周芳教授团队:聚焦稀土与磷资源绿色开发,助推战略性矿产资源可持续发展

周芳,教授,博士生导师,首届湖北省青年拔尖人才,全国高校矿业石油与安全工程领域优秀青年科技人才,全国非煤矿山安全生产专家,武汉工程大学领军人才,武汉工程大学资源与安全工程学院副院长。周芳教授组建的“矿产资源绿色分离与高效利用”团队。

中国磷资源高效综合利用中心成立

11月14日,在“2023农资产业链合作创新大会暨2022-2023年度农资服务商大会”上,湖北祥云(集团)化工股份有限公司“中国磷资源高效综合利用中心”正式启动,开启了祥云股份磷资源高效综合利用新征程。中华合作时报社党委书记、社长、总编辑曾峰与湖北祥云(集团)化工股份有限公司常务副总经理胡清作为中心发起方代表。

科学精准施磷 守护粮食安全 “精准利用资源 守护绿水青山”磷资源绿色科学发展调研公益行动启动

磷资源的开发和利用代表着一个国家化学工业和农业发展的水平。随着我国磷富矿资源开采的日渐枯竭,磷资源利用迈入了以中低品位磷矿开发为主的时代。而在需求端,很多农户缺乏科学配方施肥的理念,还停留在“磷肥的含量越高越好”的传统观念中,从而造成了磷肥资源的浪费和肥料营养结构的不合理。

1980—2008年中国磷资源代谢的分析研究

运用物质流分析方法构建数学模型以描述1980—2008年我国磷资源代谢的动态变化情况,并通过比较1980年和2008年各个磷代谢环节的变化,分析我国磷资源代谢存在的缺陷。结果发现,我国磷资源代谢的动态变化特征可概括为:强开采、高消费、高排放和低循环;规模养殖和城市生活的废物处理不当以及小型磷矿的开采是导致我国磷资源不可持续使用的三大原因。最后提出若干对策,以期实现磷资源的科学管理。

我国磷资源产业物质流分析

运用物质流方法对我国磷资源产业的整个生命周期进行定量描述和分析,考察磷资源的利用和环境影响状况,对目前存在的相关问题及其相互关联进行剖析,提出了解决策略。对磷资源产业系统的物质流分析和研究结论,不仅对其他化学原料矿产资源产业可起到指导作用,对大多数金属矿产资源产业也有借鉴价值。

中国磷资源与磷化工可持续发展

人类活动对磷元素的地球化学过程具有重要影响。中国磷矿石储量仅占世界总量的4.6%,且正面临P_2O_5品位贫化、磷化工过程伴生稀土和氟资源浪费严重、副产磷石膏大量堆存污染环境以及地表水体磷污染等问题。今后一段时间内,二水物硫酸法仍将是湿法磷酸的主流工艺。磷矿伴生稀土和氟的高效回收利用,对于稀土产业和氟化工可持续发展具有重大战略意义,关键在于突破现有的技术瓶颈,研发新的回收利用技术。磷化工过程实现硫资源的循环利用和清洁生产,核心在于突破磷石膏制硫酸关键技术。磷石膏转铵法制硫酸技术实现规模化工程应用,可有效解决中国硫资源短缺问题,根除磷石膏大量堆存造成的环境污染;还将显著减少硫铁矿、石灰石等一次资源开采和温室气体CO_2排放。硅酸钙晶种法回收污水中的磷,进而加工为磷酸、磷肥等产品,则为减少一次磷资源消耗、实现磷资源的循环利用提供了可能。以污水磷回收制取磷酸二氢钾技术为例,表明污水磷回收和磷石膏资源化利用对中国磷资源产业的绿色可持续发展具有重大潜在价值。

磷资源可持续利用新模式研究

基于地球磷资源的有限性及中国磷资源现状,"郑州大学-云天化"及其合作单位开发并工业实施了一系列延长中国磷资源使用寿命的生产工艺,包括:利用含P_2O_515%~25%的磷矿通过高效率选矿得到含P_2O_530%的商品磷矿供磷铵、重钙生产使用;利用含P_2O_524%~27%的磷矿采用脲硫酸分解磷矿不排出磷石膏,代替原磷酸基复合肥料工艺生产中浓度、多营养、功能性复合肥料;利用含P_2O_514%~24%的磷矿生产多营养、碱性熔融钙镁磷肥;利用磷矿顶板含钾页岩生产熔融磷钾肥;利用磷矿尾矿二次选矿获得含P_2O_527%的磷精矿用于生产过磷酸钙;利用磷矿尾矿、二次尾矿配以滇池污泥生产土壤调理剂;利用磷酸生成的沉淀渣酸及精制磷酸的萃余酸生产包裹型缓释肥料。以上工艺可使各品位的磷资源得到合理利用,有望延长中国及世界磷资源开采寿命。

中国磷资源的分级可持续开发利用

我国磷矿石平均含P_2O_5 18%,其中中低品位磷矿占总储量的一半,且近2/3属于难选矿,而易选矿的磷灰石平均品位含P_2O_5 6.7%,矿石量占总储量的18.52%,因此每选出1 t含P_2O_5 30%的高品位磷矿,将产生4 t以上的尾矿.为延长磷矿使用寿命,郑州大学联合云天化集团开发了"郑州大学-云天化"磷资源可持续利用模式,其实质是采用不同的途径充分利用各种品级的磷矿,如通过选矿富集为含P_2O_5 30%的商品磷矿,主要供给生产磷铵、磷酸;P_2O_5 27%的磷矿用于无磷石膏排放的脲硫酸复肥的生产;P_2O_5 14%~24%的磷矿可生产碱性熔融钙镁磷肥;磷矿顶板含钾页岩用于生产熔融磷钾肥;二次选矿得到的P_2O_5 27%的磷矿用于生产过磷酸钙;二次尾矿可进一步加工成土壤调理剂;精制磷酸过程中的萃余酸用于生产包裹型缓释肥料等,有望使中国磷资源使用年限大大延长.

我国磷资源和磷肥施用中存在的问题及对策

磷肥是农业生产中不可缺少的化学肥料之一,作为一种限制性和不可再生资源,它对区域乃至全球的食品安全都至关重要。同时由于它对地表水体的贡献,引起世界尤其是中国的水体环境污染问题日益突出。本文讨论了我国磷资源现状和磷素引起的面源污染问题,并就应对磷资源枯竭和磷肥施用不当引起的面源污染问题提出了相应的解决对策。

基于湿、热法磷加工体系共生耦合的磷资源产业可持续性发展研究

磷的加工方式有湿法和热法2种。湿法磷加工使用硫酸分解磷矿来制备磷酸及其下游产品,该过程可产生磷石膏、氟硅酸等废弃物,对环境影响极大。热法磷加工使用电炉还原法将磷矿转化为黄磷,并使用黄磷来制备热法磷酸及其他一些下游产品,该过程消耗大量的电能,并会产生黄磷尾气、磷炉渣等废弃物,同样对环境产生极大影响。如何有效地回收利用湿法和热法磷加工过程中产生的废弃物、热能,降低加工过程的污染物排放和能耗,是实现磷化工产业可持续性发展的关键。通过对湿、热法磷加工的工艺特点和产业链的分析和研究,提出了通过湿法、热法磷加工体系的共生耦合的方式来实现废弃物、热能的有效回收利用的新思路,以期促进磷化工产业实现可持续性发展。

我国磷资源开发利用现状与发展方向探讨

介绍了我国磷矿资源特点、磷资源开发利用现状,指出了我国磷资源开发利用中存在的主要问题。重点对我国磷资源开发利用今后的发展方向进行了探讨、研究,提出磷资源开发利用必须走科学创新、有效利用、可持续发展的道路。论述了磷资源在新材料领域的应用前景,强调"精细化、高端化、专用化"的磷化学品是今后磷资源开发利用的发展方向,也是磷化工行业发展的希望所在。

中国磷资源开发利用的现状分析与可持续发展建议

磷是一种不可更新、难以替代与再生的资源,同时它也是生命体最重要的构成元素之一,磷资源危机将对中国可持续发展乃至全人类的生存构成严重的威胁。通过对中国磷资源的现状分析,提出了目前磷矿企业资源开采和利用的问题所在,阐述了合理开发利用磷资源,实现磷化工产业可持续发展的建议。

加强管理 实现我国磷资源可持续发展

磷是重要的生命元素,在植物、动物、微生物和人类营养中起着非常重要的作用。磷素养分是一种资源,但不科学地超量施用时也是环境污染因子;它在人类的干预下可表现出极大的迁移性、循环性和可利用性;食物链物质循环的速度和强度决定着植物、动物和人体营养的水平及质量,同时也决定着人类赖以生存的环境质量。因此,研究磷素养分在“矿产-化肥-农田-畜牧-加工-营养-环境”体系里各环节中的行为,对于磷素养分的综合管理具有重要的指导意义。

从磷资源中回收粗碘脱氟除砷提纯碘的研究

采用钙铝混凝法对从磷资源生产过程富集的高氟碘吸收液中脱氟除砷去杂的机理进行了探讨。通过设计正交实验,找出了除氟的最佳工艺参数。脱氟处理后的碘吸收液再氧化得到的精碘中氟的质量分数降低到1×10-3%以下,脱氟率基本达到99%,并对提取得到的粗碘脱氟除砷制备医药级纯碘的精制工艺进行了试验研究。

磷资源可持续利用势在必行

正从世界磷资源的现状分析,能明显地感到目前全球正面临磷资源短缺的危险。开采磷矿的75%～85%用于生产磷肥,因此磷肥工业提高磷资源利用率的责任重大。研究表明使用高品位磷矿生产磷肥不利于磷资源可持续利用,为此,建议开发磷矿加工过程熵增最小的方法,以延长磷资源的使用年限。

从产业联系角度看我国的磷资源出口

我国生产的磷矿石（按2001年数据计算）有24％左右用于出口，国内消费的各部分中，生产磷肥占82％，生产黄磷占11％～13％，生产其它磷制品占5％～7％。天然磷矿石是磷肥、黄磷和其它磷制品的上游产品。目前，我国耕地潜在肥力不足，其中，国内磷肥生产不足以满足农用所需是主要原因之一。虽然我国磷矿储量位居世界前列，近年来磷肥的产量也有所增加，磷肥的自给率仍然只有70％。

创建毕节试验区“煤、磷资源循环经济”矿肥新基地

建国以来，我国几代领导人都高度重视三农问题。广大科技工作者也为我国农业发展作出重大贡献，其中，我国庞大的化肥工业经历了从无到有，从小到大，从低效单一到高效复合的三大步发展，开创了我国农业今天的大好局面。

电化学技术在废水磷资源回收中的应用

磷是一种不可再生资源,实现废水中的磷资源回收是目前迫切需要解决的环境问题之一。电化学技术能有效回收废水中的磷,近年来受到学者广泛关注。在综述电沉积、电絮凝、电容去离子、电渗析和生物电化学等电化学技术资源化回收废水中磷的原理、适用废水类型、运行参数及回收产物的同时,展望了电化学技术未来的发展方向,以期为废水磷资源回收技术的研发提供有益借鉴。

转炉钢渣中磷资源回收利用的研究进展

综述了火法及湿法处理钢渣两个角度磷资源回收利用的研究现状,深入分析了各方法的优缺点及限制性环节。在此基础上,对未来的发展进行了展望,并提出了火法处理转炉钢渣时应选用以吸热反应为基础的还原剂及廉价固废改质剂,湿法处理转炉钢渣应选择无机酸与有机酸相结合溶出磷的未来发展思路。