铁矿石选矿工艺优化：提升钢铁生产原料品质的关键技术
铁矿石选矿概述
铁矿石经开采加工用于炼铁炼钢。主要铁矿含Fe₂O₃(赤铁矿，含铁70%)或Fe₃O₄(磁铁矿，含铁72%)。矿石常伴脉石杂质。铁矿石品位通常以总Fe含量确定。经干/湿筛分后Fe含量通常>62%的矿石称"天然矿"或"直接发运矿"(DSO)，可直接炼铁炼钢。其余矿石需选矿加工后方可使用。
低品位铁矿石不能直接炼铁炼钢，需升级降低脉石提高Fe含量。此过程称铁矿石选矿(IOB)。
不同来源铁矿石矿物学特征各异，需特定选矿冶金处理获最佳产品。有效选矿前需有效破碎、磨矿、筛分，选用适宜技术。选矿方法选择取决于脉石性质及其与矿石结构赋存关系。洗矿、跳汰、磁选、重选、浮选等技术以各种组合用于提高Fe含量、降低脉石。特定矿石选矿重点通常是开发经济流程图，融合必要破碎磨矿筛分与选矿技术。图1为典型选矿厂流程图。
图1 铁矿石选矿厂典型流程图
常用选矿方法技术
破碎、磨矿与筛分技术
磨矿再磨目的将矿石磨至足够细度解离回收有价值矿物。IOB厂破碎磨矿筛分系统设计须考虑下游选矿工艺要求。破碎单元含初/二/三/四级破碎。颚式、旋回、圆锥、辊式破碎机用于矿石破碎。半自磨和自磨流程用于磨矿。棒磨机和球磨机均用于此。磨矿设备投资运营成本高，经济性在决定破碎磨矿程度中起大作用。其他考虑因素：矿石价值浓度、矿物学、硬度、水分。闭路磨矿最小化极易碎矿石(我区矿床常见)过磨。循环负荷越大颗粒过磨越少。
洗矿与湿法擦洗
原始且广泛用于块矿处理，剥离去除附着矿石表面的易碎软红土质、细粒、褐铁矿粘土。湿法擦洗对硬质多孔矿石也有效，此类矿石空腔/孔隙常填粘土质需大量去除。
重力选矿
适用铁矿物与脉石单体解离情况。铁矿物比重通常大于脉石。重选效果很大程度取决于适当破碎筛分确保合适粒度喂入设备及除泥。基于重选原理的设备/工艺众多，主要介绍如下：
- 重介质分离(密液分离)：用于粗粒矿(3-50mm)。-300目磨细硅铁作悬浮液造密度3-3.2，脉石浮起分离。悬浮介质经低强度磁选机(LIMS)回收。给矿须坚硬致密、脉石无孔隙。
- 重介质旋流器：用于0.2-6mm细粒矿。旋流器利用离心力和重力分离矿脉。-325目磨细硅铁作介质。
- 跳汰：重力浓缩技术，矿石分轻/中/重密度三级。跳汰粒级0.5-30mm。
- 螺旋溜槽：流膜分离装置。连续重力层流沿倾面向下。分离机制涉及主/次流型。主流为浆料重力顺槽向下。次流为径向横向：上层高密度颗粒离心离中心，底层高密度颗粒向中心聚集。螺旋溜槽沿程多点加水洗矿(带走轻脉石)。洗水量及分布可调满足操作需求。点控制高效导向水流最小化总需水量。适用给矿粒度0.3-1mm。通常浆密度25%-30%固体运行。
- 摇床：重选处理铁矿应用广。常用于精选和扫选回路。给矿粒度0.3-1mm。通常浆密度25%-30%固体运行。
- 多重力选矿机：研发阶段，设计处理铁矿细粒/超细粒。适用从泥和尾矿回收有价组分。
- 旋流器：浓缩铁矿用旋流器类型多：水力旋流器、短旋流器、重介质旋流器。结构简单成本低。主要部件：旋流器直径、进料喷嘴、溢流管、圆柱段、锥段。几何参数(直径、进口面积、溢流管、底流口、足够长度提供停留时间)有合理关系保证分级。浆料入室旋转产生离心力加速颗粒向外壁运动。颗粒螺旋向下经圆柱段入锥段。小质量颗粒向中心螺旋上升经溢流管排出——溢流产品(细颗粒+大部水)，应在大气压或接近大气压排出。大质量颗粒沿锥壁向下螺旋逐渐经底流口排出——底流产品，亦应在大气压或接近大气压排出。
磁选
磁选技术利用磁性差异分离铁矿与非磁性脉石。可干法/湿法进行，湿法更常见。按强度分低/高强度。低强度磁选机(LIMS)磁场1000-3000高斯，用于磁铁矿，廉价有效。高强度磁选机磁场达20000高斯，用于分离弱磁性赤铁矿等与非/弱磁性脉石。粒度和矿浆固体含量也是选型重要因素。
典型磁选含三阶段：(1)粗选/抛尾，(2)精选/粗选，(3)精选。各阶段可串联多台磁选机提高效率。各后续阶段处理更细颗粒(前序去除粗粒)。粗选机处理大颗粒、抛尾比例大。
主要磁选技术：
- 湿/干法低强度磁选(LIMS)
- 高梯度磁选(HGMS)
- 湿法高强度磁选(WHIMS)
- 弱磁性矿石辊式磁选机
- 干法选矿感应辊磁选(IRMS)
浮选工艺
浮选利用化学药剂使目标矿物/矿物组优先附着气泡分离。药剂选择性反应目标矿物。成功关键因素：粒度均一、药剂与矿物相容、水质不干扰药剂-矿物/气泡附着。
现代浮选主要用于升级磁选精矿。单独作为选矿法较少用。
药剂主要三类：(1)捕收剂/胺类，(2)起泡剂，(3)消泡剂。药剂可固体、不互溶液乳化液、水溶液等形式加入。调浆阶段药剂浓度须严控，过量阻碍反应降效率。影响调浆因素：药剂在浆体中充分混合分散、药剂与所有相关矿石颗粒反复接触、药剂与矿石颗粒接触反应时间。
制造工艺