1 前言
在氢气直接还原炼铁工艺中，铁矿石首先在竖炉内完成还原反应，随后进入电炉进行熔炼与杂质去除。鉴于铁氧化物与氢气的还原反应属于吸热过程，竖炉运行期间需持续进行外部能量补偿。
为有效抑制因炉温波动引发的物料粉化现象，并降低后续电炉精炼的除杂负荷，该工艺对原料提出了严苛要求，通常需采用铁品位在67wt%以上的高品质铁矿石。因此，为拓宽直接还原法的应用边界，亟需开发针对低品位铁矿及复杂伴生矿物的高效提纯与选矿工艺。
在选矿工程实践中，实现铁矿物与脉石的高效解离，其核心前提是使各组成成分达到充分的单体解离。基于此，本研究聚焦于铁矿石中目标铁矿物与脉石矿物的单体解离特性，开展了粉碎工艺的研究。
2 试验用料和试验方法
2.1 试验样品
本试验选取两种铁矿石作为研究对象（分别命名为矿石A和矿石B）。矿石A呈深褐色，矿石B呈黄褐色，二者虽在原始粒径分布上略有差异，但铁品位特征明确：矿石A为64.0wt%，矿石B为61.5wt%。物相分析表明，这两种矿石中二价铁含量极微，铁矿物主要以赤铁矿（Fe2O3）和针铁矿（FeO（OH））的形式存在。在脉石矿物组成方面，矿石A和矿石B均含有石英（SiO2）；此外，矿石B中还含有微量高岭土（Al2Si2O5（OH）4）。在粉碎试验中，统一选取经筛分处理的5-10mm粒级样品。
2.2 粉碎试验
针对上述样品，分别采用球磨机、颚式破碎机和辊式破碎机三种不同粉碎机理的设备开展试验，控制粉碎产物的平均粒径在250-500μm范围内，并同步测定各工况下的能耗数据。
具体设备参数设定如下：球磨机（筒体最大内宽12.5cm，内径42cm）转速为60rpm，每批次处理200g样品，装填介质为直径36mm的钢球；颚式破碎机转速为550rpm，排料口间隙设定为0.4mm；辊式破碎机辊缝间隙固定为1mm。粉碎产物经筛分划分为0.125-0.25mm、0.25-0.5mm、0.5-1mm、1-2mm、2-4mm及4-8mm六个粒级，各粒级样品经树脂镶嵌、切割及研磨抛光制备成光片后，用于后续的单体解离度评价。
2.3 单体解离度评价
利用制备好的矿样光片，对赤铁矿和针铁矿的单体解离度进行定量评价。单体解离的判定准则定义为：“在观测颗粒截面上，赤铁矿或针铁矿的单一矿物面积占比达到90%以上”。评价过程中，从各粒级中随机抽取100个颗粒进行观测统计。
3 结果与讨论
图1是各粉碎试验中赤铁矿与针铁矿单体解离度的评价结果。作为参照，图1（d）列出了通过在原矿断面照片上进行机械网格分割而虚拟获取的单体解离度数据。对比结果显示，在粒径小于或等于3mm的范围内，球磨机的粉碎产物表现出显著更高的矿物单体解离度，明显优于颚式破碎机和辊式破碎机。据此推测，球磨机粉碎过程中产生的反复冲击作用力，可能是导致矿物异种界面发生选择性破坏的关键机制。
4 结语
本研究提出一种优化的两段式粉碎策略：首先利用颚式破碎机或辊式破碎机将物料进行预粉碎，使其平均粒径达到约3mm，随后引入球磨机进行二次粉碎。该工艺旨在平衡能耗成本与矿物解离效果，以实现高效节能的粉碎作业。
