迷局面的情形仍將持續(xù)存在甚至會加重。

2.2 磷礦開采現(xiàn)狀

磷礦資源合理開發(fā)利用中“三率”是指磷礦開采回采率、選礦回收率和綜合利用率三項因素，是評價磷礦企業(yè)開發(fā)利用磷礦資源效果的主要指標。衡量一個國家礦產(chǎn)開發(fā)水平的重要標準是采礦回采率，而礦產(chǎn)的回采率又與企業(yè)大小有直接的關(guān)系。根據(jù)磷礦“三率”指標要求，磷礦地下開采和露天開采的回采率依次不能低于72%和93%［28］。

三是農(nóng)民水費支出減少，促進了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。水價改革實施后，農(nóng)戶的平均水費支出由30.58元/畝降至20.7元/畝。當陽市半月燎原項目區(qū)實施前，水費畝支出51元，占畝均純收益的9%。項目實施后，水費畝支出28.5元，占畝均純收益的3.5%。

表1 國家實物地質(zhì)資料庫中磷礦床篩選名錄Tab.1 Part list of phosphate deposits in China geological sample information

表2 全球2016 年磷礦資源儲量和產(chǎn)量分布Tab.2 Global distribution of phosphate resources reserves and production in 2016

然而目前我國僅有為數(shù)不多幾家大型礦山采礦回采率接近當前國際水平［29-30］。甕福磷礦、晉寧磷礦和黃麥嶺磷礦露天開采的回采率都可以達到95%以上［31-32］。開陽磷礦井下開采的磷礦回采率可達70%。按照目前的生產(chǎn)規(guī)?，F(xiàn)狀分析，我國磷礦大型、中型、小型礦山的平均開采回采率依次為86.45%、83.85%、75.53%。小型礦山的平均開采回采率最低，并且開采水平參差不齊，大多在50%左右，有的甚至只有30%。大型礦山的平均開采回采率顯著高于中型礦山和小型及以下礦山的平均開采回采率。露天開采的平均開采回采率要明顯高于聯(lián)合開采和地下開采的平均開采回采率。

2.3 磷礦選礦現(xiàn)狀

目前我國含磷礦物中利用價值最高的磷礦類型是沉積型磷塊巖，但是該類礦石含磷礦物主要是膠磷礦，脈石礦物是碳酸鹽，硅酸鹽和泥質(zhì)礦物等［33-36］。因此必須通過選礦的方法才能進一步深加工利用。依據(jù)性質(zhì)的不同對于不同類型磷礦石，采取不同的處理辦法，目前我國的磷礦選礦方法主要以浮選法為主，“擦洗脫泥”工藝、重力選礦、焙燒-消化工藝、化學浸出技術(shù)、光電揀選和聯(lián)合選礦工藝為輔的多種選礦方法。

常用的浮選方法主要有正反浮選法和雙反浮選法。羅惠華等［37］在處理大峪口難選磷礦時采用正反浮選。對大峪口原礦P2O5品位22.28%的磷礦進行浮選處理，獲得了P2O5品位為30.68%的精礦，精礦回收率為83.66%的選礦指標。劉朋等［38］對四川某地區(qū)的磷礦進行浮選試驗研究。采用雙反浮選流程，最終獲得了P2O5品位為32.25%的精礦，回收率為82.21%的閉路試驗指標，實現(xiàn)了目的礦物與脈石的分離。磷礦重選技術(shù)工藝在我國磷礦選礦中也有一定的應用。最早在湖北地區(qū)建成的第一座磷礦重介質(zhì)選廠，主要采用磁鐵礦作為介質(zhì)加重劑，采用重介質(zhì)旋流器作為磷礦分選設(shè)備［39］。

儲量占比大和含有硅質(zhì)脈石的混合型磷礦的選別十分困難［40］，選礦方面的研究大多著眼于新藥劑的開發(fā)和在原有藥劑的基礎(chǔ)上進行改性。生產(chǎn)無毒、綠色環(huán)保藥劑的研究正越來越被人們所重視［41］。

2.4 磷礦產(chǎn)業(yè)格局現(xiàn)狀

世界上84%～90%的磷礦用于生產(chǎn)各種各樣的磷肥，各個國家的磷礦產(chǎn)業(yè)格局大小和類型各不相同。諸如美國弗洛里達優(yōu)質(zhì)磷礦，經(jīng)過簡單的選別后即可用于制作磷肥和高端磷化工產(chǎn)品。中國目前的磷資源消費結(jié)構(gòu)模式較為單一，仍以磷肥為主，其他化合物為輔的產(chǎn)業(yè)格局。產(chǎn)業(yè)布局中磷肥、黃磷、磷酸鹽和磷化物的比例依次是71%、7%、6%和16%［42-43］。

我國農(nóng)業(yè)對磷肥的需求量越來越大，磷肥生產(chǎn)對磷礦的需求量在逐年增長［44］。磷肥產(chǎn)量和磷礦石量關(guān)系預測如表3 所示。從表2 磷礦資源儲量和產(chǎn)量、表3 磷肥生產(chǎn)與磷礦石量關(guān)系預測表和磷礦產(chǎn)業(yè)格局分布來看，目前我國有相當一部分的優(yōu)質(zhì)磷礦石被用于生產(chǎn)各種類型的普通磷肥。雖然滿足了磷肥生產(chǎn)對糧食生產(chǎn)的供應，但明顯存在“優(yōu)礦劣用”的浪費現(xiàn)象。除此以外，雖然我國磷化工企業(yè)數(shù)量十分龐大，但我國濕法磷酸凈化技術(shù)以及精細磷化工加工技術(shù)普遍比較薄弱，現(xiàn)階段難以生產(chǎn)出大規(guī)模高端、高精細的磷化工產(chǎn)品。磷化工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布現(xiàn)狀不夠合理，附加值比較低的無機磷化工產(chǎn)品占比大，而附加值高的有機磷產(chǎn)品的比例較?。?5-46］。

表3 磷肥和磷礦石需求量關(guān)系預測表Tab.3 Demand prediction between phosphate fertilizer and phosphate ore

3 磷礦開發(fā)利用中現(xiàn)存問題

隨著目前節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展觀念越來越深入人心，我國磷礦資源的開采從原來“采富棄貧”粗放式的開采逐漸轉(zhuǎn)為科學規(guī)劃，有效利用的開采方式。選礦方面加深了國際化的合作研究，取得了一系列的研究成果，磷化工產(chǎn)品也逐漸呈現(xiàn)出多元化的趨勢。2019 年興發(fā)集團湖北興福電子材料有限公司技術(shù)創(chuàng)新取得重大突破，電子級磷酸順利通過了中芯國際12 寸（30.48 cm，工藝術(shù)語）28 nm 先進制程工藝的驗證測試。這意味著興福電子級磷酸產(chǎn)品將進一步覆蓋了國內(nèi)中高端市場，為實現(xiàn)建設(shè)世界一流電子化學品材料企業(yè)目標邁出了堅實的一步。但在這個發(fā)展過程中目前我國磷礦開發(fā)利用仍存在一些亟待解決的問題［47］：

1）目前我國磷礦整體開發(fā)利用仍然存在個體礦山規(guī)模小、粗放式開發(fā)、規(guī)模優(yōu)勢和整體效應不強的現(xiàn)象。處于礦業(yè)市場復蘇、資源供給、利潤空間等多重因素的影響下，全球磷礦價格短期內(nèi)很難大幅度上漲。

2）智能化采礦技術(shù)和大型化設(shè)備裝備水平參差不齊，同澳大利亞等發(fā)達國家相比，開采技術(shù)、裝備水平和資源利用水平等多個方面存在不小的差距。“采富棄貧”、掠奪性開采、破壞資源環(huán)境的情況時有報道。

3）選礦工藝過程中脫出硅酸鹽雜質(zhì)的技術(shù)還具有一定的局限性，難以優(yōu)質(zhì)選別儲量較大的含有硅酸鹽脈石礦物的膠磷礦；目前浮選藥劑普遍存在耐低溫性差、浮選用量大的現(xiàn)象；除此之外，對于磷礦中富含的其他有價元素和物質(zhì)的研究還不夠深入。

4）受經(jīng)濟水平和工藝條件的制約，目前濕法磷酸的凈化工藝尚不能大規(guī)模的工業(yè)化推廣。精細化，深度加工工藝和配套設(shè)施不夠完善，高端磷化工產(chǎn)品的研發(fā)有待進一步加強。

4 磷礦未來開發(fā)利用建議

1）磷礦資源開發(fā)利用工作者應該重視磷礦資源的稀缺性和礦產(chǎn)資源的不可再生性，對于磷礦資源的開發(fā)利用要做到及早規(guī)劃、控制總量、提升質(zhì)量、保護環(huán)境。合理利用我國磷礦資源，使磷礦資源經(jīng)濟成為循環(huán)經(jīng)濟的典范。

2）磷礦的開采要盡可能提升采礦回采率、控制采礦量、減少資源的浪費。要密切關(guān)注國際磷礦石的生產(chǎn)情況，在技術(shù)、經(jīng)濟條件允許的情況下盡可能的采用進口礦石，限制高品位磷礦石的出口。要加快推進智能化、數(shù)字化和綠色礦山的建設(shè)進程，加大對現(xiàn)有礦山的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)改造的投入，提高化學礦山的裝備水平。加強對磷礦礦山的監(jiān)督管理，制定和完善磷礦礦山采礦標準和礦山回采率的考核制度。嚴格控制磷礦石和磷肥的新增產(chǎn)能，淘汰技術(shù)落后的部分產(chǎn)能，按區(qū)域整合或關(guān)閉一部分小型的磷礦企業(yè)，減少磷礦開采對環(huán)境帶來的污染。

3）選礦方面要注重研究脫硅藥劑和新型浮選工藝的開發(fā)、注重礦石中其他伴生或共生元素鈾、碘、鐵、鈦、稀土等的綜合利用、重視選礦尾礦和磷石膏的綜合開發(fā)利用，盡可能的減少固體廢棄物的產(chǎn)量和加大資源利用化程度。加強磷礦固體廢棄物的資源調(diào)查，為磷礦固體廢棄物綜合利用和可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。研究推廣中低品位磷礦的富集和制酸技術(shù)。

4）以目前供給側(cè)改革為契機促進磷資源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，注重對生產(chǎn)模式的革新。以提高生產(chǎn)率為基礎(chǔ)，積極實現(xiàn)磷資源的合理利用和配給。積極推動磷礦深度加工產(chǎn)業(yè)，推動精細產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級，將磷礦資源進行充分的深加工，以滿足國內(nèi)、國外市場的巨大需求，創(chuàng)造經(jīng)濟價值。磷資源深度加工工藝要緊緊圍繞提高相關(guān)裝置產(chǎn)能、濕法磷酸凈化和副產(chǎn)物氟、硅等多元素綜合利用技術(shù)的方向發(fā)展。大力推進電子級磷酸的工業(yè)化生產(chǎn)和有機磷產(chǎn)品的研發(fā)。受磷礦資源儲量和開采現(xiàn)狀制約，目前更應該增持低濃度復合磷肥的比例來減少對高品位磷礦資源的開發(fā)。通過稅收政策鼓勵或支持對中低品位磷礦資源的利用。