东鞍山铁矿石是我国典型的难选铁矿石,具有品位低、矿物组成复杂、铁矿物嵌布粒度细及磨矿产品粒度难以控制等特点,采用磁选、重选、浮选等传统选矿技术及其联合分选技术均难以获得较好的技术经济指标。因此,围绕东鞍山铁矿石的高效开发与利用,开展相应的应用基础理论与关键技术研究意义重大。预富集-磁化焙烧-磁选是处理复杂难选贫铁矿石典型和最有效的方法,尤其是悬浮焙烧具有传热传质效率高、焙烧能耗低等优点,成为近年来研究的热点。本文以东鞍山铁矿石为研究对象,在工艺矿物学研究的基础上,利用目的铁矿物与脉石矿物的磁性差异,进行了东鞍山铁矿石的磁选预富集行为研究;通过热力学分析,探讨了还原作用下预富集精矿中铁矿物的选择性还原磁化的可行性及氧化作用下还原物料中磁铁矿向磁赤铁矿化学转变的可能性;利用微型流化床反应器、光学显微镜及扫描电子显微镜(SEM)等测试技术,进行了赤铁矿的悬浮还原磁化动力学及磁铁矿的形成与生长行为研究;采用穆斯堡尔谱及振动样品磁强计VSM,进一步考察了磁铁矿的低温氧化物相变化规律及磁性变化特征,构建了强化赤铁矿悬浮态选择性还原磁化-再氧化的理论基础,开发了基于磁选预富集-悬浮磁化焙烧-磁选的东鞍山铁矿石高效利用新工艺,并取得如下具有科学意义和应用价值的研究成果:(1)探明了东鞍山铁矿石的磁选预富集行为。通过对预富集各阶段产品的XRD、铁物相及SEM等研究发现,矿石中的磁铁矿及部分与磁铁矿连生的赤铁矿主要富集于弱磁粗选精矿中,粗粒的赤铁矿和菱铁矿主要富集于高梯度中磁扫选Ⅰ精矿中,细粒的赤铁矿和菱铁矿在高梯度强磁扫选Ⅱ作业中得到有效的富集,另外部分微细粒赤铁矿(<10μm)由于磁性极弱而随着脉石丢失在尾矿中。(2)明确了赤铁矿悬浮态磁化还原机制。赤铁矿的流态化还原磁化反应过程中,氧的脱除发生在磁铁矿壳层的外表面。赤铁矿悬浮态磁化还原动力学过程可用Avrami-Erofeev方程F(a)=[-ln(1-a)]l/n(n=1.50～1.58 描述,即赤铁矿的悬浮态还原磁化过程由新相磁铁矿的随机成核及一维生长阶段控制。通过对反应结果的拟合,求得反应活化能Ea=48.70～49.64kJ/mol,指前因子A=5.58～6.55 s-1,反应速率常数与温度的关系为:k=5.58exp(-48700/R·T)或k=6.55exp(-49640/R·T)(3)确定了磁铁矿相的形成与生长机理模型。新生磁铁矿核优先在赤铁矿颗粒的边缘处形成并呈针状,成为磁铁矿相生长的核心;Fe2+离子是磁铁矿核生长的物质基础,后续生成的Fe2+离子扩散至磁铁矿-赤铁矿相界面促使磁铁矿相的生长。诱导期,新相磁铁矿核生成困难,磁铁矿核生长的指数前常数k0=1.95×105 μm2/min,活化能Ea=60.86 kJ/mol;生长期,新相磁铁矿核的形成对反应起到催化作用,促进新相磁铁矿核的生长过程,磁铁矿核生长的指数前常数k0=9.77×104 μm2/min,活化能Ea=35.71 kJ/mol。(4)查明了磁铁矿的低温氧化物相演变规律及磁性变化特征。磁铁矿的低温(300～400℃)氧化反应程度随温度升高和时间延长而提高,且反应程度受氧化温度的影响更为明显。磁铁矿在反应初期的氧化速度较快,后期氧化速度趋缓。磁铁矿的氧化过程中可分两个不同的阶段.:氧化温度低于350℃时,磁铁矿的氧化产物为磁赤铁矿(y-Fe203),其含量随温度的升高而逐渐增大;氧化温度高于350℃时,磁赤铁矿不能稳定存在,会发生γ-Fe2O3→α-Fe2O3的转化,同时磁铁矿氧化产品的剩余磁化强度Mr开始降低。(5)开发了基于磁选预富集-悬浮磁化焙烧-磁选的东鞍山铁矿石高效利用新工艺。在磨矿细度-0.074 mm粒级含量占60%的条件下,东鞍山铁矿石(TFe 31.74%)经弱磁粗选-筒式中磁扫选Ⅰ-高梯度强磁扫选Ⅱ后,可获得预富集精矿含铁42.02%、回收率90.02%的优异指标。同时,抛尾率高达32%。预富集精矿在焙烧温度540～560℃,还原气体CO用量4.0 m3/h及流化气体N2用量2.0 m3/h的条件下,焙烧产品磨细至-400目(0.038 mm)粒级含量占80%经弱磁(磁场强度100 mT)分选后,可获得产率39.02%、铁品位66.06%及铁回收率81.22%的分选指标。本文的研究成果丰富了难选铁矿石悬浮磁化焙烧理论体系,不仅对强化东鞍山铁矿石的悬浮磁化焙烧过程提供理论支撑,对其它复杂难选铁矿石的高效利用也具有良好的借鉴意义。