利用中低品位磷矿研发促释型磷肥及其应用

发布时间:2015-06-17

　　所属战略性新兴产业领域： 节能环保

　　所属高新技术领域： 现代农业

　　单位名称： 华南农业大学

　　成果简介：

　　1.1科技成果简介

　　我国面临严峻的磷资源短缺，长期以来“采富弃贫”的利用方式以及磷肥利用率低下，使供求矛盾更为尖锐。目前国内外传统磷肥生产技术耗酸高、耗能高，磷矿品位及杂质种类、含量均对生产有重大影响，不能充分利用我国资源丰富的中低品位磷矿以缓解磷富矿资源危机对我国粮食安全造成的威胁。

　　本技术成果突破了现在国内外一直沿用的耗酸、加热、以高品位磷矿为原料的传统框架，首创不耗酸、不加热、以低品位磷矿为原料的促释型磷肥生产新技术，可直接利用现有技术难利用而我国资源丰富的中低品位磷矿(全磷(P2O5)含量可低至16%)，且对磷矿的镁、钙等杂质含量无特殊要求，不受镁、钙等杂质影响，使我国可有效利用的磷资源库扩大了8-9倍，能极大地缓解磷资源危机。生产的促释型磷肥产品抗土壤固定能力强，生物有效性高，生产成本比普通过磷酸钙低30%以上，但肥效更优，且产品酸碱度维持中性，对环境友好。

　　本项目成果的课题包括：(1)2009年立项，促释型磷肥的产业化与应用示范，科技部农业成果转化资金项目(2009GB2E000278)，2009.9~2011.8;(2)2010年立项，中低品位磷矿节能环保促释技术的研发与产业化示范，广东省教育部产学研结合项目(2010B090400351)，2011.1~ 2012.12;(3)2006年立项，促释型磷肥的生产与产业化示范，广州市专利产业化项目(2006012)， 2006.9- 2008.8。

　　成果创新性：

　　1.2创新性

　　本项目首创以适度水溶为目标的磷素促释技术，开拓了一步到位的养分控释新途径，在磷肥生产技术路线、关键技术和有效性机理等方面创新突破，主要创新如下：

　　1、针对国内外磷矿类型不同，筛选出30多种高效磷素活化剂及其组合，可广泛利用现有技术难以利用的中低品位磷矿和高镁杂质磷矿生产新型磷肥。

　　2、首创促释型磷肥生产工艺，突破了国内外一直沿用的耗酸、高温煅烧、以高品位磷矿为原料的传统磷肥生产技术框架，流程简捷，低碳节能， 无三废排放，成本比普通过磷酸钙低30%以上而肥效更优，产品对环境友好。

　　3、以磷肥释放的动态有效性为出发点，研发出以动态释放为特征的磷素活化态有效性检测方法，并制定了促释型磷肥的产品企业标准。突破了经典静态有效性概念和检测方法，为促释磷肥的研发提供了新的研发思路和技术路线。

　　4、从化学分析到生物吸收机制、从分子化学键转化到磷灰石结晶程度变化，通过促释型磷肥与普通磷肥在微观理化性状方面的比较，全面揭示了促释型磷肥有效性提高的内在原因。

　　基于以上科技创新，本项目突破了国内外一直沿用经典磷肥生产技术框架，在磷矿原料、生产工艺和产品肥效方面实现了重大突破，显示了原料广泛、反应温和节能、产品环境友好方面的突出优势。为中低品位磷矿资源的高效利用和常规磷肥产品的升级换代提供了新的技术思路和科学依据。

　　成果获国内3件发明专利、1件美国发明专利和1件俄罗斯发明专利授权，获得知识产权奖励4项。

　　成果独占性：

　　1.3独占性

　　本成果针对国内外磷矿类型不同筛选了优化的活化剂及其组合，经过近二十年的研究，已有一套系统科学的磷素活化剂筛选和促释型磷肥生产方法，在未获项目组指导下一般厂家难以模仿该技术成果。

　　项目已获得国内3件发明专利授权、1件美国发明专利和1件俄罗斯发明专利授权，在国内外受知识产权保护。

　　成果盈利性：

　　1.4盈利性

　　(一)原材料成本比普通过磷酸钙低30%以上

　　促释型磷肥产品的生产可以采用中低品位磷矿，不需要硫酸，无复杂的酸化和化成工艺，因此无论在原材料还是加工成本上均低于普通过磷酸钙。据应用企业测算，促释型磷肥产品成本比过磷酸钙低33%~37%。

　　由于促释型磷肥产品具有成本低、效果好的优势，比现有的磷肥产品具有更强的市场竞争力，可望逐步取代现有的磷肥品种。仅原料成本可比过磷酸钙节省170元/吨以上，考虑加工成本及设备折旧和腐蚀等因素，促释型磷肥产品生产成本比普通过磷酸钙低220～280元/吨。按中国2012年磷肥消费量的1/10采用高效磷肥计算，每年的促释型磷肥产品约为1000万吨，单单成本节省的费用每年达22～28亿元人民币，若1/2采用促释型磷肥则单单成本费用节省每年高达110～140亿元人民币，农民应用增产增收以及减少污染的效益则更为巨大。

　　(二)生产设备等投资少，设备折旧等费用远低于普通磷肥

　　促释型磷肥的生产通过在中低品位磷矿粉中加入系列磷活化促释剂，在一定条件下对磷矿粉中的磷进行活化后即得到促释型磷肥产品。其生产工艺无磷矿粉与硫酸的混合、化成过程，无需专用设备，只需普通的混合碾磨设备，同产能条件下促释型磷肥生产的设备投资仅约为过磷酸钙的40%左右。单位产品的设备折旧成本比过磷酸钙降低80%左右。

　　工艺过程既没有硫酸等强腐蚀(如过磷酸钙、磷铵等需硫酸，设备腐蚀严重)，又无需高温(钙镁磷肥需高温)，因此设备腐蚀性低，维护成本低。

　　成果持续性：

　　1.5持续性

　　项目组老、中、青研究人员近二十年来始终致力于中低品位磷矿的高效利用技术研究，在改进工艺和降低生产成本提高肥效等方面持续创新，目前尚有3件相关发明专利进入实质性审查。此外，在技术应用上拓展到硅、镁、钾等矿物的促释技术开发，并已取得重大技术突破，进入中试和产业化前期。

　　成果先进性：

　　1.6先进性

　　现有磷肥生产可分为两类技术体系：(1)以酸分解生产水溶性磷肥(包括过磷酸钙、重过磷酸钙、硝酸磷肥、磷铵类等);(2)热分解生产枸溶性磷肥(包括钙镁磷肥、钢渣磷肥、脱氟磷肥等)。其中，以酸分解生产水溶性磷肥是目前主要的生产技术，其产量占磷肥总产量的98%以上。

　　两类生产技术或高耗酸或高耗能，且磷矿品位及杂质种类、含量均对生产有重大影响，生产中还会产生气、固、液各种污染，在目前能源供应紧张、磷矿资源特别是高品位磷矿资源紧缺、环境问题日益受到关注的情况下，国内磷肥企业亏损严重。

　　与现有技术比较，本项目成果具有如下显著的优点，市场竞争优势显著：

　　(1)生产工艺简捷，设备简化，节酸节能

　　本项目的高效磷肥生产工艺无磷矿粉与硫酸的混合、化成过程，也不需要高温，无需专用设备，只需普通的混合碾磨设备。

　　(2)生产过程清洁，无污染排放，不腐蚀设备

　　本项目整个生产过程可在一个密闭的搅拌混合设备中完成，没有任何固、液气态的污染物产生。且磷矿粉和活化剂对设备没有腐蚀。

　　(3)能直接利用中低品位磷矿，资源优势十分突出

　　本项目成果可直接利用现有技术难利用而我国资源丰富的低品位磷矿资源，可直接利用的磷矿全磷(P2O5)含量可低至16%，且对磷矿的镁、钙等杂质含量高低没有特殊要求。如此，极大地扩大了可直接利用的磷资源量，不仅可以使陷入“无米之炊”的磷肥企业脱困，而且对缓解我国磷资源危机、保障粮食安全具有重大的战略意义。

　　(4)生产成本低，产品性能优良

　　本项目使用的促释活化剂多数从工农业废弃物中筛选并改性，价格低廉，每吨高效磷肥产品的促释活化剂成本低于50元。因此本发明生产的高效磷肥产品仅原材料成本比普通过磷酸钙每吨低150-400元。

　　本项目成果生产的高效磷肥产品与现有磷肥(如普通过磷酸钙)相比具有如下明显的优良性能：

　　(1)高效磷肥产品抗土壤固定能力强，生物有效性高。高效磷肥产品在南北土壤多年数十种作物的大田应用结果表明，肥效优于普通磷肥。

　　(2)在土壤中供磷“稳长”，克服了现有磷肥产品普遍存在的供肥“前期过高、后期不足”和前期易被土壤固定失效或流失成为污染源的缺点，在一定范围内可“按需释放”，避免前期过高的浪费，又可维持后期的持续供应。

　　(3)产品酸碱度维持中性，可有效遏制土壤酸化。

　　成熟度： 大批量

　　市场分析：

　　2.1市场分析

　　当今世界正面临着人口膨胀、资源枯竭和环境恶化三大问题的困扰，肥料生产与应用不仅是日益增长的人口的粮食安全的重要保障，也是消耗资源、污染环境的产业之一，如何高效生产和施用肥料是解决三大问题的关键之一。

　　磷富矿资源紧缺使我国磷肥生产成本持续走高，尤其是2007年磷肥价格攀升，半年内磷肥涨幅达1倍多，尽管2008年下半年磷肥价格回落，但在高品位磷矿资源日趋枯竭条件下今后仍将在高位运行，迫切需要在中低品位磷矿资源利用上取得节资节能和高效的重大突破。磷肥生产成本的持续走高不仅增加农业生产成本，同时磷肥企业亏损严重。中国磷肥工业协会副秘书长武雪梅在2009年磷化工全国年会报告中指出，2009年全国磷肥行业出现净亏损，亏损面达到27%;中国贸易救济信息网2013年4月20日发文显示，2012年氮肥和复合肥效益较好，磷肥出现亏损。

　　研发中低品位磷矿节能高效利用技术及其推广应用，不仅是磷肥企业抢占资源技术制高点扭亏为盈的根本途径，而且对降低磷肥价格、降低农业生产成本保障粮食安全具有重大战略意义。具有显著经济技术优势的促释型磷肥产品在如此巨大的市场需求下必将有广阔的应用市场和强大的竞争力。

　　首先，磷矿资源作为一种不可再生资源，磷富矿资源危机的加剧趋势已不可逆转。本项目可直接利用我国资源丰富的中低品位磷矿(是现有富矿资源量的8—10倍)，是未来磷肥发展的必然方向。本项目所具有的原材料资源优势将极大地提升产品的市场竞争力。

　　其次，与现有磷肥产品相比，本项目的产品在生产成本上具有显著的竞争优势：原材料和生产成本比普通过磷酸钙低30%左右。

　　第三，产品性能与现有磷肥(如普通过磷酸钙)相比具有明显优点：(1)抗土壤固定能力强，生物有效性高。高效磷肥产品在南北土壤多年数十种作物的大田应用结果表明，肥效优于普通磷肥。(2)在土壤中供磷“稳长”，克服了现有磷肥产品普遍存在的供肥“前期过高、后期不足”和前期易被土壤固定失效或流失成为污染源的缺点，在一定范围内可“按需释放”，避免前期过高的浪费，又可维持后期的持续供应。(3)产品酸碱度呈中性，不会导致土壤酸化。

　　第四，本项目的生产工艺简捷，无需硫酸，无需高温，无污染排放，主要生产工艺为活化剂与磷矿粉的混合，节能减排优势明显。

　　商业模式分析：

　　2.2商业模式分析

　　项目技术成果转化可以采用如下商业运作模式：

　　由专业技术公司生产磷素活化剂，针对国内外不同地区磷肥厂采用的磷矿类型配制并生产磷素活化剂，销售给磷肥生产厂并传授促释型磷肥生产技术，由磷肥生产厂生产促释型磷肥进行销售。专业技术公司通过销售磷素活化剂攒取利润，而磷肥生产厂因生产促释型磷肥降低了生产成本获得利润，农民得到了环境友好且肥效更优的磷肥产品实现节支增收。

　　营销状况：

　　2.3营销状况

　　项目最终产品——促释型磷肥尽管是一个新型磷肥产品，但作为磷肥，有成熟的市场，每年国内磷肥产销量达到3000多万吨(实物)，市场成熟度高。因促释型磷肥产品在等重量施肥条件下肥效优于普通过磷酸钙，可按普通过磷酸钙定价或略低(保障农民节支增收)，生产厂家仍有25%以上的丰厚利润。磷肥生产厂有成熟的产品销售渠道，作为新型磷肥产品，可采用分片区农民应用示范推广模式。一些种植大户或专业种植农场或公司可以作为典型的试用客户。

　　拟采取的转化方式： 技术转让;技术许可;技术入股

　　应用推广的已投入情况： 680万元

　　资金需求额： 1000万元

　　融资用途： 市场开拓

　　评价机构： 广东省科学技术厅

　　评价方式： 鉴定

　　评价日期： 2013年12月23日

　　评价意见：

　　7.3评价意见

　　2013年12月23日，受广东省科技厅委托，广东省教育厅在广州主持召开由华南农业大学和阳春市春磷化工有限公司共同完成的“利用中低品位磷矿研发促释型磷肥及其应用”科技成果鉴定会。鉴定委员会专家听取了项目总结报告、审阅了鉴定资料，经过质询和讨论，形成鉴定意见如下：

　　1、提供的资料齐全，符合科技成果鉴定要求。

　　2、项目筛选了磷素活化剂、研发了无酸和常温条件下促释型磷肥生产工艺、研发了磷素活化态有效性检测方法，并开展了促释型磷肥微观理化性质研究，形成了系列研究成果，取得多项技术创新：

　　(1)首创无酸和常温条件下以中低品位磷矿为原料的促释型磷肥生产工艺，突破了传统工艺耗酸耗能的技术瓶颈，既降低了生产成本，又提高了磷肥肥效。

　　(2)针对国内外不同类型磷矿，研制出多种高效廉价的磷素促释活化剂，提出了以动态释放为特征的活化磷评价方法，制定了促释型磷肥的产品企业标准，为磷肥的研发提供了新思路。

　　(3)从磷灰石的形态转变、作物对磷素的持续稳定吸收等方面，揭示了促释型磷肥有效性提高的内在原因。

　　3、项目研究成果已在5个肥料生产企业转化并推广应用，取得直接经济效益2748余万元，产品累计推广应用面积达400多万亩，增收节支11.2亿元。获国内3件发明专利、1件美国发明专利和1件俄罗斯发明专利授权，发表学术论文27篇。

　　鉴定委员会认为该成果整体达到了国际先进水平，其中在无酸和温和条件下直接利用中低品位磷矿生产促释型磷肥方面达到国际领先水平，一致同意通过鉴定。

　　建议加大成果推广力度。