说道磷化工,这个词可能让人感到陌生,似乎与日常生活毫不相关,但实际上,它无处不在,已经深深地融入了我们的生活。
什么是磷化工?
磷化工是以磷矿石为主要原料,通过化学加工方法生产各种含磷产品的工业领域,其核心功能是将磷元素转化为磷酸、磷肥、磷酸盐等产品,广泛应用于农业、工业、新能源等多个国民经济关键部门。
磷化工是化工行业的重要分支,以磷矿石为起始原料,通过化学方法提取磷元素并加工成各类含磷化合物。其核心起始原料是磷矿石,全球磷矿石资源分布不均,我国磷矿石储量丰富,主要集中在湖北、云南、贵州、四川等地。
磷化工核心功能包括:
• 资源转化
将磷矿石中的磷元素转化为高附加值产品,如磷酸(工业级、食品级、电子级)、磷肥(磷酸一铵、磷酸二铵)、磷酸盐(磷酸铁、磷酸铁锂)及含磷农药(草甘膦)等。
• 产业链覆盖
上游依赖磷矿开采(全球储量集中于摩洛哥、中国等地),中游涉及黄磷、湿法磷酸等中间体生产,下游延伸至农业、工业、电子及新能源领域。
磷化工产业链的上游主要为原材料,包括磷矿石、硫酸、焦炭能源等。依据不同工艺,磷矿石的加工路径有所差异。一种是采用湿法工艺,磷矿石能够直接被加工成磷酸,随后进一步制成各类磷化工产品。另一种路径则是先将磷矿石加工成黄磷,再以黄磷为原料制取磷酸。值得一提的是,黄磷还可用于制备三氯化磷,而三氯化磷在草甘膦等农药的生产过程中,是极为关键的原料 。
磷化工的中游为制取各类含有磷元素的有机物或无机物。在磷肥行业的产业链结构中,中游环节以湿法磷酸为主,它是由磷矿石经湿法加工而来。以湿法磷酸为基础,能够进一步生产出磷肥产品,而这些磷肥最终主要应用于下游的农业生产领域,为农作物生长提供必要的养分支持。反观磷酸盐行业,其产业链的中游关键在于热法黄磷的生成,磷矿石经过特定工艺加工转化为热法黄磷后,再通过一系列加工工序生成各类磷酸盐。
磷化工的下游产品丰富,涵盖农牧水产业的磷肥、工业生产的磷酸盐、农业农药如草甘膦,以及新能源领域的磷酸铁等含磷终端产品。涵盖工业洗涤剂的制造,帮助提升洗涤效果;用于金属表面处理,改善金属性能;在工业水处理中发挥净化水质的作用;在建筑工业领域参与建筑材料的生产;在医药行业辅助药品的研发与生产;还可作为塑料增塑剂,增强塑料的柔韧性等 。
磷化工主要产品
1、磷酸
工业级用于生产磷酸盐、金属处理、干燥剂等,食品级用于作调味品中的酸味剂和酵母营养剂,高纯度电子级磷酸主要用于电子晶片生产过程中的清洗和蚀刻,而纯度较低的主要用于液晶面板部件的清洗等。由磷矿石和硫酸作用制得。
2、磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)
水溶性速效磷复肥,是高浓度磷复肥的主要品种,广泛适用于水稻、小麦、玉米、棉花、瓜果、蔬菜等各种粮食作物和经济作物。由磷酸和氨水作用制得。
3、重过磷酸钙(TSP)
高浓度、水溶性的速效磷肥,也可用于生产复混肥;广泛适用于水稻、小麦、王米、棉花、瓜果、蔬菜等备种粮食作物和经济作物。由磷酸与磷矿石作用制得。
4、三聚磷酸钠
用于洗涤剂助剂、软水剂、制革预鞣剂、染色助剂、有机合成催化剂、医药工业分散剂和食品添加剂等,目前主要用于合成洗涤剂助剂。由碳酸钠和磷酸制得,俗称五钠。
5、六偏磷酸钠
食品级主要用作食品保水剂和防腐剂,工业级主要用作软水剂、造纸扩散剂、缓蚀剂、高温粘合剂、锅炉清洗剂等。由碳酸钠和磷酸制得,俗称六偏。
6、磷酸氢钙
有饲料级、食品级、牙膏级、药用级等规格,用于医药、牙科,也用作塑料稳定剂、食品添加剂和肥料、饲料添加剂等。由磷酸与石灰乳制得。
7、九洲药业
主要用于部件的化学镀镍,还用于塑料的颜色稳定和脱色等,食品级在食品工业中用作防腐剂、抗氧化剂。由黄磷和硝石灰及水反应而得。
8、有机磷酸盐
包括亚磷酸醋、磷酸醋、膦酸醋、氯代磷酸醋、硫代膦酸醋等,广泛用作有机磷农药、水处理、表面活性剂,纺织印染助剂等。将黄磷加工成中间体与醇、酚反应制备而得。
磷元素广泛存在于人体和食物中,是人体不可或缺的关键元素,对日常生活起重要作用。其实,我们所接触到的一切物质,都是由化学元素组成的,比如我们呼吸的空气、穿的衣服、吃的食物,甚至包括我们自己的身体。人体细胞、骨骼、牙齿和蛋白质中都含有化学元素磷,其在人体中的含量仅次于钙……
下面,带您发现身边随处可见的磷化工。
1、工业领域:筑造美好家园
在打造美好家园的过程中,工业领域扮演着举足轻重的角色。通过磷化工等产业的发展,我们不仅拥有了丰富多彩的服饰和营养丰富的食品,更在整体上提升了家居环境的质量。
磷化工广泛应用于建筑材料的原料加工,下游产品可用于制备各种建筑材料,如木材防火剂、涂料、胶粘剂等,应用在高层建筑、隧道、桥梁等工程中。三聚磷酸钠可用于高端陶瓷(增加釉浆流动性,成品不易断裂)、钻井、耐火材料等行业。
2、食品领域:改善食品品质
磷酸盐广泛应用于食品加工中,不仅可以增加食物营养,便于食用、延长贮存期、保持食品的营养,还可以改善食品的品质和稳定性,总体来说它对于改进食品的品质,强化食品的营养具有重要意义。
• 饲料级磷酸盐:饲料添加剂的磷源,行业产能集中度较高
在动物饲料中用作磷、钙营养添加剂的磷酸钙盐产品主要有饲料级磷酸氢钙、饲料级磷酸二氢钙等。磷是动物生长和发育所必需的重要营养元素之一,对骨骼形成、能量代谢和许多生物过程都至关重要。饲料级磷酸盐可用于家禽、猪、牛等农场动物的日常饲养中。磷酸盐可以提供可溶性磷,帮助动物更好地吸收和利用饲料中的营养物质,促进生长和生产性能。此外,磷酸盐还可以调节饲料的矿物质平衡,确保动物获得适当的磷摄入量,维持其健康和生产表现。
• 工业磷酸盐:三聚磷酸钠、六偏磷酸钠在食品加工行业应用广泛,行业供需趋于稳定
三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等工业磷酸盐在食品加工行业中应用广泛。工业磷酸盐根据阴离子可分为正磷酸盐和缩聚磷酸盐,使用广泛的缩聚磷酸盐有三聚磷酸钠(STPP)、焦磷酸钠和六偏磷酸钠(SHMP)等。
(1)聚磷酸钠
我国用量最大的工业磷酸盐种类,按照用途主要可分为工业级和食品级,工业级主要用作洗涤剂、软水剂和分散剂等,食品级主要用作乳制品、鱼和禽肉制品等,还可作为罐头和果汁饮料等作为添加剂使用,同时由于含磷洗涤剂会造成水体富营养化,三聚磷酸钠在洗涤剂中的应用逐渐下降。
(2六偏磷酸钠
在食品工业中可用作食品品质改良剂、pH调节剂、金属离子鳌合剂、黏着剂和膨胀剂等;工业上洗涤和水处理、冶金、金属防腐、选矿、纤维等领域应用广泛。
3、农业领域:提高作物产量
磷化工产品主要用于生产磷肥(如磷酸一铵、磷酸二铵),约占磷矿石消费量的70%。磷肥是农作物生长的关键营养元素,在农业中提高作物产量,并在畜禽饲养和农药制造中发挥重要作用,其广泛应用于粮食、蔬菜等作物。使用磷肥可以提高农作物产量和质量,在畜禽饲料中加入三聚磷酸钠可以促进动物体内脂肪代谢和钙吸收,含有磷化合物也可用于农药原料。
磷肥,作为化肥的重要类别,其核心作用是为农作物补充生长所需的磷元素,是所有含磷化学肥料的统称。从肥料所含营养元素(氮、磷、钾)的构成数量维度划分,磷肥可分为单质肥、二元复合肥和三元复合肥。若依据肥料溶解性的难易程度来区分,又可细分为水溶性磷肥、枸溶性磷肥和难溶性磷肥。在实际农业生产场景中,常见的磷肥品种包含磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、重过磷酸钙(TSP)以及过磷酸钙(SSP)等。而农民日常用于施肥的,一般是MAP和DAP按一定比例混合而成的肥料 。
在磷化工行业里,草甘膦占据着极为重要的地位,它是一款含磷农药产品,也是全球市场规模最大的除草剂品类。草甘膦对多年生根杂草效果显著,在农业领域应用极为广泛,特别是常与耐草甘膦的转基因作物搭配使用。 草甘膦的除草原理基于对植物氮代谢酶(EPSPS合酶)活性的抑制。当草甘膦作用于植物时,会干扰其氮代谢过程,致使植物因无法正常进行生理活动而死亡。然而,借助基因改造技术,科学家们培育出了抗草甘膦的转基因作物。在这类转基因作物中,转入的特定基因能够促使氮代谢酶的生成量增加50倍,如此一来,作物自身的氮代谢酶活性得到极大提升,足以抵消草甘膦对其产生的抑制作用。所以,农民在使用草甘膦除草时,能够精准地杀灭杂草,同时确保庄稼安然无恙,有效保障了农作物的生长和农业生产的顺利进行。
4、医药领域:保障身体健康
• 磷化合物制剂
在医药领域中,磷化工主要应用于制备多种磷化合物制剂,如磷酸钙、磷酸二氢钾等。这些化合物在医学上具有重要的作用,例如磷酸钙可以用于治疗低钙血症和缺钙性软骨病等。
• 药物添加剂
除了直接作为药品成分外,某些含有磷元素的化合物还可以作为药物添加剂使用。例如在口服片中加入适量的三聚磷酸钠可以增加片剂硬度和稳定性,并延缓药效释放。
5、能源领域:推动低碳经济
• 电池生产
含有磷元素的化合物可作为电池原料使用。例如锂铁磷酸电池具有高能量密度、长寿命、安全稳定等优点,在电动汽车和储能系统中得到广泛应用。磷酸铁锂电池的兴起带动了对磷酸铁、磷酸铁锂等材料的需求,成为当前增长最快的细分市场之一。磷酸铁锂,堪称磷酸行业中一支发展迅猛的“生力军”。它主要用于制造磷酸铁锂电池,产品的应用终端集中在新能源汽车、储能等行业,具有成本低廉、循环使用次数多、安全性佳以及环境友好等突出优势。
• 燃料添加剂
还可作为燃料添加剂使用,可以提高柴油的点火性能和润滑性能,并减少尾气排放。此外,磷化工产品还应用于光伏材料、电解铝用氟化物等领域。
细心观察,生活里处处都有磷化工的身影,作为国民经济中的重要产业,磷化工产品在人们的衣、食、住、行各个领域,将发挥越来越重要的作用。