地球磷資源流與肥料跨界融合

智庫磷研究報告001

The Think Tank Report on Phosphorus012

緒論030


第1章地球磷來自何方/033

1.1宇宙大爆炸033

1.2宇宙的前世今生033

1.2.1宇宙未來的4種推測034

1.2.2宇宙前世的4種推測034

1.2.3宇宙同源035

1.3磷素的來源037

參考文獻039


第2章地殼中磷的賦存狀態/041

2.1地球基本知識041

2.2磷在地殼中的分佈045

參考文獻046


第3章地球磷資源的形成/048

3.1磷質來源048

3.2磷礦資源基本知識049

3.3世界磷礦資源050

3.3.1磷礦資源量050

3.3.2磷礦資源分佈051

3.3.3磷礦開採量052

3.3.4磷礦資源品位053

3.4世界磷礦開採壽命預測054

參考文獻055


第4章地球中的磷流向何方？/056

4.1地球磷迴圈的基本過程056

4.2地球陸地和水生生態系統的磷流量058

4.3全球磷資源的流向059

參考文獻063


第5章中國磷資源及其流向/064

5.1中國磷資源的成因064

5.2中國磷資源儲量065

5.3中國磷資源在食物鏈中的流動066

5.4中國磷礦可開採多久？069

參考文獻071


第6章磷礦開採過程/073

6.1磷礦開採073

6.1.1磷礦開採方式073

6.1.2中國磷礦主要開採技術與特點075

6.2磷礦選礦技術077

6.2.1選礦工藝078

6.2.2選礦藥劑080

6.2.3選礦設備081

6.2.4選礦尾礦082

6.2.5選礦損失083

6.3中國磷礦開發利用的主要特點084

6.4在磷礦開採方面中國開展的幾項工作085

6.4.1全國磷資源開發系統研究085

6.4.2中國科學院學部諮詢評議專案《我國磷科技發展關鍵問題與對策》086

6.4.3鄭州工學院、鄭州大學開展的工作088

參考文獻088


第7章磷化工產品生產過程/090

7.1磷的理化性質090

7.2磷化工產品091

7.3黃磷生產基本知識092

7.3.1黃磷生產方法092

7.3.2黃磷生產赤磷、黑磷092

7.3.3黃磷生產有機磷化物093

7.3.4黃磷生產熱法磷酸094

7.4黃磷生產現狀094

7.5黃磷“三廢”處理與綜合利用095

7.5.1黃磷尾氣095

7.5.2黃磷廢水098

7.5.3黃磷廢渣098

7.6主要工業級磷酸鹽產品099

7.6.1三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉099

7.6.2電子級磷酸、食品級磷酸100

7.6.3工業級磷酸一銨、磷酸二氫鉀100

7.7世界磷化工行業發展特點101

7.8中國磷化工行業發展特點101

參考文獻102


第8章磷肥產品生產過程/103

8.1濕法磷酸104

8.1.1濕法磷酸生產的基本原理104

8.1.2濕法磷酸生產方法105

8.1.3中國五環工程有限公司在濕法磷酸建設工程中取得的卓越成績107

8.1.4濕法磷酸淨化112

8.2磷酸銨類肥料114

8.2.1磷酸銨類肥料基本知識114

8.2.2磷酸一銨（四川大學研究成果）114

8.2.3磷酸二銨118

8.3過磷酸鈣120

8.3.1普鈣、重鈣、富鈣與半鈣120

8.3.2普鈣生產工藝流程121

8.4重過磷酸鈣124

8.4.1重鈣生產的基本原理124

8.4.2重鈣生產對原料的要求125

8.4.3重鈣生產工藝流程126

8.5硝酸磷肥127

8.5.1硝酸分解磷礦制硝酸磷肥的基本原理127

8.5.2硝酸磷肥生產工藝128

8.5.3硝酸磷肥的肥效134

8.5.4硝酸磷肥與其他產品的比較135

8.6鈣鎂磷肥136

8.6.1鈣鎂磷肥基本知識136

8.6.2中國創新：鈣鎂磷肥 “玻璃結構因數”配料方法138

8.7脲硫酸複肥143

8.7.1脲硫酸複肥工藝的開發143

8.7.2脲硫酸複肥工藝原理144

8.7.3脲硫酸功能性複肥的工藝路線及特點145

8.7.4脲硫酸複肥的應用效果146

8.7.5磷銨廠、過磷酸鈣廠新增功能性尿素硫酸複肥裝置的經濟分析146

8.8無機材料反應成膜緩釋複合肥料147

8.8.1包裹肥料的概念與範疇147

8.8.2包裹肥料的國內外研究進展149

8.8.3包裹肥料的加工原理與工藝150

8.8.4包裹肥料的特點152

8.8.5包裹肥料施用技術153

8.8.6包裹肥料施用效果154

8.8.7無機包裹型緩釋複合肥料的節能減排效果157

8.8.8標準與檢測158

8.9飼料級磷酸鹽158

8.9.1飼料級磷酸氫鈣基本知識158

8.9.2飼料級磷酸三鈣（TCP）技術159

8.10磷肥生產“三廢”處理與回收的基本狀況160

8.10.1磷肥廢氣160

8.10.2磷肥廢水161

8.10.3磷肥廢渣161

8.11中國磷肥行業發展概況及未來發展方向164

8.11.1磷肥行業發展歷程164

8.11.2產業集中度與產能分佈168

8.11.3磷肥行業主要產品發展概況169

8.12磷肥工業發展172

8.132016年磷複肥行業運行特點175

8.14磷肥行業未來發展方向176

8.15中國磷複肥工業協會177

8.16《磷肥與複肥》雜誌178

參考文獻179


第9章磷肥農業使用過程/181

9.1磷在肥料領域的作用與特點181

9.1.1磷的作用181

9.1.2作物缺磷表現出的症狀182

9.2磷肥消費量基本狀況184

9.3中國磷資源消耗和環境影響187

9.4中國施肥合理的標準188

9.4.1養分平衡法188

9.4.2磷肥過量、合理與不足190

9.4.3磷合理施用與產量的關係192

參考文獻195


第10章如何永續利用地殼中的磷？/196

10.1基本狀況196

10.2哪些因素影響磷礦基礎儲量的使用壽命？197

10.3影響磷資源消耗的因素197

10.3.1全球磷資源流動模型效率因數197

10.3.2全球磷資源永續利用敏感性分析200

10.4磷回收的工藝技術201

10.4.1AirPrex磷回收工藝201

10.4.2Ostara Pearl磷回收工藝202

10.4.3第二代磷回收工藝202

10.4.4生物-結晶法磷回收工藝204

10.5磷肥生產領域，中國磷資源永續利用新模式205

10.5.1“鄭州大學-雲天化-富誼聯”磷資源永續利用新模式205

10.5.2金正大生態工程集團股份有限公司磷化工清潔生產技術體系208

10.6農學、化學、化工多學科聯合，探討中國磷礦資源危機及緩解對策210

10.6.1調整磷肥產品結構，合理利用中國的磷礦資源211

10.6.2磷資源迴圈利用211

10.6.3建立科學施磷制度213

參考文獻216


第11章肥料領域顛覆性創新理論/218

11.1未來農業發展方向218

11.1.1精准農業218

11.1.2機器人與城市農業221

11.1.3植物工廠221

11.1.4基因工程、基因編輯與基因選擇223

11.1.5藍色經濟224

11.2中國農業現狀225

11.3肥料領域顛覆性創新理論228

11.3.1肥料領域顛覆性創新理論由來228

11.3.2肥料領域的概念創新229

11.3.3宇宙同源230

參考文獻235


第12章肥料跨界融合創新/236

12.1肥料研究/發展方向236

12.2植物生長的“氣”237

12.2.1“氣”的認識237

12.2.2氣血共振的奧秘237

12.2.3農用低溫等離子體238

12.3植物生長的“血”238

12.3.1緩/控釋肥料238

12.3.2小分子碳241

12.4植物的抗體243

12.4.1植物生物刺激素的概念與定義243

12.4.2生物刺激素——精細化學品的發展現狀245

12.5增強作物光合作用的“氣灌系統”246

12.5.1氣灌的作用246

12.5.2氣灌系統組成247

12.6利用微生物全面提升農產品品質和食品安全水準247

12.6.1微生物247

12.6.2國內外微生物的研究與發展動向249

12.6.3生物肥料在全球作物生產中的應用251

12.7基於分子生物學的精准供應最低量全面營養的均衡施肥256

12.8納米、亞微米材料農用257

12.8.1納米材料的特性257

12.8.2納米材料的農業應用258

參考文獻262

附錄/263

附表1不同資料來源的中國與世界磷肥消費量年際變化263

附表2單位籽粒需氮量指標265

附表3單位產量磷和鉀吸收量265

本書是一本特殊的出版物。它作為“鄭州大學-雲天化-富誼聯”面對全球的肥料智庫——富地研究所（Fertilizer Development Institute）的第一本智庫研究報告，由我國化工領域專業科技出版社——化學工業出版社公開出版發行，這是一次新的嘗試。本書的風格、內容都與一般的科技圖書有所不同。

智庫（Think tank）也稱思想庫。“智庫”集中一群“智者”就某一專題為決策者提供科學、客觀、公正而全面的決策建議。智庫的英文名稱也可譯為“思想坦克”，美國知名智庫蘭德公司（RAND Construction Company，RAND是Research And Development研究與開發的縮寫）是美國最重要的以軍事為主的綜合性戰略研究機構。公司性質是非營利的民辦研究機構，它雖然是一家民營公司，但它註冊的經營範圍卻涉及政治、軍事、經濟、科技和社會。美國蘭德公司確實是一輛巨大的思想坦克。自1948年成立以來，先後彙集了800位“智者”的研究成果，在很大程度上影響和左右著美國的政治、經濟、軍事和外交等一系列重大事務的決策。蘭德公司成功地預測了“中美建交”和“德國統一”，也對“中國21世紀的空軍”“中國的汽車工業”“日本的高科技”“俄羅斯的核力量”“數位化戰場上美國快速反應部隊”等重大課題形成過研究報告。

富地研究所（Fertilizer Development Institute）是專注研究全球肥料領域的智庫，為關係到全球糧食安全、合理利用資源、人類健康的肥料問題提供宏觀決策支援性質的建議。智庫的使命是為政府、協會、企業的決策者和執行者提供建議；它不是純粹的學術探討，而是將學術探討中得出的結論，轉化為有可操作性的建議；智庫不是諮詢公司，它既解決當前應急的課題，但更重要的是開展長期的戰略研究。智庫肩負著如此重大的使命！為完成本研究報告，我們系統收集和整理了181篇參考文獻，其中，中文135篇，英文和日文46篇；涉及92家國內外高校、企業，其中，國內59個、國外33個；涉及國內外與研究報告相關的專家110人，其中國內87位，國外23位。他們大多是在所涉領域做出了貢獻的人物。本研究報告力求能提供科學、宏觀、全面的決策建議，這與一般專著的風格不同。

本智庫研究報告選擇一個國家熱點問題——全球磷資源開採壽命有多久？如何永續利用全球磷資源？（提出問題）；分析地球磷來自何方？地殼中有多少磷？地球磷資源流向何方？（分析地球磷的“來龍去脈”）；介紹中國磷礦開採過程、磷化工生產過程、磷肥產品生產過程、磷肥農業使用過程的經驗及存在的問題。分析磷在社會性消費流程中的效率，指出解決問題的途徑（解決問題、提出建議）。通常，智庫研究報告通過提出問題、分析問題和解決問題，濃縮為一兩萬字的研究報告，提供給決策方參考。但為了完成研究報告需要10~20倍篇幅的基礎資料作為背景材料，這些背景材料構成了本書的主要內容。

本研究報告的構成為：智庫研究報告中文本、英文本，作為背景資料的專著，共計12章。第1章：地球磷來自何方？介紹宇宙的發生與發展，屬於天文知識。第2章：地殼中磷的賦存形態。第3章：地球磷資源的形成。第4章：地球中的磷流向何方，屬於地理知識。第5章：中國磷資源及其流向至第10章:如何永續利用地殼中的磷？為“人間”狀態。創新科學工作者應該上知“天”，下知“地”，更應知“人間”。這樣有助於更深層次認識自己的研究領域，並可能誘發出相關研究領域的顛覆性創新。第11章：肥料領域顛覆性創新理論。第12章：肥料跨界融合創新，為肥料領域各級決策者提供更新的創新觀念。對於肥料企業，相關高校和設計研究機構有大批的中青年技術骨幹，在此創新大潮中，他（她）們發揮著承上啟下的作用，提高廣大中青年科技人才的創新素質是當前相關企業、高校、設計研究部門的迫切任務。

當今，科學技術日新月異，創新發明層出不窮。決策者除需掌握科學的決策方法，從決策者個人的經驗決策到委託專業人士進行可行性研究（也稱孤立決策），委託專職機構進行系統決策（宏觀、微觀決策支援系統決策）外，還必須緊跟時代發展步伐，更新創新觀念。2015年的創新觀念強調“顛覆性”創新；2017年強調“引領性”創新；2018年強調“跨界融合”創新。這種快速變化，絕不是炒概念，而是我們科技進步快速發展的要求。正因為我國科技隊伍的萬馬奔騰，促使我國科技口號日新月異。

本書得到了國家“十三五”重點研發計畫“作物專用高效複混肥料的研製與產業化”（2016YFD0200401）課題的資助，特此致謝！

本書非常適合全球涉磷企業、行業協會、國內涉磷決策機構及企業、大中型肥料企業技術人員及高校師生參考，在幫助企業通過顛覆性技術創新、跨界融合創新，走出困境的同時，為全球磷資源永續利用提供決策參考。



許秀成侯翠紅

2019年5月