衛(wèi)尤明，廖宗文，毛小云

（華南農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，廣東 廣州 510642）

1 產(chǎn)業(yè)困局與磷肥有效性的思考

磷資源是短期不可再生、不可替代的有限資源。我國磷礦實物儲量僅占世界總儲量的6.2%，而各種品級未加工的磷資源量僅占世界總量的5.8%。即使未來對w（P2O5）＜12%的低品位磷礦進行開采，開采回收率以81.9%計，我國磷礦最后利用年限也僅至2188年［1-2］。磷肥產(chǎn)業(yè)的“無米之炊”困局日益嚴峻。日趨嚴格的環(huán)保要求，加劇了磷肥產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)成本上升及經(jīng)濟效益下滑。磷肥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有礦-酸-肥反應體系是一種高碳耗的激烈反應體系，面對資源短缺、環(huán)保壓力、效益低下三大挑戰(zhàn)，難以獲得根本突破。

有效性是構(gòu)成肥料技術(shù)體系的基礎，國內(nèi)外磷肥生產(chǎn)技術(shù)雖有不同，但都是基于高水溶性的技術(shù)體系。在這種體系下的節(jié)酸、節(jié)能等技改，都是常規(guī)體系內(nèi)的量變，空間日益收窄，很難突破原體系而獲得質(zhì)的躍升。礦-酸-肥技術(shù)體系下，低品位磷礦因為雜質(zhì)含量高，導致硫酸被無效消耗而產(chǎn)生更多硫酸鈣，既增加生產(chǎn)成本，又影響磷肥質(zhì)量和環(huán)境。雖然可通過選礦提高磷礦P2O5品位來降低硫酸消耗，但經(jīng)濟、環(huán)境成本雙雙攀升。因此，我國大量低品位磷礦成為“雞肋”而難以使用。有效磷包括水溶性磷、枸溶性磷，因此各項技術(shù)都以磷礦向水溶性磷轉(zhuǎn)化為目標，除向高水溶性磷轉(zhuǎn)化之外，還有一種新的活化磷養(yǎng)分有效性（適度水溶）的技術(shù)。探索基于活化有效性的礦-肥無酸溫和反應體系取代礦-酸-肥反應體系具有重要意義。

2 基于活化有效性的新技術(shù)體系

2.1 突破礦-酸-肥激烈反應，構(gòu)建溫和礦-肥反應體系

活化磷以活化有效性（適度水溶）取代高水溶性，以無酸活化取代強酸激烈反應，因此不會產(chǎn)生低品位礦無效消耗硫酸的問題，使“雞肋”成為有效資源?；罨椎闹苽涔に嚭喗荩粤椎V與活化劑研磨即可（見圖1）。活化劑主要由工農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)物理、化學修飾等方法處理而制成，廉價易得。

圖1 活化磷制備工藝流程

活化有效性取代經(jīng)典水溶有效性，原技術(shù)體系從原料（可用低品位磷礦）到工藝（省去選礦和除鎂、不用酸、不用耐酸設備等），直至質(zhì)量測定方法（改靜態(tài)水溶指標為動態(tài)活化指標）的全技術(shù)鏈均發(fā)生了質(zhì)的躍升?；罨瘻睾头磻w系與強酸激烈反應體系對比見表1。

表1 活化溫和反應體系與強酸激烈反應體系對比

2.2 活化有效性的優(yōu)點及技術(shù)原理

有效性是技術(shù)體系形成的基礎，也是活化磷肥與常規(guī)磷肥兩種生產(chǎn)體系的根本區(qū)別。

長期以來各種化肥的生產(chǎn)，國內(nèi)外都是追求高水溶性。其實化肥水溶性并不是越高越好，近幾十年來，高水溶性化肥的弊病也逐漸顯現(xiàn)。磷肥水溶性高，磷養(yǎng)分容易被水沖走流失而造成富營養(yǎng)化，或被土壤中鈣、鎂陽離子沉淀而失效。為此，高水溶性磷肥、氮肥還需要包膜緩釋處理加以糾正，成本升高，難以推廣。而水溶性適中的活化磷肥，養(yǎng)分釋放速率適當加快，可滿足農(nóng)作物需要，無須再緩釋處理?；罨子行耘c高水溶性化肥的緩釋同屬控釋作用，但方向相反，活化磷有效性化肥的緩釋不是由快變慢，而是由慢變快?；罨恰熬忈尅钡哪嫦騽?chuàng)新——“促釋”。與常規(guī)磷肥“第一步高水溶，第二步緩釋”相比，活化磷肥“一步到位”無須緩釋的優(yōu)勢明顯，且節(jié)能降耗［3-4］，又避免了土壤中磷濃度過高被土壤鈣、鋁、鐵、錳沉淀失效，既提高了養(yǎng)分利用率，又減少了養(yǎng)分淋溶流失而導致的水體富營養(yǎng)化。

常規(guī)磷肥生產(chǎn)通過強酸高溫的激烈反應工藝來實現(xiàn)高水溶性，活化磷肥生產(chǎn)則是通過溫和的反應獲得適度水溶性。其活化機制是機械化學力［5］，使磷礦（磷酸鈣）晶體結(jié)構(gòu)向無定形轉(zhuǎn)化，并使難溶的磷酸鈣化學鍵向易溶的磷酸氫鍵轉(zhuǎn)化，其水溶性大幅度增加（可達100%～500%［3，6］），而且，明顯優(yōu)于常規(guī)磷肥生產(chǎn)應用過程中有效磷大起大落的波動，減少了磷養(yǎng)分被土壤固定失效的損失，與農(nóng)作物磷養(yǎng)分吸收過程處于更好的供求動態(tài)平衡?；罨行约夹g(shù)不追求過高水溶性，因此無須強酸實施激烈反應，能耗大幅度下降。

2.3 活化磷肥的優(yōu)點

活化磷肥生產(chǎn)在原料廣泛、綠色工藝和產(chǎn)品性能、經(jīng)濟效益方面，均大大超越常規(guī)磷肥。這一技術(shù)體系的全面創(chuàng)新，使礦-酸-肥體系下難以解決的磷礦資源枯竭、環(huán)保節(jié)能等痛點、瓶頸問題迎刃而解，為磷肥產(chǎn)業(yè)升級換代，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展開拓了新技術(shù)途徑。

1） 低碳綠色工藝貫通礦-肥全鏈

活化磷肥工藝簡捷、低碳，無須硫酸，把活化劑加入磷礦粉攪拌研磨即可，全程無“三廢”排放，從開礦至肥料產(chǎn)品及田間肥效的低碳綠色優(yōu)勢貫通礦-肥生產(chǎn)鏈全程。活化磷的礦-肥生產(chǎn)鏈與傳統(tǒng)礦-酸-肥生產(chǎn)鏈對比見圖2。

圖2 活化磷的礦-肥生產(chǎn)鏈優(yōu)勢

隨著環(huán)保標準日益嚴格，活化磷肥的綠色低碳優(yōu)勢也更加凸顯。近年來，對于一些靠近河流水源的新礦區(qū)，當?shù)卣踔敛辉试S選礦筑壩排渣，不允許建硫酸廠。而無酸活化磷的低碳綠色技術(shù)為礦山實現(xiàn)礦肥一體化提供了有力的技術(shù)保障。

2） 肥效高效持久

全國多點試驗結(jié)果顯示，等量施肥條件下，活化磷肥效不亞于過磷酸鈣，甚至更優(yōu)，作物產(chǎn)量增加，品質(zhì)提升且生產(chǎn)成本下降，性價比大幅度提升［6-8］，工廠和農(nóng)民雙雙受益。

除了國內(nèi)磷礦的活化，對斯里蘭卡、印度、南非、埃及、哈薩克斯坦、巴基斯坦及美國的磷礦進行分析，篩選出相應的高效活化劑進行活化磷肥生產(chǎn)，進而對產(chǎn)品開展盆栽實驗，均獲成功［4，8］。在等質(zhì)量施肥條件下，活化磷肥均可取得與過磷酸鈣相當或略優(yōu)的效果（見表2）。

表2 施用各活化磷肥（AP）與過磷酸鈣（SP）的玉米生物量（干質(zhì)量）對比 g/盆

活化磷肥的肥效優(yōu)于常規(guī)磷肥，并不是因為其養(yǎng)分濃度高，而是其養(yǎng)分釋放均衡持久，與農(nóng)作物吸磷處于較好的供求動態(tài)平衡。因此活化磷肥抗淋溶、抗固定力強，利用率高。常規(guī)磷肥的大起大落供肥特性與農(nóng)作物對養(yǎng)分的需求并不匹配，故肥效受影響?；罨追始俺Ｒ?guī)磷肥養(yǎng)分釋放與作物的養(yǎng)分吸收供求關(guān)系比較見圖3。

圖3 活化磷肥及常規(guī)磷肥磷養(yǎng)分釋放與作物的磷養(yǎng)分吸收供求關(guān)系比較

3） 經(jīng)濟、環(huán)境效益大幅度提升

近十多年來，磷肥生產(chǎn)因礦石、能源漲價及環(huán)保壓力，其利潤空間進一步收窄。以過磷酸鈣為例，每噸利潤最高不足50 元。而活化磷肥保守利潤約150元/t，是過磷酸鈣的3倍。農(nóng)民效益依作物而異，增幅一般為20%～30%。

近幾年我國磷肥年產(chǎn)量約P2O51 600萬t，若有1/10 常規(guī)磷肥以活化磷肥（按w（P2O5）12%計算）代替，則每年節(jié)支金額達30 億元。這對我國磷肥企業(yè)破解原料、能源和環(huán)保壓力造成的困境意義重大。

3 前景與建議

3.1 發(fā)展前景

活化磷不是在原體系內(nèi)改進某些技術(shù)環(huán)節(jié)，而是從開礦、加工到肥料施用的產(chǎn)業(yè)鏈全程技術(shù)創(chuàng)新，低碳綠色，免選礦、免耗酸、“三廢”零排放，大幅度實現(xiàn)碳減排，肥料呈中性，不酸化土壤，養(yǎng)分利用率高，有利于促進藥肥雙減，減量增效。經(jīng)濟、環(huán)境效益均大幅度提升，為實現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)提供了新的技術(shù)支撐。

1） 活化技術(shù)的擴展運用

活化技術(shù)在磷肥領(lǐng)域的擴展有兩方面，一方面是擴展用于常規(guī)磷肥的活化增效，生產(chǎn)活化磷銨、活化過磷酸鈣、活化鈣鎂磷肥系列產(chǎn)品；另一方面是擴展至其他原料，如骨粉、白肥（飼料磷酸鈣副產(chǎn)品）的活化。

活化磷肥除營養(yǎng)功能之外，還可以鈍化土壤中鎘，大幅度降低鎘污染土壤上作物中鎘含量，降幅達50%左右［9］。

此外還可以擴展應用于其他礦物和尾礦的開發(fā)。例如用鉀長石生產(chǎn)活化鉀［10］，用硅砂生產(chǎn)活化硅［11］；用綜合活化技術(shù)使尾礦的硅、鎂、鈣同時活化以生產(chǎn)土壤改良劑，補充多種中微量元素［6］，有利于連礦渣也“吃干榨盡”，實現(xiàn)綠色開發(fā)，全面高效利用礦山資源?；罨夹g(shù)不僅用于固體肥，還可取代磷銨用于懸浮液體肥生產(chǎn)，具有抗土壤固定，節(jié)支增效等明顯優(yōu)點。

2） 國際合作

東南亞和非洲國家的磷肥多依賴進口，成本遠高于中國。其中一些國家有磷礦而無磷肥生產(chǎn)，該地區(qū)應用活化磷的效益比中國更高。用外國廉價低品位磷礦及高鎂磷礦資源，生產(chǎn)活化磷系列產(chǎn)品的技術(shù)合作陸續(xù)開展。近年來，隨著“一帶一路”的推進，活化磷技術(shù)在國際合作中有進一步發(fā)展。

華南農(nóng)業(yè)大學十多年來承擔的商務部的“發(fā)展中國家環(huán)境友好型肥料”國際培訓班工作，均驗證了活化磷的明顯肥效。在發(fā)展中國家和發(fā)達國家都可利用當?shù)亓畠r低品位磷礦和高鎂磷礦資源，以活化技術(shù)的獨特優(yōu)勢開拓廣闊的國際市場。華南農(nóng)業(yè)大學與美國佛羅里達大學合作完成的項目表明，施用活化磷的處理生物產(chǎn)量甚至優(yōu)于等質(zhì)量過磷酸鈣處理10%以上［4］。與巴基斯坦信德農(nóng)業(yè)大學合作承擔的廣東省科技計劃項目也獲得類似結(jié)果。

3.2 發(fā)展建議

1） 克服創(chuàng)新的阻力——思維定勢

技術(shù)創(chuàng)新要突破原有技術(shù)，必然會與原有的思維定勢產(chǎn)生沖突。如果不能克服長期形成的思維定勢阻力，技術(shù)創(chuàng)新就無從談起?；罨自谘芯窟^程中，遇到的強大阻力是“高濃度”的片面觀點，其表現(xiàn)有兩種形式。

一是追求高濃度而忽略養(yǎng)分利用率。其實，肥效高低同時取決于養(yǎng)分濃度及其利用率，并不是濃度越高肥效一定越好。高濃度更應該注意養(yǎng)分利用率，否則高濃度會造成高污染?；罨追手杂懈叻市В皇且驗樗乃苄杂卸喔?，而是因為它養(yǎng)分釋放均衡而持久，減少了淋溶和固定的損失，養(yǎng)分利用率更高。

二是只看一兩種養(yǎng)分而忽略其他養(yǎng)分。如磷銨是含氮、磷的高濃度肥料，而鈣鎂磷肥則被視為低濃度肥料。其實，鈣鎂磷肥的3種養(yǎng)分總含量與磷銨相比并不低，而且還有豐富的硅，是多元高濃度肥料。只按磷含量的評價很片面，不利于正確評價和開發(fā)礦物資源。鈣鎂磷肥在國外，例如日本、韓國、巴西，肥效很好，售價也較高。而且國內(nèi)一些企業(yè)做了大量工作，證明鈣鎂磷肥在土壤改良、防病促長、抗土壤重茬等方面有顯著的效果［2］。同樣道理，被丟棄的尾礦雖然磷、鉀含量不高，但是硅、鈣含量很高，各種養(yǎng)分總量不低，而且原料豐富，成本低，也是有開采價值的礦物資源。

2） 制定與創(chuàng)新配套的政策

長期以來，創(chuàng)新肥料產(chǎn)品進入市場往往受到原有政策的限制。普通肥料管理辦法對于創(chuàng)新肥料技術(shù)成果轉(zhuǎn)化是難以逾越的障礙。尤其是顛覆性創(chuàng)新的肥料，在肥料登記目錄中根本不存在，往往被拒之門外。從技術(shù)突破到實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是重要的跨越，而市場準入則是實現(xiàn)這一跨越的關(guān)鍵。因此，急需建立新型肥料進入市場的配套政策，開辟促進創(chuàng)新的綠色通道。有必要參考經(jīng)濟特區(qū)，建立一個有配套政策的肥料創(chuàng)新示范特區(qū)。設立進入特區(qū)的相應門檻（例如國家項目、鑒定、獲獎）政策，在特定區(qū)域進入市場，開展活化磷肥等新型肥料的試驗、示范、推廣及科普工作。在經(jīng)過一段實踐后，逐步向周邊地區(qū)輻射，做到以點帶面，既積極又穩(wěn)妥地推進。