煤矸石分选技术

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hm2 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hm2。

煤矸石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。

煤矸石分选方法比选

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 /cm3 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 /cm3，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 /cm3 以上; ④循环水用量少，煤及矿物水耗在0. 03～ 0. 09m3 /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 /cm3，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 /cm3，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。

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。

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。

图1 煤矸石分选原则工艺流程图

来源：《煤矸石分选技术研究与应用》，作者：郭秀军