资源与环境约束下的中国磷矿资源需求形势

刘艳飞，张 艳，于汶加,张世洋，刘 璇，张艳松

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

磷矿石是具有战略意义的非金属矿产，我国磷矿石有67%用于生产磷肥，对农业生产具有极其重要的作用，是不可或缺的矿产。此外，12%用于生产黄磷，5.4%用于生产饲料，4%用于食品工业，在农业、化工、食品、玻璃、陶瓷、医药中均有应用。作为一种不可再生的矿产资源，磷矿的可持续开发与利用直接关系到世界粮食安全及人类的生存发展。

1 我国磷矿储量

我国磷矿床类型齐全，有沉积型、风化-再沉积型、变质型、岩浆岩和鸟粪型等。其中沉积型海相磷块岩矿床占主导地位，其次为变质型、风化-再沉积型。

我国磷矿资源丰富，2012年磷矿石储量为37亿t，居世界第2位，占世界总量的5.52%，仅次于摩洛哥，但是分布不均衡，主要分布在中西部地区的云南、贵州、四川、湖北四省，区域集中度很高。我国磷矿石根据矿质分为三个等级，其中Ⅰ级磷矿(P2O5≥30%)，Ⅱ级磷矿(P2O525%～30%)，Ⅲ级磷矿(P2O512%～25%)。我国磷矿质量较差，大多数磷矿品位低于25%，并且主要分布在云、贵、鄂三省。除少数富矿可直接用来生成磷复肥和黄磷外，大部分磷矿石需经过选矿才能利用，选矿成本较高。以2013年我国磷矿石储量37亿t，产量1.09t，我国磷矿石储产比为33年，但其中近1/3是目前不能经济利用的(P2O5<25%)资源，如宜昌只采贫矿和中上矿，只占全矿层的1/3；云南省只采Ⅰ、Ⅱ级层，Ⅲ级层不用，损失率一半以上(图1)。据此计算，我国磷矿石储产比远远小于33年。磷矿资源除具有耗竭性、不可再生性以外，还具有不可二次回收利用、不可被替代的属性。

图1 1996～2013年我国磷矿石(矿石量)及储产比(数据来源：USGS)

世界磷矿资源分布十分广泛，几乎所有的国家都有，但分布不均衡。全球磷矿石主要分布在非洲、北美、南美、亚洲及中东，其中80%以上的磷矿资源集中分布在摩洛哥、南非、美国、中国、约旦和俄罗斯(图2)。摩洛哥拥有500亿t储量，占全球的74.6%，被称为“磷矿王国”。以2013年全球磷矿石储量670亿t，产量2.24亿t计算，储产比为299年(图3)。

图2 1996～2013年主要国家磷矿石储量(数据来源：USGS)

图3 1996～2013年世界磷矿石储量及储产比(数据来源：USGS)

世界上80%的磷矿石来自于沉积岩，其余来自于火成岩。摩洛哥磷矿资源全部是沉积岩，且大部分为露天矿，适于机械化开采；中国磷矿80%为沉积岩，70%为中低品位的胶磷矿，地下开采约占总量的60%，矿物颗粒细，嵌布紧密，有害杂质多，开采难度大；美国磷矿全部为沉积岩，大部分为露天矿，矿产品质高。虽然我国磷矿资源品质低于其他国家，开采难度大，但重金属镉含量较低。美国、摩洛哥磷矿石中的镉平均达到14mg/kg和37.5mg/kg，中国仅仅为1～2mg/kg。未来磷矿石重金属镉可能会对美国和摩洛哥的磷矿石和磷酸盐产品带来一定的影响[1]。

中国磷矿主要分布在云南、贵州、湖北、四川、湖南5省，云南和贵州都是内陆高原，运输极为不便。美国磷矿资源57.9%集中在佛罗里达州，并且基本上都在中部地区，佛罗里达拥有众多的港口，其中坦帕港是世界上最大的化肥出口港口之一，为佛罗里达磷矿石和磷肥产品输出提供了良好的条件。摩洛哥磷矿资源大部分集中在卡萨布兰卡东南地区，可以方便地通过欧云港出口到达世界上任何地区[1]。

2 磷矿石供需形势

中国、美国及摩洛哥是磷矿石生产大国，特别是2006年以后我国磷矿石产量超过美国，成为世界上第一大磷矿石生产国。2013年世界磷矿石产量2.24亿t，其中我国产量为9700万t，占世界总产量的43.3%；美国磷矿石产量为3230万t，占世界总产量的14.42%；摩洛哥磷矿石产量为2800万t，占世界总产量的12.5%，三个国家产量占世界总产量的70.22%(图4)。

图4 1996～2013年磷矿石(矿石量)产量(数据来源：USGS)

由于全球磷矿石产量逐年增加，优质磷矿资源日益减少，中等品位矿石产能基本稳定，加之摩洛哥等磷矿品位较高的国家产量减少，高品级矿石在磷矿石中的比例下降等诸多因素，导致全球磷矿石平均品位下降。

我国磷矿石供需基本能自给自足，还有少量出口，2013年我国磷矿石产量1.09亿t，消费量为1.086亿t(图5)。但在世界磷资源日趋紧张的形势下，为了保护国内磷资源，2008 年起我国提高了磷矿及其产品的出口关税并出台了限制磷矿出口的政策。各主要产磷的省市地区政府也制订了相应的保护磷资源的管理办法。如云南省出台了磷矿资源整合措施，关闭或者整合了大量规模较小的磷矿，这些措施对于保护我国磷矿资源具有一定的作用。全球磷矿石的出口主要依靠非洲和中东地区。我国磷肥产能过剩，有相当一部分是靠出口消化，未来会进一步降低资源的保障程度[2]。

我国生产磷肥的省份主要为山东湖北、山东、贵州、云南、四川和重庆。在2006年以前我国磷肥供不应求，2006年以后才满足需求。我国2011年磷肥产量为1693.1万t，消费量为1150万t，为世界上第一大磷肥生产国和消费国(图6)。

世界磷肥生产国主要有中国、美国、印度、俄罗斯、摩洛哥和巴西。2011年世界磷肥(折P2O5)产量达到4381.99万t，其中中国磷肥产量为1693.1万t，占世界磷肥产量的38.64%,为世界第一大磷肥生产国，且中国磷肥产量呈现持续增长趋势，增长幅度大；美国磷肥产量为612.28万t，占世界磷肥产量的13.97%，为第二大磷肥生产国，但是美国磷肥产量自1998年开始，总体呈较少趋势，其他国家磷肥生产量呈增长趋势，增幅缓慢(图7)。

图5 2000～2013年中国磷矿石产量与表观消费量(数据来源：2000～2012年产量来自USGS；2013年产量来自中国磷肥工行业协会，进出口来自联合国贸易署；磷肥数据来源：IFA)

图6 1985～2011年我国磷肥(P2O5)供需情况(数据来源：2000～2012年产量来自USGS；2013年产量来自中国磷肥工行业协会，进出口来自联合国贸易署；磷肥数据来源：IFA)

图7 1961～2011年主要国家磷肥产量(P2O5)(数据来源：中国磷肥工业协会)

2011年我国单位耕地面积(hm2)磷肥施用量为103.1kg，远远超过英国、德国、美国等发达国家。近几年,我国单位耕地面积磷肥施用量基本稳定在100kg/hm2，我国单位耕地面积磷肥施用量已进入平台期。

从图8可以看出，欧洲发达国家和日本的单位耕地面积磷肥施用量呈先增加后减少的趋势，而美国的单位耕地面积的磷肥施用量一直较低，基本维持在30 kg/hm2。欧洲发达国家单位耕地面积磷磷肥施用量减少的主要原因是施用磷肥对环境造成污染。磷肥的施用易导致河流湖泊富营养化，从而使得水草繁生，而且磷肥的生产和施用还是重金属镉对土壤污染的主要来源。为了减少磷肥施用对环境的污染和保护生态平衡，欧盟在过去的二十几年间采取了一系列重大的农业和环境政策。

图8 单位耕地面积磷肥使用量(数据来源：IFA、WBS)

我国自20世纪70年代末到80年代初才开始大幅度增加磷肥的施用，现在我国磷肥生产和消费都居世界首位。我国单位耕地面积磷肥施用量为100kg/hm2，基本达到高峰期。我国存在着严重的施用过量和有效成分利用率低的问题。

3 环境污染问题

回顾160年来的世界化肥施用历史，化肥对增产粮食和解决世界粮食短缺问题作出了重大贡献。然而，随着化肥的大量施用，也带来了严重的环境污染和对生态平衡的破坏。

3.1 磷肥生产与环境

磷肥生产对环境造成的影响，如磷石膏、污水处理、氟的污染及矿山复垦等问题。

磷石膏是一个重大的问题，我国磷肥生产企业每生产1t磷酸就要产生5t磷石膏，多为露天堆放处理，日积月累后形成了大面积的灰白色的磷石膏原野和磷石膏山。磷石膏确有变废为宝的综合利用价值，但在我国现实利用率仅为20%。化验表明，磷石膏中含有数量可观的磷、氟、各种盐类以及重金属，造成堆积地及其附近区域严重的水土污染；堆放的磷石膏经雨水浸淋稀释，再经地面溪流与地下水排入江河湖库，造成总磷(TP)与重金属污染。这种情况在我国喀斯特“强生态脆弱区”的云南、贵州两省，已经达到灾害的程度，治理难度很大。

磷肥生产过程中产生的废气主要含粉尘、颗粒物、二氧化硫等污染物；废水主要含CD、砷、氟等污染物；废渣主要有尾矿渣、硫铁矿渣、磷石膏渣。

3.2 磷肥与水体环境

我国单位耕地面积磷肥施用量达到100 kg/hm2，远远高于发达国家。水体中只要含0.02mg/kg的磷，将使水体开始复营养化。我国的几大湖泊几乎都或轻或重地存在着水体的富营养化问题，有些达到了甚为严重的程度。

3.3 磷肥施入土壤中的重金属积累

由于磷肥是用自然界中磷矿石加工成的，磷矿石中除含钙的磷酸盐矿物外，还含有相当数量的杂质，特别是中低品位磷矿中杂质更多，其中包括镉、铅、氟等有害元素。施用磷肥会引起土壤中镉的增加，且这种镉有效性高，易被作物吸收，给人畜造成危害。

4 结论及建议

我国磷矿资源丰而不富，储产比低，保障程度低；品位低下、难以开采，浪费严重；分布偏远，规模偏小，成本较高。同时，磷肥产能过剩，大量出口，进一步降低了磷矿的资源保障程度；我国的单位磷肥施用量远远高于发达国家，磷肥利用率低，在施用和生产的过程中对环境造成污染。因而必须采取一系列措施来保障未来磷矿资源的供应，进而保证农业生产的可持续发展。

1)针对我国可供开发的磷矿资源总量不足，现有资源勘查程度低、储量少、南磷北运的现状，建议国家进一步加大磷矿勘查找矿经费投入，实行“南方找富矿，北方找磷矿，提高勘查程度”的战略。同时继续推进磷矿危机矿山接替资源找矿，提高磷矿资源保障程度。

2)控制小矿开采，进行资源整合，逐步重组和关闭生产能力在15万t/a以下磷矿企业，减少磷矿石浪费，使磷矿资源进一步向优势企业和大型重点磷化工企业集中，提高磷矿石产业集中度。

3)提高磷矿石出口关税，减少出口，同时适量进口高品位磷矿石，降低我国磷矿石产量，提高磷矿资源保障程度。

4)降低我国磷肥产能，减少出口，仅满足国内需求即可，减少磷肥生产对环境的污染。发展农业，提高施肥技术，施用有机肥，降低磷肥的施用量，减少磷肥施用对水资源及土壤的污染。

5)磷石膏综合利用与无害处理技术。开发适合我国国情的磷石膏净化和利用技术，实现磷石膏综合利用和无害化处理，推进行业节能减排和循环经济发展。对创建“环境友好型”社会具有重要作用。

[1] 张卫峰.中国、美国、摩洛哥磷矿资源优势及开发战略比较分析[J].自然资源学报.2005，20(3)：1-9.

[2] 陶俊法.应正确定位我国磷矿资源的现状与前景—我国磷矿资源服务年限分析[J].磷肥与复肥.2009，24(3)：1-4.

[3] 常苏娟.世界磷矿资源形势分析[J].IM&P化工矿物与加工.2010(9)：1-5.

[4] 刘建雄.我国磷矿资源特点及开发利用建[J].IM&P化工矿物与加工.2009，36(6)：1-5.

[5] 卓懋白.欧盟农业和环境政策对化肥消费和生产的影响[J].磷肥与复肥.2004，19(2)：1-5.

[6] 王京.磷肥施用造成的面源污染研究[J].广西轻工业.2007，(8)：1-2.

[7] 高志岭.磷肥施用与镉污染的研究现状及防治对策[J].河北农业大学学报.2001，24(3)：1-5.