1、1重视和加强对中低品位磷矿的开发利用摘 要：磷矿是一种不可再生的战略资源。中国磷矿资源储量虽大，但富矿少，中低品位矿多。随着富矿资源开采的日渐枯竭，磷肥生产将不得不依赖杂质较多的贫矿资源，也就是说，中国磷资源即将迈入以中低品位矿开发利用为主的时代。因此，研究中低品位磷矿的合理使用和经济开发已成为磷及磷化工领域的前沿问题和当务之急。针对磷矿资源贫化趋势，重视和加强对中低品位磷矿的开发利用具有重要的现实意义。关键词：中低品位磷矿；最适耗竭；磷矿资源 中图分类号：F260 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）22-0040-04 磷矿资源是不可再生的战略性矿产资源，也是不可替代的
2、磷肥生产主要原料，直接关系到国家粮食生产安全。中国磷矿资源储量虽大，但富矿少，中低品位矿多。随着富矿资源开采的日渐枯竭，中国磷矿资源已经被国家列为 2010 年以后的紧缺资源。因此，针对磷矿资源贫化趋势，重视和加强对中低品位磷矿的开发利用具有重要的理论和实际意义。 一、磷矿资源现状及特点 （一）世界探明储量逐渐增加，摩洛哥、美国、中国是世界上主要的磷矿资源国 美国地质调查局每年公布的地质调查报告是世界资源研究者采2用的基础资料。从历年的报告中可以看出，世界磷矿资源探明总量随着技术的进步在增长，基础储量从 1998 年的 330108t 增长到 2002年 500108t，经济储量从 11010
3、8t 增长到 170108t。从全球来看，经济储量仅占基础储量的 1/3，这就意味着提高成本将获得更多的资源。 按照地质调查报告，世界磷矿资源主要分布在非洲、中国、美国和俄罗斯，其中中国和摩洛哥是世界上磷矿储量最大的国家，占世界磷矿经济储量的 72.3%，基础储量的 68%。中国经济储量位居世界第一，但这一数据中包含了低品位的矿石，所以高估了中国的磷矿资源数量。根据中国的统计数据，截至 2002 年底，中国保有磷矿资源储量为167.86108t，其中资源量 127.32108t，基础储量 40.54108t。在基础储量中，可开采量只有 21.11108t，其中品位大于 30%的富矿只有11.0
4、8108t。也有资料表明，中国真正可开采的富矿仅有 3108t。这就说明，中国磷矿资源可开采利用的基础储量只有 40.54108t，经济储量只有 21.11108t。虽然低于摩洛哥，但与美国相近，高于俄罗斯等国，仍处于世界前列。 （二）中国磷矿资源品质低于其他国家，且开采难度大 世界上 80%的磷矿石来自于沉积岩，其余来自于火成岩。摩洛哥和美国的磷矿资源全部是沉积岩，矿石品质高，且大部分为露天矿，适于机械化开采；而中国的磷矿资源 80%为沉积岩，其中 70%为中低品位的胶磷矿，地下开采约占总量的 60%以上，矿物颗粒细、嵌布紧密，有害杂质多，开采难度大。 世界磷矿的总体品位在 5%40%（P2
5、05）之间，大部分国家的磷矿石3品位都在 30%（P205）左右，俄罗斯的科拉磷矿（Kola） 、摩洛哥的布克拉磷矿、美国的佛罗里达以及非洲的一些国家都是富矿汇集的地区，有的矿石品位达到 39%（P205） ，一般都在 30%以上。中国的富矿主要集中在湖北的宜昌、云南的滇池和贵州的开阳，但是品位仅仅在 28%左右，全国的磷矿石平均品位只有 17%，可开采储量平均品位为 23%t，是世界上矿石平均品位最低的国家。 （三）中国磷矿资源分布集中度偏低，资源的运输和利用不便 中国磷矿主要分布在云南、贵州、湖北、四川、湖南 5 省，占全国总资源量的 74%。但重点是云南、贵州、湖北 3 个产磷省，占全国
6、资源量的 55%。云南是全国磷资源最丰富的省份，也仅占全国资源量的 21.5%。全国仅有的 11.08108t 富矿又分布在湖北、贵州和云南 3 省。以上 3个省除宜昌濒临长江之外，云南和贵州都属内陆高原，运输极为不便。而美国磷矿资源 57.9%集中在佛罗里达州，并且基本上都在中部地区，佛罗里达拥有众多的港口，其中坦帕港是世界上最大的化肥出口港口之一，为佛罗里达磷矿石和磷肥产品输出提供了良好的条件。摩洛哥磷矿资源70%以上集中在卡萨布兰卡东南地区，其磷矿品位基本上都大于 30%，而且出口可以方便地通过欧云港到达世界上任何地区。 综合比较中国、美国、摩洛哥 3 国磷矿资源可以发现，摩洛哥是世界上
7、磷矿资源最丰富的国家，磷矿石具有品位高、易开采、运输方便、分布集中等优点，但是矿石中重金属含量偏高。相比之下，美国和中国磷矿储量都不够丰富，而且富矿储量不大；但是美国磷矿却有分布集中、易于开采、运输方便的优点，同时品位比较高。中国富矿储量少、矿产4分布相对较分散、矿石品位低、开采难度大，运输困难。仅有重金属镉含量低的优点，综合看来，摩洛哥磷矿资源具有极强的竞争优势，而美国的磷矿资源也要优于中国。 （四）中国已经成为世界上磷矿生产量最大的国家，但是回采率极低，资源浪费严重 根据美国地质调查局的统计数据和 FAO 的统计数据，中国磷矿产量已经位居世界首位。但美国、摩洛哥等国的磷矿回采率可达 95%
8、98%，而中国占全国总产量 50%以上的中小型磷矿企业的回采率仅 30%，甚至更低，这对资源造成了极大的浪费。按照 2003 年的数据，如果统计开采量全部为小型企业的产量，以 30%的回采率计算，则开采 2 271104t 的磷矿实际消耗资源达到 7 570104t 以上，大型矿山的平均回采率按照81.9%计算，开采 2 447104t 磷矿实际消耗资源 2 988104t 以上，则2003 年中国磷矿资源实际消耗量已经达到 10 558104t。浪费的资源达到近 5 840104t，超过了磷矿石的消费量（张卫峰，2005） 。 （五）中国矿产开采集中度低、开工率低、规模化低、效率低 比较中国
9、、美国、摩洛哥三国磷矿资源开采状况，美国磷矿资源开采量主要集中在佛罗里达地区，其中 IMC、Cargill 和 PCS 占美国磷矿总产量的 2/3，再加上 Farmland/Hydro 和 CF 公司，占全国产量的 80%，根据 IMC 和 Cargill 现有的人员估计美国磷矿开采业人员不会超过 20 000人。摩洛哥磷矿生产主要集中在卡萨布兰卡东南的库里布加和西撒哈拉的布克拉，目前由 OCP 公司管理所有的开采和经营。而中国磷矿企业前五名的产量仅占总产量的 21%，产业集中度远低于美国和摩洛哥，人均产5量相当于美国的 1/3、摩洛哥的 2/3（张卫峰，2005） 。 二、重视和加强对中低品
10、位磷矿的开发利用 随着世界磷矿资源的逐渐枯竭，磷矿生产将不得不依赖于杂质较多的贫矿资源，因此低品位磷矿的开发利用显得非常迫切，低品位磷矿的大规模开发利用将势在必行而具有重要的现实意义。随着中国国民经济的快速发展，对磷资源的需求量也将不断扩大，而磷矿资源又在不断减少，特别是可直接利用的富矿资源越来越少，磷矿的价格也在不断上涨。就中国磷矿资源现状而言，通过重视和加强对低品位磷矿选矿加工利用研究，充分利用中国大量的低品位磷矿，对中国磷及磷化工业的可持续发展和磷矿资源的合理综合利用，避免资源浪费亦具有深远意义。 中国磷及磷化工产业已进入快速发展时期，主导产品磷矿、高浓度磷复肥、黄磷产量在世界同类产品产
11、量排位中已保持领先并移居首位。如中国磷矿产量已连续几年超过 1 500 万吨，居全国之首。中国磷矿资源丰富，但 90%以上都是难被后续深加工直接利用的中低品位磷矿石。专家预测，中国级品富矿维持不到十年的开采，富矿资源危机已明显凸现。随着中国国家级磷复肥基地的建成，对优质磷矿需求的迅速增长，优质富矿的消耗速度在不断加快。加快中国中低品位磷矿资源的选矿开发利用步伐已迫在眉睫，势在必行。 目前中国磷矿生产基本上能满足国内需求，但由于国际和国内高浓度磷复肥产量的增加，含量在 30%以上的磷矿资源日趋紧张。比如按照国家发改委对磷肥工业的发展要求， “十一五”末中国磷肥产量将达到 1 500 万吨，预计磷
12、矿资源的总需求量要达到 6 500 万吨。按这样的需求，6中国高品位磷矿只能满足到 2013 年底。为此，国土资源部已将磷矿列为2010 年后不能满足中国国民经济发展要求的 20 个矿种之一。而在中国磷矿资源中占大多数的中低品位磷矿都需要经过选矿富集才能生产出合格的磷精矿以供磷化工使用。贫矿开采出来后要经过破碎、磨矿、选矿，其处理费用高，按目前选矿技术以及生产 1 吨磷精矿价格计算，选矿企业只能保本或赚取很小一部分利润，甚至还有相当一部分选矿企业处于亏本状态。 中国表面上是一个磷矿富国，实际上却是一个磷矿穷国。有关数据显示，中国磷矿石储量和基础储量分别为 41 亿吨和 100 亿吨，分别占全球
13、的 27.14%和 21.28%。但由于中国富矿少、贫矿多，平均品位仅 17%。五氧化二磷大于 30%的富矿仅占 8.5%，不能直接利用的中低品位磷矿高达 90%以上。业内人士称，中国磷矿不能直接利用的资源储量高达 110 亿吨，同时中国又是世界上第一大磷肥生产国，每年消耗磷矿 5000 万吨以上，其结果是在整个磷矿开采行业，特别是中小磷矿企业，势必采用见效快的“采富弃贫”开发模式。据有关资料显示，1997 年全国磷矿加工企业使用的磷矿品位为 23.4%（P205 含量） ，1998 年陡然上升到28.9%，1999 年以后则高达 30%以上，严重到了中、低品位磷矿基本遗弃的程度。正是由于以上
14、中国磷矿资源开采的现状，通过选矿工艺富集成为中国中低品位磷矿综合利用的重要途径，全国磷矿资源大省都出台了相关政策，鼓励中低品位磷矿选矿工艺的发展，国家和地方政府的产业政策导向也都是要引导企业选矿工艺改良，因而对中低品位矿的利用应该在投入和税收方面有所倾斜，然而磷资源税“一刀切”的大幅度提高7却让众多选矿企业举步维艰。目前，云、贵、鄂都已具有近 1 000 万吨/年选矿能力，按每吨标准矿消耗 3 吨左右原矿测算，每吨标准矿将征收45 元左右的资源税，这大大增加了中低品位矿的利用成本。按照原矿征收资源税，将导致企业采富弃贫行为加剧，造成磷矿资源巨大浪费，与国家鼓励贫富兼采政策相背离。 中国磷矿不能
15、直接利用的资源储量高达 110 亿 t，同时中国又是世界上第一大磷肥生产国家，每年消耗磷矿 5 000 万 t 以上。其结果是在整个磷矿开采行业，特别是中小磷矿企业，势必采用见效快的“采富弃贫”开发模式。据统计，中国磷矿品位大于 30%的富矿仅为 8.57 亿 t，而每年采出的富矿占总开采量 60%以上，而每年损失的中低品位磷矿储量达 1.5亿 t。经过五十余年的大规模的开采，不仅造成磷矿资源极大的浪费，而且开采中诱发的地表开裂、崩塌、滑坡、地压、不均匀沉降与流动等灾变危害频繁发生，矿山生态环境破坏也日趋严重。因此，加强低品位磷矿高效安全绿色开采、加工利用工艺技术的研究，是实现磷矿业可持续健康
16、发展的需要。 中国小型磷矿生产企业的产量占总量的一半左右，这些企业普遍存在管理落后、技术薄弱、设备简陋等问题。为追求企业的眼前利益，出现“采易弃难” 、 “采富弃贫” 、 “富中选优”的状况，对矿山的破坏和资源的浪费十分严重；即使是大、中型磷矿生产企业，也还没有大规模利用中、低品位磷矿。如果在开采富矿的同时不对中、低品位磷矿进行综合利用，则今后利用的成本将更加昂贵，所以综合利用中、低品位磷矿是保护有限的磷矿资源最好的措施。 8中低品位磷矿开发的报随着全球磷矿资源紧缺性日益突出。中国低品位磷矿资源丰富，但如何加以利用却一直令业界人士困扰。如果我们不研究出开发、利用低品位矿石的有效途径，就会造成对
17、矿产资源的大量浪费，资源量总量将会大幅减少。但如何合理有效开发利用中低品位的磷矿是关系中国磷资源全局的战略问题。如何通过对低品位磷矿石的开发利用，以达到弥补磷资源不足，对磷及磷化工支柱产业的建设与发展具有重要意义。 三、几点思考与建议 中国磷矿资源的利用已从开发富矿转向中低品位矿。为最大限度地、合理地利用好磷矿这一宝贵的资源，合理开发利用中低品位磷矿将是今后很长一段时期内面临的重大任务。应进一步加强中低品位磷矿采、选技术科研开发工作。加大重介质选矿和浮选技术攻关，扩大入选经济品位，努力保护磷矿资源，开发应用低品位磷矿；研发复杂难处理磷矿资源高效开发利用及深加工关键技术，加快推进中、低品位矿石开
18、发利用，已经成为事关磷及磷化工产业乃至整个国民经济持续快速健康发展的当务之急。 目前，世界磷矿资源已逐步贫化，国内无论政府，还是企业对低品位磷矿的利用都日渐重视，如近期，美国亦重视和加强研发低品位磷矿利用新技术。如位于美国佛罗里达州米德堡的 JDC 磷肥公司（JDC Phosphate Inc.）就完成了使用 Improved Hard Process（IHP）来改进磷酸的生产与加工技术的应用。据了解，此技术可以利用低品位的磷矿石，甚至是前期已开采磷矿的废料。据该公司称，IHP 的技术可以将磷矿9生产磷肥的利用率提高近 3 倍。而且，JDC 公司的 IHP 技术不会生产出磷石膏副产品。 一些专
19、家预测，作为磷肥生产的原料磷矿石将在 2030 年达到可开采资源的顶峰。据美国地理调查的报道，像 IHP 这样的技术创新将延长一些国家对可回收磷矿资源的使用寿命，因为大量磷矿很可能从现在的磷石膏中回收，或者有效提高资源利用率。 目前国外对于易选矿大都采用选矿的方法加以分离，如南非从磷矿中分离出镁、锆石、铜等。中国磷矿大都伴生多种元素，如铁、铝、镁。中国许多矿中含镁较高，有些磷矿经选矿后，尾砂高达 15%左右。还有相当多的低品位矿晶粒细小，属于难选矿。除此之外，中国一些含稀土磷矿也令人值得注意。如西南地区陆续发现一些特殊的磷矿，主要分布在滇东、黔西和川西南，它们虽然品位低，一般 P205 含量均
20、在十几左右，但却含有较高的稀土。如贵州新华磷矿就是一个特大的低品位磷矿，产出于早寒武纪梅树村阶及筇竹寺阶底部含磷岩系，磷矿储量约 13 亿吨。伴生的稀土氧化物储量上百万吨，其中重稀土氧化钇占 31.62%。仅次于内蒙白云鄂博，名列全国第二，具有很大的开发价值。稀土元素在新的技术革命和经济发展浪潮中具有诱人的应用前景，也是中国具有世界性优势的矿产，但也正以惊人的速度枯竭，有关部门已对许多稀土矿山禁开以保护资源。在这种情况下，重视对中低品位含稀土磷矿的综合开发利用具有重要的意义。 中低品位磷矿大都晶粒细小，属难选矿，若进行选矿，磷损失接近50%。为此，美国 Kennedy、Gdnevich、俄罗斯
21、 Dolgonosov 等人提出了对中低品位磷矿磷矿不经选矿直接进行湿法加工的思路。目前作为中试报10导的只有美国磷酸盐工程建设公司（PECO） ，SASKATCHEWAN 公司（PCS）开发的新流程，可开采利用含 10% P205 的低品位磷矿。目前该公司已对美国、加拿大以及卡拉塔乌地区的低品位磷矿进行中试评价。国内四川大学对低品位磷矿的湿法处理已开展长期的研究，主要针对高硅、高镁、高铁铝成分的低品位磷矿进行系统的研究，通过回收矿中的有用杂质来降低成本；或者抑制矿中的杂质不让其进入磷酸，以提高磷酸质量。近来针对高硅磷矿及获得纯净石膏的新流程获得了重要的进展，目前也已通过中试。 热法加工主要问
22、题是能耗较大，如何能够设法节能降耗，也是较好的途径。如磷酸生产可以走热法加工的工艺路线，一般是采用磷矿配料后在电炉中进行还原性煅烧，获得气态磷，再经氧化后被水吸收得到磷酸，通常含磷酸 85%，一般称热法磷酸。磷矿还原为黄磷的过程是吸熟反应，需要大量的外加热量，而磷的氧化过程是放热反应，此热量一般用冷却水带走，因此总能耗很大。美国 20 世纪 60 年代提出窑法磷酸（CDK）的加工思路，即是在窑中将还原和氧化结合，直接得到磷酐，然后经吸收得到磷酸。19781982 年，美国西方石油公司在威斯康新进行中间试验，重点是在回转窑内有效地隔离氧化区和还原区，使磷的还原和氧化同时顺利完成，并充分利用其反应熟，但未取得满意的成果。中国南化集团设计院江善襄等人在陶瓷制品釉泡工艺的启发下，提出采用包裹层来隔离氧化区和还原区。1996 年在原国家计委的安排下，由长沙矿冶研究院与江西磷肥厂合作采用回转窑进行 200t/y 磷酸扩大试验。20052007 年期间，在中国保康磷矿建设和试验年产 1 万吨的回转窑生
