集中太阳能将用于磁铁矿生产

在未来几十年内，清洁能源的使用和CO2排放的控制是新化学过程和新材料生产中最重要的参数。在对节能减排呼声日益高涨的当前，使用清洁能源、减少CO2排放是冶金行业一直研究的环保课题。

最近，一种备受关注的直接还原铁生产方法是使用一种由西班牙国家冶金技术研究中心(CENIM)设计的，安装在阿尔梅里亚太阳能平台(PSA-CIEMAT)上的流化床炉。该炉采用流化床技术，待处理材料悬浮在含有5% H2的N2氛围还原剂的液态气体中，但流化床加热所需的能量来自集中太阳能(Concentrated Solar Energy，CSE)，既没有化石燃料的消耗，也不会产生CO2。

该太阳能应用程序允许在不同的化学和冶金过程中获得的高温空气或气体的直接利用，而无电力生产的中间步骤。流程中这种加热气体的直接利用，避免了电力生产、高压转换、电力传输、低压转换和过程中的最终加热应用，因此会在应用太阳能时出现收益的增额。相比于其他平均温度要求低的工业过程，钢铁生产的工艺温度较高，其节能更具潜力。

分类废弃物各个击破

在流化床加热过程中，CSE应用的三个主要目标：①独立的化石燃料供应;②利用自身的自然资源;③在高温工业过程中，减少CO2的产生。

对于高炉矿渣，每吨生铁约产生300公斤炉渣，可应用于土木(建筑)工程。但对于绝大多数冶金过程的剩余废物，仍然没有完全令人满意的解决方案。

高炉熔渣后，第二种最重要的残渣为转炉转换渣(氧气顶吹转炉)。在LD转炉中每制造一吨钢就会产生125公斤炉渣。这些类型的炉渣主要缺点是化学和物理性质不稳定。在碳钢的生产中，只要增加FeO的含量并减少15%的CaO，电炉渣的化学特性就类似于转炉的炉渣。而直接来自于不锈钢、高合金钢生产的电炉熔渣是不同的，从数量上看，可发现约1%的氧化铬、镍、钒、钼或钛。

氧化皮或者轧屑是一种特定的“副产品”，在钢的奥氏体化和热塑性变形(热轧)过程中生成，每吨钢铁伴随生产出约5公斤的氧化皮。

在这些钢铁废料产品中，有来自高炉的粉尘(干式净化)和高炉淤渣(湿式洗涤器)，有在转炉炼钢中产生的LD转炉粉尘及电炉粉尘(电炉EAF)。而飞扬的LD碎屑的特点是具有高比例的FeO，由电炉气体带走的废料具有较高的锌含量。

此研究通过对氧化皮(轧屑)的转化实验，证明在太阳能炉中生产以获得100%的磁铁矿是可行的，它允许通过传统方法获得一种具有特殊磁性能的副产品。这种磁性副产品对密度十分敏感，通常用于以磁分离的方式作为原材料生产精矿。

太阳能将成为回收产品的一个步骤，其制备高含量的Fe3O4且无有害的污染物产生，Fe3O4可以被加入到炼钢过程以制备高品质钢。这一过程已经在西班牙的太阳能炉设备应用时用氧化皮测试过。

太阳能炉的运作机理

太阳能炉用于完成Fe2O3(赤铁矿)向Fe3O4(磁铁矿)的转化，其包含一个用CSE加热的流化床炉，CSE的运行基于安装在阿尔梅里亚太阳能平台(PSA-CIEMAT)的水平轴太阳能炉。

太阳能炉的基本构成为：一个配有120平方米反射面的定日镜，用于追踪太阳的轨迹，且将反射光束重新定向到多层面的抛物面聚光镜;一个衰减器或快门，一个90.5平方米、拥有89个面的多层面抛物面聚光镜;一个蜂巢状的SiC衰减器、一张流化床和一个空气过滤器。

每天早晨，当该装置被连接，定日镜便正对太阳并且跟随太阳的运动，指导反射太阳光束，从位于建筑前壁的衰减器，到位于大楼后壁的多层面抛物面镜子。衰减器或快门，可以旋转每个水平部件来控制入射功率通量。

多层面抛物面反射镜的集中光束到达衰减器并加热蜂巢状材料、碳化硅的表面，温度可高达1100℃。蜂巢形状的碳化硅吸收器由一系列孔洞构成。这些孔洞分布于由很薄的薄壁组成的方形底座上，方形底座位于流化床炉前方。这种设计增大了衰减器的加热面，从而提高了流经孔洞的空气流的热转移。一个位于该装置尾部的真空泵迫使空气通过衰减器，而被加热到900℃~1000℃。

流化床炉是一种双管装置。其内管包含流化团块，其通过热空气穿过墙壁被间接加热，热空气来自于吸收器并流过两管间的顶点。出口的空气依然温暖，用于预热预热器内螺旋管提供的流化空气或气体。这种控制成分的预热流化空气或气体被引入到流化床的内管，在内管中颗粒流化，通过一个由球体关闭的圆锥形通道。这个设计被认为优于其他集中太阳能加热流化床，在该设计中加热要么发生在床的上部，要么通过一个石英窗发生在装置一侧。