我國以（yǐ）占全球5.1%磷礦資源儲量，供應了全球磷礦50%的用量。2023年12月（yuè）29日，工業和信息化部等七部委與中國科學（xué）院聯合印發了《推進磷資源高效高值利用實施方案》，實施方案將極大地（dì）促進磷化工產業的健康有序發展。

磷化工是以磷礦（kuàng）石為原料，經過物理化學（xué）加工製備各種含磷製品的工業（yè）。工業磷化學品主要通過磷礦（kuàng）還原得到（dào）單質（zhì）磷(黃磷)，或強酸分解（jiě）磷礦得到磷酸，再以（yǐ）黃（huáng）磷或磷（lín）酸進一步加工成為滿（mǎn）足國（guó）民經濟需求的產品，可以用作（zuò）化肥（féi）、洗滌劑、冶金、機械、選礦、鑽井、顏料、電鍍、塗料、紡（fǎng）織、印染、製革、醫藥（yào）、食品、玻璃、陶瓷、水處理、耐火（huǒ）材料、建築材料、日用化工、造紙、彈藥、阻燃劑、滅火劑，電子電氣材（cái）料、傳感元件材料、離子交換劑、催化劑、人工生物材料、太陽能（néng）電池材料、光學材料（liào）等，涉及國計民生（shēng）16個領域（yù）60多個部門。目（mù）前，我國磷（lín）肥（féi）、黃磷、磷酸、三聚磷酸（suān）鈉（nà）、六偏磷酸鈉和磷酸氫鈣等（děng）產能、產（chǎn）量均位居世界首位。

熱法黃磷是有機（jī）磷（lín）化（huà）學品、電子化學品、彈藥、阻燃劑、光電材料等（děng）不可或缺的原（yuán）料。2022年，我國（guó）黃磷產量占世界總產量77%，對國際（jì）磷（lín）化工產業與市場（chǎng）有重要影響。但黃磷采（cǎi）用電熱法生產，每噸黃磷電爐（lú）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（chǎn）業（yè）。國家發（fā）展改革委（wěi）發布的《產業結構調整指導（dǎo）目錄(2024版)》鼓勵“全封閉高壓（yā）水淬渣及無二次汙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/年以下黃磷生產裝置”。國家發展（zhǎn）改革委等六部門發布的《工業重點領域能（néng）效標杆水平和基準水（shuǐ）平(2023年版)》規定黃磷單位產品綜合能耗的標杆水平2300kgtc/t，基準水（shuǐ）平2800kgtc/t。國家發展改（gǎi）革委等四部門發布的《高耗（hào）能行業重點（diǎn）領域節能降碳改造（zào）升級實施指南(2022年（nián）版（bǎn）)》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、燃燒（shāo）器等關鍵技術裝備進行（háng）工業化驗證，提高（gāo）中低品位（wèi）磷礦資源利（lì）用率，通過磷-煤（méi）聯產加快產業創新升級”前沿技術研究。加快推廣黃磷尾氣燒結中低品位磷礦及粉礦技術，提升入爐原料品位，降低耗電量。加快磷爐氣幹法除塵及其泥（ní）磷連續（xù）回收技術應用。推廣催化氧化法和變溫（wēn）變壓（yā）吸（xī）附（fù）法淨化、提純磷爐尾（wěi）氣，用於生產化工產品。磷爐尾氣用於原料幹燥與泥磷回收，回收尾氣（qì）燃燒熱用於產生（shēng）蒸汽及發電。

因此，降（jiàng）低（dī）黃磷生產能源（yuán）消耗、延伸產業鏈是（shì）實現熱法磷化工（gōng）產業轉型升級（jí）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、高溫磷爐渣、磷礦雜質分解（jiě）與還原三大部分，磷礦中Fe₂O₃、CO₂、H₂O含量（liàng）每增加1%，噸磷（lín）耗電將分別增加477kWh、180kW∙h、150kW∙h。降低電熱法黃磷（lín）生（shēng）產能源的關鍵技術是：①提高黃磷（lín）生產入爐的（de）磷礦（kuàng）品質，從磷礦選別入手，合理利用（yòng）高矽磷礦，發展磷礦粉礦（kuàng）成球技術；②實現黃磷磷爐氣的全利用，一噸（dūn）黃磷副產含90%CO的磷爐氣2800Nm³，其最有效利用是淨化磷爐氣後生產碳一化學品，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（dà）規模（mó）的煤製氣、焦爐氣、鋼鐵轉爐氣競爭，因此，目前磷爐氣除了用於甲酸鹽妖精影院外，重要的（de）是作為燃氣（qì）使用，多段式磷爐（lú）氣（qì）燃氣鍋爐、流化床磷爐氣（qì）燃氣鍋爐都已解決了磷爐氣的腐蝕問題，熱回收（shōu）率達90%，應（yīng）大規模推廣應用；③利用高溫磷爐渣生產微晶玻璃（lí）、礦渣棉等高溫加工產品，實現磷渣熔融熱的充分利用，其關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，取消汙水沉降池、精製磷熱水槽、泥磷回收工段，實現電（diàn）熱法黃磷短流程生產。

在可再（zài）生能源的大背景下，采用綠電生產，每（měi）噸黃磷的CO₂排放量可以從10.2噸降至2.7噸。

二、以磷煤（méi）聯產替（tì）代電熱法黃磷（lín）生產

我國富煤少油缺氣決定（dìng）了我國有機化學品碳的（de）來源（yuán）。現代煤化工是推動（dòng）煤炭清潔高效利用的有效途徑，對化工原料來（lái）源具有重要地位；以CO、綠氫為（wéi）原料可生產甲醇、烯烴等碳氫化學品。在（zài）煤氣化過程內，煤與純氧的燃燒區溫度高（gāo）達2000℃以上，可利用該熱量供給磷礦還原熱，即通過磷煤聯產節能減碳耦合技術生產CO和（hé）黃磷兩種產品（pǐn），解決原有兩個獨立係統存在的（de）四個問題：①黃磷還原需要電能供給熱量；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（tàn）還原磷礦所產生的CO總量（liàng）少，難於規模化利用；④用（yòng）煤氣化的熔融渣替代矽石，提高了磷礦還（hái）原率。通過磷煤氣化爐生產的CO與綠氫耦合，可以生產一係（xì）列的高附加值產品（pǐn），建議大力扶持磷（lín）煤聯產技術的（de）研究與技術開發。

三、延伸下遊產業鏈（liàn）

黃磷可以生（shēng）產高純（chún）電子（zǐ）級磷酸、磷烷及其所有的含磷有機（jī）化學品(醫藥（yào）、農藥、表麵活性劑、阻燃劑等（děng）)。采用管式反應器、微通道反（fǎn）應器等高效反應手段，提升三氯化磷、五氯化磷（lín）、三氯氧磷的（de）連續化、安全生產水平，為有機磷化學品奠定原料基礎（chǔ）；利用離子液體的靶向分子識別作用提（tí）高有機磷化學品（pǐn）妖精影院的選擇性，提高反應效率。

黃（huáng）磷、紅磷（lín）、黑磷是磷單（dān）質的同素異形體，通過一定溫度、壓力，黃磷可以轉變為性質更加穩定的紅（hóng）磷、黑（hēi）磷（lín）。黑（hēi）磷是（shì）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（yí）率、高的光熱轉化效（xiào）率，黑磷的理（lǐ）論儲（chǔ）Li/Na/K容量高達2600 mAh /g，約為（wéi）碳（tàn）的7倍，其適中的充放電平台和良好的金（jīn）屬離子擴散速率可有效避免快充電過程中枝晶生長帶（dài）來的安全性問題，在大容量、高倍（bèi）率的儲（chǔ）能電池方麵（miàn）具有優勢。同時，黑磷以添加量（liàng）少、對高分子力學性能影響小的特點，在高分子阻燃、防腐領域（yù）有著極大的應用前景。建議開展黑磷低成本製備技（jì）術的攻關及其（qí）在下（xià）遊領域的應用（yòng）研究，推動黑（hēi）磷及其應用的產業化。

昆明理工（gōng）大學雲南省磷化工節能與新材料重（chóng）點實驗（yàn）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燃（rán）儲能研究，通過黃磷（lín）磷爐氣與黃磷反應熱的回收（shōu），每噸黃磷能耗降低60%以上；催化法黑磷製（zhì）備反應時間從10小時縮短至15分鍾，並首次將黑（hēi）磷（lín）用於阻燃、防腐研究，取得了一係列突破性進展；開展了磷煤聯（lián）產技術的研究，揭示了磷煤氣化爐的反（fǎn）應（yīng）機（jī）理，為磷（lín）煤聯產的（de）工程化奠定了基礎。

作者：昆明理工大學教授 梅毅

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