北京
▲视频来源：中央广播电视总台
钢铁工业是国民经济的重要支柱。我国拥有丰富的铁矿资源，但很大一部分属于当前常规技术难以经济开发利用的难选铁矿。
9月1日，全球规模最大铁矿磁化焙烧工程——年处理556万吨难选铁矿流态化磁化焙烧工程项目在辽宁鞍山通过竣工验收，实现了连续稳定运行和全面达产达效，各项生产指标均优于设计预期。
项目采用中国科学院过程工程研究所自主研发的难选铁矿颗粒停留时间精细调控磁化焙烧核心技术，标志着我国在难选铁矿高效利用领域实现了产业技术突破。
该技术可从铁含量仅11%的铁尾矿获得铁元素质量占比65%的高品位铁精矿产品，让存量尾矿及难选铁矿得到高效利用。
▲3×185万吨/年难选铁矿流态化磁化焙烧项目
01
破解铁矿资源难题
攻克难选铁矿的高效利用技术，对提升国内铁矿供应能力、保障资源安全具有重要意义。
难选铁矿的高效利用，是过程工程所从20世纪50年代起就坚持研究的方向。要解决我国贫铁矿的问题，必须跳出传统选矿的局限，向“化工冶金”要答案。
科研人员将目光投向了流态化磁化焙烧技术。该技术通过在流化床中对铁矿进行焙烧反应，改变矿石的物相和磁性，将原本难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等转化为强磁性的人造磁铁矿，从而大幅提高难选铁矿的利用率。
但磁化焙烧技术长期存在诸多问题，此前经过数十年的工程实践，仍存在反应效率低、能耗及成本高、系统稳定性差等产业化瓶颈，难以大规模推广。
针对这些“老大难”问题，科研团队首先在基础理论上进行迭代攻关，揭示了细颗粒粘结聚团的内在机理，建立了反应与黏结聚团过程耦合的理论模型。随后，团队提出了表面降粘与外场破粘强化的新思路，建立了外场、床型等强化细粉流态化过程强化理论与方法，使流化床铁矿还原可处理的颗粒粒径从2毫米降至0.1毫米以下，焙烧温度降至550℃，铁矿磁化率提高到90%以上。
02
从实验室走向产业
为了将基础研究成果转化为实用技术，科研团队发明了细颗粒高效预热、气动加排料、低热值焙烧尾气稳定燃烧等关键技术与装备，形成一套完整的细颗粒流态化磁化焙烧技术。最终在2012年12月实现了装置连续稳定运行。
但在项目运行中，科研团队发现，返混引起颗粒“短路”、高温焙烧矿显热未能回收等问题，制约了磁化率的进一步提升和焙烧能耗的进一步降低。
为此，科研团队进一步探明了床型和内构件对颗粒返混和粗细颗粒停留时间的影响规律，建立了相应的调控方法；构建了结构传递理论模型，建立了并行放大新方法；发明了高温粉体显热回收热管流化床，解决了还原气氛下颗粒显热高效回收问题。在此基础上，发展出难选铁矿颗粒停留时精细调控磁化焙烧技术（第二代技术）。
通过实际项目运行表明，铁矿物相转化率达到98%，综合能耗降至0.82GJ/吨矿，能耗相比传统技术大幅降低，经济效益显著，真正实现了将原本只能丢弃的尾矿变为高品位铁精矿产品。
来源：中国科学院过程工程研究所
责任编辑：曹旸
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