“尾矿”到“富矿”的华丽变身

【成果变形记】

全球规模最大铁矿磁化焙烧工程日前通过竣工验收——

“尾矿”到“富矿”的华丽变身

光明日报记者 崔兴毅

9月的辽宁鞍山，秋高气爽。高耸的焙烧塔架在阳光下泛着金属光泽，控制室里屏幕上数据平稳跳动。随着验收组最后一项程序签字确认，全球规模最大的铁矿磁化焙烧工程——年处理556万吨难选铁矿流态化磁化焙烧项目正式通过竣工验收，实现连续稳定运行和全面达产达效。

“把原本只能扔掉的‘尾矿’变成‘富矿’，这条路我们走了半个多世纪。”团队带头人、中国科学院过程工程研究所研究员朱庆山说。

该项目能从品位约11%的铁尾矿中获得铁含量65%的高品位铁精矿，让全国储量近100亿吨的存量尾矿以及近300亿吨的难选铁矿有望得到高效利用。对于我国这样一个铁矿石对外依存度长期超过80%的钢铁大国而言，其意义不言而喻。

向化工冶金要答案

故事要从20世纪50年代说起。

中国科学院过程工程研究所的前身——化工冶金研究所刚成立时，就把低品位铁矿高效利用列为三大核心使命之一。化学工程学家郭慕孙敏锐地意识到，解决中国贫铁矿问题，不能只在传统选矿里打转，必须跳出旧框框，向化工冶金要答案。

他把目光投向流态化磁化焙烧技术：在流化床中对铁矿进行焙烧反应，改变矿石的物相和磁性，把难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等转化为强磁性的人造磁铁矿，从而大幅提高利用率。

1956年，郭慕孙回国后便确立了这一方向。从1959年起，他带领团队先后对甘肃酒泉、内蒙古包头、辽宁鞍山等地的难选铁矿开展试验。20世纪60年代，他牵头在安徽马鞍山建起日处理100吨的中试工厂。

当时的研究条件极其艰苦。有时候，郭慕孙在简陋的实验室里一待就是一整天。而为了查明流化床失流和炉内烧结的真相，他曾让人用麻绳把自己吊入尚未完全冷却的流化床内查看……“不入虎穴，焉得虎子。”他常这样勉励大家。

虽然实验室和中试阶段取得了比较优异的指标，但由于当时工业基础薄弱，这项技术的工业化步伐被迫中断。酒泉钢铁公司、鞍山钢铁公司改变原设计方案，转而采用其他工艺，这成为郭慕孙心中长达半个世纪的遗憾。

晚年的郭慕孙始终没有放下这个“未竟之志”。21世纪初，他四处写信呼吁重启难选铁矿流态化磁化焙烧研发。在一封信中，他写道：“我虽年迈，但仍愿不遗余力继续相助。”

这份遗憾，最终化作沉甸甸的接力棒，交到了后来者手中。

“老大难问题得一个一个啃”

2004年，在郭慕孙的提议下，朱庆山作出了一个在当时看来颇为大胆的决定：离开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。

“那时候很多人不理解，觉得这个方向又苦又难，离产业化很远。”朱庆山回忆，“但郭先生说，这是国家的大事，总得有人接着干。”

近10年，我国共进口铁矿石113亿吨，花费7.73万亿元。而国内已查明铁矿资源储量852亿吨中，97%为低品位矿，很大一部分属于常规技术难以利用的难选铁矿。

“把这类数百亿吨级的‘尾矿’变成‘富矿’，是摆脱我国铁矿资源困境的核心路径。”朱庆山说。

摆在他们面前的，是磁化焙烧技术长期存在的诸多“老大难”问题，包括反应效率低、能耗及成本高、系统稳定性差……每一个都是产业化路上绕不过去的坎。

团队首先在基础理论上展开攻关。他们揭示细颗粒粘结聚团的内在机理，建立反应与粘结聚团过程耦合的理论模型。在此基础上，他们提出表面降粘与外场破粘强化新思路，建立外场、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摄氏度，铁矿磁化率提高到90%以上。

“老大难问题得一个一个啃。”团队成员谢朝晖说，“基础理论不突破，后面工程化就是空中楼阁。”

攻关路上，团队得到了各方关注。2009年，朱庆山曾在李静海院士的办公室向老院长周光召（中国科学院原院长）作过一次简短汇报。“此后两年的大年初一，我们都会接到李静海院士的电话，说周院长询问难选铁矿技术及产业化进展情况。”朱庆山说，“这让大家觉得，这件事再难也值得干下去。”

2012年11月20日，对团队而言是刻骨铭心的一天。清晨，朱庆山抵达机场，准备像往常一样飞往云南推进项目。没想到，一通电话带来了郭慕孙辞世的噩耗。他当即取消行程，赶回所里。

“郭先生没能看到这项技术真正用上，是大家共同的遗憾。”朱庆山说，“从那时起，我们更坚定了要把这件事做成的决心。”

“技术不能停留在论文里”

基础研究取得突破，并不意味着终点。在朱庆山看来，技术不能停留在论文里，必须走向工厂。

于是，团队把郭慕孙当年的设想和实验室成果整理成文字发在网上，寻找愿意做工程验证的企业。偶然间，他们得到了云南曲靖越钢公司的回应。

2008年，10万吨/年技术示范工程建成。但真正到了工业现场，团队才发现，一系列实验室里不会遇到的问题接踵而至：装置经常不明原因熄火，物料加进去后凭空消失，细颗粒物料在管路中堵塞结块……面对这些“拦路虎”，他们只能在一次次试错中摸索。

朱庆山和谢朝晖常驻示范现场，调试攻关一年多。为了调试设备，他们每天要爬几十米高的框架。

由于缺乏工业现场实战经验，加之面临的许多问题在书本上找不到答案，朱庆山经常打电话向所里工程经验丰富的前辈请教，一打就是一个多小时。

凭着扎根一线、死磕到底的韧劲，团队最终在2012年12月实现了连续稳定工业运行的目标。

但他们没有停下脚步。第一代装置运行中暴露出返混引起颗粒“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。

团队展开新一轮攻关，探明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，建立相应的调控方法；构建结构传递理论模型，建立并行放大新方法；发明高温粉体显热回收热管流化床，解决还原气氛下颗粒显热高效回收问题。在此基础上，难选铁矿颗粒停留时精细调控磁化焙烧技术——第二代技术正式出炉。

2016年8月，朱庆山首次赴鞍钢推动二代技术落地。此后，项目历经可研、论证、审批，鞍钢专门成立项目公司，在鞍山建设3条185万吨级的生产线。2023年11月签订技术许可合同，2024年3月磁化焙烧工段开工建设，2025年9月25日一次开车成功……

运行至今的结果显示，铁矿物相转化率达到98%，综合能耗相比传统技术大幅降低35%，真正把原本只能丢弃的尾矿变成高品位铁精矿产品。

目前，除了鞍山的3套系统外，相关技术已签订技术许可实施合同8套，总处理规模超1500万吨/年。同时，这项技术也走向国际，与老挝达成褐铁矿流态化焙烧提质工程项目合作。

面向未来，团队的目光不再限于铁矿，他们已将流态化焙烧技术推广应用到锰、磷、铝等行业，以及固废利用和新材料制备领域。

“当前全球资源竞争日益激烈，把饭碗端在自己手里，不仅适用于粮食，同样适用于铁矿石。”朱庆山说。

从郭慕孙的未竟之志，到如今成功产业化落地，一代代科研工作者前赴后继，这场科研长跑还在继续……

《光明日报》（2026年09月07日 08版）

来源： 光明网-《光明日报》