磷是非金属矿产,英文名叫Phosphorus,化学元素序号为15,符号是P,位居元素周期表的第三周期。根据成因不同,可分为磷灰石和磷块岩。在自然界中已知的含磷矿物约有百余种,虽然成员众多,但是能够被人类开采利用的含磷矿物仅有几种,人类主要通过磷灰石来提取。磷是构成生命体的必要元素,也是人类生活、生产不可或缺的重要矿产。
一、无心插柳的发现,无可替代的作用
(一)磷被偶然发现的过程
16世纪末至19世纪初期,炼金术在欧洲风靡一时。1669年,在德国汉堡,有一位名叫布兰德的外科医生,他的另一重身份是炼金术师,希望通过人的尿液来提取黄金(毕竟当时人类对自然的认知还非常有限)。某日夜晚,在教堂光线昏暗的地下室,他将自己不辞辛苦收集来的百余桶尿液和木炭、石灰等物质混合在一起,经过大火加热、蒸馏、煮干。结果是黄金没看到,却发现某种有点像白蜡的物质,散发出一种幽幽的蓝绿色光芒,摸上去却有一种冰凉的触感。布兰德把这种物质命名为Phosphorum,在拉丁文中为“冷光”的意思,英语叫做Phosphours。这就是白磷,真可谓“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”。
(二)磷具有无可替代的用途
作为一种重要的化工矿物原料,磷在工业领域的应用已经有百余年历史,主要用于制造磷肥,也可用于提取黄磷(白磷)、红磷、磷酸等磷酸盐。磷肥不仅能促进种子发芽生根,加速植物生长,还能提高作物抗旱、抗寒、抗害虫的能力,对农作物生长极为重要。按来源分类,磷肥可分为天然磷肥(海鸟粪、兽骨粉、鱼骨粉等)和化学磷肥(过磷酸钙、重磷酸钙、钙镁磷肥、磷矿粉等)两类。
二、磷矿储量和产量均较集中,全球消费保持增长
(一)储量高度集中
根据美国地质调查局的数据,磷矿在全球的基础储量约为670亿吨(2020年数据),摩洛哥和西撒哈拉、中国和埃及三个国家和地区的基础储量居前三位。
图1:基础储量居前十位国家和地区(亿吨)
数据来源:网络公开资料
(二)产量高度集中
2011-2021年,全球磷矿产量大约维持在2-2.70亿吨水平。其中,摩洛哥和西撒哈拉、中国、美国、俄罗斯和约旦等国家和地区的产量居前五位。
图2:2011-2021年全球总产量(亿吨)
数据来源:网络公开资料
图3:2011-2021年全球前五大国家和地区产量(万吨)
数据来源:网络公开资料
(三)全球消费保持增长
2003-2010年,全球表观消费量保持在5000-6000万吨之间,但是2011-2021年,一举升至6000万吨以上的水平,并有逐年增长的趋势。
三、中国是磷的重要资源国、生产国、消费国
(一)国内磷矿资源储量主要集中在西南和中部
根据美国地质调查局的数据,中国磷矿资源储量约32亿吨。磷主要分布在云南、四川和贵州等西南三省及湖北等省份,四个省份的资源储量占全国总储量93%。
图5:2021年我国分省磷矿资源储量(%)
数据来源:网络公开资料
(二)中国磷矿产量虽有回落,但仍处于高位
2011-2016年,我国产量呈现上升趋势,并在2016年达到峰值。2016年以后有所回落,主要是因为国家出于保护资源和环境保护的考虑,关闭了一批小型矿山,由此产量有所减少,且一度降至8900万吨左右,2021年以来再度回升至1亿吨以上。
图6:2011-2022年我国产量(万吨)
数据来源:网络公开资料
(三)中国磷矿需求量虽有回落,但已反弹上升
和产量变化相似,2011-2016年,我国磷矿石需求量逐年增长,并在2016年达到峰值。之后趋于下降,但在2021年又有所反弹。近年来,我国磷矿石需求量基本保持在9000万吨-1亿吨的水平。据统计,磷复肥、黄磷、磷酸盐和其它磷化物占比分别为71%、7%、6%和16%。
图7:2011-2021年我国需求量(万吨)
数据来源:网络公开资料
四、磷在新能源领域的应用日益凸显,越来越被关注
近年来,随着新能源汽车产业快速发展,磷有了新的用途。特别是随着磷酸铁锂电池在动力电池领域的占比日益上升,磷在新能源领域的地位日益凸显。中国、美国和欧盟等主要经济体已相继把磷列入重要关键矿产名单,磷正在引起越来越多的关注,在人类社会发展中的作用也将更加突出。
(中国金属矿业经济研究院 周匀)