研究具有较高体积磁化率的二元盐流体，以实现高梯度磁分离与磁流体的耦合

《Journal of Molecular Liquids》：Investigation of binary salt fluids with higher volume susceptibility for high gradient magnetic separation coupling with magnetic fluid

高梯度磁分离耦合磁流体（HGMSCMF）通过引入二元盐溶液（FeCl?-Mn(NO?)?）显著提升体积磁化率（1240×10??），有效抑制钛铁矿与钛铁矿石中的钙钛矿（如钛铁矿）竞争吸附，最终获得TiO?品位47.25%、回收率42.91%的精矿，为处理难选弱磁矿物提供新方法。

　　高梯度磁选结合磁流体（HGMSCMF）是一种在处理弱磁性矿物时被广泛应用的技术，其核心在于利用具有高磁化率的磁流体来减少磁性杂质矿物对目标矿物的干扰捕获，从而显著提高选择性和分离效率。这项技术在提升难选弱磁性矿石的回收效果方面展现出独特的优势，尤其是在中国攀枝花地区处理钛铁矿等矿物时表现突出。然而，传统单盐溶液在磁化率方面的局限性，使得HGMSCMF在某些情况下难以获得高质量的精矿。为此，研究者尝试通过调控二元盐溶液，提升其磁化率，以期在实际应用中取得更好的效果。

在HGMSCMF中，磁流体的体积磁化率是影响分离性能的关键参数。磁流体的体积磁化率由磁性离子的摩尔磁化率和浓度共同决定。通常情况下，单盐溶液的体积磁化率受到其饱和溶解度的限制，而二元盐溶液则可能通过协同效应实现更高的体积磁化率。例如，MnCl?-Fe(NO?)?和FeCl?-Mn(NO?)?等二元溶液的体积磁化率可以达到1240×10??，远高于40% MnCl?溶液的磁化率。这一发现为提升HGMSCMF的分离性能提供了新的思路。

为了验证二元盐溶液在HGMSCMF中的实际应用效果，研究人员进行了详细的实验分析。实验结果表明，二元盐溶液在颗粒捕获测试中表现出较低的杂质矿物（如辉石）捕获质量，同时磁性产物的二氧化钛品位较高。此外，二元盐溶液在实际矿石分离过程中对脉动流的适应性良好，显示出优越的分离性能。在具体实验中，使用25% FeCl?–38% Mn(NO?)?二元溶液进行一次粗选和四次精选后，得到了二氧化钛品位为47.25%的钛铁矿精矿，其回收率达到了42.91%。这一结果表明，二元盐溶液在提升分离效果方面具有显著优势。

研究还通过数值模拟的方式，对颗粒捕获行为进行了深入分析。模拟结果与实验数据高度吻合，进一步验证了二元盐溶液在HGMSCMF中的优越性。模拟过程借助COMSOL Multiphysics软件，构建了颗粒在磁流体作用下的运动模型，分析了不同磁流体对颗粒捕获的影响。结果显示，二元盐溶液能够更有效地分离磁性矿物与杂质矿物，从而提高整体的分离效率。

在实验过程中，研究人员还对磁流体的其他物理性质进行了考察，包括粘度和pH值。这些性质对于磁流体在HGMSCMF中的应用同样重要。粘度会影响磁流体在磁场中的流动性能，进而影响颗粒的运动轨迹和捕获效率；pH值则可能影响磁性离子的水解和沉淀行为，从而影响磁流体的稳定性和磁化率。通过调控这些参数，研究人员能够优化磁流体的性能，使其更适用于实际矿石的分离过程。

此外，研究还探讨了不同单盐溶液的磁化率和溶解度特性。例如，在相同质量浓度下，常见的单盐溶液如MnCl?、MnSO?、FeCl?、Mn(NO?)?、Fe(NO?)?和Fe?(SO?)?的体积磁化率存在差异。其中，MnCl?的体积磁化率最高，其次是MnSO?和FeCl?，而Fe(NO?)?和Fe?(SO?)?的磁化率则相对较低。这一排序结果有助于研究人员在实际应用中选择更合适的磁流体。

研究还指出，某些难选弱磁性矿石中的杂质矿物（如钛辉石）具有较高的体积磁化率，甚至超过了饱和MnCl?溶液的磁化率（接近900×10??）。这导致在HGMSCMF过程中，杂质矿物与目标矿物之间的磁力差异减小，从而影响了分离效果。因此，通过引入二元盐溶液，不仅能够提高磁流体的体积磁化率，还能够有效克服杂质矿物磁化率高的问题，提升整体的分离效率。

在实际应用中，HGMSCMF技术的优势在于其操作简便、成本可控以及对环境的影响较小。磁流体通常采用水溶液形式，因此在使用后可以通过简单的过滤实现回收，避免了传统磁流体如铁磁流体在制备和回收过程中可能带来的高成本和复杂操作。此外，HGMSCMF技术还能够与其他分离方法（如重选、浮选等）相结合，形成更加高效的选矿流程。例如，在攀枝花地区的钛铁矿处理中，HGMSCMF的分离指标已经接近工业生产中采用高梯度磁选结合浮选的流程，显示出其在实际工业应用中的潜力。

为了进一步提高HGMSCMF的分离性能，研究人员还对磁流体的配制方法进行了优化。通过精确调控二元盐溶液的比例，能够实现更高的体积磁化率，同时保持良好的物理性质。例如，MnCl?-Fe(NO?)?和FeCl?-Mn(NO?)?等组合不仅能够提高磁流体的磁化率，还能够增强其对杂质矿物的排斥能力，从而提高目标矿物的回收率和品位。这一发现为HGMSCMF技术在处理难选弱磁性矿石中的应用提供了新的方向。

研究还强调了磁流体在不同矿石类型中的适应性。例如，在处理钛铁矿时，二元盐溶液表现出良好的分离效果，而在处理其他类型的弱磁性矿石时，可能需要根据具体矿物的磁化率和物理特性进行相应的调整。因此，研究团队建议在实际应用中，应根据矿石的具体情况进行磁流体的配制和优化，以实现最佳的分离效果。

总体而言，HGMSCMF技术在处理难选弱磁性矿石方面具有重要的应用价值。通过引入二元盐溶液，不仅能够显著提高磁流体的体积磁化率，还能够有效减少杂质矿物的干扰捕获，从而提升整体的分离效率和产品质量。研究结果表明，二元盐溶液在HGMSCMF中的应用潜力巨大，有望在未来成为处理这类矿石的重要手段。同时，该技术的低成本和环保特性，也使其在工业应用中具备广阔的发展前景。