合成气除了在化工领域大放异彩之外，在新兴行业-选矿领域也在逐渐发挥自己的优势，虽然焙烧炉磁选矿技术，在国内还处于初步摸索阶段，但是对于中国大量贫矿选矿来说，却是重大突破。
什么叫磁选矿？
磁选矿（Magnetic Separation in Mineral Processing）是一种通过磁力差异将矿物分离、提纯的方法，尤其适用于含铁矿物的处理。国内经过过年的发展，高品质的铁矿已经难以寻觅，剩下的都是含铁量不高的尾矿.
那如何将尾矿进一步选出来？而又做到经济安全呢？目前主流技术就是通过选择还原性气氛（CO+H）进行还原，在焙烧炉-磁选矿（Roaster + Magnetic Separation）的工艺中，为了实现氧化物矿物（如赤铁矿 Fe₂O₃）还原为磁性物质（如磁铁矿 Fe₃O₄ 或四氧化三铁 Fe₃O₄），需要匹配具有还原性的合成气（CO + H₂）。
两种合成气制备技术介绍
- SMR（蒸汽重整，Steam Methane Reforming）
- POX（部分氧化，Partial Oxidation）
下面是两种技术在此应用场景中的详细对比分析：
1. 工艺原理对比
| 项目 | SMR（蒸汽重整） | POX（部分氧化） |
|---|---|---|
| 主要反应 | CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ （吸热反应） | CH₄ + ½O₂ → CO + 2H₂ （放热反应） |
| 反应温度 | 700–900°C | 1100–1400°C |
| 是否需要加热 | ✅ 自带转化炉，燃烧甲烷提供主反应所需热量，蒸汽自平衡 | ✅ 部分甲烷、氢气和氧气燃烧放热，热量过剩，需要额外副产蒸汽 |
2. 合成气成分对比（体积分数，大致）
| 成分 | SMR | POX |
|---|---|---|
| H₂ +CO | 50–60% | 85–95% |
| H₂O | 30–35% | 0 |
| CO₂ | 5–8% | 2-5% |
| CH₄（残余） | 1–2% | <1% |
- SMR 产气中H₂占比高，还原性更温和
- POX 产气中CO占比高，还原性更强，更适用于赤铁矿等难还原氧化物的磁化焙烧
3. 投资与运行对比
| 项目 | SMR | POX |
|---|---|---|
| 投资成本 | 低 | 较高（尤其需要氧气装置） |
| 运行成本 | 蒸汽消耗大，天然气消耗中等 | 氧气消耗高，但热自持较好 |
| 能源效率 | 中等，蒸汽自平衡 | 高（热效率更高），但副产蒸汽 |
| 风险等级 | 低 | 高（有氧气，爆炸风险高） |
| 使用寿命 | 长，设备有蒸汽平衡，系统低温安全可控 | 短，高温热燃烧，需要高温耐火材料及高温蒸汽发生器 |
4. 与焙烧炉耦合性对比
| 项目 | SMR | POX |
|---|---|---|
| 与焙烧炉匹配度 | 高，组分温和 ，不会造成焙烧炉飞温 | 低，还原气浓度过高，对焙烧炉而言会急剧飞温不可控 |
| 控制系统复杂度 | 简单（控温、控水碳比） | 高（需要严格控制氧气和气体比） |
| 对设备可靠性要求 | 中等（温度温和，有蒸汽保护） | 高（设备耐火材料、流量控制、温度控制均严格控制） |
5. 实际应用参考（国际趋势）
| 技术 | 应用趋势 |
|---|---|
| SMR | 多用于氢气制备、低强度还原领域，如钢铁行业的DRI（直接还原铁）以及还原气氛要求不高的场景 |
| POX | 更常用于强还原需求场合，例如极低的含铁量的情况下 |
那么国际上在磁选矿领域目前倾向哪种合成气生产方式呢？
- 国际大量文献关于悬浮/流化床磁化焙烧，使用SMR（Steam Methane Reforming）合成气，其中关键还原气为 CO + H₂ 的气体混合物。例如：
- 悬浮磁化焙烧（Suspension Magnetization Roasting, SMR）大量采用含 CO 的还原气进行焙烧，促进赤铁矿等氧化铁还原为磁性磁铁矿。
- 在一项回收尾矿的中试研究中，使用了 4 Nm³/h CO + 1 Nm³/h N₂ 的气体体系，在540°C快速焙烧，仅用约30 秒就实现 Fe₂O₃→Fe₃O₄，还原后磁选效果优异。
- 对于赤铁矿、褐铁矿和高磷赤铁矿的处理，研究中普遍采用 CO-rich 混合气（来自 SMR 或 CO 燃气化）驱动焙烧-磁选。
结论与思考
- 选用还原性气氛（CO+H）进行焙烧炉磁选矿，是目前贫矿选矿的主流趋势。
- 还原性气氛的生产主要有两大类技术，分别是SMR和POX技术，前者投资较低、操作可控，有成熟业绩； 后者目前国内外暂没有查询到有效项目信息。
- 还原气的有效组分（氢气+一氧化碳）不是越高越好，需要与焙烧炉工艺高度温和，气氛含量太高，焙烧炉内部温度不可控，容易飞温炸床；组分太低，焙烧炉内部温度起不来，没法有效还原。
- 目前国际上用于氧化铁磁化焙烧的还原气大多由 SMR提供的合成气或者有效合成气气氛并不高的煤气，适合稳定、安全、快速、强还原需求，案例广泛且成熟。
- 虽然 POX（部分氧化）在一氧化碳生产、重油/焦煤气化方面十分成熟，并被用于高温还原气的工业制备，但在氧化铁焙烧磁化领域，主流研究并未直接提及 POX 烟气用于焙烧。
- 合成气成分和温度控制：磁化焙烧需要约500–800 °C 的稳定 CO‑rich 氛围，保证 Fe₂O₃→Fe₃O₄ 转化；SMR（含 WGS 后处理）与生物质气化更易精准调控 CO/H₂ 比；POX 虽可产大量 CO，但气体温度过高且成分难精细同步控制。
- POX技术也会额外匹配蒸汽或者空气进行反应生产合成气，但是有效合成气组分偏低，也要面临与焙烧炉匹配的考验。
本文转载自氢链2040，只做主题效果测试使用，本文观点不代表氢天下立场。
