20年冷板凳将百亿吨“呆矿”变“富矿”
3×185万吨/年难选铁矿流态化磁化焙烧项目。
■本报记者 甘晓
“如果郭慕孙先生还在，看到这项技术终于能用上了，他一定很欣慰。”中国科学院过程工程研究所（以下简称过程工程所）研究员朱庆山的这句感慨，跨越了漫长的岁月，有了圆满的回响。
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竣工验收，实现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。该项目采用过程工程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，由过程工程所与鞍钢矿业资源利用（鞍山）有限公司合作完成。
科研团队表示，这一成果标志着我国在难选铁矿高效利用领域实现了里程碑式产业技术突破，有望从根本上提升我国铁资源自主保障能力，缓解我国大宗战略性铁矿资源高度依赖进口的现状。
破解铁矿资源难题
我国是全球第一工业大国，铁矿石消耗量占全球半数以上，但对外依存度长期超过80%。海关总署统计数据平台显示，近十年我国累计进口铁矿113亿吨。由于进口来源集中，定价权和供应链一直受制于人。我国铁矿储量虽位居世界第四，却大多品位偏低，近半数是常规技术难以利用的难选铁矿，储量丰富却只能长期闲置。
面对国家发展的重大需求，朱庆山告诉记者，把我国这类数百亿吨级的“呆矿”变为“富矿”并高效利用起来，是摆脱我国铁矿资源困境的核心路径。
理论上，磁化焙烧技术可以改变矿石磁性，大幅提高难选铁矿利用率，一直是国内外矿物加工领域的研究热点。但该技术经过数十年研发，仍存在反应效率低、能耗成本高、系统稳定性差等产业化难题，难以大规模推广。
历经多年迭代研发，朱庆山带领团队突破传统磁化焙烧技术方案局限，成功创建了颗粒停留时间精细调控磁化焙烧成套新技术，可使含铁量仅11%的铁尾矿经处理后产出品位65%的铁精矿产品。
2016年8月，朱庆山首次赴鞍钢推动技术落地。作为鞍钢集团矿业有限公司2400万吨/年铁尾矿再选利用的核心工序，“3×185万吨/年难选铁矿流态化磁化焙烧系统”于2023年11月签订技术许可合同，2024年3月启动主体建设，2025年9月开始全流程调试，2026年1月正式投产。
令科研团队感到振奋的是，全流程产线首次热态联动调试即贯通顺行，流态化磁化焙烧系统首次满负荷考核验收即达产达效，铁矿物相转化率高达98%，焙烧综合能耗仅0.82吉焦/吨矿，相比同类技术能耗降低35%，各项生产指标均优于设计值。
近日，该项目通过中国冶金矿山企业协会组织的成果鉴定，专家组一致认为整体处于国际领先水平。
科研团队期待，这一项目能够带动国内近300亿吨难选铁矿与近100亿吨含铁尾矿的高效、绿色开发利用，破解长久以来我国铁矿石供应受制于人的难题。
20年，坐热“冷板凳”
事实上，这项技术的产业化之路走了20多年。2004年，在中国科学院院士郭慕孙的提议下，朱庆山作出了一个在当时看来颇为大胆的决定：从原本热门的固体氧化物燃料电池领域，转而投身“冷门”的难选铁矿利用领域。
面对磁化焙烧技术长期存在的诸多“老大难”问题，科研团队首先在基础理论上进行迭代攻关，揭示了细颗粒黏结聚团的内在机理，提出了表面降黏与外场破黏强化的新思路，使流化床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摄氏度，铁矿磁化率提高到98%以上。在此基础上，他们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，形成了一套完整的细颗粒流态化磁化焙烧技术。
然而，技术要落地，到哪里做工程？朱庆山在早期的行业网站上发布合作意向，像大海捞针一样寻找愿意吃螃蟹的企业。偶然间，云南曲靖钢铁集团越钢钢铁有限公司回应了他。
不过，工程之路远比想象中坎坷。2008年，10万吨/年技术示范工程建成，却恰逢金融危机，合作方资金链断裂，项目一度停滞。为推动项目重启，2010年至2013年间，朱庆山平均每月赴云南一次，协调各方并帮助企业争取各级项目支持。他和团队成员谢朝晖常驻现场调试攻关一年多，每天要爬几十米高的框架。“每顿吃两大碗米饭，就是因为一天爬几十回，硬是瘦了10斤。”他说。
由于缺乏工业现场的实战经验，他们在工程化过程中遭遇了诸多难以预料的挑战。装置经常不明原因熄火，物料加进去后凭空“消失”……面对这些“拦路虎”，他们只能在一次次试错中摸索。朱庆山经常向过程工程所工程经验丰富的前辈打电话请教，一打就是一个多小时，“高昂的漫游费让我不得不专门换了一个手机号”。最终，他们在2012年12月实现了连续稳定运行。
科研团队并未就此止步。针对运行中暴露出的颗粒返混、高温显热未能回收等问题，他们展开新一轮攻关，发明了高温粉体显热回收热管流化床，建立了并行放大新方法，正式推出第二代难选铁矿流态化磁化焙烧技术，这正是如今在鞍钢大规模落地应用的核心成果。
从实验室到示范线，这张坐了20年的“冷板凳”终于有了温度。
半个世纪前的未竟之志
从尾矿到富矿，对于朱庆山带领的科研团队而言，是一段几代人跨越了半个多世纪的科研长跑。
20世纪50年代，过程工程所的前身——中国科学院化工冶金研究所刚刚成立时，就将铁矿的高效利用确立为研究所的三大核心使命之一。为解决我国贫铁矿问题，著名化学工程学家郭慕孙前瞻性地提出流态化磁化焙烧技术。
1959年开始，郭慕孙带领团队先后对酒泉铁矿、凤凰山铁矿、包头铁矿、鞍山铁矿等的难选铁矿开展试验。20世纪60年代，他亲自牵头在安徽马鞍山建立了日处理100吨的中试工厂。
当时，试验条件极其艰苦。为了查明流化床失流和炉内烧结的真相，郭慕孙冒着生命危险，让人用麻绳将自己吊入尚未完全冷却下来的流化床内进行查看。有时候，他在简陋的实验室里一待就是一整天，最终攻克了挡板变形、物料烧结等技术难题。
然而，由于当时工业基础薄弱等历史原因，这项技术的工业化步伐被迫中断，曾经合作过的公司也改变了原设计方案，转而采用其他工艺。这一未竟之志，成了郭慕孙心中长达半个世纪的遗憾。
“我虽年迈，但仍愿不遗余力继续相助。”直到晚年，郭慕孙始终没有放下心中牵挂，写信恳切呼吁推动相关项目重启。
这份遗憾最终化作沉甸甸的接力棒，交到了朱庆山的手上。2012年12月20日，郭慕孙逝世。当时，正准备像往常一样飞往云南推进流态化磁化焙烧项目的朱庆山得知了这个噩耗，从机场马上赶回过程工程所。
如今，每当回想起这段往事，朱庆山总是感慨万分：“把中国的贫铁矿利用好，是他一辈子的心愿。”
科研团队相信，曾经的冷门领域如今成为行业瞩目的热门成果，并加速走向更广阔的市场，这是对前辈最好的告慰。
目前，除了鞍山的3套系统外，相关技术签订技术许可实施合同8套，总处理规模超1500万吨/年。同时，该技术也正在走向国际，与老挝已达成褐铁矿流态化焙烧提质工程项目的合作。
面向未来，朱庆山团队的目光所及不限于铁矿。他们已将流态化焙烧技术推广应用于锰、磷、铝等行业，以及固废利用和新材料制备领域。