1. 중저품위 규조토를 위한 습식 선광 방법으로, 세척 및 펄프화, 교반 및 분리, 그리고 유동 및 정지 조건 하에서의 교차 침전 공정을 포함하며, 그 특징은 다음과 같다:

a. 교반 및 분리 과정에서, 메타규산나트륨 또는 헥사메타인산나트륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 식물성 알칼리로 제조된 고자성수를 중량 기준으로 10‑20% 첨가하며, 이때의 비율은 다음과 같다: 20% 농도의 메타규산나트륨(또는 5% 농도의 헥사메타인산나트륨) : 2% 수산화나트륨 : 5% 탄산나트륨 : 5% 식물성 알칼리 = 3‑5 : 0.3‑0.8 : 0.3‑0.8 : 1‑1.5;

b. 상기 공정은 또한 음압 분사 분리 및 초음파 진동 분리를 포함한다.

2. 제1항에 따른 방법에서, 음압 분사 분리 공정은 슬러리를 분당 250~450 kg의 유속으로 음압 분사기에 공급하고, 0.5~0.8의 음압 하에서 슬러리를 교반하는 단계를 포함한다.

3. 제1항에 따른 방법에서, 초음파 진동 분리 단계는 슬러리를 초음파 진동 분리 장치로 공급하고, 미세 진동 주파수 하에서 슬러리가 250~450 kg/min의 유속으로 해당 장치를 통과하도록 하는 것을 포함한다.

4. 제1항에 따른 선광 공정에 사용되는 음압 분사기로서, 본체, 본체 내에 배치된 교반기 및 본체에 연결된 진공 펌프를 포함한다는 점을 특징으로 한다.

5. 제4항에 따른 음압 분사기에서, 본체에는 슬러리 배출구와 슬러리 유입구가 마련되어 있으며, 슬러리 배출구는 본체의 중앙에, 슬러리 유입구는 본체의 하단에 각각 설치되어 있으며, 본체의 상단은 연결 파이프와 물 저장 탱크를 통해 진공 펌프에 연결되어 있고, 교반기는 모터에 연결되어 있다.

6. 제1항에 따른 선광 방법에 사용되는 초음파 진동 장치로서, 사다리꼴 파이프, 해당 파이프 내에 배치된 진동봉, 및 진동봉에 연결된 초음파 발생기를 포함한다는 점이 특징인 장치.

중·저품위 규조토를 위한 습식 선광법

발명의 분야

본 발명은 선광 방법에 관한 것으로, 특히 중·저급 규조토를 정제하여 정제 규조토를 생산하기 위한 순수 물리적 습식 선광 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

현재 규조토 자원은 생산량과 매장량 측면에서 제한적이며, 특히 개발에 적합한 경제적 품질을 갖춘 자원은 더욱 부족하다. 따라서 중·저품위 규조토 자원을 개발하고 활용하는 기술의 중요성이 점점 더 커지고 있으며, 특히 중·저품위 규조토에서 정제된 규조토를 선별해 내는 선광 기술에 대한 필요성이 더욱 시급해지고 있다. 기존의 선광 방법으로는 자력 선별, 중력 선별, 부유 선별 등이 있으나, 규조토 선광에 적용할 경우 효과가 미흡하다. 중국 특허 출원(출원번호 94108311)은 중·저품위 규조토 광석의 선광 방법을 공개하고 있는데, 이 방법은 4단계의 기계적 스크러빙 및 진동 세척 공정을 통해 규조체에 부착된 미세한 진흙 불순물을 분산시키고, 슬러리에 분산제를 첨가한 뒤, 그 후 얕은 도랑 및 얕은 연못을 이용한 모래 제거와 깊은 연못 침전과 같은 중력 분리 방법을 사용하여 정광을 얻는 방법을 공개하고 있다. 그러나 이 방법은 여전히 중·저급 규조토에서 정제된 규조토를 완전히 선별해 낼 수 없으며, 회수율이 낮고, 연속 운전이 불가능하며, 공정이 복잡하고 번거로우며, 적응성이 떨어지고, 실행이 어려워 널리 사용되지 못하고 있다.

발명의 개요

본 발명의 목적은 회수율이 높고, 선광 효과가 우수하며, 오염을 일으키지 않고, 연속 선광이 가능한 순수 물리적 습식 선광 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 음압 블라스팅 기계 및 해당 방법에 특화되어 사용되는 초음파 진동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 기술적 해결책은 세척 및 펄프화, 교반 및 분리, 유동 및 정지 조건 하에서의 교차 침전이라는 다음의 공정을 포함하며, 그 특징은 다음과 같다:

a. 교반 및 분리 과정에서, 메타규산나트륨 또는 헥사메타인산나트륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 식물성 알칼리로 제조된 고자성수를 중량 기준으로 10‑20% 첨가하며, 이때의 비율은 다음과 같다: 20% 농도의 메타규산나트륨(또는 5% 농도의 헥사메타인산나트륨) : 2% 수산화나트륨 : 5% 탄산나트륨 : 5% 식물성 알칼리 = 3‑5 : 0.3‑0.8 : 0.3‑0.8 : 1‑1.5;

b. 상기 공정은 또한 음압 분사 분리 및 초음파 진동 분리를 포함한다.

음압 분사 분리 공정은 슬러리를 분당 250~450 kg의 유속으로 음압 분사 기계에 공급하고, 0.5~0.8의 음압 하에서 슬러리를 교반 및 회전시키는 것으로 구성되며; 초음파 진동 분리 공정은 슬러리를 초음파 진동 분리 장치에 공급하고, 미세 진동 주파수 하에서 분당 250~450 kg의 유속으로 슬러리가 장치를 통과하도록 하는 것을 포함한다.

본 발명의 음압 분사기는 본체, 본체 내에 배치된 교반기 및 본체에 연결된 진공 펌프를 포함하며, 여기서 본체에는 슬러리 배출구와 슬러리 유입구가 마련되어 있고, 출구는 본체 중앙에, 입구는 본체 하단에 각각 마련되어 있으며, 본체 상단은 연결 파이프와 물 저장 탱크를 통해 진공 펌프에 연결되어 있고, 교반기는 모터에 연결되어 있다. 슬러리가 음압 블라스팅 기계로 유입되면, 진공 펌프의 작용으로 기계 내부에 0.5~0.8의 음압이 생성되며; 모터가 교반기를 구동하여 회전시키면, 슬러리가 음압 상태에서 교반 및 회전하게 되어 내부 분사 현상이 발생하며, 이를 통해 규조류 표면의 불순물이 규조류로부터 분리된다.

본 발명의 초음파 진동 장치는 사다리꼴 파이프, 파이프 내에 배치된 진동봉, 및 진동봉에 연결된 초음파 발생기로 구성된다. 슬러리가 사다리꼴 파이프에 유입된 후, 미세 진동 주파수를 갖는 진동봉의 작용에 의해 양전하 및 음전하를 띤 미세 입자가 분리되며, 이를 통해 규조토와 점토가 더욱 명확하게 분리된다.

본 발명의 구체적인 공정 단계는 다음과 같다:

1. 세척 및 펄프화: 원광을 분당 250~450kg의 속도로 세척기(국산)에 투입하고, 물을 첨가하여 중량 기준으로 34~42%의 농도가 되도록 한 뒤(본 문서에서 언급된 모든 백분율은 중량 기준임), 원광을 세척하여 펄프로 만들고, 원광에 포함된 모래를 이용하여 규조류 표면의 불순물을 세척하여 반죽 같은 슬러리를 형성한다;
2. 교반 분리: 반죽 상태의 슬러리를 분당 250~450 kg의 속도로 교반기에 공급하고, 물로 희석하여 농도를 10~18%로 조정한 뒤, 동시에 건조 원광 기준 10~20%의 양으로 미리 준비된 중자성수를 첨가한다. 교반 과정에서 슬러리 내 입자 크기가 다른 물질들이 서로 다른 유속을 보임에 따라 내부 마찰이 발생하며, 동시에 중자성수의 작용으로 알칼리 금속 이온이 양전하를 띠고 고전압 정전기를 발생시켜, 원 슬러리 내의 Al₂O₃ 및 Fe₂O₃와 같은 미세 불순물이 흡착되어 현탁되는 반면, SiO₂로 구성된 규조토와 석영 모래는 중성을 유지하며 자유롭게 침전되어, 이로써 규조토에서 불순물을 분리한다;
3. 음압 분사 분리: 상기 규조토 혼합물을 분당 250~450kg의 유속으로, 0.5~0.8의 음압 조건 하에서 음압 분사기에 공급하여 교반 및 분리합니다. 슬러리 내의 미세 입자들은 음압 상태에서 내부 분사 현상을 일으켜, 규조 표면의 불순물과 콜로이드성 불순물을 규조에서 다시 분리해 냅니다;
4. 초음파 진동 분리: 상기 규조토 슬러리를 분당 250~450kg의 유속으로 초음파 진동 장치의 사다리꼴 파이프에 공급한다. 미세 진동 주파수를 갖는 진동봉의 작용 하에서, -2 전하를 띤 불순물 입자는 이동 상태에 있는 반면, +2 전하를 띤 입자는 정지 상태에 있어, 슬러리 내의 점토와 규조류를 더욱 효과적으로 분리합니다;
5. 유동 침전 분리: 위의 규조토 슬러리를 침전 수로에 넣습니다. 수로 내의 격벽을 조절함으로써 슬러리가 흐르거나 정지하는 과정을 반복하며 자동으로 전진합니다. 광물의 입자 크기나 비중 차이에 따라, 거친 입자와 석영 모래는 수로의 서로 다른 구역에 침전됩니다. 그런 다음 규조토 슬러리는 또 다른 침전지로 유입되어 최종적으로 정제된 규조토가 침전되는 한편, 불순물과 점토는 액체와 함께 유출되어 분리 처리 후 배출되며, 슬러리 물은 순환수로 재순환됩니다.

장점과 효과

이 공정은 고강도 자성수를 사용하고, 음압 분사기 및 초음파 진동 장치를 활용하기 때문에, 규조류를 다른 광물, 불순물, 점토 등으로부터 더욱 철저하게 분리할 수 있습니다. 동적 및 정적 교차 침전과 결합되어 규조류가 다른 광물, 불순물, 점토 등으로부터 완전히 분리됩니다. 따라서 선광률이 높으며, 정제된 규조토 제품의 규조류 함량은 90~98%입니다. 이 공정은 연속적으로 진행되므로 효율이 높고, 처리 용량이 크며, 오염 물질이 배출되지 않고, 물을 재활용할 수 있어 비용이 저렴하며 환경 보호 측면에서도 우수합니다. 또한, 본 발명은 투자 비용이 적고 회수 기간이 짧아 실용적 적용이 효과적이며 적응성이 뛰어납니다.

도면의 간략한 설명

도 1은 본 발명의 음압 분사기의 구조 개략도이다;

도 2는 본 발명의 초음파 진동 장치의 개략적 구조도이다;

도 3은 본 발명의 공정 흐름도이다.

그림 1에서: 1은 본체, 2는 본체 내에 배치된 교반기, 3은 교반기를 구동하는 모터, 4는 한쪽 끝이 본체 상단에 연결되고 다른 쪽 끝이 물 저장 탱크 7의 상단에 연결된 연결 파이프이며, 5는 한쪽 끝이 물 저장 탱크 7의 상단에 연결되고 다른 쪽 끝이 진공 펌프 6에 연결된 연결 파이프이며, 8은 본체 하단에 위치한 슬러리 유입구이고, 9는 본체 중앙에 위치한 슬러리 유출구이다.

그림 2에서: 10은 사다리꼴 파이프이며, 11은 사다리꼴 파이프 내에 배치된 초음파 진동봉이고, 12는 진동봉 11에 연결된 초음파 발생기이다.

예시

윈난성 에위안현산 치펑 규조토 광석을 사용하며, 평균 화학 성분은 SiO₂ ~68%, Al₂O₃ ~16%, Fe₂O₃ 5‑9%이다. 원광을 분당 80 kg의 속도로 세척기에 투입하고(수분 함량 40%, 건조 원광 48 kg), 분당 40 kg의 물을 첨가하여 농도를 40%로 조정한 후, 반죽 같은 슬러리가 될 때까지 세척한 뒤, 그 후 교반기로 보내어 분당 180 kg의 물을 첨가하여 농도를 16%로 희석하고, 동시에 분당 0.72 kg의 고자성 수(건조 원광 기준 15%)를 첨가한다. 이때 고자성 수는 다음 비율에 따라 제조된다:

메타규산나트륨(20% 농도) : 수산화나트륨(2%) : 탄산나트륨(5%) : 식물성 알칼리(5%) = 4 : 0.5 : 0.5 : 1.

교반 후, 유량 400 kg/min, 내부 압력 -0.5 atm 조건에서 음압 분사기로 공급한다. 분사기에서 배출된 슬러리는 동일한 유량인 400 kg/min으로 미세 진동 주파수를 갖는 초음파 진동 장치로 직접 유입된다. 마지막으로, 8개의 채널로 구성된 유동 침전 수조로 유입되는데, 각 채널에는 높이가 서로 다른 16개의 조절 가능한 배플이 설치되어 있다. 슬러리가 채널을 통과한 후, 각 채널은 1분씩 번갈아 가며 유량 0.83 m/min으로 배출되며, 이 과정이 완료될 때까지 반복됩니다. 높이가 서로 다른 배플 덕분에 입자 크기와 비중이 다른 광물들이 각 구역에 침전되어, 결국 규조토가 다른 광물 및 불순물로부터 분리됩니다. 3일 동안 처리된 배치 기준, 총 원광(40% 물) 투입량 345톤, 건조 정제 규조토 103톤을 얻었으며, 회수율은 50%(3:1)이고, 정제 규조토의 성분은 다음과 같습니다. SiO₂ >80%, Al₂O₃ <9%, Fe₂O₃ <2.5%, 겉부피 밀도 <0.45.