丁亞卓 丁海峰 楊海鵬

（1.成都利君實業(yè)股份有限公司，四川成都610045；2.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京海淀100089；3.本溪東方三家子礦業(yè)有限公司，遼寧本溪117000）

孫傳堯院士在研究硫化礦浮選基礎(chǔ)理論時，發(fā)現(xiàn)某些區(qū)域黃鐵礦的可浮性明顯好于閃鋅礦，提出了不強(qiáng)拉、不強(qiáng)壓、充分利用礦物天然可浮性實現(xiàn)和諧選礦的異步等可浮工藝［1］。孫院士和印萬忠教授合著的《硅酸鹽礦物浮選原理》利用礦物晶體化學(xué)理論和鮑林鍵價規(guī)則系統(tǒng)研究了五大類硅酸鹽礦物的解離特性和浮選特性［2］，后來他們又帶領(lǐng)團(tuán)隊分別研究了硫酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、磷酸鹽礦物和含鈣含鎂礦物的解離特性和浮選特性；這些礦物是三大類巖石——巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖的主要造巖礦物。這些研究內(nèi)容和方法為基因礦物加工學(xué)的創(chuàng)立奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。孫院士提出盡管礦石千差萬別，但它與礦床成因、礦床類型和礦石、礦物等固有的基因有內(nèi)在的聯(lián)系，因此礦床、礦石和礦物的基因特征應(yīng)是決定礦物分選的最本質(zhì)因素，包括礦物組成、嵌布特性、結(jié)晶粒度、礦物的晶體結(jié)構(gòu)、元素信息、化學(xué)鍵信息、晶格信息、缺陷信息等，是由礦床成因及工業(yè)類型、礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物質(zhì)組成、礦物的共伴生和相嵌特性決定的，并將最終影響礦石碎磨和分選等加工特性［3］。

東北大學(xué)徐小荷教授1984年所著《巖石破碎學(xué)》中系統(tǒng)總結(jié)和評價了普洛托齊雅克諾夫、蘇哈諾夫、巴隆和史萊涅爾等前蘇聯(lián)科學(xué)家們關(guān)于巖石堅固性的觀點，并提出了根據(jù)每一類別的巖石破碎方法制作相應(yīng)的實驗設(shè)備對巖石堅固性進(jìn)行評級，不僅能很好地表征具體采掘方法的難易程度，又能揭示不同采掘方法的不同本質(zhì)。而揭露巖石堅固性的實質(zhì)是為了說明巖石為什么具有統(tǒng)一堅固性、闡明影響巖石堅固性的因素、采礦過程的機(jī)械化和采礦工作的科學(xué)化。徐小荷教授明確指出，從巖相學(xué)方面研究礦石組成和結(jié)構(gòu)跟堅固性的關(guān)系還不充分，尤其對巖漿巖和變質(zhì)巖，幾乎理不出頭緒，但仍就總結(jié)了部分研究成果：煤的變質(zhì)程度和堅固性的關(guān)系，石英聚集巖的堅固性和孔隙率、膠結(jié)物、顆粒粗細(xì)之間的關(guān)系，碳酸鹽的種類、成分和結(jié)構(gòu)與堅固性的關(guān)系，花崗巖的風(fēng)化程度對堅固性的影響［4］。這些工作現(xiàn)在看來尤其珍貴，其研究方法和成果為基因礦物加工工程中的碎磨機(jī)理和能耗評級部分提供了非常有益的方向性指導(dǎo)。但在選礦領(lǐng)域，碎磨理論一直局限在礦石的能量-粒度方程求解和大數(shù)據(jù)積累范圍內(nèi)，其與礦石基因特性的內(nèi)在關(guān)系始終沒有人涉足，沒有再出現(xiàn)理論及應(yīng)用方面的突破。

北京礦冶研究總院賈木欣系統(tǒng)研究了不同鐵礦床與選礦分離特性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)對于變質(zhì)成因的鐵礦床，變質(zhì)程度和氧化程度是影響可選性的主要因素，年代越久遠(yuǎn)，變質(zhì)程度越高的礦石磁鐵礦含量越高，鐵礦物結(jié)晶粒度越粗，礦石越易選；年代較近，變質(zhì)程度低或后期氧化的礦石中赤鐵礦含量高，需要強(qiáng)磁和浮選分離；火山作用未受變質(zhì)作用影響，常形成鏡鐵礦，需要強(qiáng)磁或焙燒后磁選；如果沉積巖中出現(xiàn)碳酸鹽成分，?？尚纬闪忤F礦礦床，導(dǎo)致分選難度增加［3］。這些工作初步總結(jié)了沉積變質(zhì)巖型鐵礦的可選性分類，但是基因礦物加工學(xué)要指導(dǎo)具體的礦山開發(fā)利用，需要對具體的個例進(jìn)行深入系統(tǒng)研究，例如時代久遠(yuǎn)但變質(zhì)程度較淺的沉積巖往往形成硬度較高（f＞16）、微細(xì)粒嵌布的大型貧磁鐵礦床，諸如澳大利亞中信泰富Sino鐵礦，該客戶采用了自磨—頑石破碎—球磨—階磨階選工藝，投產(chǎn)8年未達(dá)到設(shè)計產(chǎn)能，這是對基因礦物加工學(xué)研究不充分，工藝路線選擇嚴(yán)重誤判導(dǎo)致投資重大損失的案例之一。后來馮定伍和何明照帶領(lǐng)Sino團(tuán)隊開展了詳細(xì)的礦物基因研究，在充分掌握了選礦流程各階段產(chǎn)品解離特性后，三段磁選應(yīng)用石家莊金墾的節(jié)水型電磁淘洗機(jī)，在不影響精礦品位的條件下，放粗磨礦細(xì)度，提高了系統(tǒng)產(chǎn)量，2019年全年完成了2 000萬t濕基鐵精粉的產(chǎn)量目標(biāo)，創(chuàng)造了歷史。

礦石的解離特性和分選特性與碎磨方法和分選工藝密切相關(guān)，眾多文獻(xiàn)都提到高壓輥磨可以使礦石沿不同礦物結(jié)合力最脆弱的界面解離，或沿同種礦物結(jié)合力最弱的解理面碎裂，是較優(yōu)的碎磨方式，因此將礦物基因與碎磨方式結(jié)合起來就非常重要。成都利君實業(yè)股份有限公司（以下簡稱“利君股份”），自2010年起與東北大學(xué)、福州大學(xué)開展這方面研究，10余年的持續(xù)研究取得了許多研究成果：針對鞍山式貧磁鐵礦開展了常規(guī)碎磨—磁選和高壓輥碎磨—磁選的對比研究，揭示了高壓輥磨產(chǎn)生的大量微裂紋是精礦獲得較高品位和回收率的主要原因；針對攀枝花釩鈦磁鐵礦開展了常規(guī)碎磨和高壓輥碎磨工藝對比研究，提出了高壓輥-3 mm閉路碎磨—弱磁、強(qiáng)磁拋尾的工藝流程，提高了鈦資源的回收效果；針對鞍山式赤磁混合礦進(jìn)行了常規(guī)碎磨和高壓輥碎磨工藝分別對重、磁、浮聯(lián)合分選工藝指標(biāo)影響的對比研究，提出了高壓輥磨—分質(zhì)分選的理論；針對某銅鉬礦和某銅銀礦進(jìn)行了常規(guī)碎磨和高壓輥碎磨-浮選工藝的對比研究，發(fā)現(xiàn)合理選擇高壓輥—球磨工藝可大幅提高有用礦物在高效浮選粒度區(qū)間的比例，減少過磨和欠磨，提出高壓輥磨—選擇性快速磨礦理論，可降低藥劑消耗，提高浮選回收率；在金礦堆浸和銅礦堆浸方面，高壓輥產(chǎn)生的微裂紋可以顯著提高浸出速度或浸出率。

沉積變質(zhì)巖型鐵礦床占全球鐵礦儲量的90%［5］，我國大型鐵礦總開發(fā)量的50%以上都是這類鐵礦，如鞍鋼礦業(yè)公司、本鋼礦業(yè)公司、首鋼礦業(yè)公司、河鋼礦業(yè)公司、太鋼礦業(yè)公司、濟(jì)鋼礦業(yè)公司、舞鋼礦業(yè)公司、新余鋼鐵礦業(yè)公司等。利用基因礦物加工的方法研究我國最主要的鐵礦資源，對保障鋼鐵行業(yè)原料自給率，構(gòu)建一條綠色、節(jié)能、低碳、可持續(xù)的礦業(yè)制造價值鏈體系，具有重要的戰(zhàn)略意義。首先，基因礦物加工研究有利于探清礦石力學(xué)參數(shù)性能的實質(zhì)，從而選擇成本最優(yōu)的碎磨工藝路線；其次，基因礦物加工研究有利于預(yù)測礦石的解離特性，從而選擇最合理的分選工藝路線；第三，基因礦物加工研究有利于揭示礦石的分選特性，從而開發(fā)最適合的分選裝備。

本文首先分析了鞍山式沉積變質(zhì)巖型鐵礦床和礦物基因的關(guān)系，然后針對本溪東方三家子礦業(yè)公司該類型超貧超細(xì)磁鐵礦，利用MLA研究了礦石的基因礦物學(xué)信息，并基于礦物基因結(jié)果，開發(fā)了高壓輥解離調(diào)控碎磨、精準(zhǔn)分選的新型碎磨分選工藝及系統(tǒng)裝備，并成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，取得了較好的效果，為客戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文提出的研究方法和整體系統(tǒng)解決方案，應(yīng)用到其它類型的鐵礦資源開發(fā)利用中，對超貧超細(xì)難選磁鐵礦走出一條創(chuàng)新發(fā)展的道路具有積極意義。

1 鞍山式沉積變質(zhì)巖型鐵礦床的主要地質(zhì)背景與礦物基因的關(guān)系

鞍山式沉積變質(zhì)巖型鐵礦床主要是海底火山碎屑沉積巖經(jīng)過后期復(fù)雜變質(zhì)作用形成的［5］，沉積期主要于前寒武紀(jì)，距今38億～19億年，變質(zhì)期可延續(xù)到距今1億年左右的晚侏羅紀(jì)。在這個地質(zhì)時期，全球范圍內(nèi)生成了眾多大型鐵礦床，主要有阿爾戈馬型、蘇必列湖型、拉匹坦型及其之間的過渡類型，在國內(nèi)也分為杏山型、新余型、大栗子型等亞型，在鞍本片區(qū)，也存在這些亞型的過渡帶［6］。地質(zhì)學(xué)主流觀點認(rèn)為，沉積期間的火山熱液活動與鐵建造（IF）密切相關(guān)，往往火山熱液活動強(qiáng)，鐵礦規(guī)模也大［7］；而后期的重結(jié)晶、交代充填、褶皺斷裂、擠壓破碎等變質(zhì)作用［8］的交互式影響最終產(chǎn)生了這些不同的沉積變質(zhì)巖鐵礦床的亞型，各亞型鐵礦床的礦石可選性有比較大的差異，但它仍具有一定的規(guī)律性。變質(zhì)作用是如此復(fù)雜，五大類硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物、磷酸鹽礦物包括含鐵礦物在有O2、CO2和H2O參與的變質(zhì)反應(yīng)在一定熱力學(xué)條件下是可逆的平衡反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)程與反應(yīng)物、反應(yīng)產(chǎn)物的濃度變化、氣體分壓、溫度、濕度、壓力等條件均都相關(guān)，所以徐小荷教授的評價“理不出頭緒”頗為無奈，但他仍羅列了蘇氏巖石堅固性評級法中不同變質(zhì)結(jié)果的各類型巖石的堅固性數(shù)據(jù)。而基因礦物加工的方法可以使變質(zhì)過程造成的復(fù)雜巖石特性簡單化，孫院士提出從礦石與礦物基因信息層面研究，即無論變質(zhì)作用如何復(fù)雜，礦物加工對象的各類礦物現(xiàn)存的晶體化學(xué)特征是有普遍規(guī)律的，通過結(jié)晶粒度信息、化學(xué)鍵信息、缺陷信息是可以得到有規(guī)律的礦石力學(xué)特性、解離特性和分選特性，從而預(yù)測結(jié)果。

基于上述研究可以做出初步總結(jié)：礦石的礦物組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、嵌布特性、礦物共生關(guān)系等信息是礦物基因的內(nèi)在表達(dá)；礦石力學(xué)特性、解離特性和分選特性是礦物基因的外在表達(dá)；而各種地質(zhì)作用的交互式影響，是造成不同類型礦石甚至同類型礦石分選差異大的主要原因。

2 東方三家子磁鐵礦礦物基因研究

2.1 區(qū)域地質(zhì)概述［9］

礦區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺、膠遼臺隆，次級單元包括：太子河—渾江臺陷和遼陽—本溪凹陷。區(qū)域廣泛發(fā)育有太古界鞍山群、下元古界遼河群、上元古界青白口系、震旦系及古生界地層，巖漿活動頻繁，鞍山群地層混合巖化作用強(qiáng)烈，褶皺構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜，地層經(jīng)歷了漫長的變質(zhì)地質(zhì)作用，巖石變質(zhì)程度較深。

2.2 礦區(qū)地質(zhì)及礦床概述［9］

區(qū)內(nèi)出露地層主要為太古界鞍山群，以黑云母變粒巖為主，夾石英云母片巖、磁鐵角閃石英片巖，在磁鐵角閃石英片巖中賦存有鞍山式鐵礦體。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造以少量單斜形式出現(xiàn)，斷裂構(gòu)造也不發(fā)育，主要表現(xiàn)為層間擠壓破碎，層間擠壓破碎帶內(nèi)發(fā)育片理化和石墨化，規(guī)模小，對礦體走向和傾向兩個方向的連續(xù)性未有破壞作用，僅局部節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿巖出露較少，主要為小規(guī)模巖脈類，包括石英細(xì)脈、方解石細(xì)脈、閃長巖脈等。在黑云母變粒巖和磁鐵角閃石英片巖中沿層理局部可見有混合花崗巖脈體出現(xiàn)。黑云母變粒巖與石英云母片巖接觸部的磁鐵角閃石英片巖中，包含F(xiàn)e1和Fe2兩條主礦體。Fe1礦石TFe品位在22.20%～28.80%，TFe平均品位20.50%，品位變化系數(shù)21.70%；mFe品位在5.00%～23.10%，mFe平均品位11.77%，品位變化系數(shù)47.55%。Fe1礦體鐵礦類型為含磁鐵角閃石英片巖型，礦體圍巖為磁鐵角閃石英片巖，礦體形態(tài)為層狀。金屬礦物主要為磁鐵礦及少量赤鐵礦，非金屬礦物主要為長石、石英、角閃石及少量云母。該礦體由地表至深部以礦化體為主體，僅局部構(gòu)成工業(yè)礦體。似層狀、波狀產(chǎn)出，具膨縮現(xiàn)象，夾層較多，且礦體TFe、mFe品位、厚度變化較大，穩(wěn)定性較差，致使工業(yè)礦體與非工業(yè)礦體頻繁交替出現(xiàn)。Fe2礦體礦石TFe品位在17.4%～35.1%，TFe平均品位18.14%，品位變化系數(shù)20.36%。mFe品位在5.00%～30.90%，mFe平均品位8.30%，品位變化系數(shù)46.43%。Fe2礦體鐵礦類型為含磁鐵黑云石英片巖型。礦體圍巖為磁鐵綠泥石英片巖，礦體形態(tài)為層狀。金屬礦物主要為磁鐵礦及少量赤鐵礦，非金屬礦物主要為長石、石英、綠泥石及黑云母。該層鐵礦體品位、厚度變化較小，似層狀、波狀產(chǎn)出，無論是走向延長還是傾斜延深均較穩(wěn)定。

這些圍巖和礦體特征表明該區(qū)的礦石變質(zhì)程度較淺，與整個鞍本區(qū)域的沉積變質(zhì)巖型鐵礦床有一定的差異，該結(jié)論對礦石的力學(xué)特性、解離特性和分選特性都有明確的指導(dǎo)意義。

2.3 基于MLA的礦物基因分析

MLA是mineral liberation analysis的簡稱，也稱為礦物解離度分析儀，是利用掃描電鏡、能譜儀和礦物解離度分析軟件的技術(shù)組合，將礦石切片或制成一定細(xì)度的粉樣，經(jīng)過樹脂鑲嵌固定噴碳后，不同礦物在掃描電鏡背散射圖像下呈現(xiàn)不同的灰度值，對不同灰度值的礦物打能譜得到不同的結(jié)果，對比礦物能譜數(shù)據(jù)庫，決定是何種礦物的自動定量礦物分析手段，目前廣泛應(yīng)用于工藝礦物學(xué)基礎(chǔ)研究，大大提高了工藝礦物學(xué)研究的效率。當(dāng)然該方法也有一定局限性，例如無法判斷結(jié)構(gòu)相似、元素相近，晶體化學(xué)特征不同的礦物，如單鏈狀的輝石族和有OH-的雙鏈狀角閃石族礦物、島狀的橄欖石族和石榴子石族、層狀的云母和綠泥石等，這時候往往還需要薄光片對照鑒定。表1和圖1為東方三家子兩條主礦體礦石切片的MLA分析結(jié)果，圖中亮白色是磁鐵礦、灰白色是陽起石或黑云母、深灰色是長石和石英。

注：*經(jīng)鏡下校核部分為黑云母，×經(jīng)鏡下校核為陽起石。

從表1和圖1可以看出：礦石屬低磷含硫單一低品位微細(xì)粒不均勻嵌布的酸性原生磁鐵礦；礦石的主要組成礦物種類較為簡單，鐵礦物為單一磁鐵礦；脈石礦物以石英、長石、黑云母、綠泥石和陽起石居多。礦石中磁鐵礦主要以浸染條帶狀產(chǎn)出，根據(jù)浸染的疏密又可進(jìn)一步分為稠密浸染結(jié)構(gòu)、中等浸染結(jié)構(gòu)和稀疏浸染結(jié)構(gòu)等不同類型。磁鐵礦分散度高、粒度細(xì)小，僅有少部分粗粒磁鐵礦產(chǎn)出。

2.4 沉積過程對礦物基因的影響分析

從不同磁鐵礦浸染特性可以反演并推測沉積過程及其對礦物基因的影響機(jī)制：火山碎屑從海底噴發(fā)后，在海水的搬運作用下，基本規(guī)律是等速沉降原理，即粗粒低密度的長石、石英碎屑和細(xì)粒高密度的磁鐵礦碎屑有相同的沉降速度；搬運至沉積礦區(qū)過程中，海水的流速、溫度乃至不同火山含鐵質(zhì)碎屑的噴發(fā)量和海水混合后的礦漿密度復(fù)雜多變，因而在鐵質(zhì)碎屑量大、海水流速快、礦漿密度大的微觀時空范圍形成了鐵質(zhì)顆粒稠密混合硅質(zhì)顆粒區(qū)；在鐵質(zhì)碎屑量小、海水流速慢、礦漿密度小的微觀時空范圍形成了鐵質(zhì)顆粒稀疏混合硅顆粒區(qū)，造成了硅鐵條帶狀建造稠密程度不均勻的礦物基因內(nèi)在表達(dá)，這對分析和預(yù)測該礦石的解離特性和分選特性都有重要的指導(dǎo)意義。

將部分圖片放大觀察礦石構(gòu)造的微觀細(xì)節(jié)，又有新的發(fā)現(xiàn)，見圖2。

從圖2可以明顯地看出，礦石是由眾多顆粒細(xì)小的火山碎屑物經(jīng)過數(shù)億年甚至數(shù)十億年沉積、壓實、膠結(jié)和成巖作用形成的。從圖1和圖2中基本找不到基底膠結(jié)和孔隙膠結(jié)等沉積巖中常見膠結(jié)方式，而幾乎全部是細(xì)小沉積顆粒的接觸膠結(jié)。沉積過程中，由于壓實作用和壓溶作用強(qiáng)度增大出現(xiàn)了以顆粒支撐、顆粒連接、無膠結(jié)物式的成巖過程，而且磁鐵礦顆粒和脈石顆粒往往形成了點接觸、線接觸、凸凹接觸，在石英與石英顆粒間還形成了眾多縫合接觸。這些成巖形式因膠結(jié)物極少，顆粒接觸不完全，留有眾多顆粒間的孔隙?？梢灶A(yù)測火山碎屑沉積物的顆粒越細(xì)，比表面積越大，沉積成巖后的孔隙越少或越小，導(dǎo)致巖石的堅固性越高。從化學(xué)鍵的角度分析，火山碎屑沉積物粒度越細(xì)，顆粒接觸成巖過程的新生化學(xué)鍵越穩(wěn)定，顆粒邊界晶體共格強(qiáng)度越強(qiáng)，晶體缺陷就越少。這與該礦區(qū)顆粒細(xì)、埋藏深度深與礦石硬度高有一定的正相關(guān)性。

2.5 變質(zhì)過程對礦物基因內(nèi)在表達(dá)的影響

從MLA圖片結(jié)果判斷，磁鐵礦晶體重結(jié)晶長大現(xiàn)象很少見，基本都是原生的火山噴發(fā)時期的磁鐵礦碎屑顆粒；石英和長石顆粒僅有少部分在線接觸的基礎(chǔ)上發(fā)生了重結(jié)晶，顆粒邊界消失，小顆粒融合為較大顆粒。在第一次變質(zhì)期（約25億年左右），經(jīng)過火山熱液交代的作用，首先產(chǎn)生了綠泥石、云母等初級變質(zhì)產(chǎn)物；在第二次變質(zhì)期（約1.5億年左右），火山熱液侵入又產(chǎn)生了陽起石等中級變質(zhì)產(chǎn)物，這對礦物基因產(chǎn)生了較大的影響；另一方面，由于礦區(qū)內(nèi)的褶皺、斷裂等構(gòu)造不發(fā)育，擠壓碎裂的變質(zhì)作用也不發(fā)育，僅有局部有巖石節(jié)理和破碎，因此這些變質(zhì)過程較弱，沒有產(chǎn)生鞍本地區(qū)該類礦石常見的混合巖化作用，因此對礦石和礦物基因的影響不大。

2.6 各地質(zhì)作用對礦物基因外在表達(dá)的影響

（1）細(xì)粒級火山碎屑的沉積作用導(dǎo)致礦石堅固性極高，但眾多接觸膠結(jié)作用留下的孔隙可以加以利用成為碎磨過程的裂隙源。選擇高壓輥磨的碎磨方式，可以實現(xiàn)礦石沿沉積碎屑顆粒邊界的高效粉碎以及沿不同礦物邊界的快速解離，高壓輥干選精礦MLA微觀圖片見圖3。這些微裂紋尤其是沉積碎屑顆粒間的微裂紋可大幅改善預(yù)選精礦的可磨度，降低碎磨系統(tǒng)能耗。

（2）礦石破碎解離至-3 mm左右時，會產(chǎn)生磁鐵礦稠密浸染結(jié)構(gòu)聚集顆粒、稀疏浸染結(jié)構(gòu)聚集顆粒和脈石聚集顆粒，在分選設(shè)備的開發(fā)中，可以利用該特點，將這3部分一次性分開：稠密浸染結(jié)構(gòu)聚集部分多為半精礦進(jìn)入后續(xù)的再磨再選工序，稀疏浸染結(jié)構(gòu)部分作為中礦返回碎磨工序循環(huán)解離，脈石聚集部分作為尾礦拋棄。

（3）磁鐵礦的重結(jié)晶很少，對后續(xù)磨選帶來較大的難度，即需要細(xì)磨才能使磁鐵礦充分解離；脈石礦物的重結(jié)晶對礦石的堅固性起了一定的增強(qiáng)作用，但比例較少，對碎磨過程影響不大；而變質(zhì)作用產(chǎn)生的層狀硅酸鹽礦物云母、綠泥石和鏈狀硅酸鹽礦物陽起石，均降低了礦石的堅固性，使礦石更易碎磨，但也容易出現(xiàn)次生礦泥，產(chǎn)生更嚴(yán)重的磁性夾雜和機(jī)械夾帶，影響磁選的指標(biāo)，需要在工藝流程制定中選擇合適的分選工藝及裝備。嵌布粒度顯示，礦石中磁鐵礦具微細(xì)粒不均勻嵌布的特征。為保證90%以上的磁鐵礦獲得解離，處理本礦石時以選擇-0.037 mm95%左右的磨礦細(xì)度較為適宜。

2.7 基于礦物基因的分選工藝設(shè)計

根據(jù)礦物基因的研究結(jié)果，作者帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)了專利產(chǎn)品磁力分級干式磁選機(jī)［10］，結(jié)構(gòu)簡圖見圖4。制定了高壓輥3 mm干篩—磁力分級干式磁選機(jī)拋尾—中礦循環(huán)解離—整體系統(tǒng)解決方案［11］，工藝流程圖見圖5。

基于礦石細(xì)粒嵌布的基因特征，入磨前要想大量拋尾，需要對-3 mm粒級以下進(jìn)行初次分選，在使用高壓輥做細(xì)碎設(shè)備后，-3 mm粒級下會產(chǎn)生大量的細(xì)粒級物料，往往循環(huán)平衡時-3 mm粒級中-0.074 mm粒級物料量大于20%，細(xì)粒級越多，采用傳統(tǒng)干式磁選工藝時磁性夾雜和機(jī)械夾雜就越嚴(yán)重。而磁力分級干式磁選機(jī)利用360°旋轉(zhuǎn)交變磁場的作用原理，最大程度地減少了細(xì)粒磁性夾雜和機(jī)械夾雜，讓已充分解離的脈石顆粒部分進(jìn)入尾礦；其次，新型磁選機(jī)巧妙地設(shè)計出360°旋轉(zhuǎn)磁場和不同心外滾筒的技術(shù)組合，構(gòu)建了獨特的交變漸弱分選磁場，這就讓具有不同比磁化系數(shù)的磁鐵礦稠密浸染結(jié)構(gòu)顆粒和稀疏浸染結(jié)構(gòu)顆粒實現(xiàn)了有效分離，即中貧連生體和富連生體可以通過漸弱磁場依次進(jìn)入中礦和精礦，在提高干選精礦品位的同時，讓未完全解離的貧連生體返回高壓輥磨循環(huán)輥壓，通過輥筒和磁系的轉(zhuǎn)速組合調(diào)整，即改變磁場的N/S極交變頻率以及調(diào)整離心力的大小，同時調(diào)整分礦板的位置，可以調(diào)節(jié)富連生體和中貧連生體在精礦和中礦的分配比例，實現(xiàn)高壓輥對中礦循環(huán)解離的調(diào)控與磁力分級干選機(jī)的精準(zhǔn)分選。

對Fe1與Fe2礦石按質(zhì)量比為1∶1組成的混合礦樣采用高壓輥破碎至-3 mm的產(chǎn)品進(jìn)行磁力分級磁選機(jī)分選的結(jié)果見表2，對精中尾三產(chǎn)品MLA解離度分析結(jié)果見表2、圖7和表3?？梢钥闯觯蛇x精礦和中礦在單體磁鐵礦含量和富連生體含量都有明顯的差異，尾礦中磁性鐵含量不高，可直接拋尾。

3 傳統(tǒng)高壓輥工藝和基于礦物基因的高壓輥解離調(diào)控精準(zhǔn)分選工藝對比

3.1 傳統(tǒng)高壓輥工藝

根據(jù)圖7的流程將Fe1和Fe2礦體按質(zhì)量比1∶1混合礦樣高壓輥磨機(jī)破碎至-3 mm產(chǎn)品在磁場強(qiáng)度為240 kA/m進(jìn)行濕式預(yù)選（武漢洛克CZS?450/540），得到濕選拋尾結(jié)果見表4。

表4可以看出，對混合礦樣采用傳統(tǒng)高壓輥磨—濕式閉路篩分濕選拋尾工藝可以拋去21.91%的尾礦。對預(yù)選精礦再磨至-0.037 mm占95.7%，在96 kA/m的磁場強(qiáng)度下濕選可以得到產(chǎn)率12.96%、鐵品位65.43%的最終精礦。

3.2 基于礦物基因的高壓輥解離調(diào)控精準(zhǔn)分選工藝

根據(jù)圖6的工藝將原礦進(jìn)行高壓輥磨機(jī)3 mm干篩、磁力分級磁選機(jī)拋尾、中礦循環(huán)解離，得到預(yù)選拋尾結(jié)果見表5。

從表5可以看出，對混合礦樣采用新型高壓輥磨—干篩—磁力分級干選拋尾—中礦循環(huán)解離—再磨再選工藝可以拋去53.82%的尾礦。將預(yù)選精礦再磨至-0.037 mm占94.9%，在96 kA/m的場強(qiáng)下，得到產(chǎn)率16.64%、鐵品位65.76%的最終精礦。

可以看出，新工藝具有明顯的指標(biāo)分選優(yōu)勢。根據(jù)礦石的基因特性基本可以判斷，因為干選拋尾率高，提前把容易泥化的陽起石、黑云母和綠泥石等礦物提前拋出，大幅減少了后續(xù)再磨再選中的磁性夾雜和機(jī)械夾雜作用；傳統(tǒng)方案拋尾率低，較多的易泥化礦物進(jìn)入球磨工序，往往引起磨機(jī)內(nèi)料漿粘度的變化，更易造成有用礦物的過磨，造成尾礦損失加大。

3.3 干/濕拋尾精礦后續(xù)磨礦參數(shù)對比

對兩種工藝的預(yù)選精礦進(jìn)行了可磨度對比，結(jié)果見圖9。

由圖9可以計算得到，以-0.074 mm計的濕選精礦球磨功指數(shù)為12.95 kWh/t，干選精礦球磨功指數(shù)為9.45 kWh/t；磨礦細(xì)度-0.074 mm占90%時，以濕選精礦新工藝的干選精礦相對磨礦時間比常規(guī)高壓輥濕選精礦降低了32%，0.074 mm球磨功指數(shù)降低了27%。從2種高壓輥預(yù)選效果和后續(xù)再磨再選對比可以看出，新工藝可以實現(xiàn)更高的拋尾率和入磨品位，預(yù)選精礦的易磨性也顯著改善，這對超細(xì)超貧磁鐵礦的整體系統(tǒng)節(jié)能降耗帶來巨大的優(yōu)勢。尤其對沒有尾礦庫的礦山，實現(xiàn)干尾的低成本干堆或干法制砂綜合利用具有重要意義。當(dāng)然對于干選過程中的除塵問題，工藝設(shè)計時要仔細(xì)借鑒水泥行業(yè)除塵系統(tǒng)豐富成熟的經(jīng)驗，在密封措施和風(fēng)路設(shè)計、生產(chǎn)中的維護(hù)管理方面也都提出了更高的要求。

4 新工藝的生產(chǎn)實踐

東方三家子礦業(yè)公司于2018年年初啟動1000萬噸/年新建選廠建設(shè)，因礦區(qū)水資源短缺、尾礦庫資源無法滿足正常的濕選流程，因此采用了利君股份提出的高壓輥3 mm干篩—磁力分級干選拋尾—再磨再選工藝系統(tǒng)。主要設(shè)備選型見表6。

2019年3月，項目完工進(jìn)入調(diào)試，為克服Fe1礦體夾層多、礦石品位波動大、剝采比大、廢石量大的先天不足，根據(jù)礦體基因特征，加大Fe2礦體出礦量，F(xiàn)e1和Fe2礦體按采出礦量1∶3組織生產(chǎn)，從而降低了剝采比，降低了采礦成本。由于Fe2礦體嵌布粒度更細(xì)，品位更低，因此采取了如下措施：加大破碎量和大塊拋尾能力，調(diào)整高壓輥干選系統(tǒng)運轉(zhuǎn)參數(shù)，減少干選拋尾量，提高入磨量以滿足后續(xù)球磨機(jī)選型負(fù)荷的生產(chǎn)需要，增加了塔磨機(jī)臺數(shù)和電磁淘洗機(jī)進(jìn)行更細(xì)磨礦和強(qiáng)化精選作業(yè)，更換壓濾機(jī)作為精礦脫水設(shè)備，最終在-0.037 mm占98%的細(xì)度條件下，順利達(dá)到了年產(chǎn)鐵品位65%精粉100萬t的產(chǎn)能目標(biāo)。

2019年4月，利君股份組織團(tuán)隊對高壓輥干磨干選工序進(jìn)行了為期3 d的流程考察，結(jié)果見圖9和表7。

2019年10月至2020年3月，東方三家子礦業(yè)公司對該項目進(jìn)行了連續(xù)5個月的成本考察，得到如下結(jié)果：采礦（剝巖）成本4.5元/t（含運輸），剝采比2，總選比10，直接采礦成本135元/t精礦，直接選礦成本145元/t精礦，直接總成本280元/t，目前銷售價格610元/t（濕基不含稅出廠價），該系統(tǒng)的成功運行，為客戶創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)價值，也為同類型鞍山式貧磁鐵礦開發(fā)提供了成功的實施案例。

5 結(jié)論

（1）MLA可以作為基因礦物加工研究的重要手段，對反演礦床生成過程的地質(zhì)作用提供了清晰直觀的圖片資料。

（2）鞍山式沉積變質(zhì)巖型磁鐵礦的沉積作用和變質(zhì)作用都對礦石的基因產(chǎn)生了巨大的影響，主要包括礦石的力學(xué)性能參數(shù)、解離特性和分選特性。利用沉積作用和變質(zhì)作用對有用礦物和脈石礦物基因特性的影響機(jī)制，可為分選工藝和裝備的選擇與開發(fā)提供有益的信息。利君股份針對本溪東方三家子礦業(yè)的超貧超細(xì)磁鐵礦開發(fā)了高壓輥干式篩分—磁力分級干選拋尾—中礦循環(huán)解離—再磨再選整體系統(tǒng)解決方案，并成功應(yīng)用于1 000萬t/a規(guī)模的新建工程中，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）本文提出的基因礦物加工的研究方法和技術(shù)路線可以推廣到其余同類型礦山的提產(chǎn)節(jié)能改造或資源綜合利用項目中，為增加礦山效益、提高我國鐵礦資源保障能力提供了一條低成本、高效益、節(jié)能降耗、環(huán)保節(jié)水的技術(shù)路線。