我國以占全球（qiú）5.1%磷礦資源儲量，供應了全球磷礦50%的用量。2023年12月29日，工業和信息化部等七部委與中國科學院聯合印發了《推進磷資源高（gāo）效（xiào）高值利用實施方案》，實施方案將極（jí）大地促進磷化工產業的（de）健康有序（xù）發展。

磷化工是以磷礦石為原料，經過物理化學加（jiā）工製備各種含磷製品的工業（yè）。工業磷化（huà）學品主（zhǔ）要通過磷礦還原得到單質磷(黃（huáng）磷)，或（huò）強酸分解磷礦得到磷酸，再以黃磷或磷酸進一步加工成為滿足國（guó）民經濟需求（qiú）的產品，可以用作化肥、洗滌劑、冶金、機械、選礦、鑽（zuàn）井、顏料、電鍍、塗料、紡織、印染、製革、醫藥、食品、玻璃、陶瓷、水處理、耐（nài）火材（cái）料、建築材料、日用化工、造紙、彈藥、阻燃（rán）劑（jì）、滅火劑，電子電氣材料、傳（chuán）感元件材料、離子交換（huàn）劑、催化劑、人（rén）工生物材料（liào）、太陽能電池材料、光（guāng）學材料等，涉及國計民生16個領域60多個部門。目前，我國磷肥（féi）、黃磷、磷酸、三聚（jù）磷酸鈉、六偏磷（lín）酸鈉和磷酸氫鈣等產能、產量均位居（jū）世界首位（wèi）。

熱法（fǎ）黃磷是有機磷化學品、電子化學品、彈藥、阻燃劑、光電材料等不可或缺的原料。2022年，我國黃磷產量占世界（jiè）總產量77%，對國際磷化工產業與市場（chǎng）有重要影響（xiǎng）。但黃磷（lín）采用電熱法生產，每噸（dūn）黃磷電爐電耗13000-15000kWh，消耗碳質還原劑1.5噸標煤，噸磷耗標煤3.5噸，是典型的高耗能產業。國（guó）家發展改革委（wěi）發布的《產業結構（gòu）調整指導目錄(2024版)》鼓勵“全（quán）封閉高壓水淬渣及無二（èr）次汙（wū）染磷泥處理黃磷生產工藝”，限製黃磷裝置建設，淘汰“單台產能5000噸/年以下黃（huáng）磷生產裝（zhuāng）置”。國家發展改革委等六（liù）部門發布的《工業重點領域能效標杆水平和基（jī）準水平(2023年版)》規定黃磷單位產品綜合能耗的標（biāo）杆水平（píng）2300kgtc/t，基準水平2800kgtc/t。國（guó）家發展改（gǎi）革委等四部（bù）門發布的《高耗能行業重點領域節能降碳（tàn）改（gǎi）造升級實施指（zhǐ）南(2022年版)》提出：開展“推動磷化工製黃磷與煤氣化耦合創新，對還原反應爐（lú）、燃燒器（qì）等（děng）關（guān）鍵（jiàn）技術裝備進（jìn）行工業化驗證，提高中低品位磷礦資（zī）源利用率，通過（guò）磷-煤聯產加快產業創新升級”前沿（yán）技術研究。加快推廣黃磷尾（wěi）氣燒結中低品位磷礦及粉（fěn）礦技術，提（tí）升入爐原料品位，降低（dī）耗電量。加快磷爐氣幹法除塵及（jí）其泥磷連續回收技術應用。推廣催化氧化法和（hé）變溫變壓吸（xī）附法淨化、提純磷爐尾氣，用於生產化工產品。磷爐尾氣用於原料幹燥（zào）與泥磷回收，回收尾氣燃燒熱用於產生蒸汽及（jí）發電。

因此，降低黃磷生產能（néng）源消（xiāo）耗、延伸產業鏈是實現熱法磷化工產業轉型升級的關鍵。

一、降低電熱法生產能源消耗

電熱法黃磷能耗主要分布在化學反應（yīng）、高溫磷爐（lú）渣、磷礦雜質分解與還原三大部分（fèn），磷礦中（zhōng）Fe₂O₃、CO₂、H₂O含量每增加1%，噸磷耗電將分（fèn）別增加477kWh、180kW∙h、150kW∙h。降低電熱法黃（huáng）磷生產能源的關鍵技（jì）術是：①提高黃磷生產入爐（lú）的磷礦（kuàng）品（pǐn）質，從磷礦選別入手，合理利用高矽磷礦，發展磷礦粉礦（kuàng）成球（qiú）技術；②實現黃磷磷（lín）爐氣的全利用，一噸黃磷副產含（hán）90%CO的磷（lín）爐氣2800Nm³，其（qí）最有效利用是淨化磷爐氣後（hòu）生產碳一化學品，但目前黃磷最（zuì）大單係列規模13kt/a，小時磷爐氣氣量5000Nm³，難於與大規模的（de）煤製（zhì）氣、焦爐氣、鋼鐵轉（zhuǎn）爐氣競爭，因此，目前磷爐氣除了用於甲酸鹽国产精品免费福利外，重要的是作為燃氣使用，多段式（shì）磷爐氣燃氣鍋爐、流化床磷爐氣（qì）燃氣鍋爐都（dōu）已解決了磷爐氣的腐蝕問題，熱回收率達90%，應大規模推廣應用；③利用高溫磷（lín）爐渣生（shēng）產微晶玻璃、礦渣棉等高溫加工產品（pǐn），實現磷渣熔融熱的充分利用，其關（guān）鍵技術是解決高溫配料問題；④推動磷爐氣幹法除塵的技術創新，取消（xiāo）汙水沉降池、精製磷熱水（shuǐ）槽、泥磷回收工段，實現電熱法黃磷短流程生產。

在可再生能（néng）源的（de）大背景下，采用綠電生產，每噸黃磷的CO₂排（pái）放量可以從10.2噸降至2.7噸。

二、以（yǐ）磷煤聯產替代電熱法黃磷生產

我國富煤（méi）少油缺氣（qì）決定了我國有機化學品碳的來源。現代煤（méi）化工是推動（dòng）煤炭清潔高效利用的有效途徑，對化工原料來源具有重（chóng）要地位；以CO、綠氫為（wéi）原料可生產（chǎn）甲醇、烯烴（tīng）等碳氫化學品（pǐn）。在煤氣化過程內，煤與純氧的燃燒區溫度高達2000℃以（yǐ）上，可（kě）利用該（gāi）熱量供給（gěi）磷礦還原熱，即通過（guò）磷煤聯產節能減碳耦合技術生產CO和黃磷兩種產品，解決原（yuán）有兩個獨立係統（tǒng）存在的四個問題：①黃磷還原需要電能供給熱量（liàng）；②煤氣化過程中產生大量熱量需要外排和利用；③電熱法碳還原磷礦所產生（shēng）的CO總量少，難（nán）於規模化利用；④用煤氣化的熔融渣替代矽石，提高（gāo）了磷礦還原率。通過磷煤氣化（huà）爐生產的CO與綠氫耦合，可以生產一係列的高附加值產品，建議大力扶持磷煤聯產技術的研究與技（jì）術開發。

三、延伸下遊產業鏈

黃磷可以（yǐ）生產（chǎn）高純電子級磷酸、磷烷及其所有的含磷有機（jī）化學品(醫（yī）藥、農藥、表麵活性（xìng）劑、阻燃劑等)。采用管式反應器、微通道反應器等高效反應手段（duàn），提升（shēng）三氯化磷、五氯化磷、三氯氧磷的連（lián）續化、安全生產水平（píng），為有機磷化學品奠定（dìng）原料基礎；利用離子液體的靶向分子（zǐ）識別作用提高有機磷化學品合（hé）成的選擇性，提高反應效率。

黃磷、紅磷、黑磷是磷單質的同素異形體，通過一定溫度、壓力，黃磷（lín）可（kě）以轉變（biàn）為性質更加（jiā）穩定的紅磷、黑磷。黑（hēi）磷是一種新型的二維、p-型半導體材料，具有可調控的直接帶隙、高的載流子遷移率、高的光熱轉化效率，黑磷的理論儲Li/Na/K容（róng）量高達2600 mAh /g，約為碳的7倍，其適中的充放電平台和（hé）良好的金屬離子擴散速率可有效避免快充電過程中枝晶生長帶來的安全性問題，在大容量（liàng）、高倍率的儲能電池方麵具有優勢。同時（shí），黑磷以添加量少、對高分子力學性（xìng）能影響小的特（tè）點，在高分子阻燃、防腐領域有著極（jí）大的（de）應用前景。建議（yì）開（kāi）展黑磷低成本製備技（jì）術的攻關及其（qí）在下遊領域的應用研究，推動黑磷及（jí）其應用的（de）產業化（huà）。

昆明（míng）理工大學雲南省磷化工節能與新材料重（chóng）點實驗室致力於基礎磷化工的節能減碳技術開發與黑磷製備及其阻（zǔ）燃儲能研究，通過黃磷磷爐（lú）氣與黃磷反應（yīng）熱的回收，每噸黃磷能耗降低60%以上；催化法黑磷製備反應時間從10小時縮短至15分鍾，並首次將黑磷用於阻燃、防腐研究，取得了一係列突破（pò）性進展；開展了（le）磷煤聯（lián）產技術的研究，揭示了磷煤氣化爐的（de）反應機理，為磷煤聯產的工（gōng）程化奠定了基礎。

作者：昆明理工大學教授 梅毅

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