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我国磷矿资源高效利用技术的研究进展 0 中低综合金融资源利用现状 磷矿资源是生产磷酸和精细磷化工的物质基础，不可再生，在粮食生产和磷化工中发挥着极其重要的作用。这是国家的重要战略资源。我国磷矿资源储量丰富, 但富矿资源少, 主要为中低品位磷矿, 其中品位大于30%的富矿仅占总储量的7%, P2O5品位为26%以下的中低品位磷矿, 约占90%。据预测, 30%的富矿仅能维持10~15年, 经济储量仅能维持40年左右, 国土资源部已将磷矿列为我国2010年后不能满足国民经济发展需要的20种矿产品之一[7~9]。因此为确保我国粮食安全和磷化工工业的可持续发展, 必须在中低品位磷矿资源的节能、高效利用上取得突破。 近年来, 国内外对中低品位磷矿资源的高效利用开发日益重视, 且在磷矿粉和磷肥产品的利用技术研究上取得了较大的进展, 从理论和实践上为提高磷肥利用率和高效利用中低品位磷矿资源奠定了基础。本文对近年来国内外中低品位磷矿直接利用新技术的研究成果进行了总结和评述, 为促进该领域的技术发展提供研发思路。 1 中低身份磷矿的开采效益高 在磷矿消费结构中, 75%~80%用于肥料生产, 目前, 形成了以酸分解生产水溶性磷肥 (包括过磷酸钙、重过磷酸钙、硝酸磷肥、磷铵等) 和热法生产枸溶性磷肥 (包括钙镁磷肥、钢渣磷肥、脱氟磷肥等) 为主的生产技术体系。大部分磷矿必须经选矿富集后才能满足磷酸和高浓度磷肥生产要求, 但磷矿的选矿富集存在以下问题:一方面, 绝大多数磷矿属于沉积岩型磷矿, 选矿难度大, 选矿成本高;另一方面, 选矿过程中要损失相当数量的磷, 而且磷矿品位越低, 精矿品位越高, 选矿过程中磷的损失越大。除此之外, 选矿留下的大量尾矿如不妥善处理, 具有较大的环境风险, 会对土壤和水体环境造成严重污染;另外尾矿中还含有大量的磷、镁及其他营养元素得不到有效利用, 造成资源大量浪费。 将中低品位磷资源用于磷肥生产, 高品位、易加工的磷资源用于磷化工、磷化学品的合成的资源利用方式可能更为合理。一方面, 可充分利用中低品位磷矿, 避免了选矿带来的高成本和尾矿带来的环境风险;另一方面可消除选矿造成的磷素损失, 可提高磷资源的利用率, 延长磷矿的开采寿命, 充分利用磷矿中的钙、镁、硅、铁及其他微量元素。因此, 中低品位磷矿的非选矿直接利用技术对缓解磷资源危机, 促进磷化工行业节能减排, 实现可持续发展具有重要的意义。 1.1 物理方法 1.1.1 对磷矿粉的增注和控制 对于水溶性磷含量较少的中低品位磷矿粉, 其生物有效性低, 不宜直接施用。将高水溶性磷肥与磷矿粉按照适当比例干掺混合或挤压造粒后, 能有效提高其水溶性磷的含量。一方面, 在生长发育前期, 作物可从过磷酸钙等水溶性肥料中获取速效磷, 以满足生长初期的需要, 促进根系健康生长;另一方面, 当根系周围的水溶性磷减少时, 健康的作物根系通过分泌植物酸溶解磷矿粉, 进一步利用磷矿粉中的磷素。混合肥料中水溶性磷肥含量比例可根据实际需要适当调整, 通常控制在25%~50%, 可有效提高磷矿粉的肥效。Prochnow等研究表明, 将磷矿粉与过磷酸钙按质量比50∶50混合或挤压造粒后施用, 与单施过磷酸钙的肥效相当, 将磷矿粉与过磷酸钙挤压造粒后施用的效果比混施更好。 1.1.2 氧化硫杆菌在磷矿粉中的使用 将磷矿粉与硫磺、石膏和低品位硫铁矿等含硫材料混合施用, 元素硫在土壤水分、空气及微生物的作用下可形成硫酸, 能有效促进磷矿粉中难溶性磷的溶解、释放, 提高磷矿粉的肥效。其中土壤水分含量、含氧量、微生物群落以及含硫材料的细度是影响硫素氧化速度的主要因素。Jones等将氧化硫杆菌接种到研制出的含磷矿粉和细硫粉的颗粒肥料中, 显示出较好肥效, 宜在牧场和草地施用。吴崇书等在红壤水田中的研究显示, 将磷矿粉和硫肥混合施用, 油菜籽产量可提高8.5%~21.1%。 1.1.3 对磷矿粉的增注效果 磷矿粉通过粉碎加工, 能显著提高磷矿的比表面积, 破坏磷矿的晶体结构, 使其具有普通磷矿粉所不具有的物理化学性质, 从而提高磷的溶解与释放能力, 有利于磷矿粉的进一步加工。国林涛等对超微细磷矿粉的肥效研究表明, 与普通磷矿粉相比, 超微细磷矿粉能显著促进玉米幼苗生长, 提高磷利用率, 显著提高土壤有效磷含量。齐美娟等的褐土盆栽试验表明, 超微细磷矿粉能显著提高土壤速效磷含量和生物有效性, 且磷矿粉有效性磷含量、水溶性磷含量及土壤速效磷含量随颗粒细度的减少而增加, 特别是颗粒细度在20μm以下时, 磷矿粉的有效磷和水溶性磷含量提高幅度较大。 1.2 化学方法 1.2.1 部分磷矿的用量及用量 将磷矿粉直接用硫酸、磷酸、硝酸, 或其混酸进行部分酸化, 能够促使磷矿粉中的难溶性磷部分转化为水溶性磷和枸溶性磷, 未经转