我国铁矿石供需矛盾日趋紧张,已经成为制约我国经济可持续发展的瓶颈,迫切需要依靠技术进步来最大限度地利用铁矿资源。本文针对鞍山式贫赤铁矿石选矿成本高、利用率低的特点,提出了贫赤铁矿石高压辊磨机超细碎-强磁预选-高效分选新技术。对贫赤铁矿石进行了系统的高压辊磨机超细碎试验和强磁预选试验,得到了超细碎-预选工艺流程及最优工艺参数,并对强磁预选精矿进行高效分选研究。通过对高压辊磨机粉碎产品和颚式破碎机粉碎产品的物料特性和分选特性的对比,揭示高压辊磨机粉碎对贫赤铁矿石分选指标的影响。在此基础上,对贫赤铁矿石高压辊磨机粉碎机理和矿粒在磁场中的受力情况进行了深入的探讨。采用高压辊磨机粉碎贫赤铁矿石,分别研究了辊面压力、辊面速度和矿石含水率对高压辊磨机粉碎指标及产品特性的影响,结果表明：辊面压力对产品粒度和设备能耗有重要影响；辊面速度对设备处理能力有重要影响；矿石含水率对产品粒度、设备能耗和处理能力有影响,但均不显著。对于试验用高压辊磨机,当辊面压力为5.2N·mm-2、辊面速度为0.18m·s-1、矿石含水率3%～5%时,贫赤铁矿石的粉碎效果最好。边料循环闭路粉碎流程中,边料循环量的增加能使产品粒度变细。全闭路粉碎流程中,高压辊磨机-3.2mm粉碎产品(辊压产品)与颚式破碎机-3.2mm粉碎产品(颚破产品)相比,破碎比大、循环负荷小、产品粒度细、细粒级含量高。当控制筛孔尺寸分别为0.28mm和0.074mm时,辊压产品的球磨功指数分别为5.48kW·h·t-1和13.76kW·h·t-1,比颚破产品的分别降低了28.23%和13.96%；当磨矿产品细度为-0.074mm含量80%时,对于-3.2m,m给矿和-3.2+0.074mm给矿,辊压产品与颚破产品的相对可磨度系数分别为0.83和0.86；辊压产品的比表面积和单位孔体积分别为0.714m2.g-1和4.257×10-3cc·g-1,比颚破产品的分别提高了75.63%和76.21%；辊压产品-0.5m,m粒级中有用矿物的单体解离度为77.15%,比颚破产品-0.5mm粒级中的提高了24.46%；当磨矿细度-0.074m,m含量由40%提高到95%时,辊压后磨矿产品的有用矿物单体解离度由73.27%提高到95.11%,在细度相近的情况下,辊压后磨矿产品有用矿物单体解离度比颚破后磨矿产品的高,但提高的幅度由8.19%降到1.04%。高压辊磨机的施力方式以压碎为主,磨剥为辅,粉碎产品颗粒棱角不明显,结构疏松,裂纹数量多。辊压产品内部裂纹以穿晶裂纹、晶内微裂纹和晶界微裂纹为主。颚式破碎机的施力方式以冲击和折断为主,粉碎产品颗粒棱角分明,结构致密,裂纹数量少。颚破产品内部裂纹以穿晶裂纹、晶内微裂纹为主。晶内微裂纹和晶界微裂纹反映了高压辊磨机微观单颗粒粉碎过程中的两种非随机性粉碎方式—优先粉碎和晶界粉碎。贫赤铁矿石高压辊磨机宏观颗粒群的粉碎过程是脉石矿物大颗粒和有用矿物小颗粒之间相互作用所产生的选择性粉碎的动态过程,并随着物料密实度和颗粒间应力强度的增加而不断重复交替进行着。辊面压力在2.8～4.4N·mm-2范围内,有用矿物在优先吸收绝大多数能量后逐渐被粉碎,而脉石矿物主要作为压力传递介质,粉碎不充分；辊面压力在4.4～5.2N.mm2范围内,优先吸收能量充分粉碎后的有用矿物小颗粒反作用于脉石矿物大颗粒,成为压力传递介质,脉石矿物大颗粒吸收能量后充分粉碎；辊面压力达到5.2N·mm2后,由于物料颗粒机械强度的“尺寸效应”,贫赤铁矿石的粉碎效果趋于稳定。采用辊式强磁选机对贫赤铁矿石辊压产品进行干式强磁预选,分别研究了带速和给矿粒度对预选指标的影响,结果表明：降低带速能降低预选尾矿的品位和产率,提高回收率。干式预选适宜的给矿粒度为-3.2+0.5mm,当带速为0.22m·s-1时,预选精矿较原矿品位提高4.75个百分点,回收率为90.97%,抛尾产率为20.43%；采用棒状磁介质对贫赤铁矿石辊压产品进行湿式高梯度强磁预选,分别研究了介质棒间隙、介质棒直径、背景磁场强度和介质棒排列形式对预选指标的影响,结果表明：减小介质棒间隙,增大介质棒直径和提高背景磁场强度均能降低预选尾矿的品位和产率,提高回收率。介质棒交错排列时对磁性矿物的捕收能力优于平行排列时。采用直径为4mm、间隙为4mm的交错排列的介质棒在645kA·m-1的背景磁场强度下的全粒级湿式预选效果最好,预选精矿较原矿品位提高5.57个百分点,回收率为91.60%,抛尾产率为25.32%。在最优条件下,相对于分级预选指标(分级粒度为0.5mm),全粒级湿式预选的精矿回收率提高5.09个百分点,但-3.2+0.5mm粒级部分没有得到分选,抛尾产率较低。对磁场内矿粒的受力情况进行理论分析,结果表明：磁辊磁场中,赤铁矿所受的比磁力为69.42N·kg-1,分选-3.2mm赤铁矿的最高磁辊转速为2.95m·s-1。对于实际连生体矿粒,强磁辊式磁选机的最高转速应降低；棒介质高梯度磁场中,在同一背景磁场强度下,随着介质棒直径的增加,介质棒对赤铁矿粗颗粒的捕收磁力增加,对赤铁矿细颗粒的捕收磁力减小。对于实际连生体矿粒,考虑到颗粒重力和粘滞阻力的影响,增大介质棒直径有利于粗矿粒捕收的同时并不影响细矿粒的捕收,减小介质棒直径有利于细矿粒的捕收,但对粗贫连生体矿粒的捕收能力大大下降。试验结果与理论计算相符。采用“分级预选-阶段磨矿、阶段分选-强磁反浮选”流程对贫赤铁矿石进行分选。超细碎产品预先分级,-3.2+0.5m,m粒级进行干式预选,-0.5mm粒级进行湿式预选,干式预选精矿磨选后的粗精矿与湿式预选精矿混合后再磨再选。贫赤铁矿石经过颚式破碎机破碎后,最终精矿的品位为65.69%,产率为24.28%,精矿回收率为65.58%；经过高压辊磨机破碎后,最终精矿的品位为65.71%,产率为25.84%,精矿回收率为70.76%,在精矿品位相当的情况下,精矿产率提高1.56个百分点,回收率提高5.18个百分点。本文的研究成果为贫赤铁矿石的高效利用开辟了新的技术途径,具有重要的理论指导意义,并为其实际应用奠定了基础。