一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺及系统的制作方法

本发明涉及矿产资源分选领域，具体地，涉及一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺及系统。

背景技术：

我国煤系共伴生矿产资源中不仅赋存有大量的煤炭资源，还存在大量与煤炭共生或伴生的其他矿产资源，如高岭土(岩)、耐火粘土、硅藻土、铝土矿、膨润土、石墨、油页岩、石膏、沉积石英岩等多种矿产，尤其是其中的非金属矿产资源在电子、机械、冶金、轻工、化工、纺织、建材以及高新技术等许多工业中，有着非常广泛的用途。随着社会对能源需求的不断增加及对资源开发利用率的提高，在煤矿开采、加工利用的同时加强对这些矿产的加工应用研究越来越受到人们的重视。

煤炭资源中的共伴生矿物与煤层在成因和时间上具有一定联系、同时赋存于相应地层之中，部分共生矿物可以作为独立矿种进行开采，而伴生矿物与煤层紧密赋存，共同开采，开采得到的共伴生矿物中多种矿物组分相互嵌布，无法直接作为单一矿物加工利用，因此，对煤系共伴生矿物按矿种进行解离、分级、分选是各共伴生矿物精细加工、应用的基础。

我国煤系共伴生矿物大量分布在西北地区和东北地区，该区域的干旱缺水与高寒气候特征决定了水资源的紧缺与应用难度。传统的旋流力场、重力场选矿设备主要以水作为介质，分选过程中消耗大量水资源，同时增加产品的水分，影响产品应用效能。另外，煤系共伴生矿物中的一些组分如高岭土、耐火粘土、膨润土等遇水易泥化，恶化矿物界面性质与分选净化难度。

基于光电技术开发的x射线智能分选机适用于分选大块矿物，去除矸石等杂物，提取目标矿物；以磁铁矿粉作为加重质的干法重介质流化床选矿设备可以灵活调节分选密度，有效分选6-100mm粒度矿物，分选精度高；基于振动-气流复合力场与自生介质的复合式干法分选机可有效解决-6mm细粒矿物的除杂问题。如果将各干法选矿设备有机组合，形成联合选矿工艺，可以有效克服选矿设备自身的局限性，优化设备功能组合，完善分选工艺，强化对煤系共伴生矿物的深层次干法分选加工，实现煤系共伴生矿产资源的高效干法分选与洁净利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺。

本发明的另一目的是提供一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺，包括以下步骤：

(1)原矿准备与干燥：矿井或储料场运来的共伴生矿产资源原矿首先通过孔径为200mm的分级筛分级，筛上物即+200mm原矿经破碎机破碎至-200mm，与筛下-200mm原矿混合后进入孔径为100mm的分级筛筛分；筛上物即100～200mm原矿给入到光电分选机进行分选，排出粒度为100～200mm的精矿产品1和尾矿产品1；筛下物即-100mm原矿外在水分mf高于8％的进行预先干燥处理，水分降至8％以下之后排出干燥器，-100mm原矿外在水分mf低于8％的直接进入后续步骤；

(2)分选原矿：mf低于8％的-100mm原矿通过孔径为6mm的分级筛分级，筛上物即100～6mm物料进入干法重介质流化床分选机，按密度分选得到精矿与尾矿；分选浮物与沉物分别经孔径为2mm的脱介筛脱介后成为精矿产品3和尾矿产品3，脱除的加重质进入加重质净化循环系统；6mm分级筛的筛下物即-6mm原矿进入复合式干法分选机分选，分选后的轻产物与重产物分别成为精矿产品2和尾矿产品2；

(3)介质净化循环与密度控制：将脱介筛脱除的加重质混合后通过分流器重新分流，一部分送入介质磁选机去除其中的非磁性物后得到磁性物精矿，另一部分加重质送入干法重介质流化床分选机循环使用，实现对干法重介质流化床分选机内部流化床层高度和密度的控制。

进一步地，通过供风设备对复合式干法分选机和干法重介质流化床分选机提供空气动力。

进一步地，通过除尘设备收集光电分选机、复合式干法分选机和干法重介质流化床分选机产生的粉尘，然后将有用成分送回系统循环利用。

本发明还提供实施上述煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺的系统，包括原矿准备与干燥部分、分选部分和介质净化循环部分；

所述原矿准备与干燥部分包括分级筛ⅰ、除铁器、破碎机、分级筛ⅱ、缓冲仓ⅱ、给料机ⅱ、干燥器、缓冲仓ⅲ和给料机ⅲ；

所述分选部分包括缓冲仓ⅰ、给料机ⅰ、光电分选机、分级筛ⅲ、复合式干法分选机、缓冲仓ⅳ、给料机ⅳ和干法重介质流化床；

所述介质净化循环部分包括脱介筛ⅰ、脱介筛ⅱ、分流器、循环介质仓、介质给料机ⅰ、分流介质缓冲仓、介质给料机ⅱ、磁选机、磁精矿仓和介质给料机ⅲ；

所述分级筛ⅰ的筛上出料口与破碎机的入料口相连，除铁器设置在分级筛ⅰ的筛上出料口与破碎机的入料口之间，分级筛ⅰ的筛下出料口和破碎机的出料口均与分级筛ⅱ的入料口相连，分级筛ⅱ的筛下出料口与缓冲仓ⅱ的入料口相连，缓冲仓ⅱ的出料口与给料机ⅱ的入料口相连，给料机ⅱ的出料口分别与干燥器和分级筛ⅲ的入料口相连，干燥器的出料口与缓冲仓ⅲ的入料口相连，缓冲仓ⅲ的出料口与给料机ⅲ的入料口相连，给料机ⅲ的出料与分级筛ⅲ的入料口相连；

分级筛ⅱ的筛上出料口与缓冲仓ⅰ的入料口相连，缓冲仓ⅰ的出料口与给料机ⅰ的入料口相连，给料机ⅰ的出料口与光电分选机的入料口相连；分级筛ⅲ的筛上出料口与缓冲仓ⅳ的入料口相连，缓冲仓ⅳ的出料口与给料机ⅳ的入料口相连，给料机ⅳ的出料口与干法重介质流化床的入料口相连，分级筛ⅲ的筛下出料口与复合式干法分选机的入料口相连，干法重介质流化床的轻产物出口与脱介筛ⅰ的入料口相连，干法重介质流化床的重产物出口与脱介筛ⅱ的入料口相连；

脱介筛ⅰ和脱介筛ⅱ的筛下出料口均与分流器的入料口相连，分流器的出料口分别与循环介质仓、分流介质缓冲仓的入料口相连，循环介质仓的出料口与介质给料机ⅰ的入料口相连，分流介质缓冲仓的出料口与介质给料机ⅱ的入料口相连，介质给料机ⅱ的出料口与磁选机的入料口相连，磁选机的磁性物出料口与磁精矿仓的入料口相连，磁精矿仓的出料口与介质给料机ⅲ的入料口相连，介质给料机ⅰ和介质给料机ⅲ的出料口均与干法重介质流化床的介质添加口相连。

进一步的，所述分选提质系统还包括供风除尘部分，所述供风除尘部分包括除尘器ⅱ、引风机ⅱ、流量计、风包和鼓风机；

所述除尘器ⅱ的入口分别与光电分选机、复合式干法分选机和干法重介质流化床的粉尘排放口相连，除尘器ⅱ的出口与引风机ⅱ相连，除尘器ⅱ的粉尘排放口与分流器的入料口相连；鼓风机通过风包连接流量计的一端，流量计的另一端分别连接复合式干法分选机和干法重介质流化床的通风口。

进一步的，所述供风除尘部分还包括除尘器ⅰ、引风机ⅰ，除尘器ⅰ的入口与干燥器的出风口相连，除尘器ⅰ的出风口与引风机ⅰ相连。

进一步的，所述分级筛ⅰ的筛孔孔径为200mm，所述分级筛ⅱ的筛孔孔径为100mm，所述分级筛ⅲ的筛孔孔径为6mm，所述脱介筛ⅰ和脱介筛ⅱ的筛孔孔径为2mm。

进一步的，所述干法重介质流化床内部设有测压计。

优选的，所述光电分选机为x射线分选机或图像分选机。

优选的，所述干燥器为振动混流干燥器。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)结合现有的干法选矿设备与技术条件，创造性地提出煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净系统与工艺，克服各干法选矿设备自身的局限性，可以实现粗、中、细不同粒度煤系共伴生矿物的同时高效分选，解决目前干法选矿领域选别产品少、精矿质量差、介质利用率低、粉尘无度排放等问题，为促进干法选矿设备的推广与应用奠定基础。

(2)全粒级干法分选洁净系统及工艺可根据用户需求生产不同质量的精矿产品，克服了干旱缺水、高寒地区的煤系共伴生矿物高效洁净利用的难题，对世界其它缺水国家的煤系共伴生矿物分选也具有重要意义。

(3)与传统的湿法选矿技术相比，本发明将干燥设备、干法选矿设备与相关辅助设备集成化、模块化、系统化，对粒度为-200mm的矿物按照目标组分(精矿)与其它组分(尾矿)的密度、粒度、形状、光电效应差异进行分选，具有不用水，无污染，操作维护简单，投资和运行成本低等特点，经济、社会和环境效益显著。

(4)本全粒级干法分选洁净工艺同时适用于油页岩、高岭土、煤炭、石膏等基于相似分选原理分选加工的煤系共伴生矿产资源。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程图；

图2是本发明系统的结构示意图；

图中，1-分级筛ⅰ；2-除铁器；3-破碎机；4-分级筛ⅱ；5-缓冲仓ⅰ；6-给料机ⅰ；7-光电分选机；8-缓冲仓ⅱ；9-给料机ⅱ；10-干燥器；11-缓冲仓ⅲ；12-给料机ⅲ；13-除尘器ⅰ；14-引风机ⅰ；15-分级筛ⅲ；16-复合式干法分选机；17-缓冲仓ⅳ；18-给料机ⅳ；19-干法重介质流化床；20-测压计；21-脱介筛ⅰ；22-脱介筛ⅱ；23-分流器；24-循环介质仓；25-介质给料机ⅰ；26-分流介质缓冲仓；27-介质给料机ⅱ；28-磁选机；29-磁精矿仓；30-介质给料机ⅲ；31-除尘器ⅱ；32-引风机ⅱ；33-流量计；34-风包；35-鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，以煤系高岭土的分选净化过程为例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种煤系共伴生矿产资源全粒级干法分选洁净工艺，包括以下步骤：

(1)原矿准备与干燥：矿井或储料场运来的煤系高岭土原矿首先通过孔径为200mm的分级筛分级，筛上物即+200mm高岭土原矿经破碎机破碎至-200mm，与筛下-200mm高岭土原矿混合后进入孔径为100mm的分级筛筛分；筛上物即100～200mm高岭土原矿给入到光电分选机进行分选，排出粒度为100～200mm的高岭土精矿产品1和高岭土尾矿产品1；筛下物即-100mm高岭土原矿外在水分mf高于8％的进行预先干燥处理，水分降至8％以下之后排出干燥器，-100mm原矿外在水分mf低于8％的直接进入后续步骤；

(2)分选原矿：mf低于8％的-100mm高岭土原矿通过孔径为6mm的分级筛分级，筛上物即100～6mm物料进入干法重介质流化床分选机，按密度分选得到高岭土精矿与尾矿；分选浮物与沉物分别经孔径为2mm的脱介筛脱介后成为高岭土精矿产品3和尾矿产品3，脱除的加重质进入加重质净化循环系统；6mm分级筛的筛下物即-6mm高岭土原矿进入复合式干法分选机分选，分选后的轻产物与重产物分别成为高岭土精矿产品2和尾矿产品2；

(3)介质净化循环与密度控制：将脱介筛脱除的加重质混合后通过分流器重新分流，一部分送入介质磁选机去除其中的非磁性物后得到磁性物精矿，另一部分加重质送入干法重介质流化床分选机循环使用，实现对干法重介质流化床分选机内部流化床层高度和密度的控制。

通过供风设备对复合式干法分选机和干法重介质流化床分选机提供空气动力。

通过除尘设备收集光电分选机、复合式干法分选机和干法重介质流化床分选机产生的粉尘，然后将有用成分送回系统循环利用。

如图2所示，本发明的一种煤系高岭土全粒级干法分选洁净系统，包括原矿准备与干燥部分、分选部分、介质净化循环部分、供风除尘部分，

所述原矿准备与干燥部分包括分级筛ⅰ1、除铁器2、破碎机3、分级筛ⅱ4、缓冲仓ⅱ8、给料机ⅱ9、干燥器10、缓冲仓ⅲ11和给料机ⅲ12，所述分级筛ⅰ1的筛孔孔径为200mm，所述分级筛ⅱ4的筛孔孔径为100mm，所述干燥器10为振动混流干燥器；

所述分选部分包括缓冲仓ⅰ5、给料机ⅰ6、光电分选机7、分级筛ⅲ15、复合式干法分选机16、缓冲仓ⅳ17、给料机ⅳ18和干法重介质流化床19，所述分级筛ⅲ15的筛孔孔径为6mm，所述干法重介质流化床19内部设有测压计20，所述光电分选机7是基于射线透射、衍射、反射特性与物料成像颜色、形状差异识别有用矿物的干法分选设备，如x射线分选机、图像分选机等；

所述介质净化循环部分包括脱介筛ⅰ21、脱介筛ⅱ22、分流器23、循环介质仓24、介质给料机ⅰ25、分流介质缓冲仓26、介质给料机ⅱ27、磁选机28、磁精矿仓29和介质给料机ⅲ30，所述脱介筛ⅰ21和脱介筛ⅱ22的筛孔孔径为2mm；

所述供风除尘部分包括除尘器ⅰ13、引风机ⅰ14、除尘器ⅱ31、引风机ⅱ32、流量计33、风包34和鼓风机35；

所述分级筛ⅰ1的筛上出料口与破碎机3的入料口相连，除铁器2设置在分级筛ⅰ1的筛上出料口与破碎机3的入料口之间，分级筛ⅰ1的筛下出料口和破碎机3的出料口均与分级筛ⅱ4的入料口相连，分级筛ⅱ4的筛下出料口与缓冲仓ⅱ8的入料口相连，缓冲仓ⅱ8的出料口与给料机ⅱ9的入料口相连，给料机ⅱ9的出料口分别与干燥器10和分级筛ⅲ15的入料口相连，干燥器10的出料口与缓冲仓ⅲ11的入料口相连，缓冲仓ⅲ11的出料口与给料机ⅲ12的入料口相连，给料机ⅲ12的出料与分级筛ⅲ15的入料口相连；

分级筛ⅱ4的筛上出料口与缓冲仓ⅰ5的入料口相连，缓冲仓ⅰ5的出料口与给料机ⅰ6的入料口相连，给料机ⅰ6的出料口与光电分选机7的入料口相连；分级筛ⅲ15的筛上出料口与缓冲仓ⅳ17的入料口相连，缓冲仓ⅳ17的出料口与给料机ⅳ18的入料口相连，给料机ⅳ18的出料口与干法重介质流化床19的入料口相连，分级筛ⅲ15的筛下出料口与复合式干法分选机16的入料口相连，干法重介质流化床19的轻产物出口与脱介筛ⅰ21的入料口相连，干法重介质流化床19的重产物出口与脱介筛ⅱ22的入料口相连；

脱介筛ⅰ21和脱介筛ⅱ22的筛下出料口均与分流器23的入料口相连，分流器23的出料口分别与循环介质仓24、分流介质缓冲仓26的入料口相连，循环介质仓24的出料口与介质给料机ⅰ25的入料口相连，分流介质缓冲仓26的出料口与介质给料机ⅱ27的入料口相连，介质给料机ⅱ27的出料口与磁选机28的入料口相连，磁选机28的磁性物出料口与磁精矿仓29的入料口相连，磁精矿仓29的出料口与介质给料机ⅲ30的入料口相连，介质给料机ⅰ25和介质给料机ⅲ30的出料口均与干法重介质流化床19的介质添加口相连。

除尘器ⅰ13的入口与干燥器10的出风口相连，除尘器ⅰ13的出风口与引风机ⅰ14相连。所述除尘器ⅱ31的入口分别与光电分选机7、复合式干法分选机16和干法重介质流化床19的粉尘排放口相连，除尘器ⅱ31的出口与引风机ⅱ32相连，除尘器ⅱ31的粉尘排放口与分流器23的入料口相连；鼓风机35通过风包34连接流量计33的一端，流量计33的另一端分别连接复合式干法分选机16和干法重介质流化床19的通风口。

本发明系统的工作过程如下：

矿井或储料场运来的煤系高岭土原矿首先给入孔径为200mm的分级筛ⅰ1，经初步筛分后，筛上物即+200mm原矿经除铁器2清除掉铁磁性杂物后由破碎机3破碎至-200mm，与筛下物即-200mm原矿混合后给入孔径为100mm的分级筛ⅱ4，经筛分后，筛下物即-100mm原矿送入缓冲仓ⅱ8备选。干法选矿设备要求入料外在水分mf低于8％，因此如果原矿外在水分过高，通过给料机ⅱ9均匀给入干燥器10中对其进行预先干燥处理，水分降至8％以下之后送入缓冲仓ⅲ11，通过给料机ⅲ12给入分选设备。如果原矿外在水分mf低于8％，可直接通过给料机ⅱ9进入后续分选流程。

分级筛ⅱ4的筛上物即+100mm原矿送入缓冲仓ⅰ5，通过给料机ⅰ6给入到光电分选机7进行分选，排出粒度为100～200mm的高岭土精矿产品1和高岭土尾矿产品1；

mf低于8％的-100mm原矿给入孔径为6mm的分级筛ⅲ15，经筛分后，筛上物即6～100mm原矿送入缓冲仓ⅳ17备选；筛下物即-6mm原矿送入到复合式干法分选机16进行分选，外加振动与风力迫使物料作螺旋翻转运动并松散，同时在重力(位能)分层作用、自生介质浮力效应以及离析作用的综合作用下完成分选，排出轻产物与重产物分别成为高岭土精矿产品2和尾矿产品2；

缓冲仓ⅳ17中的6～100mm粗精矿通过给料机ⅳ18均匀给入到干法重介质流化床19。细粒固体加重质在经均匀布风后的上升气流的作用下，形成具有似流体特性的气-固两相流，入选物料在气-固两相流床层中受到流化床层整体密度的浮力作用，从而按照床层密度分层，小于床层密度的物料上浮成为轻产物(浮物)，大于床层密度的物料下沉成为重产物(沉物)，分层后的轻重产物分别通过排料机构排出，完成分选过程。在分选过程中，通过测压计20实时监测干法重介质流化床19中分选床层的密度与高度，并及时反馈并调节加重质净化循环系统的操作参数，确保分选机内床层密度与高度符合分选要求。重产物和轻产物分别给入到分级粒度为2mm的脱介筛ⅰ21和脱介筛ⅱ22，脱除分选产品自分选机中带出的介质与细粒矿粉-2mm后得到尾矿产品3和精矿产品3。脱介筛筛下物进入加重质净化循环系统中的介质循环与密度控制流程。

加重质净化循环系统的工艺流程为：脱介筛ⅰ21、脱介筛ⅱ22脱除的加重质混合后通过分流器23重新分流，一部分给入到循环介质仓24，以备干法重介质流化床19使用，另一部分脱介筛脱除的加重质进入分流介质缓冲仓26后通过介质给料机ⅱ27均匀给入到磁选机28，去除其中的非磁性物(矿粉、黏土)后得到磁性物精矿(磁铁矿粉)，给入到磁精矿仓29，以备干法重介质流化床19使用。

当系统运行时间过长，介质损耗过大时，需要向磁精矿仓中补加介质磁性物以避免分选机中床层密度过度波动。循环介质分流量、磁精矿与循环介质的给料量根据测压计20反馈的干法重介质流化床19床层的高度和密度进行调节，实现对流化床层高度和密度的控制。

在干燥作业中产生的粉尘与烟气通过除尘器ⅰ13和引风机ⅰ14收集。

流量计33、风包34和鼓风机35为复合式干法分选机16和干法重介质流化床19提供空气动力；分选系统在复合式干法分选机16、干法重介质流化床19工作过程中产生的粉尘主要源于细粒矿粉，通过除尘器ⅱ31、引风机ⅱ32等对其收集并进行工业分析，如果有用成分较多可以送回介质净化循环部分循环利用。