钢铁冶炼过程需要消耗大量的能源及水资源，耗水量约占我国全部工业用水消耗的10%，废水排放量约占全部工业废水排放量的14%，是典型的高耗水行业。我国高度重视钢铁行业的用水节水，经过20多年的发展，目前钢铁企业的平均吨钢新水耗量约2.5m3/t，平均吨钢废水排放量约0.5~0.6m3/t，仅分别为20年前的1/10及1/20，均已达到国际先进水平，但总量依然巨大。以2020年全国粗钢产量10亿吨计，当年新水消耗约25.7亿m3，废水排放量约6亿m3。此外，钢铁企业大量使用水作为冷却介质，经过蒸发后的废水中富集了大量盐分，盐浓度可达新水的数十倍以上，直接排放将对生态环境、人类健康和安全造成极大的危害，也会造成盐资源的损失。因此，实现钢铁行业的废水零排放，回收水资源与盐资源，已然成为践行习近平生态文明思想、推动钢铁行业绿色发展的当务之急。 然而，当前钢铁行业的废水零排放却受制于分盐结晶这一关键性技术。分盐结晶是指通过热法或者膜法，将工业废水中的不同盐组分（如NaCl、Na2SO4、KCl等）分离，然后通过结晶的方式实现水与单质盐的分离，过程中的冷凝水回用，盐晶作为其他行业的原材料，实现新水用量降低、废水零排放的目的，过程中常用的膜分离技术、蒸发浓缩/结晶技术均属于成熟技术，已在不同领域中成功应用。但是在钢铁行业探索废水分盐结晶技术应用的过程中，由于水系统设计缺少对钢厂水质水量的系统性精准预测，常规废水预处理技术缺乏智能化精细控制，水系统管理方式落后等原因，致使目前我国钢铁企业的大多数废水零排放系统均无法高效稳定运行，运行成本高、故障率高、盐品质低，影响企业水资源的利用效率和废水零排放成效。因此，亟需从水盐平衡、预处理精细化管理、水系统智能化管控等角度攻克分盐结晶技术应用过程中存在的诸多问题。

钢铁工业煤气生物发酵法制燃料乙醇新技术使用的菌种为乙醇梭杆菌，是一种严格厌氧细菌，因此对原料气需要进行除氧处理，气体中的苯、萘、焦油、氰化氢、乙炔等均会影响菌体健康生长。保持菌体健康是发酵过程连续稳定运行的先决条件，因此需要通过研究钢铁工业煤气组分特点，优化气体预处理工艺设计及催化剂选型，确保发酵进气得到有效净化。 发酵反应过程在生物反应器中进行，菌体与气体充分接触，吸收气体中的CO并在微生物菌体代谢反应下转化为乙醇等代谢产物，同时实现菌体持续的增殖。CO利用率、乙醇浓度、乙醇产率等参数是影响项目成本及能耗的关键指标，通过研究搅拌速度、气体分布、CO供给等对CO利用率及代谢产物分布的影响，提高CO利用率、乙醇浓度等发酵性能指标。 本项目采用连续发酵工艺，持续的排出含有菌体及乙醇等代谢产物的醪液，发酵醪液中含有大量的菌体蛋白，经提取乙醇后的含菌余馏水如直接排入污水，高含量的菌体蛋白将会使污水系统无法运行。根据菌体蛋白特性，选择分离干燥工艺，开发菌体蛋白的高价值应用，将有助于降低后续污水处理负荷，同时通过回收副产品提高经济效益。 发酵工艺是一种需要在液体环境下进行的高耗水工艺，研究蒸馏余馏水及污水处理后中水回用对发酵性能及代谢产物积累的影响，实现高比例水回用，将有助于降低水及化学品消耗，降低污水处理负荷，进而降低生产成本。 通过以上研究，打通从原料气预处理、发酵、蒸馏脱水、菌体蛋白分离干燥、煤气处理、污水处理等全系统工艺流程，实现高性能发酵及产物高效提取，解决废水处理难题，形成循环化系统集成工艺，并在此基础上建立全球首套钢铁工业煤气发酵法制生物乙醇工业化示范装置，将工业煤气发酵技术从实验室技术转化为工业化应用。

在高炉冶炼进程中，炉前作业是一个重要的环节，其主要任务是连续不断地将高炉内生成的渣铁从铁口排出，在主沟内渣铁分离后，高炉渣经渣沟进入渣处理系统，铁水流经铁沟和摆动溜槽进入鱼雷罐车运输至下道工序，保证高炉生产正常进行。炉前作业的主要场所为高炉出铁场，是除高炉本体之外最重要的高温区域，由出铁场平台、出铁口、主沟和渣铁沟、残铁沟、摆动溜槽和炉前除尘系统组成。宝钢高炉设有4个铁口分布在2个对称的矩形出铁场。出铁场由多种耐火材料组成，耐火材料性能决定了高炉的安全生产和正常运行。 目前具有近40年大型高炉操作经验、拥有9座4000m3以上大型高炉、大型高炉铁水年产能超过3300万吨的宝钢股份，经过多年技术研发及应用改进，出铁场耐火材料应用消耗水平总体保持在国内领先水平，但是还存在着很多薄弱环节，影响了出铁场耐材整体应用水平，给现场生产与环保造成了不少困难与安全隐患。 针对特大型高炉出铁场在出铁口和沟系统应用中存在主沟接头易钻渣渗铁、沟料施工烘烤时间长、采用沥青结合的出铁场耐材使用过程中产生可视环境污染、铁口区煤气火治理效果不佳影响铁口永久砖保护砖结构稳定、泥套损坏过快等技术难点，从现状问题着手，进行了损坏机理研究，产生改进方向，并试验出配套施工工艺，深入开展基础研究，提出解决方案后，以工业试验应用的方式验证、优化，取得显著的效果后，固化技术成果，形成大型高炉出铁场高效、环保耐材技术开发与应用技术，降低了劳动强度，消除了主沟接头处钻渣渗铁等事故，改善炉前作业环境和作业人员劳动强度。

近年来，在国家供给侧改革的新形势下，尤其是新的互联网技术、信息技术的飞速发展，以新技术开发为支撑、以绿色发展为约束、以智能化发展为方向、以效益最大化为目标已经成为钢铁行业发展和国家调控的重点方向。其中数字化、网络化、智慧化能源管控系统的开发应用已成为新的引领方向，能源效率、能源成本的深度分析将成为钢铁企业精细化管理的主要内容，而国内目前运行的企业能源中心已无法支撑能源集约化和精细化的管理需求，急需在工业互联网支撑下，开展钢铁企业智慧能源管控系统开发与应用研究。 鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司于2008年9月10日建成投产，同年完成能源管理中心建设，实现能源数据的在线监测和统计报表打印等功能。受当时技术条件的制约，能源中心功能单一，不能实现在线管控与优化，数据分散、缺乏系统整合、共享和利用，能源管理和生产管理完全分离，各自为政，智能化程度低，完全依靠人工经验进行协调生产。以上问题严重制约了鲅鱼圈钢铁分公司的能源管理提升，能耗指标处于全国中下游水平，项目实施前，2017年鲅鱼圈分公司能耗指标达到600kgce/t钢以上。2017年项目组在经过大量的国内外信息调研基础上，形成项目可行性研究报告；鞍钢集团公司多次组织专家论证，决定以鲅鱼圈钢铁分公司为试点，对能源管理中心进行全方位技术升级改造。2018年初，自筹资金1.2亿元，率先放行了“钢铁企业数字化网络化智慧能源管控系统开发与应用”项目。作为首批两化融合项目，以“集约化、数字化、网络化、智能化”为目标，采用产、学、研合作模式进行联合攻关，按着“顶层设计”、“分步实施”、“重点突破”、“全面提升”的总体原则进行强力推进，项目实施以来取得了预期效果。

针对固废资源再利用过程应“因材施法”，本项目经过近二十年的技术攻关，突破了传统的低效能、高污染、低附加值的利用方式，系统地提出了固废资源从源头利用的方法、针对一些特殊固废的利用开发了成套关键装备及技术平台，实现了上述固废整体绿色增值化利用。发泡陶瓷和微晶玻璃具有导热系数低、强度高、容重低、防火阻燃、生态环保等优点，且应用范围广、需求量大、生产工艺相对简单，对上述有价组元含量低难提取的矿冶固废具有较大的消纳能力。根据发泡陶瓷或微晶玻璃的组成特点，通过调整多种固废的组成及比例与目标产品相匹配可制备出性能优良的发泡陶瓷和微晶玻璃产品。而对于有价组元含量高且易实现有价组元提取分离的矿冶固废可根据其自身特性进行对有价组元有效回收及回收后产生的固废用于生产其他高附加值材料，较好地解决了矿冶固废整体化、高效化、绿色化利用难的问题。本项目针对含钛高炉渣、高硅铁尾矿、钢渣、赤泥等有价组元难有效回收的固废，采取了直接整体利用的思路用于制备发泡陶瓷和微晶玻璃；针对烧结机头灰、瓦斯灰、沉泥、二次锌渣、酸洗废液、炼钢干法除尘灰、轧钢铁磷、热镀锌渣等二次资源固废，采取了对其中的有害或有价元素进行提取或直接利用制备其它功能材料，经提取或功能化利用后产生的固体废可用作生产发泡陶瓷/微晶玻璃的原料。

钢铁工业是我国经济发展的重要基础产业，也是固废排放大户，在其冶炼过程中会产生大量粉尘。据统计，钢铁企业各类粉尘产生量一般占钢铁产量的8%-12%，而其中含锌粉尘约占20%-30%。以此推算，2020年我国钢铁行业含锌粉尘排放量超过2000万吨。含锌粉尘属于固废，部分粉尘，如电炉粉尘中含有多种重金属，属于典型危废（HW23），必须按规范妥善处置；另一方面，含锌粉尘也是宝贵的二次资源，主要含有铁、锌、铅、碳、钾、钠、铟、铋、锡等多种有价元素，其中部分稀有金属含量甚至已高于某些原生矿工业品位。因此，对含锌粉尘多种有价元素进行分离与提取对于含锌粉尘高值化利用具有重要意义。

为进一步提高攀西钛资源的利用水平，国家发改委于2013年批准设立全国唯一的资源开发综合利用试验区—攀西国家战略资源创新开发试验区。攀钢集团积极响应国家号召，创新开发钒钛磁铁矿中钛资源，采用熔盐氯化法生产TiCl4，建成了年产6万吨TiCl4 的生产线，由3台小型熔盐氯化炉生产线组成，2015年全面实现达产达效，其单炉粗TiCl4实际日产量达到80t/d-120t/d。在世界上冶金炉窑朝着大型化方向发展以及国家大力对海绵钛、氯化法钛白的发展战略布局下，现有熔盐氯化炉已难以满足行业对钛资源高效规模化利用的需要。因此，开发基于攀西钛资源的大型熔盐氯化关键技术对我国钛工业的可持续发展具有重要的现实和战略意义。 然而，熔盐氯化炉大型化过程中存在诸多困难和关键核心问题亟待解决，主要包括：①大型熔盐氯化炉炉内流场分布与炉型结构尺寸设计规律不清的设计难题；②大型化后熔盐氯化炉物质流及能量流无法维系的连续稳定运行难题： ③氯化后TiCl4与杂质之间气固液三相分离效率不高导致的产品质量稳定控制难题。这些技术难题在过去70年里，俄罗斯、乌克兰等国际先进的熔盐氯化技术掌控者均未得到合理解决和应用。为了解决以上技术难题，自2015年以来，攀钢组织开展了基于攀西钛资源的160t/d大型熔盐氯化关键技术开发及应用研究，以期突破熔盐氯化炉大型化的世界性技术难题。

转炉煤气是钢铁行业长流程生产中副产的二次能源之一，和高炉煤气、焦炉煤气统称为“钢厂三气”，随着钢铁行业节能降耗的发展需求，对于二次能源的利用，特别是含碳的二次能源利用提出了更高的要求。1）钢铁生产是高耗能过程，需要大量的燃料进行烧结、球团、焦化、轧钢等工序的加热，“钢厂三气”具有可燃性和一定的热值，被广泛应用于多个生产环节，同时也会出现高热值燃气短缺，低热值燃气富余的现象。2）转炉煤气中的CO是价值组分，既是热值来源，又是化工行业需求的原料气体，转炉煤气的利用主要也是指煤气中CO的利用，使转炉煤气从“物有所用”转向“物尽其用”，需要寻找更优的技术方案。 N2在转炉煤气中占比10-20%，在转炉煤气利用过程中几乎不产生作用，反而会带走热量，如果能将转炉煤气中的N2脱除，对于转炉煤气热值提升和CO资源化利用具有很大意义，但是N2和CO的分离是世界性难题。1）二者分子量相同都是28，气体密度相同，很难通过通过重力方法分离；2）二者沸点接近，N2沸点-195.6 ℃，CO沸点-191.5 ℃，很难通过深冷方法分离；3）二者分子直径想近，N2分子直径0.364nm，CO分子直径0.376nm，很难通过膜方法分离。 在“十二五”期间，为了钢铁行业转炉煤气的深度利用，北大先锋走自主创新的战略，采用载铜分子筛，利用CO和一价铜离子络合原理，使用弱化学吸附的方法攻克了转炉煤气中N2和CO分离的难题，既保证了N2和CO的分离效率，又保存了CO完整的性质形态；在“十三五”期间，石横特钢为带动当地产业经济，收购并成立阿斯德公司计划生产甲酸产品，再充分考虑经济性、可靠性和环境的三重因素下，选择与北大先锋合作，开展了以转炉煤气为原料生产甲酸工艺流程的技术攻关，集成了关键技术。

河北远大、安徽工业大学、钢铁研究总院和新冶高科技集团有限公司在自有的研究及产业化基础上进行联合，形成特色鲜明、优势互补的产学研用的研发和产业化团队，形成了5项钢厂含锌粉尘多金属高值化梯级利用关键技术，创新性的实现了钢厂含锌粉尘回转窑工艺的长期顺行、多金属资源的高效增值化提取及全系统协同循环利用。5项关键技术如下： （1）回转窑处理含锌粉尘的长期顺行技术；（2）回转窑还原渣铁高效分离高值化利用技术；（3）火湿联合协同利用关键技术（4）次氧化锌硫酸法清洁浸出分离多元化高值化锌产品关键技术；（5）次氧化锌分步提取多种稀贵金属关键技术； 本项目在河北远大中正生物科技有限公司进行产业化，以含锌粉尘为原料年产一水硫酸锌45000 吨、粗铟7 吨、粗铋150 吨、粗锡30 吨、氯化钾2151 吨、氯化钠5877 吨、粗镉100 吨、精铁粉19000 吨、铅精矿3300 吨。生产系统回转窑烟气配有脱硫、脱硝装置和深度布袋除尘，排放大气中NOx、SO2和粉尘排放浓度优于钢铁行业超低排放标准，实现了生态生产。并在河北博泰环保科技有限公司和赤峰博大氧化锌有限公司推广应用，除了生产上述各类产品外，还生产氧化锌产品。

首钢秘鲁铁矿（简称秘铁）是我国首个在南美投资铁矿资源最早、最成功的典型，同时秘鲁也是我国在南美洲推行“一带一路”建设的主要国家。随着秘铁矿山开采范围的扩展，高硫、高锌难选磁铁矿石已进入实质性开发阶段，由于缺少铁精矿高效降杂技术，导致铁精矿中锌硫等杂质含量高，产品积压滞销，严重影响企业经济效益。针对这一问题，2015年以来，长沙矿冶研究院与首钢秘铁密切合作，从基础理论、关键技术、工程化应用方面开展系统研究，在铁精矿深度除杂、海水体系下复杂共伴生铜铅锌多金属高效富集与分离、高浊度选矿废水高效澄清回用等关键技术取得了重大突破，以研究成果为支撑建成了现代化大型节能选矿厂。本项目主要特点如下： （1）基于化学清洗与定向氧化协同作用原理，重构矿物表面，开发了多活化功能耦合协同的广谱活化剂CYA-29，开发了极细粒锌、硫载体矿物多矿相同步活化技术，解决了铁精矿深度除杂技术难题。首钢秘铁新区选矿厂2019年1月至2020年底累计生产品位TFe70.8%、Zn0.018%、S0.08%、SiO20.5%的高纯铁精矿1205万吨。 （2）基于铜铅锌复杂硫化矿界面亲水/疏水精确调控，研发出耐盐型抑制剂CYZ-10，开发了海水体系下铜铅锌同步浮选、异步失活-选择性抑制浮选技术，工业应用获得铜精矿品位Cu 20%、Cu回收率68%，锌精矿品位Zn 40%、Zn回收率67%的技术指标，实现了伴生铜铅锌多金属的综合利用。 （3）基于有机聚合物混凝剂在固体悬浮物表面的电性吸附及絮凝剂分子对聚团的“桥联”效应，开发了高浊度选矿废水快速澄清净化技术，实现了选矿废水100%回用，对选矿技术指标无不良影响，回水成本为0.5美元/吨精矿。 （4）超细碎-高效预选短流程、铁精矿深度除杂、智能控制等节能绿色高效技术的集成创新，建成了年产1000万吨高纯铁精矿的大型现代化选矿厂。 本项目通过实施上述成套关键技术，盘活了首钢秘鲁铁矿14#矿体（1.3亿吨）高硫高锌难选磁铁矿资源，生产出高纯铁精矿，综合利用了伴生铜铅锌资源。在用技术优势和产品质量优势助力“一带一路”国家战略、提升国际形象等方面起到了重要作用，为国内外高硫、高锌复杂难选铁矿石高值化利用提供了示范，具有很好的推广应用价值。