摘  要：随着人类社会文明、科技进步、经济发展的加快，资源综合利用和循环经济成为国内外研究的热点。磷矿石作为一种重要的基础化工原料，对其中伴生的伴生元素进行工业化提取利用具有重要和现实的意义。
关键词：资源与环境 磷矿石 伴生元素 工业化利用

磷矿石作为一种重要的基础化工原料，在工业上，除80%用作磷复肥产品的生产原料外，各种磷酸盐产品在食品、医药、电子等行业都得到了广泛的应用。
随着人类社会文明、科技进步、经济发展的加快，资源综合利用和循环经济成为国内外研究的热点。作为一种稀缺和不可再生的矿物资源，磷矿石还伴生铁、铝、氟、镁、钒、镍、钼、砷、镉、铅、铬、汞等各种元素。根据中国磷肥协会统计，2010年国内主要企业磷复肥产品（以P2O5计）达到1701.5万吨，按标矿计算磷矿石消耗达6000万吨以上。如此巨大的资源消费量，使得磷矿石中伴生的有价值的伴生元素进行工业化提取利用具有十分可观的经济价值和资源价值。
一、国内外磷矿石伴生元素开发利用现状及水平
由于磷矿床时空分布与成矿规律各不相同，各地开发的磷矿石伴生伴生元素有很大的差异。有的磷块岩矿主要伴生高品位的碘，如贵州福泉的磷矿；有的变质型磷灰岩矿含有硫铁矿，如黄麦岭磷矿；有的还含有极少量的放射性元素铀、钍和稀土金属镧、镱的化合物，如贵州织金磷矿中就含有伴生的稀土金属。
湿法磷酸净化的工艺技术。为了生产出高品质的磷酸以用于食品工业和电子工业，国内外目前湿法磷酸净化的技术有：化学沉淀法、溶剂萃取法、结晶法、离子交换法、电渗析法等。其中化学沉淀法、溶剂萃取法已经广泛应用于高品质湿法磷酸的工业化生产。国外目前比较成功的净化技术还有美国的折叠床化学法和P3沉淀分离法，其中美国Swcmson/American Pembrore折叠床化学法已经在突尼斯实现了工业化，降低磷酸镁、磷酸钙的同时，回收了具有一定价值的Mg元素[1]。
肥料级湿法磷酸的生产方面。当前国内外从磷矿石中提取杂质成分并进行工业化利用的技术领域，只有氟化工相对成熟并得到推广，国内外多家大型磷复肥集团利用氟资源生产氟硅酸钠、氟化铝等氟资源产品[2]。碘资源的回收方面，瓮福集团研发的磷矿伴生碘回收工艺是国内唯一的生产装置，目前2条生产线设计生产能力为100吨/年。为降低肥料中重金属镉的含量，荷兰和德国分别成功开发出离子交换法和液—液萃取法以降低湿法磷酸中重金属镉的含量。然而，实际工业中，美国、摩洛哥磷矿石中的镉平均分别高达14mg/kg和37.5mg/kg，却仍没有普及肥料级磷酸重金属提取利用的工业化 [3]。肥料级湿法磷酸作为磷矿石加工利用的主流工业技术，受粗放的生产工艺和价值取向的多种因素影响，许多伴生元素的回收利用很难寻找到一条经济和技术都可行的工业化道路。
稀有元素的提取利用方面，以提取利用稀有元素为目的的工业化进程。我国从上个世纪50年代以来，陆续在贵州省织金县、内蒙古黑鹰山、广东省德庆县和广宁县等地区发现富含钇稀土矿物的磷矿床。俄罗斯利用硝酸湿法生产高品质磷酸回收磷灰石中微量稀土实现了规模化，kola半岛每年约有150万吨磷矿石经硝酸法处理并提取其中稀土成分；以色列、巴西等国家利用盐酸法也实现了磷灰石稀土回收的工业化；然而，作为世界上主流技术的硫酸湿法目前仍然处于研究试验阶段，成为国内外的研究热点。俄罗斯、波兰、南非、埃及等国先后对硫酸湿法处理磷矿过程中稀土回收均开展了研究[4]。
二、提取伴生元素的重要意义
2010年7月，国家发改委等六部委联合发布《中国资源综合利用技术政策大纲》，其中磷矿综合利用技术方面的第一条就是“推广磷矿伴生铁、硫、氟、碘、钒、钛等资源综合回收技术。”
从生产工艺上来看，肥料级湿法磷酸的生产工序中，磷矿石所含铁、铝、镁等杂质成分在一定程度上增加酸的消耗、降低产品质量和增加产品成本，还使生产装置生产能力下降，设备材料的腐蚀或磨蚀加剧，降低设备开车率。铁、铝、镁的磷酸盐还会给磷酸浓缩等后续加工带来困难，导致产品物性不佳和质量下降。
从环境保护来看，磷矿石中砷、镉、铅、铬、汞等有害重金属元素进入磷复肥产品的加工环节，进入磷复肥产品包装出厂。在施肥过程中，若因管理不当,肥料用量过大或施用方法不妥造成土壤、水质的污染,使重金属进入土壤或水源,再通过农作物进入人的食物链,必将对人类健康产生重大危害。特别是镉的土壤环境容量非常小,土壤中镉含量稍有增加,就会使农作物中镉含量相应提高。中国是一个人口大国，粮食需求离不开化学肥料的施用，然而近年来，多次食品镉超标的事件和镉污染的食品中毒事故，敲醒了化肥安全管理的警钟。GB 18877《有机-无机复混肥料》和GB/T 23349《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标》对肥料中重金属含量明确规定了限值。
磷矿资源的富矿不断减少，而低品位矿的伴生杂质含量相对富矿更为丰富。随着国内外萃取技术工艺和设备硬件的不断成熟，人类对资源和环境保护的要求不断提高，国际环境保护组织对化学肥料生态指标的要求日趋严格。综合来看，磷矿石中伴生元素进行合理化的提取利用是具有发展前景的。
三、总论
研究工业化提取磷矿石中伴生元素方法，首先应掌握伴生元素在湿法磷酸生产中富集的特征，因为湿法磷酸仍然是磷矿石利用的主要工业途径，只有掌握了伴生元素富集的特征才能进行进一步的分离，从而寻找可行和经济的工业化提取利用方法。就伴生元素的检测分析方法而言，现有成熟的重量法、容量法、分光光度法和离子选择性电极法等标准方法；根据理论研究，磷矿石在湿法磷酸生产的过程中，随着环境温度、环境介质的变化溶有多种离子和化合物，这些化合物在浓缩时，又随着酸浓度的提高，它们的溶解度急骤降低。因此在磷矿石中、稀磷酸和浓磷酸中所分析的伴生元素量值一定各有不同，并一定存在有待研究的客观规律和特征。

参考文献
[1] 章守陶，唐琛明．磷矿杂质对湿法磷酸生产的影响及处理[J]．硫磷设计，
1997(4)：25-29．
[2] 张伟，黄京生．磷肥生产工[Ｍ]．北京：化学工业出版社，2005年：268-269．
[3] 张卫峰，马文奇等．中国、美国、摩洛哥磷矿资源优势及开发战略比较分析[J]．自
然资源学报，2005，20(3)：378-386．
[4] 龙志奇，王良士等．磷矿中微量稀土提取技术研究进展 [J]．稀有金属，2009，
33(3)：434-441．