我国微细粒铁矿资源禀赋存在明显复杂性，突出表现为品位偏低、颗粒嵌布细微、矿物成分繁杂三大特点，造成选矿过程细磨能耗骤升和分选效果不佳的双重难题。行业在磨矿与分选技术领域已取得多项突破。在磨矿技术层面，进展体现在预处理技术与新型设备的运用：预处理阶段借助微波、磁脉冲等技术，在矿物内部诱发界面热裂纹与交变应力裂缝，提高了后续磨矿的矿物解离效果，为降低能耗奠定基础；艾砂磨机与VRM、VPM等新型磨机通过创新构造，将多个研磨室集成于腔体内，对矿物初步分级后在对应研磨室处理，有效提升了细磨效能。在分选技术领域，物理选矿与浮选均完成优化改进：随铁矿粒度减小，水流黏滞曳力成为颗粒运动主导因素，技术上通过增强重力、磁力等分选力强化分选效果，同时Reflux Classifier 等设备采用静态分选环境，减轻水流对微细粒脉石的携带，提高分离精度。微细粒浮选面临颗粒- 气泡碰撞率低与泡沫层脉石夹带的瓶颈，目前通过纳米气泡技术及泡沫稳定性精确调控提升效率；此外，经选择性絮凝增大铁矿表观粒径后，结合浮选、磁选、重力沉降等手段，也能有效增强与脉石的分离效果。总体而言，构建“预磨—磨矿—分选”全流程技术体系，可大幅提高细粒铁矿资源利用率，为复杂铁矿高效开发提供技术保障，对维护国家资源安全具有关键战略价值。相关成果发表于矿冶期刊群《有色金属（选矿部分）》2025年第9期，题目：微细粒铁矿选矿技术进展。作者：贾文浩，周瑜林，卢宇熙，陈雯。

铁矿是重要矿产资源之一，广泛用于工业、建筑、交通等多个领域，尤其是在钢铁生产中具有不可替代的作用。目前用于炼铁原料的铁矿石主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿，其中磁铁矿与赤铁矿工业价值最高。我国铁矿资源丰富，但具有“贫、细、杂”的特点，导致难以获得合格铁精矿。通过开发针对微细粒铁矿的相关磨矿以及选别技术，可显著提升铁矿资源利用率，对保障国家资源安全具有重要意义。

一方面，微细粒铁矿选矿面临选矿成本高的问题，需要达到更细的磨矿粒度才能保证细粒铁矿的单体解离度，这意味着需要更高的磨矿能耗。另一方面，细粒铁矿颗粒在通过重选、磁选、浮选等手段回收时，存在回收率低、脉石夹带严重等问题，选矿效率低。因此，本文将从磨矿和选矿两方面介绍近年来微细粒铁矿技术进展。

有用矿物与脉石的充分单体解离是选矿前提。微细粒嵌布铁矿需更细磨矿粒度，但随粒度减小，磨矿效率显著下降：一方面细粒强度增加导致破碎概率降低；另一方面细粒比表面能增大引发团聚，并改变矿浆流变性。这导致能耗成本增加却难以获得合格粒级产品。

在预磨阶段，只需将铁矿石破碎至合格入磨粒度即可，通过常规颚式破碎机、圆锥破碎机以及高压辊磨机可实现该目的。但为了后续细粒嵌布的铁矿石在磨矿过程中更容易实现单体解离，相关学者提出一些其他预处理方法，在磨矿前改变矿石的内部结构，使细粒铁矿颗粒与周边矿石间产生裂纹，容易实现选择性解离，提高磨矿效率。这些预处理方法主要有微波助磨、磁脉冲处理和高压电脉冲处理。

铁矿微波助磨原理如图1（a）所示，矿石经微波照射后有用矿物与脉石矿物之间就会出现温度差，在矿石内部势必会出现热裂现象，导致矿石内部出现裂纹。KUMAR等从研磨动力学的角度讨论了微波辅助研磨，认为微波预处理可以提高矿石的可研磨性和选择性解离。王俊鹏发现当微波选择性加热时，吸波性强的含铁钛矿物快速膨胀，而辉石、斜长石等脉石矿物膨胀缓慢，这种不同步的膨胀会在晶界处产生剪切应力，使晶界作为结构薄弱区优先开裂，促进选择性解离。高压电脉冲促进矿物颗粒单体解离原理如图1（b）所示，通过高压电脉冲在矿石内部形成放电通道，利用脉冲放电产生的高温、高压和冲击波来破碎矿石，金属矿物导电性强，更易形成放电通道。由于严格的设备和作业要求，微波助磨和高压电脉冲助磨仍需要大量研究才可能实现工业应用。磁脉冲处理原理如图1（c）所示，交变电磁场在矿石中不同矿物的结合界面处产生周期性的拉、压、剪、弯曲和扭转，导致不同矿物的结合界面出现裂纹，促进单体解离。铁矿石磁脉冲预处理已在弓长岭磁铁矿开展工业级试验，工艺流程如图2 所示，磁脉冲预磨处理使磨机产品铁矿解离度提高5.82%，-0.043 mm 产品含量增加3.33%，最终铁精矿品位增加1.22%。

最初铁矿细磨研究主要致力于传统卧式球磨机结构与球磨介质改造与优化，如通过加长球磨机长度（管磨机）以延长矿浆在磨机内的停留时间，通过用更小的球磨介质来加强介质对细粒矿物的作用，但得到的磨矿产品粒级分布较宽，过磨现象严重，磨矿效率低。随着对铁矿细磨的需求进一步增加，在21 世纪初，铁矿厂开始用塔磨机取代球磨机，其细磨磨矿效率比球磨机高30%~35%。塔磨机内部低速旋转的搅拌螺旋不仅可以为磨矿介质与矿物的作用提供动力，同时可以促进内部矿物分级，细粒矿物随溢流向上排出，粗粒下沉继续研磨。大红山铁矿、庙沟铁矿、白马铁矿等多家铁矿均在铁矿细磨工艺中使用塔磨机。

艾砂磨机在细磨领域比塔磨机具有更高的能源效率，其细磨原理如图3 所示，矿物颗粒要在磨机内经过多个研磨室，随着磨盘旋转，粗颗粒受到更大的惯性力而停留在研磨区，细颗粒受到更多黏滞曳力，其“随水走”的特性使其穿过磨盘上的孔道迅速排出磨机。细粒的迅速排出不仅减少过磨现象，也可以减少细粒罩盖对细磨的负面影响。艾砂磨较快的转速在提高磨矿效率的同时，也加重了磨盘的磨损，限制了其在铁矿细磨领域的推广。承德天宝矿业某铁矿采用ACL-10000L 艾砂磨机，使磨矿产品-45 μm 含量占比由50%提高到80%。

近年来，瑞士Swiss Tower Mills Minerals AG 公司开发的VPM（Vertical Power Mill）和VRM（Vertical Regind Mill）则兼具塔磨机与艾砂磨机的特点，如图4 所示，一方面矿物颗粒在磨机内可以完成垂直方向的初步重力分级（塔磨机），另一方面有多个研磨室相连以提高磨矿分级效率。矿浆从底部泵送入磨机内，重力防止磨矿介质从磨机中溢出，并确保介质均匀分布在研磨室中。旋转的研磨转子仅在水平方向上施加能量，不必浪费用于提升磨机装料。研磨转子和腔体在每个转子周围创建了单独的隔间，转子产生的离心力使粗粒和研磨介质被推到研磨室周边的高强度研磨区，而细颗粒随矿浆向上移动，处于低强度研磨区。这种设计可防止过度研磨，并确保能量主要用于粗颗粒，从而最大限度地提高能源效率。在美国某铁矿，磁铁矿再磨工艺中，采用一台6500 kW 的VRM代替两台3350 kW Vertimill 塔磨机，降低了功耗，而且将原有闭路磨矿优化为开路磨矿，去掉部分分级装置，简化了生产流程。在澳大利亚IRON BRIDGE 铁矿，平行对比了某塔磨机与VRM对磁铁矿的磨矿效果，VRM的效率提高了22% 以上，同时产品粒度更细，粒度分布更集中。此外，VRM还有更紧凑、占用空间更小的优势。在2023 年4 月，VRM 已在IRON BRIDGE 磁铁矿再磨中成功应用，达到了P₈₀ 为30 μm 的研磨粒度。

随着铁矿石粒度的减小，其选矿难度也在增加。如图5 所示，选矿本质上为有用矿物与其他矿物的分离，即具有不同性质（粒度、密度、疏水性、磁性质等）的矿物颗粒在多种力的作用下有不同的运动轨迹，最后分离为不同的产品。如图6 所示，若铁矿石的粒径r 减至1/n，则其所受重力、磁力等“体积力”将减至1/n³，所受水流的黏滞曳力（“表面力”）将减至1/n²。随着粒级的减小，黏滞曳力逐渐主导颗粒的运动轨迹，而重力、磁力对颗粒运动的影响相对减弱，细粒运动具有“随水走”的特点，给细粒铁矿的重选、磁选均带来困难。

因此，不同的选矿方式具有不同的适应粒度范围。如图6 所示，作为重选设备的跳汰机、摇床、圆锥选矿机等均适用于较大粒度的矿石颗粒，其中Mozley 摇床采用流速较慢的流膜，大幅减小了颗粒所受的黏滞曳力，从而可以适用更小的矿石粒度。磁性矿物颗粒在强磁场受到更强的磁力以实现较细颗粒的分选。浮选与絮凝过程由疏水力、双电层力等表面力主导，可以适用更细颗粒的选矿。

随着铁矿物粒度的减小，其在重选设备内的运动轨迹受到水流黏滞曳力的影响变大，干扰其分选。一种改进细粒铁矿分选的思路为通过离心运动等方式使细粒矿物受到更大的惯性力以减少水流黏滞曳力的干扰；另一种思路为减缓水流速度，在相对“静态” 的条件下，让细粒铁矿物与轻质脉石实现分离。

SLon 离心选矿机由赣州金环公司研发，是一种利用离心力强化流膜选矿的卧式离心机，通过对矿物施加离心力以减弱黏滞曳力对分选的负面影响。崔振红等采用SLon 离心选矿机对齐大山氧化铁矿石进行了选矿工艺改造，用离心工艺代替原反浮选工艺处理细粒铁矿，最终铁精矿铁回收率提高了9.43%，铁品位基本不变。

由GALVIN等发明的Reflux Classifier示意图如图7 所示，通过在传统重力选矿流态床上加装窄间距倾斜通道，提供相对静态的水流条件，降低细粒矿物所受黏滞曳力，密度大的颗粒沉降于倾斜通道后滑入底部流化床，最终通过底流排放。在巴西伊塔比拉（Itabirite）铁矿，Reflux Classifier 成功处理了以赤铁矿和石英为主的细粒矿石（铁品位为37%，-10 μm 含量占比约20%），颗粒在流化床内按密度分层，精矿铁品位为65.6%，回收率为72.9%，相较传统反浮选工艺微细铁矿物回收率提升20%以上。

开发具有高磁场强度的磁选设备，使细粒铁矿在分选区域受到更大的磁力以减弱水流黏滞曳力对分选的负面影响。太钢袁家村铁矿选矿厂生产流程中混磁精矿再磨溢流-10 μm 含量大于50%，王英姿等采用平环ZH型强磁选机，将强磁选磁场强度提升至1.9 T，得到精矿铁品位达到52.84%、回收率为91.63%。李文博等使用异形聚磁介质代替传统圆棒聚磁介质，棱角突出的异形介质提供了更大的磁场梯度，提高了细粒铁矿的磁选回收率。赣州金环磁选科技研发的SLon-5000 立环脉动高梯度磁选机可提供1.8 T 背景磁场，攀枝花地区某选厂采用该磁选机用于钛铁磁选尾矿再回收，在入料TiO₂ 品位3.86% 的情况下，获得了产率9.56%、TiO₂ 品位11.45%、TiO₂ 回收率28.36%的预富集精矿。

铁矿石通常具有较高的密度，也具有一定的磁性，为进一步增强分选力对细粒铁矿运动轨迹的影响，有学者将磁力场与重力场等组成复合场，以提高细粒铁矿与脉石的分选效率。石家庄金垦科技有限公司开发的淘洗磁选机的原理图如图8 所示，在淘洗机上加装励磁线圈，使淘洗机内部产生向下的磁场，细粒铁矿同时受到磁力与重力的作用，以减少被上升水流黏滞曳力带入溢流的影响。在玉溪大红山铁矿，针对嵌布粒度细（-0.074 mm 含量占90% 以上）的露天熔岩矿，淘洗机将精矿品位提升3%以上（达67.38%），SiO₂ 含量降至6.05%，并有效脱除微细脉石；研山铁矿处理含赤铁矿交代残余的微细嵌布矿石（-0.05 mm 含量占79.49%），淘洗机使精矿品位从59%~61% 稳定提升至66.5%~67.5%， 解决了细粒磁团聚夹杂难题；东山选矿厂处理-0.015 mm 细粒级超过10% 的原矿，发现磁场强度越大，上述水流流速越小，所得铁精矿品位越低而回收率越高，通过淘洗机磁场强度与上升水流流速协同调控，淘洗精矿铁品位可达到66.5%以上；宝山矿业处理白云鄂博细粒多金属矿（-0.075 mm 为主），淘洗机替代浮选预选，铁精矿SiO₂ 含量降低1.89%，显著减少细粒浮选药剂消耗；三道沟选厂采用大型CH-CXJ30000 淘洗机处理微细磁铁矿（-0.074 mm 含量占85%），精矿品位提升2.05%， 微细粒分选效率显著提高。

浮选依靠疏水矿物与气泡间的表面引力黏附上浮，而亲水脉石因水化层斥力无法稳定黏附，实现选择性分离。随着粒度减小，水流黏滞曳力对细颗粒的负面影响较小，使浮选成为细粒铁矿与脉石分离的有效方法。实际浮选中，过细的粒度给浮选仍会带来困难。一方面是由于细粒矿物与气泡的碰撞效率低。矿粒较大时，惯性力和重力显著，矿粒的运动轨迹偏离流线，增大矿粒与气泡惯性碰撞的机会。对于微细粒，惯性力和重力作用较小，主要受流体黏滞曳力作用，矿粒沿着流线运动。如图9 所示，仅在厚度为矿粒半径r_p的薄层流体中的矿粒可能与气泡发生滑动接触，由于r_p很小，能与气泡接触的矿粒较少，气泡与矿粒的碰撞概率低。

另一方面，微细粒矿粒含量较多时，会造成浮选泡沫发黏、泡沫层过稳定、脉石夹带严重的问题。理想浮选过程中，先是较小的气泡在矿浆内矿化，在上升过程中形成泡沫层，同时由小气泡兼并为大气泡， 排液作用使泡沫层含水量减少，并使夹带的脉石回流矿浆。泡沫层的排液兼并是实现二次富集的关键步骤。泡沫的结构为Plateau交界结构，即泡沫是由液膜、节点和Plateau通道三个结构要素按照一定的内部法则组成的动态体系。Plateau通道最终构成整个泡沫的骨架，是泡沫含水最高的地方，也是泡沫排液的通道。相关研究表明，微细粒矿物通过增大Plateau通道内液体黏度及物理阻塞通道显著抑制泡沫排液：颗粒在高浓度下形成弱凝胶网络增加连续相黏滞阻力，同时微细粒聚集体滞留于Plateau通道，导致排液困难（图10），使得浮选过程中泡沫层过稳定、含水量过大、夹杂大量细粒脉石，分选效果差。MCFADZEAN等发现赤铁矿反浮选时，细粒石英含量越多，浮选泡沫越稳定，赤铁矿夹带损失越严重， 同时，由于气泡-颗粒碰撞效率降低，脱硅率也会出现下降。

提升疏水性矿物与气泡的碰撞黏附概率是提高浮选效率的关键。SILVA 等合成了新型酰胺类捕收剂，可以选择性地吸附于石英表面，使石英接触角从10°增至50°，增加细粒石英与气泡的黏附概率，在无抑制剂条件下实现了石英的反浮选脱除。细粒矿物表面的纳米气泡可以作为矿物颗粒与大气泡的黏附核心，张旭瑜通过文丘里管的空化作用制备纳米气泡。鞍钢集团鞍千矿业铁矿进行反浮选时， 使用空化作用后的水选矿可使赤铁矿反浮选精矿铁品位与回收率分别提高13%和21%。纳米气泡也使赤铁矿反浮选的浮选速率得到了提高。

削弱泡沫过度稳定是减少细粒夹带的关键。弱起泡剂MIBC通过降低液膜界面形成能，促使气泡适度兼并，泡沫寿命缩短50%，从而减少水力夹带。通常赤铁矿反浮选捕收剂具有较好的起泡性，不需要添加起泡剂。SILVA 等通过使用MIBC 代替30% 的捕收剂使水回收率降低，减少细粒赤铁矿在泡沫的夹带，硅脱出率达到90%，同时铁回收率达到87%。

有研究发现通过阴离子与阳离子捕收剂组合使用降低泡沫稳定性。CHENG等合成醚胺类捕收剂DOPA和TOPA，其醚键结构削弱气泡液膜氢键作用，泡沫寿命从DDA的78.24 min 降至39~46 min， 实现赤铁矿-石英高效分离，精矿铁品位达68.64%， 铁回收率97.65%。LUO等采用阴阳离子混合捕收剂（DDA∶SDS=2∶1）降低泡沫稳定性，并通过吸附差异选择性抑制赤铁矿上浮，混合矿铁品位提升至48.99%。HONG等通过优化阳离子结构， 以水溶性更优的DTAC替代DDA，与SDS 复配后（DTAC∶SDS=2∶1）使石英- 赤铁矿泡沫半衰期从 18000 s 骤降至420 s，同时浮选选择性显著改善，石英回收率91.85%时赤铁矿仅11.45%，铁精矿品位较单用DTAC提高4.28%。由于赤铁矿表面负电荷较低，赤铁矿与DTAC之间的静电吸引力较弱，进而不足以分离DTAC和SDS，从而降低了DTAC在赤铁矿表面的吸附量，促进了石英与赤铁矿的反浮选分离。

SAFARI 等则通过降低矿浆浓度减少细粒赤铁矿反浮选夹带。在气动浮选机（MBE Pneuflot）中， 将矿浆浓度由50% 降低至25%，石英的回收率几乎没有变化，细粒赤铁矿的损失由25%降低至12%。

微细粒铁矿因质量效应与表面效应陷入分选困境，通过选择性絮凝增大矿物颗粒表观尺寸成为提升选矿效率的关键途径。絮凝剂通过电荷中和、桥联吸附和网捕卷扫几种机制形成稳定絮凝体，显著增强后续分选效率。

CHENG等发现阴离子型聚丙烯酸钠（PAAS） 通过Fe³⁺—COO ^- 选择性性吸附赤铁矿表面，而未吸附于石英表面，使赤铁矿颗粒平均粒径从17.6 μm 增至26.7 μm，石英颗粒粒度几乎不变，再配合油酸钠捕收剂将赤铁矿回收率从68.7%提升至94.5%。NIU等针对赤铁矿-黏土矿物体系，采用异步调控策略选择性絮凝。先通过PAAS优先絮凝赤铁矿，再添加聚合氯后絮凝高岭土与绿泥石，加入油酸钠浮选赤铁矿，最终使精矿铁品位提高9.39% 并降低62% 黏土夹带率。EARDLEY等通过PAAS选择性絮凝赤铁矿，并加入六偏磷酸钠抑制赤铁矿与石英的异相凝聚，改进了细粒赤铁矿与石英的浮选分离。

ZENG 等对比了在镜铁矿-石英混合体系中淀粉链长对细粒镜铁矿的选择性絮凝效果，发现长链的羧甲基木薯淀粉（CMTS）絮凝能力更强，但易裹挟石英颗粒；短链的羧甲基玉米淀粉（CMCS）选择性更优。CMTS和CMCS分别使镜铁矿-石英混合矿的磁选精矿铁品位提高了6%和4%，回收率提高了24% 和17%。LI 等对比了直链淀粉与交联淀粉对镜铁矿的絮凝效果以及对后续磁选的影响，发现交联淀粉可通过三维桥联网络强化絮体抗剪切能力，使镜铁矿D₅₀ 从8.3 μm 增至23.6 μm，磁选精矿回收率提高12.5%。LOGANATHAN等研究了黄原胶通过静电吸引、氢键及化学络合作用选择性吸附于赤铁矿，显著增强其絮凝效率，而对带负电的石英无吸附；基于此机制，结合分散剂三聚磷酸钠对赤铁矿-石英混合体系进行选择性絮凝，经3 次沉降脱泥可实现65%的分离效率。

随着工业4.0 技术体系的成熟，人工智能技术开始在铁矿选矿领域实现系统性赋能。磨矿的智能化主要在分级控制、智能加球方面，选矿智能化研究多在加药控制方面，此外，铁矿加工全过程也在通过智能化协调控制。

本文系统梳理了微细粒铁矿选矿领域的技术突破与发展方向。在磨矿环节，技术创新聚焦于能耗优化与效能提升：微波、磁脉冲等预处理技术通过诱导矿物界面热裂与交变应力裂纹，优化矿物解离特性， 显著降低后续细磨能耗；艾砂磨机与VRM、VPM等新型设备则依托多腔室分级研磨结构，通过高效分级- 研磨协同机制，大幅提升细磨效能。

在分选环节，针对微细粒分选难题的技术解决方案日益成熟：Reflux Classifier 通过构建静态分选环境、高梯度磁选设备通过强化磁场作用，均有效削弱水流黏滞曳力对细粒运动的干扰，增强物理分选效果； 浮选技术通过纳米气泡提升颗粒-气泡碰撞概率，通过精准调控泡沫稳定性减少脉石夹带，突破细粒浮选瓶颈；选择性絮凝技术则通过增大铁矿表观粒径，为后续分选创造有利条件，显著提升分离效率。未来发展需通过构建“预磨—磨矿—分选”全流程解决方案， 为国家战略资源安全提供核心技术保障。