钙镁磷肥的贡献与发展思考

孙志立，姚之琦

(1.贵州省磷酸盐工业协会 贵州贵阳 550000；2.会东金川磷化工有限责任公司 四川会东 615205)

钙镁磷肥的贡献与发展思考

孙志立1,2，姚之琦2

(1.贵州省磷酸盐工业协会 贵州贵阳 550000；2.会东金川磷化工有限责任公司 四川会东 615205)

介绍了我国钙镁磷肥在发展绿色农业方面所作的贡献，分析了钙镁磷肥的特点和优势。生产钙镁磷肥可充分利用我国高硅、高镁含量的中低品位磷矿，不仅有助于降低产品的生产成本，而且综合利用了不可再生的磷矿资源，避免了资源的浪费。

钙镁磷肥；贡献；发展；思考

0 前言

近20年来，我国磷肥工业的发展取得了巨大的成就和进步，磷肥产量快速增长已实现自给有余，产品结构逐步完善，产业布局趋于合理，在保证国内供应的前提下，积极参与国际市场的竞争[1]。

我国的大型磷复肥技术装备已达到国际先进水平，行业综合能耗低于全国平均水平，节能环保成效显著……用占世界9%的耕地面积养活了占世界22%的人口，成就举世瞩目，功不可没。

1991年，我国钙镁磷肥产量占全国磷肥总产量的22.06%，产量超过1 000 kt(以P2O5计)，中国当时是世界上钙镁磷肥生产量最大的国家，同时也是生产技术最先进的国家之一，这说明钙镁磷肥当时在我国磷肥工业中具有重要的地位。

然而，近年来我国磷肥工业的发展出现了不协调的现象。在1990年至2005年的15年间，我国磷肥年产量(以P2O5计)从4 116 kt增加至11 250 kt，年平均增速达到6.9%；高浓度磷复肥年产量从146 kt猛增至6 780 kt，年平均增速达到29.3%；低浓度磷肥从3 876 kt上升至4 470 kt，年平均增速仅1%(占磷肥总产量的比例从96.5%猛降至39.7%)，其中：过磷酸钙(SSP)从2 900 kt上升至4 200 kt，增加了44.8%，年均增速2.5%；钙镁磷肥从975 kt减少至近300 kt，衰减了69.2%。这些猛增和猛降的统计数字，不能不令业内人士反思和忧虑[2]。

20世纪90年代，我国确立了把高浓度磷复肥作为磷肥品种的发展方向，但对于低浓度磷肥是应该发展还是淘汰，曾经有过争议和不同看法。20多年过去了，历史证明了这样一个事实：高浓度磷复肥发展过度、过快，而低浓度磷肥发展缓慢，甚致衰竭，致使高品位磷矿开采过快、过量，造成磷资源过快、过早枯竭，资源和能源危机与环境恶化加剧，产业环保压力加大；低浓度磷肥生产企业，特别是钙镁磷肥生产企业的经济效益难以提高，导致有的企业开工不足或倒闭，人员下岗失业，这将会导致我国的土壤修复、绿色农业、资源利用、银行不良资产大增等一系列问题。

2016年中央一号文件公布了2015年12月31日通过的《关于落实发展新理念加快农业现代化 实现全面小康目标的若干意见》，对国民经济和社会发展第十三个五年规划、做好新时期农业农村工作作出了重要部署，其中第二部分“加强资源保护和生态修复，推动农业绿色发展”指出：“推动农业可持续发展，必须确立发展绿色农业就是保护生态的观念，加快形成资源利用高效、生态系统稳定、产地环境良好、产品质量安全的农业发展新格局”。

1 我国钙镁磷肥发展的推动与技术进步[3- 7]

自1939年9月29日德国舒利德阿瑟博士研制出钙镁磷肥并获德国专利后，我国的科技人员对钙镁磷肥生产工艺的开发进行了不懈的努力和试验研究。

1951年，中国台湾肥料公司用大洋洲圣诞岛磷矿、越南老街磷矿、江苏锦屏海州磷矿(含P2O5质量分数28.2%)与橄榄岩、滑石、蛇纹石在电炉中共熔，试制含P2O5质量分数18%～20%的钙镁磷肥产品；从1952年开始，云南、四川、上海、浙江等地相继开展了钙镁磷肥的试验研究。

1952年5月，四川乐山磷肥厂的黄勤生试用坩埚将磷矿与白云石的混合物熔融，熔料倒入水中急冷而制得钙镁磷肥，当时称为“玻璃肥料”。

1953年，云南省化工厅何宝璋等在20 kVA单相电炉中，用昆阳磷矿与蛇纹石共熔，制得有效P2O5质量分数>18.8%的钙镁磷肥。

1955年，四川省工业厅化工局成立由邬崇坤负责的钙镁磷肥新产品试制组。黄勤生在四川彭水纯碱厂用烧纯碱的反焰炉(平炉)试烧钙镁磷肥取得成功后，又与陆慰宗在小电炉上合作研究适宜的配料，试验测得P2O5- CaO- MgO- SiO2物系的等熔点图。钙镁磷肥主要是由P2O5，CaO，MgO和SiO24种分子团所组成，可用1个四角立体锥来代表其组分。四角锥的顶角代表质量分数100%的P2O5，其他3个角分别代表质量分数100%的CaO，MgO和SiO2。若将立体锥按水平方向切割，可分别得到含P2O5质量分数100%，15%，20%，25%……等不同等磷面的三角坐标平面图。在等磷面平面坐标图上，每一个点分别代表CaO，MgO，SiO2和已知P2O5的各组分百分含量。用小电炉试测各组分混合物的熔点，连接1 350 ℃等熔点成为一曲线。在曲线范围内的组合体，由于熔点在1 350 ℃以下，这些配料组分都可以用于钙镁磷肥的生产，反之则不然。通过测试得到的4张三角坐标平面曲线图改进了钙镁磷肥生产的配料比参数，为钙镁磷肥生产技术的创新和发展提供了理论依据和适用范围。

20世纪50年代后期，上海化工研究院刘自强、浙江化工研究所乔关根、成都工学院曾宏等人对熔融钙镁磷肥的配料范围、不同组分对炉料熔点的影响进行了实验室研究，分别提出了最佳配料物质的量比与计算公式，对我国钙镁磷肥的早期发展起到了积极推动作用。

1956年，四川乐山磷肥厂采用平炉进行钙镁磷肥的工业化生产，1年多生产了1 614 t，这是我国首家工业化生产钙镁磷肥的企业。由于生产过程中平炉砌砖被熔入产品，加上当时用的蛾眉山磷矿品位偏低，钙镁磷肥的有效磷质量分数仅≥10%，后因炉体腐蚀严重而被迫停产。

1957年，化工部基本化学设计院的江善襄和杨明伟分别负责设计电炉法、平炉法以及高炉法3套工业性钙镁磷肥中试装置。电炉法和平炉法中试装置由江善襄负责设计，电炉法中试装置设计了1套200 kVA电炉，建成后一次投产成功；平炉法是以乐山磷肥厂钙镁磷肥中试装置为设计基础，如采用水冷夹套以保护衬砖、用尾气加热的空气与煤燃烧以获得高温火焰，最后因异型砖需要过多而未能建成。高炉法由杨明伟负责设计，当时世界上钙镁磷肥的生产基本上都采用电炉法，技术简单成熟，用高炉法生产钙镁磷肥的报道很少。高炉的结构设计困难很大，杨明伟在查找资料的基础上，参照波兰熔制铸石的立式直筒炉并借鉴杭州农药厂徐一仑用冲天炉试烧钙镁磷肥的经验，提出采用水冷夹套炉体的设计方案。

1958年，杨明伟采用水冷夹套炉体方案的高炉法钙镁磷肥中试装置在北京化工实验厂建成投产，日产钙镁磷肥30～40 t。钙镁磷肥熔体在炉壁内受冷凝固，在水冷炉壁表面形成挂料层(自敷炉衬)以保护炉衬的设想得到实现，解决了高炉法生产钙镁磷肥的最大难题。

1959年，由化工部主持召开的“全国钙镁磷肥生产经验交流会”在浙江兰溪举行，会上肯定了钙镁磷肥这个品种和高炉法生产工艺。高炉法钙镁磷肥生产工艺在全国推广后，经不断改进、发展，改造闲置多年的腰鼓形炼铁小高炉，将水冷夹套改为水淋炉腹，同时利用含CO的尾气燃烧加热空气入炉，获得了优质高产、节能降耗的效果。同年，云南省昆阳磷肥厂采用高炉法建成云南省首套钙镁磷肥生产装置。

1965年，云南省个旧市大屯磷肥厂、个旧市磷化工总厂相继利用闲置的炼铁高炉改建成高炉法钙镁磷肥生产装置。至1971年，云南省的钙镁磷肥生产企业已达到8家。

1974年，上海化工研究院在武昌发电厂开发了应用旋风炉生产钙镁磷肥的技术。该技术将磷矿粉及配料加入煤粉中，采用1台75 t/h蒸汽旋风炉在产汽发电的同时可副产钙镁磷肥50 kt/a。

1976年，南化公司设计院白锡柱等在总结国内各厂先进经验的基础上，编写了《高炉法钙镁磷肥设计参考资料》。

1981年，杨明伟通过对磷矿、蛇纹石、白云石和焦炭化学组分、用量及其中各种杂质对配料的相互影响关系的研究分析，获得了最优化配料数据，按该最优化配料生产的钙镁磷肥产品中有效磷质量分数比传统计算配料方法提高1%～2%。

1983年，由化工部化肥司组织上海化工研究院、南化公司设计院、郑州工学院及有关院所和工厂对广西鹿寨化肥总厂2台钙镁磷肥高炉的优质节焦、节能高产进行性能考核，总结会上交流了该厂精料入炉、煤气净化考贝式热风炉以及高风温、大风量强化操作以达到节能增产和改善环境的先进经验。

1987年，云南光明磷矿厂钙镁磷肥2#高炉投产,云南省化工设计院在该套装置的设计中采用旋喷型喷杯和文氏管洗气，彻底解决了氟对大气的污染，不但降低了排气中的含尘量，而且提高了热风炉效率，使烟气中含氟量远低于国家排放标准要求。

1988年，湖南省化工研究院宁培楝组织的淬细成肥试验获得成功。

郑州大学许秀成教授在配料方法上改变理念、优化技术创新，根据玻璃结构的晶子——网络学说，建立新的配料数学模型，采用钙镁磷肥玻璃结构因子的配料方法，研制出适合于不同磷矿矿种的“熔点-玻璃结构因子配料图”，可用低品位的磷矿生产出合格的钙镁磷肥，从而使湖北等省难以使用的中低品位磷矿资源得到了充分利用，对钙镁磷肥生产进一步提高质量、节能降耗起到了积极的促进作用。

根据1986年至1991年的统计资料显示，在这7年中，过磷酸钙、钙镁磷肥有效P2O5总平均质量分数分别为l3.72%和15.20%，后者比前者高1.48%，而钙镁磷肥所用的磷矿大部分是低品位磷矿。在上述科技成果的推动下，我国钙镁磷肥在利用较低品位磷矿上具有强大的生命力。

我国业内专家、学者在不同历史时期、不同的专题会议上，在积极推动我国钙镁磷肥技术进步方面作出了重要的贡献，为我国钙镁磷肥行业的发展提供了很好的指导作用。

2 钙镁磷肥的作用[3,7- 8]

2.1 钙镁磷肥的缓效性

钙镁磷肥在国外称为熔磷，俗称熔磷肥，是以磷矿和蛇纹石为原料，用电炉或平炉高温熔融(1 400 ℃左右)后水淬急冷为玻璃状制品。钙镁磷肥具有土壤改良剂的综合性能，含有微量元素和多种营养元素，保证成分与其他成分共同发挥作用使地力提高，并成为作物生长发育的必要成分。日本熔磷肥产品质量标准如表1所示。

表1 日本熔磷肥产品质量标准(质量分数) %

日本熔磷肥的售价高于单元素高浓度肥料，1袋熔磷肥相当于1.2袋普钙+0.5袋硫酸镁+0.7袋硅酸钙+1.0袋碳酸钙。经长期应用研究，日本的专家、学者认为熔磷肥具有以下主要作用：具有缓效性，可在农作物整个生长期提供养分；所有成分都溶于弱酸，均可被作物吸收利用。

2.2 “买一送三”

钙镁磷肥在我国形成规模化工业生产是在20世纪60年代初，由闲置的小高炉“转业”而来，在很长一段时间内没有像样、成套的专用设备和专业理论，在化肥家族中被认为是难登大雅之堂的“丑小鸭”，在历次磷复肥等化肥市场的滞销风浪中，首当其冲的总是钙镁磷肥……其实这些都是不科学的误解和偏见。

钙镁磷肥除含w(P2O5)在12%～20%外，还含有大量对农作物有效性很高的MgO 8%～15%(质量分数，下同)，CaO 25%～32%，SiO220%～30%，FeO 0.5%～3.5%，MnO 0.1%～0.3%以及少量的B，Zn，Mo，Ni等作物生长必不可少的微量元素，是名符其实的多元素复合肥料。而在我国钙镁磷肥只被当作单一低浓度磷肥对待，价格仅计所含的P2O5量，而大量的MgO，CaO，SiO2等有用元素不计价，售价仅为尿素价格的30%。可以认为，买钙镁磷肥等于是“买一送三”，这是很不合理的！

3 物化特性及农学效率[3，5，9]

3.1 钙镁磷肥早施优于水溶性磷

中科院南京土壤所的试验表明，钙镁磷肥与过磷酸钙同时施入土壤，3个月至2年内，钙镁磷肥在土壤中形成的有效磷浓度均大于含水溶性磷的过磷酸钙，因此，钙镁磷肥只需提前施用，枸溶性磷优于水溶性磷。另外，钙镁磷肥中的枸溶性CaO能提高植物细胞壁的强度，增强作物抗病毒能力，特别在作物根部生长区，有效钙能阻挡病毒的入侵；枸溶性SiO2能增强作物抗病毒能力，枸溶性MgO与FeO联合有抗倒伏的能力，还能增强作物光合作用和提高作物产量。

3.2 钙镁磷肥是良好的复肥离析剂

钙镁磷肥是玻璃体肥料，具有良好的离析作用(不粘结)。在复合肥的造粒过程中，由于许多肥料都具有粘结性，在造粒时容易出现粘结现象而使产量降低。选择钙镁磷肥作为离析剂，不仅解决了粒子间相互粘结的问题，而且可使造粒后的颗粒光滑、产率大幅提高、返料量大幅下降。钙镁磷肥作为离析剂价格相对较低，不仅可降低生产成本，而且引入了植物所必需的多种营养元素，提高了复合肥的肥效，节能降耗效果十分显著。

3.3 钙镁磷肥可以提高产量、改良土壤

不加钙镁磷肥，1 kg N增产粮食6 kg，加入钙镁磷肥则可增产粮食8 kg。含钙镁磷肥的13- 13- 13复混肥料的肥效优于不含钙镁磷肥的15- 15- 15复混肥料。据悉，北自黑龙江到中部的山东，甚至南方的深圳，均有因为复混肥中加入钙镁磷肥而使中浓度复混肥料肥效极佳的例子。特别是当前，由于过量施用氮肥导致土壤酸化，添加碱性的钙镁磷肥是很好的选择。我国有许多酸性土壤，在酸性土壤中施用钙镁磷肥可改善土壤的酸性，是良好的土壤调理剂，可使土壤不结块、不板结，更好地发挥钙镁磷肥在土壤中的良好功能。

4 结语

(1) 高浓度磷肥虽然是当前世界磷肥工业的发展方向，但应根据我国国情，即资源、土壤、作物、市场、运输、经济等各种因素，确定一个高、低浓度磷肥(普钙、钙镁磷肥)之间的适当比例。为了提高资源利用率和广大农民的利益，应该给低浓度磷肥生产企业更多的政策、资金和舆论导向的支持，一视同仁、平等对待[9]。

(2) 钙镁磷肥可利用中低品位高硅、高镁磷矿，我国盛产磷矿石的云南、湖北、贵州、湖南等省均有丰富的适合生产钙镁磷肥的高硅、高镁中低品位磷矿石，只需添加少量的镁或硅即可满足钙镁磷肥的生产要求。这些磷矿石无法生产其他酸性磷肥，如重钙、过磷酸钙或制取湿法磷酸，因而价格相对较低，用于生产钙镁磷肥既降低了生产成本，又综合利用了不可再生的磷矿资源，避免了资源的浪费[7]。

(3) 我国的尿素、高浓度磷复肥等已经严重过剩，农作物除需要氮、磷、钾之外，还需要钙、镁、硅、硫和其他多种中微量元素，因此钙镁磷肥是不可或缺的肥料品种之一。相信在相关部门及行业协会、业内专家学者和生产企业的共同关心和支持下，钙镁磷肥一定会在“一场新的农业革命”中发挥独有的作用，迎来新的面貌和可持续发展的春天！

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[2] 汤建伟，何凤斌，刘丽，等.我国磷复肥工业发展回顾与展望[C]∥第二届全国磷复肥/磷化工技术创新(云天化国际)论坛论文集.2009：368- 380.

[3] 许秀成.新时代，以创新思维审议磷矿加工方法[J].磷肥与复肥，2012(1)：1- 6.

[4] 江善襄.钙镁磷肥在我国发展的史迹简介[J].磷肥与复肥，1993(4)：33- 35.

[5] 孙志立.重新认识磷矿加工的科学合理性 实施循环经济可持续发展战略[J].化肥工业，2013(2)：1- 5.

[6] 江善襄，方天翰，戴元发，等.化肥工学丛书——磷酸、磷肥和复混肥料[M].北京：化学工业出版社，1999：987- 990.

[7] 武希彦，武雪梅.中国磷肥20年发展与展望[J].磷肥与复肥，2010(5)：1- 6.

[8] 孙志立.对贵州瓮福经济带磷矿资源合理利用的思考[J].硫磷设计与粉体工程，2013(3)：41- 44.

[9] 孙志立.中国磷资源的利用与思考[C]∥第六届全国尾矿库安全运行与尾矿综合利用技术高峰论坛论文集.2013：113- 117.

ContributionofCalciumMagnesiumPhosphateFertilizerandThoughtsofDevelopment

SUN Zhili1,2, YAO Zhiqi2

(1.Guizhou Phosphate Industry Association, Guiyang 550000, China；2.Huidong Jinchuan Phosphorus Chemical Industry Co., Ltd., Huidong 615205, China)

The contribution of calcium magnesium phosphate fertilizer in developing green agriculture in China is introduced, and the characteristics and advantages of calcium magnesium phosphate fertilizer are analyzed. The production of calcium magnesium phosphate fertilizer can make full use of medium and low grade phosphate rock with high silicon and magnesium contents of our country, it not only helps to reduce the production costs of products, but also makes comprehensive utilization of non- renewable phosphate rock resources, avoiding waste of resources.

calcium magnesium phosphate fertilizer; contribution; development; thoughts

孙志立(1953—)，男，研究员，中国无机盐工业协会磷化工分会、贵州省磷酸盐工业协会副秘书长，从事磷化工生产的技术管理和技术研发工作；kmanszl53@126.com

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1006- 7779(2017)05- 0001- 04

2016- 03- 16)