1、国家科学技术进步奖提名书（2018年度）一、项目基本情况专业评审组：序号:奖励类别：技术开发类编号：提名者中国发明协会项目 名称项目名称从轧钢废弃物中提取软磁原料的关键技术及设备公布名从轧钢废弃物中提取软磁原料的关键技术及设备主要完成人宋俊主要完成单位宝山钢铁股份有限公司项目密级非密定密日期保密期限（年）定密机构（盖章）学科分类 名称1矿业、冶金工业废物处理与综合利用代码61050302钢铁材料加工制造工艺代码450603钢铁冶金机械制造及自动化代码4505020所属国民经济行业黑色金属、有色金属冶炼及压延加工业所属国家重点发展领域节能环保产业任务来源自选具体计划、基金的名称和编号：已呈交的科
2、技报告编号：授权发明专利（项）10授权的其他知识产权（项）2项目起止时间起始：2009年2月27日完成：2014年12月31日国家科学技术奖励工作办公室制二、提名意见（适用于提名机构和部门）提名者中国发明协会通讯地址邮政编码联系人联系电话电子邮箱传 真提名意见：我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家 科学技术奖励工作办公室的填写要求。按照要求,我单位和项目完成单位都已对该项目的拟推荐情况进行了公示，公示期间未收到 任何异议。节能减排、污染防治，是我国当前的产业政策。钢铁企业作为传统意义上的高污染行业，在 污染物的治理技术方面也不断加大投入。项目完成人宋
3、俊，是一名普通的一线工人，在酸洗岗位 上工作了 17年,萌发了将轧钢废弃物综合处理的想法。他充分利用自己的所学所知，通过不断的 创新,最终发明了从轧钢“三废”中提取高端磁性材料的技术，用一种工艺可以同时循环再生三 种工业废弃物，并生产出高纯度、高附加值的磁性材料，己替代进口同类产品，用于高端铁氧体 材料的生产制造。产品广泛应用于国防、电子、通讯、新能源等多个产业。该项目共申请了 14件专利，其中已授权的发明专利10件.已授权的实用新型专利2件，形 成具有自主知识产权的专利集群。项目科技成果经专业机构鉴定，达到世界先进水平。技术创新 成果获上海市科技进步二等奖，为钢铁生产企业如何节能减排做出了积
4、极而有意义的探索，也为 一线职工如何立足岗位坚持创新做出了表率，取得了较好的经济效益和社会效益。推荐该项目为国家科学技术进步奖二等奖。声明：本单位遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则的有关规定，承诺遵守评审工作 纪律，所提供的提名材料真实有效，且不存在任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科 学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他人知识产权的情形。如有材料虚假或违纪行为，愿意 承担相应奏任并接受相应处理。如产生争议，保证积极调查处理。法人代表签名：单位（盗章） 年 月日 年 月 日二、提名意见（适用于提名专家）姓 名身份证号院 士学 部最高奖口是否年 度工作单位职 称学科专业通讯地址邮政编码电子
5、邮箱联系电话责任专家口是否提名意见：提名该项目为国家科学技术进步奖等奖。声明，本人遵守国家科学技术奖励条例及其实施细则，以及国家科学技术奖提名制实 施办法（试行）的有关规定，承诺遵守评审工作纪律，所提供的提名材料真实有效，且不存在 任何违反中华人民共和国保守国家秘密法和科学技术保密规定等相关法律法规及侵犯他 人知识产权的情形。本人已征求被提名者同意：作为提名者，本人同意在项目公示时向社会公布： 本人承诺根据需要参加答辩，接受评审专家质询：如产生争议，保证积极调查处理。如有材料虚 假或违纪行为，愿意承担相应责任并接受相应处理。专家签名：年 月日三、项目简介钢铁行业是传统意义上的“高耗能”、“高污
6、染”产业，高昂的环保治理成本早已成 为大型钢铁企业沉重的成本负担，而这些负担最终又分解到钢铁产品流通使用的末 端，对国民经济造成深远影响。在钢铁生产流程中，有47%的污染物排放，来自于 轧钢环节，例如热轧除磷的废氧化皮、冷轧酸洗的废盐酸等。通常对这些废弃物采 用中和、填埋、熔炼等方法来处理，处理效率低下，对周边环境影响也大。本技术 创新了一种轧钢废弃物的综合处置方法，能够以多种废弃物为原料，提取出优质的 软磁原材料，实现“以废治废”的目的，主要创新技术包括：1）发明了一种全新的轧钢废弃物综合处置及再利用技术，用一种技术同时处置了三 种轧钢废弃物，并从中提取出优质的软磁原材料。该技术由“喷丸氧化
7、皮综合利用技术”、“废氨水的回收处理方法”等专利技术 组成。根据以废治废的思路，用废盐酸去溶解废氧化皮，经过粗滤、初沉淀和冷却， 加入经处理的废氨水来调节pH值，再经曝氧、絮凝沉淀，得到氯化亚铁原液，经喷 雾焙烧后得到软磁原材料。2）发明了高效率的废液除杂技术，以及全新的喷雾焙烧技术，掌握了制备高端磁性 材料的全套关键技术，产品性能达到国际先进水平。本项目的特点是从废弃物中提取磁性材料，而废弃物中的各种杂质成分复杂， 如果不能有效去除，就无法生产出高等级的磁性材料。项目中发明了 “一种冷轧废 盐酸的处理方法”，可高效去除溶解液中99.5%以上的有害杂质；此外，发明了 “高 比表而积氧化铁红制备
8、技术”、“降低洗涤塔烟气粉尘含量的方法”等专利技术，突 破了传统工艺制备磁性材料存在的纯度不高、反应活性差等技术瓶颈，并大幅降低 了污染物排放。3）自主设计和制造了支撑新工艺运行的一系列关键设备，并形成配套的检测、维护 技术及生产工艺标准。自主设计和制造了 “氧化皮溶解罐”、“自清洁过滤器”等专利装备，发明了以 “酸洗液杂质含量在线检测技术”、“换热器高效清洗技术”等为核心的检测、维护 技术。其相关技术和生产工艺标准，有效地支撑本项目的工业化推广应用，使本项 目成为了综合性的、运用成熟的钢铁业轧钢废弃物处理产业。本项目共申请专利14件，其中发明专利已授权10件，实用新型专利授权2件。 发表论文
9、4篇，认定企业技术秘密20项。获得上海市科技进步二等奖，第七、八届国 际发明展金奖，第22届全国发明展金奖等奖项。本项目是一种环境友好型的轧钢废弃物综合处置技术，在创造可观经济效益的 同时，大大减少了钢铁业对环境造成的负担，也积极地推动我国软磁原材料制造技 术进步：利用本技术生产的产品，各项性能指标与世界一流企业日本新日铁相当， 已替代同类进口产品，稳定批量供货给国内15家知名软磁生产企业，广泛应用于计 算机、家电、高端机电等配套的部件之中。新工艺投产以来，已回用各类废氧化皮 近30万吨。近三年来，回用废氧化皮20万吨，废盐酸14万吨，废氨水2169吨。 创造直接经济效益2.44亿元，间接效益
10、1.03亿元。技术成果经中科院科技咨询报告 鉴定：各项技术指标达到国际先进水平。四、主要科技创新1 .主要科技创新（限5页）1.1 创新背景轧钢，是钢铁产品的工艺流程之一，其过程会伴生很多的工业废弃物。如热轧 喷丸、除鳞过程中产生的废氧化皮，冷轧钢板酸洗产生的废盐酸，硅钢渗氮过程中 产生的废氨水等。长期以来，围绕这些废弃物，出于成本考虑，行业内一般都通过 中和、填埋、熔炼等方法来进行处理。以硅钢喷丸氧化皮为例,这种氧化皮是常化机组对硅钢表面进行喷丸处理过程 中产生的固体废弃物。其主要成分是铁的氧化物，还含有其它很多杂质。目前，对 于这类氧化皮的处理，可以通过磁性分选或机械分离，将氧化皮中的含铁
11、部分分选 出来：或者熔炼生成铁水。这些方法除了消耗大量能源，得到产品附加值也不高， 经济效益低。因此实际上往往将其填埋处置，图1即为曾经的宝钢废弃物堆场。图1宝钢废弃物堆场照片大量的废氧化皮在此填埋。虽然这种处理方法表面上既经济又简便，实则后患 无穷。废氧化皮中的重金属会对填埋区域的土壤和周边水源（包括地下水）造成不 可逆的污染，遇大风天还会造成粉尘的无组织排放污染。同样的，钢板酸洗后产生的废盐酸、硅钢渗氮过程中产生的废氨水，都会带来 后续的处置问题。废盐酸需要排放进中和池，加入碱性药剂中和，水质达标后排放， 处理成本高且不安全：而废氨水一般则需要外委至化工厂处理，通过生物降解、折 氯等方法来
12、处理，处理成本和难度都比较高。图2是宝钢的酸性废水中和池和废氨 池。图2宝钢酸洗废水中和池和废氨池我在轧钢酸洗岗位上工作了 17年，常思考着一个问题，就是如何将这些废弃物 中大量可利用的资源不浪费，并使之变“废”为“宝。多年来，围绕这一目标，利 用岗位工作经验和所掌握的技能，进行了系统创新。1.2 主要创新内容：创新点一：发明了一种全新的轧钢“三废”综合利用技术，“以废治废”，用“一种 工艺同时处置三种废弃物”,变废为宝,从中提取出高端磁性材料。（学科分类名称1: 矿业、冶金工业废物处理与综合利用，代码6105030：学科分类名称2：钢铁材料加 工制造工艺，代码45060。学科分类名称3：钢铁
13、冶金机械制造及自动化，代码4505020。 授权发明专利：常化硅钢喷丸氧化铁皮的用途及再利用方法ZL201010551921.9.废 氨水回收处理的方法ZL201110066237.6 ；实用新型专利：一种溶解罐 ZL201020616255.8、一种自清洁式液体过滤器ZL201120077649.5, 一种滤芯自洁式 液体过滤器ZL201120124757.3：见“七.主要知识产权目录”）本项目利用废氧化皮的理化特性，用废盐酸去溶解废氧化皮，通过改造现有技 术和装备，粗滤溶解液中的杂质，使其充分混合反应。再经过初沉淀和冷却，加入 预先处理过的废氨水来调节pH值，曝氧后使溶解液中产生凝胶，利用
14、凝胶的捕集和 吸附作用进一步去除杂质，将提纯液喷雾焙烧后得到软磁原材料。在这里，“利用 废弃物治理废弃物”的绿色制造理念得到彰显,用一种工艺同时处理了三种废弃物。 本项目的工艺路线如图3所示：图3废氧化皮循环再生工艺示意图首先将废氧化皮水洗，加入到自行设计的专利装备氧化皮溶解罐中，引入废盐 酸，混合后的反应液经初滤去除大块颗粒物，再添加废氨水，这些废氨水是硅钢渗 氮工艺中的残余物，用来调节反应溶液的pH值，当pH值调整到目标范围时，溶液 中的Fe3和OH-结合，开始生成Fe（OHb凝胶，利用凝胶捕集溶液中的离子态杂质， 经过一段时间静置后，去除沉淀物，就可以得到FeCb溶液，将FeCb溶液在一
15、定温 度焙烧后，即可生产出a体氧化铁红，成为一种高端的软硬磁的原材料。创新点二：结合项目特点，发明了高效率的废液除杂技术，以及全新的啧雾焙烧技 术，掌握了制备高端磁性材料的全套关键技术，产品性能达到国际先进水平。（学科 分类名称1：矿业、冶金工业废物处理与综合利用，代码6105030；学科分类名称2： 钢铁材料加工制造工艺，代码45060。授权发明专利：一种冷轧盐酸酸洗废酸的处理 方法ZL201210472798.0. 一种超细粉末、高比表面积的氧化铁红喷雾焙烧方法 ZL201210466377.7 .降低酸雾洗涤塔出口烟气中粉尘含量的方法及系统 ZL201110136510.8、一种无溶解工
16、序的硅钢酸洗废液中硅杂质的脱除方法 ZL201110066851.2：见“七.主要知识产权目录”）长期以来，我国一直面临着高端氧化铁红依赖进口的突出问题。以2015年为例，进口氧化铁红总量达到20万吨。究其原因是国产氧化铁红的纯度、比表面积普遍较 低，纯度一般在98%左右，比表面积一般为1.82.5m2/g.而日韩企业的同类产品， 纯度超过99.3%,比表面积可以达到3.5 /g以上。为提高氧化铁红的品级，国内企 业近年来尝试引进水洗、球磨等深加工产线，但综合经济效益并不高。本项目的另 一重大创新点就是，虽然原料全部来自于轧钢废弃物，但是通过自主创新的高效除 杂技术和超细粉末喷雾焙烧技术，可以
17、提取出高纯度、高比表面积的氧化铁红，成 为一种高端的软磁原材料。在废盐酸、废氧化皮中，除了可以再利用的铁元素以外，还有许多Si、Al、Ca、 Mg等杂质。同时，受酸洗机组所生产的钢种影响，废盐酸本身还含有大量不确定的 杂质。另一方而，废氨水中也含有大量的杂质。这些杂质有些是以颗粒物形式存在， 但更多的是以离子态存在，无法用简单的物理方法过滤去除。如何去除这些溶液中 混入的杂质，是本项目必须予以解决的一个重大难题，否则，高端磁性材料的制备 就无从谈起。通过大量的创造性工作，成功发明了氧化皮溶解液的除杂和提纯技术： 先将废氧化皮溶解至废盐酸中，用过滤装置粗滤溶解液中的大颗粒杂质，向滤液中 添加处理
18、过的废氨水来提高pH值。在这里，氨水的添加量是根据溶液中铁离子的浓 度来实时定量的，之后加入草酸溶液和EDTA,用压缩空气搅拌，使溶解液中生成 Fe(OH)2和草酸钙。在氧气的作用下，开始生成Fe(OHb，再加入聚丙烯酰胺絮凝剂， 将Fe(OHb溶胶絮凝成团。静置一段时间后，溶液中的重质物(Si、Al、Ca、Mg等) 被Fe(OHb溶胶捕集并沉淀，上层的清液即为提纯液。如下图，图4为氧化皮和酸洗 废液的溶解液，图5为经过本项目除杂工艺处理后的提纯液。图4氧化皮和酸洗废液溶解液图5经过本项目工艺除杂后的提纯液可以看到，经过除杂后的提纯液变得透明清澈，本项目技术的除杂效率高达99.5% 以上，可以
19、将废氧化皮、废盐酸、废氨水中绝大多数的无用杂质去除，获得的提纯 液中Si、Al、Ca等杂质含量低于80ppm.这一创新成果，奠定了高端磁性材料的生 产基础，为获得高纯度的a体氧化铁红提供了条件。另一方面，为了获得高比表而积的氧化铁红，发明了一种全新的喷雾焙烧技术，其技术要点在于：通过对焙烧炉内流场、温度场的研究，找出了喷雾液滴在炉内的最佳反应区间（见图6、图7）：图6纵向、平面流速分布云图图7烧嘴平面温度分布云图对喷雾喷嘴的流体进行仿真，并根据仿真结果制作了新型的超细喷雾液滴喷嘴（见图8、图9）：图8喷嘴流场流线图图9新型喷嘴喷射状态实测在此基础上，研究了 FeCb溶液组分对焙烧效果的影响，找
20、到了溶液中铁离子分 布情况对氧化铁红粒径的影响规律，并开发了一种新型活性剂，减少了铁离子在喷 雾过程中的团聚现象。生成的氧化铁红比表而积可以达到4.0m2/g以上。这时，由于 氧化铁红粒径变的更为细小，更容易被抽出炉膛，排放到大气中。为解决这一问题， 从提高预浓缩器的浓缩比着手，对预浓缩器内部结构进行创新，发明了降低酸雾洗 涤塔出口烟气中粉尘含量的方法及系统，增加了气液接触而和接触时间，使焙烧炉 烟气中颗粒物的排放量降幅超过35%,远低于同类设备的排放水平，每年可直接减 少粉尘排放量7.8吨。创新点三发明了氧化皮溶解罐、自清洁过滤器等装备，并创新了一系列支撑新工 艺、新设备稳定运行的设备维护技
21、术，使本项目成为一项综合性的、现场运用条件 成熟的绿色制造技术。学科分类名称1：钢铁冶金机械制造及自动化，代码4505020。（授权发明专利：一种预浓缩器喷嘴的免拆解在线疏通装置及疏通方法ZL201210315882.1：实用新型专利:一种溶解罐ZL201020616255.8、一种自清洁式 液体过滤器ZL201120077649.5、一种滤芯自洁式液体过滤器ZL201120124757.3：见 “七.主要知识产权目录”;)实现自主研发技术的产业化必须解决装备技术问题，例如，片粒状的废氧化皮 极易造成管道及设备的堵塞，为了解决这个问题，我们自主设计了氧化皮溶解罐， 通过增加废氧化皮和废盐酸的接
22、触时间来提升溶解效率。废盐酸中硅泥的含量非常 高，容易堵塞换热器的盘管，我们创新了换热器盘管的高效清洗方法，可以将清洗 效率提升5倍以上：为了实时监控溶解液的除杂效果，创新了废液杂质含量在线检 测系统，实现了除杂效率的在线连续性检测。这些技术成果的发明和应用，有效支 撑了本项目的工业化运作，使本项目成为一项综合性的、现场运用条件成熟的绿色 制造技术。1.3 班这些技术在现场应用后，以三种轧钢废弃物为原料，生产出高纯度(Fe2O3 99.5%)、高比表而积(BET，4.0m2/g)的氧化铁红，产品的各项性能指标达到世界 先进水平。表4-1列出了国内外企业同类产品的主要性能参数：表4-1与国外先进
23、企业产品性能对比表类别Fe2O3CIMnSiO2CaAICrPh2o比表而积%rn2/g中钢高科99.30.090.290.0070.0060.0010.0040.0030.194POSCO99.320.140.270.0080.0120.00500.0030.153.7NSC99.50.060.20.0070.0080.00300.0020.124.3本项目99.50.070.230.0060.0090.00200.0010.14.2结论最优优优最优优优最优最优最优优本项目产品和进口同类产品性能比对，在全部10项理化指标比较中，有5项最 优，其余指标也处于先进水平，综合性能优于韩国浦项、台湾
24、中钢高科产品，与世 界一流企业日本新日铁相当。在技术水平比较方面，本项目在废弃物综合利用技术、高端磁性材料制备技术、 装备及检测技术三个方面，均达到或超过国内外同类技术，形成了拥有全部知识产 权的一系列专利技术集群和生产标准。表4-2本项目技术创新成果与国内外同类技术的比较类别国内情况国外情况本项目轧钢废弃物综合 利用技术以中和、回炉、填 埋为主针对单一废弃物的 再生用一种技术循环再 生三种废弃物高端磁性材料制 备技术产品纯度低，比表 面积 3.0m2/g纯度99.3%,比表 面积3.5 m2/g纯度99.5%,比表面积 4.0m2/g装备及检测、维 护技术没有该技术没有该技术独有技术2 .科
25、技局限性（限1页）本项目在现阶段还存在的科技局限性主要包括：利用本工艺来进行废氧化皮的综合利用，需要向废酸溶液中添加特定的除杂药 剂，在除杂药剂的作用下，溶液中的杂质会在沉淀槽底部沉积，并通过压滤机进行 压滤排放。这部分压滤泥饼的主要成分是FeSHK目前正在尝试以此种压滤泥饼为 原材料制备磁性光催化剂，也取得了一些进展，但还未进行大生产验证，这也是本 项目后续将重点开展的一项工作。四、主要科技创新（保密要点）（仅限国家安全类项目填写，限1页）1.保密要点2.相关保密行政管理部门审核意见部门（盖章）五、客观评价1、项目鉴定意见1）宝山钢铁股份有限公司组织专家评审组对本项目成果进行评审。评审组意见
26、要点 如下（参见附件2-1项目评审意见书）：项目成果在硅钢部应用,在废 弃物综合用和氧化铁红实物质量是升方面获得了良好效果，相关技术可在同类 型机组上推广应用。2）中国科学院上海科技查新咨询中心提供的科技项目咨询报告评价（参见附件2-2 中科院科技项目咨询报告）：该项目具有创新性和较强的社会经济价值,综合 技术处于国内领先、并达到国际先进水平。3）上海市科学技术成果查新工作站提供科技项目咨询报告评价（参见附件2-3上 海市科学技术成果直新工作站科技项目咨询报告）：该项目的创新点在国内外具 有新颖性，其综合技术已达到国际先进水平。2、查新报告1）中国科学院上海科技查新咨询中心的查新结论为（参见附
27、件2-4中科院查新报 告）：从轧钢“三废”中提取高端磁性材料的技术，具有创新性和皎强的社会经 济价值。2）上海市科学技术成果查新工作站的查新结论为（参见附件2-5上海市科学技术 成果查新工作站查新报告）：在所查范围内，未见相同的文献报道道，在国内外具 有新颖性。3、技术检测报告1）宝钢工业检测公司检化验中心开具对本项目所生产氧化铁红的检验报告（参见附 件2-6宝钢M检测公司检化验中心产品质量检验报告）,检测结论：所生产 氧化铁红符合GB/T 24244-2009 一级品标准。2）上海宝钢磁业有限公司出具本项目所生产氧化铁红性能鉴定报告（参见附件2-7 上每宝钢磁业有限公司性能鉴定报告）检测结果
28、表明:宝钢氧化铁红各项理化 指标全面达到GB/T 24244-2009中一级品标准，关键指标优于中钢高科和浦项 产品，与日本NSC指标相当。3）宝钢股份能环部对本项目尾气排放指标进行评估并出具证明（参见附件2-8硅 钢部酸再生机组排放指标下降情况的证明）:项目,相关排放指标均低于 2015年新国标限值的50% ,减排幅度达到35%,4、用户使用报告1）宝山钢铁股份有限公司出具的技术应用证明（参见附件3-1宝山钢铁股份有限公 司技术应用证明）结论：该项目从2011年起在宝钢股份硅钢部应用，近三年来 已回收各类废氧化皮20万吨，减排废盐酸盐酸14万吨，废氨水2169吨。创造直接经 2.44 亿元，
29、1.03 亿元。2）上海宝钢磁业有限公司产品应用证明（参见附件3-2上海宝钢磁业有限公司产品 应用证明）,20132015年应用宝钢高等级氧化铁红总计19.46万吨。3）海宁凌通电子有限公司对本项目产品进行了应用评价（参见附件3-3海宁凌通电子有限公司产品应用报告）,主要结论为：宝钢高等级氧化铁红性能尤异，能够满 足高端铁氧体材料的生产要求，所生产出的铁氧体材料特性优良,各项指标达到国 际先进水平。4）苏州天铭磁业有限公司对本项目产品进行了应用评价（参见附件3-4苏州天铭碱业 有限公司产品应用报告）,结论为：宝钢氧化铁红纯度高，杂质含量少，能够用于 高导磁率铁氧体磁芯的生产制造，性能指标达到国
30、内外同行先进水平。5）日照亿鑫电子材料有限公司对本项目产品进行了应用评价（参见附件3-5日照亿鑫 电子材料限公司产品应用报告）,主要结论为：以宝钢硅钢部氧化铁红为原料生 产的高磁导率铁芯产品，性能优异，各项指标通过相关技术认证，市场反馈良好。5、论文、著作发表情况本项目共发表论文4篇，见表5-1：表5-1论文、著作发表情况汇总表序号题目作者发表期刊及时间1高牌号无取向硅钢批量生产状态下的废酸除 硅工艺研究宋俊宝钢技术一硅钢专辑 2008 年 p95-1022酸再生机组辄化铁粉BET的改进研究宋俊宝钢技术一硅钢专辑 2009 年 p148-1543热轧带钢表面辄化皮紊流酸洗影响因素研究宋俊宝钢技术一硅钢专辑 2011 年 p 192-1994喷丸氧化铁皮综合利用方法研究宋俊宝钢技术一硅钢专辑 2012 年 p166-1746、国内外科技奖获奖情况本项目技术，获得国内外科技奖情况见表5-2：表5-2国内外科技奖获奖情况汇总表序号获奖成果获得奖项获奖时间1硅钢喷丸辄化铁皮的
