一种煤矸石分级分质富集煤系高岭岩浮选回收煤系高岭土和煤的方法与流程

本发明涉及煤矸石资源化利用和煤系共伴生矿产回收，具体涉及一种煤矸石分级分质富集煤系高岭岩、浮选回收煤系高岭土和煤的方法。

背景技术：

1、煤矸石作为煤炭开采和洗选过程中产生的副产物，是我国排放量最大的工业固体废弃物之一。因而，十分有必要开展煤矸石资源化利用技术研究和应用，通过有效的资源化利用，实现煤矸石的规模化减量。

2、煤矸石，其化学组成中sio2含量普遍处于40～55％之间，al2o3含量超过37％，甚至高达40％以上，fe2o3含量处于0.50～3.50％，cao含量0.75～2.50％，mgo含量≤1％，na2o含量≤1％，k2o含量≤1％，tio2含量0.50～1.50％，sio2/al2o3比值处于1.05～1.35之间，矿物组成以高岭石类粘土矿物和煤为主，另有少量的石英、长石以及钛铁矿物，是典型的煤系高岭岩。研究表明，我国煤系高岭岩资源十分丰富，主要赋存于石炭二叠纪煤系地层中，遍布于内蒙古准格尔、山西大同、朔州、吕梁、陕西府谷和铜川、蒲白、韩城、山东新汶、安徽淮北乃至四川、广东的多个矿区，以煤层夹矸或者煤层顶底板形式存在，探明储量超过21亿吨，远景储量超过110亿吨，占我国高岭岩总储量的60％以上。尤其是在内蒙古准格尔、山西大同、朔州、陕西府谷等地，煤系高岭岩资源丰富、品质优良，具有十分重要的开发利用价值。这些煤系高岭岩的sio2/al2o3比值(sio2和al2o3的百分含量比)，通常介于1.05～1.28之间，接近高岭石的理论sio2/al2o3比值1.17～1.18，高岭土含量极高，通常超过80％，甚至达到90％以上，精选或者煅烧加工后几乎全为高岭土，白度较高，易于分散悬浮于水中，呈现良好的可塑性和较高的粘结性、优良的电绝缘性能，同时表现出良好的抗酸溶性和较好的耐火性能，可以广泛用于造纸、陶瓷、橡胶、化工、涂料、医药和国防工业，是重要的工业、农业、医药等必需的矿物原料，部分可用于原子能反应堆、航天飞机和宇宙飞船使用的耐高温元器件。

3、但是，这些煤系高岭岩的含碳量普遍较高，可达10～45％，外观一般呈灰色、灰黑色甚至黑色，白度较低，导致大多数煤系高岭岩难以直接有效利用而堆存弃置，资源损失和浪费极为严重。部分矿井的煤系高岭岩，通过手工拣选、摇床分选、重力旋流器分选和智能分选，进行煤系高岭岩回收。但是因为受分选工艺和技术条件、分选密度和分选精度等因素的制约，导致煤系高岭岩中的高岭土往往得不到有效富集与回收，因此难以得到广泛应用。为了提高高岭土品质，多数通过煅烧甚至化学漂白方式加以处理，脱除其中的煤等含碳物质以及其它杂质。煅烧法处理，尽管可以有效脱除高岭岩中的碳，提高高岭土白度等质量指标，但是往往需要经过高温热处理，不仅能耗较高，而且煅烧过程中往往会排放含so2和nox的烟气，需要进行深度烟气处理以达标排放。化学处理，尽管无需经过高温热处理，但是需要消耗酸碱等化学试剂，也容易引起环境污染。在这种情况下，采用分级分质处理和浮选法分选，回收煤系高岭岩中的高岭土和煤，无疑更加符合减污降碳的环保政策要求。

4、深入研究结果表明，煤系高岭岩中高岭土类粘土矿物，其粒度一般都比较细，通常都与煤紧密结合并嵌布共生，因此需要将煤矸石粉碎至较细粒度，才能进行煤系高岭土和煤的解离，以便有效分选回收，达到脱碳除杂的效果。在这种情况下，适合细粒物料分选的浮选技术，无疑会在煤系高岭岩脱碳除杂回收煤系高岭土中发挥重要作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矸石分级分质富集煤系高岭岩，浮选回收煤系高岭土和煤的方法。本发明通过深入研究煤矸石的成分组成和性质，采用分级分质处理，富集煤系高岭岩，进而采取浮选方法，分离回收煤系高岭土和煤，做到煤系高岭岩类煤矸石的有效资源回收和高效利用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种煤矸石分级分质富集煤系高岭岩、浮选回收煤系高岭土和煤的方法，包括以下步骤：

4、将煤矸石进行分级分质处理，得到-0.5mm的煤系高岭岩；所述煤矸石的sio2/al2o3比值低于1.65，所述-0.5mm的煤系高岭岩的sio2/al2o3比值低于1.35；

5、将所述-0.5mm的煤系高岭岩和第一部分水混合后第一调浆，得到第一浆料；

6、将所述第一浆料、第二部分水和捕收剂混合后第二调浆，得到第二浆料；

7、将所述第二浆料、第三部分水和调整剂混合后第三调浆，得到第三浆料；

8、在所述第三浆料中加入剩余水和起泡剂混合后第四调浆，得到第四浆料；

9、将所述第四浆料进行浮选，得到煤系高岭土和煤。

10、优选地，将所述煤矸石进行分级分质处理的方法包括将煤矸石依次进行筛分、多级破碎和逐级筛分。

11、优选地，进行煤矸石筛分后，分别得到大矸、中矸和小矸；当所述大矸的粒度大于100mm时，所述中矸的粒度为25～100mm，所述小矸的粒度小于25mm；当所述大矸的粒度小于100mm时，所述中矸的粒度为10～50mm，所述小矸的粒度小于10mm。

12、优选地，得到大矸还包括：对所述的大矸采用冲击式破碎机或反击式破碎机进行i级破碎，接着进入筛孔为0.5mm的筛网(s1)中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为50mm的筛网中筛分，+50mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～50mm的物料进入锤式破碎机中进行ii级破碎，接着进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为30mm的筛网中筛分，+30mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～30mm的物料进入锤式破碎机中进行iii级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为10mm的筛网中筛分，+10mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～10mm的物料继续进入锤式破碎机中进行iv级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为5mm的筛网中筛分，+5mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～5mm的物料继续进入锤式破碎机中进行v级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为2mm的筛网中筛分，+2mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～2mm的物料直接粉碎至-0.5mm，测定其sio2/al2o3比值，当比值小于1.35时，属于煤系高岭岩，直接用于浮选回收煤系高岭土和煤；当其sio2/al2o3的比值大于1.35时，进行物料的筛分，得到sio2/al2o3比值小于1.35的粒级，然后用于浮选回收煤系高岭土和煤。

13、优选地，得到中矸后还包括：对所述的中矸采用鄂式破碎机进行i级破碎，接着进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为30mm的筛网中筛分，+30mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～30mm的物料进入鄂式破碎机进行ii级破碎，接着进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为10mm的筛网中筛分，+10mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～10mm的物料进入鄂式破碎机进行iii级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为5mm的筛网中筛分，+5mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～5mm的物料进入鄂式破碎机进行iv级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为2mm的筛网中筛分，+2mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～2mm的物料直接粉碎至-0.5mm，测定其sio2/al2o3比值，当比值小于1.35时，属于煤系高岭岩，直接用于浮选回收煤系高岭土和煤；当其sio2/al2o3的比值大于1.35时，进行物料的筛分，得到sio2/al2o3比值小于1.35的粒级，然后用于浮选回收煤系高岭土和煤。

14、优选地，得到小矸后还包括：对所述的小矸采用对辊式破碎机进行i级破碎，接着进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为10mm的筛网中筛分，+10mm的物料作为砂石骨料的原料；+0.5mm～10mm的物料进入对辊式破碎机进行ii级破碎，接着进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为5mm的筛网中筛分，+5mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～5mm的物料进入对辊式破碎机进行iii级破碎，然后进入s1中筛分，-0.5mm的物料作为煤，+0.5mm的物料进入孔径为2mm的筛网中筛分，+2mm的物料作为砂石骨料的原料，+0.5mm～2mm的物料直接粉碎至-0.5mm，测定其sio2/al2o3比值，当比值小于1.35时，属于煤系高岭岩，直接用于浮选回收煤系高岭土和煤；当其sio2/al2o3比值大于1.35时，进行物料的筛分，得到sio2/al2o3比值小于1.35的粒级，然后用于浮选回收煤系高岭土和煤。

15、优选地，所述浮选在单槽浮选机上进行；所述浮选过程中，单槽浮选机的转速为500～2000r/min，浮选时间为3～8min；将所述浮选得到的浮物和沉物分别干燥后得到煤和煤系高岭土。

16、优选地，得到-0.5mm的煤系高岭岩后，和第一部分水混合，然后在转速为250～1500r/min的条件下，搅拌3～9min，稳定1～3.5min得到第一浆料；

17、得到第一浆料后，加入第二部分水和捕收剂混合后，在转速为200～1250r/min的条件下，搅拌2～8min，稳定1～4min得到第二浆料；

18、得到第二浆料后，加入第三部分水和调整剂混合后，在转速为200～1050r/min的条件下，搅拌2～7min，稳定1～4.5min得到第三浆料；

19、得到第三浆料后，将剩余水以及起泡剂混合后，在转速为200～950r/min的条件下，搅拌2～6min，稳定1～5min得到第四浆料；

20、所述第四浆料用于浮选回收煤系高岭土和煤；所述第四浆料的矿浆浓度为30～190g/l。

21、优选地，所述捕收剂为柴油与乙酸正戊酯的复配物，所述柴油与乙酸正戊酯的质量比为60～85:15～40；

22、所述调整剂为水玻璃；

23、所述起泡剂为仲辛醇和酚油的复配物，其中仲辛醇和酚油的质量比为65～85:15～35；

24、所述捕收剂的用量为1500～6500g/t；所述调整剂的用量为250～4000g/t；所述起泡剂的用量为350～5000g/t。

25、优选地，所述第一部分水、第二部分水、第三部分水和剩余水的质量比为4:2～2.5:1.5～2:2。

26、本发明提供了一种煤矸石分级分质富集煤系高岭岩、浮选回收煤系高岭土和煤的方法。石炭二叠纪煤系中含有大量的煤系高岭岩，其化学组成中sio2含量普遍处于40～55％之间，al2o3含量超过37％，甚至高达40％以上，fe2o3含量处于0.50～3.50％，cao含量0.75～2.50％，mgo含量≤1％，na2o含量≤1％，k2o含量≤1％，tio2含量0.50～1.50％，sio2/al2o3比处于1.05～1.35之间，矿物组成以高岭石类粘土矿物和煤为主，高岭石类含量普遍超过80％，甚至高达90％以上，是典型的煤系高岭岩，具有良好的分选富集高岭土的价值。本发明适应煤系高岭岩类煤矸石中高岭土分选富集的需求，基于对典型煤系高岭岩的成分组成，以及对煤矸石中化学成分组成随煤矸石粒度变化规律的研究，进而开展了煤矸石分级分质富集煤系高岭岩，浮选分离高岭岩中碳，回收高岭土和煤的技术研究，形成了基于煤矸石分级分质富集煤系高岭岩，浮选回收高岭土和煤的方法。本发明的工艺过程，包括煤矸石筛分、多级破碎和逐级筛分、浮选回收等环节。