总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

磷矿石是含磷的矿石,多产于沉积岩,也有产于变质岩火成岩。除个别情况外,矿物中的磷总是以正磷酸盐形态存在,磷的主要矿物为磷灰石

磷是重要的化工原料,也是农作物生长的必要元素,工业用磷必须大量从磷矿中提取,用于制造黄磷、赤磷磷酸磷肥磷酸盐

磷灰石根据所含化学成分的不同,常分为:

碳氟磷灰石3Ca3(PO4)2CaF2,分子量:294;

氟磷灰石3Ca3(PO4)2CaF2,分子量:388;

氯磷灰石3Ca3(PO4)2CaCl2,分子量:421;

氢氧磷灰石Ca5(PO4)3OH,分子量346;

碳磷灰石Ca10(PO4)6(CO3),分子量1030;

我国磷矿资源比较丰富,已探明的资源储量仅次于摩洛哥和美国,居世界第3位。云南、贵州、四川、湖北和湖南5省是我国主要磷矿资源储藏地区,储量达98.6亿t,占全国总储量的74.5%。

黄磷的需求

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

海外黄磷产量小,未来进口可能性低

我国是全球最大的黄磷生产国,年产量可达 80 万吨,因此多年来我国黄磷基本实现 完全自给,但随着黄磷供应量的收缩,出口量也急速下降,2013-2020 年黄磷出口 CAGR 实现(52.9%),2020 年降至仅 86 万吨。同时,在 2021 年由于丰水期偏枯+高能耗产业限 产,使得我国国内供应量出现了明显短缺。

考虑到未来能耗双控将形成常态化,且管控力度可能日益趋严,部分企业将需求放 向海外。受中国黄磷减产影响,我国部分厂商也转向越南采购黄磷,越南黄 磷价格因此从 3000 美元/吨涨至 6000 美元/吨。

磷酸

磷酸主要用于制作磷酸盐,其占磷酸消费总量的 31%,磷酸盐种类众多,可应用于 食品、工业等各领域。近年来,我国磷酸消费量基本保持稳定,在 170 万吨上下浮动。 但在今年磷酸铁锂动力电池装机量大幅提升后,有望为磷酸工业用途提供新增长极。

我国磷酸的主要生产工艺可分为热法和湿法两种,其中热法磷酸由于需要黄磷制成, 在黄磷的电炉加热阶段会产生大量能耗,并且排放的黄磷尾气更难处理,因此热法磷酸 污染大、总能耗更高,但产品纯度更高,可直接作为工业级磷酸使用;湿法方面,湿法 磷酸能耗小,但会副产磷石膏(相较于硫酸路线,盐酸路线不会产生大量磷石膏堆积, 但成本更高),且杂质更多,因此需要进一步净化才能作工业级磷酸使用,而净化技术 壁垒较高,目前只有少数企业掌握。

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

湿法的工艺流程

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

国内湿法工艺的厂家及其技术来源

老外,在电解法上研究较多,熔盐电解制造白磷有很多优势,值得关注。下面为其中MIT东京大学的两项技术,有兴趣的小伙伴可以读一下。有空时,我会解度一下,然后做一个视频介绍一下。

US2022049364A1 MOLTEN METAPHOSPHATE ELECTROLYSIS FOR PRODUCTION OF WHITE PHOSPHORUS

WO2021182374A1 METHOD FOR PRODUCING PHOSPHORUS BY MOLTEN SALT ELECTROLYSIS

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

东京大学电解法原理

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

MIT电解法原理

湿法净化成本更优

从热湿法工艺流程可知,磷矿石价格和电价会对生产成本带来较大影响,因此我们 假定其他原料价格不变的情况下,仅做磷矿价格变动或电价变动时的热湿法成本比较。

基于物耗价格假设,可概算出黄磷的可变成本约为 18847 元/吨,热法磷酸可变成本 8536 元/吨,湿法磷酸可变成本 3447 元/吨,湿法净化磷酸可变成本 3563 元/吨。同时, 根据梅毅等人在《湿法磷酸净化与热法磷酸竞争力分析》一文中提出,30 万吨湿法磷酸、 5 万吨净化磷酸、1 万吨工业黄磷、5 万吨 85%热法磷酸生产装置的固定成本约为 62/286/292/78 元/吨,假设在以上装置环境下,可得生产成本约为:黄磷 19139 元/吨、热 法磷酸 8614 元/吨、湿法磷酸 3509 元/吨、湿法净化磷酸 3849 元/吨。

(1) 当假设其他成本不变,仅磷矿石价格改变时,湿法净化磷酸成本受到影响大 于热法磷酸。磷矿石单吨价格每上涨 100 元,湿法净化磷酸单吨生产成本增 加约 600 元,热法磷酸成本上涨约 420 元。但只有当磷矿价格在约 2100 元/ 吨以上时,湿法磷酸净化成本才会高于热法磷酸成本,因此若磷矿价格处于 2000 元/吨以下,湿法净化就较热法有明显成本优势。

(2) 当假设其他成本不变,仅电价改变时,热法磷酸成本受到影响远大于湿法磷 酸。单位电价每上涨 0.1 元,热法磷酸单吨生产成本增加约 635 元,湿法净 化磷酸增加约 56 元,湿法净化磷酸优势明显。因此,在电价增长的情况下, 湿法净化磷酸的成本优势将会被明显拉大。

总磷与正磷酸盐(总磷与正磷的区别)

成本比较

综合来看,工业磷酸在我国目前磷化工产业包括磷矿资源逐渐稀缺、能耗控制和环 保制约这三大限制因素下,湿法净化磷酸较热法磷酸成本更优,可持续发展性更强,是 我国未来工业磷酸制作的主要发展路线。

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