科创中国

铁矿石是我国钢铁工业的保障性资源，属国家的重大战略需求。钢铁工业是国民经济支柱产业，钢铁材料广泛应用于基建、装备制造、交通、能源、海洋工程及环保等领域，是人类经济建设和日常生活中用量最大的结构材料。我国“十四五”将开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年目标进军，现代化建设也是人类生产力迅速提高、社会财富不断积聚、大量消耗矿产资源的过程，同时“中国制造”、“一带一路”、基建开发等宏观经济持续利好，这必将驱动我国钢铁的高位消费量，对铁矿石的市场前景需求巨大。

我国铁矿石资源品位低、禀赋差、难利用，长期大量依赖进口，进口量连续多年超10亿吨，对外依存度超过85%，这不仅对我国钢铁工业造成严重影响，对国民经济的安全运行也构成了巨大威胁。因此研发创新技术实现我国难选铁矿资源的清洁高效利用，对降低我国铁矿石对外依存度，强化我国铁矿资源保障能力，推进我国钢铁工业持续、健康、协调发展，具有重要的战略意义。

主要内容：

东北大学针对难选铁矿石矿物组成复杂、共生关系密切等特点，将矿物加工、冶金和流体力学等多学科有机结合，突破磁化焙烧的传统观念，创造性地提出了“预氧化-蓄热还原-再氧化”悬浮磁化焙烧新技术。经过近十年的不懈努力，开展了大量基础理论、工艺及装备的研究工作，获国际及国内发明专利数15项，填补了国内外铁矿石悬浮磁化焙烧领域的技术空白，已成功开发了多种型号的悬浮磁化焙烧新型工业技术装备。

技术原理：

悬浮磁化焙烧技术是将矿石在悬浮态和一定温度下进行化学反应，使矿石中弱磁性铁矿物转变为强磁性的磁铁矿或磁赤铁矿，再利用矿物之间磁性的差异进行磁选分离技术。同时，针对传统磁化焙烧技术存在的问题，研究团队提出了复杂难选铁矿石“预氧化-蓄热还原-再氧化”悬浮磁化焙烧新理念，并研发成功了多段悬浮磁化焙烧技术装备。新型铁矿多段悬浮磁化焙烧技术装备由给料预热系统、加热预氧化系统、蓄热还原系统、多级冷却系统、除尘系统等组成。物料经预热系统和加热预氧化系统，通过高温氧化气氛将矿石中铁矿物（FeCO₃、Fe₂O₃•nH₂O）氧化为赤铁矿（Fe₂O₃），高温矿粉经气固分离后进入蓄热还原系统，还原系统底部通入还原气，使矿石中Fe₂O₃利用自身储蓄热量转化为Fe₃O₄，最后进入冷却系统，通过控制温度和气氛使部分Fe₃O₄氧化为强磁性γ-Fe₂O₃，该过程释放出大量潜热，实现了热量的高效循环利用。

工艺路线与技术特点：

悬浮磁化焙烧技术将铁矿石颗粒本身作为热载体，实现加热与还原分步进行。第一步在加热系统内氧化气氛下呈快速流态化完成矿石蓄热，同时将矿石中菱铁矿、褐铁矿等转化为赤铁矿，保证给料的均一性；第二步高温铁矿石进入的还原系统，利用自身蓄热与还原气反应生成磁铁矿，据此原理设计的新型悬浮磁化焙烧系统具有反应控制简单、产品质量均匀、还原温度低、还原气用量少、安全可靠的特点。

悬浮磁化焙烧技术还可控制铁物相精准转化回收潜热同步优化焙烧产品可选性。通过精确控制冷却过程还原温度和气氛，将磁铁矿氧化为强磁性γ-Fe₂O₃，该反应释放大量潜热，且还原产品中γ-Fe₂O₃存在可有效降低磁团聚，优化焙烧产品可选性。据此冷却过程创新设计了两级流态化冷却，一级冷却隔绝空气水冷至γ-Fe₂O₃生成温度；二级冷却适时引入空气，依靠风冷和水冷降温，控制γ-Fe₂O₃的生成并释放潜热，预热空气及多余还原气体返回燃烧，实现显热和潜热的高效回收利用。

可提供的技术支持：

东北大学拥有全套先进的悬浮磁化焙烧及分选试验装备，可满足100g批次实验室试验至500kg/h连续扩大试验等多种规格的磁化焙烧试验需求。研究团队成功开发了10万t/至230万t/a多种型号的悬浮磁化焙烧新型工业装备，可为复杂难选铁矿资源高效集约化利用、含铁多金属共伴生资源综合利用及含铁固废资源清洁无害化处理提供专业的工程解决方案。