CN111185299B - 一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法，本方法将井工采煤企业的采掘排弃矸石作为原料，经泥矸分离、跳汰洗选、选择破碎等工艺，最终产出商品泥煤、建筑砌砖粉糊沙、商砼用沙、石子，精煤、硫精矿、沙浆用水洗沙。本发明方法能够全量资源化利用了废弃矸石，且所获产品成本较低、销售容易。

Description

一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法

技术领域

本发明属于矿渣筛分技术领域，具体涉及一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O₃、SiO₂，另外还含有数量不等的Fe₂O₃、CaO、MgO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、SO₃和微量稀有元素。

整个采煤过程中产生的煤伴生废石是矿业固体废物的一种，其中就包括洗煤厂的洗矸、煤炭生产中的手选矸、半煤巷和岩巷掘进中排出的煤和岩石以及和煤矸石一起堆放的煤系之外的白矸等的混合物。具体来说是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值。含碳20％-30％，部分含有腐殖酸。现代社会中每年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。

也就是说，煤矸石具有一定的残余价值，通过一定的处理工艺将其内部含有的部分物质被分离出来，并能够产生经济效益，从而降低采煤成本。例如，回收煤炭和黄铁矿，通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿，或从选煤用的跳汰机或平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。

但现有技术中对于煤矸石的处理方式较多，但并未提供较好的回收并进行资源再利用的解决方案，特别是现有的处理手段大部分是无害化处理，也就是将其作为固体废弃物的一种，进行固废处理。或者是直接作为填料或者其他建筑材料进行使用，但直接使用容易因为该材料中含有有机质和无机质，使其在使用时无法达到强度要求。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矸石资源化处理方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法，具体如下：

首先，将煤矸石中的黑混矸石送入泥矸分离机中进行水洗，并分离得到粗混矸石和泥化矸石水浆料分别进行处理；

粗混矸石处理：将得到的粗混矸石送入跳汰机中进行洗选得到成品洗精煤、中煤矸石和洗净矸石，所述洗精煤作为优质煤回收利用；

而其中的洗净矸石通过脱水分级后将10mm以上的物料送入软硬矸石分离机中，分离得到软质矸石和硬质矸石分别作为建材加工使用；

泥化矸石水浆料处理：将得到的泥化矸石水浆料送入提沙机中分离得到作为商品砂浆用的水洗沙原料，而通过提沙后的泥化矸石水浆料再进过絮凝沉淀后脱水得到成品泥煤回收利用。

进一步的，在通过跳汰机对粗混矸石进行洗选后将得到的中煤矸石加水进行粉碎，并将粉碎后的物料并入泥化矸石水浆料中进行后续处理。

进一步的，在对洗净矸石进行脱水分级时，以10mm作为分离条件，粒径小于10mm的物料被分离并加水粉碎成水洗细沙。

进一步的，所述泥矸分离机中采用振动与水流冲洗方式结合使得黑混矸石中的易泥化的矸石泥化并被水流带入泥矸水浆管道中排出并得到泥化矸石水浆料，而洗净后粒径大于5mm的物料则为粗混矸石进行后续处理。

进一步的，所述粗混矸石通过跳汰机分离得到物料中还包括硫精矿。

进一步的，所述软质矸石加工成商品砌砖粉糊沙。

进一步的，所述硬质矸石加工成一般混泥土用砂。

进一步的，所述泥化矸石水浆料通过旋流提醒跳台提沙机分离得到水洗沙。

进一步的，所述软硬矸石分离机为旋转破碎设备，所述10mm以上的脱水后的洗净矸石进入软硬矸石分离机的转子腔内因内壁设有的螺旋弧形槽收窄挤压使得部分物料破碎，将破碎物料分离得到软质矸石，未破碎的物料即为硬质矸石。

本发明的有益效果为：

本发明的机构以建材化要求处理煤矸石，在前级分离的泥化矸石水浆中提取合格沙浆用沙，并保障泥煤品质提供了设备支持，非本技术中的特殊组合并进行适应性设计的常规设备及组合，不能完成这一功能要求和达到这一效果。通过本设备进行泥矸排沙，沙尽其用，且得到的泥煤品质更好。

本发明的方法和其他处理方法相比较，具有成本低，产成品销售容易等优点。该工艺方法对原材料适用范围广，克服了煤矸石原材料种类繁多，成分复杂的难点，特别是石灰岩地区煤矸石不能烧制陶粒等困难，同时所有产出产品均能达到相关行业要求。

附图说明

图1是本发明进行煤矸石资源化处理的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

本发明是一种用于煤矸石资源化利用的处理工艺，如图1所示，将原本作为固体废弃物的煤矸石通过多个设备分阶段依次处理，从而将煤矸石中可利用的物质尽可能的从中分离，来实现该产品的全量处理。

煤矸石是采煤过程中和洗煤过程中排出的固体废物，其产生的过程不同，分为巷道掘进时产生、采煤过程中产生和煤炭分选和洗选过程中产生。每个过程中产生的煤矸石的结构特征不同，则统一处理难度较大。

现有技术大部分是将其作为燃料使用，因其含有部分碳和其他可燃物，根据其测定的综合热值来判断是否需要进行洗选，若热值较高则可直接作为燃料进入循环流化床锅炉中进行燃烧。但一般均会对其进行洗选处理，将其中部分杂质去除后再进入锅炉中，而该洗选过程中所去除的杂质多为粒径较小的沙质或矿物质，均随着洗选中产生的污水排出，不仅导致其产生二次污染物，且并未对其中的有用成分加以利用，其处理效率较低。

本发明所谓的全量处理，是通过多级筛分步骤一步步将其中的有用物质提出并进一步加工成产品进行销售或利用，且不产生多余的废弃物或者二次污染。

具体来说，本实施例公开一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法，首先，将煤矸石中的黑混矸石送入泥矸分离机中进行水洗，并分离得到粗混矸石和泥化矸石水浆料分别进行处理。

(1)粗混矸石处理：将得到的粗混矸石送入跳汰机中进行洗选得到成品洗精煤、中煤矸石和洗净矸石，所述洗精煤作为优质煤回收利用；而其中的洗净矸石通过脱水分级后将10mm以上的物料送入软硬矸石分离机中，分离得到软质矸石和硬质矸石分别作为建材加工使用。

(2)泥化矸石水浆料处理：将得到的泥化矸石水浆料送入提沙机中分离得到作为商品砂浆用的水洗沙原料，而通过提沙后的泥化矸石水浆料再进过絮凝沉淀后脱水得到成品泥煤回收利用。

其中第一步将黑混矸石中的泥沙去除，通过泥矸分离机，采用水洗的方式进行初步洗选，将其表面附着的沙粒、有机质、矿物质等可溶物随着水流冲洗被带出，从而形成泥化矸石水浆料与得到的粗混矸石分开处理。而粗混矸石中主要包含有煤和石料，为了将其中的煤进行回收再利用，则通过洗煤中常用的跳汰机进行分选。

跳汰机是指实现跳汰过程的设备，物料主要在垂直升降的变速介质中按密度差异进行分选的过程。物料在粒度和形状上的差异，对选矿结果有一定的影响。跳汰时所用的介质可以是水，也可以是空气。以水作为分选介质时，称为水力跳汰；以空气作为分选介质时，称为风力跳汰。因为粗混矸石中的大多物质均是相互粘黏形成块状物，采用风力跳汰效果较差，无法实现分离，则采用水流作为介质。

因为跳汰机的分选精度较高，本发明中先将黑混矸石中的大部分泥沙通过初步水洗分离后得到含泥量较少的粗混矸石，再将粗混矸石送入跳汰机中进行分选，则能够使跳汰机中的洗水更加情节，排除了细颗粒物的泥化对跳汰过程的干扰。

而采用跳汰机得到的洗精煤则是可直接作为成品进行销售或使用的产品，其含硫量、灰分都大大降低。而中煤矸石的灰分较高，且热值较低，无法作为优质燃料使用，则与洗精煤分离作为副产物进行回收利用。

因为从跳汰机中得到的洗净矸石湿度较大，而对于高湿物料进行加工难度较大，则通过跳汰机分离得到的洗净矸石需要脱水后再进行进一步筛分。脱水后的洗净矸石根据粒径的大小，将10mm以上的物料送入软硬矸石分离机中进行分离，从而得到两种沙原料：软质矸石和硬质矸石。所谓的软硬不仅是物料的密度区别，同时还是其结构强度的区别。本发明中的软硬矸石分离机是通过不断的挤压物料，而硬度较低的软质矸石则被压碎并筛分出去，从而达到筛分的目的。因为根据其特性所制成的沙的使用条件也不同，则需要分离并单独处理。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上进行优化限定，如图1所示，本实例中对出井矸石进行处理，其中的硬质不含煤矸石，即运输巷道掘进白矸石进入常规沙石料生产线，处理加工成建筑用沙石料。

而黑混煤矸石全量资源化综合利用生产工艺流程具体如下：

黑混矸石经变频调速给料机送入泥矸分离机，分离获得5mm以上水洗粗混矸石和5mm以下泥化矸石水浆料。

5mm以上的粗混矸石输入矸石专用跳汰机洗选，获得成品洗精煤，提取硫精矿和中煤，中煤经加水粉碎后并入泥化矸石水浆料。

跳汰后的洗净矸石经脱水分级，10mm以下经加水粉碎成水洗细沙，获得商品沙浆用组分沙。也就是说，在通过跳汰机对粗混矸石进行洗选后将得到的中煤矸石加水进行粉碎，并将粉碎后的物料并入泥化矸石水浆料中进行后续处理。

由于高湿物料加工难度较大，因此，需要剔除10mm以下高含水矸石细料，而且粗洗矸震动翻滚强风对流在线去除表面附着水，二者为后续软硬分离和加工制沙创造条件。

10mm以下高含水矸料，通过湿法操作加水粉碎淘洗成水洗沙，避免了堵机堵筛，但获得的洗沙强度不及河沙，不能用于混泥土，用于商品沙浆组分沙用于砌砖粉糊，抗压值足够，市场用量大，成本比山岩人工水洗沙低很多，竟争优势大。

10mm以上进入软硬矸石分离机，分离出的软质矸石加工成商品砌砖粉糊沙；分离获得的硬质矸石加工成一般混泥土用砂。至此，泥矸分离获得的5mm以上粗矸石加工处理完成。

5mm以下泥化矸石水浆料进入旋流梯形跳台提沙机分离出水洗沙，该沙加工合并进入商品沙浆用水洗沙。提沙后的泥化矸石水浆料进入絮凝沉淀后，经压滤脱水后获得泥煤，该泥煤作为页岩砖内燃煤或配制电煤的组分煤销售。剩下的水，经处理后用作生产循环用水。至此，废弃煤矸石全量处理利用生产流程结束。

其中，泥矸分离机中采用振动与水流冲洗方式结合使得黑混矸石中的易泥化的矸石泥化并被水流带入泥矸水浆管道中排出并得到泥化矸石水浆料，而洗净后粒径大于5mm的物料则为粗混矸石进行后续处理。

混矸中的泥化矸石在超声波、高频振动、高压强水流淘洗作用下，易泥化的矸石快速泥化、粉化，随水筛分被分离进入泥矸水浆管道，洗净后5毫米以上粗混矸进入跳汰机，从而保障了跳汰机洗水清洁，并排除了细粒及泥化对跳汰的干扰，使跳汰机获得稳定良好的分选效果，以便提取出破坏矸石制沙品质的煤、中煤矸石和硫精矿。

本实施例中的泥矸分离机同时采用振动和水流方式处理进入的黑混矸石原料，不仅能够将原本附着在矸石表面的泥沙清除，同时能够将部分易被粉碎的部分去除，从而使获得的粗混矸石中的细颗粒物质被大量清除，为后续的处理工作提供较好的分选效果。

其中，泥矸分离机可采用轮斗洗砂机或者螺旋洗砂机，其中的轮斗洗砂机通过轮斗旋转搅动含水物料，并通过脱水筛和振动电机对含水物料进行分离，其中的振动电机将原本易被破碎的矸石粉化并随着水流进入清洗箱中，最后从泥矸水浆管道排出。而通过脱水筛将未被粉化并保持稳定状态的物料脱水后排出。而螺旋洗砂机的原理相似，虽然结构不同，但通过适配选型也能够达到相似的处理效果，则可以进行替代更换。值得说明的是，上述机型是现有矸石处理中常用的设备，且泥矸分离过程中可选用多种不同的设备进行处理，只要能够达到较好的泥矸分离效果均可代替，则本领域技术人员应当理解为其包含有多种不同结构的设备，不仅仅是上述举出的两种设备。

而在泥矸分离的步骤中，比重分选的指导思想能够保障终端沙的品质，不是仅仅为了获得煤矸石中的煤。而前置泥矸分离后再入洗，也是为了这个目的。由于常规洗煤跳汰机作业时是煤多矸少，用于洗矸石时，则会进行适应性改造，使其适应矸多煤少的工况条件。

进一步的，所述软硬矸石分离机为旋转破碎设备，所述10mm以上的脱水后的洗净矸石进入软硬矸石分离机的转子腔内因内壁设有的螺旋弧形槽收窄挤压使得部分物料破碎，将破碎物料分离得到软质矸石，未破碎的物料即为硬质矸石。

洗净矸石进入软硬矸石分离机的转子腔内，并随着随转子高速旋转，转子腔壳体内壁有合金螺旋V形槽，V形状的弧形槽上宽下窄，旋转料群入槽后滑动，因槽宽收窄而相互挤压，强度差的矸石被压碎筛分出去，经再破碎加工成粉糊砌砖沙，强度高的经再破碎成常规山岩沙用于混泥土。调整转速可获得稳定的抗压值分离点，不论原矸成分如何变化，引起软硬沙量比例的变化，均不会引起硬质沙抗压值的变化，由于不含泥，品质优于普通的山沙，故市场接受度好。而软质沙用于砌砖粉糊，也优于常规沙石厂含泥的砌砖粉糊沙。由于少了开山爆破采矿粗破碎环节，成本也低，市场销售良好。

这里的泥化矸石加软、硬矸石三分处理法，避开了矸石构成岩石种类的复杂性误区，软质矸石有软质矸石的用处，硬质矸石有硬质矸石的用处，泥化矸石有泥化矸石用处。这就为全量处理利用消化采煤排弃的煤矸石，工业化生产处理销售找到了共性方法和生产工艺。

本实施例中采用的煤矸石资源化处理工艺所得到的产品包括水洗沙、泥煤、精煤、硬质中砂和砌砖细沙，最后处理剩下的水过滤后还能够作为循环水进行利用，则整个过程将煤矸石完整利用，不产生二次污染，也不浪费物料中的可用物质，从而做到真正的全量处理。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (6)

1.一种煤矸石资源化处理利用的生产工艺方法，其特征在于，具体如下：

首先，将煤矸石中的黑混矸石送入泥矸分离机中进行水洗，并分离得到粗混矸石和泥化矸石水浆料分别进行处理；

粗混矸石处理：将得到的粗混矸石送入跳汰机中进行洗选得到成品洗精煤、中煤矸石和洗净矸石，所述成品洗精煤作为优质煤回收利用；而其中的洗净矸石通过脱水分级后将10mm以上的物料送入软硬矸石分离机中，分离得到软质矸石和硬质矸石分别作为建材加工使用；

泥化矸石水浆料处理：将得到的泥化矸石水浆料送入提沙机中分离得到作为商品砂浆用的水洗沙原料，而通过提沙后的泥化矸石水浆料再进过絮凝沉淀后脱水得到成品泥煤回收利用；

在通过跳汰机对粗混矸石进行洗选后将得到的中煤矸石加水进行粉碎，并将粉碎后的物料并入泥化矸石水浆料中进行后续处理；

在对洗净矸石进行脱水分级时，以10mm作为分离条件，粒径小于10mm的物料被分离并加水粉碎成水洗细沙；

所述泥矸分离机中采用振动与水流冲洗方式结合使得黑混矸石中的易泥化的矸石泥化并被水流带入泥矸水浆管道中排出并得到泥化矸石水浆料，而洗净后粒径大于5mm的物料则为粗混矸石进行后续处理。

2.根据权利要求1所述的一种煤矸石资源化处理方法，其特征在于，所述粗混矸石通过跳汰机分离得到物料中还包括硫精矿。

3.根据权利要求1所述的一种煤矸石资源化处理方法，其特征在于，所述软质矸石加工成商品砌砖粉糊沙。

4.根据权利要求1所述的一种煤矸石资源化处理方法，其特征在于，所述硬质矸石加工成一般混泥土用砂。

5.根据权利要求1所述的一种煤矸石资源化处理方法，其特征在于，所述泥化矸石水浆料通过旋流提醒跳台提沙机分离得到水洗沙。

6.根据权利要求1所述的一种煤矸石资源化处理方法，其特征在于，所述软硬矸石分离机为旋转破碎设备，10mm以上的脱水后的洗净矸石进入软硬矸石分离机的转子腔内因内壁设有的螺旋弧形槽收窄挤压使得部分物料破碎，将破碎物料分离得到软质矸石，未破碎的物料即为硬质矸石。

Images