摘要：简要介绍了超级精矿的用途、生产技术进展、市场前景、超级铁精矿的选矿工艺方法；重点介绍山东黄金集团昌邑矿业磁选精矿采用裕丰磁选柱精选获得品位72%以上，SiO2含量0.35%超级磁铁矿精矿的工艺和方法。
关键词：磁选精矿、超级铁精矿、磁选柱
前言
磁铁矿选矿厂生产的铁精矿品位一般在65%~66%，由易选磁铁矿生产的铁精矿可达到67.5%~69.0%，经过深加工提质降杂，可以将品位进一步提高，生产超级磁铁矿精矿。降杂主要是降低铁精矿中的SiO2等杂质的含量，使其满足磁性材料、海绵铁、高纯铁粉等原料的要求，TFe品位达到71.5%以上，SiO2等杂质含量降至0.6%以下。由普通磁铁矿生产超级磁铁矿精矿不仅拓展了铁矿的用途，而且有价格优势，提高经济效益。因此由普通磁铁矿精矿生产超级磁铁矿精矿具有广泛的应用价值和发展前景。
1超级磁铁矿精矿的用途及生产技术进展
超精可直接还原成海绵铁，代替废钢进行电炉炼制特殊钢。随着超级精矿选矿工艺技术的发展，超精的产品质量不断提高。除用于直接还原电炉炼钢外，已发展到由海绵铁金属化球团直接轧制钢材；生产粉末冶金用金属铁粉，用于模压复杂机械配件，代替氧化铁红生产磁性材料，用于无线电通讯、电话、扬声器、军事雷达、广播电视、航天电子、办公用品、家电、磁选设备，还可用于污水处理等，用途极其广泛。
1.1直接还原——电炉炼钢
直接还原是从生产海绵铁代替废钢发展起来的。直接还原是采用天然气、普通煤、煤气、石油等为热源和还原剂利用相应的炉具将超级铁精矿直接还原成铁粉的过程。这种技术在冶金焦少而煤多、石油资源多的国家和地区得到了迅速发展。
从经济上看，在相同产量下，直接还原的建厂投资和高炉基本相当，但海绵铁的生产成本要比高炉炼铁低得多。据英国报道，海绵铁的生产成本仅为高炉铁水的22.52%。从能量消耗上看，海绵铁为16.16MJ/t，而高炉铁水为14.49MJ/t。高炉炼铁需要焦炭，由于焦炭需由焦煤炼制，焦煤储量不足，价格比普通煤高许多，因而焦炭价格比普通煤贵3倍，所以高炉铁水成本比海绵铁高得许多，显出由海绵铁炼钢的优越性。
1.2海绵铁球团直接轧制钢材
用纯度99%的超级铁精矿直接还原的海绵铁，而后由其轧制的钢材，为钢铁生产带来了短流程炼钢和轧钢的新途径。这种新工艺过程不用高炉、转炉、也不经铸锭作业，生产环节少，还原温度低，可大量节约能源。
1.3用超级铁精矿生产高纯铁粉——粉末冶金铁粉
用超级铁精矿生产的高纯铁粉可以作为粉末冶金原料，用于航天、汽车、精密机械压制复杂机械零件，能提高材料的利用率，降低制品的加工过程中的能量消耗；应用在电焊条上，能使焊条的熔敷效率大大提高。此外，高纯铁粉在火焰切割、电子工业、化工催化剂、静电复印、食品、医药等领域也被广泛应用。
1.4超级铁精矿用于生产铁氧体磁性材料
铁氧体软磁材料和硬磁材料在电子工业方面的应用广泛而地位重要。它是电话、无线电、电视、雷达等通讯方面的基础材料，尤其是制造电子计算机磁芯存储器更为重要。在航天、航海、家电等工业方面的应用也占有相当大的比重。
电子工业对铁氧体的技术要求，随铁氧体类型的不同而不同。特别是对硬磁材料的铁氧体，其Fe2O3含量必须大于98%，SiO2含量不得超过0.6%~0.8%，纯度越高越好。资料证明当SiO2含量低于0.6%时，所生产的铁氧体呈现均匀结晶。而具有优异电磁特性的软磁质铁氧体，只能用SiO2含量低于0.2%的超级铁精粉生产。电子计算机的磁芯存储器所用的软磁质铁氧体，只能用更严格性质的物料制得，其工业产品容许的某些杂质含量如：SiO2 0.03%，Na2O或K2O 0.05%，CaO 0.3%，杂质总含量为0.8%。
1.5超级铁精矿在其它方面的应用
纯度高的海绵铁可以作为冶炼特种钢的原料，如用其炼制超低碳不锈钢，抗腐蚀性强，可用于化工设备，国产价格比进口低40%以上。
超级铁精粉还可用来处理污水，用于制做磁流体，选煤的重介质以及化工用催化剂等。2超级铁精矿的选矿工艺方法
从天然铁矿石中能有效制取超级铁精矿的原料只有易选磁铁矿和赤铁矿。除个别国家，如巴西的赤铁矿可直接由其还原制取超纯赤铁矿超级铁精矿外，一般都要从商品铁精矿中提取。由易选磁铁矿生产超级磁铁矿精矿比由赤铁矿容易，方法相对简单，成本也低一些。
对超精的质量，不同用途要求的杂质含量也不一样，就SiO2含量来说，用于作为炼钢原料的海绵铁SiO2含量小于2%即可，而用作高级磁性材料的SiO2含量要求在0.2%以下，其间相差10倍以上，因此生产超精的选矿工艺方法也必须是多种多样的、高效的。主要的工艺方法为：浮选、磁选、电选和细筛。根据质量要求及可选性情况，可以是单一的浮选、单一的磁选、单一的电选、甚至是二种或二种以上方法的结合。
2.1由普通易选磁铁矿精矿采用阳离子反浮选法生产超精，脱硅反浮选用阳离子捕收剂对易选磁铁矿精矿在细磨的基础上进行多次扫选的反浮选方法进行。
德国用烷基羟基醋酸胺浮选磁铁矿磁选精矿，在自然PH值下，经一次粗选，两次扫选获得含铁71.3%，SiO2 1.01%的超精。
美国的默萨比地区用阳离子反浮选法处理含SiO24%的磁选精矿，生产出含SiO2<2%的超精。在得到超精的同时，还可以得到适于高炉冶炼的普通铁精矿。
东北大学经研究选用性能良好的阳离子表面活性剂为石英的捕收剂，对磁选精矿进行反浮选脱硅试验研究，得到了SiO2含量小于0.5%甚至0.1%以下的超精。
2.2用单一磁选方法从易选磁铁矿精矿制取超精
本钢钢铁研究所由南芬磁铁矿精矿采用磨矿—脱水槽—磁选工艺流程，获得了TFe 71.0%，SiO2低于0.6%，磷和硫含量低于0.2%的高纯度超精。皮里奇选矿厂一磁精矿经两段筛孔为0.1mm的弧形筛，第二段细筛筛下产物与磁选的精矿合并，得到TFe 69%，SiO2 2%的超精。承德宽城某磁铁矿选厂用品位65%~66%的一般磁选精矿采用磨矿—细筛分级—弱磁粗选—弱磁精选的工艺流程生产出TFe71.5%~71.7%，SiO2含量小于0.5%的超级精矿。
试验研究和生产实践证明，对鞍山式沉积变质及类鞍山式原生磁铁矿，结晶粒度较粗的易选磁铁矿石生产出来的普通磁铁矿精矿，采用单一磁选法，通过细磨精选可以获得品位超过71.5%甚至72%，SiO2含量小于0.5%甚至0.2%的超级磁铁矿精矿。
3超级精矿和高品位精矿的市场前景
进入20世纪末以来，发达国家短流程炼钢以及粉末冶金产品需求量呈显著增加态势，我国进入21世纪普通精矿粉供应充裕，而优质铁精粉却供不应求。
以往生产锶铁氧体永磁材料多用铁红作为原料，进入20世纪90年代开始用超级磁铁矿精矿部分取代铁红。超精的纯度高，质量稳定，价格较铁红便宜。超精在电子工业、化工业、航空航天工业中的应用逐年增加，用量最大的仍属粉末冶金和直接还原生产海绵铁工业。
近年来国际磁材市场纷纷把目光投向资源丰富的中国磁材市场，美国、韩国、日本、东南亚等均从我国进口磁件，甚至在我国投资建磁件公司。从而极大地激发了我国磁材工业的发展。作为磁粉生产的一次原料的超精生产与之跟进，发展很快，各地，特别是河北与辽宁生产超精的小选矿厂纷纷上马。但目前国内生产的超精质量还不高，特别是优质的SiO2含量小于0.2%，TFe含量72%以上的很少，多数SiO2含量在0.3%~0.4%，TFe品位在71%~71.5%。
汽车工业和广告业的迅速发展，对磁材的需求量成倍增长，超精替代铁红生产磁材，不断增加的特殊钢需求量，耐腐蚀不锈钢需求和生产量的增加均要求超精供应量的增加。
天津大无缝钢管厂曾用南非进口的铁鳞直接还原后作电炉炼钢的原料，生产高质量的无缝钢管，该厂为此建了1个年产万吨的回转窑，棒磨山、石人沟等选矿厂为其提供超精原料。其原料，即超级铁精矿需求量不断增加。
4山东黄金集团昌邑矿业及鞍山金裕丰选矿科技有限公司由普通磁选精矿生产超精的试验研究
4.1矿床及矿石性质
该磁铁矿石产自山东安丘——莱州成矿带，外围有多个磁铁矿床，该铁矿床为经热液作用叠加的沉积变质型矿床。矿石构造以致密浸染状结构为主，少数为致密块状、条带状存在。矿石矿物以磁铁矿为主，次为黄铁矿、磁黄铁矿；脉石矿物以透辉石、蛇纹石、方解石为主，次为角闪石、长石、黑云母、石英、透闪石、滑石、石榴石、石膏、磷灰石等。
磁铁矿以他形——半自形粒状，粒度一般0.05~0.3mm，有的形成多晶集合体。
黄铁矿局部可见，反光下为浅黄色，呈半自形粒状及他形填隙状，多分布于磁铁矿粒间，其形成晚于磁铁矿。
岩石主要由石英、角闪石、黑云母、磁铁矿、石榴石等矿物组成，副矿物为磷灰石等。
石英呈粒状与其它矿物镶嵌分布，黑云母具明显的定向分布特征。石英粒度一般为0.2~0.5mm。
角闪石呈柱状，多呈定向分布，有的聚集分布，柱长0.2~0.8mm；黑云母呈鳞片状，与角闪石一起定向分布，片长一般为0.1~0.5mm，有的被绿泥石交代。
磁铁矿呈他形——半自形粒状，主要分布于角闪石颗粒间，少量分布于石英粒间，粒度一般0.05~0.3mm。
石榴石局部可见，呈粒状变斑晶状，有的包含石英，粒度0.5~1mm。磷灰石呈柱状，零星分布。
矿石化学多元素分析结果见表1，物相分析结果见表2。
表1 矿石化学多元素分析结果
表2 矿石铁物相分析结果
选矿厂2011年9月末建成投产生产平均品位65%以上的磁铁矿精矿，精矿中有害杂质含量较低，经探讨研究可以由其深加工生产超级磁铁矿精矿，以增加企业效益。
4.2 现场最终磁选精矿小型裕丰磁选柱精选试验
2012年2月对取自现场的高品位磁选精矿进行了旨在生产超级磁铁精矿的试验研究。
表3 现场高品位磁选精矿筛析试验结果（%）
分析表3原精矿筛析结果，各粒级产率和品位均呈正态分布，即由粗而细品位呈提高趋势，-0.10+0.075和+0.10mm两个粒级品位低，特别是+0.10mm粒级品位最低，为52.66%，原因是其中存在连生体较多所致。原精矿-200目含量为71.20%，TFe品位68.09%，mFe品位67.85%。
4.2.1 现场高品位磁选柱精矿分级两段磁选柱精选试验
试验结果见图1所示数质量流程。
采用该工艺流程为现场引出一部分精矿生产超级磁铁矿精矿的流程方案，引出量可根据要求的超级精矿量加以确定。采用该试验流程的指标为超级精矿对原精矿的产率为49.68%，品位为72.02%，此外还可产出产率为45.93%，品位为69.91%的高品位磁铁矿精矿。
4.2.2现场精矿磨矿-磁选-磁选柱两段精选-中矿再磨再选试验
试验结果见图2所示数质量流程。
由图2结果可知，原精矿由-200目71.2%磨至-200目87.2%后再经磁选和两段磁选柱精选，可生产品位72.13%，产率为75.08%超级磁铁矿精矿，同时还可由柱尾产出产率为19.14%，品位为70.06%和高品位磁铁矿精矿。
图1的优势在于不用将现场精矿先经细磨，而是采用细筛分级的方式将解离度偏低的+200目部分筛出作为中矿处理，而筛下部分经两段磁选柱精选获得TFe品位72%以上的超级磁铁矿精矿，同时由筛上产物及磁选柱尾矿(中矿)产出高品位磁选精矿，供球团矿作为原料。
图2流程是将现场精矿先行磨矿，-200目含量由71.2%提高至87.2%后先磁选甩弃部分合格尾矿，而磁精经两段磁选柱精选产出品位＞72%的超级磁铁矿，精矿也是由磁选柱尾矿产出用于生产球团矿原料的高品位磁铁矿精矿。
图1和图2中第二段磁选柱的尾矿品位在70%～71%，本身也可以作为生产金属化球团的原料；第一段磁选柱尾矿品位50%～64%，若结合分级磁选也不必均先进磨矿；若由柱尾或筛上产物生产品位65%～66%的普通精矿只需磨少量连生体产物即可。
采用图2流程是将全部现场精矿磨至-200目87.2%给入磁选柱精选系统，而图1流程是在原精矿-200目71.2%下，未经磨矿、筛下部分进入磁选柱精选系统，因而图1超精产率低而图2超精产率高。
4.2.3试验所产超级精矿的多元素化学分析
试验所产超级精矿的多元素化学分析，结果见表4。
表4 超级精矿多元素化学分析结果
注：多元素化学分析由中治北方工程有限公司研究公司化验。
化验结果表明试验获得的超级精矿TFe品位接近72%，SiO2含量低于0.6%，为0.35%，达到了直接还原，粉末冶金生产金属铁粉，生产铁氧体磁性材料，更达到了生产海绵铁球团原料的要求。
5裕丰磁选柱结构，分选原理及其应用
裕丰磁选柱是鞍山金裕丰选矿科技有限公司，原辽宁科技大学选矿工程教授刘秉裕于1992年研制发明的专利产品，历经多次革新换代，是一种电磁式低弱磁场高效磁重选矿设备。
5.1裕丰磁选柱的结构和分选原理
裕丰磁选柱结构如图3所示。该磁选柱是鞍山金裕丰选矿科技有限公司2012年推出的最新一代磁选柱，型号为CZB(40～1200)-Ⅲ。它的主要功能部件是分选筒和由多组电磁线圈组成的电磁系统和能够实现自动变换励磁及自动控制各参数的电控系统构成。分选性能国内外领先，不仅能在较粗磨矿粒度下高效分出矿泥、单体脉石，还能高效分出连生体，大幅度提高精矿品位，而且单位面积处理能力是其它同类磁重选矿设备的2～3倍以上，并且由于单位面积处理能力高而具有明显的省水效果，在处理量相同情况下省水一半以上。
裕丰磁选柱从上至下由给矿斗、尾矿溢流槽、分选筒、外筒、内外筒之间的电磁系、下边的底锥、底锥下的浓度传感器及电子电动管夹阀构成。
分选过程原理：待选矿浆由给矿斗1上的给矿管2给入，经给矿斗下的垂直给矿管下部的多个长孔喷洒进入分选筒的中上部，在多组励磁线圈自上而下给断电，下移磁场力作用下将矿浆中的磁铁矿颗粒成链地上下串动式往下拉动。磁场呈脉动变化，时有时无、时强时弱，多次磁聚合，多次充分分散，由高速旋转上升水流高效冲带出矿泥、单体脉石和连生体，最后在底锥下部排出品位大幅度提高的高品位磁铁矿精矿，甚至超级磁铁矿精矿；矿浆中的矿泥、单体脉石、连生体是由与磁力方向相反的底部给水和中部给水装置给入的高速旋转上升水流冲带向上由尾矿溢流槽上沿溢出，成为磁选柱的尾矿或中矿，达到高效分出矿泥、单体脉石、连生体特别是贪连生体，产出高品位磁铁矿精矿或超级磁铁矿精矿的目的。
磁选柱有多个可操作因素，①磁场强度，由改变励磁电流强度加以改变；②磁场变换周期，即多组线圈供电循环一个周期，由电控柜触摸屏选择确定；③上升水流速度，由改变供水量大小加以改变，允许的上升水流速度高达2～6cm/s；④底流浓度，选定可持续而稳定 的高底流浓度有利于提高精矿品位，并可适当省水。底流浓度在50%～70%之间选定。在电控柜触摸屏上浓度参数输入标准值，自控系统中的浓度传感器和电动阀门进行自动控制有自动适应给矿量小幅波动的能力；⑤给矿浓度：适宜的给矿浓度35%～45%，由磁选柱给矿前的磁选设备精矿卸矿水量大小加以确定。
5.2裕丰磁选的用途
5.2.1 精选用途：精选低品位磁铁矿精矿，精矿品位提高2-10个百分点。
5.2.2 粗精选用途：精选磁选过程粗精矿中矿小于0.2mm部分，通过磁选柱精选可提前获得最终合格精矿。
5.2.3 超精用途：由易选磁铁矿精矿生产超级磁铁矿精矿，品位可达71%，甚至72%以上。
5.2.4 浓缩用途：作为磁铁矿中矿或精矿高效浓缩、脱水设备、底流浓度可达60-74%，可省去建大面积浓缩池的高额费用，节省基建投资，经营费用低。
5.2.5 降杂用途：降低磁铁矿精矿中杂质的含量，如硅、硫、磷等。
5.2.6 增产用途：采用磁选柱精选工艺，可以适当放粗磨矿粒度，提高原矿处理量，即在其 他消耗基本不增加情况下，实现增加精矿产量的目的，达到降低精矿成本、增产、增效的效果，增产幅度15%~40%。
5.3裕丰磁选柱的效益类型
5.3.1质量效益类型。该类型是靠提高磁铁矿精矿品位和降低Si、S、P等杂质使磁铁矿升值而增加效益。
5.3.2增产效益类型。该类型是依据裕丰磁选柱能高效分出连生体大幅度提高品位的原理，生产要求品位65~66%磁铁矿精矿时，允许最终磨矿粒度适当放粗而实现增产，从而使吨精矿成本大幅下降而增加效益。
5.3.4混合效益类型。该类型是靠既适当提高精矿品位，又适当放粗磨矿粒度，实现既适当提高品位，又适当提高产量而增加效益。
以上用途和效益类型在已经应用磁选柱的磁铁矿选矿厂均得以体现。
参考文献
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