低品位铁矿优化选矿：高效跳汰工艺技术详解

低品位铁矿选矿背景与跳汰工艺地位

随钢铁产量增长，铁矿资源消耗加速，高品位铁矿供应锐减，行业转向利用多年堆存矿山的低品位铁矿和矿泥。这些矿泥实属低品位铁矿。部分铁矿矿物组成复杂，常规选矿技术无效。现代选矿工艺可低成本高效升级此类矿石块矿、细矿及超细矿。因铁矿成分、矿物学、形状、尺寸多样，选矿无"一刀切"方案。

大多数"采掘矿石"(ROM)含大量杂质，需选矿除杂达标。选矿程度取决于稀释剂水平、脉石杂质在矿石结构中分布形式。矿物解离是响应选矿技术的关键步骤。选技术前需矿物学评估，洞察矿石脉石伴生关系、粒度等。

低品位铁矿分类选矿存在多重问题：主要难点在于矿物学特性、部分矿石软性、高硅/铝或兼有。其他问题：解离差、含水羟基矿物(针铁矿/褐铁矿)高、点火损失(LOI)高。解离差矿石需细磨达充分解离。

选矿工艺选择取决于脉石性质及其与矿石结构关系。跳汰、洗矿、磁选、重选、浮选等技术单独或组合用于提高铁品位、降低脉石。

重力选矿在铁矿中的应用

铁矿选矿常利用重力、浮选、磁选原理。重力浓缩法是最古老、最经济技术之一。虽浮选、磁选等后续技术也用于选矿，但仅部分替代重力浓缩，未使其过时。重力分选技术因低成本、易操作、环保，在铁矿选矿中广泛应用。重力浓缩基于矿石不同颗粒差异沉降速度。沉降速度由重力(体积密度)、浮力、阻力共同决定。铁矿常用重力技术：摇床、跳汰、螺旋溜槽。典型作业范围见图1。

部分地区对低品位赤铁矿焙烧还原转磁性矿后磁选。另法用气-固流化床密介质富集铁矿，选密介质及流化气压取决于矿石特性。

有效选矿首需破碎、磨矿、筛分实现铁富集颗粒解离。需采用适宜破碎磨矿筛分技术。磨矿目的是将矿石磨至足以解离回收有价值矿物的粒度。破碎磨矿筛分系统设计需考虑下游选矿工艺要求。破碎单元含初/二/三/四级。颚/旋回/圆锥/辊式破碎机用于破碎。半自磨/自磨回路常用于磨矿，棒磨/球磨机均用。磨矿设备投资运营成本高，经济性主导破碎磨矿程度规划。其他考虑因素：矿石价值浓度、矿物学、硬度、水分。闭路磨矿减少极易碎矿石过磨，循环负荷越大过磨越少。

跳汰工艺详解

跳汰是利用流体中颗粒密度差进行矿石浓缩的工艺。包括将颗粒按比重分层后移除分离层。跳汰浓缩不同于重介质分离(直接分离)，床层分层渐进，经一定时间后实现产品分离。

跳汰是重力分选法之一，给矿颗粒通常粒度相近，常经破碎筛分后给入跳汰床。虽跳汰机设计多变，基本原理一致。跳汰用水作分选介质，适用矿物、矿石、矿渣等有密度差的物料。当分选密度差>4.0 g/cm³时效果显著。

跳汰是在垂直平面流体脉动间歇流化颗粒床运动基础上，按分层原理在流体中排序矿石中不同物料。分层使颗粒按密度自上而下递增排列。此排列由连续变化的多种力作用于颗粒形成，比多数重力浓缩法更依赖颗粒密度。

跳汰选铁矿已数十年。选择跳汰理由：(i) 分离相对容易；(ii) 运行成本与降低产出率相比重介质工艺有利权衡；(iii) 能处理分选密度>4.0的矿石；(iv) 矿石物理特性使重介质分离不适用(如宏观孔隙不可接受介质损失)。气动跳汰机用于铁矿选矿很普遍，因其能产生流化深层重矿(特别是块铁矿)所需大脉冲振幅。

跳汰过程中，颗粒给入跳汰床(通常筛板)，脉动水柱向上推动颗粒悬浮水中。脉冲消散水位回落，颗粒重新沉降床面。颗粒悬浮时受重力能，高密度颗粒沉降快，形成底部高密度物料浓缩。颗粒按密度浓缩后可分别提取。铁矿选矿中致密物料为目标富集矿，其余作浮矿(尾矿)弃置。跳汰原理见图2。

跳汰机操作简单但整体工艺复杂，受多相互关联因素强影响。这些因素直接关联跳汰工艺可分解的子过程：跳汰机本身及提供预设冲程模式的驱动装置，给矿、布矿、分层物料排出、跳汰机输送机构。许多因素可控(操纵变量)，但一些与待选矿石相关的不可控因素(扰动变量)也重要影响分选。这些是影响跳汰性能的基本原因。跳汰床通常分两区：精矿区为底层，重矿含量>95%，代表精矿质量下限。

影响跳汰性能的两大关键参数

(i) 脉冲形状，(ii) 矿石脉动时间(停留时间)。"脉冲形状"涵盖：(i) 脉冲振幅，(ii) 脉冲频率，(iii) 脉冲尖锐度(通常指脉冲初期水柱加速度或其偏离正弦波形程度)。"停留时间"指矿石在跳汰床驻留时间。脉冲形状设定最优分层速率后，仍需足够停留时间(取决于跳汰机宽/深/长)确保难选物料(细粒、近密度物料)有时间迁移至预期床层。

改变脉冲形状影响分离速率和质量。通常速率与质量相互制约，成功跳汰设计采用在经济可行停留时间内给出可接受分离的脉冲形状。设计挑战在于自信选择尺寸合适、提供足够脉冲形状确保最大性能和灵活性的跳汰技术。

气动跳汰机详解

铁矿选矿多用气动跳汰机，因其能产生流化深层重矿(特别是块铁矿)所需大脉冲振幅。气动跳汰基本原理：向敞口腔室注入低压空气(<1大气压)，加速水柱透过待跳汰物料床。实现两种方式：气室横跨跳汰机筛板下宽度，或位于跳汰床一侧。前称"床下脉动"跳汰机，后称"侧向脉动"跳汰机。用空气代替机械系统，因机械系统需瞬间高功率加速水柱至所需速度，极高功率持续极短时间。鼓风机供气储气罐连续运行，平均功率合理。鼓风机替代压缩机或液压站，因同等功率下鼓风机维护更易。

气动跳汰机结构含筛板支撑跳汰床，允许气室产生水脉冲将床层提升至特定物料和底水可接受高度。底水恒定流经床层助分选效率并维持床层流化更久。跳汰末端浮子测量床层冲程指示产品床高。产品床高指示PLC微调开关产品闸门控制床高在设定值窄带内。尾矿越堰排出，产品收集于跳汰机下方料斗。高低液位探针启停给矿机控制产品提取。脉冲由进出筛板下气室空气产生。空气压低气室水产生矿床脉冲，放气使矿床沉降筛板待下一脉冲。空气由鼓风机产生储于工作气罐。弹簧阀控制气室进出空气。气室气水界面液位探针测量，控制弹簧阀时序维持气室冲程恒定。典型气动跳汰机示意图见图3。