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高炉磷酸新工艺大幅降低磷肥重金属含量的环保意义

发布时间: 2012-02-22 04:43:33   浏览次数:
    一、磷肥使用对农业环境的污染
  目前我国普遍采用溶剂法即湿法生产磷酸,再由这种被称为“湿法磷酸”来制造磷肥。湿法磷酸生产伴生大量的废渣磷石膏。堆放的大量磷石膏造成附近河流严重的总磷污染,这已是众所周知的事实。
  此外,在湿法磷酸生产过程中磷矿石中的各种重金属元素绝大多数都能与硫酸、磷酸作用生成相应的盐而溶于磷酸中。因此,用这种富含重金属的磷酸与氨反应生成磷铵即磷肥,必然含有较多的重金属。为了提高磷酸质量,降低重金属含量,可采用各种沉降剂通过化学反应将重金属沉淀过滤予以脱除,可以生产出“精制磷酸”。这样做使湿法磷酸生产工艺变得更加复杂,成本也显著提高。
  当前,国内用于农业生产的磷肥重金属含量较高;这首先是说与氮、钾肥相比磷肥重金属含量超高,有些金属含量甚至超高1~2个数量级;第二,磷肥尚无重金属含量的国家标准,生产磷肥的厂家对实际已经很高的重金属含量却不以为然。
  在我国,磷肥特别是磷复肥用量大、范围广,重金属对土壤、地下水造成污染的事实不容忽视。我国受污染的耕地面积占总量的20%左右,每年减产约 1000万吨粮食。重金属污染具有一定的隐蔽性和滞后性;污染物蓄积发挥作用的时间很长;对食品安全和人体健康的危害在短期内不易显现。只有当重金属含量特别大,或者在土壤、饮用水乃至人体中经长期集聚的数量较大并达到某一危害阈值时,才能使人致病。因而重金属污染事件常具有爆发的特性,这会造成严重的社会影响。
    二、“高炉磷酸”与“湿法磷酸”重金属含量的比较
  2009年6月1日,5m3高炉磷酸新工艺在北京由中国石油化工联合会组织专家评审通过。利用高炉磷酸制造的磷酸一铵、磷酸二铵外观洁白,而由湿法磷酸制造的磷肥灰度较大,预示后者的重金属含量较高。
  2011年9月18日从贵州开阳磷化公司拿到两种被称为“本色磷铵”的湿法磷肥,联同用高炉磷酸制的磷酸一铵、磷酸二铵一起共4种磷肥试样,于11月由笔者委托中国环境科学院进行了化验。表1列出这4种磷肥中重金属铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、汞(Hg)等元素的含量,单位为mg/kg。可见开阳磷铵的重金属含量远比高炉磷铵的重金属含量要高。
    形成这种质量差别的根本原因是高炉磷酸新工艺与湿法磷酸工艺有着本质的不同。
  磷酸与磷肥中的重金属来源于磷矿石。高炉法制磷酸工艺过程中,矿石首先经过冶炼,磷升华从上方进入回收系统,矿石中各种重金属达到熔点与炉渣一起排出。磷与重金属分离靠的是相变过程,因而保障高炉磷酸重金属含量甚微。这是这种工艺的重要优点之一。
    三.几个应引起关注的问题
    1. 鉴于磷肥在我国的用量巨大,且磷肥中重金属含量对我国土地、地下水的污染不容忽视,因此,必须尽快制定磷肥质量的国家标准。
   由于土壤与居民饮用水的国家标准中,重金属含量的标准值较低,今后可能随民众环保意识的提高会使允许标准值进一步走低;此外,近年来我国向美日欧出口食品中重金属含量要求十分严酷。因此,制定的磷肥重金属含量要比现有所谓合格的磷肥重金属含量标准低得多才行。例如,表1中所列的湿法磷肥中有些重金属含量甚至比土壤重金属含量标准GB15618-1995的规定值还高,显然,这是绝对不能允许的。可见,湿法磷肥如何全面降低重金属含量而又不大幅涨价,是这种工艺能否继续施用下去的重要决定因素之一。
    2. 限制磷肥中重金属的含量,首先要考虑的是对人体健康的危害。在制定国家标准时,应当尽可能全部计入所有的有害重金属的影响。
  事实上,表1所列磷铵中9种重金属在人体的体液、组织和器官中蓄积量超过安全值时,都可能使人致病。遗憾的是有些重金属含量的含量往往不被人所重视,以锰(Mn)为例就常常被忽视。实际上2006年国家就制定了慢性锰(Mn)中毒的诊断标准GBZ3-2006,分为三个等级:轻者只引起头痛、头晕、乏力、睡眠障碍;重者侵犯肝脏与肾脏;特别严重者将引起自主神经功能紊乱、反应迟钝、哭笑无常、四肢与头部震颤,救治不及时会引起死亡。2010年我国西部某地曾发生锰矿渣垮坝污染河水造成居民中毒和供水中断10天的事件。因此,除砷、镉、铅、铬、汞之外,其他有害重金属在磷肥中的含量也必须在制定标准时严格加以限定。
    3. 高炉磷酸中重金属含量已经很低,而实际上仍有继续降低的可能,达到所谓“精制磷酸”的水准,而无需增加生产工步。高炉磷酸质量与磷矿石品位和重金属含量多寡几近无关,均可制造出品质优异的磷酸成品。例如,表1中所列的高炉磷铵就是使用贵州织金县低品位、高镁含量的磷矿石经高炉法生成的高品质磷酸后再制成的,这种矿石中P2O5含量17.05%,MgO含量9.6%。因此,高炉磷酸新工艺对开发我国占90%的中、低品位磷矿资源,提高资源利用率,具有特别重要的现实意义。用这种工艺生产的磷酸制成磷肥由于重金属含量很低,可免除对农田与居民饮用水的污染,当然也具有重要的环保意义。
 
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