5.5 磁选
磁选利用矿物磁化率差异。弱磁选回收磁铁矿；高磁选处理弱磁性铁氧化物与锰矿物。
5.5.1 弱磁选（LIMS）
学习目标
- 操作湿式磁选机进行磁铁矿选别
- 按给矿粒度选择流向配置（逆流、顺流、半逆流）
- 用戴维斯管或磁管试验评价铁矿石可选性
- 使精矿品位达到国内铁精矿标准（> 65% TFe）
核心概念
| 术语 | 定义 |
|---|---|
| LIMS 弱磁选机 | 筒式磁选机，场强 80–160 kA/m；回收强磁性磁铁矿 |
| 磁铁矿 Fe₃O₄ | 强磁性；密度 5.2；LIMS 主要目的矿物 |
| 逆流槽 | 给矿从尾端进入；适合细粒（-74 μm）；选别效率最高 |
| 顺流槽 | 给矿与精矿同向；适合粗粒；回收高但精选差 |
| 半逆流 | 中间配置；通用 |
| 戴维斯管试验 | 实验室磁选矿浆样；预测工业 LIMS 效果 |
参数与指标
| 参数 | 典型值 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 场强（LIMS） | 80–160 | kA/m | 1000–2000 G |
| 给矿粒度 — 磁铁矿 | -200 目（74 μm）至 0.5 mm | — | 磨至磁铁矿解离 |
| -200 目含量 | 70–85 | % | 国内铁矿流程 |
| 矿浆浓度 | 25–45 | % 固体 | 细粒取低值 |
| 筒速 | 20–40 | rpm | 粗粒取高值 |
| 精矿 TFe 目标 | > 65 | % | 主流产品；可达 68–70% |
| 尾矿 TFe | < 8 | % | 反映解离与场强设定 |
| 戴维斯管回收率 | > 90 | % | 预测工业表现 |
公式
- 磁力：
— χ 磁化率，H 场强 - 质量回收率：
- TFe 平衡：
— F、C、T 为给矿、精矿、尾矿量与 TFe 品位
工具与标准
- 常用软件/仪器： 戴维斯管；磁导率计；MLA 解离度分析
- 相关标准：GB/T 6730（铁矿石化学分析）；GB/T 10322（铁精矿产品标准）
操作步骤
- 戴维斯管试验：100 g 样品，3 次重复；记录精矿 TFe 与回收率。
- 磨至解离：-200 目 75–85%；MLA 确认磁铁矿解离 > 85%。
- 选槽型：-74 μm 给矿用逆流；粗粒脱泥给矿用顺流。
- 设定场强：从 120 kA/m 起；尾矿 TFe > 10% 则增场强。
- 调节浓度与筒速：平衡回收与精矿品位。
- 化验产品：精矿 TFe > 65%、尾矿 TFe < 8%；尾矿高则先调磨矿。
- 多段精选：粗选 LIMS + 精选 LIMS 使最终品位 > 68% TFe。
LIMS 槽型与粒度匹配
知识延伸
磁选原理：LIMS 在筒形磁系表面产生不均匀磁场，强磁性颗粒（磁铁矿）受磁力大于流体阻力而被吸附于筒面，随筒旋转被带出磁场区进入精矿；弱磁性/非磁性颗粒（脉石）不受磁力作用随矿浆流至尾矿。场强 80–160 kA/m 足以饱和磁铁矿磁化，继续增场强不能提高磁铁矿回收，反而可能夹带弱磁性铁硅酸盐（如铁橄榄石）使精矿品位下降。
参数交互：磨矿粒度是磁选的首要控制变量——磁铁矿未解离时，连生体随脉石进入尾矿，表现为"尾矿 TFe 15–20%"，此情况调场强无效，必须增磨。槽型与粒度的匹配：逆流槽给矿从尾端进入，矿物在槽内停留时间长，精选效果好，适合细粒；顺流槽适合粗粒但精矿品位低 2–3% TFe。筒速与场强耦合：筒速过高则磁力来不及捕获颗粒，过低则磁团聚体夹带脉石。
故障诊断逻辑：尾矿 TFe > 10% → 先查 -200 目与解离度（< 75% 则增磨），解离合格则增场强；精矿 TFe < 65% 且尾矿正常 → 场强过高夹带硅酸盐，降场强或增精选段；回收正常但品位波动 → 查给矿粒度分布与配矿变化。
常见误区
- 磨矿不足：尾矿 TFe 15–20%，磁铁矿连生 → 先增磨再怪磁选机
- 细粒用顺流槽：磁铁矿入尾矿 → 改用逆流
- 精选段场强过高：铁硅酸盐入精矿、品位 < 65% → 降场强
- 戴维斯管样品不具代表：风化矿与新鲜矿差异大 → 按矿带取样
关联章节
- 5.2.2 磨矿粒度控制 — -200 目目标
- 5.5.2 高磁选 — 赤铁矿焙烧后处理
- 5.4.3 螺旋溜槽 — LIMS 前预选
- 6.4.1 铁矿与金矿冶炼 — 精矿造球
自测要点
- 给矿 42% TFe，精矿 66% TFe、质量回收 58%，求铁回收率。
- 尾矿 TFe = 14%、-200 目 72%，首要纠正措施是什么？
5.5.2 高磁选（HGMS / WHIMS）
学习目标
- 对弱磁性矿物（赤铁矿、菱铁矿、软锰矿）应用高磁选
- 配置 HGMS 介质（钢毛、棒栅）捕获细粒
- 按处理量与场强需求选择间歇式或连续式 HGMS
核心概念
| 术语 | 定义 |
|---|---|
| HIMS / WHIMS | 湿式高磁选机；场强 480–1600 kA/m |
| HGMS 高梯度磁选 | 钢毛或棒栅介质使磁通梯度剧增，捕获细粒弱磁性颗粒 |
| 赤铁矿 Fe₂O₃ | 弱磁性；需焙烧转磁铁矿或直接 WHIMS |
| 磁化焙烧 | 还原气氛加热使赤铁矿转为磁铁矿，再用 LIMS |
| 介质负荷 | 磁性物在介质中积累；须定期反冲洗或更换介质 |
| 间歇 vs 连续 HGMS | 间歇（Sala 型）：场强强、批量小；连续（Carousel）：处理量大 |
参数与指标
| 参数 | 典型值 | 单位 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 场强（HIMS） | 480–1600 | kA/m | 细粒取高值 |
| 给矿粒度 — HIMS | -200 至 -500 目 | μm | 典型 74–25 μm |
| 焙烧温度 | 700–800 | °C | 赤铁矿还原为磁铁矿 |
| 介质材料 | 钢毛、扩张网 | — | 堵塞时更换 |
| 矿浆浓度（HGMS） | 10–25 | % 固体 | 低于 LIMS |
| HIMS 精矿 TFe | 62–67 | % | 直接选赤铁矿；焙烧-LIMS 可达 68%+ |
| 焙烧能耗 | 20–40 | kWh/t | 赤铁矿矿石主要成本 |
公式
- 焙烧反应：
— 磁化焙烧 - 梯度力：
— HGMS 介质使 dH/dx 剧增 - 回收-品位权衡：
— 中试经验
工具与标准
- 常用软件/仪器： WHIMS 中试装置；磁化率测定；焙烧炉试验
- 相关标准：GB/T 6730.15（铁矿石还原性）；焙烧-磁选工艺规范
操作步骤
- 矿石性质：矿物组成（赤/磁铁矿比）、解离粒度、高场强 Davis 管试验。
- 选路线：中等磁性矿直接 HIMS；纯赤铁矿考虑焙烧-LIMS。
- HGMS 中试：变化场强（800–1400 kA/m）、给矿速率、介质类型。
- 焙烧设计（如需）：流化床或回转窑；控制 CO 分压。
- 安装 HIMS/HGMS：74 μm 给矿用逆流 WHIMS；< 30 μm 矿泥用 HGMS。
- 维护介质：连续式每 30–60 min 反冲洗；间歇式每周期换介质。
- 优化场强与处理量：场强高 → 回收好但 t/h 低。
赤铁矿工艺路线比选
知识延伸
弱磁选原理：赤铁矿等弱磁性矿物的磁化率比磁铁矿低 2–3 个数量级，常规 LIMS 场强（< 200 kA/m）不足以产生有效磁力。两条技术路线：一是直接 WHIMS/HGMS 在 480–1600 kA/m 下选别（回收通常 75–85%）；二是磁化焙烧将 Fe₂O₃ 还原为 Fe₃O₄ 后用 LIMS（回收可达 90%+，但增加 20–40 kWh/t 焙烧能耗）。HGMS 的核心创新是介质（钢毛、棒栅）使磁场梯度 dH/dx 比空腔磁系大 10–100 倍，从而捕获 < 30 μm 弱磁性颗粒。
参数交互：场强与给矿速率强负相关——场强固定时，给矿速率增 20% 可使回收降 5–8%。介质堵塞（矿泥覆盖钢毛）是 HGMS 运行中最常见问题，表现为尾矿品位逐渐上升，此时应预脱泥或增反冲洗频率，而非单纯增场强。焙烧过度还原（FeO 形成）使产品磁化率异常、LIMS 精矿品位下降，须精确控制炉内气氛（CO/CO₂ 比）。
路线选择逻辑：直接 WHIMS 适用于磁化率 > 50 × 10⁻⁶（SI）的赤铁矿/针铁矿混合矿；纯赤铁矿（磁化率 < 20 × 10⁻⁶）且规模 > 500 万 t/a 时，焙烧-LIMS 长期能耗可能低于多次 HGMS 精选。决策三要素：回收差 × 金属价格 vs 焙烧投资与能耗、矿石矿物组成稳定性、环保对焙烧 SOx/CO₂ 的限制。
常见误区
- 未解离赤铁矿上 HIMS：回收封顶 70% → 先增磨
- 介质堵塞：矿泥堵钢毛 → 预脱泥或增反冲洗
- 焙烧过度还原： FeO 形成、LIMS 品位降 → 精确控气氛
- 连续 HGMS 用间歇场强： 处理量超载、介质饱和 → 按设计能力给矿
关联章节
- 5.5.1 弱磁选 — 焙烧后处理
- 5.2.2 磨矿粒度控制 — HIMS 细磨
- 6.1.1 火法冶金 — 焙烧基础
- 5.7.1 尾矿浓缩 — 细粒尾矿处置
自测要点
- 赤铁矿给矿 35% TFe，WHIMS 精矿 62% TFe、质量回收 42%，求铁回收率。
- 对 40% TFe 赤铁矿比较焙烧-LIMS 与直接 WHIMS，列出除回收外的三项决策因素。