摘要：簡要介紹了超級精礦的用途、生產技術進展、市場前景、超級鐵精礦的選礦工藝方法；重點介紹山東黃金集團昌邑礦業磁選精礦采用裕豐磁選柱精選獲得品位72%以上，SiO2含量0.35%超級磁鐵礦精礦的工藝和方法。
關鍵詞：磁選精礦、超級鐵精礦、磁選柱
前言
磁鐵礦選礦廠生產的鐵精礦品位一般在65%~66%，由易選磁鐵礦生產的鐵精礦可達到67.5%~69.0%，經過深加工提質降雜，可以將品位進一步提高，生產超級磁鐵礦精礦。降雜主要是降低鐵精礦中的SiO2等雜質的含量，使其滿足磁性材料、海綿鐵、高純鐵粉等原料的要求，TFe品位達到71.5%以上，SiO2等雜質含量降至0.6%以下。由普通磁鐵礦生產超級磁鐵礦精礦不僅拓展了鐵礦的用途，而且有價格優勢，提高經濟效益。因此由普通磁鐵礦精礦生產超級磁鐵礦精礦具有廣泛的應用價值和發展前景。
1超級磁鐵礦精礦的用途及生產技術進展
超精可直接還原成海綿鐵，代替廢鋼進行電爐煉制特殊鋼。隨著超級精礦選礦工藝技術的發展，超精的產品質量不斷提高。除用于直接還原電爐煉鋼外，已發展到由海綿鐵金屬化球團直接軋制鋼材；生產粉末冶金用金屬鐵粉，用于模壓復雜機械配件，代替氧化鐵紅生產磁性材料，用于無線電通訊、電話、揚聲器、軍事雷達、廣播電視、航天電子、辦公用品、家電、磁選設備，還可用于污水處理等，用途極其廣泛。
1.1直接還原——電爐煉鋼
直接還原是從生產海綿鐵代替廢鋼發展起來的。直接還原是采用天然氣、普通煤、煤氣、石油等為熱源和還原劑利用相應的爐具將超級鐵精礦直接還原成鐵粉的過程。這種技術在冶金焦少而煤多、石油資源多的國家和地區得到了迅速發展。
從經濟上看，在相同產量下，直接還原的建廠投資和高爐基本相當，但海綿鐵的生產成本要比高爐煉鐵低得多。據英國報道，海綿鐵的生產成本僅為高爐鐵水的22.52%。從能量消耗上看，海綿鐵為16.16MJ/t，而高爐鐵水為14.49MJ/t。高爐煉鐵需要焦炭，由于焦炭需由焦煤煉制，焦煤儲量不足，價格比普通煤高許多，因而焦炭價格比普通煤貴3倍，所以高爐鐵水成本比海綿鐵高得許多，顯出由海綿鐵煉鋼的優越性。
1.2海綿鐵球團直接軋制鋼材
用純度99%的超級鐵精礦直接還原的海綿鐵，而后由其軋制的鋼材，為鋼鐵生產帶來了短流程煉鋼和軋鋼的新途徑。這種新工藝過程不用高爐、轉爐、也不經鑄錠作業，生產環節少，還原溫度低，可大量節約能源。
1.3用超級鐵精礦生產高純鐵粉——粉末冶金鐵粉
用超級鐵精礦生產的高純鐵粉可以作為粉末冶金原料，用于航天、汽車、精密機械壓制復雜機械零件，能提高材料的利用率，降低制品的加工過程中的能量消耗；應用在電焊條上，能使焊條的熔敷效率大大提高。此外，高純鐵粉在火焰切割、電子工業、化工催化劑、靜電復印、食品、醫藥等領域也被廣泛應用。
1.4超級鐵精礦用于生產鐵氧體磁性材料
鐵氧體軟磁材料和硬磁材料在電子工業方面的應用廣泛而地位重要。它是電話、無線電、電視、雷達等通訊方面的基礎材料，尤其是制造電子計算機磁芯存儲器更為重要。在航天、航海、家電等工業方面的應用也占有相當大的比重。
電子工業對鐵氧體的技術要求，隨鐵氧體類型的不同而不同。特別是對硬磁材料的鐵氧體，其Fe2O3含量必須大于98%，SiO2含量不得超過0.6%~0.8%，純度越高越好。資料證明當SiO2含量低于0.6%時，所生產的鐵氧體呈現均勻結晶。而具有優異電磁特性的軟磁質鐵氧體，只能用SiO2含量低于0.2%的超級鐵精粉生產。電子計算機的磁芯存儲器所用的軟磁質鐵氧體，只能用更嚴格性質的物料制得，其工業產品容許的某些雜質含量如：SiO2 0.03%，Na2O或K2O 0.05%，CaO 0.3%，雜質總含量為0.8%。
1.5超級鐵精礦在其它方面的應用
純度高的海綿鐵可以作為冶煉特種鋼的原料，如用其煉制超低碳不銹鋼，抗腐蝕性強，可用于化工設備，國產價格比進口低40%以上。
超級鐵精粉還可用來處理污水，用于制做磁流體，選煤的重介質以及化工用催化劑等。2超級鐵精礦的選礦工藝方法
從天然鐵礦石中能有效制取超級鐵精礦的原料只有易選磁鐵礦和赤鐵礦。除個別國家，如巴西的赤鐵礦可直接由其還原制取超純赤鐵礦超級鐵精礦外，一般都要從商品鐵精礦中提取。由易選磁鐵礦生產超級磁鐵礦精礦比由赤鐵礦容易，方法相對簡單，成本也低一些。
對超精的質量，不同用途要求的雜質含量也不一樣，就SiO2含量來說，用于作為煉鋼原料的海綿鐵SiO2含量小于2%即可，而用作高級磁性材料的SiO2含量要求在0.2%以下，其間相差10倍以上，因此生產超精的選礦工藝方法也必須是多種多樣的、高效的。主要的工藝方法為：浮選、磁選、電選和細篩。根據質量要求及可選性情況，可以是單一的浮選、單一的磁選、單一的電選、甚至是二種或二種以上方法的結合。
2.1由普通易選磁鐵礦精礦采用陽離子反浮選法生產超精，脫硅反浮選用陽離子捕收劑對易選磁鐵礦精礦在細磨的基礎上進行多次掃選的反浮選方法進行。
德國用烷基羥基醋酸胺浮選磁鐵礦磁選精礦，在自然PH值下，經一次粗選，兩次掃選獲得含鐵71.3%，SiO2 1.01%的超精。
美國的默薩比地區用陽離子反浮選法處理含SiO24%的磁選精礦，生產出含SiO2<2%的超精。在得到超精的同時，還可以得到適于高爐冶煉的普通鐵精礦。
東北大學經研究選用性能良好的陽離子表面活性劑為石英的捕收劑，對磁選精礦進行反浮選脫硅試驗研究，得到了SiO2含量小于0.5%甚至0.1%以下的超精。
2.2用單一磁選方法從易選磁鐵礦精礦制取超精
本鋼鋼鐵研究所由南芬磁鐵礦精礦采用磨礦—脫水槽—磁選工藝流程，獲得了TFe 71.0%，SiO2低于0.6%，磷和硫含量低于0.2%的高純度超精。皮里奇選礦廠一磁精礦經兩段篩孔為0.1mm的弧形篩，第二段細篩篩下產物與磁選的精礦合并，得到TFe 69%，SiO2 2%的超精。承德寬城某磁鐵礦選廠用品位65%~66%的一般磁選精礦采用磨礦—細篩分級—弱磁粗選—弱磁精選的工藝流程生產出TFe71.5%~71.7%，SiO2含量小于0.5%的超級精礦。
試驗研究和生產實踐證明，對鞍山式沉積變質及類鞍山式原生磁鐵礦，結晶粒度較粗的易選磁鐵礦石生產出來的普通磁鐵礦精礦，采用單一磁選法，通過細磨精選可以獲得品位超過71.5%甚至72%，SiO2含量小于0.5%甚至0.2%的超級磁鐵礦精礦。
3超級精礦和高品位精礦的市場前景
進入20世紀末以來，發達國家短流程煉鋼以及粉末冶金產品需求量呈顯著增加態勢，我國進入21世紀普通精礦粉供應充裕，而優質鐵精粉卻供不應求。
以往生產鍶鐵氧體永磁材料多用鐵紅作為原料，進入20世紀90年代開始用超級磁鐵礦精礦部分取代鐵紅。超精的純度高，質量穩定，價格較鐵紅便宜。超精在電子工業、化工業、航空航天工業中的應用逐年增加，用量最大的仍屬粉末冶金和直接還原生產海綿鐵工業。
近年來國際磁材市場紛紛把目光投向資源豐富的中國磁材市場，美國、韓國、日本、東南亞等均從我國進口磁件，甚至在我國投資建磁件公司。從而極大地激發了我國磁材工業的發展。作為磁粉生產的一次原料的超精生產與之跟進，發展很快，各地，特別是河北與遼寧生產超精的小選礦廠紛紛上馬。但目前國內生產的超精質量還不高，特別是優質的SiO2含量小于0.2%，TFe含量72%以上的很少，多數SiO2含量在0.3%~0.4%，TFe品位在71%~71.5%。
汽車工業和廣告業的迅速發展，對磁材的需求量成倍增長，超精替代鐵紅生產磁材，不斷增加的特殊鋼需求量，耐腐蝕不銹鋼需求和生產量的增加均要求超精供應量的增加。
天津大無縫鋼管廠曾用南非進口的鐵鱗直接還原后作電爐煉鋼的原料，生產高質量的無縫鋼管，該廠為此建了1個年產萬噸的回轉窯，棒磨山、石人溝等選礦廠為其提供超精原料。其原料，即超級鐵精礦需求量不斷增加。
4山東黃金集團昌邑礦業及鞍山金裕豐選礦科技有限公司由普通磁選精礦生產超精的試驗研究
4.1礦床及礦石性質
該磁鐵礦石產自山東安丘——萊州成礦帶，外圍有多個磁鐵礦床，該鐵礦床為經熱液作用疊加的沉積變質型礦床。礦石構造以致密浸染狀結構為主，少數為致密塊狀、條帶狀存在。礦石礦物以磁鐵礦為主，次為黃鐵礦、磁黃鐵礦；脈石礦物以透輝石、蛇紋石、方解石為主，次為角閃石、長石、黑云母、石英、透閃石、滑石、石榴石、石膏、磷灰石等。
磁鐵礦以他形——半自形粒狀，粒度一般0.05~0.3mm，有的形成多晶集合體。
黃鐵礦局部可見，反光下為淺黃色，呈半自形粒狀及他形填隙狀，多分布于磁鐵礦粒間，其形成晚于磁鐵礦。
巖石主要由石英、角閃石、黑云母、磁鐵礦、石榴石等礦物組成，副礦物為磷灰石等。
石英呈粒狀與其它礦物鑲嵌分布，黑云母具明顯的定向分布特征。石英粒度一般為0.2~0.5mm。
角閃石呈柱狀，多呈定向分布，有的聚集分布，柱長0.2~0.8mm；黑云母呈鱗片狀，與角閃石一起定向分布，片長一般為0.1~0.5mm，有的被綠泥石交代。
磁鐵礦呈他形——半自形粒狀，主要分布于角閃石顆粒間，少量分布于石英粒間，粒度一般0.05~0.3mm。
石榴石局部可見，呈粒狀變斑晶狀，有的包含石英，粒度0.5~1mm。磷灰石呈柱狀，零星分布。
礦石化學多元素分析結果見表1，物相分析結果見表2。
表1 礦石化學多元素分析結果
表2 礦石鐵物相分析結果
選礦廠2011年9月末建成投產生產平均品位65%以上的磁鐵礦精礦，精礦中有害雜質含量較低，經探討研究可以由其深加工生產超級磁鐵礦精礦，以增加企業效益。
4.2 現場最終磁選精礦小型裕豐磁選柱精選試驗
2012年2月對取自現場的高品位磁選精礦進行了旨在生產超級磁鐵精礦的試驗研究。
表3 現場高品位磁選精礦篩析試驗結果（%）
分析表3原精礦篩析結果，各粒級產率和品位均呈正態分布，即由粗而細品位呈提高趨勢，-0.10+0.075和+0.10mm兩個粒級品位低，特別是+0.10mm粒級品位最低，為52.66%，原因是其中存在連生體較多所致。原精礦-200目含量為71.20%，TFe品位68.09%，mFe品位67.85%。
4.2.1 現場高品位磁選柱精礦分級兩段磁選柱精選試驗
試驗結果見圖1所示數質量流程。
采用該工藝流程為現場引出一部分精礦生產超級磁鐵礦精礦的流程方案，引出量可根據要求的超級精礦量加以確定。采用該試驗流程的指標為超級精礦對原精礦的產率為49.68%，品位為72.02%，此外還可產出產率為45.93%，品位為69.91%的高品位磁鐵礦精礦。
4.2.2現場精礦磨礦-磁選-磁選柱兩段精選-中礦再磨再選試驗
試驗結果見圖2所示數質量流程。
由圖2結果可知，原精礦由-200目71.2%磨至-200目87.2%后再經磁選和兩段磁選柱精選，可生產品位72.13%，產率為75.08%超級磁鐵礦精礦，同時還可由柱尾產出產率為19.14%，品位為70.06%和高品位磁鐵礦精礦。
圖1的優勢在于不用將現場精礦先經細磨，而是采用細篩分級的方式將解離度偏低的+200目部分篩出作為中礦處理，而篩下部分經兩段磁選柱精選獲得TFe品位72%以上的超級磁鐵礦精礦，同時由篩上產物及磁選柱尾礦(中礦)產出高品位磁選精礦，供球團礦作為原料。
圖2流程是將現場精礦先行磨礦，-200目含量由71.2%提高至87.2%后先磁選甩棄部分合格尾礦，而磁精經兩段磁選柱精選產出品位＞72%的超級磁鐵礦，精礦也是由磁選柱尾礦產出用于生產球團礦原料的高品位磁鐵礦精礦。
圖1和圖2中第二段磁選柱的尾礦品位在70%～71%，本身也可以作為生產金屬化球團的原料；第一段磁選柱尾礦品位50%～64%，若結合分級磁選也不必均先進磨礦；若由柱尾或篩上產物生產品位65%～66%的普通精礦只需磨少量連生體產物即可。
采用圖2流程是將全部現場精礦磨至-200目87.2%給入磁選柱精選系統，而圖1流程是在原精礦-200目71.2%下，未經磨礦、篩下部分進入磁選柱精選系統，因而圖1超精產率低而圖2超精產率高。
4.2.3試驗所產超級精礦的多元素化學分析
試驗所產超級精礦的多元素化學分析，結果見表4。
表4 超級精礦多元素化學分析結果
注：多元素化學分析由中治北方工程有限公司研究公司化驗。
化驗結果表明試驗獲得的超級精礦TFe品位接近72%，SiO2含量低于0.6%，為0.35%，達到了直接還原，粉末冶金生產金屬鐵粉，生產鐵氧體磁性材料，更達到了生產海綿鐵球團原料的要求。
5裕豐磁選柱結構，分選原理及其應用
裕豐磁選柱是鞍山金裕豐選礦科技有限公司，原遼寧科技大學選礦工程教授劉秉裕于1992年研制發明的專利產品，歷經多次革新換代，是一種電磁式低弱磁場高效磁重選礦設備。
5.1裕豐磁選柱的結構和分選原理
裕豐磁選柱結構如圖3所示。該磁選柱是鞍山金裕豐選礦科技有限公司2012年推出的最新一代磁選柱，型號為CZB(40～1200)-Ⅲ。它的主要功能部件是分選筒和由多組電磁線圈組成的電磁系統和能夠實現自動變換勵磁及自動控制各參數的電控系統構成。分選性能國內外領先，不僅能在較粗磨礦粒度下高效分出礦泥、單體脈石，還能高效分出連生體，大幅度提高精礦品位，而且單位面積處理能力是其它同類磁重選礦設備的2～3倍以上，并且由于單位面積處理能力高而具有明顯的省水效果，在處理量相同情況下省水一半以上。
裕豐磁選柱從上至下由給礦斗、尾礦溢流槽、分選筒、外筒、內外筒之間的電磁系、下邊的底錐、底錐下的濃度傳感器及電子電動管夾閥構成。
分選過程原理：待選礦漿由給礦斗1上的給礦管2給入，經給礦斗下的垂直給礦管下部的多個長孔噴灑進入分選筒的中上部，在多組勵磁線圈自上而下給斷電，下移磁場力作用下將礦漿中的磁鐵礦顆粒成鏈地上下串動式往下拉動。磁場呈脈動變化，時有時無、時強時弱，多次磁聚合，多次充分分散，由高速旋轉上升水流高效沖帶出礦泥、單體脈石和連生體，最后在底錐下部排出品位大幅度提高的高品位磁鐵礦精礦，甚至超級磁鐵礦精礦；礦漿中的礦泥、單體脈石、連生體是由與磁力方向相反的底部給水和中部給水裝置給入的高速旋轉上升水流沖帶向上由尾礦溢流槽上沿溢出，成為磁選柱的尾礦或中礦，達到高效分出礦泥、單體脈石、連生體特別是貪連生體，產出高品位磁鐵礦精礦或超級磁鐵礦精礦的目的。
磁選柱有多個可操作因素，①磁場強度，由改變勵磁電流強度加以改變；②磁場變換周期，即多組線圈供電循環一個周期，由電控柜觸摸屏選擇確定；③上升水流速度，由改變供水量大小加以改變，允許的上升水流速度高達2～6cm/s；④底流濃度，選定可持續而穩定 的高底流濃度有利于提高精礦品位，并可適當省水。底流濃度在50%～70%之間選定。在電控柜觸摸屏上濃度參數輸入標準值，自控系統中的濃度傳感器和電動閥門進行自動控制有自動適應給礦量小幅波動的能力；⑤給礦濃度：適宜的給礦濃度35%～45%，由磁選柱給礦前的磁選設備精礦卸礦水量大小加以確定。
5.2裕豐磁選的用途
5.2.1 精選用途：精選低品位磁鐵礦精礦，精礦品位提高2-10個百分點。
5.2.2 粗精選用途：精選磁選過程粗精礦中礦小于0.2mm部分，通過磁選柱精選可提前獲得最終合格精礦。
5.2.3 超精用途：由易選磁鐵礦精礦生產超級磁鐵礦精礦，品位可達71%，甚至72%以上。
5.2.4 濃縮用途：作為磁鐵礦中礦或精礦高效濃縮、脫水設備、底流濃度可達60-74%，可省去建大面積濃縮池的高額費用，節省基建投資，經營費用低。
5.2.5 降雜用途：降低磁鐵礦精礦中雜質的含量，如硅、硫、磷等。
5.2.6 增產用途：采用磁選柱精選工藝，可以適當放粗磨礦粒度，提高原礦處理量，即在其 他消耗基本不增加情況下，實現增加精礦產量的目的，達到降低精礦成本、增產、增效的效果，增產幅度15%~40%。
5.3裕豐磁選柱的效益類型
5.3.1質量效益類型。該類型是靠提高磁鐵礦精礦品位和降低Si、S、P等雜質使磁鐵礦升值而增加效益。
5.3.2增產效益類型。該類型是依據裕豐磁選柱能高效分出連生體大幅度提高品位的原理，生產要求品位65~66%磁鐵礦精礦時，允許最終磨礦粒度適當放粗而實現增產，從而使噸精礦成本大幅下降而增加效益。
5.3.4混合效益類型。該類型是靠既適當提高精礦品位，又適當放粗磨礦粒度，實現既適當提高品位，又適當提高產量而增加效益。
以上用途和效益類型在已經應用磁選柱的磁鐵礦選礦廠均得以體現。
參考文獻
1論超級鐵精礦的研究現狀與方向.《礦冶工程》.2000,20(4),1-3.
2超純鐵精礦試驗研究與生產實踐.《金屬礦山》.2002年提鐵降雜論文集P258.
3超級鐵精礦技術研究和發展部署.《金屬礦山》.2002年提鐵降雜論文集P262.
4磁重選礦機進展及裕豐磁選柱分選原理和應用.《金屬礦山》.2012年“提鐵降硅十年”會議論文.
5高品位鐵精礦的制備技術及其應用.《金屬礦山》.“2006年全國金屬礦節約資源及高效選礦加工利用學術研討與技術成果交流會”論文集P270.
6用鐵礦石制備還原鐵粉的研究.《金屬礦山》.2008,NO.11,P55~.
