鈣鎂磷肥的貢獻與發展思考

孫志立，姚之琦

(1.貴州省磷酸鹽工業協會 貴州貴陽 550000；2.會東金川磷化工有限責任公司 四川會東 615205)

鈣鎂磷肥的貢獻與發展思考

孫志立1,2，姚之琦2

(1.貴州省磷酸鹽工業協會 貴州貴陽 550000；2.會東金川磷化工有限責任公司 四川會東 615205)

介紹了我國鈣鎂磷肥在發展綠色農業方面所作的貢獻，分析了鈣鎂磷肥的特點和優勢。生產鈣鎂磷肥可充分利用我國高硅、高鎂含量的中低品位磷礦，不僅有助于降低產品的生產成本，而且綜合利用了不可再生的磷礦資源，避免了資源的浪費。

鈣鎂磷肥；貢獻；發展；思考

0 前言

近20年來，我國磷肥工業的發展取得了巨大的成就和進步，磷肥產量快速增長已實現自給有余，產品結構逐步完善，產業布局趨于合理，在保證國內供應的前提下，積極參與國際市場的競爭[1]。

我國的大型磷復肥技術裝備已達到國際先進水平，行業綜合能耗低于全國平均水平，節能環保成效顯著……用占世界9%的耕地面積養活了占世界22%的人口，成就舉世矚目，功不可沒。

1991年，我國鈣鎂磷肥產量占全國磷肥總產量的22.06%，產量超過1 000 kt(以P2O5計)，中國當時是世界上鈣鎂磷肥生產量最大的國家，同時也是生產技術最先進的國家之一，這說明鈣鎂磷肥當時在我國磷肥工業中具有重要的地位。

然而，近年來我國磷肥工業的發展出現了不協調的現象。在1990年至2005年的15年間，我國磷肥年產量(以P2O5計)從4 116 kt增加至11 250 kt，年平均增速達到6.9%；高濃度磷復肥年產量從146 kt猛增至6 780 kt，年平均增速達到29.3%；低濃度磷肥從3 876 kt上升至4 470 kt，年平均增速僅1%(占磷肥總產量的比例從96.5%猛降至39.7%)，其中：過磷酸鈣(SSP)從2 900 kt上升至4 200 kt，增加了44.8%，年均增速2.5%；鈣鎂磷肥從975 kt減少至近300 kt，衰減了69.2%。這些猛增和猛降的統計數字，不能不令業內人士反思和憂慮[2]。

20世紀90年代，我國確立了把高濃度磷復肥作為磷肥品種的發展方向，但對于低濃度磷肥是應該發展還是淘汰，曾經有過爭議和不同看法。20多年過去了，歷史證明了這樣一個事實：高濃度磷復肥發展過度、過快，而低濃度磷肥發展緩慢，甚致衰竭，致使高品位磷礦開采過快、過量，造成磷資源過快、過早枯竭，資源和能源危機與環境惡化加劇，產業環保壓力加大；低濃度磷肥生產企業，特別是鈣鎂磷肥生產企業的經濟效益難以提高，導致有的企業開工不足或倒閉，人員下崗失業，這將會導致我國的土壤修復、綠色農業、資源利用、銀行不良資產大增等一系列問題。

2016年中央一號文件公布了2015年12月31日通過的《關于落實發展新理念加快農業現代化 實現全面小康目標的若干意見》，對國民經濟和社會發展第十三個五年規劃、做好新時期農業農村工作作出了重要部署，其中第二部分“加強資源保護和生態修復，推動農業綠色發展”指出：“推動農業可持續發展，必須確立發展綠色農業就是保護生態的觀念，加快形成資源利用高效、生態系統穩定、產地環境良好、產品質量安全的農業發展新格局”。

1 我國鈣鎂磷肥發展的推動與技術進步[3- 7]

自1939年9月29日德國舒利德阿瑟博士研制出鈣鎂磷肥并獲德國專利后，我國的科技人員對鈣鎂磷肥生產工藝的開發進行了不懈的努力和試驗研究。

1951年，中國臺灣肥料公司用大洋洲圣誕島磷礦、越南老街磷礦、江蘇錦屏海州磷礦(含P2O5質量分數28.2%)與橄欖巖、滑石、蛇紋石在電爐中共熔，試制含P2O5質量分數18%～20%的鈣鎂磷肥產品；從1952年開始，云南、四川、上海、浙江等地相繼開展了鈣鎂磷肥的試驗研究。

1952年5月，四川樂山磷肥廠的黃勤生試用坩堝將磷礦與白云石的混合物熔融，熔料倒入水中急冷而制得鈣鎂磷肥，當時稱為“玻璃肥料”。

1953年，云南省化工廳何寶璋等在20 kVA單相電爐中，用昆陽磷礦與蛇紋石共熔，制得有效P2O5質量分數>18.8%的鈣鎂磷肥。

1955年，四川省工業廳化工局成立由鄔崇坤負責的鈣鎂磷肥新產品試制組。黃勤生在四川彭水純堿廠用燒純堿的反焰爐(平爐)試燒鈣鎂磷肥取得成功后，又與陸慰宗在小電爐上合作研究適宜的配料，試驗測得P2O5- CaO- MgO- SiO2物系的等熔點圖。鈣鎂磷肥主要是由P2O5，CaO，MgO和SiO24種分子團所組成，可用1個四角立體錐來代表其組分。四角錐的頂角代表質量分數100%的P2O5，其他3個角分別代表質量分數100%的CaO，MgO和SiO2。若將立體錐按水平方向切割，可分別得到含P2O5質量分數100%，15%，20%，25%……等不同等磷面的三角坐標平面圖。在等磷面平面坐標圖上，每一個點分別代表CaO，MgO，SiO2和已知P2O5的各組分百分含量。用小電爐試測各組分混合物的熔點，連接1 350 ℃等熔點成為一曲線。在曲線范圍內的組合體，由于熔點在1 350 ℃以下，這些配料組分都可以用于鈣鎂磷肥的生產，反之則不然。通過測試得到的4張三角坐標平面曲線圖改進了鈣鎂磷肥生產的配料比參數，為鈣鎂磷肥生產技術的創新和發展提供了理論依據和適用范圍。

20世紀50年代后期，上海化工研究院劉自強、浙江化工研究所喬關根、成都工學院曾宏等人對熔融鈣鎂磷肥的配料范圍、不同組分對爐料熔點的影響進行了實驗室研究，分別提出了最佳配料物質的量比與計算公式，對我國鈣鎂磷肥的早期發展起到了積極推動作用。

1956年，四川樂山磷肥廠采用平爐進行鈣鎂磷肥的工業化生產，1年多生產了1 614 t，這是我國首家工業化生產鈣鎂磷肥的企業。由于生產過程中平爐砌磚被熔入產品，加上當時用的蛾眉山磷礦品位偏低，鈣鎂磷肥的有效磷質量分數僅≥10%，后因爐體腐蝕嚴重而被迫停產。

1957年，化工部基本化學設計院的江善襄和楊明偉分別負責設計電爐法、平爐法以及高爐法3套工業性鈣鎂磷肥中試裝置。電爐法和平爐法中試裝置由江善襄負責設計，電爐法中試裝置設計了1套200 kVA電爐，建成后一次投產成功；平爐法是以樂山磷肥廠鈣鎂磷肥中試裝置為設計基礎，如采用水冷夾套以保護襯磚、用尾氣加熱的空氣與煤燃燒以獲得高溫火焰，最后因異型磚需要過多而未能建成。高爐法由楊明偉負責設計，當時世界上鈣鎂磷肥的生產基本上都采用電爐法，技術簡單成熟，用高爐法生產鈣鎂磷肥的報道很少。高爐的結構設計困難很大，楊明偉在查找資料的基礎上，參照波蘭熔制鑄石的立式直筒爐并借鑒杭州農藥廠徐一侖用沖天爐試燒鈣鎂磷肥的經驗，提出采用水冷夾套爐體的設計方案。

1958年，楊明偉采用水冷夾套爐體方案的高爐法鈣鎂磷肥中試裝置在北京化工實驗廠建成投產，日產鈣鎂磷肥30～40 t。鈣鎂磷肥熔體在爐壁內受冷凝固，在水冷爐壁表面形成掛料層(自敷爐襯)以保護爐襯的設想得到實現，解決了高爐法生產鈣鎂磷肥的最大難題。

1959年，由化工部主持召開的“全國鈣鎂磷肥生產經驗交流會”在浙江蘭溪舉行，會上肯定了鈣鎂磷肥這個品種和高爐法生產工藝。高爐法鈣鎂磷肥生產工藝在全國推廣后，經不斷改進、發展，改造閑置多年的腰鼓形煉鐵小高爐，將水冷夾套改為水淋爐腹，同時利用含CO的尾氣燃燒加熱空氣入爐，獲得了優質高產、節能降耗的效果。同年，云南省昆陽磷肥廠采用高爐法建成云南省首套鈣鎂磷肥生產裝置。

1965年，云南省個舊市大屯磷肥廠、個舊市磷化工總廠相繼利用閑置的煉鐵高爐改建成高爐法鈣鎂磷肥生產裝置。至1971年，云南省的鈣鎂磷肥生產企業已達到8家。

1974年，上海化工研究院在武昌發電廠開發了應用旋風爐生產鈣鎂磷肥的技術。該技術將磷礦粉及配料加入煤粉中，采用1臺75 t/h蒸汽旋風爐在產汽發電的同時可副產鈣鎂磷肥50 kt/a。

1976年，南化公司設計院白錫柱等在總結國內各廠先進經驗的基礎上，編寫了《高爐法鈣鎂磷肥設計參考資料》。

1981年，楊明偉通過對磷礦、蛇紋石、白云石和焦炭化學組分、用量及其中各種雜質對配料的相互影響關系的研究分析，獲得了最優化配料數據，按該最優化配料生產的鈣鎂磷肥產品中有效磷質量分數比傳統計算配料方法提高1%～2%。

1983年，由化工部化肥司組織上海化工研究院、南化公司設計院、鄭州工學院及有關院所和工廠對廣西鹿寨化肥總廠2臺鈣鎂磷肥高爐的優質節焦、節能高產進行性能考核，總結會上交流了該廠精料入爐、煤氣凈化考貝式熱風爐以及高風溫、大風量強化操作以達到節能增產和改善環境的先進經驗。

1987年，云南光明磷礦廠鈣鎂磷肥2#高爐投產,云南省化工設計院在該套裝置的設計中采用旋噴型噴杯和文氏管洗氣，徹底解決了氟對大氣的污染，不但降低了排氣中的含塵量，而且提高了熱風爐效率，使煙氣中含氟量遠低于國家排放標準要求。

1988年，湖南省化工研究院寧培楝組織的淬細成肥試驗獲得成功。

鄭州大學許秀成教授在配料方法上改變理念、優化技術創新，根據玻璃結構的晶子——網絡學說，建立新的配料數學模型，采用鈣鎂磷肥玻璃結構因子的配料方法，研制出適合于不同磷礦礦種的“熔點-玻璃結構因子配料圖”，可用低品位的磷礦生產出合格的鈣鎂磷肥，從而使湖北等省難以使用的中低品位磷礦資源得到了充分利用，對鈣鎂磷肥生產進一步提高質量、節能降耗起到了積極的促進作用。

根據1986年至1991年的統計資料顯示，在這7年中，過磷酸鈣、鈣鎂磷肥有效P2O5總平均質量分數分別為l3.72%和15.20%，后者比前者高1.48%，而鈣鎂磷肥所用的磷礦大部分是低品位磷礦。在上述科技成果的推動下，我國鈣鎂磷肥在利用較低品位磷礦上具有強大的生命力。

我國業內專家、學者在不同歷史時期、不同的專題會議上，在積極推動我國鈣鎂磷肥技術進步方面作出了重要的貢獻，為我國鈣鎂磷肥行業的發展提供了很好的指導作用。

2 鈣鎂磷肥的作用[3,7- 8]

2.1 鈣鎂磷肥的緩效性

鈣鎂磷肥在國外稱為熔磷，俗稱熔磷肥，是以磷礦和蛇紋石為原料，用電爐或平爐高溫熔融(1 400 ℃左右)后水淬急冷為玻璃狀制品。鈣鎂磷肥具有土壤改良劑的綜合性能，含有微量元素和多種營養元素，保證成分與其他成分共同發揮作用使地力提高，并成為作物生長發育的必要成分。日本熔磷肥產品質量標準如表1所示。

表1 日本熔磷肥產品質量標準(質量分數) %

日本熔磷肥的售價高于單元素高濃度肥料，1袋熔磷肥相當于1.2袋普鈣+0.5袋硫酸鎂+0.7袋硅酸鈣+1.0袋碳酸鈣。經長期應用研究，日本的專家、學者認為熔磷肥具有以下主要作用：具有緩效性，可在農作物整個生長期提供養分；所有成分都溶于弱酸，均可被作物吸收利用。

2.2 “買一送三”

鈣鎂磷肥在我國形成規模化工業生產是在20世紀60年代初，由閑置的小高爐“轉業”而來，在很長一段時間內沒有像樣、成套的專用設備和專業理論，在化肥家族中被認為是難登大雅之堂的“丑小鴨”，在歷次磷復肥等化肥市場的滯銷風浪中，首當其沖的總是鈣鎂磷肥……其實這些都是不科學的誤解和偏見。

鈣鎂磷肥除含w(P2O5)在12%～20%外，還含有大量對農作物有效性很高的MgO 8%～15%(質量分數，下同)，CaO 25%～32%，SiO220%～30%，FeO 0.5%～3.5%，MnO 0.1%～0.3%以及少量的B，Zn，Mo，Ni等作物生長必不可少的微量元素，是名符其實的多元素復合肥料。而在我國鈣鎂磷肥只被當作單一低濃度磷肥對待，價格僅計所含的P2O5量，而大量的MgO，CaO，SiO2等有用元素不計價，售價僅為尿素價格的30%。可以認為，買鈣鎂磷肥等于是“買一送三”，這是很不合理的！

3 物化特性及農學效率[3，5，9]

3.1 鈣鎂磷肥早施優于水溶性磷

中科院南京土壤所的試驗表明，鈣鎂磷肥與過磷酸鈣同時施入土壤，3個月至2年內，鈣鎂磷肥在土壤中形成的有效磷濃度均大于含水溶性磷的過磷酸鈣，因此，鈣鎂磷肥只需提前施用，枸溶性磷優于水溶性磷。另外，鈣鎂磷肥中的枸溶性CaO能提高植物細胞壁的強度，增強作物抗病毒能力，特別在作物根部生長區，有效鈣能阻擋病毒的入侵；枸溶性SiO2能增強作物抗病毒能力，枸溶性MgO與FeO聯合有抗倒伏的能力，還能增強作物光合作用和提高作物產量。

3.2 鈣鎂磷肥是良好的復肥離析劑

鈣鎂磷肥是玻璃體肥料，具有良好的離析作用(不粘結)。在復合肥的造粒過程中，由于許多肥料都具有粘結性，在造粒時容易出現粘結現象而使產量降低。選擇鈣鎂磷肥作為離析劑，不僅解決了粒子間相互粘結的問題，而且可使造粒后的顆粒光滑、產率大幅提高、返料量大幅下降。鈣鎂磷肥作為離析劑價格相對較低，不僅可降低生產成本，而且引入了植物所必需的多種營養元素，提高了復合肥的肥效，節能降耗效果十分顯著。

3.3 鈣鎂磷肥可以提高產量、改良土壤

不加鈣鎂磷肥，1 kg N增產糧食6 kg，加入鈣鎂磷肥則可增產糧食8 kg。含鈣鎂磷肥的13- 13- 13復混肥料的肥效優于不含鈣鎂磷肥的15- 15- 15復混肥料。據悉，北自黑龍江到中部的山東，甚至南方的深圳，均有因為復混肥中加入鈣鎂磷肥而使中濃度復混肥料肥效極佳的例子。特別是當前，由于過量施用氮肥導致土壤酸化，添加堿性的鈣鎂磷肥是很好的選擇。我國有許多酸性土壤，在酸性土壤中施用鈣鎂磷肥可改善土壤的酸性，是良好的土壤調理劑，可使土壤不結塊、不板結，更好地發揮鈣鎂磷肥在土壤中的良好功能。

4 結語

(1) 高濃度磷肥雖然是當前世界磷肥工業的發展方向，但應根據我國國情，即資源、土壤、作物、市場、運輸、經濟等各種因素，確定一個高、低濃度磷肥(普鈣、鈣鎂磷肥)之間的適當比例。為了提高資源利用率和廣大農民的利益，應該給低濃度磷肥生產企業更多的政策、資金和輿論導向的支持，一視同仁、平等對待[9]。

(2) 鈣鎂磷肥可利用中低品位高硅、高鎂磷礦，我國盛產磷礦石的云南、湖北、貴州、湖南等省均有豐富的適合生產鈣鎂磷肥的高硅、高鎂中低品位磷礦石，只需添加少量的鎂或硅即可滿足鈣鎂磷肥的生產要求。這些磷礦石無法生產其他酸性磷肥，如重鈣、過磷酸鈣或制取濕法磷酸，因而價格相對較低，用于生產鈣鎂磷肥既降低了生產成本，又綜合利用了不可再生的磷礦資源，避免了資源的浪費[7]。

(3) 我國的尿素、高濃度磷復肥等已經嚴重過剩，農作物除需要氮、磷、鉀之外，還需要鈣、鎂、硅、硫和其他多種中微量元素，因此鈣鎂磷肥是不可或缺的肥料品種之一。相信在相關部門及行業協會、業內專家學者和生產企業的共同關心和支持下，鈣鎂磷肥一定會在“一場新的農業革命”中發揮獨有的作用，迎來新的面貌和可持續發展的春天！

[1] 孫志立.貴州“十三五”磷化工發展規劃的思考[J].硫磷設計與粉體工程，2015(5)：1- 8.

[2] 湯建偉，何鳳斌，劉麗，等.我國磷復肥工業發展回顧與展望[C]∥第二屆全國磷復肥/磷化工技術創新(云天化國際)論壇論文集.2009：368- 380.

[3] 許秀成.新時代，以創新思維審議磷礦加工方法[J].磷肥與復肥，2012(1)：1- 6.

[4] 江善襄.鈣鎂磷肥在我國發展的史跡簡介[J].磷肥與復肥，1993(4)：33- 35.

[5] 孫志立.重新認識磷礦加工的科學合理性 實施循環經濟可持續發展戰略[J].化肥工業，2013(2)：1- 5.

[6] 江善襄，方天翰，戴元發，等.化肥工學叢書——磷酸、磷肥和復混肥料[M].北京：化學工業出版社，1999：987- 990.

[7] 武希彥，武雪梅.中國磷肥20年發展與展望[J].磷肥與復肥，2010(5)：1- 6.

[8] 孫志立.對貴州甕福經濟帶磷礦資源合理利用的思考[J].硫磷設計與粉體工程，2013(3)：41- 44.

[9] 孫志立.中國磷資源的利用與思考[C]∥第六屆全國尾礦庫安全運行與尾礦綜合利用技術高峰論壇論文集.2013：113- 117.

ContributionofCalciumMagnesiumPhosphateFertilizerandThoughtsofDevelopment

SUN Zhili1,2, YAO Zhiqi2

(1.Guizhou Phosphate Industry Association, Guiyang 550000, China；2.Huidong Jinchuan Phosphorus Chemical Industry Co., Ltd., Huidong 615205, China)

The contribution of calcium magnesium phosphate fertilizer in developing green agriculture in China is introduced, and the characteristics and advantages of calcium magnesium phosphate fertilizer are analyzed. The production of calcium magnesium phosphate fertilizer can make full use of medium and low grade phosphate rock with high silicon and magnesium contents of our country, it not only helps to reduce the production costs of products, but also makes comprehensive utilization of non- renewable phosphate rock resources, avoiding waste of resources.

calcium magnesium phosphate fertilizer; contribution; development; thoughts

孫志立(1953—)，男，研究員，中國無機鹽工業協會磷化工分會、貴州省磷酸鹽工業協會副秘書長，從事磷化工生產的技術管理和技術研發工作；kmanszl53@126.com

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2016- 03- 16)