17世纪,炼金术士布兰德在利用尿液提取*金的时候,意外发现了磷元素,这是人类发现的第一种元素,之所以能够从尿液中提取出磷,是因为磷存在于人体所有细胞中,是维持骨骼和牙齿的必要物质,几乎参与所有生理上的化学反应。磷还是使心脏有规律地跳动、维持肾脏正常机能和传达神经刺激的重要物质。
后来经过著名化学家波义耳的研究,他发现用尿液提取磷的过程中,向尿液加入沙子可以提高磷的生成效率,这一反应的方程式为:
4NaPO3+2SiO2+10C→2Na2SiO3+10CO+P4
他指出,磷只在空气存在时才发光;磷在空气中燃烧形成白烟,这种白烟很快和水发生作用,形成的溶液呈酸性,这就是磷酸,把磷与强碱一起加热,会得到某种气体(磷化氢),这种气体与空气接触就燃烧起来,并形成缕缕白烟。这是当时关于磷元素性质的最早介绍。
年,波义耳第一次用磷点燃了一端带有硫磺的木棒,这被认为是现代火柴出现的开端。而波义耳通过这种方式制作了大量的磷,并将其作为商品卖到了欧洲其他国家,促进了磷元素的工业化发展。
在19世纪的时候,磷化工产业已经慢慢走向规模化,磷有三种同素异形体,*磷、赤磷、黑磷。以*磷(又称白磷)最重要,它是制取赤磷和磷化合物的基本原料。所以大规模地制造廉价的*磷,是生产一系列磷化合物的重要条件。
磷化工产品主要分为两大类:一类是以磷酸一铵、磷酸二铵及磷酸氢钙为代表的磷肥;另一类则是广泛用于工业、农业及食品、医药领域的磷酸及磷酸盐,包括三聚磷酸钠、磷酸氢钙等。
可以说,磷作为所有生物不可或缺的一种物质,已进入现代社会的千家万户,而且不存在可人为合成的替代品。
但是磷属于典型的不可再生资源;虽然在这个世界上磷无处不在,但具有开发价值的磷酸盐岩并非取之不竭。这种矿藏需上百万年才能形成。
磷矿的产生一些来自于古代海洋生物,一些来自于火山岩浆,还有一些来自于动物排泄物,比如说瑙鲁著名的鸟粪矿,一般来说,鸟粪很容易就会被淋滤、流失回归大海。但位于赤道附近的瑙鲁位置特殊。
赤道高温环境下鸟粪土中有机磷盐能瞬速被分解,并留下丰富的磷酸盐。在碱性地下水的作用下,可溶性磷酸盐又与碳酸钙(珊瑚礁岛的富含碳酸钙)反应,也就形成了各种磷灰岩,瑙鲁的磷矿丰富到了什么程度呢?全岛3/5被磷酸盐所覆盖,只有沿岸有一窄条平地,可惜后来,瑙鲁的鸟粪矿被开采完毕。
根据USGS的资料,全球磷矿石储量(可用于商业生产的磷矿)为亿吨,其中摩洛哥和西撒哈拉以亿吨位列全球第一,中国近40亿吨远居第二。
产量方面,16年全球磷矿石产量2.55亿吨,其中中国(1.4亿吨)、美国(万吨)、摩洛哥和西撒哈拉(万吨)和俄罗斯(万吨)占全球产量的近80%。按照现有开采速度和利用方式,我国目前商业储量在40年后就将耗尽,剩余资源量的开发利用将耗费更高的开采成本。
一个由40位国际磷专家组成的研究小组在美国化学会旗下《环境科学与技术》发表文章称:“我们的星球将很快耗尽已知的磷资源,以目前的需求增长趋势计算,最多再有年,全球所有可供开采的磷酸盐矿石储量将被消耗殆尽”。
而一些研究人员则认为磷储量将在年消耗完毕,澳大利亚悉尼理工大学可持续发展学院高级研究员科德尔说:“按照目前的使用速度,磷储备量将会在今后50年至年内消耗殆尽。磷同水一样对所有现代经济体来说都是不可或缺的。如果人们像