对于质量效率这一重力分选工艺指标的探讨

张玉磊，耿 浩，吴大为

(北京国华科技集团有限公司，北京 101300)

精煤数量效率是我国选煤厂数十年来一直沿用的评定重力选煤设备工艺效果最重要的指标之一，该指标的定义是重选精煤实际产率与相同灰分时理论产率的百分比值。数量效率指标自使用以来，就存在质疑之声，其观点认为该指标只从精煤的数量上来评定，没有从分选质量方面来考虑，所谓重力分选就是将不同密度的物料按理论分选密度进行有效的分离。对于精煤产物来说，不但是小于或等于理论分选密度的物料回收的越多越好(即正配率)，而且是大于理论分选密度的物料混杂得越少越好(即混杂率)，数量效率仅仅从回收精煤的数量上来评定。因此原料煤没有分选时，其数量效率为100%，极端的例子是，煤炭从输送机机尾给入，从其机头卸出，数量效率荒谬的是100%。

从与时俱进的观点来看，随着选煤的技术进步，人们对分选本质的深入认识，数量效率这项指标是不是可以用笔者所介绍的全面反映分选效果的指标来取代，这乃是本文所探讨的内容，期待业内人士的关注和指正。

1 原料煤中两种性质物料的分类

1.1 按密度的差异

重力选煤设备的工作原理是按物料的密度差异来实现的。人们自然首先想到的是按理论分选密度将物料分为大于或小于该密度值的二类。对于炼焦煤选煤厂，重选产物的质量指标是灰分，但在各产物中相同密度级的灰分是不同的。

评定分选精度时，不但要考虑到各密度级的正配率和错配率，还要考虑到它们在不同重选产物中灰分的较为显著的差异，这给工艺效果指标的定量确定带来极大的难度。

本文引用的生产试验数据来自于2019年3月完成的《淮南矿业集团潘集选煤厂工业性试验报告》中无压给料三产品重介质旋流器单机检查资料。表1列出了原料煤及重选产物三级密度的各自灰分，还列出了重选产物三级密度灰分与原料煤中相应密度物灰分的绝对差和相对差。从该表中可以看出：

表1 原料煤及重选产物三级密度的灰分绝对差和相对差

(1)虽然精煤中小于1.40 kg/L密度级的物料比原料煤中该密度级灰分只低0.46个百分点，但相对差却高于5%，1.40～1.80 kg/L密度级的物料与原料煤中该密度级灰分的相对差高达27.86%。

(2)中煤中小于1.40 kg/L密度级的物料与原料煤中该密度级灰分相对差也高达36.49%，虽然1.40～1.80 kg/L密度级的灰分与原料煤的相差相对较小，但大于1.80 kg/L密度级的灰分与原料煤相比，相对差也高达33.99%。

(3)矸石中1.40～1.80 kg/L密度级的物料灰分比原料煤的相对差为14.77%，大于1.80 kg/L密度级灰分比原料煤的相对差为3.21%。

这种现象在所有选煤厂都是普遍存在的，只是在数值上有所差别而已。

评定分选精确度时，不但要考虑到各密度级的正配率和错配率，还要考虑到它们在不同重选产物中灰分的较为显著的差异，这给工艺效果指标的定量确定带来极大的难度。

1.2 按分界灰分的差异

按GB/T 7186—2008《选煤术语》定义，煤在某一密度(或产率)点的灰分称为基元灰分。两种物料分界线上的基元灰分(即浮物的最高灰分和沉物的最低灰分)称之为分界灰分。《选煤技术》杂志2021年第5期所登载的“浮选效率评价方法分析”一文中，介绍将浮选精煤的分界灰分作为分界点，把浮选计算入料分为二部分，即小于分界灰分的一部分和大于分界灰分的另一部分，计算出两者的正配率和错配率，从而获得浮选效率这项工艺效果指标。笔者受此启发，将此理念引用到评定重力选煤工艺效果方面。

2 作图法确定相关数据

根据GB/T 15715《煤用重选设备工艺性能评定方法》的计算方法，求得潘集选煤厂重介质旋流器的精煤产率γc=45.35%，中煤产率γm=28.20%，矸石产率γr=26.45%。

2.1 第一段重介质旋流器

第一段重介质旋流器的计算入料密度组成见表2，轻产物(精煤)密度组成见表3。

表2 大于0.5 mm粒级计算原料煤密度组成

表3 第一段旋流器轻产物(精煤)(大于0.5 mm粒级)密度组成

作图法确定相关数据的具体步骤如下：

(1)根据表2数据绘制出计算入料的灰分特性(β)曲线和它的基元灰分特性(λ)曲线(见图1)。

图1 计算原料煤的两条特性曲线(一段旋流器)

(3)根据表3所列数据，绘制了轻产物(精煤)基元灰分特性曲线(见图2).在该坐标图的横坐标轴的17.50点上，作一垂线与λ曲线相交，由此交点作一水平线，与左侧纵坐标轴相交，读得轻产物中小于分界灰分的物料产率(占本样)γL<入=98.00%。

图2 轻产物(精煤)基元灰分特性曲线(一段旋流器)

(5)一段旋流器的重产物中小于分界灰分的物料产率γH<入=γf<入-γL<入=48.80-44.44=4.36%；

(6)轻产物中大于分界灰分的物料产率γL>入=γL-γL<入=45.35-44.44=0.91%；

(7)重产物中大于分界灰分的物料产率γH>入=γm+γr-γH<入=28.20+26.45-4.36=50.29%，以上数据汇总在表4。

表4 一段旋流器的轻、重产物的小于或大于分界灰分产率

2.2 第二段重介质旋流器

第二段重介质旋流器计算入料密度组成见表5。

表5 第二段重介质旋流器计算入料(中煤+矸石)密度组成

作图法确定相关数据的具体步骤如下：

(1)根据表5数据绘制出入料的灰分特性β曲线和它的基元灰分特性λ曲线(见图3)。

图3 第二段旋流器计算入料的β曲线和λ曲线

(3)第二段旋流器的轻产物(中煤)的密度组成见表6，由此表数据绘制的灰分特性λ曲线见图4。

表6 第二段旋流器的轻产物(中煤)的密度组成

图4 第二段旋流器轻产物(中煤)的λ曲线

(5)二段旋流器的重产物中小于分界灰分的物料产率γH<入=γf<入-γL<入=51.70%-51.29% =0.41%；

(6)轻产物中大于分界灰分的物料产率γL>入=γL-γL<入=51.60%-51.29%=0.31%；

(7)重产物中大于分界灰分的物料产率γH>入=γH-γH<入=48.40%-0.41%=47.99%，以上数据汇总在表7。

3 质量分离效率——汉考克效率公式的引用

3.1 汉考克效率公式简介

从20世纪70年代末开始，我国的选煤专业多项标准以煤炭工业部技术指导性文件MT/Z形式颁布，80年代以来，经修订升格为煤炭行业标准(MT/T)或国家标准(GB/T)。先后有脱水效率、筛分效率、浮选完善指标、水力分级效率以国际公认的汉考克分离效率理念为基础而加以引用的。简而言之，汉考克分离效率实质是评定A、B两种不同性质物料的分离效果。对于A物料而言，其分离效率η1=E1(A物料的正配率)-E2(B物料的错配率)；对于B物料来说，其分离效率η2=E3(B物料的正配率)-E4(A物料的错配率)。汉考克分离效率的科学性、严密性在于η1=η2。

3.2 潘集选煤厂无压给料三产品重介质旋流器的质量效率

从轻产物的角度来评定，应该是回收的小于分界灰分的物料越多越好(即A正配率越大越好)，混杂的大于分界灰分的物料越少越好(即B错配率越小越好)。从重产物的角度来衡量，应该是排除的大于分界灰分的物料越多越好(即B正配率越大越好)，损失掉的小于分界灰分的物料越少越好(即A错配率越小越好)。

3.2.1 从轻产物方面来评定

3.2.2 从重产物方面来评定

将以上计算所得的一、二段旋流器的工艺指标列于表8。从该表中可知，无论是一段旋流器，还是二段旋流器，从轻产物方面评定的质量效率与从重产物方面评定的质量效率，两者的数值是相同的。这佐证了汉考克分离效率公式的严谨性和科学性。

表8 重介旋流器的质量效率

质量效率的范围在0～100%之间，最高值为100%时，从轻产物方面评定，在理想的条件下，小于分界灰分的物料全部回收到轻产物中(即E1=100%)，大于分界灰分的物料没有丝毫混杂于其中(即E2=0%)。从重产物方面评定，在理想的条件下，大于分界灰分的物料全部排除到重产物中(即E3=100%)，没有任何小于分界灰分的物料损失在其中(即E4=0)。最低值为0时，

在极端情况下，原料煤没有得到分选，此时E1=100%，E2=100%(或E3=100%，E4=100%)。

4 结 语

选煤的目的是提高商品煤的质量，并杜绝资源的损失。本文提出的质量效率能够完整的反映出炼焦煤选煤厂重力选煤设备的工艺效果。

该指标的基础数据源自于GB/T 15715《选煤厂重力选煤设备工艺效果评定方法》的试验方法，依据浮沉试验的数据绘制的可选性曲线中的灰分特性λ曲线，查得轻重产物的分界灰分，按照公认的汉考克分选效率的理念，将入料区分为小于分界灰分和大于分界灰分的物料两部分，分别计算出它们的正配率和错配率，从而获得质量效率。

对于动力煤选煤厂，其商品煤以发热量作为质量指标，在进行煤样浮沉试验时可测定各密度级的发热量，进而得到动力煤选煤厂的重力选煤设备的质量效率。

常规的数量效率只能评定三产品重介质旋流器的第一段或跳汰机的第二段工艺效果。本文所介绍的质量效率还可评定三产品重介质旋流器的第二段或跳汰机的第一段工艺效果。