低品位铁矿选矿工艺研究

1 典型低品位铁矿选矿工艺发展现状

在铁矿选矿技术演进过程中，磁选、浮选与重选三大工艺构成了低品位铁矿处理的技术主干。磁选工艺凭借其操作简便、处理量大的优势，在磁铁矿选别领域占据主导地位。针对弱磁性铁矿资源，梯度磁选设备与高场强磁选机的研发显著提升了分选效率，但面对矿物嵌布粒度细、连生体含量高的矿石时，仍存在精矿品位提升受限的问题。近年来的技术改良聚焦于磁介质参数优化，通过调整磁系结构与介质充填方式，有效改善了微细粒级矿物的捕获效率。

浮选工艺在赤铁矿、褐铁矿等弱磁性铁矿处理中展现出独特价值。新型浮选药剂体系的开发成为突破方向，阴离子反浮选工艺通过精准调控捕收剂与抑制剂的协同作用，实现了石英等脉石矿物的高效分离。某矿区实践表明，多段浮选流程配合药剂制度优化，可使精矿铁品位提升至行业先进水平，但矿物表面性质复杂导致的药剂消耗量偏大仍是制约因素。

重选工艺在粗粒预选环节持续发挥重要作用，螺旋溜槽与离心选矿机的组合应用，可有效实现矿石的初步富集。对于密度差异显著的矿石类型，重介质分选工艺通过调节介质密度，显著降低了后续磨矿能耗。但传统重选设备对 -0.1mm 粒级矿物的分选效率仍有待提升，这推动了复合力场分选设备的研发，其中振动与离心力场的耦合设计已取得阶段性成果。

工艺联合创新成为当前发展的重要趋势，磁-浮联合工艺在复杂共生矿处理中表现突出。某创新案例中，弱磁选预先抛尾与反浮选深度提纯的协同应用，不仅提高了系统处理能力，还降低了药剂综合成本。重-磁联合工艺则通过分级分选策略，实现了不同粒度矿物的梯级回收。

2 新型磁重联合分选工艺实验研究

2.1 实验材料与多梯度分选装置设计

实验研究选用青海某低品位铁矿作为典型样本，其矿物学特征具有广泛代表性。矿石经X射线衍射与光学显微分析，确认主要铁矿物为磁铁矿与赤铁矿复合共生体，脉石成分以石英、角闪石为主，矿物嵌布粒度多在20-150μm 区间呈不均匀分布。特别值得注意的是，矿石中约 30% 铁矿物与脉石形成微米级包裹结构，这对传统分选工艺构成严峻挑战。试样制备严格遵循地质采样规范，经三段破碎后筛分为- ⋅2mm 粒级，通过四分法获取具有统计代表性的实验样品，确保后续分选实验数据的可靠性。

基于复合力场协同作用原理，自主研发的多梯度分选装置在结构设计上实现三大创新突破。装置主体采用立式环形分选腔体结构，通过轴向磁场梯度与径向离心力的空间耦合，构建出动态可调的复合力场环境。磁系设计采用多级Halbach永磁阵列，在分选腔内形成 0.5-1.8T连续可调的梯度磁场，配合可编程控制系统实现磁感应强度的精准调控。流体动力学优化方面，创新引入脉动流态化技术，通过频率可调的机械振动单元与上升水流协同作用，有效解决了微细粒矿物在分选过程中的团聚难题。

装置核心参数经过系统优化形成独特的技术特征。介质系统采用复合配比的重介质悬浮液，其密度调节范围精准控制在 2.8-3.5g/cm³ ，通过在线密度监测装置实现动态补偿。分选腔倾角设计为 5-25^∘. 连续可调，配合转速在 50-300rpm 范围内无级变速的转筒结构，使不同密度、磁性矿物获得差异化的运动轨迹。针对微细粒级矿物分选需求，特别设计了二次富集区，通过局部磁场强化与流体速度场的协同控制，使 ⋅30μm 粒级矿物的滞留时间延长 40% 以上，显著改善其回收效果。

2.2 工艺参数优化与矿物解离度关联分析

在磁重联合分选工艺中，参数优化与矿物解离度的动态关系构成了决定分选效率的核心机制。实验研究发现，梯度磁场强度、介质密度和分选时间三者的协同匹配对矿物解离度具有显著调控作用。当磁场强度从 0.8T提升至 1.5T时，微细粒磁铁矿的捕获效率呈现非线性增长，但在超过 1.2T后石英等脉石矿物的机械夹杂现象加剧，这揭示了磁场参数与矿物解离状态的复杂关联。通过正交实验设计，确定介质密度在 2.9-3.1g/cm³ 区间时，赤铁矿与角闪石的分离系数达到最优值，此时矿物颗粒的重力沉降速度差异被充分放大。

矿物解离度对分选流程的响应特征表现出明显的粒度依赖性。针对-0.038mm 粒级矿物，延长分选时间至 120 秒可使解离度提升约 40% ，但过长的滞留时间会导致已解离矿物发生二次团聚。这种现象在磁-重复合场中尤为显著，因为磁场力的持续作用改变了颗粒表面电位分布。通过高速摄像观测发现，最佳分选时段对应于矿物颗粒完成 3-4 次循环运动的临界点，此时连生体经反复碰撞实现有效解离，而单体矿物尚未形成稳定团聚结构。

工艺参数的交互作用通过响应曲面分析得到量化表征。介质粘度与磁场梯度的乘积项对精矿品位的影响权重达到 32% ，表明流变特性与磁力分布的协同调控至关重要。实验数据表明，当粘度系数控制在 15-18mPa ·s时，既能保证重介质对粗粒矿物的有效悬浮，又可避免细粒级矿物因粘滞阻力过大导致的回收率下降。这种参数平衡点的确立，为不同解离度矿石的分选工艺调整提供了理论依据。

矿物解离度与工艺参数的关联模型揭示了分选过程的动态优化路径。基于分形维数表征的矿物嵌布特征，建立了解离度阈值与最佳分选强度的对应关系。对于包裹体含量超过 25% 的矿石样本，采用阶梯式磁场加载策略，在初期阶段以较低场强促进粗粒解离，随后逐步增强磁场完成微细粒回收，该方法使精矿铁品位稳定性提高 18% 。通过在线监测系统实时反馈解离状态，实现了分选参数的动态补偿调节，有效解决了传统工艺中参数设置滞后于矿石性质变化的难题。

工艺优化实践证实，解离度提升与分选效率改善存在显著的正向关联。在介质参数优化实验中，调整重介质颗粒的粒径分布使其D50 值与目标矿物粒度匹配后，赤铁矿的单体解离度从 68% 提升至 82% ，相应的精矿品位增幅达到 4.2 个百分点。这种优化效应在微细粒级矿物分选中更为突出，因为精确的介质匹配减少了脉石矿物在分选界面的机械夹杂，从而强化了复合力场的选择性分选功能。

结语

通过开发适应矿石特性的分选技术，可使大量呆滞资源转化为工业可用储量，某示范基地实践表明，合理工艺创新能使资源利用率提升 15 个百分点以上。从产业生态视角，高效选矿技术能降低钢铁行业对进口矿的依赖度，缩短"采矿-冶炼"产业链的碳足迹，这与"双碳"战略目标形成深度契合。研究还发现，新型分选工艺的推广可带动选矿装备制造业技术升级，形成从基础研究到产业应用的良性循环。

参考文献

[1] 刘志品,周晓雷.铁矿选矿技术概况.智能城市应用,2020

[2] 李强.红格钒钛磁铁矿选铁精矿工艺矿物学特征探析.工程建设,2020

[3] 陈琰莉.“精”文化融入选矿铸精品——程潮铁矿选矿车间创新党建工作纪实.2015,27-29