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6. 비중선별

비중(밀도)이 서로 다른 광물이 점성유체 내에서 외력(중력, 원심력 등)을 받으면 비중차에의해 서로 다른 낙하운동을 하게 되는데 이 원리를 이용하여 광물을 선별하는 방법이다.

한편, 유체 내에서의 입자의 운동은 비중뿐만 아니라 그 입도에도 좌우되며 큰 입자는 작은 입자보다 더 큰 영향을 받는다. 따라서 비중선별의 효율은 입자가 클수록 증가하며Newton 법칙을 적용 받을 수 있을 정도로 조립자 이어야 한다. 그러나 최근 들어 비중선별기의 발달로 비중선별의 처리 입도 한계가 50㎛정도의 미립자도 가능해 졌다.

• 비중선별의 원리

점성 유체 내에서 밀도가 다른 물질을 분리하는 데는 “등속침강입도비”가 중요한 요소(factor)이다. 특히 비중선별에서는 이를 “선별도 표준(Concentration criterion; Cc)”이라고 칭하며, 혼합 광물(물질)의 비중선별 가능 여부는 판단할 수 있는 기준으로 삼는다.

즉, Cc 값이 클수록 비중선별하기 쉽다는 것을 의미한다.

fl

fh

DDDDCc

비중유체의비중경광물의

비중유체의비중중광물의선별도표준비

Newton영역의 등속침강비

2

<수중에서 방연광과 석영의 비중선별 원리>

Quartz(DL = 2.65 g/㎤ )

입도(직경기준)

Q1 dQ1 = dG1

Q2

Galena(DH = 7.50 g/㎤ )

dQ2 = dG2 = 2dQ1

ⓐ Q3 dQ3 = dG3 = 3dQ1

Q4 G1 dQ4 = dG4 = 4dQ1

ⓑ G2

G3

G4

수중에서 방연광(S.G=7.5)과 석영(S.G=2.65)의 선별도표준비(Cc) = 4

☞ 광석광물인 방연광을 100%로 회수하기 위해 ⓐ를 기준으로 분리할 경우에는 정광속으로 Q4가 유입되어정광의 품위가 낮아진다. 한편 정광의 품위를 최고로 높이기 위해 ⓑ를 기준으로 분리할 경우에는 G1이 손실된다. 그러나 입도범위가 두 광물종의 선별도표준값(Cc = 4)보다 좁은 범위로 조절한다면 이상적인 비중선별이 가능하다. 즉,

- Q1과 G1이 없다면 ⓑ를 기준으로 선별

- Q4과 G4가 없다면 ⓐ를 기준으로 선별

위의 예에서 알 수 있듯이 가능한 한 좁은 입도범위로 만들어 주는 것이 비중선별의 효율을 높일 수 있는 결정적인 요소이다. 그러나 실제 조업에서는 침강하는 입자에 여러 운동(원심력, 수력, 요동 등)을 가하여 선별도

표준값(등속침강입도비)를 상당히 벗어난 입도들도 선별이 가능하게 한다.

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• 비중선별기 종류

• 지그(Jig)

광물들을 중력 및 물의 맥동작용(jigging)에 의한 운동차를 이용하여 선별하는 비중선별기로

조립자 선별에 효과적임

Jigging 작용에 의한 선별메카니즘

차등초기 가속도운동 → 간섭침강 → - 적하침전

• 비중선별기 종류

• 지그(Jig)

광물들을 중력 및 물의 맥동작용(jigging)에 의한 운동차를 이용하여 선별하는 비중선별기로

조립자 선별에 효과적임

4

5

Jig의 종류 : 수류의 상하 운동을 주는 방법에 따라

- Plunger형: 고무 Plunger 사용(예: Harz jig)

- Diaphram형: 얇은 막으로 미립자에 많이 사용

(예: Denver mineral jig)

- 맥동형: 공기나 압력수에 의해 pulsion만 주고

suction은 없앰(Baum jig)

Harz Jig Denver Mineral jig

F

G

Baum Jig

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• 요동테이블(Shaking table)

요동(shaking)치는 경사진 table에 광액(pulp)을 얇은 층으로 흘려 보내면 수력, 중력, table 요동에 의해 발생되는 운동차에 의해 물질이 선별된다. Jig보다 미립자도 선

별처리 할 수 있고, 선별효율도 높으나 처리용량은 작다.

초기에는 그림(A)와 같은 배열로 침강하나 수류의 영향을 받아 (B)와 같은 최종배열을 이룬다.

- 상류: 비중이 크고 잘은 알

- 중류: 비중이 크고 굵은 알이나 비중이 작고 잘은 알

- 하류: 비중이 작고 굵은 알

입자가 받은 추력

속도 구배

(A) 입자들의 초기 침강 배열

(B) 입자들의 최종 침강 배열

요동테이블의 선별이론(1) : 유막(water flowing film)에서 입자의 배열

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왕복운동

광액(pulp)세척수

회전방향

편심장치

정광

광미

요동방향

수류방향입자의 이동방향경사각

5°이내

중광물 : 주로 요동방향으로 이동

경광물 : 주로 수류방향으로 이동

요동테이블의 선별이론(2) : 요동작용과 수류작용에 의한 광물입자의 배열

요동방향

수류방향입자의이동방향

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Riffle의 역할

- 고밀도 입자(high density particle)들이 Riffle 사이에 모여,

홈통을 따라 요동방향으로 이동함.

- 이때 Riffle 사이의 홈통 내에서는 유속이 거의 무시됨.

- 따라서 크고 저밀도 입자(fine & low density particle)들은

수류작용을 크게 받아 Riffle 사이에 쌓이지 못하고 수류방향으

로 이동함.

종류 특징 용도 비고

James Table

Riffle 방향이대각선

slime용비중선별기

Wilfley Table

Riffle 방향이평행

Sand용비중선별기

선별효율에 미치는 요소

• 급광의 광액농도

• 세척수의 유량

• 테이블의 경사각

• 테이블의 요동속도

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• 험프레이 스파이럴 선별기(Humphrey spiral separator)

단면이 반원인 통을 수직인 축의 둘레에 나선형으로 5~6단 감은 것으로 회전하거나 운동하는 부분이 없는 무동력선별기로서 입도가 10~20mesh인 입자 선별에 적합하며시설비 및 조업비가 저렴하고 대용량을 단시간에 처리가능,설치장소를 넓게 차지하지 않는 장점이 있음.

광물 입자들을 물과 함께 흘러내리면, 비중이 작은 광물입자는주로 부력과 원심력을 받아 통의 바깥쪽 둘레로 밀리면서 흘러내려가고, 비중이 큰 입자는 중력과 마찰력을 받아 통의 안쪽밑바닥을 따라 흘러서 각 단에 있는 작은 구멍(b)으로 배출됨

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Hindered Separator Air Gravity Separator Zigzag Air Separator

• 비중선별기 종류

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7. 중액선별 (Heavy medium separation)

중액(heavy liquid) 또는 의중액(擬重液: pseudo heavy liquid)을 매개체(medium)로 하여 그 보다

밀도가 큰 물질은 침강(sink)되고 작은 물질은 부유(float)되는 원리를 이용하는 비중선별법의 일종으

로 일명 부침법(sink-float process)이라고도 함.

(1) 중액(heavy liquid)

가격이 비싸고 대부분 유독성 물질이므로 실제 조업에는 사용하지 않고, 중액선별의 가능성 검토와

선별밀도(separation density)를 결정하기 위한 기초연구에 주로 이용되는 실험실용 매개체이다.

중액 화학식 비중 비고

사염화탄소 CCl4 1.59 (25℃일 때)

중액의 비중을 낮추기위해서 유기용매(휘발유, 등유 등)로 희석함

Methylen Chlorobromide CH2BrCl 1.92

Methylen iodide CH3I 2.30

Bromoform CHBr3 2.89

Acetylen bromide (CHBr)2 2.97

Stannic chloride SnCl4 3.95

급광(feed) 부유물(S.G<2.65)

침강물(S.G>2.65)

중액

(SG=2.65)

부유물

(S.G = 2.65˜2.70)

침강물(S.G>2.70)

중액

(SG=2.70)

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(2) 의중액(擬重液: pseudo heavy liquid) ;

중액재(밀도가 큰 미분체)를 물속에 분산시켜 겉보기 비중을 높인 현탁액(suspension)

• 의중액재의 중요한 물리적 성질

▪ 비중 : 선별밀도(separation density)를 뜻함

▪ 안정성 : 중액재가 수용액 중에서 장시간 침강되지 않고 현탁되어 있는 성질

▪ 유동성 : 의중액의 흐름도(점성계수의 역수)

☞ 의중액의 안정성과 유동성은 중액재의 부피비가 30 %일 때가 좋다.

• 중액재(重液材: heavy material)의 요건

- 단단하고 적정 입도분포를 이룰 것(선별할 물질의 입도가 작을수록 중액재의 입도도 작아야 함)

- 화학적으로 안정할 것(즉, 부식성이 없고 선별처리할 물질과 화학반응성이 없어야 함)

- 회수가 용이하여 재사용이 가능한 것

종류 성분 비중 입도 비고

중정석(Barite) BaSO4 4.5 200 mesh이하(-75 ㎛) 소모성

자철석(Magnetite) Fe3O4 5.1 325 mesh이하(-43 ㎛) 자력선별로 회수하여 재사용함

25-Ferrosilicon 25% Si 6.3 - 150 ㎛ 95%이상 자성이 약하여 회수가 어려움

15-Ferrosilicon 15% Si 6.8 " 주로 이용됨

10-Ferrosilicon 10% Si 7.0 " 부식이 잘됨

방연석(Galena) PbS 7.8 " 부유선별로 회수하여 재사용함

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(a) (c)

Drum Separator

(a) Side View

(b) End View

(c) Typical DMS Circuit

(b)

중액선별기