磁铁矿属于典型的强磁性矿物,是我国工业生产中炼铁的最主要矿物之一。磁铁矿矿石中有用矿物为Fe₃O₄,脉石矿物主要为石英,同时伴有微量的Al、Ti、Mg等元素的氧化物。磁铁矿石中不同矿物之间磁性差异较大,工业生产中通常采用磁选的方式对磁铁矿进行选别,磁选柱是磁铁矿最常用的精选设备。传统磁选柱在分选过程中存在一些问题,如单位耗水量大、微细粒精矿颗粒流失严重、磁性相近的磁铁矿单体与富连生体的分离效果不佳等问题。为有效解决上述问题,课题组研制了一种三产品磁选柱,该设备分别针对磁铁矿单体、富连生体和贫连生体(脉石)的分离设计了特定的磁场结构和流场结构。本论文以三产品磁选柱的流场结构为研究目标,采用数值模拟与矿物分选试验相结合的方式,优化流场参数,旨在提高磁铁矿的分选精度。为探明流场及磁场协同作用对磁铁矿不同组分沉降特性的影响机理,采用改进的利亚申柯沉降试验装置,分别测定了不同粒度的磁铁矿单体、富连生体、贫连生体及脉石在外力条件下的沉降速度。研究发现,磁铁矿单体与富连生体沉降速度差异受单流体阻力影响较大;上升水流作用及磁场作用对磁铁矿单体及富连生体的沉降速度影响较大,对贫连生体与脉石的影响较小。采用有限元流场分析软件,对矿浆颗粒在三产品磁选柱内的流动形态进行数值模拟,获得磁铁矿颗粒在分选筒轴向以及径向截面的压强分布、速度分布、湍流强度分布等,探明了磁铁矿颗粒在分选筒不同位置流动时速度、压强等参数的分布规律。通过改变旋流锥与精选区入矿口的结构参数,得出了适宜磁铁矿颗粒在旋流锥内旋流分散、分离的流场结构参数。改变数值模拟中上升水流速度和矿浆浓度参数,考察不同浓度条件下矿浆颗粒在不同截面上所受压力、速度等参数的变化规律,得到了适宜磁铁矿颗粒在分选筒中流动的矿浆浓度以及粗、精选区上升水流速度。采用优化后的流场参数,约束磁场条件与矿浆浓度条件,进行实际的矿物分选试验,考察上升水流速度变化对分选效果的影响,研究发现,粗、精选区水流速度分别为0.039 m/s与0.0096 m/s时,得到最终铁精矿、中矿、尾矿TFe品位分别为67.93%、54.67%、21.25%,回收率分别为91.01%、6.69%、2.30%;依据磁铁矿颗粒的受力情况以及得出的不同组分的沉降速度,得出了实现不同组分之间分离时上升水流速度大小与磁场强度之间满足的关系。