我国铁矿调研及磁分离技术提升铁矿品位的可行性探讨

一、我国铁矿石资源概况

（一）我国铁矿石资源特点

1、铁矿石查明资源储量继续上升

截至2009年底，全国铁矿查明资源储量为646亿吨，其中基础储量为213亿吨，资源量433亿吨，我国铁矿石查明资源储量绝大部分为贫矿，富铁矿石查明资源储量有10.02亿吨，占全部铁矿查明资源储量的1.6%。2009年全国铁矿查明资源储量净增加6.09亿吨。

近几年，我国铁矿勘查进展明显。最近4年，我国投入铁矿勘查经费23亿元、钻探工作量162万米，分别相当于1989～2003年总投入和总钻探量的6.3倍、4.8倍。我国铁矿勘查取得一批鼓舞人心的找矿成果和重大进展，在东天山、北山、西南三江、内蒙古大兴安岭、湖北大冶等重点地区发现一批具有找矿意义的航磁异常；在中东部铁矿资源集中分布的山西五台—恒山、冀东、辽宁鞍—本、鲁西、安徽庐枞等地发现一批隐伏铁矿；在铁矿勘查工作程度低的西部地区新发现新疆和静查岗诺尔和若羌迪木那里等一批找矿靶区；在河北迁安、湖北大冶、辽宁弓长岭和砬子山等一批已知铁矿床深部和外围取得重要勘查成果，新增一批资源储量。

                        表1  我国铁矿石资源储量统计表

2、铁矿石资源分布广泛，又相对集中

我国铁矿资源分布的一大特点是：局部相对集中，整体又“天女散花”。已探明的593亿吨铁矿资源分布在全国29个省市区的700多个县、市（旗），共有1982个矿区。分区储量比例为：东北占26%，华北占26%，西南占18%，华东占14%，中南占10%，西北占6%。其中，辽宁、河北、四川三省占全国总储量的48%，加上陕西、安徽、湖北，六省占65%。储量大于1亿吨的大型矿区有101 处，合计储量占68.1%；储量在0.1—1 亿吨的中型矿区470处，合计储量占27.3%；储量小于1000万吨的小型矿区1327处，合计储量占4.6%。我国铁矿资源在整体分布很散的状况下，局部又相对集中在十大矿区，这十大矿区合计储量占总储量的64.8%。其中，鞍—本矿区占总储量的23.5%，冀—密矿区11.8%，攀—西矿区占11.5%，五（台山）—吕（梁山）矿区占6.2%，宁—芜矿区占4.12%，包—白矿区占2.2%，鲁中矿区占1.74%，邯邢矿区占1.6%，鄂东矿区占1.34%，海南矿区占0.8%。这种整体很散、局部集中的分布特点，促使我国铁矿资源开发利用不得不采取以大中型矿山为主、地方中小矿山为辅、民营群采并存的格局。

3、铁矿石矿床类型多，矿石类型复杂

世界已有的铁矿类型，我国都已发现。具有工业价值的矿床类型主要是鞍山式沉积变质型铁矿、攀枝花式岩浆钒钛磁铁矿、大冶式硅卡岩型铁矿床、梅山式火山岩型铁矿和白云鄂博热液型稀土铁矿。主要矿石类型有:磁铁矿矿石，保有储量占全国总保有储量的55.4%，矿石易选，是目前开采的主要矿石类型。钒钛磁铁矿矿石，保有储量占全国总保有储量的14.1%，成分相对复杂，是目前开采的重要矿石类型之一。“红矿”，即赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿、镜铁矿及混合矿的统称，这类铁矿石一般难选，目前部分选矿问题有所突破，但总体来说，选矿工艺流程复杂，精矿生产成本较高。多组分共（伴）生铁矿石所占比重大。多组份共（伴）生铁矿石储量约占总储量的三分之一。涉及的大中型铁矿区如攀枝花、大庙、白云鄂博、大冶等矿区，主要共（伴）生组分有钒、钛、稀土、铌等。按铁矿石类型分，磁铁矿（Fe3O4）占储量的35%，钒钛磁铁矿（FeTiO3FeV2O5）占17%，赤铁矿（Fe2O3）占21%，褐铁矿（nFe2O3nH2O）占1%，菱铁矿（Fe（C O3）占2%，混合矿占24%。

4、铁矿品位低，贫矿占绝大多数

我国铁矿石查明资源储量绝大部分为贫矿，我国铁矿查明资源储量平均品位约为33%，低于世界铁矿品位11个百分点，与巴西、澳大利亚等国的铁矿相比，品位相差很大。已探明的2974个铁矿区，以磁铁矿为主的高达1828个，中小矿区有1753个，大型矿区仅有121个。含铁平均品位在55%左右能直接入炉的富铁矿储量只占全国储量的2.7%，而形成一定开采规模，能单独开采的富铁矿就更少了，我国绝大多数开采的铁矿石必须经过选矿才能高炉利用。全国共探明各类富铁矿储量约14.8亿吨。从我国铁矿查明资源储量吨位-品位分布直方图可以看出，我国绝大部分铁矿品位在25%～40%之间，占我国铁矿查明资源储量的81.2%;品位在25%以下的查明资源储量，占我国铁矿总查明资源储量的4.6%；品位在40%～48%之间的查明资源储量，占我国铁矿总储量的11.5%;品位大于48%的富铁矿查明资源储量，仅占我国铁矿查明资源储量的1.9%。

表2  我国铁矿资源吨位-品位分布图

5、暂难利用铁矿多，限制了国内铁矿石的供给

全国暂难利用铁矿保有储量约194亿t ，其中工业储量约57 亿t。这些铁矿一般是难采、难选，多组分难以综合利用，以及铁矿品位低、矿体厚度薄，矿山开采技术条件和水文地质条件复杂、矿区交通不便、矿体分散难以规划、开采经济指标不合理、矿产地属自然环境保护区等等。随着技术水准的提高和经济条件的改善，暂难用铁矿将逐渐地得到开发利用，暂难用铁矿储量也将逐渐减少。

（二）我国铁矿石各地区分布情况

中国铁矿资源中贫矿多，贫矿储量占总储量的80%；多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂；有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。

1、东北地区铁矿

东北的确铁矿主要是鞍山矿区，它是目前我国储量开采量最大的矿区，大型矿体主要分布在辽宁省的鞍山（包括大弧山、樱桃园、东西鞍山、弓长岭等）、本溪（男芬、歪头山、通远堡等），部分矿床分布在吉林省通化附近。鞍山矿区是鞍钢、本钢的主要原料基地。鞍山矿区矿石的主要特点：除极少富矿外，约占储量的98%为贫矿，含铁量20～40%，平均30%左右。必须经过选矿处理，精选后含铁量可达60%以上。矿石矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部分为假像赤铁矿和半假像赤铁矿。其结构致密坚硬，脉石分布均匀而致密，选矿比较困难，矿石的还原性较差。脉石矿物绝大部分是由石英石组成的，SiO2 在40～50%。但本溪通远堡铁矿为自溶性矿石，其碱度（Ca+Mg/SiO2）在1以上。且含锰1.29～7.5%可代替锰矿使用。矿石含S、P杂质很少，本溪男芬铁矿含P很低，是冶炼优质生铁的好原料。吉林省桦甸市是吉林省重要的铁矿石生产基地，总量居省内第二位，资源保有量12218.4万吨，99.9%以上分布在老牛沟铁矿床。老牛沟铁矿床由12个主要矿段，174条矿体组成。目前，保有储量12218万吨，铁品位平均在30.5——35.11%，含硫〈0.10%，含磷〈0.05%，经原冶金部长沙矿冶研究院进行的选矿实验证明，可以获得含铁品位68.5%和69.5%的铁精粉，还可以获大于等于71.5%的部分高纯铁精粉。其余铁矿资源分布在常山和八道河子镇蜂蜜顶子铁矿，保有储量分别为0.2万吨，铁品位40%和42%。

2、华北地区铁矿

主要分布在河北省宣化、迁安和邯郸、邢台地区的武安、矿山村等的地区以及内蒙和山西各地。是首钢、包钢、太钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。迁滦矿区矿石为鞍山式贫磁铁矿，含酸性脉石，S、P杂质少，矿石的可选性好。邯邢矿区主要是赤铁矿和磁铁矿，矿石含铁量在40%～55%之间，脉石中含有一定的碱性氧化物，部分矿石含硫量高。

3、中南地区铁矿

中南地区铁矿以湖北大冶铁矿为主，其它如湖南的湘潭，河南省的安阳、舞阳、江西和广东省的海南岛等地都有相当规模的储量，这些矿区分别成为武钢、湘钢及本地区各大中型高炉的原料供应基地。大冶矿区是我国开采最早的矿区之一，主要包括铁山、金山店、成潮、灵乡等矿山，储量比较丰富。矿石主要是铁铜共生矿，铁矿物主要为磁铁矿，其次是赤铁矿，其它还有黄铜矿和黄铁矿等。矿石含铁量40～50%，最高的达54～60%。脉石矿物有方解石、石英等，脉石中含SiO28%左右，有一定的溶剂性（CaO/SiO2为0.3左右），矿石含P低（一般0.027%），含S高且波动很大（0.01～1.2%），并含有Cu（0.2～1.0%）和Co（0.013%～0.025%）等含有色金属。矿石的还原性较差，矿石经烧结、球团造块后入高炉炼。

4、华东地区铁矿

华东地区铁矿产区主要是自安徽省芜湖至江苏南京一带的凹山、南山、姑山、桃冲、梅山、凤凰山等矿山。此外还有山东的金岭镇等地也有相当丰富的铁矿资源储藏，是马鞍山钢铁公司及其它一些钢铁企业原料供应基地。芜宁矿区铁矿石主要是赤铁矿，其次是磁铁矿，也有部分硫化矿如黄铜矿和黄铁矿。铁矿石品位较高，一部分富矿（含Fe50%～60%）可直接入炉冶炼，一部分贫矿要经选矿精选、烧结造块后供高炉使用。矿石的还原性较好。脉石矿物为石英、方解石、磷灰石和金红石等，矿石中含S、P 杂质较高（含P 一般为0.5%，最高可达1.6%，梅山铁矿含S 平均可达2%～3%），矿石有一定的溶剂性（如凹山及梅山的富矿中平均碱度可达0.7～0.9），部分矿石含V，Ti及Cu等有色金属。

5、其他地区铁矿

其他地区铁矿 除上述各地区铁矿外，我国西南地区、西北地区各省，如四川、云南、贵州、甘肃、新疆、宁夏等地都有丰富的不同类型的铁矿资源，分别为攀钢、重钢和昆钢等大中型钢铁厂高炉生产的原料基地。

表3  国内铁矿资源储量现状地区统计表

二、我国铁矿资源发利用情况

（一）我国铁矿资源储量利用现状

我国铁矿资源开发利用程度比较高，全国正式生产和在建矿山约550处，其中露天矿57 座，坑内矿43 座。在查明的储量中，可规划利用的矿区511个，资源储量174.18亿吨，占查明资源储量的29%，其中基础储量55.53 亿吨；可供选择利用的矿山共计93 处，其勘探程度为：详勘57处、初勘16处、普查评价20处，占有储量122.3亿吨，其中工业储量72.81亿吨，平均含铁31.96%，磁铁矿103亿吨，赤铁矿19.2亿吨；可露天开采的69座，储量101.7亿吨；坑内开采的24座，储量20.65亿吨。

可供选择利用的资源主要分布在四川、辽宁、河北，其次为山西、内蒙、安徽等，其中详勘或初勘的矿区有73个，可作为规划之用。我国铁矿石生产基地的形成由来已久，现已发展为十大铁矿石生产基地:鞍山一本溪、西昌一攀枝花、冀东一密云、五台一岚县、包头一白云鄂博、鄂东、宁芜、酒泉、海南石碌、邯郸一邢台地区。

（二）全国大中型铁矿区概况

1、鞍本矿区

目前我国储量及开采量最大的矿区，铁矿分布于辽宁鞍山、本溪和辽阳三市，铁矿床几乎全为“鞍山式”沉积变质型。有大、中、小型铁矿床53处，其中大型19处。合计保有铁矿石储量106.5亿吨。

鞍本矿区是鞍钢、本钢的主要原料基地。铁矿石主要为沉积变质的赤铁矿石和磁铁矿石、其中以赤铁矿石为主，磁铁矿石次之，还有一部分含绿泥石和碳酸盐较高的难选矿石，矿石含铁品位28～32%，铁矿物粒度平均74～37微米。嵌布粒度细，矿石种类复杂。

2、河北铁矿区

河北省是铁矿大省，总资源量60.3 亿吨，其中基础储量46.7 亿吨，铁矿石储量仅次于辽宁省，居全国第二位。铁矿资源主要分布在河北省迁安、宣化和邯郸、邢台地区的武安、矿山村等的地区，是首钢、唐钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。

3、白云鄂博矿区

位于内蒙古中部的乌兰察布草原上，距包头市149km。探明铁矿石储量14 亿吨，形成主矿、东矿、西矿、东介勒格勒4 个工业矿床，全区矿化范围达48km2。稀土资源居世界第一位，占世界已探明储量的77%，我国总储量的95%以上。

4、攀西钒钛磁铁矿区

位于四川省西南部，包括攀枝花和凉山州的二十余个县、市。攀西地区是一个巨大的聚宝盆，己探明铁矿储量近100亿吨，占全国铁矿储量的20%，是仅次于鞍、本的全国第二大铁矿基地。其中钒钛磁铁矿约98 亿吨，占全国钒钛磁铁矿储量的83.2%；二氧化钛储量8.7 亿吨，占全国储量的94.3%；五氧化二钒的储量近2000 万吨，占全国储量的87%.钛资源储量居世界首位，钒资源储量与居世界第五位的美国相当。

（三）制约我国铁矿石开采业发展的主要问题

1、我国铁矿资源的特点制约了铁矿开采业的发展

我国是世界上铁矿资源总量相对丰富的国家，但人均资源量偏低，资源质量较差，贫矿多富矿少。全国铁矿石平均品位在33%，低于世界铁矿石平均品位11 个百分点，97.2%为贫矿，大于55%的富矿只占2.5%，而富矿的可采储量只有1.9%，而且我国的铁矿石多为地下矿，开采难度大。我国铁矿石资

2、资源综合利用程度低，资源开发浪费严重

由于国家对矿山投入不足、监控不严，导致我国铁矿资源长期遭受乱采滥挖，遭到严重破坏。绝大多数非国有矿山企业基本不进行综合回收。更为严重的是，由于矿业秩序混乱，采富弃贫，采厚弃薄，掠夺式地开采，资源浪费惊人，矿山寿命缩短，一些特大型矿床由于乱采滥挖，已无法大规模开发。矿山尾矿的综合利用率极低，开发利用还处在初期阶段。

3、我国贫铁矿开采技术有待进一步加强

多年来，国内在磁铁矿选矿技术、赤铁矿选矿技术方面也取得了许多成果，如各种弱磁场磁选设备及反浮选工艺在铁精矿提质降质方面发挥了很大作用。在当前技术条件下。具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。其中褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿等弱磁性含铁矿石为较难选别的难选矿石，难选别矿石的采选技术还有待进一步开发。

三、磁分离技术提升铁矿品位的可行性探讨

（一）磁分离提升铁矿品位的原理

1、磁性颗粒在磁场中的受力情况

所有磁性颗粒在磁场中均受到磁力的作用，磁性颗粒在磁场当中所受磁力的大小可用下式表示：

 Fm = μ0 ·K ·V ·H ·grad ( H)

式中：

μ0－真空导磁率；V－磁性颗粒的体积；

H－磁场强度的大小 ；grad( H)－ 磁场强度梯度；

K = M/ ( V × H) , 常被称为矿粒体积磁化率, M 为矿粒在强度磁矩。

由上式可知磁力的大小除了与磁场强度有关，还与磁场的梯度有关，即磁场的变化率。磁场强度，磁场的梯度越大，磁性颗粒所受的磁粒越大。

磁力的方向是沿磁场梯度的方向，即颗粒所受磁力的方向指向磁场梯度升高的方向。而某点处的磁场梯度方向可能与该点的磁场方向平行，也可能与磁场方向垂直或成某一夹角，但磁场梯度一定与等磁场线（磁场中磁场强度相等的点的连线）垂直。一个细长磁性颗粒在不均匀磁场中，其长轴方向一定平行于磁场方向，而其所受磁力方向是沿磁场梯度方向。

2、磁选分离的基本条件

（1）保证分选磁性颗粒和非磁性颗粒的条件是：

Fm>∑F机

式中Fm——作用在磁性颗粒上的磁力

    ∑F机——作用在颗粒上的与磁力方向相反的所有机械力的合力。

（2）如果要分离磁性较强和磁性较弱的2种固体颗粒，则必须满足的条件为：

F1m>∑F机>F2m

式中F1m——作用在磁性较强颗粒上的磁力

F2m——作用在磁性较弱颗粒上的磁力

3、磁分离技术提升铁矿品位的可行性

磁分离技术是根据物料中不同颗粒之间的磁性差异，在非均匀磁场中借助于颗粒所受磁力的不同而进行分离的一种方法。铁矿的磁选前通常先将铁矿石破碎和研磨，由于含铁的磁性颗粒具有铁磁性和顺磁性，只要磁场的强度与磁场梯度足够大，含铁的磁性颗粒受的磁力足够大，就可以用磁分离技术将含铁的磁性颗粒从铁矿中分离出来，提高矿石中铁的含量，从而提高铁矿的品位。

（二）磁分离技术提升铁矿品位的可行措施

1、磁分离技术与其他选矿技术相联合，改进选矿流程提升铁矿品位

提高铁矿品位的其他一些选矿方法主要有重选法、浮选法、电选法和焙烧法等。对于磁铁矿等强磁性铁矿，较低的磁场就能实现分离，主要采用磁选，而某些弱磁性铁矿在磁分离的过程中提高磁场强度和梯度，改善磁场特性的基础上与其他选矿技术相配合，通过改进选矿流程可提高铁矿品位。下面以对东鞍山与梅山铁矿的选矿流程改进的研究情况来说明通过与其他选矿技术相配合，改进选矿流程提高铁矿品位的可行措施。

(1) 东鞍山选矿厂

东鞍山选矿厂，一直采用两段连续磨矿，单一碱性正浮选工艺流程，选矿指标较差。特别是近年来，由于矿山开采深部矿石，其嵌布粒度更细，矿物组成变化更加复杂，选矿厂精矿品位呈下降趋势。原矿品位32.85%，精矿品位60.16%，尾矿品位15.06%，回收率72.23%。

经过研究，对选矿流程进行改造并相继进行了小型试验、连选试验和工业试验，并在此基础上对选矿厂进行全面改造。工艺流程为连续磨矿、中矿再磨、重选-强磁-阴离子反浮选。改造后的主要指标：原矿品位32%左右，精矿品位64.5%左右，尾矿品位16.5%左右，回收率65%左右。改造后精矿品位有较大提高，从60%提高到64.5%。存在的主要问题是尾矿品位偏高，回收率偏低，有待于强化研究，采取措施，提高回收率指标。

(2) 梅山选矿厂

梅山铁矿石矿物组成复杂，金属矿物主要有磁铁矿、假象赤铁矿、菱铁矿、黄铁矿等，并含有硫、磷等有害杂质。梅山铁矿采用破碎-分级预选-磨矿-脱硫浮选工艺流程。选矿厂面临两大技术难题：一是降磷问题，从1994年开始梅山铁矿原矿开采进入高磷区，原矿含磷由0.35%上升到0.40%以上。二是精矿过滤问题，梅山选矿厂铁精矿是国内最难过滤的铁精矿之一，1987年研究并实施了分级过滤（即将精矿用旋流器分级，粗粒部分采用原有的内滤式过滤机处理，细粒部分采用新增设的板框式压滤机处理），勉强维持生产，但过滤效率依然较低，滤饼水分较高，特别是细粒压滤部分，从而导致粗、细粒精矿滤饼难以混匀的问题。

为了解决这些问题，梅山铁矿和有关研究单位做了大量的多方案试验研究工作。在此基础上设计采用了对现有流程铁精矿增设弱磁-强磁脱磷深选的流程方案。采用弱磁-强深选脱磷系统的铁精矿含磷由0.43%降至0.25%以下，铁品位由53.5%提高到57.5%，达到了炼铁要求的铁精矿质量标准。深选流程除取得明显的降磷效果外，由于弱磁-强磁作业具有良好的脱泥作用，改善了铁精矿过滤性能，因而从根本上解决了梅山铁矿另一个老大难问题——过滤问题，结束了梅山铁矿精矿分级过滤的历史，取消了压滤作业系统。实现了梅山铁矿选矿技术的重大突破。

2、提高磁分离技术水平，开发新型的磁选设备提升铁矿品位

通过开发新型的磁选设备提高磁选设备磁体的磁场强度和梯度，将分离的物料特性与磁场特性结合，改善磁选设备的磁场特性，改变磁分离选矿的方式，或者在磁场主导下的多力场选矿技术，在磁选设备设计中应引入风力、离心力、重力、电场力、水能力等诸多有利于

将物料分离的力学因素，从而达到高效分选的目的。优化磁分离的流程改进磁选设备的整体机械结构的合理性等方法来进一步提升铁矿品位。下面介绍几种最新研制的新型铁矿磁选方法。

（1）悬浮状态下小粒物料的干式磁选法

悬浮状态下小粒物料的干式磁选法为在悬浮状态下进行磁选,以提高颗粒分选的选择性。在悬浮状态下磁选颗粒会多次被磁系吸引和脱离磁系,从而提高精矿品位。对粒度为12～0 mm 的磁铁矿矿石进行了悬浮层干式磁选,获得的效果很好,与常规筒式磁选机分选结果相比,其磁性产品的铁品位提高幅度要高一倍。

悬浮状态下小粒物料的干式磁选法的原理如图1所示。干式磁选的应用是制定处理矿物原料和工艺原料的有前景的高效和节能工艺方向之一,特别是在处理含大量的粗粒嵌布的铁矿石和粗粒( > 15 mm)冶炼渣时。降低进入选别作业的破碎产品的粒度可以使连生体充分解离,因而大大改善干式磁选的效果。这样还可以保证大幅度降低矿石准备的费用。但是干式磁选给矿的粒度减小会急剧降低筒式磁选机和磁滑轮的分选效果,特别是在磁选的给矿水分增高时。颗粒的粘附,或小颗粒向粗颗粒的磁粘附及非磁性颗粒机械夹带到磁性产品中时,会发生上述现象。低给料速度的磁选机可减弱这种负面现象。但是,此时,磁场只能对颗粒吸引一次,因为有效磁选工作区的长度是很小的。有效磁选工作区的长度是决定磁性组分回收率的最重要因素之一。当有效磁选工作区的长度增大,回收颗粒的磁力f m急剧降低,颗粒在磁场中的停留时间延长。随着颗粒停留时间的延长,颗粒的回收几率增大。所以,磁选机的有效磁选工作区的长度要足够大。为了防止小的非磁性颗粒机械夹带或粘附而进入磁性产品中,应该创造一个在颗粒彼此相互运动时多次被磁系吸引和从磁系上脱落的条件。颗粒从磁系上脱落可有效分离出机械夹带的非磁性颗粒,而脱落颗粒和被吸引颗粒之间的相对运动和碰撞可将小的非磁性颗粒自净化出去。在悬浮状态下对物料进行磁选,可以创造这种干式磁选所需要的条件。当具有很长的有效磁选区域时,上述方法可使颗粒多次被磁系所吸引和从磁系脱落。此时,磁系一端沿着颗粒运动的方向上提起,即回收颗粒区域的高度h 逐渐增大,这样可保证比磁化系数最大的颗粒回收到磁性产品中。同时为前一个分选区域获得的磁性产品进行多次精选创造条件。由此可知,分选小颗粒物料的干式磁选的最佳方法是在悬浮状态下对物料进行干式磁选。让物料在沿其运动方向磁感应强度发生急剧变化的电磁场中运动,这样可以使颗粒悬浮,同时不仅可保证物料流中的矿粒以不同速度多次被吸引,而且使有些颗粒多次脱离磁性产品。这种使机械夹杂的矿粒松散和脱落,将被吸附的细颗粒从小颗粒上清除出来,从而提高磁性产品的质量。分离磁性产品皮带的振动可以促进机械夹杂和吸附的非磁性颗粒从磁性产品中分离出来。当作用在颗粒上的比磁力f m 小于f m时,这个颗粒会从磁系上脱落下来。在决定f m大小的结构和工艺参数h 、l 和v 固定(如图1 所示) 时,通过降低作用在颗粒上的比磁力的Hgrad H 乘积,可以使f m 小于f m。为了实现悬浮状态下干式磁选物料,应该让颗粒在磁场磁感应强度和磁场梯度急剧变化的磁场中运动。这样可以保证在磁场Hgrad H 值比较低的区域中f m < f m, 因而使颗粒从磁系上脱落。在下一个f m > f m的区域内,颗粒再次被磁系所吸引。

表4  干式弱磁场气流悬浮磁选磁铁矿实验结果  

     表4为干式弱磁场气流悬浮在距不同电磁系统起点处的距离处对于磁铁矿品位的提升程度。实验可知用干式弱磁场气流悬浮磁选法可大大的提升铁矿的品位。

（2）SLon 脉动高梯度新型磁选机

脉动高梯度磁选是细粒弱磁性矿物的高效选矿技术,将磁力和脉动流体力或机械振动力有机地结合起来,用于赤铁矿、钛铁矿等弱磁性铁矿的分选，显著地提高了高梯度磁选技术水平。

1 - 给矿盒; 2 - 磁极头; 3 - 磁轭; 4 - 激磁线圈;5 - 磁介质; 6 - 脉动机构; 7 - 接矿斗; 8 - 阀门

图2 周期式脉动高梯度磁选机结构示意图

    图2为周期式脉动高梯度磁选机结构示意图。周期式脉动高梯度磁选机与普通周期式高梯度磁选机的不同之处是它的下部装有一个脉动机构,由偏心连杆机构产生的交变力.F推动橡胶鼓膜往复运动,使分选腔内的矿浆产生脉动。调节下部阀门可控制矿浆的流速和液位高度;改变流经激磁线圈的电流值可调节分选区的背景场强。用导磁不锈钢制成的钢板网或圆棒作磁介质。选矿时,先在分选腔内注满水,使脉动能量传递到分选腔,然后从给矿盒给入矿浆。分选腔内的磁性矿物和非磁性矿物在磁力、脉动流体力、重力的综合力场作用下得到分离,磁性矿粒被吸着在磁介质表面上,非磁性矿粒随矿浆从下部排走。给矿完毕后,放干水分,切断激磁电流,然后用干净水将磁性物冲洗出来。

　                       图3 矿浆在选矿区的流速

1 - 磁介质; 2 - 磁性矿粒; 3 - 非磁性矿粒

图4　脉动松散原理

    在脉动高梯度磁选过程中,当脉动机构工作时,脉动能量从下磁极头的通孔传入到分选区,驱使分选区矿浆产生脉动。一个脉动周期内矿浆实际流速如图3所示,图中水平轴ωt下方的阴影部分表示矿浆的实际流速与给矿方向相反,此时流体对停留在磁介质上方的矿粒产生一个反向推力,使图4所示被截住的非磁性矿粒脱离约束状态而进入尾矿。如矿浆从上至下流动时(图4)，当给矿方向不变时,部分脉石会被其他矿粒或介质丝架住,因流体 方向朝下,故这些脉石不能脱离,导致精矿品位下降,严重时还会堵塞磁介质。,分选区的矿浆不断变换流速方向,可有效降低介质中非磁性矿粒的机械夹杂,反向脉动力的存在能产生一个松散力,使非磁性矿有更多的机会进入尾矿,从而提高磁性精矿的品位,避免堵塞。

表5  试验样品铁矿构成

表6  新研制的SLon - 2500立环脉动高梯度磁选机对弱磁性铁矿磁选实验结果

SLon型脉动高梯度新型磁选机可大幅度提升铁矿的品位。表6为新研制的SLon - 2500立环脉动高梯度磁选机对弱磁性铁矿磁选实验结果，表5为试验样品铁矿构成和平均品位，可以看出SLon型脉动高梯度新型磁选机对于弱磁性小颗粒的铁矿磁选效果较好。

3、利用超导磁分离技术提升铁矿品位

超导磁选机是把超导电技术上的磁体移植到强磁选机上，以代替普通磁体，从而产生很高的磁场强度。  以超导磁体作磁源的磁选机和常导磁选机相比有以下突出优点：(1)高磁场强度,可达到很高的高磁场梯度；(2)体积小重量轻，超导材料的电流密度比铜导线高二个数量级，因此使磁体体积和重量大大减小；(3)能耗低，比常导磁体节能90%；(4)高磁场带来的高磁力使磁选机处理能力大为提高。超导磁选机的磁选强度可达到6～10T，而其他的磁选机磁场强度一般不超过2T，超导磁选机非常节能，很小的功率可获得很强的磁场，稳定性好，唯一的能耗是系统中保持超导温度所需的能量。下面简单介绍一下两种超导磁选机。

（1）英国MK4型机

1 – 贮氦罐颈口; 2 – 真空间; 3 – 外屏; 4 – 辐射防护内屏;

5 – 二段闭路冷却器; 6 – 氦交换气体; 7 – 颈口; 8 – 固氦；9-液氦;10-超导线圈

图5 MK4型机磁体装置的垂直断面与磁体和分选管道的配置 

英国MK4型机结构是两个尺寸大小相同的螺线管线圈处在同一垂直轴上，两线圈以不同方向绕制，相邻端极性相同，两极间空隙处的磁力线被迫以散射状挤出，向圆柱状容器密集，制冷器外部最大磁感应强度为3.3～3.5T，最大磁场梯度为O.5T／cm。分选时，矿浆从切线方向给入，磁性颗粒被磁力吸向内壁在矿浆流推动下沿内壁流出，成为磁性产品，非磁性颗粒沿管外壁流出，成为非磁性产品。磁体在恒稳状态下可连续工作。

（2）英国CryofosGLF直线型机

1 – 密封圈; 2 – 磁体壁; 3 – 60K屏;           1、1’ – 超导线圈; 2 – 漏斗; 3 – 闸门;      

4 – 16K屏;5 – 4K冷却管; 6 – 支架;            4、4’ – 凸缘;5 – 物料; 6 – 分离板;

7 – 磁体壁支撑; 8 – 超导线圈               7 – 磁体壁; 8 – 磁性物；9-非磁性物

 图6 CryofosGLF直线型磁选机                图7 CryofosGLF直线型磁选机分选过程

英国CryofosGLF直线型机的磁体由4个固紧和粘结在一起的“跑道”形线圈组成(见图6)，总匝数为9810匝。超导线是铜比为1.4的NbTi线,直径0.4和0.5毫米。额定工作电流为临界电流的60%。超导磁体重量60公斤,磁体尺寸为3000×67×122毫米。分选区磁场为3T。

（三）磁分离选矿的发展趋势

1、更注重磁选技术应该多方位扩展，采用在磁场主导下的多力场选矿技术。

不同物料在磁场中的运动特性是不同的，而国内的诸多研究往往只强调磁场的高强度和高梯度。磁系结构的设计则往往拘泥于高性能永磁材料的选择，而不研究磁性材料其它性能参数对磁场特性的影响，只有将所要分离的物料特性和磁场特性结合起来，方能解决磁选技术的合理性和磁选设备设计的有效性。所以更注重磁选技术应该多方位扩展，采用在磁场主导下的多力场选矿技术通过改变磁分离选矿的方式，优化磁分离的流程在磁选设备设计中引入风力、离心力、重力、电场力、水能力等诸多有利于将物料分离的力学因素，更注重综合力场应用和各种可控力的作用，可提高分选效率、或减弱堵塞，从而达到高效分选的目的。

2、为适应矿产资源日益减少、贫矿日益增加及工业化应用的形势，磁选设备趋于大型化、个性化发展。

随着我国钢铁工业的飞速发展，对铁精矿的需求越来越大，国内外为应对快速增长的铁矿资源需求，都在加快研制新型高效的大型或超大型磁选设备，大型磁选设备可以提高生产效率和降低选矿成本，获得更高的品位。大型化的趋势也势在必行。

同时，随着复杂难选铁矿资源在高效综合利用选矿工艺研究方面取得的成果，以及我国对低品位矿、表外矿开发利用力度的加大，为适应选矿工艺的要求，磁选设备的针对性越来越强，也就是磁选机的个性化（针对选矿工艺的）越来越明显。也就是针对不同类型的铁矿开发不同的磁选设备。比如，为适应中信泰富澳大利亚SINO铁矿项目的选矿要求，沈阳矿山机械有限公司矿山机械分公司与北京矿冶研究总院机械研究所合作，开发了用于极细粒矿分选的BKB 型磁选机；为适应广东茂名地区褐铁矿预选抛尾的工艺要求，沈矿设计开发了YCGB型磁选机。

3、铁矿磁选设备向永磁化、超导化发展。

永磁磁系不需激励功耗和冷却系统, 具有性能稳定、结构简单、操作维护方便等优点, 为磁性矿物的选别提供了新型有效的分选设备,是高梯度磁选设备的一个重要发展方向。能产生高磁能积和高矫顽力的铁素体磁铁的出现, 永磁材料得到进一步地推广应用。最近, 由于强力稀土永磁材料的发展, 新一代永磁辊筒式磁选机能产生了较高的磁感应强度。虽然永磁磁选机的磁场磁感应强度不容易调节, 但是, 可以通过合理地选择永磁材料和优化辊的几何外形, 设计出能处理不同粒度组成和不同比磁化系数物料的辊式磁选机.永磁高梯度磁选设备可以在实现选矿厂要求技术指标的同时，节电节水，有很大的研究发展空间。

以超导磁体作磁源的磁选机和常导磁选机相比有以下突出优点：(1)高场强,可达到很高的高磁场梯度；(2)体积小重量轻，超导材料的电流密度比铜导线高二个数量级，因此使磁体体积和重量大大减小；(3)能耗低，比常导磁体节能90%；(4)高磁场带来的高磁力使磁选机处理能力大为提高。将超导技术与磁分离相结合产生了超导磁选机, 这种磁选机具有普通磁选机无法比拟的优越性,它可以在很大的空间内产生很高的磁场强度, 消耗的能量极少, 设备质量很小。导磁铁的主要优点是降低能耗和减少磁选机的重量。超导磁铁还可以应用敞开梯度螺旋管配置而不用介质, 就可以在大体积中产生强磁力。所以，铁矿磁选设备永磁化，超导化是磁分离技术提升铁矿品位的一个重要的发展趋势。