综述：中国难选矿石高效利用的烧结造粒技术新进展：应对优质铁矿石枯竭的挑战

《Minerals》：Recent Advances in Sintering Granulation Technology for Efficient Utilization of Refractory Ores in China: Addressing the Depletion of High-Quality Iron Ore

　　

随着优质铁矿石资源的日益枯竭，难选矿石的高效利用已成为钢铁工业面临的关键挑战。本综述系统阐述了旨在提升此类矿石处理能力的烧结造粒技术最新进展。研究聚焦于两大类别：常规强化方法，包括水分优化、粘结剂应用及混合机改进；以及新型烧结工艺，如压团（press-briquetting）烧结、造球烧结（pelletized sintering）、分流造粒（split-stream granulation）烧结、复合造块（Composite Agglomeration Process, CAP）及预造球烧结。关键发现表明，尽管常规技术可在一定程度上改善造粒均匀性及烧结床透气性，但其对于处理高比例超细矿石或含铁二次物料仍显不足。相比之下，CAP和预造球烧结等创新工艺通过整合造球与烧结机制，展现出更优的适应性和效率，能够实现复杂矿石及工业残渣的处理。先进强化-造粒烧结技术的采用为实现可持续炼铁提供了可行路径，为钢铁工业应对原料约束、降低生产成本及支持绿色转型提供了关键工具。未来工作应优先发展智能控制、工艺集成及新兴技术的规模化应用，以最大限度地发挥其工业潜力。

1 引言

钢铁作为现代工业体系中不可或缺的基础材料，对国家经济建设、国防、交通运输、机械制造及基础设施发展等诸多领域具有关键作用。全球钢铁生产工艺主要可分为三类：以铁矿石为主要原料的高炉-转炉（BF-BOF）流程、以废钢为原料的废钢-电弧炉（scrap-EAF）流程，以及采用直接还原铁的DRI-EAF流程。其中，BF-BOF流程凭借其成熟的技术体系、大规模生产能力及稳定的产品质量，在全球钢铁生产中占据主导地位，这一优势在新兴工业化国家（尤其是中国）表现得尤为明显。

作为全球最大钢铁生产国和消费国，中国钢铁工业呈现出独特特征。超过90%的中国粗钢通过BF-BOF流程生产，显著高于全球约70%的平均水平。这种产业结构特点与中国当前以大规模基础设施建设为驱动的发展模式密切相关。2017年，中国粗钢产量首次超过全球产量的一半，2020年达到10.65亿吨的历史峰值，占世界总产量的56.65%。这种生产结构造成了对铁矿石的巨大需求。中国连续多年保持全球铁矿石消费第一大国地位，占全球消费量的60%以上。然而，中国铁矿石供应面临严峻挑战：进口依赖度长期超过80%，进口量从2000年的7000万吨急剧增长至2022年的11.07亿吨，复合年均增长率达12.4%。国际铁矿石价格指数的剧烈波动频繁使国内钢铁企业处于生产成本控制的被动地位。国产铁矿石虽可部分缓解进口依赖，但资源禀赋的固有限制带来了巨大挑战——中国铁矿石属于难选矿石，普遍具有品位较低（平均约30%）、嵌布粒度细、矿物组成复杂等特征。经选矿处理后，所得铁精矿粉通常含有超过90%的-200目颗粒。这种超细特性严重挑战烧结混合料的造粒过程，对透气性产生不利影响，降低烧结速度和产品产率。

烧结过程是连接选矿与高炉炼铁的关键纽带。其基础步骤——造粒，涉及细颗粒通过毛细作用力及液桥作用粘附于较粗核粒上，最终形成均匀稳定的准颗粒体系。造粒性能直接决定颗粒尺寸分布、准颗粒机械强度以及随之而来的烧结床透气性——这是烧结生产率和质量的决定性因素。然而，来自不同来源的铁原料的化学成分、粒度分布及亲水性存在显著差异，给造粒效果的控制带来巨大挑战。因此，强化造粒过程具有重要的战略意义，它能够在增加低成本但难以造粒的铁精矿利用量的同时，确保稳定运行并达到目标质量指标。

尽管大量研究已探讨造粒改进的各个单一侧面，但该领域仍缺乏系统比较和评价常规强化技术与新型工艺创新的框架，制约了最优技术选择。本综述旨在填补这一空白，通过对铁矿石烧结造粒技术最新进展的全面分析，系统总结两大主要领域的研究进展：常规造粒过程强化方法和新型强化造粒-烧结工艺，为选择最优工业流程奠定理论基础，增强钢铁制造商应对日益劣质铁矿石资源挑战的韧性，并为改善原料采购和烧结配矿操作灵活性提供可操作见解，最终助力发展更可持续、更具成本效益的炼铁工艺。

2 常规造粒过程强化技术

常规烧结生产工艺流程及设备示意图分别如文内图3和图4所示。在烧结过程中，原料首先进行配料，随后进入以实现所有组分均质化和引入水分进行造粒为双重目标的混合阶段。该过程旨在生产具有适宜粒度分布和最优透气性的烧结给料，通常通过两段式混合系统实现。

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