本文節(jié)選自 朱希茹,許夢(mèng)瑤,王芳,普正仙,黃成東《主要磷肥產(chǎn)品的發(fā)展歷程與展望》 引用格式: 朱希茹,許夢(mèng)瑤,王芳等. 主要磷肥產(chǎn)品的發(fā)展歷程與展望[J]. 肥料與健康, 2021, 48(4):10-16. 全文內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊閱讀: 主要磷肥產(chǎn)品發(fā)展歷程與展望 磷是植物生長必不可少的生命元素,在自然界主要以磷酸鹽的形式存在于礦石中,由于風(fēng)化和養(yǎng)分釋放的過程緩慢,無法被植物直接吸收和利用。因此,植物從成土礦物中吸收的磷較少,通常需要從外部來源即肥料中獲取更多的磷養(yǎng)分來滿足生長的需求。在過去170多年中,磷肥為世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn),磷肥的施用使全球自然陸地生態(tài)系統(tǒng)地上植物增產(chǎn)34.9%,農(nóng)田地上植物增產(chǎn)13.9%。隨著人口的增加,糧食生產(chǎn)對(duì)磷肥的需求持續(xù)增長,帶動(dòng)了磷肥工業(yè)的發(fā)展。2005年,我國磷肥產(chǎn)量達(dá)到11 250 kt (以P2O5計(jì)),躍居世界第一位。從無到有,從小到大,從低濃度到高濃度,從單一的傳統(tǒng)肥料到種類繁多的新型肥料,中國磷復(fù)肥工業(yè)實(shí)現(xiàn)了從依賴進(jìn)口到自給有余的巨大飛躍。目前我國已經(jīng)成為全球產(chǎn)量第一、出口量第一的磷肥工業(yè)大國,在滿足國內(nèi)市場(chǎng)需求的同時(shí),為國際市場(chǎng)提供了優(yōu)質(zhì)的磷肥產(chǎn)品。 本文以時(shí)間為軸,整理了國內(nèi)外主要磷肥產(chǎn)品發(fā)展歷程中的重要事件,以期為提高磷肥產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和推進(jìn)磷肥產(chǎn)品創(chuàng)新提供思考。(本文著重展現(xiàn)國內(nèi)磷肥發(fā)展歷程,詳情請(qǐng)點(diǎn)擊全文閱讀) 磷肥產(chǎn)品發(fā)展歷程 過磷酸鈣 過磷酸鈣是世界上最早用化學(xué)方法加工生產(chǎn)的磷肥品種,不僅含有硫、鈣、鎂、硅等中微量元素,而且生產(chǎn)工藝簡單,市場(chǎng)接受度高,在磷肥生產(chǎn)中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤?0世紀(jì)30年代,隨著施肥機(jī)具的發(fā)展,開始出現(xiàn)粒狀過磷酸鈣和氨化過磷酸鈣,有效改善了過磷酸鈣的物理性能,使其便于運(yùn)輸和機(jī)施,并減少了磷養(yǎng)分在土壤中的固定。20世紀(jì)50年代中期以來,在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的要求下,世界范圍內(nèi)磷肥朝著高濃度和高肥效的方向發(fā)展,低濃度過磷酸鈣的產(chǎn)量在磷肥總產(chǎn)量中所占的比重呈逐年下降的趨勢(shì),但其絕對(duì)產(chǎn)量下降并不多,保持相對(duì)穩(wěn)定,2007年過磷酸鈣產(chǎn)量仍是僅次于磷酸銨的第二大磷肥品種。 我國過磷酸鈣的生產(chǎn)時(shí)間與世界相差了100年。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和第一個(gè)五年計(jì)劃的執(zhí)行,1952—1957年建設(shè)了4家小型過磷酸鈣廠,揭開了我國磷肥事業(yè)發(fā)展的序幕。1958年,在江蘇南京和山西太原興建了年產(chǎn)實(shí)物量400 kt和200 kt粒狀過磷酸鈣裝置,由此奠定了我國最早的磷肥工業(yè)基礎(chǔ)。隨后在各地陸續(xù)建起一大批中小型過磷酸鈣生產(chǎn)裝置,過磷酸鈣得以迅猛發(fā)展,產(chǎn)量于1998年達(dá)到最高值,為4 760 kt (以P2O5計(jì)),生產(chǎn)企業(yè)超過500家。2017年,我國過磷酸鈣的消費(fèi)量達(dá)8 999 kt。 重過磷酸鈣 用磷酸分解磷礦石制得的磷肥中有效P2O5含量相當(dāng)于用硫酸分解磷礦石制得的過磷酸鈣的3倍左右,故稱重過磷酸鈣。 我國重過磷酸鈣生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)60年代,同時(shí)進(jìn)行研發(fā)的還有濕法磷酸和熱法磷酸技術(shù)。1975年,在廣西柳城磷酸鹽化工廠建成了熱法重過磷酸鈣生產(chǎn)裝置,開啟了我國重過磷酸鈣生產(chǎn)的歷史,填補(bǔ)了我國這一品種的空白。1982年,我國第一套年產(chǎn)100 kt的濕法重過磷酸鈣裝置在云南建成,結(jié)束了我國重過磷酸鈣依賴進(jìn)口的歷史。我國重過磷酸鈣產(chǎn)品在對(duì)東南亞國家出口上具備較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。2017年,我國重過磷酸鈣的消費(fèi)量達(dá)754 kt。 磷酸銨類肥料 磷酸銨類肥料主要指磷酸一銨、磷酸二銨、聚磷酸銨等氮磷復(fù)合肥料。1917年,美國首次生產(chǎn)出磷酸一銨。1966年,南京化學(xué)工業(yè)公司磷肥廠建成我國第一套年產(chǎn)30 kt磷酸二銨的工業(yè)裝置,20世紀(jì)70年代我國相繼在安徽、江西、云南、廣東等地建成了類似的工廠。經(jīng)過艱苦的努力,四川銀山磷肥廠和成都科技大學(xué)(現(xiàn)四川大學(xué))借鑒國外經(jīng)驗(yàn),在1983年成功開發(fā)出中和料漿濃縮法制磷酸一銨的新工藝;四川銀山磷肥廠在1988年又完成了料漿濃縮、噴漿造粒-干燥的30 kt/a磷酸銨工業(yè)性試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,南化公司設(shè)計(jì)院完成了年產(chǎn)30 kt磷酸銨的通用設(shè)計(jì)并在全國廣泛推廣。料漿法磷酸銨是我國自主開發(fā)的生產(chǎn)工藝,它創(chuàng)造性地解決了我國大量中低品位磷礦長期不能生產(chǎn)磷酸銨的難題,對(duì)我國磷復(fù)肥工業(yè)的發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。然而,由于在建設(shè)大中型磷酸銨生產(chǎn)設(shè)備上缺乏經(jīng)驗(yàn),我國在磷酸銨生產(chǎn)方面的工藝和設(shè)備都落后于世界先進(jìn)水平,因此在20世紀(jì)八九十年代先后從國外引進(jìn)多項(xiàng)先進(jìn)的磷酸和磷酸銨生產(chǎn)技術(shù),加快了我國磷復(fù)肥工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。2017年,我國磷酸銨類肥料的消費(fèi)量達(dá)48 830 kt。 水溶性聚磷酸銨最早在20世紀(jì)60年代被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國對(duì)聚磷酸銨的研究起步較晚,尚有廣闊的發(fā)展空間。與傳統(tǒng)磷酸銨類肥料相比,聚磷酸銨作為肥料施用具有氮磷含量高、水溶性好、緩釋性能和螯合性能優(yōu)良等特點(diǎn),但受其肥料形態(tài)和價(jià)格昂貴等因素的影響,尚未得到廣泛應(yīng)用。 磷礦粉 19世紀(jì)初,天然磷礦石在法國被發(fā)現(xiàn),人們開始研究和利用磷礦粉作為肥料,但直到19世紀(jì)80年代才在俄國進(jìn)行了磷礦粉的科學(xué)試驗(yàn)。前蘇聯(lián)的磷礦較多,但磷肥工業(yè)很薄弱,其磷礦粉消費(fèi)量一直居世界前列。美國則將磷礦粉的施用作為一種農(nóng)田基本建設(shè)措施,對(duì)缺磷土壤進(jìn)行集中施用。因此,磷礦粉的利用情況主要是由國家的工業(yè)水平和農(nóng)業(yè)發(fā)展需求決定的。 我國低濃度磷肥的發(fā)展從生產(chǎn)磷礦粉開始。中華人民共和國成立之時(shí),資源、技術(shù)、資金等條件缺乏,使得我國尚不具備大規(guī)模發(fā)展磷肥工業(yè)的條件,因此國家決定在“一五”期間發(fā)展以磷礦粉為主的磷肥工業(yè)以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。20世紀(jì)70年代前期,我國在24個(gè)省、市、自治區(qū)開展了大量的磷礦粉肥效試驗(yàn),對(duì)磷礦粉施用技術(shù)進(jìn)行了較為透徹的研究。1976年我國磷礦粉產(chǎn)量達(dá)到1 400 kt(實(shí)物量),但因磷礦粉肥在施用上存在活性較低、用量較大、肥效較差、運(yùn)輸不便等局限性,未能獲得推廣,1979年以后基本上不再生產(chǎn)。 硝酸磷肥 硝酸磷肥的制備過程主要是利用硝酸的強(qiáng)酸性來分解磷礦石,使礦物中活性較差的磷素轉(zhuǎn)變?yōu)橐妆蛔魑镂盏男螒B(tài);另外,硝酸本身含有的氮素又作為養(yǎng)分留在產(chǎn)品中,起到“以氮帶磷”的作用。由于采用硝酸代替硫酸分解磷礦,因而硝酸磷肥技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展與該地區(qū)和國家的硫資源密切相關(guān)。 化工部上?;ぱ芯吭?現(xiàn)為上?;ぱ芯吭河邢薰?于20世紀(jì)50年代中期對(duì)碳化法、硝酸-硫酸法、硝酸-硫酸鹽法、冷凍法、有機(jī)溶劑萃取法等多種硝酸磷肥生產(chǎn)方法開展了研究,1964年與南京化學(xué)工業(yè)公司磷肥廠、南京化學(xué)工業(yè)公司設(shè)計(jì)院合作完成了年產(chǎn)3 000 t碳化法硝酸磷肥中間試驗(yàn),1977年又與化工部化肥工業(yè)研究所合作完成了直接冷凍法硝酸磷肥中間試驗(yàn)。1978年,南化公司完成了間接冷凍法硝酸磷肥中間試驗(yàn)。20世紀(jì)80年代,山西化肥廠(現(xiàn)山西天脊煤化工集團(tuán)有限公司)引進(jìn)挪威Norsk Hydro公司的間接冷凍法工藝,建成以煤為原料的年產(chǎn)900 kt硝酸磷肥裝置。2011—2012年,貴州金正大生態(tài)工程有限公司和貴州芭田生態(tài)工程有限公司分別啟動(dòng)大型硝基復(fù)混肥項(xiàng)目,其中貴州芭田生態(tài)工程有限公司于2015年5月產(chǎn)出合格的硝酸磷肥產(chǎn)品,其“首套冷凍法硝酸磷肥裝置技術(shù)”在2018年通過中國氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)及有關(guān)專家的鑒定。硝酸磷肥在國內(nèi)高濃度磷肥大發(fā)展階段的缺席主要受到原料、工藝、設(shè)備和產(chǎn)品等方面不利因素的影響。從目前情況來看,在資源上,近幾年我國選礦技術(shù)進(jìn)步很大,磷礦可能已經(jīng)不是制約因素,而硝酸磷肥的生產(chǎn)也可減少肥料工業(yè)對(duì)硫的依賴,改變因硫資源不足而大量進(jìn)口硫黃進(jìn)行磷肥生產(chǎn)的現(xiàn)狀;在設(shè)備上,不銹鋼已經(jīng)成為普通產(chǎn)品,設(shè)備制造技術(shù)取得很大進(jìn)步,專用設(shè)備已可國產(chǎn)化;在用戶滿意度上,硝酸磷肥肥效穩(wěn)定,物理性質(zhì)好,便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和施用,很受農(nóng)戶歡迎;且冷凍法硝酸磷肥最大的優(yōu)勢(shì)可以實(shí)現(xiàn)無三廢排放。從以上國內(nèi)市場(chǎng)需求和產(chǎn)品多元化等角度分析,硝酸磷肥在國內(nèi)具有良好的發(fā)展前景。 鈣鎂磷肥 鈣鎂磷肥既能供應(yīng)磷素營養(yǎng),又能提供作物生長所必需的多種中微量元素,如鈣、鎂、硅、鐵等。同時(shí),鈣鎂磷肥是一種堿性礦質(zhì)肥料,適宜在酸性土壤上施用,具有改良酸性土壤的功效,且可與中低品位磷礦資源的利用結(jié)合,工藝簡單,生產(chǎn)成本低。相較于其他磷肥產(chǎn)品,鈣鎂磷肥發(fā)展應(yīng)用較晚。 我國對(duì)鈣鎂磷肥研究始于20世紀(jì)50年代,中國臺(tái)灣肥料公司研究試制了含有效P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%~20%的熔融鈣鎂磷肥。我國第一套平爐法生產(chǎn)鈣鎂磷肥的裝置于1956年在四川樂山磷肥廠建成,比國外晚了10年。1958—1959年,北京化工實(shí)驗(yàn)廠和浙江蘭溪化肥廠先后采用冷風(fēng)直筒形高爐生產(chǎn)出鈣鎂磷肥。1963年,江西東鄉(xiāng)磷肥廠將煉鐵高爐改造成年產(chǎn)30 kt熔融鈣鎂磷肥的高爐,成功開發(fā)了“高爐法鈣鎂磷肥生產(chǎn)工藝”,并在1964年獲國家科委二等發(fā)明獎(jiǎng)。此后,各地紛紛開始生產(chǎn)鈣鎂磷肥,裝置以利用大煉鋼鐵時(shí)期閑置的高爐為主,也有少數(shù)裝置采用電爐法工藝。從20世紀(jì)60年代開始,我國對(duì)外出口砂狀及粒狀鈣鎂磷肥產(chǎn)品和鈣鎂磷肥生產(chǎn)技術(shù)。1966年,我國鈣鎂磷肥的產(chǎn)量已超過日本,居世界首位。1976年,鄭州大學(xué)許秀成提出“鈣鎂磷肥采用玻璃結(jié)構(gòu)因子的配料方法”,并研制了適用于不同磷礦礦種的“熔點(diǎn)-玻璃結(jié)構(gòu)因子配料圖”,該配料方法在1983年獲國家發(fā)明四等獎(jiǎng),為直接利用低品位磷礦生產(chǎn)鈣鎂磷肥,提高磷資源的利用率和節(jié)約磷礦資源開創(chuàng)了新途徑。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,鈣鎂磷肥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展以降低能耗與三廢治理為主。1980年,廣西鹿寨化肥廠優(yōu)化了鈣鎂磷肥生產(chǎn)技術(shù),采用精料、大風(fēng)、高溫的生產(chǎn)方法,進(jìn)一步提高了產(chǎn)量、降低了能耗。1995年,我國鈣鎂磷肥產(chǎn)量以 P2O5計(jì)在1 205 kt左右,達(dá)歷史最高水平;從1995—2018年,鈣鎂磷肥產(chǎn)量總體上呈下降趨勢(shì), 生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量縮減,目前維持在每年實(shí)物產(chǎn)量900 kt左右,生產(chǎn)企業(yè)主要集中在磷礦資源較豐富的云、貴、川、鄂、湘地區(qū)。 展 望 磷肥產(chǎn)品的創(chuàng)新和應(yīng)用應(yīng)滿足農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的要求,減少磷養(yǎng)分在土壤中的固定、提高肥效、配合其他元素提高利用率將是磷肥產(chǎn)品未來的發(fā)展方向。 (1) 做好現(xiàn)有磷肥產(chǎn)品布局,結(jié)合磷肥特點(diǎn)與土壤-作物系統(tǒng)特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)磷肥-土壤-作物體系的有效匹配。 (2) 做好磷肥產(chǎn)品創(chuàng)新,創(chuàng)制高效產(chǎn)品,利用好磷礦資源、有機(jī)物資源與作物的生物學(xué)潛力。 (3) 做好工農(nóng)深度融合,基于農(nóng)業(yè)需求,通過產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提高磷肥的利用率。 編輯:顏坤 | 審校:張巍 | 監(jiān)制:師蓉 |
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