煤矸石分选有意义吗？能成功吗？
煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中排出的固体废弃物，其产量占原煤产量的15%左右。目前我国累计堆有煤矸石山1500多座，约40亿t，占地2万hm?2;以上，而且每年以1亿t左右的速度递增，每年新增煤矸石占地超过40多hm?2;。煤矸石的大量堆存不仅浪费土地资源，还会发生自燃、雨淋、泥化等情况，对环境产生严重危害。因此，解决煤矸石对环境的污染，并使其得到充分合理利用，成为煤矿开采和环境保护部门的重要研究课题。同时，加强对煤矸石综合治理、综合利用的研究及提高洁净煤技术，是当前燃煤大国的重要研究内容，也是环境保护与发展的需要。
大同塔山矿对煤矸石进行了化验分析，发现其中含有丰富的高岭岩。煤系高岭岩是一种与煤共伴生的硬质高岭岩，是我国特有的、极具开发价值的矿产资源，也是传统高岭土的重要替代资源。加工后的高岭岩产品，通常广泛用于陶瓷、造纸、橡胶、塑料、油漆、化工、建材、石油、铸造、医药、高新技术等部。
同时，根据有关部门资料显示，塔山矿井3#～5#煤层含矸率为22.4%，矸石中高岭岩的含量为29%。高岭岩有害成分F2O3、TiO2含量低，矿石锻烧后白度高，经测定白度达90%以上，最高达95%。金属氧化物CaO、MgO含量低，高岭岩具有较强的耐火度和较高的熔点。SO3含量低，污染极小。烧失量偏高，说明高岭岩中水份和有机质含量较高，锻烧即可剔除。总之，3#～5#煤层中高岭岩品质优良，符合多种工业用途。但是，大同地方煤矿及小煤窑将采出的矸石仅经手选回收高岭岩，没有任何选矿设备，致使高岭岩回收率低，质量参差不齐，直接影响高岭岩加工生产。极少数小煤窑只顾煤炭生产，并不拣选高岭岩，而将其混入矸石丢弃矿井周围，不仅浪费了宝贵的高岭岩资源，而且给矿区的环境保护带来极大的危害。因此，研究煤矸石的有效分选技术，使其中高岭岩资源得到充分利用显得尤为重要。
一、煤矸石特征
塔山矿煤田中含有丰富的高岭岩资源，为做好高岭岩的分选回收工作，对高岭岩和矸石的特性分别进行了分析研究，高岭岩的物理性质见表1，高岭岩和矸石的筛分试验结果见表2，浮沉试验结果见表3。
由表1可知，在各粒度级中，高岭岩与矸石的真密度都在2.25g/cm?3;以上，相差约为0.23g/cm?3;。由表2可知，随着粒度的减小，矸石产率有所下降，但幅度较小，而高岭岩的产率急剧降低;高岭岩的主导粒级为150～100mm粒级，其产率为53.83%，而150～50mm粒级产率可达91.31%，说明高岭岩硬度大于矸石，不易破碎。由表3可知，煤矸石分选密度为2.4g/cm?3;，±0.1含量为26.9%，说明煤矸石属于较难选矿石。
二、煤矸石分选技术研究
由表2可知，煤矸石中高岭岩主要分布在25～100mm粒度级中，其中150～50mm粒度级产率为91.31%，因此，煤矸石分选应从大块矿物分选方法中选择。目前，可用于大块矿物分选的方法主要有重介质分选法和重力分选法两种，对应的重介质分选设备包括斜轮分选机、立轮分选机及浅槽重介分选机，重力分选设备主要是跳汰机。
（1）重介质分选法
重介质分选是利用加重质(广泛应用的是磁铁矿粉)与水配制成一定密度的悬浮液，应用阿基米德原理，在重力场或离心力场中按照矿物质与脉石密度的不同进行分选的方法。由于其具有分选精度高、适应性强、分选密度调节便捷和易于实现自动化的优点，因而可以获得高质量的精矿和较好的分选指标。
但是，斜轮重介质分选机由于排矸轮为斜置，结构复杂，故障多，而且单机处理能力小，因此，国内外现场已很少采用。立轮重介质分选机虽将排矸轮改为立式，但因其高度大，也不能实现大型化。目前，浅槽分选机的发展和应用比较成熟，具有如下优点:①结构简单，处理量大，每米槽宽处理能力达100t/h;②分选精度及产品回收率高，Ep值通常小于0.05;③分选密度和分选粒级范围宽，分选密度调整范围在1.3～1.9g/cm?3;之间，分选粒级范围在300～6mm之间;④分选时间短，泥化现象轻，次生煤泥少。
由煤矸石试验资料分析可知:煤矸石分选密度可达2.4g/cm?3;，选用重介质浅槽分选机首先需要考虑重介质悬浮液的配置问题，其对磁铁粉的密度和粒度都有严格的要求;其次，分选过程中由于悬浮液密度大、粒度大，其稳定性很差，难以保证设备分选效率和产率最大化;第三，轻产物的排出全靠大流量的悬浮液，系统悬浮液循环量大，导致生产系统能耗增大;第四，磁铁粉的回收工艺和设备，致使系统投资和维护费用增大。因此，该项目不建议选用重介质浅槽分选机作为主选设备。
（2）跳汰分选法
跳汰分选法是利用上下脉动水流使入选矿物按密度分层和分离的方法，主要分定筛法和动筛法两种，所对应使用的设备分别为定筛跳汰机和动筛跳汰机。定筛法是利用风力使槽内的水上下脉动进行分选的，而动筛法是通过筛板上下运动使分选槽内的水相对于筛板成上下脉动而进行分选的。
定筛法由于其具有工艺系统简单、不用介质、处理能力大，在现场应用较多。目前主要处理分选粒级在120～0mm范围内的中等可选性的煤及矿物。而本项目高岭岩入料粒度上限为150mm，因此不采用定筛法。
动筛法主要技术特点包括:①工艺简单，设备投资少，运行成本低;②分选粒级大，范围宽，一般在400～25mm之间;③分选密度高，可在2.0g/cm?3;以上;④循环水用量少，煤及矿物水耗在0.03～0.09m?3;/t之间。
由煤矸石试验资料分析可知:煤矸石入洗粒度范围宽，且分选密度达到2.4g/cm?3;，完全符合动筛跳汰机的入洗条件，而且分选系统设备少，投资低，故障点少，大大降低了系统的运行费用。故而，该项目建议选用动筛跳汰机作为主选设备。同时，由于高岭岩与矸石的真密度相差约为0.23g/cm?3;，单一的动筛跳汰机难以保证分选效率，因此，该项目还增加了手选工序，来提高系统的分选效率，以保证高岭岩的回收率及纯度。
综上所述，煤矸石分选系统采用动筛跳汰机+手选的分选工艺。
三、分选过程粒度上下限的研究确定
动筛跳汰机分选粒度范围较宽，可达400～25mm，最佳分选粒级为200～25mm根据塔山矿煤矸石的特性，考虑到其150～50mm级矸石中高岭岩产率高达91.31%，为便于回收其中高岭岩，确定其分选粒度上限为150mm。动筛跳汰机分选粒度下限可达25mm，但高岭岩50～25mm粒级产率仅为4.32%，而且随着入料粒度范围的增大，分选效率也会降低，因此分选粒度下限为50mm。综合考虑，分选系统的分选粒度范围在150～50mm之间。
四、分选工艺的确定
根据工业应用要求和设备特点，结合煤矸石的特性，确定分选原则工艺流程如图1所示。
煤矸石经筛孔尺寸50mm的分级筛分级后，筛下物通过带式输送机输送至矸石仓;筛上物进入动筛跳汰机分选，选出的高岭岩通过手选后输送至高岭岩产品仓，矿浆采用高频筛脱水，高频筛筛下物进入浓缩系统，高频筛筛上物和尾矿通过带式输送机输送至矸石仓。
五、主要设备型号
塔山矿选煤厂煤矸石分选车间生产制度为330d/a，16h/d，入洗能力为244.1t/h，高岭岩产率为26.67%，分选系统的主要设备选型结果见表4。
六、经济效益
该分选系统调试成功后，高岭岩产率为26.67%，产量为65.10t/h，年产量为34.37万t。高岭岩生料售价在110～130元/t之间，故每年可增加销售收入65.1×330×16×110=3781万元，同时，分选系统建设投资约为1300万元，运行成本约为650万元/a，因此，4个月可回收成本，此后每年的净利润为31万元，经济效益非常显著。
该项目的实施，不仅能够解决矿区矸石污染的问题，改善矿区生态环境质量;而且回收的高岭岩可作为化工原料，对于提升企业经济效益有着重要作用。此外，该系统所采用的研究方法、分选技术及使用经验，为煤矸石综合利用提供了借鉴，具有一定的推广价值与应用前景。
（来源：煤炭工程）
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