大宗固废---高硫铁矿（高铁、高硫）含量的煤矸石--筛选与提炼

一、高硫铁矿煤矸石的资源化利用

关于高硫铁矿煤矸石的资源化利用，其筛选与提炼工艺的选择直接关系到技术可行性与经济合理性。

高硫铁矿煤矸石的资源化利用主要通过物理分选和化学提取技术实现，具体工艺包括重介质分选、浮选、酸浸等方法。

1.物理分选工艺

（1）重介质分选：利用密度差异分离硫铁矿与煤矸石，悬浮液密度控制在2.0-2.2g/cm?，高硫煤矸石含量15%-25%时效果最佳 。 ?

（2）摇床分选：适用于粗粒（2-0.5mm）硫铁矿，通过床面不对称运动实现分选 。 ?

（3）跳汰机分选：利用重力差异分选，锯齿波跳汰机可提高处理能力35%以上 。 ?

2.化学提取工艺

（1）酸浸法：粉碎煤矸石后用硫酸浸出，分离硫酸铝和硅质残渣，残渣可制备水玻璃和白炭黑 。 ?

（2）浮选法：使用黄药类捕收剂（如乙基黄药）回收硫铁矿，SF型浮选机或XCF型浮选机可实现高效分选 。 ?

在实际应用中，主要工艺包括重介质分选和浮选两大类，二者在原理、设备配置、适用条件及经济性方面存在显著差异。选择时需综合分析硫铁矿在煤矸石中的嵌布特性——即矿物颗粒的大小、散布形态及其与矸石的共生关系，同时结合产能目标、产品品位要求和成本结构进行综合评估。

（3）重介质分选工艺主要依赖硫铁矿与煤矸石之间的密度差异实现分离。该工艺使用高密度的悬浮液作为分选介质，其密度通常需控制在每立方厘米2.0克以上，在某些强化工艺中，甚至可通过重介质旋流器进一步浓缩至2.74克/立方厘米。在重力或离心力场中，密度较大的硫铁矿颗粒沉降，而较轻的矸石则上浮，从而实现有效分选。该工艺对物料粒度适应范围较宽，一般可用于处理25毫米以下的物料，在某些优化条件下，甚至可扩展至8毫米级别。采用此工艺，通常可获得硫品位在25%至32%之间的硫铁矿精矿，回收率约在47%至68%之间。

该工艺的核心设备包括重介质旋流器，例如大锥角复锥旋流器或三产品重介旋流器。这类设备通过结构参数的精细设计——如锥角角度、底流口直径和进料压力等，优化分选效率与处理能力。此外，系统还需配套介质回收与净化装置，一般采用磁选机对加重质（如磁铁矿粉）进行回收，并配合浓缩机和介质桶实现循环使用。重介质分选的主要优点在于分选精度高、处理量大、可适应较粗粒级物料；其缺点则体现在介质回收系统复杂、设备因高速矿浆冲刷而磨损严重，同时悬浮液的密度与稳定性控制要求较高，需通过调整磁铁矿粉粒度及掺入非磁性微粒（如细粒煤矸石）来兼顾稳定性和流动性。

（4）浮选工艺：基于矿物表面物理化学性质的差异，通过药剂调节实现硫铁矿的选择性分离。在浮选过程中，需投加一系列浮选药剂，包括调整剂（如石灰或硫酸）、捕收剂（如黄药类）和起泡剂（如松醇油），使硫铁矿表面疏水，从而附着在充入的气泡上，上浮至液面形成泡沫层，再通过刮板收集。矸石颗粒则因亲水而保留在矿浆中。浮选工艺尤其适合于细粒级（例如-200目）嵌布的硫铁矿回收，可获得硫品位超过32%的优质硫精矿，整体回收率也可提升至50%以上。

浮选系统的核心设备为浮选机，包括机械搅拌式与充气式等多种类型，其关键运行参数包括转速、充气量和停留时间。典型的浮选流程为“粗选-精选-扫选”多段配置，以兼顾回收率与精矿品位。浮选工艺在细粒硫铁矿回收方面具有显著优势，且能产出高附加值硫精矿；然而，其缺点在于药剂成本较高，并可能产生成分复杂的废水，需配套水处理设施，增加了运营成本与环境风险。

在工艺选择时，首要考量因素是硫铁矿的嵌布粒度特性。通常需通过系统的“破碎解离试验”确定适宜的入料粒度，以保证硫铁矿充分单体解离，同时避免无效的“过粉碎”增加能耗与泥化风险。有研究表明，在特定煤矸石类型中，8毫米或25毫米可能是较理想的破碎上限。当硫铁矿嵌布粒度极不均匀时，可考虑采用联合工艺，即先通过重选方法（如重介质振动溜槽）对粗粒级物料进行预抛尾，降低后续处理负荷；对细粒级部分再磨后采用浮选回收。这种“重选-浮选联合”体系既发挥了重选成本较低的优势，又兼顾了浮选对细粒的高效回收能力，有助于在整体上平衡技术效果与处理成本。

若倾向于采用重介质分选，需特别关注悬浮液密度与稳定性的控制。例如，分选硫铁矿通常要求悬浮液密度维持在2.0–2.2克/立方厘米，在需要高精度分选时，甚至需借助旋流器浓缩至接近2.74克/立方厘米。稳定性则依赖于磁铁矿粉的粒度控制与系统中非磁性物含量的合理调配。设备结构参数也需逐一优化，例如旋流器锥角、底流口直径等均对分选精度与处理能力有显著影响。

从经济角度分析，重介质分选工艺在设备方面的初始投资较高，尤其是重介质旋流器与介质回收系统；但其运营成本相对可控，电耗与介质损耗是主要支出。浮选工艺在设备上的投入虽低于重介质分选，但药剂与电力成本在运营中占比很大，尤其在处理复杂矿石时，其综合成本可能超过重选。若采用联合工艺，虽在流程配置与设备投资上更为复杂，但通过分级、分质、分流处理，可降低整体磨矿成本与浮选药剂用量，长期来看，投入产出比可能更优。

一般来说，若目标为高回收率、大规模处理且硫铁矿嵌布粒度较粗，重介质分选，尤其是三产品重介旋流器等先进工艺，因其技术成熟与分选高效，应作为优先选项。若矿石中硫铁矿嵌布粒度极细，或对硫精矿品位有特殊要求，且能承受较高的药剂成本，则可考虑全浮选或重选-浮选联合工艺。

在实际工程应用中，已有多个项目验证了上述工艺的可行性。例如，山西某煤矿在煤矸石资源化项目中采用重介质旋流器分选工艺，每年处理煤矸石60万吨，产出硫品位30%的硫铁矿近5万吨，在三年内实现投资回收，经济效益显著。贵州某能源公司则针对极细粒嵌布的高硫煤矸石，采用了“重选抛尾—细磨浮选”的联合工艺，使得硫的总回收率提高至65%以上，精矿硫品位稳定在35%左右，在有效回收资源的同时，也降低了尾矿处置成本。安徽某矿区项目通过引入全浮选系统，并配套高效浓缩与水循环设备，成功实现煤矸石中硫铁矿的规模化提取，其产品作为硫酸制备原料外售，形成了良好的产业链延伸与利润回报。

下面就重介质分选、浮选及联合工艺这三种方案，分别进行更为详尽的投入产出与经济性分析。

 

1. 重介质分选工艺

（1）投资分析：该工艺的初始固定资产投资较高，核心在于重介质旋流器系统（如三产品旋流器）及与之配套的介质制备与回收系统（包括磁选机、浓缩机和介质泵等）。根据当前市场价格，建设一个年处理能力50万吨煤矸石的重介质分选系统，设备及安装投资约在1200万至1800万元人民币之间。其投资重点在于确保系统的高压力、大处理量以及介质的精确回收，以降低运营中的介质消耗。

（2）运行成本分析：运行成本主要由电耗、介质损耗、设备维护和人工构成。其中，电费是主要支出，因旋流器、泵和磁选机均为高能耗设备；介质（磁铁矿粉）在生产过程中会有部分机械损失和理化损失，吨原矿的介质消耗成本约在3至8元；此外，由于矿浆的高速冲刷，设备（如旋流器内衬、泵过流部件）的磨损较为严重，维护更换频率高，年维护成本可占设备初始投资的5%至10%。

（3）收入与市场分析：该工艺产出的硫铁矿精矿硫品位通常在25%-32%，可作为生产硫酸或冶炼钢铁的原料。当前市场上，品位30%的硫精矿价格大致在200-350元/吨（湿基，含税），价格波动受下游化工和冶金行业景气度影响。若一个年处理50万吨煤矸石的项目，可产出约4万吨硫精矿，仅此一项年毛收入可达800万至1400万元。此外，分选后的矸石尾矿可用于制砖或填充塌陷区，若能实现综合利用，可产生一定的环境效益和少量附加收入。

综合经济评价：重介质分选工艺的优势在于处理量大、运行成本相对可控，适合处理粗粒嵌布、原矿品位较高的物料。其主要经济风险在于较高的初始投资和与矿石硬度相关的设备维护成本。在理想条件下，项目的静态投资回收期可能在4至6年。

 

 

2. 浮选工艺

（1）投资分析：浮选工艺的固定资产投资相对低于重介质分选。核心设备包括系列浮选机（粗选、精选、扫选）、搅拌桶、药剂制备与添加系统，以及至关重要的尾矿水处理设施。一个同等处理规模的浮选厂，设备投资约在800万至1500万元人民币。然而，若当地环保要求严格，需要配套高标准的废水处理及回用系统，这部分投资会显著增加，有时甚至可与主体设备投资相当。

（2）运行成本分析：浮选工艺的运行成本极具特色，即“高药剂成本”。捕收剂、起泡剂和调整剂（如石灰、硫酸）的消耗是持续性的，吨原矿的药剂成本可能高达10至20元，是成本构成中最大的一项。同时，浮选机、搅拌器和泵的电耗也相当可观。此外，浮选产生的废水必须进行处理才能回用或达标排放，水处理成本（包括药剂、电耗和污泥处置）构成了另一项持续的运营负担。

（3）收入与市场分析：浮选工艺的核心优势在于能生产高品位的硫精矿（通常可达35%以上）。高品位硫精矿在市场上更受欢迎，价格溢价明显，可达400-550元/吨。对于细粒级资源，浮选是实现其经济价值的唯一可行手段。因此，尽管运行成本高昂，但高售价确保了其利润空间。

综合经济评价：浮选工艺的经济性严重依赖于硫精矿的市场价格与药剂等变动成本之间的价差。它对细粒、低品位资源的回收能力强，但盈利能力对市场价格波动非常敏感。一旦药剂价格上涨或硫精矿价格下跌，其利润将迅速被侵蚀。此工艺更适合于对精矿品位有严格要求或资源禀赋为细粒嵌布的场合。

 

3. 重选-浮选联合工艺

（1）投资分析：联合工艺几乎集成了前两种工艺的主要设备，包括重介质分选系统和浮选系统，因此其初始投资最高。建设一个完整的联合工艺项目，总投资额可能达到2000万至3000万元人民币或更高。其投资不仅用于设备，也用于更复杂的流程衔接、控制系统和物料输送设施。

（2）运行成本分析：联合工艺的运行成本是重选和浮选成本的叠加与优化。其核心经济逻辑在于“分级治理，成本优化”。通过重选预先抛弃掉占原矿量40%至60%的粗粒尾矿，极大地减少了需要进入高成本浮选作业的物料量。这样，虽然系统总电耗依然很高，但昂贵的浮选药剂消耗总量被大幅降低，同时后续的浮选和废水处理规模也相应减小，整体运营成本低于全浮选工艺。

（3）收入与市场分析：联合工艺旨在实现资源回收率和经济效益的最大化。它既能通过重选回收粗粒硫铁矿，又能通过浮选最大限度地回收细粒资源，从而获得最高的总回收率（通常可比单一工艺提高5至15个百分点）。更高的回收率意味着从等量原料中提取了更多有价值的产品，直接提升了销售收入。

（4）综合经济评价：联合工艺虽然初始投资巨大，但其通过流程优化实现了运营成本的节约和资源回收率的提升，从而在长期运营中展现出卓越的经济性。它能够灵活应对嵌布粒度不均的复杂矿石，抗市场波动风险的能力也更强。对于大规模、长服务年限的煤矸石资源化项目，联合工艺通常能获得最好的全生命周期投资回报，其静态投资回收期可控制在5至7年，且长期盈利潜力更佳。

三、总结与市场前景

综合来看，工艺选择本质上是在“初始投资”、“运营成本”、“产品价值”和“资源回收率”之间寻求平衡。当前，随着环保政策的收紧和“无废矿山”理念的推广，煤矸石资源化项目的经济性正不断改善。硫精矿作为基础化工原料，其市场需求保持稳定。采用联合工艺的项目，如贵州某能源公司的案例，即便投资较高，但因其综合回收效果好、运营成本可控，已成为行业发展的趋势。对于投资者而言，准确分析当地煤矸石性质、获取稳定的电力与药剂供应、并签订可靠的硫精矿销售协议，是保障项目成功落地与盈利的关键。

 

五、关于煤矸石中硫铁矿提炼的经济品位、含碳量影响及工艺选择

在当前的技术与经济条件下，从煤矸石中提炼硫铁矿是否存在价值，首要的评判标准是其硫铁矿的品位（通常以全硫含量来表征）。普遍认为，当煤矸石中的全硫含量达到4%至6%以上时，才初步具备了考虑资源化回收的经济价值。这个门槛的设定，是基于对后续分选成本与所获硫精矿市场售价的综合平衡。若硫含量过低，回收所得产品的价值将难以覆盖破碎、磨矿、分选以及环保处理等环节的庞大开支。当然，这并非一个绝对的标准，如果当地环保政策对固废资源化有强制要求或补贴，或者硫精矿市场价格处于历史高位，那么即使硫含量略低于此范围，项目也可能具备可行性。

除了硫含量，煤矸石自身的含碳量是另一个至关重要的因素。煤矸石的含碳量波动范围很大，通常在10%到30% 之间，部分热值较高的煤矸石甚至可能超过此范围。碳的存在，对整个提炼流程而言是一把“双刃剑”，是否预先除碳需要根据最终的提炼目标和所选工艺路线进行审慎决策。

1.如果不进行预先除碳，其影响主要体现在以下几个方面：

在物理分选工艺（如重选、浮选）中，碳质通常被视为有害杂质。因为碳的密度与矸石相近，会干扰基于密度差异的重选效率；在浮选过程中，碳质通常也具有天然的可浮性，会与硫铁矿竞争吸附气泡和药剂，导致精矿品位下降、药剂消耗增加，严重时甚至造成“碳硫难以分离”的困境，无法获得合格的硫精矿产品。然而，在高温化学处理工艺（如焙烧）中，碳则可以从“麻烦制造者”转变为“天然燃料与还原剂”。在旨在回收铁资源的“焙烧-磁选”联合工艺中，煤矸石自身的碳在高温下可以部分替代外部添加的能源和还原剂，促进弱磁性的黄铁矿转化为强磁性的磁铁矿或磁黄铁矿，从而大幅降低能耗与生产成本，实现了“以废治废”的协同处置。

2.如果选择预先除碳，通常通过低温焙烧的方式实现。这样做的好处是能够彻底消除碳质对后续物理分选（特别是浮选）的干扰，可以获得纯度更高的硫铁矿精矿，或者为后续提铁工艺提供更纯净的原料。但此操作的代价是增加了额外的能耗和一套专门的预焙烧系统，提升了固定资产投入和运营复杂度。

3.综合工艺选择与实践建议：

面对复杂的煤矸石性质，工艺选择需量体裁衣。对于硫铁矿嵌布粒度较粗、含碳量适中的物料，重介质分选或跳汰-摇床联合工艺这类成本相对较低的物理方法仍是首选。对于硫铁矿嵌布粒度极细的物料，即便含碳量较高，也通常不得不采用浮选工艺，此时可能需要通过添加抑制剂来增强对碳质的选择性分离。若核心目标是最大化回收铁资源，且煤矸石本身兼具高硫、高碳的特点，那么高温焙烧-磁选联合工艺则能最大化地利用其内在特性，将碳作为优势加以利用，实现硫与铁的综合回收，展现出最佳的技术经济性。

在工程实践中，已有诸多成功案例。例如，山西某矿区针对全硫含量8%、含碳量25%的煤矸石，采用了“预焙烧除碳-浮选提硫”的工艺路线，成功生产出硫品位超过35%的优质硫精矿，消除了碳质干扰，产品售价得以提升。而贵州某项目则反其道而行，针对全硫6%、含碳28%的物料，直接采用“焙烧-磁选”工艺，利用内在碳源，在有效脱硫的同时，生产出了铁品位高于55%的铁精粉，实现了资源的高效转化。

总而言之，煤矸石中硫铁矿的提炼是一项系统性工程，其可行性取决于对“硫”、“碳”两大核心要素的深刻理解与精准应对。在项目决策前，必须进行详细的矿物学分析和小型试验，并辅以全面的技术经济评估，才能找到最适合自身资源禀赋的工艺路径，从而在环境保护与经济效益之间取得最佳平衡。