中国磷复肥工业协会:2023年我国磷石膏综合利用情况及产业发展现状分析 2023 年是我国“十四五”规划实施的中坚之年,面对复杂的国际形势和国内疫情后的不确定性,磷肥行业企业充分展示了强有力的发展韧性和稳健的执行能力,圆满完成了国内化肥稳价保供任务,为粮食安全和社会稳定作出了积极贡献。磷石膏作为磷肥生产过程的副产物,面临日趋严格的环保和资源压力,研究和推动磷石膏资源化利用,减少环境隐患及资源浪费,最大限度地利用好磷资源,对于实现磷复肥行业健康可持续发展具有重要意义。
中国磷复肥工业协会:2023年我国磷石膏综合利用情况及产业发展现状分析
2023 年是我国“十四五”规划实施的中坚之年,面对复杂的国际形势和国内疫情后的不确定性,磷肥行业企业充分展示了强有力的发展韧性和稳健的执行能力,圆满完成了国内化肥稳价保供任务,为粮食安全和社会稳定作出了积极贡献。磷石膏作为磷肥生产过程的副产物,面临日趋严格的环保和资源压力,研究和推动磷石膏资源化利用,减少环境隐患及资源浪费,最大限度地利用好磷资源,对于实现磷复肥行业健康可持续发展具有重要意义。
一、 磷石膏综合利用基本情况
1.我国磷石膏产生量和利用量PART.01
随着人口增长和粮食价格上涨,全球对粮食的需求持续增加。我国出台的一系列农业政策,促进了农业的发展,从而增加了对磷肥的需求。此外,出口政策的演变也使国内磷肥出口量增加,推动了磷肥产量的增长。据中国磷复肥工业协会统计,2023年,我国磷肥总产能达到P2O5 2 170万t,同比增长2.3%;总产量达到P2O5 1 615.1万t,同比增长6.1%[1]。2015—2023 年我国磷肥产能、产量变化情况见图1。
图1 2015—2023年我国磷肥产能、产量变化情况
Fig.1 Changes of phosphate fertilizer production capacity and output in China form 2015 to 2023
进入“十四五”以来,国家及地方对磷石膏综合利用的推动力度进一步加大,磷石膏综合利用相关政策相继出台,为磷石膏综合利用提供了强有力的政策保障和方向引导。据中国磷复肥工业协会统计,2023年我国磷石膏产生量8 100万t,同比增长5.2%;综合利用量达到4 500 万t,较2022 年增加了620 万t,同比增长了16.0%;综合利用率达到55.6%,同比增长了5.2 百分点。2015—2023 年我国磷石膏综合利用变化情况见图2。
图2 2015—2023我国磷石膏综合利用变化情况
Fig.2 Changes of comprehensive utilization of phosphogypsum in China from 2015 to 2023
2. 我国磷石膏综合利用主要途径
我国磷石膏综合利用途径仍以传统的水泥缓凝剂、石膏建材、生态修复和井矿回填为主,磷石膏利用量分别约占总利用量的33.7%、30.1%、14.4%和11.6%;土壤调理剂和筑路材料取得了较好的发展,2023 年两者磷石膏利用量分别占总利用量的2.3%和3.1%;其他综合利用途径,如磷石膏分解制硫酸、植生材料、肥料调理剂等也有所发展,体现了我国在磷石膏综合利用方面的多元化发展趋势。为更好地掌握行业磷石膏综合利用状况,自2023 年起对外供外售部分磷石膏的具体用途进行了细分,为便于对比,历史数据按2023 年比例进行调整。2023 年我国磷石膏综合利用主要途径及分布情况见图3。
图3 2023年我国磷石膏综合利用主要途径及分布情况
Fig.3 Main ways and distribution of phosphogypsum comprehensive utilization in China in 2023
水泥缓凝剂和石膏建材领域的磷石膏消纳量大且整体呈现稳定上升的趋势,2023 年,水泥缓凝剂途径消纳磷石膏达1 515 万t,同比增长6.7%;石膏建材途径消纳磷石膏达1 353 万t,同比增长17.1%,其中石膏板增幅较大,2023年消纳量达590万t,同比增长28.3%,石膏粉消纳量达560 万t,同比增长14.3%。
生态修复材料作为新兴的磷石膏综合利用途径,各省相继开展应用实践,2023年消纳量达650万t,同比增长10.9%。磷石膏在筑路材料领域的应用逐步拓展,由园区内部试点逐步向市政道路和高速路段延伸,2023 年消纳量达到138 万t,同比增长近1倍。土壤调理剂领域也有明显进步,2023年消纳量再次达到100 万t 以上,以订单采购为主。受限于经济性、装置稳定性等原因,磷石膏分解制硫酸消纳量下降较为明显,2023年仅为43万t,同比下降约50%。
从消纳主体来看,行业产生的磷石膏66.4%被行业企业或其引进的合资公司自行消纳,33.6%则需出售给下游磷石膏综合利用厂家进行处理。自行消纳部分以水泥缓凝剂、生态修复、石膏建材、矿井充填为主,外售部分则以石膏建材和水泥缓凝剂为主。2015—2023 年我国磷石膏综合利用主要途径变化情况见图4。
图4 2015—2023年我国磷石膏综合利用途径变化情况
Fig.4 Changes in comprehensive utilization ways of phosphogypsum in China form 2015 to 2023
3. 世界磷石膏综合利用情况
据国际肥料协会(IFA)统计,世界磷石膏年均产生量约为2.15 亿t,年综合利用量约为6 000万t,综合利用率不足30%,利用途径主要集中在农业、建材和道路三大领域。我国是世界上最大的磷石膏产生国,同时也是最大的磷石膏综合利用国,磷石膏综合利用量和综合利用水平均居世界领先地位。
二、2023 年我国推动磷石膏综合利用所做的工作及变化情况
1.政策制定力度进一步加大,措施路径更加精准
政策制定越来越重视行业运行发展的基本规律,准确把握磷石膏综合利用过程中存在问题的本质和关键,注重细节和可执行性。近年来,我国相继出台《“十四五”原材料工业发展规划》、《关于“十四五”大宗固体废物综合利用的指导意见》、《“十四五”循环经济发展规划》、《“十四五”工业绿色发展规划》、《“十四五”时期“无废城市”建设工作方案》、《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》、《2030 年前碳达峰行动方案》、《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》、《推进磷资源高效高值利用实施方案》等政策。2024 年3 月25 日,工业和信息化部、国家发展改革委、财政部等7部门联合印发《磷石膏综合利用行动方案》,专门针对磷石膏综合利用作出指导,进一步提出了明确要求。各地方也积极响应,深入调查研究,结合地方发展基本情况,制定实施方案及多项配套支持政策,如《云南省全面推进磷石膏综合利用工作方案》、《云南省磷石膏综合利用省级财政以奖代补实施方案》、《长江流域(云南段)总磷污染控制方案》、《云南省工业领域碳达峰实施方案》、《四川省推动磷化工行业节能与绿色低碳发展实施方案》、《四川省进一步推进工业资源综合利用工作方案》、《关于支持磷(钛)石膏等大宗工业固体废物综合利用工作的建议》(四川)、《贵州省工业领域碳达峰实施方案》、《贵州省建材行业碳达峰实施方案》、《关于推动县域工业经济高质量发展实施方案》(贵州)、《省人民政府关于全面加强磷石膏综合利用推动磷化工产业绿色发展的意见》(贵州)、《湖北省“无废城市”建设三年行动方案》、《湖北省质量强省建设纲要》、《湖北省化工产业转型升级实施方案(2023—2025 年)》等。各项政策的制定与实施,为磷石膏综合利用工作提供了有力指导与保障,也为磷石膏综合利用工作的深入开展奠定了坚实基础。
2.努力推动完善标准体系制定,拓宽综合利用路径PART.02
各地方、行业协会以及有关企业积极开展磷石膏综合利用相关标准规范的研究制定,以标准规范和引领行业发展。中国磷复肥工业协会牵头制定了《磷石膏无害化处理指南》、《磷石膏制土壤调理剂》、《磷石膏基筑路材料》等团体标准;云南省发布《改性磷石膏综合利用矿山生态修复环境风险评估规范》、《改性磷石膏综合利用矿山生态修复过程环境监管规范》、《改性磷石膏综合利用矿山生态修复跟踪评估规范》、《改性磷石膏用于矿山废弃地生态修复回填技术规范》,湖北省发布《公路磷石膏复合稳定基层材料应用技术规程》、《磷石膏及其综合利用产品质量要求》、《磷建筑石膏泡沫混凝土隔墙及填筑料应用技术规程》,四川省发布《磷石膏无害化处理技术规范》、《磷石膏基植生材料生态修复应用技术规范》、《公路水泥稳定磷石膏基层应用技术规范》、《四川省工业固体废物资源综合利用评价规范》,贵州省发布《磷石膏基自流平砂桨通用技术要求》、《磷石膏抹灰砂浆通用技术要求》、《磷石膏模盒通用技术要求》等多项地方标准。各项标准的制定,进一步完善了磷石膏综合利用及产品工程应用标准体系,为磷石膏资源综合利用在产品标准、技术规范、污染控制、评价指标等方面提供了技术依据,一定程度上提升了社会对磷石膏产品的认可度和接受度。
3. 不断加大创新力度,拓展利用场景,综合利用量稳步提升
传统磷石膏综合利用以水泥缓凝剂和石膏建材为主。近年来,随着磷石膏综合利用工作持续开展以及综合利用水平不断提高,综合利用结构也发生了明显的变化。磷石膏无害化处理逐渐普及,自磷石膏无害化处理概念提出以来,各地纷纷推行,行业企业和协会、地方政府、国家相关部委纷纷研究磷石膏无害化处理的可行性,相继出台了一系列文件和标准,近期相关文件已明确指出到2026 年,新增磷石膏无害化处理率达到100%。各地纷纷上马磷石膏无害化处理项目,如湖北祥云(集团)化工股份有限公司建设了200万t/a磷石膏无害化处理生产装置,完全建成后产能可增至500万t/a,湖北宜化集团有限责任公司已建成675万t/a磷石膏无害化处理装置等,部分企业装置在建或规划中。据中国磷复肥工业协会不完全统计,当前行业已建成近3 000万t/a的磷石膏无害化处理装置,部分装置的处理能力可以使处理后的磷石膏满足Ⅰ类固废的要求。
磷石膏生态修复突破了传统磷石膏综合利用方式,自云南省2022 年率先提出磷石膏处理后用于生态修复的设想并获得生态环境部门的复函后,该途径磷石膏消纳量增长迅速,其他地区也在积极探索生态修复的路子;磷石膏作为筑路材料取得了较快发展,行业看到磷石膏在道路方面的消纳潜力,积极与交通部门合作,推出试验路段,目前交通部门正在编制《路用改性磷石膏》[2]行业标准,云南省将“实施磷石膏路基材料利用类工程”作为综合利用的重点任务,湖北省率先开始磷石膏用作筑路材料的试点和推广,在市政等道路上应用磷石膏综合利用产品;磷石膏土壤调理剂由于受到肥料登记方面的影响,消纳量一度趋近于零,近年来企业积极推动磷石膏在土壤改良方面的工作,云南、安徽、河北、河南、甘肃、吉林等地纷纷开展磷石膏土壤改良相关试验研究,为大面积推广积累数据,磷石膏消纳量再次回升;磷石膏分解制硫酸联产水泥/水泥熟料是最为理想的磷石膏综合利用途径,符合循环经济发展理念,近年来行业企业做了大量研究和尝试,对磷石膏制硫酸工艺进行升级改造和提升,一些中试、产业化装置陆续上马,贵州磷化(集团)有限责任公司的钙硫循环项目——“1468”项目已建成并顺利投产[3]。此外,一些新兴的小规模利用途径也取得了较好的发展,如磷石膏做肥料调理剂、磷石膏库贴坡、植生材料等。
4.项目建设因地制宜,更加贴近市场
为提高磷石膏综合利用率,初期磷石膏综合利用项目的建设呈现出无序性和盲从性,具体表现为各地相同磷石膏综合利用项目连续上马,产品同质化严重,装置开车率低,亏损严重;随着磷石膏综合利用产业不断发展和完善,各地因地制宜探索差异化综合利用途径。各省在磷石膏综合利用方面既有相似之处又各有侧重,一定程度上降低了同质化竞争带来的压力。相似之处体现在对环保和资源节约的共同追求上,各省高度重视磷石膏的综合利用,通过技术创新和政策引导,推动磷石膏在各个领域的应用,实现了资源高效利用和环境保护。差异体现在由于地理位置、资源禀赋、产业结构等因素的差异,各省在磷石膏综合利用方面又各有侧重。如湖北省借助其区位优势及长江水道水运优势,超过55%的磷石膏被用于生产水泥缓凝剂,产品辐射至长江上游及下游地区;云南省作为全国范围内率先开展磷石膏生态修复项目的地区,其超过55%的磷石膏用作生态修复材料;贵州省凭借其政策和技术优势,约有45%的磷石膏用于井矿充填;四川省和安徽省的磷石膏利用则以生产水泥缓凝剂和石膏建材为主。
5. 政企学研协同,积极推动技术突破PART.02
政府、企业、高校、研究院等开展战略技术合作,成立磷石膏资源综合利用产品联盟,开展包含技术开发、试验测试、工艺装备等多方面的联合攻关,着力从技术上突破磷石膏综合利用的难题。湖北省政府通过“揭榜挂帅”,安排专项资金,协同攻关解决磷石膏综合治理技术瓶颈;云南省工业和信息化厅设立2024 年省级制造业高质量发展专项资金,重点支持磷石膏无害化处理、综合利用项目建设以及磷石膏综合利用产品推广应用;四川省注重工业发展资金引导作用,安排省级工业资金补助重点磷石膏综合利用项目建设,推动成立磷石膏综合利用产业联盟,开展磷石膏利用技术、试验测试、工艺装备等方面的联合攻关;中国科学院过程工程研究所与云南云天化环保科技有限公司合作共同开发的大型流态化煅烧工艺、中国五环工程有限公司牵头研发的磷石膏无害化处理关键技术等被工业和信息化部列入《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录(2023年版)》[4],有效推动了磷石膏资源化利用的低能耗、低成本、规模化及产业化。
6. 社会认知进一步改善
各类媒体在普及环保知识和报道环境问题方面发挥着重要作用,通过报道磷石膏综合利用的成功案例和技术进展,提高了社会对这一领域的关注和支持。随着我国环境保护教育和宣传的深入,人们对环境保护和资源利用的重要性有了更深的认识,公众对工业废弃物处理和资源再利用的支持力度增加,推动了磷石膏综合利用项目的实施。行业企业处理磷石膏等工业废弃物时,承担了重要的社会责任,遵守了环保法规,采取了有效的处理和利用措施,减少了环境污染,提升了行业形象和社会认可度。社会监督机制日益完善,公众和社会组织对行业企业环保行为的监督,推动了行业加强环保管理和资源利用,企业作为实施主体,逐步承担起社会责任,积极参与磷石膏综合利用项目,减少环境污染,推动绿色发展。
三、问题与建议
1. 主要问题
(1)产生集中,堆存和综合利用压力大
我国磷石膏产生量大,区域集中,主要集中在湖北、云南、贵州、四川和安徽,5省产生了全国近90%的磷石膏。受磷石膏质量、低成本净化技术、市场及地域局限性、终端市场对磷石膏产品的认可度等因素影响,现阶段无法实现磷石膏100%的资源化利用,依然需要堆存,但目前各地受资源环境压力和土地资源等影响,基本对磷石膏库实行限批政策,磷石膏面临无处可堆的境地,库存压力巨大,部分企业的生产已经受限。
(2)磷石膏综合利用处理技术有待进一步突破
磷石膏中的杂质确实会影响综合利用产品性能。由于湿法磷酸生产工艺本身的限制,磷石膏中含有水溶性磷、氟等各类杂质,加之部分企业监管不严,导致磷石膏品质不高。此外,我国各地磷矿资源化学成分相差较大,导致磷石膏的品质也不尽相同,同种工艺不能满足不同地区不同磷石膏的综合利用需求,严重影响后期制品质量和使用效果。磷石膏简单处理以水洗为主,要求较高的领域则需多次水洗+中和或辅助其他工艺手段进行处理,成本较高。随着政策要求逐步落地,磷石膏无害化处理将对现有磷肥/磷化工行业的水平衡造成较大的负担,在废水不能外排的前提下,企业要花费较高的代价来解决磷石膏处理带来的成本问题、水平衡以及盐去向问题。磷石膏中的部分杂质,如晶间磷、重金属等,由于其特殊性,目前尚无高效、经济的处理工艺,亟须开发相关处理技术和手段,在满足高效去除磷石膏中杂质的同时,满足规模性和经济性要求。
(3)产品附加值低,经济性差
磷石膏综合利用以生产低附加值产品为主,且分布集中,产品同质化严重,市场竞争激烈;而且由于配套标准滞后,又涉及跨区域、跨行业的问题,市场开拓成本高、难度大,大多数企业采取补贴的形式对外销售磷石膏综合利用产品,企业负担较重;磷化工企业大都地处偏远,远离消费市场,高额的物流费用增加了产品成本,进一步降低了磷石膏综合利用产品的市场竞争力;磷石膏处理和资源综合利用装置投资大,装置开车率低,也增加了企业生产运行管理成本;先进适用、高附加值的利用技术缺乏,缺少国家级的磷石膏研究平台;现有综合利用装置整体规模较小,上下游产业链连接能力弱。
(4)综合利用标准体系尚未形成
磷石膏综合利用是一个系统性工程,涉及诸多领域,需要从基础通用、磷石膏预处理、综合利用产品、施工规范、无害化贮存到检测方法、评价标准等方面建立完备的综合利用标准体系配套支持。目前磷石膏综合利用标准体系较为薄弱,特别是对应综合利用领域的相关标准缺乏,磷石膏综合利用产业发展受阻。
(5) 综合利用途径拓展困难
磷石膏资源综合利用作为世界性难题,各国均在探求磷石膏规模化利用的途径,目前国际上三大主流途径为建材、农用和道路。建材领域国内已有较为成熟的应用,但在农用、道路等领域因基础研究不足,对磷石膏本身及在相关领域大量使用缺乏原始的长期的诸如环保、健康、环境影响、质量监测的数据积累,致使当前多条磷石膏综合利用途径在论证环节缺乏必要的数据佐证和支撑,市场接受度低,监管难度大,推广受阻。当前行业企业磷石膏资源综合利用途径较为单一,大多是借鉴其他企业的成熟做法,缺乏对磷石膏综合利用途径的研发和创新投入,加之磷复肥行业整体利润率较低,资源综合利用途径拓展困难。此外,我国还拥有数量庞大的脱硫石膏,也面临综合利用的压力,与磷石膏在众多综合利用领域存在竞争。由于脱硫石膏杂质含量低、利用途径广泛、利用技术成熟,对磷石膏及其综合利用市场产生一定的影响。
(6)产业间、区域间协同不足
磷石膏综合利用是一项系统工程,涉及化肥、化工、建材、建筑、农业、轻工等多个行业以及生态环境部、应急管理部、发展和改革委员会、工业和信息化部、住房和城乡建设部等多个政府管理部门,目前磷石综合利用在标准制定和执行、归口管理、权责划分等方面存在产业间、部门间沟通协作不畅的问题,推动磷石膏资源化利用工作过程中阻力较大。另外,由于磷石膏资源属性的特殊性,区域间的协作也存在不足,当前磷石膏及其综合利用产品在跨地区运输、处置、利用等各个环节缺乏明确的政策指导,部分地区甚至禁止磷石膏及其综合利用产品跨区域流通,不利于磷石膏综合利用产业的发展。
2. 相关建议
(1)重新定位磷资源价值
据美国地质调查局(USGS)数据,截至2023年全球磷矿储量约740亿t,我国磷矿储量位居第二,为38 亿t,不足储量第一名摩洛哥储量的1/13[5]。我国以5.1%的磷矿储量贡献了世界约50%的磷肥供应,每年出口的磷肥约占当年磷肥生产总量的30%,且国内磷肥利用率较发达国家低,如此高强度的资源消耗对我国磷资源储备形成一定的威胁。我国磷肥需求量基本平稳,建议行业在保证国内供应的基础上,适度减少磷肥的生产和出口,着力提高磷肥利用率,源头上减少磷石膏的产生。行业应重新认识磷资源对保证国家粮食安全和社会稳定的特殊价值,充分利用磷及磷矿石中的伴生资源,以循环经济为基础,积极开展氟等相关领域的研发,实现资源利用和价值的最大化。
(2) 创新拓展综合利用途径
磷石膏综合利用要以创新谋突破。传统磷石膏综合利用途径产品附加值低,市场容量小,单纯依靠“拿来主义”势必会造成严重的产品同质化,进而演变成价格战,不利于行业长久健康发展。建议行业企业积极探索、尝试磷石膏综合利用新途径,合理规划磷石膏综合利用产品层级,做到高端产品盈利,中端产品调节,低端产品走量,盘活磷石膏综合利用产业,为行业发展争取更大的利益。行业企业应抓住“双碳”目标契机,从碳减排角度出发,在做好磷石膏资源化处理,满足下游领域应用的前提下,推动磷石膏在水泥原料替代、石膏建材替代水泥等方面的利用,拓宽磷石膏综合利用途径,争取政策支持与财政补贴,助力行业绿色健康发展。
(3) 建立产业协同配合机制
建议建立上下游产业协同、地区间配合的协同处理机制和统一、高效的协调机构,疏通体系间的壁垒,强化统筹协调和督促指导,研究解决推进过程中的新情况、新问题,积极协调配套政策的落实,合力推动磷石膏资源综合利用。同时,要加强区域间的协同配合,打通地区与地区之间的区域性限制,建立协调机制,明确磷石膏及其综合利用产品在跨区域流通过程中可能存在的消纳量归属判定、运价补贴等问题,严格监管和检查力度,允许磷石膏或磷石膏综合利用产品跨区域流通,扩大磷石膏综合利用市场范围。
(4)完善综合利用标准体系
制定标准化管理体系,统筹协调上下游及相关行业,建立起各标准相间相容相纳的标准体系;加快磷石膏资源综合利用从规划设计、施工、应用、验收到监督评价等相关标准的制修订工作。加大磷石膏资源化利用产品、标准的正面引导和宣传,提升社会对磷石膏产品的认可度和接受度。
(5)加大和落实政策支持
加大磷石膏无害化处理及综合利用的支持力度并落实到位,给予磷石膏处置及综合利用企业在财税、信贷、土地出让、项目审批、物流运输等方面的政策支持;设立专项资金,鼓励有条件的地区建立磷石膏无害化处理、贮存、综合利用示范项目及样板工程。进一步限制天然石膏的开采;鼓励火电厂烟气脱硫工艺改进;给予磷石膏制硫酸联产水泥项目一定的财政支持;将磷石膏综合利用产品纳入政府采购,加大在市政工程等公共领域的应用力度等。
[参考文献]
[1]王莹,方俊文,高鹏.2023年我国磷复肥行业运行情况及发展趋势[J].生态产业科学与磷氟工程,2024,39(7):1-8.WANG Y,FANG J W,GAO P.Production and development trends of phosphate and compound fertilizer industry in China in 2023[J].Eco- industry Science & Phosphorus Fluorine Engineering,2024,39(7):1-8.
[2]交通运输部.交通运输部关于下达《2023年交通运输标准化计划(第一批)的通知》[EB/OL].(2023-08-02).https://xxgk.mot.gov.cn/2020/jigou/kjs/202308/t20230802_3879406.html.
[3]黔南工信.瓮福化工“1468”项目通过性能考核[EB/0L].(2024-06-27).https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0ODMzM DU0NA==&mid=2247528121&idx=6&sn=10c529e1619450cdbe 843480914c9f08&chksm=e8767bf6b0594ef53d92b383768bae78b 9f4b95c8e13895ecb31ef06a94bcb71caead0283cbb&scene=27.
[4]工业和信息化部,国家发展和改革委员会,科学技术部,生态环境部.中华人民共和国工业和信息化部 国家发展和改革委员会科学技术部 生态环境部公告[EB/OL].(2023-07-28).https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/gg/art/2023/art_5ceb7d5d3f8044e 69ff76fdaa6913939.html.
[5]USGS.Mineral Commodity Summaries 2024[R/OL].(2024-01-31)[2024-09-12].http://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2024/mcs2024.pdf.