落实“双碳”战略，磷化工大有可为

于建国 张 婷

华东理工大学 国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室

2020年9月22日，第七十五届联合国大会举行一般性辩论，国家主席习近平指出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”2021年10月24日，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，明确要加快发展新一代信息技术、新能源、新材料、新能源汽车、绿色环保等战略性新兴产业。“十四五”作为碳达峰的攻坚期、窗口期和能源低碳转型的关键时期，磷化工行业的资源集约利用和可持续发展至关重要。

我国磷矿石资源储量位居世界第二，约32亿t，但低品位矿占比多。磷化工产业集中分布于长江中上游的云、贵、川、鄂，生产工艺涉及采矿、选矿、浸取、净化、转化加工等工序，产品主要包括磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸二氢钾、黄磷、草甘膦等基础化工原料，是国民经济发展不可或缺的基础原材料。随着“双碳”战略的布局，磷化工行业迎来了前所未有的挑战与机遇。

（1）高强石膏技术的发展或为实现磷石膏的绿色处理和高值化利用提供有效方案，磷石膏将成为有价资源而不是企业负担。磷矿石加工过程中会产生大量化学成分复杂的磷石膏，成为阻碍行业绿色发展的最大瓶颈。截至2021 年，我国磷石膏堆存量超过5 亿t，且依然以每年5 000 万t 的速度增加。作为“三磷”整治的主要对象，在“以用定产”政策推动下，磷石膏的大规模资源化利用已成为磷化工领域企业竞争力的重要抓手。现阶段磷石膏资源化利用途径：一是石膏板、泡沫混凝土、水泥缓释剂、β-石膏、α-半水石膏等建筑材料；二是土壤改良剂、硫酸钾、硫酸铵等农用材料；三是硝酸钙、硫酸钙晶须等化工产品。其中，α-半水石膏因其强度高、质量轻、无污染和生物相容性好，可广泛应用于高端建材、精密制造、医疗和航空等领域。随着居民生活水平的提高，高强石膏在中国GRG（预铸式玻璃纤维加固石膏）装饰材料、高强石膏基自流平砂浆等建材市场空间不容小觑。据国际某知名建筑涂料品牌专家预测，符合国家室内建材标准的高白、高强石膏有望直接取代水泥作为内墙抹平材料，市场空间巨大。

（2）新能源产业为七水硫酸亚铁的高值化利用创造前所未有的发展机遇。在磷化工行业典型的硫-磷-钛循环产业链中，每生产钛白粉1 t副产七水硫酸亚铁2.8 t，由于副产的硫酸亚铁含有Mn、Ca、Al、Ti、Mg、Zn等杂质，销售长期处于市场低端，利润微薄。根据市场调查，少部分硫酸亚铁用于工业水处理絮凝剂、铁精粉、一水硫酸亚铁饲料或氧化铁颜料制备，个别企业将其与硫黄混烧制备硫酸，而大多数企业只能采取堆积方式存放。随着国家双碳战略的落地实施，各行各业均在布局节能降耗、提高资源利用率的科技攻关，钢铁、石化、建材、能源等基础产业力度空前。新能源产业具有节能降碳、绿色环保的显著优势，而2022年版《防止电力生产事故的二十五项重点要求》落锤，三元电池不可用于大型储能设备，磷酸铁作为磷酸铁锂的前驱体，近2年产能大幅度提升，截至2021年年底，磷酸铁产能达62.6万t/a，价格相较2021年年初增幅达83.3%。预计2022年我国磷酸铁锂需求量约70万t，其中80%产量来源于FeSO4·7H2O原料。

磷酸铁锂制备主要包括碳热还原法、高温固相法、水热法和溶胶凝胶法等，其中碳热还原法是用磷酸铁、碳酸锂和有机或无机碳源为原料，在惰性氛围下煅烧合成磷酸铁锂炭复合材料，因其工艺简单、耗时短和原位均匀碳包覆等优势而被广泛应用于工业生产。对于碳热还原法而言，前驱体磷酸铁的形貌、粒径分布、振实密度和批次一致性等特征参数，碳源种类与用量、煅烧时长与焙烧温度是决定磷酸铁锂性能的重要因素。此外，作为制备磷酸铁的原料，硫酸亚铁中所含杂质对于磷酸铁和磷酸铁锂结构及性能的影响不容忽视，硫酸亚铁分离净化是预处理的重要工段。加强硫-磷-钛循环工艺七水硫酸亚铁制备磷酸铁和磷酸铁锂的基础研究与技术开发，有助于提升硫酸亚铁在新能源领域的高值化利用。

最后还需要提及的是2021年我国钛白粉产量为379万t，副产硫酸亚铁约1 500万t，聚合硫酸铁（PFS）约800 万t。从供需平衡角度看，现阶段大部分硫酸亚铁仍可作为PFS 的原料。但若后续磷酸铁锂需求量继续攀升，副产硫酸亚铁可能会出现供不应求的局面，目前FeSO4·7H2O价格从50元/t增长至约300元/t，固体PFS价格从800元/t增长至1 200元/t。为应对未来挑战，研究探索以钛白粉固体废弃黄亚铁、高盐废水中硫酸亚铁为原料合成絮凝剂工艺，或将是从业者的明智选择。