硫磺在做磷酸的时候加入，后来存入磷石膏，最终又从磷石膏中提取出来，相当于硫酸的循环，普及后会降低对硫磺的需求量。
### 一、硫磺-硫酸-磷石膏-硫酸的循环逻辑
本质是**硫元素的闭环循环**，但在工业实践中需要满足特定条件才能实现高效循环，具体可拆解为两个层面：
1. **理论层面的硫循环路径**
硫磺→工业硫酸→湿法磷酸生产→磷石膏（含CaSO₄·2H₂O）→磷石膏制硫酸→工业硫酸→重回湿法磷酸生产，这条路径确实实现了硫元素从原料到固废再到原料的循环，且不产生硫资源的损耗（理想状态下硫回收率可达90%以上）。
这种循环的核心价值在于：将原本依赖进口的硫磺资源，转化为磷化工副产磷石膏中的“硫储备”，破解我国硫资源对外依存度高的困局，同时消纳磷石膏固废，实现环保与资源自主的双重目标。
2. **工业实践的关键限制条件**
循环的可行性高度依赖**磷石膏制硫酸的经济性和技术成熟度**：
- 此前硫磺价格长期低于2500元/吨，磷石膏制硫酸因高温还原能耗高，成本高于直接用硫磺制酸，循环不具备商业价值；
- 当硫磺价格攀升至4000元/吨以上时，磷石膏制硫酸的成本优势凸显，循环路径才具备规模化推广的条件。
此外，磷石膏中的杂质（氟、磷、重金属等）会影响硫酸品质，需通过预处理工艺去除，这也是实现循环的技术前提。
### 二、磷矿到磷肥的核心化学公式变化
磷肥的种类繁多，**磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙**是主流品种，其生产以**湿法磷酸**为核心中间体，具体分两步：**第一步是磷矿制湿法磷酸，第二步是磷酸制各类磷肥**。
#### 1. 第一步：磷矿（氟磷灰石）制湿法磷酸（核心反应）
工业上用**磷矿与硫酸反应**生成磷酸和磷石膏，这是磷肥生产的基础步骤，化学公式如下：
$$\text{Ca}_{10}(\text{PO}_4)_6\text{F}_2 + 10\text{H}_2\text{SO}_4 + 20\text{H}_2\text{O} \rightarrow 6\text{H}_3\text{PO}_4 + 10(\text{CaSO}_4·2\text{H}_2\text{O}) \downarrow + 2\text{HF}\uparrow$$
- 反应物：氟磷灰石（磷矿主要成分）、工业硫酸、水
- 生成物：磷酸（液相，后续用于制磷肥）、磷石膏（固相，副产物）、氟化氢（气体，需回收处理）
#### 2. 第二步：湿法磷酸制主流磷肥
##### （1）制过磷酸钙（普钙，简单磷肥）
直接用磷矿与硫酸反应，无需先制磷酸，适合小型装置，公式：
$$\text{Ca}_{10}(\text{PO}_4)_6\text{F}_2 + 7\text{H}_2\text{SO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 3\text{Ca}(\text{H}_2\text{PO}_4)_2·\text{H}_2\text{O} + 7\text{CaSO}_4 + 2\text{HF}\uparrow$$
- 产物：磷酸二氢钙（有效磷成分）、硫酸钙（石膏，杂质）
##### （2）制磷酸一铵（MAP，高浓度磷肥）
磷酸与氨水中和反应，控制氨的用量，生成磷酸一铵，公式：
$$\text{H}_3\text{PO}_4 + \text{NH}_3·\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4 + \text{H}_2\text{O}$$
##### （3）制磷酸二铵（DAP，高浓度磷肥）
在磷酸一铵基础上继续通入氨气，中和第二个氢离子，公式：
$$\text{NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4 + \text{NH}_3·\text{H}_2\text{O} \rightarrow (\text{NH}_4)_2\text{HPO}_4 + \text{H}_2\text{O}$$
##### （4）制钙镁磷肥（碱性磷肥，适合酸性土壤）
与湿法工艺不同，该工艺为**高温熔融法**，无需硫酸，直接将磷矿与白云石、硅石混合煅烧，公式：
$$\text{Ca}_{10}(\text{PO}_4)_6\text{F}_2 + \text{MgCO}_3 + \text{SiO}_2 \xrightarrow{\text{高温熔融}} \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 + \text{CaSiO}_3 + \text{MgSiO}_3 + \text{CaF}_2$$
### 总结
1. 硫磺-磷石膏-硫酸的循环**理论上是硫元素的闭环利用**，当前高硫磺价格下已具备商业可行性，是磷化工绿色循环的核心方向；
2. 磷矿到磷肥的核心路径是“**磷矿→湿法磷酸→磷酸一铵/二铵**”，全程依赖硫酸参与反应，而磷石膏正是硫酸中硫元素的“载体”，这也是磷石膏制硫酸能实现硫循环的根本原因。