중질 매체의 원리 광물 선광

중매체 광물 선별법은 물보다 밀도가 높은 매체(중매체)를 이용하여 광물을 분리하는 중력 분리 방법입니다. 광물 분리 과정에서 매체의 밀도는 분리 대상인 가벼운 광물의 밀도보다 크지만, 무거운 광물의 밀도보다는 작습니다. 중매체 광물 선별은 주로 입자 밀도에 기반을 두며, 입자 크기와 형태는 상대적으로 적은 영향을 미칩니다. 중력 분리 성능 지수를 보면, 매체의 밀도가 증가함에 따라 E 값이 증가하는 것을 알 수 있는데, 이는 중매체 광물 처리의 분리 정확도가 수매체보다 높아 밀도 차이가 50–100 kg/m³인 두 종류의 광물 입자를 효과적으로 분리할 수 있음을 나타냅니다. 중매체는 중액과 중현탁액 두 가지 범주로 나뉩니다. 전자는 고밀도 유기 액체나 무기 염수 용액으로 구성됩니다. 후자는 물과 혼합된 중량제(미세하게 분쇄된 중광물 또는 합금)의 현탁액입니다. 중액은 유독하고 가격이 비싸며, 실험실에서만 사용됩니다. 중질 현탁액은 저렴하고 구하기 쉬우며 무독성이어서 산업 현장에서 널리 사용된다. 중질 매체 선광에서 원광 입자 크기의 상한은 300 mm, 하한은 0.5 mm이며, 분리 밀도는 1300–3800 kg/m³이다. 중력 분석 및 분리 성능 곡선 작성은 중매체 선광에서 광석의 급재 입자 크기, 분리 밀도 및 달성 가능한 분리 매개변수를 결정하는 데 일반적으로 사용되는 방법이다.

중매체 분리기의 종류는 다양하며, 주로 원뿔형 중매체 분리기, 드럼형 중매체 분리기, 중매체 진동 슬루스, 중매체 하이드로사이클론, 중매체 소용돌이 하이드로사이클론 등 5가지 범주로 나뉩니다. 이 중 처음 두 가지는 정적 분리 장비이며, 나머지 세 가지는 동적 분리 장비입니다. 정적 분리는 매체의 이동 속도가 느리고, 비교적 안정적인 미세 입자 현탁액을 매체로 사용하며, 매체 밀도가 실제 분리 밀도에 근접한다는 특징이 있습니다. 동적 분리는 매체가 외력을 받아 고속 회전 운동이나 수직 맥동을 일으키는 것이 특징이며, 비교적 입자가 굵고 불안정한 현탁액을 매체로 사용하고, 실제 분리 밀도가 공급 매체 밀도보다 높기 때문에 밀도가 더 낮은 중량 매체를 사용할 수 있습니다.

2.2.2 중질 매체 분리기

2.2.2.1 원추형 중질 매체 분리기

원뿔형 중매체 분리기의 구조는 그림 2-1에 나와 있다. 이 분리기는 내부 리프팅식과 외부 리프팅식의 두 가지 유형이 있다. 그 형태는 원뿔형 트로프이며, 내부에는 중매체 현탁액의 안정성을 유지하기 위해 저속(4~5 rpm)으로 회전하는 교반 블레이드가 장착되어 있다. 가동 시, 원광은 액면 위쪽에서 공급되며, 중매체 현탁액은 공급 지점과 원뿔 내부 여러 깊이에서 공급된다. 경질 제품은 원뿔 주변의 오버플로 위어를 통해 넘쳐 흐르고, 중질 제품은 에어 리프트나 펌프를 통해 바닥에서 배출된다. 원뿔형 중매체 분리기는 깊은 트로프 형태의 정적 분리기입니다. 분리기 트로프의 용적이 크고 안정적이기 때문에 광물 입자가 트로프 내에 장시간 머무르게 되어 미세 입자의 분리 정밀도가 높습니다. 경질 제품 수율이 높은 원료의 처리에 적합합니다. 단점으로는 매체의 부피가 크고 순환 매체의 양도 많다는 점입니다. 일반적으로 원료 입자 크기는 50~3mm, 원뿔 직경은 2~6미터이며, 처리 용량은 시간당 25~150톤입니다.

a— 외부 리프팅 방식 b— 내부 리프팅 방식

그림 2-1 원뿔형 중질 매체 분리기의 개략도

1— 원료; 2— 매질; 3— 경질 제품; 4— 중질 제품; 5— 펌프; 6— 에어 리프터

2.2.2.2 드럼식 중질 매체 분리기

그 구조는 그림 2-2에 나와 있다. 단일 챔버형과 이중 챔버형이 있다. 단일 챔버형은 하나의 매질만 사용하는 반면, 이중 챔버형은 밀도가 다른 두 가지 매질을 사용한다. 가동 중에는 현탁액과 광석이 한쪽 끝에서 드럼으로 공급되고, 더 가벼운 제품은 반대쪽 끝에서 배출됩니다. 더 무거운 제품은 바닥으로 침강한 후, 드럼 벽면에 장착된 리프팅 플레이트에 의해 들어 올려져 배출 슈트로 이동하여 배출됩니다. 드럼형 중매체 분리기는 얕은 트로프형 정적 분리기입니다. 현탁액의 깊이는 크지 않으며, 드럼의 교반 작용으로 인해 현탁액의 밀도가 안정화됩니다. 배출 슈트는 비교적 넓어 입자가 굵은 광석도 배출할 수 있습니다. 그러나 강한 교반 작용이 미세 입자의 침전에 영향을 미치므로, 미세 광석 입자 처리에는 적합하지 않습니다. 이 장비는 중상물 수율이 높은 용도에 적합하며, 중매체 용적과 순환 용적은 원뿔형 중매체 분리기보다 적습니다. 일반적으로 급재 입자 크기는 150~6 mm, 드럼 직경은 1.5~3미터이며, 처리 용량은 시간당 20~100톤입니다.

a— 단일 챔버 2종 제품형 b— 이중 챔버 3종 제품형

그림 2-2 드럼식 중매체 분리기의 개략도

1— 원료; 2— 매질; 3— 경질 제품; 4— 중질 제품; 5— 고밀도 매질;

6— 저밀도 매체; 7— 중간 제품; 8— 저밀도 챔버; 9— 고밀도 챔버.

2.2.2.3 중형 진동 슬루스 박스

그 구조는 그림 2-3에 나와 있다. 이는 하단에 천공 스크린이 있고, 스크린 아래에 수조가 있는 긴 진동 슬루스 박스이다. 작동 시, 광석과 중매질 현탁액이 공급단에서 투입된다. 슬루이스 하단의 진동과 스크린 아래로 상승하는 물의 흐름으로 인해, 중매질은 슬루이스 박스 내에서 유동성이 우수한 고밀도 층을 형성한다. 광석은 밀도에 따라 층을 이루며 슬루이스 박스를 따라 이동하고, 최종적으로 배출 단의 분리 배플을 통해 경질 제품과 중질 제품으로 분리되어 배출된다. 이 장치의 장점으로는 굵은 입자(-2 mm)의 중량 매체를 사용할 수 있어 고체 부피 농도를 최대 60%까지 달성할 수 있으며, 저밀도 중량 매체(예: 자철석)를 사용하더라도 높은 분리 밀도를 얻을 수 있다는 점이 있습니다. 또한 매체의 회수 및 정제가 간단합니다. 급재 입자 크기는 75–6 mm, 슬루스 박스 폭은 0.4–1.0 m이며, 처리 용량은 시간당 25–80 톤이다. 장비의 진동이 심하기 때문에 현재는 거의 사용되지 않는다.

그림 2-3 중질 매체를 위한 진동 슈트

1—슈트 본체; 2—지지 스프링판; 3—체판; 4—물실; 5—분리 배플판

2.2.2.4 중질 중질 하이드로사이클론

이 장치의 구조는 기존의 하이드로사이클론과 동일하며, 대개 축이 수평면과 18°~30°의 각도를 이루도록 비스듬히 설치됩니다. 가동 시, 광석과 중질 현탁액은 일정한 비율(1:(4~6))과 압력(0.08~0.2 MPa)으로 하이드로사이클론에 공급됩니다. 중질 제품은 하류 배출구를 통해 배출되고, 경질 제품은 오버플로 파이프를 통해 배출됩니다. 중질 현탁액이 하이드로사이클론 내에서 고속으로 회전하면 농축 효과가 발생합니다. 오버플로 파이프와 중심축 근처의 현탁액 밀도는 낮은 반면, 언더플로우 포트와 벽면 근처의 현탁액 밀도는 높습니다. 따라서 실제 분리 밀도는 공급된 현탁액의 실제 밀도보다 큽니다. 분리 밀도는 하이드로사이클론의 구조적 매개변수의 영향을 받으며, 원뿔 각도를 증가시키거나 오버플로우 파이프와 언더플로우 포트의 직경 비율을 높이는 경우 모두 분리 밀도를 증가시킬 수 있습니다. 이 장치의 특징은 구조가 간단하고 설치 면적이 작으며, 저밀도 중량 매체를 사용할 수 있다는 점입니다. 공급 입자 크기의 하한은 0.5 mm에 달할 수 있으며, 일반적인 공급 입자 크기는 20–2 mm로 널리 사용되고 있다. φ430 mm 중량 매체 하이드로사이클론의 처리 용량은 시간당 45톤이다.

2.2.2.5 중질 매체 와류 하이드로사이클론

그 구조는 그림 2-4에 나와 있습니다. 중매체 소용돌이 하이드로사이클론에는 타가와(Tagawa)형, 다이너(Diner)형, 3류형 등 세 가지 유형이 있습니다. 작동 원리는 중매체 하이드로사이클론과 동일하지만, 설치 시 언더플로우 유입구가 위쪽을 향하고 오버플로우 파이프가 아래쪽을 향하도록 하여 언더플로우 유입구 직경을 늘림으로써 공급 광석의 입자 크기를 개선할 수 있습니다. 공급 입자 크기는 일반적으로 40–2 mm입니다.

그림 2-4 중질 매체 와류 사이클론 분리기의 개략도

1—원료; 2—중간 매체; 3—경질 제품; 4—중질 제품; 5—공기 덕트; 6—중간 제품

타가와형 와류 하이드로사이클론은 수직으로 뒤집힌 형태의 하이드로사이클론입니다. 하이드로사이클론 내부의 공기 기둥을 안정화하기 위해 중질 제품 배출구에 공기 덕트가 삽입되어 있습니다. 공기 덕트의 수직 위치를 변경하거나, 언더플로우 포트와 오버플로우 파이프의 직경 비율을 조정함으로써 경분 및 중분의 수율을 조절할 수 있습니다. 하이드로사이클론의 직경은 300~500 mm, 공급 입자 크기는 30~75 mm이며, 처리 용량은 시간당 20~80 톤입니다.

DINA형 와류 하이드로사이클론은 수평면과 25° 각도를 이루도록 설치된 원통형 하이드로사이클론입니다. 원통의 상단 및 하단에 위치한 중앙 배출구는 원료 공급구와 경질 제품 배출구 역할을 합니다. 가동 시, 현탁액은 원통 하단 부근의 입구에서 접선 방향으로 공급되며, 중질 제품은 원통 상단 부근의 출구에서 접선 방향으로 배출됩니다. 이 장치의 장점으로는 광석과 현탁액을 별도로 공급할 수 있어 현탁액의 밀도를 쉽게 제어할 수 있다는 점이 있습니다. 동시에 현탁액은 용기 벽을 보호하는 보호층 역할을 하여 실린더의 마모를 최소화합니다. 중상품과 경상품의 수율 비율은 넓은 범위(9:1에서 1:9까지)로 조정할 수 있습니다. 급재 입자 크기는 40–2 mm입니다. 실린더 직경은 225–400 mm이며, 처리 용량은 시간당 10–80 톤입니다.

3류 소용돌이 하이드로사이클론은 2단 DINA 하이드로사이클론으로, 각 단마다 별도의 중간층 유입구와 중질 제품 배출구가 있습니다. 원료는 1단으로 유입되고, 1단에서 나온 경질 제품은 2단으로 유입되며, 최종 경질 제품은 2단에서 배출됩니다. 두 단계 모두에 밀도가 같거나 다른 현탁액을 공급할 수 있습니다. 전자는 중질 제품, 경질 제품 및 중간 제품을 분리하는 데 사용되며, 후자는 서로 다른 특성을 가진 두 가지 중질 제품과 하나의 경질 제품을 분리하는 데 사용됩니다. 이 장치의 주요 특징은 높은 분리 효율입니다. 실린더 직경은 250–500 mm이며, 처리 용량은 시간당 15–90 톤입니다.