煤矸石是煤炭在开采、洗选过程中产生的一种含碳量较低、质地坚硬的岩石,我国煤矸石堆放量已超过60亿吨,并且仍以每年3-5亿吨的速度持续增长,煤矸石已然成为大宗固体废弃物。由于其含有一定量的残煤和有机质,在堆积过程中容易发生自燃现象。对于碳硫含量较高的煤矸石,自燃过程会产CO₂和SO₂等气体。这些可燃性气体一方面积聚到一定浓度时存在爆炸风险;另一方面释放的气体还会与大气中的水蒸气反应生成酸性物质,导致酸雨的形成;同时,煤系伴生硫铁矿占全国硫铁矿总储量的一半以上。因此,高硫煤矸石中回收硫铁矿既可实现有价资源的重复高效利用,也可减轻煤矸石对环境的污染。 论文以乌海地区的高硫煤矸石为试验原料,研究了高硫煤矸石的基础性质,通过探索试验确定了高硫煤矸石中回收硫铁矿分选原则流程,并采用单因素实验方法优化工艺参数。同时,结合分选过程动力学分析、工艺矿物学分析揭示了分选过程中黄铁矿损失原因。主要研究成果和认识如下: (1)原矿主要有价元素为硫、铁,含量分别为6.05%和8.02%;主要以黄铁矿形式存在。黄铁矿主要与高岭土(包含有机质)、石英、伊利石等脉石矿物连生,且分布于粗、中、细粒级,嵌布较不均匀。 (2)针对黄铁矿与脉石矿物紧密连生的矿石性质特点,推荐采用对原矿破碎后进行摇床分选,得到精矿、中矿、尾矿三个产品,精矿直接作为合格产品,中矿进行“浮选脱碳-三次提硫”再次分选,尾矿直接舍弃的重浮联合工艺流程。 (3)对高硫煤矸石中回收硫铁矿进行制度优化,结果表明:在磨矿细度为-200目占25%、床面横向坡度2°、冲洗水量为60ml/s的条件下进行摇床,可获得相对于原矿产率为11.45%、硫品位为31.64%、硫回收率59.84%的粗粒级黄铁矿(精矿);产率为45.76%、硫品位为3.49%、硫回收率21.98%的浮选入料(中矿);在矿浆浓度400g/L、矿浆细度-0.038mm占65%、p H为7、捕收剂柴油100g/t、抑制剂联苯三酚600g/t、起泡剂杂醇100 g/t的条件下进行反浮脱碳,在矿浆浓度300g/L、p H为5、捕收剂黄药100g/t、活化剂硫酸铜600g/t、抑制剂水玻璃500g/L、起泡剂2#油100g/t的条件下进行浮选提硫,浮选过程中可获得相对原矿产率为产率4.36%、硫品位27.53%、固定碳含量3.12%、硫回收率19.84%、热解残余碳占比1.79%的硫精矿。高硫煤矸石回收硫铁矿全流程闭路试验最终可获得相对于原矿产率15.49%、硫品位30.90%、固定碳含量6.57%、硫回收率79.11%、热解残余碳占比13.37%的硫铁矿产品,符合HG/T2786-1996《硫铁矿和硫精矿标准》中一等品硫铁矿产品指标。 (4)对高硫煤矸石分选过程中黄铁矿损失原因进行分析,结果表明:摇床在回收高硫煤矸石中的黄铁矿有效分选粒度下限为0.038mm,当黄铁矿的单体解离度>85%时,黄铁矿均分选至精矿端;当黄铁矿单体解离度<85%时,会造成黄铁矿不同程度地损失在中尾矿中。浮选分选尾矿产品中黄铁矿嵌布较细,均富集于-0.01mm粒级,较难解离,会导致黄铁矿表面易被高岭土(包含有机质)泥化,浮选药剂无法有效吸附在黄铁矿表面等现象,因此无法通过常规浮选工艺回收这部分黄铁矿。 论文对乌海地区的高硫煤矸石系统性的研究一种低成本、高效的高硫煤矸石回收硫铁矿的方法,实现高硫煤矸石的资源化重复利用,减缓了高硫煤矸石污染环境的问题。同时将工艺矿物学和分选过程动力学结合系统分析分选过程中产品损失原因,对今后高硫煤矸石回收硫铁矿有一定的借鉴意义。