氧化铁矿绿色选冶及固废高附加值利用关键技术装备与创新实践路径
钢铁产业作为国民经济的支柱产业，承载着工业化进程的重要使命，但其高能耗、高排放、资源利用率低的行业痛点始终制约着绿色转型步伐。在“双碳”战略深入推进与“十四五”科技创新规划实施的双重背景下，一场针对钢铁生产核心环节的技术革新迫在眉睫。由陕西理工大学、陕西大山机械有限公司等单位联合开展的“氧化铁矿的绿色选冶及其过程固废高附加值利用关键技术与装备”项目，历经多年攻关，构建起“氧化性铁矿分选—高炉延寿与废热回收—选冶固废高值利用”全产业链条，成功破解行业多重瓶颈，为推动绿色钢铁生产模式的深刻变革提供了坚实的技术支撑。
创新支撑，“氧化铁矿”的绿色发展
氧化铁矿的选矿、冶炼及其过程固废的资源化利用是钢铁制造链条的核心环节，当前面临“矿石禀赋差异导致的资源浪费”和“能量-物质双重损失”两大关键痛点与技术挑战。因此，如何突破复杂难选氧化铁矿高效利用的技术瓶颈，并实现选冶固废的绿色高值化利用，已成为当前行业亟需解决的重大科技难题。
为了打通从矿石开采到固废消纳的全链条技术堵点，充分利用每一份资源，让每一个生产环节都实现绿色低碳。研发团队以基础理论研究为根基，以关键技术突破为抓手，以装备创新为支撑，构建起三大核心技术创新体系，为绿色钢铁发展提供了全方位解决方案。
在氧化铁矿分选领域，难选氧化性铁矿回收率低的问题长期困扰行业发展。传统工艺中，伴生矿对铁精矿的强束缚作用的以及弱磁性矿相的低分选效率，导致大量铁矿资源被浪费。针对这一痛点，研发团队另辟蹊径，提出“表面能调控+磁性定向转化”的协同技术思路，研发出集破碎—筛分—焙烧—分选—精选于一体的整套绿色选矿关键技术和装备。表面能调控技术主要基于增加氧化铁矿粉颗粒表面积，减弱伴生矿对铁精矿束缚作用的研究思路，发明了一种盘式超细破碎机，设备经电动机驱动，由齿轮与转轴带动内转子及衬板旋转，将矿石运送到粒度调整腔内，再由千斤顶推动固定下衬板，挤压矿石，破碎并调整矿石的出料粒度。
磁性定向转化技术是为了提高氧化铁矿的磁选效率，磁选前通过磁化焙烧技术将弱磁性矿相转化为强磁性矿相。该项目考虑到传统的磁化焙烧回转窑内氧气的唯一来源是氧化铁矿和其他反应物料，所以将入料口和出料口均与上下工艺设备连接实现物料密封，以保证内部还原气氛；针对温度均匀性问题，通过在回转窑外壁等间隔增设燃烧嘴，实现温度的均匀分布并增强保温效果，有效提升强磁性矿相转化率。通过这两项核心技术的协同作用，项目成功实现了氧化性铁矿分选效率与资源利用率的双重突破，从源头上解决了矿石浪费问题。
在炼铁环节，降碳节材是实现绿色转型的核心目标，而高炉主铁沟寿命短、高炉渣余热回收效率低是制约该目标实现的两大关键瓶颈。针对高炉主铁沟长期受高温作用易产生热裂失效的问题，团队创新性地提出韧性框架设计理念，研发出长寿型高炉主铁沟结构。该结构在未改变原有结构总尺寸的前提下，将外层设为夹层钢壳，用于保护内层耐热混凝土主沟，并通过空气流动促进热量传导，避免了耐热钢筋混凝土层长期受高温作用而产生热裂失效。同时，此结构外部与炉台分离，避免炉台结构产生形变应力，通过在夹层钢壳与耐热混凝土主沟的结合面上布置热电偶，实时监测主铁沟结构的状态，有效延长了高炉寿命。
对于高炉渣余热回收难题，团队以“增大传热面”为核心思路，研发出高炉渣余热回收技术及新型装备，创新设计了水介质与气介质两种换热模式。首先依据高炉渣细碎以增大传热面的思路，以水为冷却介质，通过搅拌电机带动切割刀和搅拌叶转动，对高炉产生的残渣进行打碎搅拌，碎屑经过筛板和绞龙与换热管接触，对换热管内的水进行加热；或以气体为换热介质，先将高炉渣倒入收集箱内部，通过导热板吸取废渣热量，再用气泵将收集箱内部的热空气引入传导板内部，进而预热矿石等物质，两项技术均提高了余热回收设备的节能减排效果。
选冶固废的高附加值利用，是实现钢铁产业循环发展的关键闭环。长期以来，选矿及炼铁产生的固废多以填埋或作为水泥辅料等低值方式处理，不仅占用大量土地资源，更可能造成土壤污染。为破解这一难题，团队将有机合成技术和无机物相反应理论用于选冶固废的表面改性、发泡及高温纺丝等高附加值利用技术路线中，研发了固废粉末表面改性、低（高）温发泡及助熔拉丝等关键技术，研制了石塑板材和保温材料等系列绿色建筑材料，扩展固废利用空间，变“废”为宝。
其中，团队研发的“基于PVC石塑复合板表面成型膜的制备方法”技术更是获得美国发明专利授权，该技术明确使用了废塑料粉末作为原料，不仅降低了原材料成本，也为废弃物资源化利用提供了新路径，符合全球倡导的绿色环保理念。其目标产品可替代复合地板、石材、亚克力面板和幕墙板等多种现有材料，其目标市场并非局限于一两个细分领域，而是瞄准了一个多元化的建材市场，应用前景广阔。
三大核心技术创新体系的构建，使项目形成了覆盖“分选—冶炼—固废利用”的全产业链技术优势，为钢铁产业绿色转型提供了系统性解决方案。截至目前，项目已构建起强大的自主知识产权矩阵，拥有授权中国发明专利8件、美国发明专利1件、实用新型专利5件，发表期刊论文6篇，制定国家标准1项、企业标准1项，形成了技术专利化、专利标准化的完整创新链条。
政企协同，科研成果成功落地
一项技术再先进，如果不能落地转化，就只是停留在纸面上的成果。项目团队从研发初期就坚持产学研用相结合，确保技术能够适配不同企业的生产场景。依托扎实的技术基础与清晰的转化思路，该项目在陕西省和汉中市政府的政策支持下，成功在多家企业实现落地应用，取得了显著的经济效益与社会效益，成为科技创新赋能产业转型的典范。
政策支持与技术适配性设计，是项目成果顺利落地的两大关键保障。该成果以国家“双碳战略”为背景，得到了陕西省和汉中市政府的大力支持，为相关技术成果的落地提供了政策支持；其次，该成果相关技术聚焦氧化铁矿的选矿、冶炼及其过程固废的资源化利用领域的关键瓶颈问题，以解决行业共性技术难题为出发点，技术研发以企业固有装备及现行工艺路线为基础，有利于实现不同场景的技术适配和落地。
更重要的是，项目研发团队始终坚持以企业需求为导向，将技术研发与企业固有装备及现行工艺路线相结合，避免了技术落地过程中的“水土不服”问题。针对不同企业的生产规模、矿石禀赋、工艺特点等差异，团队提供了定制化的技术适配方案，确保技术能够快速融入企业现有生产体系，降低了企业技术升级成本。不仅为企业解决了固废处理难题，更开辟了新的利润增长点。在产业升级方面，项目构建的绿色生产模式为行业提供了可复制、可推广的转型路径，推动了钢铁产业从“高消耗、高排放”向“低消耗、低排放、高附加值”的转型进程。
2025年4月19日，中国国际科技促进会组织的科技成果评价会对该项目的应用价值给予了高度认可。评价委员会认为，项目成果通过在多家企业的应用实践，充分验证了技术的可靠性与适配性，实现了“分选、减废、降碳、节材、环保和高值”的绿色钢铁生产目标，为钢铁产业可持续发展和环境安全提供了有力保障。据此，评估组专家明确指出，该成果总体达到国际先进水平，其中尾矿高附加值利用方面更是跻身国际领先行列。这种“技术创新—政策支持—企业应用”的协同模式，不仅确保了科技成果的成功转化，更构建了科技创新与产业发展深度融合的良性生态。
直面挑战，锚定未来拓展方向
尽管项目已取得显著的技术突破与应用成效，实现了经济效益与社会效益的双重提升，但在研发团队看来，科技创新永无止境。由于高炉渣余热回收技术的换热介质集热效能限制，回收余热的利用率仍达不到预期目标；另外，在选冶固废高附加值利用技术中，由于少量存在的有害物质难以进行无害化处理，将对环境和人体健康造成威胁。基于对现有技术瓶颈的深刻认知，团队已明确两大重点攻关方向，致力于推动技术体系向更高效率、更全覆盖、更可持续的方向升级。
针对回收的高炉渣余热利用率较低的难题，项目团队将在控制热空气的能量耗散关键技术，使其应用于高集热工序（矿粉烧结或磁化焙烧）方面继续努力，助力钢铁产业绿色低碳可持续发展；针对少量有害选冶固废的无害化处理难题，项目团队将进一步研发选冶固废无害化处理技术，力争赋予选冶固废的高附加值与环境友好双重属性。
除两大重点攻关方向外，团队还制定了技术推广与产业拓展的长远规划。在技术推广方面，将依托已有的企业应用案例，总结形成可复制、可推广的技术实施方案，通过举办技术推广会、建立产学研合作基地、与行业协会合作等方式，推动技术成果在全国范围内的钢铁企业落地应用，尤其是在低品位氧化铁矿资源丰富、固废处理压力大的地区，加快技术普及速度。在产业拓展方面，计划将固废利用技术向更多领域延伸，研发固废在新型建材、道路工程材料、农业土壤改良剂等领域的应用技术，进一步拓展固废利用空间；同时，探索与新能源产业的融合发展，研究利用钢铁生产余热助力氢能制备、储能等技术，构建多产业融合的绿色发展生态。
展望未来，项目研发团队将以现有成果为基础，以解决现存瓶颈为导向，持续深化技术创新，推动绿色钢铁技术体系不断完善。随着热空气能量耗散控制、固废无害化处理等关键技术的突破，该项目成果将实现更广泛的应用覆盖、更显著的环保效益与更丰厚的经济价值，为钢铁产业绿色转型提供更加强劲的动力。同时在未来的绿色发展进程中，持续发挥引领作用，为钢铁产业与生态环境和谐共生注入新动力。