摘要：当前高品位块状磷矿资源持续紧缺，而黄磷开采加工会产生最高50%以上的磷矿粉，这类粉料不能直接用于电炉制磷，造成大量资源浪费。
目前工业主流制磷工艺分为湿法磷酸、电炉热法黄磷、窑法磷酸三类，各工艺在原料适配性、产品品质、固废产出、能耗与工业化成熟度上存在明显差异：湿法硫酸法应用最广，但副产大量磷石膏固废；电炉法产品纯度高、适宜生产精细磷酸盐，却对高品位块矿依赖性强；窑法磷酸对低品位矿友好、无磷石膏污染，却受结圈、连续化生产等技术瓶颈限制难以大规模落地。

正因优质块矿稀缺、矿粉浪费严重，且现有主流制磷工艺均存在明显短板，行业亟需矿粉资源化技术破局。针对磷矿粉无法直接入炉的痛点，冷压球团成型技术成为矿粉资源化利用的可行路径，通过专用粘合剂成型后可替代部分块矿用于电炉制磷，能够缓解优质磷块矿供给缺口，是磷化工绿色可持续发展的关键技术方向。

关键词：#磷矿；#磷化工；#窑法磷酸工艺；#湿法磷酸工艺；#电炉生产黄磷工艺；#建杰实业；#磷矿粉粘合剂

1. 发展背景

1.1 全球磷矿资源概况

磷矿是一种不可再生资源，自然界中磷有90%以上都是以磷灰石的形式存在。 磷矿资源密切关系着国家的基础工业和农业，是一种具有重要战略意义的矿产资源，应用领域包括农业、电子、冶金和医学领域。

从全球储量分布来看，世界磷矿资源总量巨大，但主要集中分布在非洲、北美、亚洲、南美等地区，其中全球磷矿资源储量排名前二的国家分别是摩洛哥、中国。摩洛哥以约500亿吨的储量位居第一，占全球总储量的72%；中国占全球总储量的5%。其他主要国家：埃及、阿尔及利亚、叙利亚、美国、巴西、沙特阿拉伯和约旦等国家也拥有较为丰富的磷矿资源。

1.2 我国磷矿资源概况

1.2.1 我国磷矿资源分布

我国磷矿资源储量丰富，但高品位磷矿储量低。我国磷矿已查明资源储量矿石量176亿吨，折算成标矿105亿吨；P₂O₅含量大于等于30%的富磷矿资源储量矿石量16.6亿吨（标矿17.6亿吨）。

中国磷矿资源主要分布在南方五省，包括云南、贵州、湖北、四川和湖南，这些省份的磷矿储量占全国总储量的74%。具体来说，云南滇池，贵州开阳、瓮福，四川金河、清平、马边，湖北宜昌、胡集和保康等地是主要的磷矿分布区域。

1.2.2 磷矿石分类

磷矿石按其成因不同，可分为磷灰石和磷块岩两类。

•磷灰石是指磷以晶质磷灰石形式出现在岩浆岩和变质岩中的磷矿石。

•磷块岩是指由外生作用形成、由隐晶质或显微隐晶质磷灰石及其他脉石矿物组成的堆积体。

自然界中已发现的含磷矿物多达120余种，分布范围十分广泛，但综合品位、储量两项条件，具备工业开采与利用价值的含磷矿物仅有寥寥数种。

（图片来源网络）

在工业生产中，磷灰石是提取磷元素的核心原料，硫磷铝锶石、鸟粪石、蓝铁石等仅作为次要原料使用。 从元素分布来看，自然界中约95%的磷元素都富集于磷灰石矿物内。

1.2.3 我国磷矿床类型

我国磷矿床类型有三种形式，分别为沉积磷块岩、岩浆型磷灰岩和变质型磷灰岩。沉积磷块岩是主要的工业矿床类型，占总储量的75.5%，变质型和岩浆型磷灰岩次之，占24.0%。

我国磷矿矿床多数成矿时间较长，埋藏较深，岩化作用较强，伴有大量围岩，同时矿石矿物崁布紧密，矿体大多呈薄至中厚、赋存形态以倾斜、缓倾斜为主，先天开采条件差。 再加上我国露天矿少，大多磷矿存在较深的岩层中，进一步加大了采掘作业难度，直接造成矿山开采回收率偏低、矿石贫化率偏高的突出问题。

2. 磷化工产业现状

随着国内对磷化工产业扶持力度的持续加大，我国现已发展为全球规模第一的磷化工大国，磷矿相关产品产量稳居世界首位。 从国内磷矿消费结构来看，80%用于磷肥生产，12%用于黄磷制造，剩余8%供给各类其它磷系产品加工。

目前行业内利用磷矿制备磷酸主流分为三大工艺路线，分别是湿法、电炉法和窑法。

湿法磷酸工艺难度较电炉法制磷工艺容易，但得到的磷产品品质较差，产生杂质多，需要净化处理，多用于制备磷肥。 电炉法制磷属于热法制磷，产品质量纯，通常用于制备磷酸盐产品。窑法磷酸与前二者比较更加经济实惠，但受工业化生产中的技术瓶颈制约，暂未实现规模化落地应用。

2.1 湿法磷酸工艺

湿法磷酸起源于100多年前的德国，我国自上世纪五十年代开始使用湿法磷酸工艺，一直发展至今。这种工艺的优点在于成本较低的情况下，产出磷酸可满足基础纯度要求。 该工艺有硫酸法、盐酸法、硝酸法三种工艺途径。

（1）硝酸法

它最初是由奥达公司开发的。此方法需要大量硝酸，而硝酸原料成本偏高，致使其工业化应用范围狭窄，对应反应方程式如下：

CaF(PO₄)₃+10HNO₃=3H₃PO₄+5Ca(NO₃)₂+HF

（2）盐酸法

最初是以色列矿业工程公司由开发的。这个方法使得盐酸提取的得到了很好的转换率，但是由于反应中产生的氯化钙很难提取，整套生产流程复杂，因此工业化应用场景十分有限，其反应方程式如下：

CaF(PO₄)₃+10HCl=3H₃PO₄+5CaCl₂+HF

（3）硫酸法

硫酸法的特点是矿石的分解产物为液态磷酸，副产物为低溶解度的固相硫酸钙。二者的分离是一种简单的液固分离，具有其它工艺方法无可比拟的优越性。因此，硫酸法生产磷酸在湿法磷酸生产中处于领先地位。 然而，大量磷石膏残渣不能有效利用，废水废渣问题严重。

CaF(PO₄)₃+5H₂SO₄+nH₂O=3H₃PO₄+5CaSO₄·nH₂O+HF

2.2 电炉法生产黄磷工艺

目前，电炉生产黄磷是国内外采用的主要方法。 电炉生产磷的主要原料是磷矿石、焦炭和硅石。将磷矿石与硅石和焦炭按一定比例进行配比，加入密闭电炉中在电炉中加热熔融炉料，进行化学反应生成磷蒸气、CO、SiF₄、炉渣等。磷蒸气从炉气逸出，经水净化得到黄磷。炉内反应生成的一氧化碳及其他高温窑气，可输送至原料干燥工段，用于预热、干燥待入炉的磷矿石原料。

电炉制磷主要化学反应式如下：2Ca₃(PO₄)₂+6SiO₂+10C=6CaSiO₃+10CO+P₄

以上反应就是碳把高氧化态的磷在1300-1500℃进行还原，石英的加入使得反应温度大大地降低。

（电炉热法黄磷工艺流程）

2.3 窑法磷酸工艺

窑法磷酸有回转窑法和隧道窑法两条主流技术路线，该方法是将磷矿石、焦炭混匀造球，再将制成的成品球在高温下还原的一种工艺。但由于对五氧化二磷反吸退化问题没有得到解决，且磷的回收率较低，因此未进一步进行工业化应用。

回转窑窑法磷酸工艺

1. 完整工序

将磷矿、硅石、焦粉细磨混匀，添加粘结剂制成复合生球，经链篦机干燥预热；预热球团送入回转窑，窑下层为还原区、上层气相空间为氧化区，在1300~1500℃的温度下完成还原与氧化；含P₂O₅的窑气除尘后进入水化塔吸收制磷酸，冷却后残球余热回收，用于原料干燥工序。

2. 工业化短板

气相P₂O₅易与低温矿料发生反吸反应，生成低熔点偏磷酸盐，造成回转窑内壁结圈堵料；同时磷还原率低于电炉法，磷综合回收率偏低，装置长周期稳定运行难度大，暂未实现大规模工业化落地。

隧道窑法磷酸工艺

1. 完整工序

将磷矿、焦炭、硅石混合料制成硬质砖坯，码放于窑车，依次通过隧道窑预热段、高温反应段、冷却段完成反应；窑气集中收集吸收制磷酸，反应后废渣可尝试用作建材。

2. 工业化短板

生产线间断式作业，无法连续出料；坯体制备工序繁琐，窑车、窑具热损耗大，整体燃料消耗偏高，综合生产成本优势被削弱。

3. 磷矿粉的资源化利用

热法生产黄磷需要高品位的块矿（P₂O₅品位在30%以上），但我国富矿储量低，加之经多年开采可用于黄磷生产的富块矿所剩不多，而经济发展对磷资源的需求日益增加。 如何实现贫矿和磷矿粉的资源化利用，受到越来越多企业的重视。

电炉制磷对入炉物料硬度、粒度要求严苛，细磷矿粉直接投料会打乱炉内气流与反应状态，影响电炉稳定运行，只有符合要求的炉料才能高效、稳定的生产黄磷。

矿山开采、选矿环节会产生过半磷矿粉料，磷矿粉中含有大量磷资源，直接废弃易造成资源浪费和环境污染。在优质块矿逐年减少、原料成本持续上涨的背景下，通过冷压球团工艺将矿粉制成合格球团，替代部分块矿入炉冶炼，成为行业公认的资源循环解决方案。投电炉制磷对块矿强度要求高，只有符合要求的炉料才能高效、稳定的生产黄磷。

4. 建杰冷压球团工艺助力磷矿粉资源化

在全球磷资源储量持续衰减、绿色低碳政策收紧的行业大背景下，磷矿粉球团资源化利用是磷化工产业可持续发展的必然趋势。 建杰实业将持续深耕大宗固废综合利用技术，以成熟压球工艺助力行业破解原料短缺、固废污染双重难题，推动国内磷化工产业高质量、绿色化升级。

•针对不同品位磷矿粉、焦粉原料，建杰优化粘合剂配方与压制成型参数，保障球团高温入炉强度；

•建杰配套工艺技术指导、生产线运维全流程服务，助力企业低成本实现磷矿粉资源化闭环利用。

下期预告：下篇文章将详细科普磷矿粉冷压球团工艺核心优势，同时拆解建杰磷矿粉粘合剂【发明专利（ZL 2023 1 1476041.3）】产品亮点，带您全方位了解磷矿粉成型整套解决方案。

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建杰热搜问题解答：

FAQ问答一：磷矿粉压球入炉粉化严重怎么办？

磷矿粉球团入炉粉化多源于强度不足、耐高温性能差、原料及烘干工艺不当，可从四方面整改。

•优先选用磷矿专用耐高温复合粘合剂，替代传统粘结材料，既能提升干球抗压强度，避免转运破碎，又可在高温下保持结构稳定，杜绝预热段受热粉化，同时不会影响磷矿品位。

•优化原料粒度配比，粗细粉料合理搭配，将拌合水分控制在7%~9%，采用高压对辊压制提升球团密实度。

•烘干采用梯度升温方式，先低温脱去游离水，再中温固化粘合剂，成品含水率控制在3%以内，防止内部水汽急剧膨胀炸裂。

•入炉前筛分碎料返压，降低投料落差减少撞击破损，预热段放缓升温速率，小批量试投验证热强度后再扩大使用比例。

建杰实业，面向全国钢铁冶金、煤焦化、制磷企业提供冷压成型粘合剂定制服务。 全国各省市的钢铁冶金、煤焦化、制磷企业，华北、华中、华东、西北、西南、东北等产业集中区域均为重点目标市场。

建杰实业拥有多项国家专利与专业研发实验室，联合专业科研团队深耕行业多年，可提供免费来料化验、专属配方定制、工艺优化及全国驻场调试服务，采用一料一方的定制模式，助力企业降本增效。

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