建設(shè)中的磷酸生產(chǎn)線
AUSP新型復合肥生產(chǎn)線
日前，在天津閉幕的中國國際礦業(yè)大會上，國土資源部發(fā)布的《2012中國礦產(chǎn)資源報告》在闡述我國國內(nèi)礦產(chǎn)品供應能力不斷增強的同時，也提出我國磷礦石資源“豐而不富”的問題。
2000年以來，在國家自然科學基金的持續(xù)資助下，四川大學教授、四川省磷化學與工程重點實驗室主任劉代俊課題組就以我國磷礦顆粒為對象，探究了對磷礦復雜體系進行有效反應和分離的問題，為我國中低品位磷礦綜合利用提供了科學依據(jù)。目前，在四川省及地方政府支持下，該團隊和一家企業(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)飼料級磷酸鈣鹽。
2011年，雖然我國嚴控化肥出口，但在世界磷肥市場需求量增加，價格高位運行的形勢下，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)濟發(fā)展需要的20個礦種之一。
目前我國可商品化的磷礦儲量37億噸，鄭州大學化工與能源學院教授侯翠紅按照目前的消耗速度估算，認為我國的磷礦儲量僅夠開采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。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，污染嚴重。面對這些資源與環(huán)境危機，迫切需要濕法磷酸技術(shù)領(lǐng)域有新的突破。
“總體來說，我國對磷礦資源利用的研究不是很多。不過四川大學在這方面有一定的優(yōu)勢，好幾位教授都做得不錯。”國家自然科學基金委員會化學科學部五處處長孫宏偉對《中國科學報》記者說，“劉代俊團隊也在科學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、運費高等問題。
“我們在實驗中發(fā)現(xiàn)，由于磷礦中分布一些雜質(zhì)，通過反應和擴散過程的耦合，磷礦系統(tǒng)的三相或兩相反應中會出現(xiàn)一些非線性特性。”劉代俊對《中國科學報》記者說，“一般動力學反應過程都是隨溫度的升高而加快，但在特定條件下，會發(fā)生相反的情況，宏觀反應過程將隨溫度升高而降低。這些過程可對磷礦進行有效的反應和分離。”
從2000年開始，劉代俊團隊在多項國家自然科學基金的資助下，以我國磷礦顆粒為主要研究對象，深入研究了磷酸系統(tǒng)中液固兩相體系的動力學過程及出現(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，劉代俊團隊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，對磷礦進行集成綜合，并按循環(huán)經(jīng)濟的原則建立了生態(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)在反應過程中被分離。該生產(chǎn)線將副產(chǎn)品——潔凈的高強度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，并進行局部運行。
“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，可達到98%。另一條生產(chǎn)線與其互補，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，“這兩個工藝分別超越美國和法國曾試驗過、但未工業(yè)化的流程，還有一些其他重要研究正在實施過程中。”
劉代俊所說的另一條互補生產(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和原創(chuàng)技術(shù)，如納濾分離、微乳分離、高鎂磷礦物理化學選別及回收技術(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，對我國磷化工生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。對于我國磷化工可持續(xù)發(fā)展，帶動地方經(jīng)濟，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基金給予具有創(chuàng)新性思路的重要支持。”
劉代俊認為，目前階段我國還有相當數(shù)量的企業(yè)技術(shù)較為薄弱，需要有科研機構(gòu)和大專院校進行前導性的研究與開發(fā)，再在此基礎(chǔ)上可進行合作與擴大研究。國家自然科學基金及時對新思路進行支持，為科研成果轉(zhuǎn)化提供了基礎(chǔ)。
“有了國家自然科學基金的支持，我們的團隊才有可能連續(xù)不斷地進行研究，同時也培養(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：磷礦石 資源)
