【资讯】贵州科学院化工研究院助推磷化工产业转型升级技术攻关破瓶颈 中低品位磷矿高效综合利用
时间：2021-12-16 10:31
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谈到磷这个元素，很多人一开始想到的恐怕就是化肥，毕竟磷是现代农业不可或缺的元素，而磷却不仅仅只适用于农业，随着全球新能源汽车的蓬勃发展，磷化工随之崛起，面对全球磷矿资源稀缺性日渐显现的挑战和越来越高的环保要求，除富矿开采之外，把磷尾矿作为一种二次资源，进行合理开发利用有着至关重要的作用与意义。
近日，贵州科学院下属单位贵州省化工研究院发布最新科研成果——“中低品位磷矿高效综合利用技术”，颠覆传统，从源头提质减量或避免磷石膏产生。
破局技术攻关引领产业革命
我国磷矿储量居世界第二位，但约80%为不可直接利用的中低品位磷矿。由于对优质资源的过度开采使得可利用资源品位贫化速度加快，采用传统选矿法入选品位越来越低，所获磷精矿品质急剧下降，已不能满足现代磷化工对高品质磷矿的需求。
目前我国基础磷化工产业发展遇到两个突出共性瓶颈问题：一是中低品位磷矿高效综合利用问题；二是硫酸法萃取磷酸大量产生低质磷石膏难以有效利用问题。
现有磷矿企业采用的传统选矿法，所得磷精矿品质较差且产生大量尾矿，既造成资源浪费又带来巨大环保风险。同时，磷精矿虽能基本满足当前的磷酸加工要求，但产生的大量低质磷石膏难以得到有效利用，对环境影响较大。
磷石膏是磷化工企业湿法磷酸生产过程中产生的固体副产物。由于成分复杂，杂质难以去除，加工处理成本高、难度大，目前国内磷石膏的实际利用率为38%左右，剩余则普遍采取堆存的方式进行处置。
为了从根本上解决制约磷化工产业可持续发展的关键共性瓶颈问题，贵州省化工研究院自2009年便开始了“中低品位磷矿高效清洁综合利用选矿集成技术”(以下简称新型选矿技术)的不断探索。
“我们寻求创新磷矿选矿技术，从源头解决磷矿尾矿产生和磷回收率较低、所得磷精矿品质不高对后续深加工带来的不利因素，配合萃取磷酸工艺改进调整可以大大改善磷石膏生成处理条件，直接得到品质优良的石膏广泛加以利用，从而有效解决磷化工产业发展中面临的共性问题。”贵州省化工研究院研究员张钦说，秉着“破三磷”的信念，张钦与其研究团队成员们在“从源头解决磷问题”这条路上，一走便是十余载。
“刚起步的时候，我们团队成员基本就没出过实验室，夜以继日的重复遴选比对实验。”张钦打趣道，那会儿，睡觉做梦都是在实验。
从煅烧到浸取再到过滤成磷，每一步工艺流程的背后都是团队无数次的摸索总结。一个山头一个山头地攻，一块骨头一块骨头地啃，成功突破磷化工共性瓶颈。
2017年，贵州省化工研究院与上海盛源集团成立贵州盛源新材料股份有限公司，在贵州省黔南州瓮安县岚关乡建立了一套“3千吨/年中低品位磷矿及磷尾矿新型选矿试验装置”，开展试验工作。
2018年6月，“新型选矿技术”“磷尾矿高效清洁综合利用技术”中试成功。中国化工学会组织国内权威专家对进行科学技术成果评价，评价结论为：“技术成果达国内领先水平。”
2020年10月，获2018-2020年度无机化工科技进步奖。
2021年9月，获中国化工学会基础研究成果二等奖。
……
10年时间，张钦团队和他们的新型选矿技术真正做到了从源头解决磷矿尾矿产生、磷回收率较低、所得磷精矿品质不高等问题，大大改善磷石膏生成处理条件，直接得到品质优良的磷石膏。
溯源标本兼治解决磷化污染
磷化工产业要可持续发展，解决磷石膏产生及有效利用成为其必须解决的首要问题，贵州省在国内首推的“以渣定产”并逐步消减存量的政策出发点就是为解决磷石膏的产生及堆存带来的环保问题，但现有的处理方法大多属于被动式末端治理很难从根本上解决磷石膏问题。
磷石膏产生的问题需要标本兼治，贵州目前每年磷石膏产生量超过1000万吨，规模性的存量及产生量，对企业发展和生态环境造成了巨大压力。
“新型选矿技术本身就是一个环保综合利用技术，所得高品质磷精矿用于现有的传统磷化工产业将会带来重大变革，从硫酸法萃取磷酸的磷石膏提质减量到硝酸法萃取磷酸的无磷石膏产生，无疑是对磷化工产业环境保护做出的巨大贡献。”张钦说，该技术的应用将从源头控制磷石膏的产生，创生既无尾矿也无磷石膏的全新环境。
不仅“溯源”控制，也需“末端”发力。面对已有庞大的磷石膏库存量，贵州省化工研究院引进微生物生态治理修复技术，利用微生物的生理特性，将磷石膏无害化处理，以达到矿山修复、土地综合治理及生态绿色的资源化应用。
在应用场景上，该技术一方面可用于矿山修复和土地复垦，实现磷石膏无害化治理。以经济林(种植油茶树及牧草)为例，预计每亩综合收益3000元/年。
另一方面，经过微生物处理后的磷石膏，可将其作为主要原料生产土壤改良剂(盐碱滩涂、酸化、石漠化、土壤退化)、微生物肥、有机土壤填充料等。
“通过以废治废的方式，将使企业在生态治理环保领域、土地资源的创新利用及再生资源利用上形成良好的社会效益和经济效益，实现经济高质量发展和生态环境高水平保护协同推进，推动贵州磷化工产业高质量持续发展。”贵州省化工研究院总工程师陈文兴说。
目前微生物生态治理修复技术已在江西铜业城门山尾矿库、广东韶关大宝山矿新山片区、贵州磷化集团白岩矿区穿岩洞矿段等地成功示范应用。微生物绿色生态治理修复技术目前已在贵州磷化集团矿区治理磷石膏及修复矿山成功示范应用。
创新节能提效增加企业效益
“再好的基础研究，无法转化，都只是空谈。”张钦在采访中说道，在磷化工领域，如果抛开效益谈创新，那便是不切实际。
据张钦介绍，通过新型选矿技术获得的高品质磷精矿，如用于传统硫酸法制磷酸可减少磷石膏产生量、提高品质，可直接利用，摆脱堆存束缚，能使企业设备生产能力提高20%以上，节约大量能耗及人工等综合成本；如用于硝酸法制磷酸，则可从源头杜绝磷石膏产生。
同时，在新型选矿过程中还会分离出高品质的碳酸钙和氢氧化镁。它们均为高端基础原料，附加值高且应用广泛，开辟了磷矿资源发展镁产业的技术基础，可以大大增加相关企业的增收途径。为构建磷-钙-镁一体化产业链融合延伸创造了良好条件。
“一个好的创新技术最终还是得靠成果转化落地来支撑。”张钦说，目前该技术项目已列入贵州省“十四五”规划，近年来，我们与湖北宜化集团、兴发集团、新洋丰等进行深入技术交流；与贵州川恒、重庆涪陵中化集团都有成果转化合作途径探讨并取得积极进展。在此基础上，我们也在寻求与资本合作，借助资本的力量助推创新技术成果转化变为实实在在的生产力，为技术转化插上腾飞翅膀。
近日，贵州科学院下属单位贵州省化工研究院发布最新科研成果——“中低品位磷矿高效综合利用技术”，颠覆传统，从源头提质减量或避免磷石膏产生。
破局技术攻关引领产业革命
我国磷矿储量居世界第二位，但约80%为不可直接利用的中低品位磷矿。由于对优质资源的过度开采使得可利用资源品位贫化速度加快，采用传统选矿法入选品位越来越低，所获磷精矿品质急剧下降，已不能满足现代磷化工对高品质磷矿的需求。
目前我国基础磷化工产业发展遇到两个突出共性瓶颈问题：一是中低品位磷矿高效综合利用问题；二是硫酸法萃取磷酸大量产生低质磷石膏难以有效利用问题。
现有磷矿企业采用的传统选矿法，所得磷精矿品质较差且产生大量尾矿，既造成资源浪费又带来巨大环保风险。同时，磷精矿虽能基本满足当前的磷酸加工要求，但产生的大量低质磷石膏难以得到有效利用，对环境影响较大。
磷石膏是磷化工企业湿法磷酸生产过程中产生的固体副产物。由于成分复杂，杂质难以去除，加工处理成本高、难度大，目前国内磷石膏的实际利用率为38%左右，剩余则普遍采取堆存的方式进行处置。
为了从根本上解决制约磷化工产业可持续发展的关键共性瓶颈问题，贵州省化工研究院自2009年便开始了“中低品位磷矿高效清洁综合利用选矿集成技术”(以下简称新型选矿技术)的不断探索。
“我们寻求创新磷矿选矿技术，从源头解决磷矿尾矿产生和磷回收率较低、所得磷精矿品质不高对后续深加工带来的不利因素，配合萃取磷酸工艺改进调整可以大大改善磷石膏生成处理条件，直接得到品质优良的石膏广泛加以利用，从而有效解决磷化工产业发展中面临的共性问题。”贵州省化工研究院研究员张钦说，秉着“破三磷”的信念，张钦与其研究团队成员们在“从源头解决磷问题”这条路上，一走便是十余载。
“刚起步的时候，我们团队成员基本就没出过实验室，夜以继日的重复遴选比对实验。”张钦打趣道，那会儿，睡觉做梦都是在实验。
从煅烧到浸取再到过滤成磷，每一步工艺流程的背后都是团队无数次的摸索总结。一个山头一个山头地攻，一块骨头一块骨头地啃，成功突破磷化工共性瓶颈。
2017年，贵州省化工研究院与上海盛源集团成立贵州盛源新材料股份有限公司，在贵州省黔南州瓮安县岚关乡建立了一套“3千吨/年中低品位磷矿及磷尾矿新型选矿试验装置”，开展试验工作。
2018年6月，“新型选矿技术”“磷尾矿高效清洁综合利用技术”中试成功。中国化工学会组织国内权威专家对进行科学技术成果评价，评价结论为：“技术成果达国内领先水平。”
2020年10月，获2018-2020年度无机化工科技进步奖。
2021年9月，获中国化工学会基础研究成果二等奖。
……
10年时间，张钦团队和他们的新型选矿技术真正做到了从源头解决磷矿尾矿产生、磷回收率较低、所得磷精矿品质不高等问题，大大改善磷石膏生成处理条件，直接得到品质优良的磷石膏。
溯源标本兼治解决磷化污染
磷化工产业要可持续发展，解决磷石膏产生及有效利用成为其必须解决的首要问题，贵州省在国内首推的“以渣定产”并逐步消减存量的政策出发点就是为解决磷石膏的产生及堆存带来的环保问题，但现有的处理方法大多属于被动式末端治理很难从根本上解决磷石膏问题。
磷石膏产生的问题需要标本兼治，贵州目前每年磷石膏产生量超过1000万吨，规模性的存量及产生量，对企业发展和生态环境造成了巨大压力。
“新型选矿技术本身就是一个环保综合利用技术，所得高品质磷精矿用于现有的传统磷化工产业将会带来重大变革，从硫酸法萃取磷酸的磷石膏提质减量到硝酸法萃取磷酸的无磷石膏产生，无疑是对磷化工产业环境保护做出的巨大贡献。”张钦说，该技术的应用将从源头控制磷石膏的产生，创生既无尾矿也无磷石膏的全新环境。
不仅“溯源”控制，也需“末端”发力。面对已有庞大的磷石膏库存量，贵州省化工研究院引进微生物生态治理修复技术，利用微生物的生理特性，将磷石膏无害化处理，以达到矿山修复、土地综合治理及生态绿色的资源化应用。
在应用场景上，该技术一方面可用于矿山修复和土地复垦，实现磷石膏无害化治理。以经济林(种植油茶树及牧草)为例，预计每亩综合收益3000元/年。
另一方面，经过微生物处理后的磷石膏，可将其作为主要原料生产土壤改良剂(盐碱滩涂、酸化、石漠化、土壤退化)、微生物肥、有机土壤填充料等。
“通过以废治废的方式，将使企业在生态治理环保领域、土地资源的创新利用及再生资源利用上形成良好的社会效益和经济效益，实现经济高质量发展和生态环境高水平保护协同推进，推动贵州磷化工产业高质量持续发展。”贵州省化工研究院总工程师陈文兴说。
目前微生物生态治理修复技术已在江西铜业城门山尾矿库、广东韶关大宝山矿新山片区、贵州磷化集团白岩矿区穿岩洞矿段等地成功示范应用。微生物绿色生态治理修复技术目前已在贵州磷化集团矿区治理磷石膏及修复矿山成功示范应用。
创新节能提效增加企业效益
“再好的基础研究，无法转化，都只是空谈。”张钦在采访中说道，在磷化工领域，如果抛开效益谈创新，那便是不切实际。
据张钦介绍，通过新型选矿技术获得的高品质磷精矿，如用于传统硫酸法制磷酸可减少磷石膏产生量、提高品质，可直接利用，摆脱堆存束缚，能使企业设备生产能力提高20%以上，节约大量能耗及人工等综合成本；如用于硝酸法制磷酸，则可从源头杜绝磷石膏产生。
同时，在新型选矿过程中还会分离出高品质的碳酸钙和氢氧化镁。它们均为高端基础原料，附加值高且应用广泛，开辟了磷矿资源发展镁产业的技术基础，可以大大增加相关企业的增收途径。为构建磷-钙-镁一体化产业链融合延伸创造了良好条件。
“一个好的创新技术最终还是得靠成果转化落地来支撑。”张钦说，目前该技术项目已列入贵州省“十四五”规划，近年来，我们与湖北宜化集团、兴发集团、新洋丰等进行深入技术交流；与贵州川恒、重庆涪陵中化集团都有成果转化合作途径探讨并取得积极进展。在此基础上，我们也在寻求与资本合作，借助资本的力量助推创新技术成果转化变为实实在在的生产力，为技术转化插上腾飞翅膀。
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