圆柱形磁介质(棒介质)高梯度磁选是分离细粒及微细粒弱磁性矿物的最有效方法之一,广泛应用于氧化铁矿、钛铁矿、黑钨矿等弱磁性矿石的选矿,及石英、长石、高岭土等非金属矿的除铁,并在实际中取得了显著成效。棒介质作为高梯度磁选过程的载体,介质丝的排列组合对介质堆内部的磁场分布和磁性矿粒的动力学行为具有决定性影响,从而显著地影响高梯度磁选机的分选效能,这使其成为棒介质高梯度磁选研究领域的最核心理论问题之一。然而,已有关于棒介质高梯度磁选方面的研究工作,主要局限于棒介质单丝方面,重点关注的是介质单丝对磁性矿粒的捕获;偶见的一些反映实际高梯度磁选过程的文献报道,也多是将介质堆看作多层介质单丝的简单叠加,在忽略介质丝间复杂的磁场相互作用的简化条件下展开理论探讨。然而,已有研究证实,基于棒介质单丝磁力捕获理论的预测结果与实际相差甚远,对实际高梯度磁选过程及操作的理论指导作用非常有限。本课题提出“单元介质”分析法,将棒介质堆看作多个薄层单元介质模块的有机组合,将单元介质进行有序排列组合,通过不同排列组合棒介质堆对典型弱磁性矿物分选指标的影响研究,建立科学的棒介质排列组合原理与方法,为高梯度磁选过程的棒介质优化设计及实际操作提供一定理论依据。理论分析表明:高梯度磁选过程中,矿浆流经棒介质堆时,磁性矿粒受到的磁力主要与磁感应强度和磁介质内磁场分布有关,而磁场分布主要受棒介质的排列类型、介质丝间距、介质层间距和单元介质层数等因素的影响。通过不同棒介质排列组合脉动高梯度磁选微细粒赤铁矿试验研究,可以得出结论:交叉排列的精矿产率比矩形排列低0.96个百分点,但铁品位和铁回收率分别高2.53和2.47个百分点,尾矿品位低3.13个百分点,导致分选效率高8.24个百分点;显然,交叉排列优于矩形排列,可以获得更高的铁精矿品位、铁回收率和分选效率。一定范围内,随介质丝间距增大,介质丝对磁性矿物的捕获能力降低,导致尾矿铁品位上升和分选效率下降,而精矿品位变化不明显;当丝间距由4mm增大至5mm,精矿铁品位由55.25%上升至56.47%,但铁精矿产率由48.67%下降至44.08%,尾矿铁品位由12.39%上升至14.95%,铁回收率由80.87%下降至74.86%,分选效率由61.34%下降至58.63%。介质丝层数相同时,层间距越大,分选指标越好;例如,对2mm和5mm两种层间距,前者铁精矿品位分别为54.88%和55.39%,铁回收率分别为76.93%和78.60,分选效率分别为58.81%和60.88%;随层间距增大,铁精矿产率、铁回收率和分选效率增大,而铁精矿品位变化不明显,尾矿铁品位下降。综合理论和试验研究结果,可以说明,棒介质排列组合对高梯度磁选的分选指标具有明显影响。选择最佳的棒介质排列组合,可以提升高梯度磁选的分选效能,对棒介质的优化设计乃至高梯度磁选机分选效能的提高,具有一定的理论和实践指导意义。