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造福76亿人!中国突破赤泥炼铁技术,将令全世界产生巨大的变革

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前言

全球生态承压日益加剧,关键资源供应日趋紧张,各国正加速布局低碳化、循环化的新型工业路径。

中国率先打出关键一招——“绿氢冶铁”技术震撼问世!

这项创新不仅突破了百年高炉炼铁的技术天花板,更一举攻克困扰国际铝工业数十年的赤泥污染治理难题。

须知,我国是全球头号氧化铝生产国,境内赤泥堆存量已逾40亿吨,而传统处置手段能耗高、碳排强、效率低,难以持续支撑绿色转型。

如今,通过氢基还原新范式,赤泥从环境负资产跃升为战略资源富集体,为钢铁与铝业双链协同升级注入强劲动能。

中国实现赤泥规模化制铁技术跨越,将引发全球冶金格局深度重构!惠及地球全体76亿居民!



赤泥的困境

赤泥是拜耳法提炼氧化铝过程中产生的碱性残渣,虽富含铁、铝、钛及微量稀土等多元有价组分,但其pH值常高达12以上,长期露天堆存不仅挤占大量耕地与生态用地,更易渗滤重金属与强碱液,对地下水系与周边农田造成不可逆损害。

在我国,作为占全球55%以上氧化铝产量的制造中枢,赤泥年新增量达上亿吨,历史堆存总量持续攀升,已成为制约区域可持续发展的突出环境瓶颈。

权威数据显示,全球赤泥累计堆存规模已突破40亿吨大关,其中我国占比超三分之一,年增量稳居世界首位。



当前赤泥多采用干法堆存或筑坝湿法贮存,表面看似受控,实则在雨水冲刷、风蚀扩散及地下渗漏作用下,砷、铬、钒等毒性元素与游离碱持续迁移,严重威胁流域生态安全与人居环境健康。

尤其其高碱性浸出液可显著抬升土壤盐碱度,抑制微生物活性,导致植被退化与水体富营养化风险倍增。

面对这一系统性挑战,既有处理工艺普遍面临回收率低、流程冗长、二次污染难控等硬伤,难以兼顾资源效益与环境安全双重目标。



过去数十年间,主流处置路径集中于高温焙烧还原或酸碱中和改性,试图从中提取铁金属或固化有害成分,但前者需持续维持1300℃以上热工条件,单位吨料标煤耗超300千克;后者则依赖大量工业级酸剂,既推高运营成本,又衍生含盐废水处置难题。

此类过程不仅加剧能源消耗强度,更释放巨量温室气体与氮氧化物,与全球气候治理方向背道而驰。



即便部分工艺能实现有限铁回收,综合回收率不足35%,所得铁粉品位多低于55%,杂质含量高,后续精炼成本高昂,经济可行性严重受限。

因此,开发一种低能耗、零碳排、高值化、可放大的赤泥资源化新路径,已成为材料科学、冶金工程与环境技术交叉领域的重大攻关命题。

近年来,中国科研团队依托自主可控的氢等离子体装备平台,成功构建“绿氢冶铁”技术体系,为全球赤泥治理提供了原创性中国方案。



“绿氢冶铁”技术的核心突破

该技术的革命性内核在于氢气等离子体活化还原机制——利用高频电场将高纯氢气激发为包含H⁺、H⁻、H*(活性氢原子)及电子的高能粒子云,定向轰击赤泥中铁氧化物晶格,精准断裂Fe–O键,实现铁元素的选择性解离与高效富集。

相较依赖热力学驱动的传统高炉/回转窑工艺,该路径实现了反应驱动力的根本性转换。



最显著的性能跃迁体现在热工参数优化上。传统冶炼需稳定运行于1250℃~1500℃区间,单炉周期达4~6小时;而本技术反应温度区间压缩至850℃~920℃,热能输入下降近40%,且单批次处理时间缩短至3~8分钟,单位产能提升达12倍以上。

这种时空效率的质变,极大降低了设备折旧与人工运维成本,为模块化、分布式部署创造了技术前提。



在资源转化维度,该技术展现出惊人潜力:铁元素总回收率达88.1%,较行业均值提升116%;所得直接还原铁(DRI)产品全铁含量达71.3%,硫磷杂质含量低于0.02%,完全满足电炉炼钢优质炉料标准。

这意味着每处理1吨赤泥,即可产出约0.32吨高纯铁粉,资源价值较原状提升3倍以上,真正实现“以废产宝”。



尤为关键的是,全过程无化石燃料参与,主反应产物仅为金属铁与水蒸气,经冷凝后可循环用于制氢环节;碱性组分在还原过程中同步转化为惰性硅铝酸盐玻璃相,彻底消除强碱溶出风险,杜绝二氧化碳及二噁英类污染物生成。

这使其成为迄今唯一兼具“零碳排、零碱害、零固废”的赤泥冶金级处置方案,为中国“双碳”战略落地提供硬核技术支点。



值得关注的是,赤泥中伴生的钪、镓、钇等稀散金属及钛白粉前驱体,在氢等离子体场中亦呈现差异化活化行为,具备梯度分离基础。

目前,国内联合攻关团队已启动“赤泥多金属梯度提取”专项,重点突破稀土富集段与钛铝分选段耦合工艺,目标建成全球首条赤泥—稀土—钛联产示范线。

此项进展不仅拓展了冶金副产资源的价值边界,更重塑了大宗固废治理的技术范式,为全球循环经济树立全新标杆。



经济与环保双重效益

随着中试验证全面完成,“绿氢冶铁”技术产业化节奏明显提速。

广西百色、山东滨州等地已建成3条万吨级中试产线,连续稳定运行超18个月,年铁粉产出能力达36万吨,产品全部进入本地短流程钢厂供应链,替代进口铁矿石比例达12%。

据最新成本模型测算,当产线规模扩至50万吨/年时,吨铁综合成本将下探至2180元,逼近国产主流铁精粉价格区间,经济竞争力实现历史性拐点。



在国际协作层面,我国已通过《专利合作条约》(PCT)提交覆盖核心装备、工艺控制与材料表征的67项海外专利申请,涵盖欧盟、美日韩及东盟主要成员国。

德国萨尔茨吉特集团、阿联酋EGA公司、澳大利亚South32等国际头部企业已签署技术评估协议,巴西淡水河谷亦启动联合可行性研究。

多方共识表明,该技术有望在未来3~5年内完成首套海外商业化装置建设,成为继高铁、5G之后又一具有全球输出能力的中国智造名片。



从投入产出比分析,尽管初期设备投资高于传统选矿厂,但其省去了远洋物流、港口装卸、进口关税及长周期库存资金占用等隐性成本,全生命周期成本优势显著。

据工信部绿色制造系统集成项目测算,规模化应用后,每吨铁粉可减少碳排放1.82吨,节约标煤0.61吨,降低综合物流费用370元。

从产业带动效应看,该技术将催生氢能制备、等离子体装备、智能控制系统、特种耐材等十余个上游配套集群,并激活下游高端电工钢、新能源汽车用软磁材料等新兴应用市场。



赤泥衍生的高纯氧化铝可直供半导体封装基板,钛化合物可用于航空航天涂层,稀土富集物则支撑永磁电机与激光晶体产业发展。

同时,脱铁尾渣经激冷成型后,可制成符合GB/T 28635标准的生态透水砖与路基材料,已在雄安新区市政工程中批量应用。

由此形成的“赤泥进—铁出—稀土出—建材出”四维闭环,标志着我国大宗工业固废治理正式迈入高值化、系统化、标准化新阶段。



结语

“绿氢冶铁”技术的成功落地,不仅是中国冶金科技从跟跑、并跑到领跑的关键跃迁,更是人类破解“资源—环境—发展”三角困局的重大实践突破。

它让曾被贴上“工业毒瘤”标签的赤泥,蜕变为支撑高端制造的战略矿藏;也让碳中和愿景,从宏观政策目标具象为可量化、可复制、可盈利的微观技术现实。

这一源于中国实验室的原创成果,彰显了我国基础研究与产业转化深度融合的制度优势,更向世界证明:绿色发展不是牺牲增长的权宜之计,而是孕育新动能、塑造新优势的历史性机遇。

随着全球首条百万吨级工业化产线将于2025年在山西吕梁投产,这项技术必将深度融入全球钢铁与有色金属产业链,成为定义21世纪绿色工业文明的重要基石。

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