資源與環(huán)境約束下的中國(guó)磷礦資源需求形勢(shì)

劉艷飛，張 艷，于汶加,張世洋，劉 璇，張艷松

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

磷礦石是具有戰(zhàn)略意義的非金屬礦產(chǎn)，我國(guó)磷礦石有67%用于生產(chǎn)磷肥，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有極其重要的作用，是不可或缺的礦產(chǎn)。此外，12%用于生產(chǎn)黃磷，5.4%用于生產(chǎn)飼料，4%用于食品工業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、食品、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥中均有應(yīng)用。作為一種不可再生的礦產(chǎn)資源，磷礦的可持續(xù)開(kāi)發(fā)與利用直接關(guān)系到世界糧食安全及人類(lèi)的生存發(fā)展。

1 我國(guó)磷礦儲(chǔ)量

我國(guó)磷礦床類(lèi)型齊全，有沉積型、風(fēng)化-再沉積型、變質(zhì)型、巖漿巖和鳥(niǎo)糞型等。其中沉積型海相磷塊巖礦床占主導(dǎo)地位，其次為變質(zhì)型、風(fēng)化-再沉積型。

我國(guó)磷礦資源豐富，2012年磷礦石儲(chǔ)量為37億t，居世界第2位，占世界總量的5.52%，僅次于摩洛哥，但是分布不均衡，主要分布在中西部地區(qū)的云南、貴州、四川、湖北四省，區(qū)域集中度很高。我國(guó)磷礦石根據(jù)礦質(zhì)分為三個(gè)等級(jí)，其中Ⅰ級(jí)磷礦(P2O5≥30%)，Ⅱ級(jí)磷礦(P2O525%～30%)，Ⅲ級(jí)磷礦(P2O512%～25%)。我國(guó)磷礦質(zhì)量較差，大多數(shù)磷礦品位低于25%，并且主要分布在云、貴、鄂三省。除少數(shù)富礦可直接用來(lái)生成磷復(fù)肥和黃磷外，大部分磷礦石需經(jīng)過(guò)選礦才能利用，選礦成本較高。以2013年我國(guó)磷礦石儲(chǔ)量37億t，產(chǎn)量1.09t，我國(guó)磷礦石儲(chǔ)產(chǎn)比為33年，但其中近1/3是目前不能經(jīng)濟(jì)利用的(P2O5<25%)資源，如宜昌只采貧礦和中上礦，只占全礦層的1/3；云南省只采Ⅰ、Ⅱ級(jí)層，Ⅲ級(jí)層不用，損失率一半以上(圖1)。據(jù)此計(jì)算，我國(guó)磷礦石儲(chǔ)產(chǎn)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于33年。磷礦資源除具有耗竭性、不可再生性以外，還具有不可二次回收利用、不可被替代的屬性。

圖1 1996～2013年我國(guó)磷礦石(礦石量)及儲(chǔ)產(chǎn)比(數(shù)據(jù)來(lái)源：USGS)

世界磷礦資源分布十分廣泛，幾乎所有的國(guó)家都有，但分布不均衡。全球磷礦石主要分布在非洲、北美、南美、亞洲及中東，其中80%以上的磷礦資源集中分布在摩洛哥、南非、美國(guó)、中國(guó)、約旦和俄羅斯(圖2)。摩洛哥擁有500億t儲(chǔ)量，占全球的74.6%，被稱(chēng)為“磷礦王國(guó)”。以2013年全球磷礦石儲(chǔ)量670億t，產(chǎn)量2.24億t計(jì)算，儲(chǔ)產(chǎn)比為299年(圖3)。

圖2 1996～2013年主要國(guó)家磷礦石儲(chǔ)量(數(shù)據(jù)來(lái)源：USGS)

圖3 1996～2013年世界磷礦石儲(chǔ)量及儲(chǔ)產(chǎn)比(數(shù)據(jù)來(lái)源：USGS)

世界上80%的磷礦石來(lái)自于沉積巖，其余來(lái)自于火成巖。摩洛哥磷礦資源全部是沉積巖，且大部分為露天礦，適于機(jī)械化開(kāi)采；中國(guó)磷礦80%為沉積巖，70%為中低品位的膠磷礦，地下開(kāi)采約占總量的60%，礦物顆粒細(xì)，嵌布緊密，有害雜質(zhì)多，開(kāi)采難度大；美國(guó)磷礦全部為沉積巖，大部分為露天礦，礦產(chǎn)品質(zhì)高。雖然我國(guó)磷礦資源品質(zhì)低于其他國(guó)家，開(kāi)采難度大，但重金屬鎘含量較低。美國(guó)、摩洛哥磷礦石中的鎘平均達(dá)到14mg/kg和37.5mg/kg，中國(guó)僅僅為1～2mg/kg。未來(lái)磷礦石重金屬鎘可能會(huì)對(duì)美國(guó)和摩洛哥的磷礦石和磷酸鹽產(chǎn)品帶來(lái)一定的影響[1]。

中國(guó)磷礦主要分布在云南、貴州、湖北、四川、湖南5省，云南和貴州都是內(nèi)陸高原，運(yùn)輸極為不便。美國(guó)磷礦資源57.9%集中在佛羅里達(dá)州，并且基本上都在中部地區(qū)，佛羅里達(dá)擁有眾多的港口，其中坦帕港是世界上最大的化肥出口港口之一，為佛羅里達(dá)磷礦石和磷肥產(chǎn)品輸出提供了良好的條件。摩洛哥磷礦資源大部分集中在卡薩布蘭卡東南地區(qū)，可以方便地通過(guò)歐云港出口到達(dá)世界上任何地區(qū)[1]。

2 磷礦石供需形勢(shì)

中國(guó)、美國(guó)及摩洛哥是磷礦石生產(chǎn)大國(guó)，特別是2006年以后我國(guó)磷礦石產(chǎn)量超過(guò)美國(guó)，成為世界上第一大磷礦石生產(chǎn)國(guó)。2013年世界磷礦石產(chǎn)量2.24億t，其中我國(guó)產(chǎn)量為9700萬(wàn)t，占世界總產(chǎn)量的43.3%；美國(guó)磷礦石產(chǎn)量為3230萬(wàn)t，占世界總產(chǎn)量的14.42%；摩洛哥磷礦石產(chǎn)量為2800萬(wàn)t，占世界總產(chǎn)量的12.5%，三個(gè)國(guó)家產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的70.22%(圖4)。

圖4 1996～2013年磷礦石(礦石量)產(chǎn)量(數(shù)據(jù)來(lái)源：USGS)

由于全球磷礦石產(chǎn)量逐年增加，優(yōu)質(zhì)磷礦資源日益減少，中等品位礦石產(chǎn)能基本穩(wěn)定，加之摩洛哥等磷礦品位較高的國(guó)家產(chǎn)量減少，高品級(jí)礦石在磷礦石中的比例下降等諸多因素，導(dǎo)致全球磷礦石平均品位下降。

我國(guó)磷礦石供需基本能自給自足，還有少量出口，2013年我國(guó)磷礦石產(chǎn)量1.09億t，消費(fèi)量為1.086億t(圖5)。但在世界磷資源日趨緊張的形勢(shì)下，為了保護(hù)國(guó)內(nèi)磷資源，2008 年起我國(guó)提高了磷礦及其產(chǎn)品的出口關(guān)稅并出臺(tái)了限制磷礦出口的政策。各主要產(chǎn)磷的省市地區(qū)政府也制訂了相應(yīng)的保護(hù)磷資源的管理辦法。如云南省出臺(tái)了磷礦資源整合措施，關(guān)閉或者整合了大量規(guī)模較小的磷礦，這些措施對(duì)于保護(hù)我國(guó)磷礦資源具有一定的作用。全球磷礦石的出口主要依靠非洲和中東地區(qū)。我國(guó)磷肥產(chǎn)能過(guò)剩，有相當(dāng)一部分是靠出口消化，未來(lái)會(huì)進(jìn)一步降低資源的保障程度[2]。

我國(guó)生產(chǎn)磷肥的省份主要為山東湖北、山東、貴州、云南、四川和重慶。在2006年以前我國(guó)磷肥供不應(yīng)求，2006年以后才滿(mǎn)足需求。我國(guó)2011年磷肥產(chǎn)量為1693.1萬(wàn)t，消費(fèi)量為1150萬(wàn)t，為世界上第一大磷肥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)(圖6)。

世界磷肥生產(chǎn)國(guó)主要有中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯、摩洛哥和巴西。2011年世界磷肥(折P2O5)產(chǎn)量達(dá)到4381.99萬(wàn)t，其中中國(guó)磷肥產(chǎn)量為1693.1萬(wàn)t，占世界磷肥產(chǎn)量的38.64%,為世界第一大磷肥生產(chǎn)國(guó)，且中國(guó)磷肥產(chǎn)量呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)幅度大；美國(guó)磷肥產(chǎn)量為612.28萬(wàn)t，占世界磷肥產(chǎn)量的13.97%，為第二大磷肥生產(chǎn)國(guó)，但是美國(guó)磷肥產(chǎn)量自1998年開(kāi)始，總體呈較少趨勢(shì)，其他國(guó)家磷肥生產(chǎn)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，增幅緩慢(圖7)。

圖5 2000～2013年中國(guó)磷礦石產(chǎn)量與表觀消費(fèi)量(數(shù)據(jù)來(lái)源：2000～2012年產(chǎn)量來(lái)自USGS；2013年產(chǎn)量來(lái)自中國(guó)磷肥工行業(yè)協(xié)會(huì)，進(jìn)出口來(lái)自聯(lián)合國(guó)貿(mào)易署；磷肥數(shù)據(jù)來(lái)源：IFA)

圖6 1985～2011年我國(guó)磷肥(P2O5)供需情況(數(shù)據(jù)來(lái)源：2000～2012年產(chǎn)量來(lái)自USGS；2013年產(chǎn)量來(lái)自中國(guó)磷肥工行業(yè)協(xié)會(huì)，進(jìn)出口來(lái)自聯(lián)合國(guó)貿(mào)易署；磷肥數(shù)據(jù)來(lái)源：IFA)

圖7 1961～2011年主要國(guó)家磷肥產(chǎn)量(P2O5)(數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)磷肥工業(yè)協(xié)會(huì))

2011年我國(guó)單位耕地面積(hm2)磷肥施用量為103.1kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。近幾年,我國(guó)單位耕地面積磷肥施用量基本穩(wěn)定在100kg/hm2，我國(guó)單位耕地面積磷肥施用量已進(jìn)入平臺(tái)期。

從圖8可以看出，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家和日本的單位耕地面積磷肥施用量呈先增加后減少的趨勢(shì)，而美國(guó)的單位耕地面積的磷肥施用量一直較低，基本維持在30 kg/hm2。歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家單位耕地面積磷磷肥施用量減少的主要原因是施用磷肥對(duì)環(huán)境造成污染。磷肥的施用易導(dǎo)致河流湖泊富營(yíng)養(yǎng)化，從而使得水草繁生，而且磷肥的生產(chǎn)和施用還是重金屬鎘對(duì)土壤污染的主要來(lái)源。為了減少磷肥施用對(duì)環(huán)境的污染和保護(hù)生態(tài)平衡，歐盟在過(guò)去的二十幾年間采取了一系列重大的農(nóng)業(yè)和環(huán)境政策。

圖8 單位耕地面積磷肥使用量(數(shù)據(jù)來(lái)源：IFA、WBS)

我國(guó)自20世紀(jì)70年代末到80年代初才開(kāi)始大幅度增加磷肥的施用，現(xiàn)在我國(guó)磷肥生產(chǎn)和消費(fèi)都居世界首位。我國(guó)單位耕地面積磷肥施用量為100kg/hm2，基本達(dá)到高峰期。我國(guó)存在著嚴(yán)重的施用過(guò)量和有效成分利用率低的問(wèn)題。

3 環(huán)境污染問(wèn)題

回顧160年來(lái)的世界化肥施用歷史，化肥對(duì)增產(chǎn)糧食和解決世界糧食短缺問(wèn)題作出了重大貢獻(xiàn)。然而，隨著化肥的大量施用，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染和對(duì)生態(tài)平衡的破壞。

3.1 磷肥生產(chǎn)與環(huán)境

磷肥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的影響，如磷石膏、污水處理、氟的污染及礦山復(fù)墾等問(wèn)題。

磷石膏是一個(gè)重大的問(wèn)題，我國(guó)磷肥生產(chǎn)企業(yè)每生產(chǎn)1t磷酸就要產(chǎn)生5t磷石膏，多為露天堆放處理，日積月累后形成了大面積的灰白色的磷石膏原野和磷石膏山。磷石膏確有變廢為寶的綜合利用價(jià)值，但在我國(guó)現(xiàn)實(shí)利用率僅為20%?；?yàn)表明，磷石膏中含有數(shù)量可觀的磷、氟、各種鹽類(lèi)以及重金屬，造成堆積地及其附近區(qū)域嚴(yán)重的水土污染；堆放的磷石膏經(jīng)雨水浸淋稀釋?zhuān)俳?jīng)地面溪流與地下水排入江河湖庫(kù)，造成總磷(TP)與重金屬污染。這種情況在我國(guó)喀斯特“強(qiáng)生態(tài)脆弱區(qū)”的云南、貴州兩省，已經(jīng)達(dá)到災(zāi)害的程度，治理難度很大。

磷肥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣主要含粉塵、顆粒物、二氧化硫等污染物；廢水主要含CD、砷、氟等污染物；廢渣主要有尾礦渣、硫鐵礦渣、磷石膏渣。

3.2 磷肥與水體環(huán)境

我國(guó)單位耕地面積磷肥施用量達(dá)到100 kg/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家。水體中只要含0.02mg/kg的磷，將使水體開(kāi)始復(fù)營(yíng)養(yǎng)化。我國(guó)的幾大湖泊幾乎都或輕或重地存在著水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，有些達(dá)到了甚為嚴(yán)重的程度。

3.3 磷肥施入土壤中的重金屬積累

由于磷肥是用自然界中磷礦石加工成的，磷礦石中除含鈣的磷酸鹽礦物外，還含有相當(dāng)數(shù)量的雜質(zhì)，特別是中低品位磷礦中雜質(zhì)更多，其中包括鎘、鉛、氟等有害元素。施用磷肥會(huì)引起土壤中鎘的增加，且這種鎘有效性高，易被作物吸收，給人畜造成危害。

4 結(jié)論及建議

我國(guó)磷礦資源豐而不富，儲(chǔ)產(chǎn)比低，保障程度低；品位低下、難以開(kāi)采，浪費(fèi)嚴(yán)重；分布偏遠(yuǎn)，規(guī)模偏小，成本較高。同時(shí)，磷肥產(chǎn)能過(guò)剩，大量出口，進(jìn)一步降低了磷礦的資源保障程度；我國(guó)的單位磷肥施用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家，磷肥利用率低，在施用和生產(chǎn)的過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成污染。因而必須采取一系列措施來(lái)保障未來(lái)磷礦資源的供應(yīng)，進(jìn)而保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1)針對(duì)我國(guó)可供開(kāi)發(fā)的磷礦資源總量不足，現(xiàn)有資源勘查程度低、儲(chǔ)量少、南磷北運(yùn)的現(xiàn)狀，建議國(guó)家進(jìn)一步加大磷礦勘查找礦經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)行“南方找富礦，北方找磷礦，提高勘查程度”的戰(zhàn)略。同時(shí)繼續(xù)推進(jìn)磷礦危機(jī)礦山接替資源找礦，提高磷礦資源保障程度。

2)控制小礦開(kāi)采，進(jìn)行資源整合，逐步重組和關(guān)閉生產(chǎn)能力在15萬(wàn)t/a以下磷礦企業(yè)，減少磷礦石浪費(fèi)，使磷礦資源進(jìn)一步向優(yōu)勢(shì)企業(yè)和大型重點(diǎn)磷化工企業(yè)集中，提高磷礦石產(chǎn)業(yè)集中度。

3)提高磷礦石出口關(guān)稅，減少出口，同時(shí)適量進(jìn)口高品位磷礦石，降低我國(guó)磷礦石產(chǎn)量，提高磷礦資源保障程度。

4)降低我國(guó)磷肥產(chǎn)能，減少出口，僅滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求即可，減少磷肥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。發(fā)展農(nóng)業(yè)，提高施肥技術(shù)，施用有機(jī)肥，降低磷肥的施用量，減少磷肥施用對(duì)水資源及土壤的污染。

5)磷石膏綜合利用與無(wú)害處理技術(shù)。開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的磷石膏凈化和利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磷石膏綜合利用和無(wú)害化處理，推進(jìn)行業(yè)節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。對(duì)創(chuàng)建“環(huán)境友好型”社會(huì)具有重要作用。

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