磁选法从锆英砂中分离钛铁矿

钛铁矿是锆英砂中最主要、也最顽固的伴生矿物。重选段利用比重差异将锆英石与石英分开之后，得到的粗精矿中锆英石与钛铁矿的比重仍然非常接近——锆英石密度四点六到四点七克每立方厘米，钛铁矿四点七到五点零克每立方厘米。重选拿这对矿物毫无办法。但两者的磁性差异十分显著，钛铁矿属于强磁性矿物，比磁化系数约为二十到六十乘十的负六次方立方厘米每克，而纯净锆英石属于非磁性矿物，比磁化系数仅零点二到零点五乘十的负六次方立方厘米每克。正是这种近百倍的磁性差异，为磁选分离提供了可靠的物理基础。

磁选分离的物理依据

矿物的磁性来源于其内部铁、钛、稀土等元素的含量和赋存状态。钛铁矿的化学式为FeTiO₃，含铁量高达百分之三十六以上，铁离子在晶格中占据主要位置，使其具有较强的磁性。在磁场中，钛铁矿颗粒被磁化后产生较大的磁力矩，能够被中等强度的磁场捕获。

锆英石的化学式为ZrSiO₄，理想状态下不含铁。但天然产出的锆英石通常含有百分之零点五到二点五的Fe₂O₃，这部分铁可能以机械混入的微细粒氧化铁薄膜存在，也可能以类质同象形式替代晶格中的锆离子。含铁量的不同使锆英石的磁性在一定范围内变化——纯净的锆英石为非磁性，高铁锆英石可能表现出弱磁性。

锆英石与钛铁矿的磁性差异决定了磁选工艺的基本原则：采用弱磁场（零点二到零点三T）优先分离强磁性的钛铁矿，保证锆英石损失最小化；采用强磁场（一点三到一点五T）去除锆英石中的弱磁性含铁杂质，提升精矿品位。

弱磁选：优先分离钛铁矿

弱磁选是磁选流程的第一步，目标是将粗精矿中百分之八十到九十的钛铁矿分离出去，为后续强磁选和电选创造更清洁的给料条件。

永磁筒式磁选机是弱磁选最常用的设备，场强在零点二到零点三T之间。粗精矿经干燥机烘干至水分低于百分之零点五后，通过振动给料机均匀送入磁选机的给料斗。物料在重力作用下落到旋转的磁筒表面，钛铁矿等强磁性矿物被磁筒吸附，随筒体旋转到磁场较弱的一侧后脱落，进入磁性产品收集斗；锆英石等非磁性矿物不受磁力影响，沿抛物线落入非磁性产品收集斗。干式磁选要求入料干燥，水分超标时矿粉会粘附在筒体表面破坏分选效果。

单台永磁筒式磁选机通常达不到理想的分离效果，实践中常采用两到三段弱磁选串联的配置。第一段粗选以较高处理量快速分出大部分钛铁矿，第二段和第三段对非磁性产品进行多次扫选，逐步回收夹带在非磁性产品中的细粒钛铁矿。经过三段弱磁选后，钛铁矿的去除率可达到百分之八十五到九十五。

对于细粒级给料（小于零点一毫米），干式磁选容易因矿粉团聚而产生机械夹带，此时采用湿式永磁筒式磁选机的效果更好。湿式磁选中矿浆的流化作用有助于颗粒分散，钛铁矿的吸附效率比干式高出十到十五个百分点。

强磁选：深度除铁

弱磁选后的非磁性产品中，锆英石的ZrO₂品位通常在百分之六十二到六十四之间，Fe₂O₃含量约百分之零点三到零点八。大部分粗粒钛铁矿已被去除，但细粒钛铁矿、含铁包裹体的锆英石以及石榴石等弱磁性矿物仍然残留。强磁选的任务就是用高场强将这些弱磁性杂质“拔”出来。

立环高梯度磁选机是目前强磁选的主流设备。其核心部件是浸在矿浆中的导磁介质板（由导磁不锈钢棒或钢板网组成）。背景场强达到一点三到一点五T时，介质棒表面产生极高的磁场梯度，弱磁性矿物在流经介质区域时被吸附到介质表面，非磁性矿物随矿浆穿过介质排出。停机后冲洗介质板，将吸附的弱磁性矿物回收作为尾矿。

强磁选既可以采用干式也可以采用湿式。干式强磁选适用于粗精矿已经过干燥的场景，湿式强磁选则适用于直接从重选段来的矿浆。对于锆英石粗精矿，通常采用干式强磁选，因为粗精矿在进入磁选前已经过脱水干燥。

场强的选择直接影响分选效果。场强过低时弱磁性矿物去除不彻底，精矿Fe₂O₃含量偏高，ZrO₂品位上不去；场强过高时部分锆英石被误吸进入磁性产品，造成锆损失增加。对于锆英石提纯，一点三到一点五T是一个经过实践检验的合理区间。

磁选对后续电选的影响

磁选段在锆英石选矿流程中的位置安排，直接关系到电选的效率。

如果把磁选放在电选之前，磁选优先去除了钛铁矿和部分石榴石，电选只需处理锆英石和金红石的混合物。金红石是导体、锆英石是非导体，两者的导电性差异比钛铁矿与锆英石的差异更显著，电选的分选效率和精度都更高。

如果把电选放在磁选之前，电选需要同时分离金红石（导体）、钛铁矿（导体）和锆英石（非导体）。钛铁矿的导电性受表面氧化程度影响，变化范围较大，部分氧化钛铁矿表现为非导体，容易混入锆英石产品。最终产品品位波动大，精矿回收率偏低。

因此，磁选优先是更合理的选择。弱磁选和强磁选先将磁性矿物（钛铁矿、石榴石、独居石）全部去除，电选只做最后一步——把导电矿物（金红石）与非导电矿物（锆英石）分开。

磁选与联合流程的协同

磁选不是孤立作业，它与重选和电选构成了锆英石提纯的三段联合流程。这个流程的精髓在于：每一段只做自己最擅长的工作，同时为下一段创造条件。

重选把比重差异发挥到极致——用最低的成本抛出百分之八十以上的石英尾矿，让锆英石与钛铁矿、金红石等重矿物一起富集到百分之二十到四十。磁选接管后，利用磁性差异将钛铁矿和石榴石逐一剥离。这个步骤看似只是“除杂”，实际上也为后续电选扫清了障碍——电选最怕入料中混有钛铁矿，因为钛铁矿的导电性波动大会严重干扰金红石与锆英石的分离精度。

莫桑比克某大型海滨砂矿的实践数据验证了这套联合流程的有效性。原矿经重选预富集后获得锆粗精矿（ZrO₂约百分之四十二），粗精矿先进入弱磁选（零点二五T）分出大部分钛铁矿，非磁性产品再进入强磁选（一点四T）去除石榴石和独居石。经过磁选后的非磁性产品主要为锆英石和金红石的混合物，送入电选进行最终分离。最终获得一级锆英石精矿ZrO₂品位百分之六十五点五六，综合回收率达到百分之七十六点零八。

磁选段操作参数与常见问题

入料水分控制在百分之零点五以下，水分超标时磁选机筒体表面粘料严重，分选效率显著下降。弱磁选场强设定在零点二到零点三T，场强过高会导致部分锆英石被误吸进入磁性产品，造成锆损失。强磁选场强设定在一点三到一点五T，场强过低时石榴石和独居石去除不彻底，精矿Fe₂O₃含量偏高。给料层厚度控制在均匀单层状态，过厚时非磁性矿物被磁性矿物包裹，造成机械夹带。冲洗水压力不低于零点四MPa，用于清洗强磁选机介质板，防止堵塞。

弱磁选尾矿（磁性物）中ZrO₂含量偏高，通常是因为磁筒表面磨损或场强偏高。应检查磁筒表面是否出现磨损，用高斯计测量表面场强是否在设计范围内。

强磁选介质板堵塞频繁，原因是入料中含细泥过多或冲洗水压力不足。应在强磁选前增加筛分作业，确保入料粒度大于零点零七四毫米；提高冲洗水压至零点五MPa；每班停机后对介质板进行高压冲洗，每周拆出介质板用超声波清洗。

非磁性产品中Fe₂O₃含量仍高于百分之零点二，说明强磁选场强不足或介质板间隙过大。应将场强提升至一点四到一点五T；检查介质板间隙是否增大，必要时更换新的介质板。

锆英石产品中出现黑色颗粒，通常是磁选不彻底的钛铁矿。应将弱磁选产品返回磁选机再选一次；检查磁选机给料是否均匀，是否存在偏流现象。

结语

磁选法从锆英砂中分离钛铁矿，靠的不是复杂的化学反应，而是两种矿物近百倍的磁性差异。弱磁选把强磁性的钛铁矿优先抽走，强磁选把弱磁性的含铁杂质逐个剔除——两道磁选之间，锆英砂的Fe₂O₃从百分之零点五到零点八降至百分之零点一五以下，ZrO₂品位从百分之六十二左右提升到百分之六十四以上。这为后续电选的最终提纯铺平了道路。在锆英砂“重选-磁选-电选”三段联合流程中，磁选承上启下，是把粗精矿从“多种重矿物的混合物”变为“锆英石加金红石”的关键一步。没有这一步，电选就无法发挥它应有的精度。