云南是国内磷资源储量大省和国家重要磷资源、磷化工基地,磷石膏年产生量2300余万吨。近年来,云南大力开展磷石膏综合治理,2025年1月至6月磷石膏综合利用率达86.64%。下图为设在云天化磷化集团的国家磷资源开发利用工程技术研究中心:

磷是生命的重要元素,磷矿资源是我国24种战略资源之一,在经济社会发展中具有重要地位和作用。磷资源的开发利用与我国粮食安全、新能源材料、半导体材料等行业的发展息息相关,但从目前的市场环境和技术路径看,这一行业尤其是大宗工业固废磷石膏的资源化利用遇到了瓶颈。突破这一瓶颈,需要从国家层面加强顶层设计,统筹谋划、系统推进,使政府和市场“两只手”更有效结合,加快磷石膏资源化利用。
磷石膏综合治理现状
众所周知,目前磷矿的加工主要有两大路线,即热法路线和湿法路线。湿法加工份额占到约85%,磷石膏是湿法生产磷酸时副产的大宗工业固体废物。从中央到地方,各级政府对磷石膏堆存带来的环保问题高度重视,提出整治要求并采取了许多有效措施。2024年,工业和信息化部、国家发展改革委等七部门联合发布的《磷石膏综合利用行动方案》提出,到2026年综合利用率要达到65%,并建立动态平衡机制。这一目标将磷石膏综合利用从地方自主探索上升为全国性任务。
这方面,云南省也在积极探索,把磷石膏无害化后用于矿坑回填修复生态、路基材料等。云南磷石膏产生量最大的昆明市,2025年上半年,磷石膏综合利用率达87.49%。成效有目共睹,但要从根本上彻底解决磷石膏资源化利用问题,还有大量工作要做。
受场地数量、空间、时间以及市场半径、容量限制,消纳磷石膏的数量及长久性等问题仍然存在,目前磷石膏综合治理的大多数方式不可持续,最大的缺陷是不能把磷石膏潜在的可循环利用的资源价值充分挖掘出来。另外,磷石膏制取硫酸联产水泥熟料工艺技术现已实现工程化并日趋成熟,能够资源化循环利用,但至今尚未能大规模产业化推广应用。主要原因有两方面。
首先,市场“无形之手”的作用没有真正发挥出来。受行业管理的局限性和市场分割的影响,磷化工企业与水泥企业各算各的经济账,缺乏从供给端到消费端整个产业链的系统性分析。比如,磷化工企业在比较磷石膏和硫磺制取硫酸两种不同工艺时,仅限于硫酸的投资和成本比较分析,没有把副产的水泥熟料供给水泥企业后新增的经济效益以及减少碳足迹等环保效益计算为磷石膏制硫酸的收益,进而得出磷石膏制硫酸工艺不经济的孤立结论;同时,水泥企业由于已形成一套产供销体系,没有驱动力去关注使用化工企业副产的水泥熟料为原料替代传统的石灰石矿给其带来的经济效益,也没有关注这一方式对水泥行业调结构、转方式所起的作用。各算各的账,导致行业之间的供应链断裂,也影响到磷石膏产地的区域经济布局优化。
其次,亟需国家层面的顶层设计。磷石膏制取硫酸联产水泥熟料工艺技术的产业化大规模推广应用,不是靠某个区域或某几家企业就可以实现的,而是涉及跨行业、跨区域之间的协调与整合。只有站位于建设全国统一大市场,从国家资源安全的高度、绿色可持续发展的深度、发展新质生产力的广度来思考,才能科学合理地推动磷石膏的资源化利用。
对磷石膏资源化利用的思考和建议
要在运用好市场这只“无形之手”的基础上,进一步发挥好政府这只“有形之手”的宏观调控作用,在全国范围系统抓好顶层设计和政策落实,形成新的投入模式和市场环境。
用技术创新驱动磷石膏变废为宝
磷石膏制硫酸联产水泥工艺技术,是在一定温度下使磷石膏分解。其流程大致为:原料磷石膏预处理后,经过压滤、烘干等工艺,得到初级原料;配制好的生料在回转窑等设备中,用1000℃以上的温度进行分解和煅烧;磷石膏分解产生的二氧化硫气体送往硫酸生产线制取硫酸,最终得到浓度为98%的硫酸和合格的水泥熟料两种产品。
国内已有这方面的工程化案例和探索。如2024年3月,贵州磷化集团投建的全球最大磷石膏分解制硫酸联产水泥装置一次性投料已试车成功。该装置每年消耗磷石膏140万吨、生产硫酸60万吨和水泥80万吨,生产出浓度为98%的硫酸、水泥两款合格产品,硫酸能重返上游制备磷酸,水泥可以外售或用于矿井充填等,实现磷石膏的“吃干榨尽”。随着矿物解离分析系统等先进检测技术在磷石膏工艺矿物学研究上的推广应用,以及磷石膏低温、减碳分解技术的持续完善,每吨硫酸的生产成本有望降低至500元左右,并可进一步提高联产水泥熟料产品质量。因此,磷石膏制取硫酸联产水泥的工艺技术,从技术和经济上具备取代硫磺制酸的基本条件。这一技术运用打造循环经济产业链的有效实践,是磷化工行业具有代表性的新质生产力,也是驱动大宗工业固废磷石膏实现资源化利用的新引擎。
用自产大宗固废磷石膏代替进口硫磺
中国是全球最大的硫磺消费国和硫磺进口需求国,每年消耗硫磺约2000万吨,其中磷矿生产磷酸消耗占60%左右。2024年,全国硫磺消费量2100万吨,国内硫磺产量1100多万吨,硫磺进口量990多万吨,进口依存度约47%,国内硫磺价格容易受国际市场价格波动和资本炒作的影响。2024年,硫磺价格大幅上涨,港口现货价格从年初的1200元/吨一度飙升至2350元/吨,若再加上国内运费,到工厂的价格约2500元/吨,分摊到硫酸的原料成本达800多元/吨。即使以正常硫磺价格计算,生产硫酸的成本也在500元/吨左右。如果按我国一年需要处理的磷石膏全部用来制取硫酸回收硫资源计算,可生产硫酸大约3400万吨,相当于可实现硫磺生产1100多万吨,加上国内的自产硫磺,完全可以代替掉大部分进口硫磺。
若国家层面统筹实施“大宗固废磷石膏代替进口硫磺”政策,制定中长期专项规划,明确替代目标和时间表,把“固废替代率”设置为约束性指标,就可极大降低进口依赖风险。即使国际硫磺价格出现剧烈波动或受到地缘政治影响,也不会损及磷石膏资源化利用,因此这一替代方案对资源安全的价值巨大。这方面,可考虑设定磷石膏资源化代替进口硫磺的强制比例,并将此与项目审批、产能置换等挂钩。
用磷石膏制酸副产的水泥熟料替代部分石灰石矿
石灰石是水泥行业最重要的原料,占水泥原料的比重超过70%。我国水泥行业每年消耗石灰石约22亿吨,占石灰石总需求量的80%左右。用磷石膏制取硫酸副产的水泥熟料,可为水泥生产提供稳定原料。按全国每年需处理磷石膏8000万吨计算,磷石膏制取硫酸联产水泥熟料工艺技术每年可产出水泥熟料约4500万吨,可减少石灰石消耗约5900万吨。
水泥行业作为我国产能严重过剩行业,国家有关部委已出台多项政策法规,要求调整水泥产品结构,优化水泥产能配置。因此,建议地方政府在产磷石膏区域的合理范围内,出台限制石灰石矿开采政策,鼓励磷化工企业向水泥生产企业供应水泥熟料,替代传统的石灰石原料。引导企业站在国家及区域层面算大账,构建化工与建材的有机结合及跨行链接,形成资源安全可控、环境治理高效、技术经济优化的系统工程——“跨行工业”。这样,既可减少开山炸石对生态环境的破坏和水泥生产的碳足迹,也可消除区域和行业之间的壁垒,改善水泥行业的供应链,实现消纳固废与企业盈利的多赢。从操作路径上,可在有磷化工企业的工业园区或新建的磷化工项目开展试点工作,形成有效经验后逐步推广。
(作者:国家磷资源开发利用工程技术研究中心主任 李耀基)