1、常規(guī)磁選存在的問題及獲得高品位磁鐵礦精礦的途徑
國內(nèi)外普遍使用的筒式磁選機(jī)等常規(guī)磁選設(shè)備，生產(chǎn)實(shí)踐早已證明它們是拋棄合格尾礦的好設(shè)備，因而得到廣泛應(yīng)用。但是由于其磁場強(qiáng)度較高，磁場力較大，磁場恒定會(huì)使成千上萬的單體磁鐵礦顆粒及連生體顆粒在磁場中產(chǎn)生強(qiáng)大的磁化磁團(tuán)聚，離開磁場后，由于剩磁的存在產(chǎn)生剩磁磁團(tuán)聚。因而在磁選過程中磁選精礦存在兩種夾雜，一是磁性夾雜，二是非磁性夾雜或叫機(jī)械夾雜。磁性夾雜使連生體進(jìn)入磁選精礦，非磁性夾雜使單體脈石和礦泥進(jìn)入磁選精礦，兩者均使磁選精礦品位降低，因此單一常規(guī)磁選難以獲得高品位磁鐵礦精礦。
磁選精礦或中礦鐵品位（β）可由下式表示：
式中，分母部分為（單體磁鐵礦+連生體+單體脈石）的總質(zhì)量。
由※式可見，欲提高磁選精礦鐵品位的辦法就是降低分母中單體脈石含量和連生體的含量。即是必須充分分出單體脈石及連生體。筒式磁選機(jī)，一般的磁重選礦機(jī)，或者由于其磁場強(qiáng)度太高，磁場力太強(qiáng)，或者由于分散程度不夠，反向分出單體脈石及連生體的分離力不夠，它們都存在磁化磁團(tuán)聚對單體脈石及貧富連生體的裹攜及夾雜作用，因而使精礦品位不高。欲獲得高品位磁鐵礦精礦和超級磁鐵礦精礦，必須研制能充分分散磁團(tuán)聚的高效磁重選礦設(shè)備，這種設(shè)備除存在合理而變化的磁場外，尚應(yīng)存在與磁力方向相反的能有效分出單體脈石和連生體的強(qiáng)大的反向分離力。
自上世紀(jì)80年代以來，我國選礦工作者為解決上述常規(guī)磁選存在的弊端，即存在磁性夾雜和非磁性夾雜兩個(gè)弊端，進(jìn)行了高效磁重選礦機(jī)的研制開發(fā)及應(yīng)用，取得了突破性的進(jìn)展。
2、磁——重聯(lián)合磁選機(jī)的進(jìn)展
自二十世紀(jì)80年代以來我國磁——重聯(lián)合磁選機(jī)無論在理論上還是在實(shí)踐上均獲得重大突破。首先是1985年首鋼礦業(yè)公司及鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所在實(shí)驗(yàn)室小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究基礎(chǔ)上研制出的磁重聯(lián)合選礦機(jī)——磁團(tuán)聚磁重聯(lián)合磁選機(jī)。它是在分析原有磁重選礦機(jī)——底部磁系永磁磁力脫水槽利弊基礎(chǔ)上研制出的一種新型磁重選礦機(jī)。原有底部磁系永磁脫水槽的鐵氧體永久磁鐵堆——塔形磁系作為一個(gè)整體磁系放置在錐形槽體的中下部，其磁場范圍集中在中下部，槽體上部磁場強(qiáng)度非常低，因而允許的上升水流速度較低，只能脫除礦泥和微細(xì)粒脈石，作粗選時(shí)，脫泥效果還可以，作精選作業(yè)時(shí)，當(dāng)上升水速適當(dāng)提高，溢流中往往帶出單體細(xì)粒磁鐵礦，尾礦品位跑高。不能分出粗粒脈石，更不能分出連生體。因而品位提高幅度不大。
磁團(tuán)聚磁重選礦機(jī)與永磁磁力脫水槽最大區(qū)別在于將集中的磁系（塔形鐵氧體永久磁鐵堆）改為分散的多圈多層結(jié)構(gòu)，相鄰兩層有一定間隔（形成環(huán)形永磁場），從而使磁場在垂直方向和徑向得以適當(dāng)均勻分布，磁場力作用范圍寬了；同時(shí)筒體由永磁脫水槽的單一錐形槽體改為帶收縮口的筒體和錐體構(gòu)成，給水方式由直沖式改為旋轉(zhuǎn)給入方式，從而使其允許的上升水速得到較大提高。由于物料給入后選分路徑經(jīng)歷多次磁場區(qū)和非磁場區(qū)分散得比永磁脫水槽好，因而分選指標(biāo)得以較大提高。該機(jī)既可以作為磁鐵礦選礦廠的粗選作業(yè)，也可以作為精選作業(yè)。它依靠相對較高的上升水速能分出礦泥和細(xì)粒脈石和細(xì)粒貧連生體，因而較磁力脫水槽品位提高幅度大了許多。
首鋼礦業(yè)公司和鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，隨后又根據(jù)下部礦量分出中礦后，礦量有所變少的分析還研制出了變徑型磁團(tuán)聚重選機(jī)，在結(jié)構(gòu)上更趨合理，該機(jī)在太鋼峨口鐵礦精選細(xì)篩下產(chǎn)物，精選效果有了明顯的提高。
二十世紀(jì)90年代劉秉裕教授（現(xiàn)鞍山金裕豐選礦科技有限公司董事長、總工程師，原鞍山鋼鐵學(xué)院——現(xiàn)遼寧科技大學(xué)選礦教授）在分析磁聚機(jī)利弊基礎(chǔ)上研制發(fā)明了“電磁式低弱磁場磁重選礦機(jī)——磁選柱”。他分析認(rèn)為永久磁鐵產(chǎn)生的是恒定磁場，恒定磁場不僅磁場大小不能改變，而且不能產(chǎn)生可調(diào)的脈動(dòng)磁場，因而在磁力脫水槽和磁聚機(jī)中不能高效地分散磁鐵礦的“磁化磁團(tuán)聚”，磁化磁團(tuán)聚如果得不到有效的分散，必將使夾雜于其中的單體脈石，礦泥不能徹底分出，連生體就連貧連生體也不能徹底分出，從而即使作為精選作業(yè)也獲得不了高品位磁鐵礦精礦。新型磁重選礦機(jī)的設(shè)計(jì)理念應(yīng)該是高分散的電磁的，磁場應(yīng)該是脈動(dòng)的，可調(diào)的，應(yīng)該產(chǎn)生持續(xù)向下的較大的磁場力，從而允許較大的上升水流速度，以產(chǎn)生與磁力方向相反且較大的尾礦（中礦）分離力。
劉秉裕教授自1992年以來先后研制生產(chǎn)出PVC板磁選柱，玻璃鋼磁選柱和不銹鋼磁選柱，分別于1994年、1999年和2000年工業(yè)應(yīng)用。以上為第一代磁選柱；2003年以后為適應(yīng)我國磁鐵礦石更趨貧、細(xì)、雜難選的需要，鞍山金裕豐選礦科技有限公司又開發(fā)研制出第二代、第三代磁選柱——裕豐磁選柱。該機(jī)除選分性能更優(yōu)外，在生產(chǎn)操作上可以實(shí)現(xiàn)磁場強(qiáng)度，精礦排礦閥門開度、上升水量等的自動(dòng)控制。從而生產(chǎn)過程更穩(wěn)定，生產(chǎn)指標(biāo)更高更好?，F(xiàn)在一、二、三代磁選柱在全國各大中小磁鐵礦選礦廠，如本鋼歪頭山選礦廠、南芬選礦廠、通鋼板石選礦廠、馬鋼姑山選礦廠、太鋼尖山選礦廠、峨口選礦廠、安鋼舞陽礦業(yè)公司選礦廠及許多中小型選礦廠應(yīng)用500余臺。
2003年首鋼礦業(yè)公司在分析磁聚機(jī)利弊基礎(chǔ)上，參考磁選柱的優(yōu)點(diǎn)研制開發(fā)出“復(fù)合閃爍磁鐵礦精選機(jī)——電磁聚機(jī)。該機(jī)的特點(diǎn)是在圓筒形的直立的分選筒內(nèi)自上而下置入多個(gè)電磁直線圈，多個(gè)直線圈自上而下順序通斷電，從而產(chǎn)生下移磁場力，同時(shí)在分選筒的下部設(shè)有一個(gè)永磁環(huán)形磁系，將最下直線圈放下的磁性產(chǎn)物吸向錐體，在給礦裝置中心通過一水管引入一給水管，到底錐上部反向形成上升水流。磁力向下，上升水流沖帶力向上，從而使入選礦漿中礦泥，單體脈石及貧連生體向上進(jìn)入溢流，而成為尾（中）礦，而下部底流產(chǎn)出高品位磁鐵礦精礦。該機(jī)自動(dòng)化程度較高，磁場強(qiáng)度及底流排礦閥及上升水量可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。電磁聚機(jī)是永磁磁聚機(jī)的換代產(chǎn)品，是一種類磁選柱產(chǎn)品，在首鋼水廠及大石河選礦廠及一些中小型磁鐵礦選礦廠得到工業(yè)應(yīng)用。
由于磁選柱是一種磁鐵礦高效精選設(shè)備，它能在所處理的磁鐵礦石磨礦細(xì)度與常規(guī)磁選比較相對較粗，即單體解離度不高的情況下，高效分出連生體，從而獲得高品位磁鐵礦精礦，或通過提高品位增加效益或通過適當(dāng)放粗磨礦粒度達(dá)到增產(chǎn)的目的，所以頗受廣大磁鐵礦選礦廠的歡迎，市場廣闊。因此自2005年以來出現(xiàn)了種種仿制磁選柱產(chǎn)品。各家名字叫“磁選柱“的產(chǎn)品性能不盡一樣，用戶應(yīng)當(dāng)首選名牌產(chǎn)品，以免影響生產(chǎn)，造成不應(yīng)有的損失。
CSX磁場篩選機(jī)
磁場篩選機(jī)，簡稱磁篩，是中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所近幾年研制的利用磁選精礦在低弱均勻磁場中單體磁鐵礦與磁鐵礦與脈石的連生體存在的磁性差異，使單體磁鐵礦實(shí)現(xiàn)有效團(tuán)聚，增大了與連生體粒度差，密度差，再利用安裝于磁場中的專用篩子，將在均勻弱磁場中由于磁化磁團(tuán)聚而形成品位得以提高了的鏈狀磁聚體，被隔在篩子的給礦側(cè)，而脈石和連生體礦粒由于磁性弱，大致以分散狀態(tài)存在，因而可以透過篩孔尺寸比其最大礦物顆粒粒度大許多倍的篩子的另一側(cè)，從而得以有效分離。
據(jù)報(bào)道該機(jī)自2002年工業(yè)化以來，已在國內(nèi)10余家磁鐵礦選礦廠應(yīng)用20余臺，例如唐鋼廟溝鐵礦，山西興旺鐵礦，河南欒川金吉鐵礦等。其品位提高幅度2—5個(gè)百分點(diǎn)。
2001年以來其他研究院所和院校，還研究開發(fā)了另外一些磁——重選礦機(jī)，其中有東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院研制的DFX型電磁精選機(jī)（又稱脈沖振動(dòng)磁場磁選柱）、酒鋼集團(tuán)公司張明達(dá)總工程師研制的磁重分選器、河北理工大學(xué)與北京科技大學(xué)“國家十五攻關(guān)課題：高質(zhì)量鐵精礦選礦新工藝及裝備研究“項(xiàng)目——低場強(qiáng)自重介質(zhì)跳汰機(jī)、昆明理工大學(xué)國土資源學(xué)院研制的永磁系螺旋旋轉(zhuǎn)磁場磁選機(jī)等。它們或未見大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，或仍處于小型試驗(yàn)或工業(yè)試驗(yàn)階段。
3、裕豐磁選柱
電磁式低弱磁場磁重選礦機(jī)裕豐磁選柱，由于其外形象根柱子，浮選上有個(gè)外形像柱的浮選機(jī)，名稱叫浮選柱，磁重選上電磁式低弱磁場磁重選礦機(jī)外形也像根柱子，效仿浮選柱，將其名稱簡稱為磁選柱。
磁選柱根據(jù)其磁場勵(lì)磁方式，磁場強(qiáng)度的強(qiáng)弱及分選原理其學(xué)名應(yīng)為電磁式低弱磁場脈動(dòng)磁場磁重選礦機(jī)。其結(jié)構(gòu)由給礦斗及給礦管、溢流槽、分選圓筒、底錐、精礦排礦閥門，電磁系及勵(lì)磁電控柜等構(gòu)成。它由電磁系產(chǎn)生脈動(dòng)下移磁場，由底部引入上升水流，下部產(chǎn)出高品位磁鐵礦精礦，上部溢出以連生體為主的中礦。它區(qū)別于磁聚機(jī)，選分原理更合理，由于存在下移磁場力，因而允許的上升水速更高，分選效果更佳。3
．1裕豐磁選柱結(jié)構(gòu)磁場特性及特點(diǎn)
裕豐磁選柱是磁選柱發(fā)明人劉秉裕教授在原磁選柱基礎(chǔ)上的更新?lián)Q代產(chǎn)品，現(xiàn)由鞍山金裕豐選礦科技有限公司生產(chǎn)，為國家專利產(chǎn)品，專利號為ZL200420070348.X。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
裕豐磁選柱自上而下，由給礦斗及給礦管、溢流槽、分選筒、底錐、上、下外套、精礦排礦閥門、上、下電磁系及勵(lì)磁電控柜構(gòu)成。在磁選柱的上、下分選筒及上、下外套之間自上而下裝有多個(gè)具有一定間隔的勵(lì)磁線圈，由特制的勵(lì)磁電控柜自上而下次序通斷電，產(chǎn)生循環(huán)往復(fù)的下移脈動(dòng)磁場，磁場時(shí)有時(shí)無，時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。同時(shí)，磁選柱由下而上二點(diǎn)或三點(diǎn)供水，引入高速旋轉(zhuǎn)上升水流，從而可使入選的磁性物料經(jīng)歷多次磁聚合與多次充分分散，分選的精度高，可獲得含雜很少的高品位磁鐵礦精礦。磁選柱結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)轉(zhuǎn)部件、磁場強(qiáng)度及其變化周期可調(diào)，允許的上升水流速度高達(dá)2—6cm/s，精礦排礦濃度55%～74%，電耗低，幾乎沒有檢修維護(hù)工作量，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。
裕豐磁選柱的磁場特性如圖2所示。
圖2示出的是CXZ60裕豐磁選柱的磁場特性。給出的是一個(gè)線圈通電時(shí)的靜態(tài)磁場特性圖（實(shí)際是動(dòng)態(tài)的）。圖中示出的是實(shí)測某一線圈在通電狀態(tài)下的靜態(tài)磁場等位線群、線圈上下對稱，只劃出了其上半部。由圖2可知位于線圈上、下部的磁性礦物均受到指向線圈軸向中心的磁場力作用，即處于線圈上部或下部的磁性礦物或磁鏈均受到指向線圈軸向中心的磁力作用，處于線圈上、下部的磁性物料均被磁力拉向線圈內(nèi)部，只不過由于下移磁場力和重力的作用較大，而向下拉動(dòng)的距離大，而向上拉動(dòng)的距離小而已。從而被上升水流凈化的磁性物料被最終拉到精礦排礦口而產(chǎn)生高品位磁鐵礦精礦。
3.2裕豐磁選柱分選過程
給礦由給礦斗經(jīng)給礦管給入磁選柱中上部，由返水盤噴出的水吹散，磁性礦粒在下移磁場力和重力聯(lián)合作用下，呈間斷方式被拉向下一線圈，在兩線圈之間，及該線圈斷電時(shí)，由于磁力大大減弱，被高速旋轉(zhuǎn)上升水流剪切而分散，使夾雜于其中的單體脈石、礦泥及連生體，特別是貧連生體沖帶向上，在相對強(qiáng)大的旋轉(zhuǎn)上升水流舉力作用下，上升至溢流沿排出而成為以連生體為主的磁選柱尾礦，實(shí)際上是需要再磨再選的中礦。通常磁選柱尾礦（中礦）應(yīng)經(jīng)濃縮磁選機(jī)濃縮后，直接給入二段或三段球磨機(jī)再磨再選。
分選過程中，給礦中的磁性物粒首先是被通電線圈產(chǎn)生的磁場所磁化，被磁化的磁性礦粒成為磁偶極子，眾多磁偶子互相吸引成為磁鏈。被磁化的眾多取向于磁場力方向的磁鏈?zhǔn)亲儜B(tài)的，先是細(xì)長，然后在外圍又吸持一些磁性礦粒，進(jìn)而又在磁場力作用下，磁鏈?zhǔn)湛s、變粗變短，即所謂的‘磁聚合’。當(dāng)該線圈斷電時(shí)，斷電的瞬時(shí)磁鏈在高速旋轉(zhuǎn)上升水流作用下，通過周向剪切，縱向上沖而得到較充分的分散，即所謂的‘分散’。當(dāng)下一線圈通電和斷電時(shí)又經(jīng)歷一次上述過程。這樣的過程進(jìn)行多次，使磁性物料在磁選柱一機(jī)中得以多次精選，得到高品位磁鐵礦精礦，同時(shí)也就降低了SiO2等雜質(zhì)的含量。
3.3裕豐磁選柱的分選原理
實(shí)際上磁鐵礦對磁選或磁——重選礦來說，它既是回收對象又是磁介質(zhì)，它們就好象是強(qiáng)磁選中的鐵磁性介質(zhì)一樣，只不過強(qiáng)磁機(jī)的鐵磁介質(zhì)只是介質(zhì)而非回收對象而已。不斷地新給礦等于既不斷地加入分選對象又不斷地給入磁介質(zhì)而已。
3.4裕豐磁選柱分選效果
裕豐磁選柱的分選效果，見表1及表2。
注：H—磁場強(qiáng)度；V—上升水流速度；T—磁場變化周期，下同。
由表1河砂磁鐵礦與石英砂的混合物，小型磁選柱精選結(jié)果，柱精品位高達(dá)72.37%，接近純磁鐵礦的品位，說明對石英的分出效果非常徹底。柱尾品位還不高，僅為3.71%，說明磁選柱對微細(xì)粒單體磁鐵礦的捕捉能力較強(qiáng)。
從表2可知，從不同類型磁鐵礦，無論是單一磁鐵礦，還是釩鈦磁鐵礦、硫鐵礦燒渣，還是磁鐵礦尾礦再收產(chǎn)物，不同品位磁鐵礦精礦或中礦磁選柱精選的結(jié)果來看，磁選柱均具有非常強(qiáng)的選擇性和適應(yīng)性，普遍均能由低品位精礦獲得高品位精礦，并具有十分明顯的提質(zhì)降雜效果?？梢哉f采用磁選柱