磁选试验分析（一）
一、概述
磁选通常用来分选铁、锰、镍、铬、钛以及一些有色和稀有金属矿石。随着工业和科学技术的发展，磁选的应用日趋广泛，不仅应用于瓷工业、玻璃工业原料的制备以及冶金产品的处理等，而且还扩大到污水净化、烟尘及废气净化等方面，我国目前磁选主要用于分选铁矿石以及钨锡和稀有金属矿石的精选。
磁选试验的目的在于确定在磁场中分离矿物时最适宜的入选粒度、自不同粒级中分出精矿和废弃尾矿的可能性、中间产品的处理方法、磁选前物料的准备（筛分和分级、除尘和脱泥、磁化焙烧、表面药剂处理等）、磁选设备、磁选条件和流程等。
电选主要用于精选作业，即电选的原料一般是经过重选或其它选矿方法选出来的粗精矿，采用电选分离共生重矿物并提高精矿品位。当然也有部分矿物直接采用电选方法分选。电选对于各种粗粒级重矿物的分离及提高精矿品位是很有效的，有部分矿物采用浮选、重选或磁选难以分离，但却可用电选法有效地使之分离。
二、磁选试验
磁选是根据各种矿物磁性的差异分离矿物的一种选矿方法。因此，要确定所研究的矿石能否采用磁选，首先必须研究矿石的磁性，即事先对矿石进行磁性分析，然后再做预先试验、正式试验，以确定磁选操作条件和流程结构。
（一）矿石的磁性分析
矿石磁性分析的目的在于确定矿石中磁性矿物的磁性大小及其含量。通常在进行矿产评价、矿石可选性研究以及检验磁选厂的产品和磁选机的工作情况时，都要做磁性分析。
矿石的磁性分析主要包括矿物的比磁化系数的测定与矿石中磁性矿物含量测定两部分。
1.矿石中主要矿物比磁化系数的测定
各种矿物比磁化系数的测定，在磁选可选性研究工作中有很重要的意义。
测定有用矿物与脉石矿物的比磁化系数后，可以初步估计它们的分选效果。矿物按其磁性的强弱可分为三类；
（1）强磁性矿物这种矿物的比磁化系数大于35*10-6m3/kg。属于这类矿物的主要有磁铁矿、钛磁铁矿、磁赤铁矿、磁黄铁矿等。此类矿物属易选矿物，可用约0.15T的弱磁场磁选机分选。
（2）弱磁性矿物这种矿物的比磁化系数为7.5~0.1*10-6m3/kg,属于这类的矿物最多，如各种弱磁性铁矿物（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铬铁矿等），各种锰矿物（水锰矿、硬锰矿、菱锰矿等），大多数含铁和含锰矿物（黑钨矿、钛铁矿、独居石、铌铁矿、钽铁矿、锰铌矿等）以及部分造岩矿物（绿泥石、石榴石、黑云母、橄榄石、辉石等）。这些矿物有的较易选，有的较难选，因而所需磁场变化围较宽，约0.5~2.0T.
（3）非磁性矿物这类矿物的比磁化系数小于0.1*10-6m3/kg。现有磁选设备不能有
效地进行回收。属于这类矿物较多，如白钨矿、锡石和自然金等金属矿物：煤、石墨、金刚石和高岭土等非金属矿物；石英、长石和方解石等脉右矿物。此类矿物磁性很弱，随着磁选技术的发展，也可用磁选法回收。
2.磁性矿物含量的分析
实验室常用磁选管、手动磁力分析仪、自动磁力分析仪、湿式强磁力分析仪和交直流电磁分选仪等分析矿石中磁性矿物含量，以确定磁选可选性指标，对矿床进行工业评价，检查磁选过程和磁选机的工作情况。
对磁性分析仪器的要：矿物按磁性分离的精确度高；可调围比较宽；处理少量物料时损失不大于2% 。
（1）磁选管常用于细粒级强磁性矿物的磁性分析。
磁选管构造如图1所示。在“C”字形铁芯上绕有线圈，通以直流电，电流强度可用变阻器调节，最高磁场强度可达160~240kA/m。玻璃管（直径稍大于磁极的间隙，一般为ф40~100mm）用支架支承在磁极中间，并与水平成45°角。通过适当的传动装置，用电动机带动支架上的圆环（套在玻璃管的外面）使玻璃管作往复地上下移动和转动。有的无传动装置，则用手作上下移动和转动。
图1 磁选管外形图
1—铁芯；2—线圈；3—玻璃管；4—给水管
试验时，取适量（对ф40mm左右磁选管以在管壁上吸2~3g磁性产物为宜，对于ф1 00毫米左右磁选管一般为7~8g）有代表性的细磨试样，装入小烧杯中进行调浆，使其充分分散。然后将水引入玻璃管，并调节玻璃管上下端橡皮管的夹子，使玻璃管水的流量保持稳定，水面高于磁极30mm左右。接通直流电源，并调节到预先规定的安培数，开始给矿。先
将烧杯中的矿泥部分徐徐地由玻璃管的上端冲洗到管，待矿泥部分给完后再给沉于杯底之矿砂。磁性矿粒在磁力的作用下，被吸引在极间的管壁上，而非磁性矿粒则随冲洗水从玻璃管下端排出。然后继续将玻璃管作往复的上下移动和转动，使物料受到更好的清洗，当脉石颗粒和矿泥被清洗干净后（管水清晰、不混浊时为止），停止给水，放出管中的水，更换接矿器，切断直流电源，洗出磁性产品。一份磁析样品一次做不完时，可分几次做，做完后，精矿和尾矿分别合在一起脱水、烘干、称重、取样、送化学分析，求出磁性部分在原试样中的百分含量井评定磁选分离效果。
用大量试样在实验室型磁上进行试验得出的或工业生产得出的磁选产物，多半都用磁选管进行磁性分析，检查各产物中磁性矿物的含量，以评定磁选效果。
对组成比较简单的矿石，如单一磁铁矿石，磁选管的磁性分析结果便可满足矿床工业评价的需要。
（2）湿式强磁力分析仪可用实验室型湿式强磁选机进行磁性分析。该机是吸收国外琼斯和埃里兹型磁选机的某些特点，并结合小型试验的需要而研制的选矿试验设备，其构造如图2所示。
图2 湿式强磁选机构造示意图
1—搅拌机；2—搅拌桶；3—给矿阀；4—三通阀；5—冷却水套；6—扁嘴运动拉杆；
7—铜扁嘴；8—激磁线圈；9—铁芯；10—分选箱；11—承矿漏斗；
12、13、14—精、中、尾矿接矿桶；15—偏心轮；16—微动开
①设备规格和结构磁场强度调节围为0.15-2.3T，最大处理能力10kg/h。主要由铁芯、励磁线圈、分选箱、给矿、冲矿、接矿装置等几部分组成。
铁芯采用方框磁路，磁极头之间的间距为42mm。
励磁线圈用纱包扁铜线绕制而成。共有8个线包，在磁极头附近双侧配置，最大允许工作电流为20A，在各线圈间设置夹层铜质冷却水套。
分选箱由五块纯铁制成的齿板和两块铝质挡板组成，齿尖角100°。紧靠磁极头的两块齿板为单面，其余为双面齿板。所有齿板由带沟槽的铝挡板固定，两齿板的齿尖距1. 5mm，齿谷距6.25mm。为适应选别不同类型矿石的需要，设有备用分选箱。
给矿、冲矿及接矿装置在分选箱上部有一搅拌桶，搅拌桶（或漏斗）底部有由电磁铁控制的给矿阀，阀门下端安装一长35mm，宽2mm的铜扁嘴，扁嘴由平衡电动机带动作往复运动。矿浆从搅拌桶经给矿阀和扁嘴均匀地进入分选箱。
中矿清洗和精矿冲洗水，分别由19mm和25mm电磁阀控制，经给矿阀与扁嘴之间的三通管，由扁嘴进入分选箱。
从分选箱中的排矿，经漏斗排入接矿箱。漏斗由可逆电动机和偏心连杆机构带动作摆动运动。当操作台给定时间接通电动机电源后，漏斗开始摆动，当摆至某一接矿箱上部时，偏心轮上触点断开微动开关，电源切断，摆斗在此位置自动停止；排矿完毕后，又启动，再停止在另一接矿箱上，依次循环，实现产品的分别接取。
②操作。整个操作过程包括给矿、分选、清洗、排矿、以及转换排矿漏斗位置等，均由数字计时器按预先给定的程序自动控制。最后将磁性产品、非磁性产品烘干、称重、分别送化验。
（3）手动干式磁力分析仪手动磁力分析仪示于图3，它主要由铁芯1、齿极2、平极3和线圈4组成，齿极可上下移动。通入直流电后，两磁极之间产生强磁场，其磁场强度的强弱可以通过调节激磁电流及极距来实现。一般两极之间的工作磁场强度可在0.1~1.8 T之间变动（最高可达2T以上）。如果被分析的试样中有不同的磁性矿物，则可按磁性强弱依次进行分离。操作顺序如下：
图3 手动干式磁力分析仪示意图
1—铁芯；2—齿极；3—平极；4—线圈；5—支臂；6—螺杆
①取1-3g矿砂呈单层撒在玻璃板上，并送进工作间隙；
②根据试样粒度调节齿极与玻璃板上矿层之间的距离；
③通入一定大小的激磁电流，将玻璃板贴着平极来回作水平移动，使磁性矿粒吸在齿极上；
④取出给矿玻璃板，再换上另一块接精矿的玻璃板；
⑤切断电流，吸在齿极上的磁性矿粒落在玻璃板上，即为磁性产品。试样重量较多或粒试较细时，一份试样分几次做完，做完后称重，即可计算各产品的重量百分数。
由于磁性矿粒所受的磁力随齿极与矿粒之间的距离减少而急剧增加，所以在操作过程中，玻璃板应始终贴着平极移动，使整个操作过程均在磁力相同的条件下进行。
（4）自动磁力分析仪此种磁力分析仪的磁场强度可在0.01~2T围均匀调节，适于干式分离小于1~0.075mm的弱磁性矿石。
自动磁力分析仪如图4所示，由铁芯1，磁极头2，线圈3，电振分选槽4等组成。电振分选槽的上端有给料环5及电动给矿器7，下端有接料漏斗和接料杯6。磁析仪用心轴支放在悬臂式的支架8上，转动手轮9可以改变分选槽的纵向坡度。悬臂支架被心轴固定在机座上，转动心轴上装有转动手轮，可以用来改变电振分选槽的横向坡度。
图4 自动磁力分析仪
1—铁芯；2—磁极头；3—线圈；4--电振分选槽；5—给料杯；
6—接料杯；7—电振给矿器；8—支架；9—转动手轮
3.1 铁矿石的磁选 【铁矿床的分类】按地质成因和工业类型分为9大类。 【各类型铁矿的分析要素】 〖分布，储量，储量特点，矿物成分—主要矿物，共、伴生矿物，脉石矿物→综合利用〗 3.1.1磁铁矿石的磁选 【磁铁矿石的特点】—地质成因—属高中温热液接触交代矿床的矿石（矽卡岩型） —有效选矿方法—磁选。 —典型分选工艺流程图3-3-1 P355. —工艺特点：分段，球磨，磁选机选择。 3.1.2 磁铁石英岩矿石的磁选 【磁铁石英岩矿石特点】—沉积变质岩矿床产出，我国叫鞍山式贫磁铁矿，国外叫铁燧岩 —广泛选用磁选法分选。或磁铁石英岩 —分选工艺特点：阶段磁选、阶段磨矿。逐步减少下段负荷。 〖例〗首钢铁矿石基地—河北迁安大石河铁矿 —地质成因：构成矿体岩层系属于前震旦纪麻岩并呈条带状和片麻岩构造。 矿体间和矿体内广布各类型夹石。→开采时易于混入（废石），矿石贫化严重。 地质品位30.18%，入选矿石品位只有25%。 【矿石中主要金属矿物、伴生矿、主次脉石】 【有用矿物与非有用矿物的结合状态】 【结晶粒度】—分磁铁矿和赤铁矿 【解离粒度】 【矿石化学多项分析结果】表3-3-1 【流程】—图3-3-2 P356. —工艺特点： —流程的主要技术指标。 【上述内容就是我们一般考察一个矿种及其选矿工艺时，所应基本了解和掌握的东西】差经济指标等。 3.1.3 弱磁性铁矿物的磁化焙烧与弱磁选 1.磁化焙烧简介 【磁性较低或弱磁性矿物】赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿 —通过焙烧变成强磁性铁矿物（磁铁矿或γ型赤铁矿），然后用若磁选的方法回收。【磁化焙烧】—是矿石加热到一定温度后，在相应的气氛中进行物理化学反应的过程。 〖按焙烧原理分类〗还原焙烧、中性焙烧、氧化焙烧。 ①还原焙烧—适用于赤铁矿、褐铁矿，还原剂有C、CO和H2。 主要是将Fe2O3→（还原成）Fe3O4，即将Fe3+→ ②中性焙烧—适用于菱铁矿Fe3O4 主要是将FeCO3→分解为Fe3O4 ③氧化焙烧—适用于黄铁矿 主要是将FeS→氧化为Fe7O8磁黄铁矿 →氧化时间很长，则磁黄铁矿变为磁铁矿。 还有氧化还原焙烧和还原氧化焙烧。还原剂为气体、液体和固体。煤气、重油和煤。
第三章磁选工艺 一、铁矿石的磁选 我国已探明的主要铁矿床可划分为9大类。 鞍山式铁矿是我国最重要的铁矿床，占总储量的50％左右。矿石中金属矿物以磁铁矿为主，其次是赤铁矿、菱铁矿；脉石矿物有石英、绿泥石、角闪石、云母、长石和方解石等。 镜铁山式铁矿主要分布在我国西北部甘肃境内，矿石中主要金属矿物为镜铁矿、菱铁矿等，共生有价矿物为重晶石。脉石矿物主要为碧玉、铁白云石等。 攀枝花式铁矿是一种伴生钒、钛、钴等多种元素的磁铁矿，其矿石 储量居我国铁矿总储量的第二位。矿石中主要金属矿物有含钒钛磁铁 矿、钛铁矿，硫化物以磁黄铁矿为主。 根据含铁矿物的不同，有工业价值的铁矿石主要有：磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石和混合型铁矿石（赤铁矿一磁铁矿混合矿石、含钛磁铁矿石、含铜磁铁矿石）等。 1）磁铁矿石磁选 磁铁矿石属高中温热液接触交代矿床的矿石，这种矿石最有效的选矿方法是磁选，典型的分选流程如所示。其分选工艺多配有一段或二段干式磁选分选中碎或细碎产品，作为分选前的准备作业。 干式磁选主要是排出粗粒尾矿和获得进一步进行深选的产品。对进一步深选产品经二段或三段细磨，再进行二段或三段湿式磁选，得最终精矿产品。 2）弱磁性铁矿物的磁化焙烧与弱磁选
由于赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿等矿物的磁性较低，用弱磁选无法回收，但可以利用磁化焙烧的方法将它们变成强磁性铁矿物（磁铁矿或γ-赤铁矿），然后利用弱磁选的方法回收。 磁化焙烧是矿石加热到一定温度后在相应气氛中进行物理化学反应的过程。根据矿石不同，化学反应不同。磁化焙烧按其原理可分为还原焙烧、中性焙烧和氧化焙烧等。 焙烧磁化产物一般用弱磁选的方法进行分选。典型的（洒钢选矿厂）生产流程见图。 3）弱磁性铁矿物的强磁选 琼斯湿式强磁选机被大量用于氧化铁矿石的磁选。 二、锰矿石的磁选 我国的锰矿石储量居世界第四位。 我国碳酸锰矿多，约占锰矿总量的57％。目前，锰矿选矿方法有重选、重介质一强磁选、焙烧一强磁选、单一强磁选、浮选以及多种方法联合等。 锰矿物属于弱磁性矿物，其比磁化率与脉石矿物的差别较大，因此，锰矿石的强磁选占有重要的地位。对组成比较简单、嵌布粒度较粗的碳酸锰矿石和氧化锰矿石用单一磁选流程可获得较好的分选指标。 图6-3-7是湖南桃江锰矿强磁选流程。
红土镍矿弱还原焙烧磁选项目研究报告 作者：王春轶 红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化产生的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状氧化矿石，由于氧化铁矿石呈红色，所以称为红土矿。风化过程中镍自上层浸出，在下层沉淀，NiO取代了相应的硅酸盐和氧化铁矿物晶格中的MgO、FeO。红土矿的化学和矿物学组成变化范围很大，特别是Fe／Ni和SiO2／MgO的重量比、化学和物理水含量。 矿石中镍元素和铁元素的分布具有一致性。矿石中富铁的部分中往往镍含量也较高，其它部分相对较低。这在理论上对此类矿石进行还原一磁选富集提供了可能性。还原焙烧--磁选工艺的最大特点是生产成本低，能耗中能源由煤提供，每吨矿耗煤160~180Kg。而火法工艺电炉熔炼的能耗80%以上由电能提供，每吨矿电耗560~600kWh，两者能耗成本差价很大，按照目前国内市场的燃料价值计算，两者价格相差3~4倍。 世界上工业化生产的只有日本冶金（Nippon Yakim)公司的大江山冶炼厂，其工厂的还原焙烧一磁选工艺流程为：原矿磨细后与粉煤混合制团，团矿经干燥后，高温进行还原焙烧，焙砂球磨后得到的矿浆进行选矿重选和磁选分离得到镍铁合金产品。但是该工艺存在的问题仍较多，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够成熟，经过几十年的发展，其生产规模仍停留年产l万吨镍左右。 一、国内红土镍矿还原焙烧磁选研究现状 国内对红土镍矿还原焙烧磁选方面做过深入研究的有中南大学，东北大学，北京矿冶研究总院，北京科技大学，昆明贵金属研究所，四川大学等科研院所，还有贵研铂业股份有限公司，首钢有限公司，江西稀有稀土金属钨业集团有限公司等企业也做过相关的研究。 针对我公司红土镍矿弱还原焙烧磁选研究项目，我对国内中南大
焙烧 焙烧与煅烧是两种常用的化工单元工艺。焙烧是将矿石、精矿在空气、氯气、氢气、甲烷和氧化碳等气流中不加或配加一定的物料，加热至低于炉料的熔点，发生氧化、还原或其他化学变化的单元过程，常用于无机盐工业的原料处理中，其目的是改变物料的化学组成与物理性质，便于下一步处理或制取原料气。煅烧是在低于熔点的适当温度下，加热物料，使其分解，并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。两者的共同点是都在低于炉料熔点的高温下进行，不同点前者是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应，后者是物料发生分解反应，失去结晶水或挥发组分。 烧结也是一种化工单元工艺。烧结与焙烧不同，焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应，而烧结需在高于炉内物料的熔点下进行反应。烧结也与煅烧不同，煅烧是固相物料在高温下的分解过程，而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转化过程。烧结、焙烧、煅烧虽然都是高温反应过程，但烧结是在物料熔融状态下的化学转化，这是它与焙烧、煅烧的不同之处。 焙烧 1. 焙烧的分类与工业应用 矿石、精矿在低于熔点的高温下，与空气、氯气、氢气等气体或添加剂起反应，改变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。在无机盐工业中它是矿石处理或产品加工的一种重要方法。 焙烧过程根据反应性质可分为以下六类，每类都有许多实际工业应用。 (1) 氧化焙烧 硫化精矿在低于其熔点的温度下氧化，使矿石中部分或全部的金属硫化物变为氧化物，同时除去易于挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。硫酸生产中硫铁矿的焙烧是最典型的应用实例。硫化铜、硫化锌矿的火法冶炼也用氧化焙烧。 硫铁矿(FeS2)焙烧的反应式为： 4FeS2+11O2＝2Fe2O3+8SO2↑ 3FeS2+8O2＝Fe3O4+6SO2↑ 生成的SO2就是硫酸生产的原料，而矿渣中Fe2O3与Fe3O4都存在，到底那一个比例大，要视焙烧时空气过剩量和炉温等因素而定。一般工厂，空气过剩系数大，含Fe2O3较多；若温度高，空气过剩系数较小，渣成黑色，且残硫高，渣中Fe3O4多。焙烧过程中，矿中所含铝、镁、钙、钡的硫酸盐不分解，而砷、硒等杂质转入气相。 硫化铜(CuS)精矿的焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧两种，分别除去精矿中部分或全部硫，同时除去部分砷、锑等易挥发杂质。过程为放热反应，通常无需另加燃料。半氧化焙烧用以提高铜的品位，保持形成冰铜所需硫量；全氧化焙烧用于还原熔炼，得到氧化铜。焙烧多用流态化沸腾焙烧炉。 锌精矿中的硫化锌(ZnS)转变为可溶于稀硫酸的氧化锌也用氧化焙烧，温度850～900℃，空气过剩系数～，焙烧后产物中90％以上为可溶于稀硫酸的氧化锌，只有极少量不溶于稀酸的铁酸锌(ZnO·Fe2O3)和硫化锌。 氧化焙烧是钼矿化学加工的主要方法，辉钼矿(MoS2)含钼量大于45％，被粉碎至60～80目，在焙烧炉中于500～550℃下氧化焙烧，生成三氧化钼。三氧化钼是中间产品，可生成多种钼化合物与钼酸盐。 有时，氧化焙烧过程中除加空气外，还加添加剂，矿物与氧气、添加剂共同作用。如铬铁矿化学加工的第一步是纯碱氧化焙烧，工业上广泛采用。原料铬铁矿(要求含 Cr2O335％以上)，在1000～1150℃下氧化焙烧为六价铬：
C ihUQ beishQO一CIXU0n 磁化焙烧一磁选(magnetizing roasting- 磁化焙烧 megnetic separation)磁化焙烧与磁选的联合处理法。磁化焙烧是在一定温度和气氛下把弱磁性铁矿物(赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿等)变成 强磁性的磁铁矿或磁性赤铁矿(不Fe203)的过程。是弱磁性矿石在磁选前的准备作业，以便用弱磁场磁选机进行分选。磁化焙烧一磁选技术的分选指标优良，但成本较高。磁化焙烧按原理分为还原焙烧、中性焙烧和氧化焙烧。还原焙烧应用最广。它在500~800℃的还原气氛下进行，焙烧产物是强磁性的Fe30、;若产物在还原气氛下冷却到400℃，再在空气中冷却，则产物是井 Fe203。前者为还原焙烧，后者为还原一氧化焙烧。还原焙烧用的还原剂为固体或气体。固体还原剂如煤粉和焦炭粉;气体还原剂是各种煤气，如高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气和天然气等。中性焙烧是在不加或少加空气的条件下，把菱铁矿加热到300~400℃，使其分解为磁铁矿。氧化焙烧是在氧化气氛下，将黄铁矿氧化为磁黄铁矿或磁铁矿。为判断磁化焙烧后弱磁性矿物转化为强磁性矿物的程度，采用还原度来度量。还原度是焙烧矿石中的氧化亚铁和全铁含量的百分数 (架只1。。写)。还原完全时还原度为42.8%，小于、TFe/、‘“”厂”沪。一，/J、/。一”“~j/J、浅/J了曰.LJ/。”J’“ 28%时，则表示还原程度不够。磁化焙烧炉有竖炉、回转窑和沸腾炉。中国多采用竖炉，炉子容积一般为50m“，处理能力 15t/h;容积较大的为70m3，处理能力为23t/h。竖炉给矿粒度为75~Zomm，小于Zomm的粉矿不能用竖炉焙烧。回转窑能处理粉矿，但有时容易结瘤。沸腾炉热效率高，还原性能好，能处理3一。mm 粉矿。但粉尘量大，对环境污染较严重。 磁化焙烧是矿石加热到一定温度后在相应的气氛中进行物理化学反应的过程。根据矿石不同，化学反应不同。磁化焙烧按其原理可分为还原焙烧、中性部烧和氧化焙烧等。 1、还原焙烧适用于赤铁矿和褐铁矿。常用的还原剂有C，CO和H2比等。