煤矸石选别

固定碳
1000
精矿
48.05
37.99
47.36
32.40
77.73
尾矿
51.95
73.30
12.55
67.60
22.27
2000
精矿
56.81
39.49
46.05
40.89
84.55
尾矿
43.19
75.07
11.08
59.11
15.45
3000
精矿
57.87
40.79
45.88
42.17
86.51
石灰对黄铁矿存在一定的抑制作用。
PH调整剂的添加是为浮选药剂与矿物间的相互作用创造最适宜的PH条件，调整剂试验的目的是寻求最适的石灰用量，提高选矿效率。
试验流程图见图4.4.2，试验结果见表4.3.2。
表4.3.2石灰用量试验结果
石灰用量(g/t)
产品名称
产率（%）
品位（%）
回收率（%）
灰分
固定碳
灰分
由石灰用量实验可知，随着石灰用量的增加，精矿固定碳品位变化不大，回收率逐渐提高，在用量4000g/t以上时，回收率趋于平稳，故选择石灰用量为4000g/t。
尾矿
42.13
76.81
9.83
57.83
13.49
4000
精矿
58.85
42.20
43.62
43.68
88.46
尾矿
41.15
77.82
8.13
56.32
11.54
4.3.3调整剂对比试验结论
从俩个试验结果可以看出，用六偏磷酸钠与硅酸钠作为调整剂，可以获得较高的回收率；用石灰与硅酸钠作为调整剂，可以获得较高品位的精矿。综合考虑回收率与品位的相对关系，以及药剂生产费用，决定采用石灰与硅酸钠作为调整剂。
1
煤矸石是丰富的自然资源，煤矸石是成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低，比煤坚硬的一种黑灰色岩石，在煤的掘进、开采和洗选过程中排出的固体废弃物。在工业、农业和建筑业中有着广阔的应用前景，综合利用煤矸石，不仅可以缓解我国耕地紧缺的现状，而且可以使煤矸石变成人们可以利用的一种资源，解决当前而临的资源紧缺问题，同时还可以改善人们生存的环境和减少自然灾害的发生。
该煤矸石最终采用浮选方法，浮选工艺流程为：一次粗选，两次扫选，两次精选。最终可以得到的指标为：精矿产率18.67%，灰分品位46.00%，固定碳品位41.10%，固定碳回收率25.07%，尾矿产率5.77%，灰分品位83.87%，固定碳品位2.91%，灰分回收率8.59%。使资源得到了充分的利用，选矿指标理想。实现了煤矸石综合利用企业的零排放，减轻生态环境压力，具有特别明显的环境效益。
实验方法：GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》中的氧弹量热法
GB/T 214-2007《煤中全硫的测定方法》中的艾氏卡法
结果和分析：
表3.8 煤矸石原料的工业分析
试样
Mad
Vd
Ad
FCad
Qd/kCal·kg-1
1
0.53
12.52
58.08
28.87
3075.4
2
0.43
12.65
58.13
28.79
3080.2
3
0.41
12.46
58.02
29.11
3089.7
平均值
0.45
12.54
58.08
28.92
3082.6
注：试样1、2、3分别取自同一批煤矸石原料，
干基硫分（St,d/%）=3.47
4浮选粗选条件试验
4.1磨矿细度
选择合适的磨矿细度是确保获取高回收率、避免不必要的过磨现象、减少磨矿成本的首要前提条件。磨矿曲线见图4.1，试验流程图见图4.2，试验结果见表4.1。
图4.1磨矿曲线
表4.1磨矿细度试验结果
磨矿细度（—200目%）
产品名称
产率（%）
品位（%）
回收率（%）
灰分
固定碳
灰分
固定碳
80
精矿
66.71
43.79
41.78
52.47
92.01
尾矿
33.29
79.47
7.27
47.53
7.99
70
精矿
67.34
43.80
43.03
53.24
91.88
尾矿
32.66
对煤矸石灰分进行荧光分析，结果见表3.2。
表3.2 煤矸石灰分的化学组成 /%
元素
Al2O3
Fe2O3
SiO2
Na2O
TiO2
FeS2
K2O
CaO
MgO
合计
含量
34.31
11.68
50.77
0.17
0.84
0.24
0.92
0.79
0.28
100
3.2煤矸石的矿物组成
原料：煤矸石
仪器：D/Max2200 X光片，如图3.9、图3.10，煤填充在粘土石英等矿物颗粒间。并且，可以观测到这些煤的结构呈弧状、带状，与粘土矿物混杂在一起。可以断定此种煤为丝质组，包含丝炭、镜煤丝炭、微粒体等有机微观组分。
对煤矸石中的煤作EDAX分析，结果见表3.5。
表3.5 煤矸石中煤相成分(At /%)
表4.2硅酸钠用量试验结果
硅酸钠用量(g/t)
产品名称
产率（%）
品位（%）
回收率（%）
灰分
固定碳
灰分
固定碳
500
精矿
74.20
47.70
39.19
62.92
95.52
尾矿
25.80
80.86
5.30
37.08
4.58
2000
精矿
74.10
47.81
39.10
62.87
95.36
尾矿
25.90
80.78
但是煤矸石的长期堆存，破坏生态平衡，给人类生存环境带来极大的危害，在我国全而建立“资源节约型、环境友好型”社会的进程中，我们只有通过多种途径开展煤矸石的综合利用，才能获得良好的经济、社会和环境效益，从而实现矿区的可持续发展。所以本次试验目的是通过选矿试验研究，综合利用煤矸石，回收煤矸石中的煤炭。
经矿石工艺矿物学研究，该煤矸石含石英、粘土、黄铁矿、煤炭，以煤炭为主。从化学分析结果看出：该矿主要回收目的矿物为碳。该试验样品分析结果为：固定碳26.20%，灰分56.74%，挥发分16.61%，水分0.45%。
在电子显微镜下观察煤矸石光片，观察其中黄铁矿形貌，如图3.13。可以观测到黄铁矿呈粒状、致密块状、球状。
对黄铁矿作EDAX分析，结果见表3.6。
表3.6 煤矸石中黄铁矿相成分(At /%)
S
Fe
1
66.82
33.18
2
66.18
33,82
此矿物相的化学式为FeS2，为黄铁矿类矿物
3.3.5 锐钛矿的岩相特征分析
4.2硅酸钠用量试验
Na2SiO3是抑制非硫化矿物的调整剂，对石英、硅酸盐及铝硅酸盐矿物有良好的抑制作用，对矿泥还有分散作用。
调整剂的添加是为浮选药剂与矿物间的相互作用创造良好条件，并兼顾消除其他影响，如团聚、絮凝等影响，调整剂试验的目的是寻求最适宜Na2SiO3用量，提高选矿效率。试验流程如图4.3，试验结果见表4.2。
2
此次选矿试验样品采样设计和采集由委托方承担，并负责样品的代表性。本次试验共送样品约100kg。
图2.1样品破碎加工流程
3原矿性质研究
3.1煤矸石、煤矸石灰分的化学组成
原料：1.煤矸石，2.煤矸石的灰分—采用GB/T 212-2008《煤的工业分析方法》中的缓慢灰化法制得煤矸石的灰分
仪器：S4 Pioneer X射线荧光仪
4.3调整剂对比试验
调整剂是指调整煤浆及矿物表面的性质，提高某种浮选剂的效能或消除负作用的浮选剂。选煤用调整剂主要包括：
介质pH值调整剂——调整煤浆酸碱度的浮选剂，用以改变煤粒和矿物杂质表面的电性，来提高浮选过程的选择性。属于这类浮选剂的有石灰、硫酸等。
抑制剂——浮选过程中用于控制矿物杂质对分选的有害行为，降低某种矿物表面疏水性，使其不易浮起，从而提高煤与矿物杂质分离的浮选剂。属于这类浮选剂的有偏硅酸钠、水玻璃、六偏磷酸钠和淀粉等。
对该样中的石英进行EDAX分析，结果见表3.3。
表3.3 石英的化学成分 (At /%)
Si
O
1
41.17
58.83
2
40.78
59.22
表3.3为该矿物相的化学成分组成，分析得此矿物相的化学式为SiO2。
3.3.2 粘土的岩相特征分析
通过光学显微镜，在普通发射光下在可以观察到粘土矿物，如图3.6，呈深灰色，不显突起，微粒状，充填在石英颗粒间。在正交干涉下，如图3.7，粘土矿物没有突起。
5.46
37.13
4.64
3000
精矿
71.89
47.24
39.74
60.12
94.17
尾矿
28.11
80.14
6.31
39.88
5.83
4000
精矿
59.43
43.60
43.51
45.61
85.46
尾矿
40.57
76.17
10.84
54.39
14.54
从试验结果可以看出，随着硅酸钠用量的变化，精矿品位和回收率均没有太大变化，但考虑到后续作业及精矿品位的提高选择硅酸钠用量为1000 g/t。
表4.3.1六偏磷酸钠用量试验结果
硅酸钠用量(g/t)
产品名称
产率（%）
品位（%）
回收率（%）
灰分
固定碳
灰分
固定碳
0
精矿
70.00
44.56
42.45
56.68
92.47
尾矿
30.00
79.47
8.08
43.32
7.53
1000
精矿
66.90
43.74
43.19
52.92
91.74
尾矿
33.10
78.65
79.31
7.84
46.47
8.12
60
精矿
71.49
－
41.18
－
93.85
尾矿
28.51
－
6.76
－
6.15
50
精矿
69.79
－
42.76
－
91.56
尾矿
30.21
－
9.10
－
8.44
40
精矿
69.78
45.40
40.49
57.75
90.40
尾矿
30.22
76.70
9.49
42.25
9.60
从试验结果中可以看出，随着磨矿细度的增加，精矿固定碳品位不断增加，灰分不断降低，固定碳回收率变化不大，综合考虑磨矿细度-200目60%较为合适。
本次试验对比石灰与六偏磷酸钠的浮选效果。
4.3.1六偏磷酸钠用量试验
六偏磷酸钠在浮选中用作抑制剂，能够与Ca+2、Ma+2及其他多价金属离子形成络合物，从而使这些离子得到抑制。六偏磷酸钠同时起分散剂的作用，阻止细矿粒聚集，使之处于单体分散状态，作用与絮凝剂相反。
试验流程如图4.4.1，试验结果见表4.3.1。
结果和分析：
对煤矸石进行荧光分析，结果见表3.1。
表3.1 煤矸石的化学组成 /%
元素
CH12
Al2O3
FeO
K2O
CaO
MgO
SiO2
FeS2
TiO2
Na2O
P2O5
合计
含量
34.27
22.76
4.04
0.59
0.49
0.21
34.16
2.88
0.52
0.13
0.02
100
注：1.可燃部分的碳氢化合物含量。
实验方法：XRD定性分析
结果和分析：
图3.1 煤矸石的XRD图谱
由煤矸石的XRD图谱分析可知，煤矸石中存在的晶体物质主要有石英、粘土（以高岭石为主）、黄铁矿、二氧化钛，在20°~30°之间呈现的峰包可能是无定型碳。
3.3煤矸石中各矿物的岩相分析
仪器：1.奥林巴斯全自动金相光学显微镜（BX61）。2. Quanta 200扫描电镜。
3.3.1 石英的岩相特征分析
将煤矸石试样制成光片，在光学显微镜下观察。在普通反射光下，石英呈深灰色，具有很高的突起，表面特征完整，矿物的轮廓清晰，如图3.2所示。在正交偏光干涉下可以看到石英突起很高，如图3.3所示。
将煤矸石光片喷金后在扫描电子显微镜下观察，在电子显微镜下煤矸石中石英也可以观察到明显的突起，如图3.4、图3.5。
7.85
47.08
8.26
2000
精矿
71.70
45.96
40.71
59.23
94.22
尾矿
28.30
80.13
6.31
40.77
5.78
3000
精矿
65.90
43.87
42.79
52.18
89.75
尾矿
34.10
77.67
9.45
47.82
10.25
4.3.2石灰用量试验
石灰是较为常用的调整剂，在调节矿浆的酸碱度中，有着较为优异的性能，且其资源丰富、价格低廉，故是良好的调整剂。
在电子显微镜下观察煤矸石光片，如图3.8，可以观察到三种形貌的粘土矿物。
对这三种形貌的粘土矿物进行EDAX分析，结果见表3.4。
表3.4 煤矸石中粘土矿物相成分(At /%)
Al
Si
K
粘土1
17.96
19.35
0.17
粘土2
10.46
32.88
2.96
粘土3
19.70
24.73
1.23
图3.8为三种粘土矿物的扫描电子显微结构。粘土1呈隐晶质致密状集合体，结合化学成分分析，此矿物相为高岭石矿物；粘土2呈胶体分散状，结合其化学成分，此矿物为水白云母（伊利石）；粘土3呈细小鳞片状，结合其化学成分，此矿物相为蒙脱石矿物。
在电子显微镜下观察到呈锥状、板状、柱状的矿物，如图3.14所示。
对该相作EDAX分析，结果见表3.7。
表3.7 煤矸石中锐钛矿相成分(At /%)
O
Ti
1
63.48
35.44
2
62.63
36.54
分析得此矿物相的化学式为TiO2。
3.4煤矸石的工业分析
原料：煤矸石
仪器：SDTGA5000工业分析仪
TE-C610自动调温量热仪
O
C
S
1
4.83
94.80
0.37
2
4.68
95.06
0.26
由于采用EDAX分析无法测得氢元素，所以测得煤相中碳含量偏高。
3.3.4 黄铁矿的岩相特征分析
通过光学显微镜，在普通反射光下，可以观察到黄铁矿呈浅黄白色，有很高的突起，表面平整且呈蜂窝状，轮廓清晰，如图3.11；在正交干涉下，可以观察到黄铁矿突起很高，如图3.12。