KR100239935B1 - 습윤입자 분리용 장치 및 방법 - Google Patents

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덕즈말 토마즈
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쉬네이더 제이콥 에이치
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Abstract

본 발명은 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들로 된 슬러리에서 혼합 가능한 고체 및/또는 액체입자의 혼합물을 분리하는 방법으로, 본 발명의 방법은 다음 공정순서 : (I) 스트림의 상부로 유도된 나선상 유동을 발생시키기 위하여 수직으로 배열된 개구 상부 원통형 챔버(12)로, 이 챔버에 접선적으로 경사를 이루면서 그 하부선단 가까이에 슬러리의 스트림을 도입하는 공정, (II) 챔버선단(20)으로 부터 하방으로 연장하는 슬러리에 소용돌이(80)를 발생시키기에 충분한 부피 및 압력에서 스트림을 도입하는 공정, (III) 적어도 한부분의 그 상부 이행 동안에 챔버내부벽(68)을 통하여 스트림으로 공기를 도입하는 공정, (IV) 원심부유선광법에 의하여 입자분리를 하는 챔버에서의 체류시간을 제공하기에 충분한 높이의 챔버(12)를 사용하여 챔버 상부 선단에서 스트림이 소용돌이로 발전하는 공정, (V) 개구선단을 둘러싸는 배수조(24)로 개구선단(20)에서 외부로 소용돌이 스트림을 유도하여 배수조의 주위 단부(28)를 향하여 공기 기포가 부유하도록 하는 공정, (VI) 배수조의 상부구역으로 부터 가벼운 소수성입자를 수반하여 외부로 부유하는 공기 기포를 수집하며, 배수조의 하부구역으로 부터 무거운 입자가 가라앉도록 하여 분리시키는 공정, 으로 이루어진다.

Description

[발명의 명칭]
습윤입자 분리용 장치 및 방법
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 바람직한 구체예가 도면에 도시되는데,
제1도는 액상 슬러리중의 입자를 분리하기 위한 장치의 사시도이고,
제2도는 제1도의 분리장치로의 슬러리 도입용 도관의 라인(22)을 따른 단면도이고,
제3도는 장치의 일정 사항을 나타내기 위해 일부분 절취된 제1도의 장치의 사시도이고,
제4도는 제1도 장치의 종단면도이고,
제5도는 제4도의 챔버내의 슬러리 소용돌이를 나타내는 제4도 단면도의 상세도이고,
제6도는 슬러리내 입자와 가스기포의 접촉을 보여주는 제5도의 확대도이고,
제7도는 분리기내에 자석을 위치하여 자장을 발생시키는 것을 나타내는 본 발명의 또다른 구체예의 측단면도이고,
제8도는 제7도의 8-8선을 따른 단면도이다.
[발명의 분야]
본 발명은 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들이 있는 슬러리에서 입자들을 분리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명의 방법 및 장치는 타르 모래로 부터 분리된 기름과 잉크로 부터 분리된 신문 인쇄용지 펄프에서와 같이 고형분을 함유할 수 있는 물로 부터 액체 탄화수소를 분리하고 액체로 부터 하나 또는 그이상의 고형분을 분리하며 제2철(ferri-), 제1철(ferro-) 및/또는 따라-자기성일 수 있는 무기광물의 분리에 매우 효과적이다.
[발명의 배경]
부유선광시스템(Flotation system)은 슬러리로 부터 미립성분을 분리하기 위해 개발되었던 프로세스 인제니어링 기술에서 중요한 단위 조작이다. 부유선광법은 공기가 미세하게 분산된 입자의 현탁액을 통하여 기포로 되며 소수성 입자가 남은 슬러리로 부터 공기 기포로의 부착에 의해 분리되는 공정이다. 소수성 입자로의 기포의 부착에 의해 형성된 공기기포/입자 응집체는 일반적으로 슬러리 보다 덜 농후하므로 부유선광용기 표면에 응집체가 발생하게 된다. 그러므로 소수성 입자의 분리는 포말 또는 발포 형태로 슬러리의 상부층을 남은 액체로 부터 분리함으로써 달성된다.
포말부선법(泡沫浮選法)에서의 기본적인 단계는 입자가 공기-액체 막을 파열하여서 부착하는데 충분한 시간동안의 공기기포/입자접촉을 내포한다. 이 공정에 소요되는 총시간은 접촉시간과 유도시간의 합으로, 접촉시간은 기포/입자운동과 시스템의 수력학에 좌우되며 유도시간은 기포와 입자의 표면화학성질에 의해 조절된다.
그러나, 부유선광법은 일정한 제한이 있어서 다용도로는 비효과적이다. 특히, 과거에는 부유선광법은 미립자(직경이 10미크론 이하) 회수에 아주 효과적이라고는 보지 않았다. 이것은 특히 미세한 무기광물의 분리에 있어서 중대한 제한일 수 있다. 입자의 관성이 매우 작아서 공기-액체 막의 입자침투가 방해되어서 기포에 대한 부착률이 낮게 된다는 것이 이 저 회수에 대한 해석이다. 게다가, 부유선광법은 슬러리에서의 탄화수소의 분리를 실행하기 위한 공정으로서는 결코 믿지 않았다.
분리가 성공적으로 달성되려면 수분정도의 공칭보유시간이 요구되는 것이 종래 부유선광시스템의 또다른 제한이다. 그러나, 공기기포/입자부착은 간혹 1/1000초(millisecond) 정도이어서 대개 분리율은 기타 인자 보다도 기포-대-입자충돌 및/또는 수송에 의해 제한되는 것으로 보아 왔다. 따라서 이들의 긴 보유시간은 공장능력을 크게 제한하며 비교적 크고 비싼 설비구조를 필요로 한다.
공기-살포 하이드로사이클론(이후, “ASH”)는 종래 부유선광시스템의 이들 두 한계점을 해소하고자 개발되어 왔다. 러시아 특허 제692634호(1979.10.25) 및 독일특허 제1,175,621호(1964.8.13)에 기재된 바와 같은 초기의 시스템은 선회하는 스트림에 공기 기포를 도입함으로써 원심장에서 분리를 실행하는 것으로 보았다. 이 개념에 대한 진보된 창작으로서는 ASH 유니트에서의 일정한 개선을 기술하고 있는 미국특허 제4,279,743호, 제4,397,741호, 제4,399,027호 및 제4,744,890호에 예시되어 있다. ASH는 원심력을 부유선광법의 분리원리에 결합하여 수초 정도의 보유시간으로 보다 미세한 입자의 분리를 훌륭히 달성하게 된다. 슬러리가 선회방식으로 흐르도록 함으로써 ASH에 조절된 고압계가 생겨서 미세한 입자의 관성을 증가하게 된다. 또한, 고밀도, 저직경의 공기기포는 슬러리를 통하여 가해져서 입자와의 충돌율을 증가시킨다. 정미(正味) 결과는 고유기포부착 시간에 접근하는 보유시간에 따른 부유선광률이다. 이것은 통상의 기계적 또는 컬럼 부유선광유니트의 능력의 적어도 100 내지 300배의 능력에 해당한다.
ASH 부유선광에서 유압에너지는 회전유체운동(선회운동)을 일으키는데 사용된다. 이것은 통상의 사이클론 헤더를 통하여 접선적으로 슬러리를 원통형 용기에 공급함으로써 행해진다. 일정두께의 선회유동은 용기벽을 따른 원주방향으로 일어나며 용기바닥에 축상으로 위치된 받침대와 용기벽 사이에 생긴 환상개구를 통하여 배출된다.
재킷으로 덮어진 다공성 용기벽을 통하여 공기가 ASH로 도입되며 슬러리의 고속 선회유동에 의하여 수많은 소기포로 전단된다. 슬러리내 소수성입자들은 공기기포와 충돌하여 기포에 부착하며 원통형 축에 형성하는 포말상(froth phase)으로 기포에 의해 방사상으로 수송된다. 포말상은 용기바닥에서 받침대에 의해 지지되고 압박되어서 사이클론 헤더의 소용돌이 파인더를 향하여 상부로 포말을 이동시켜 결과적으로 범람물로서 배출시킨다. 한편, 친수성 입자는 슬러리상으로 통상 보유되어서 용기벽과 받침대 사이의 환상개구를 통하여 슬러리상으로 배출될때까지 다공성 용기벽을 따라 선회방향으로의 이동을 계속한다.
용기벽을 따른 슬러리의 선회운동이 원통형 용기의 중앙에 포말상과 구별가능한 “선회-층(swirl-layer)”을 형성한다는 것은 주목할 정도로 중요하다. 선화-층의 하나의 중요한 특징은 용기벽과 포말받침대 사이의 하류 배출 환상로를 향하여 정미축상 속도를 갖는 것이다. 선회-층의 두께는 대략 용기 반경의 8 내지 12%이며 공기유동속도의 증가 및 사이클론 헤더로 부터의 축거리에 따라 증가하며 하류 배출 환상로에서 최대가 된다.
원통형 용기축을 따라 형성된 포말의 크기 및 운동 특징은 작동조건 및 공급특성에 좌우된다. 선회-층과 포말중심 사이에는 축방향에서의 정미속도가 0이거나 슬러리상과 동일한 방향으로의 슬러리에 대한 변환구역(transition region)이 있다. 후자의 상태는 포말중심이 비교적 작아서 선회층과 포말중심 트랙 사이에 큰 캡이 남겨져서 슬러리로 채워지는 곳이 존재한다. 가장 바람직한 상태는 변환구역이 최소일 경우이며, 즉 포말중심과 선회-층 사이에 공간이 거의 없을 정도로 포말중심이 충분히 클 경우이다.
압력강하는 용기 상부에 축상으로 위치된 소용돌이 파인더출구와 포말받침대 사이의 포말중심에서 발생한다. 이 압력강하는 실제 상부로 축방향으로 포말을 이동하는 힘이다. 포말중심에서 압력강하에 영향을 미치는 세요소가 있다 :
1. 하류 배출 환상로로의 슬러리 유동의 제한;
2. 오버플로우 소용돌이 파인더 개구로의 포말수송의 제한; 과
3. 선회-층으로 부터 포말중심으로의 새로운 포말의 연속적 공급.
요소 1 및 2는 특정 적용에 차례로 좌우되며 조작동안에 조절될 수 있다. 요소 3은 공기유량 및 입자의 소수성 특성과 공급슬러리내 그들의 중량분율에 좌우된다.
ASH의 직접적인 장점은 다공성 용기벽상의 선회-층에서의 입자와 새로이 형성된 공기 기포 사이의 유도운동과 긴밀한 접촉이다. 선회 슬러리에 의해 생긴 높은 원심력장은 미립자에 관성을 더 부여하여서 미립자는 기포표면을 충돌할 수 있고 기포에 부착할 수 있게 된다. 그 결과, 미립자 분리가 향상된다.
그러나, ASH는 선회슬러리의 속도가 이들 입자에 매우 높은 관성을 부여하여서 이들 입자가 공기 기포에 부착하는 것을 방지하기 때문에 보다 거친 소수성 입자에 있어서는 비교적 불량한 분리기이다. 따라서, 이들 조악한 입자들의 분리를 달성하려면 일반 하이드로사이클론 상태하에서 기포/입자응집체가 안정하도록 이들 입자들은 비교적 강한 소수성을 나타낼 필요가 있다. 소수성이 충분하게 강하지 않을 경우에, ASH 시스템은 슬러리에 의해 하류방출 환상로로 거친 소수성입자가 수송되며, 한편 보다 미세한 입자는 포말중심으로 또 오버플로우 소용돌이 파인더를 통하여 밖으로 수송되도록 하는 경향이 있는 분급 사이클론에서의 약간의 특징을 나타낸다.
다수의 무기입자에 대한 분리효율은, 입자직경이 100미크론을 상회하여 증가하기 때문에 떨어지는 것으로 연구보고 되어 왔다. 그러나, 다른 연구에서는 입자크기 상한은 입자의 소수성에 의해 크게 영향을 받게 되어서(상술한 바와같이) 100미크론 이상으로 연장될 수 있다고 보았다. 석탄입자에 관하여는 100 내지 400미크론 이상 입자분리가 슬러리 압력 증가와 더불어 크게 떨어진다는 것을 시험을 통해 알았다.
그러므로, 현범위의 입자크기를 넘는 크기의 입자들을 효과적으로 분리할 수 있는 방법 및 장치가 개발된다면 공지기술에 대한 중요한 부가가 일어날 것이다. 또한, 유효한 분리를 유지하면서 증가된 슬러리의 압력이 적용될 수 있다면(그래서 공급유량이 증가됨) 중대한 개선됨이 발생할 것이다. 방법 및 장치에서의 중요한 개발에 관하여는 1991년 10월 17일 공개된 본 출원인의 공개된 출원인 WO91/15302에 기재되어 있으며, 이 특허출원에 따르면, ASH에서 분리기술의 특이한 적용을 내포하는 놀랄만한 입자분리도 개시되어 있다. 출원인의 새로운 ASH에서의 분리원리를 더 이해하는데 있어서의 가이드로서 공개된 PCT 출원을 참조할 수 있다. 그러나, 본 출원에서 기재된 출원인의 발견에 의해 제공된 이점을 더 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 개략적으로 다음 원리들을 기술한다.
A. 포말부선법
상술한 바와 같이 소수성 입자의 분리는 남은 액체로 부터 포말 또는 발포의 형태인 슬러리의 상부층을 분리함으로써 달성된다. 포말부선법은 그 유효입자크기 8 내지 10메시 이하의 입자에 관하여 공정을 적용하여 왔다. 어느 다른 분리공정보다도 부유선광은 광물을 분리하는데 있어서 거의 제한이 없다.
부유선광기는 실제 분리를 행하는 수력 및 기계적 조건을 제공한다.
공급입구와 셀(cell) 및 뱅크(bank)로 부터의 선광부스러기 출구와 소수성 또는 기계적 포말제거에 대한 명백한 필요조건과는 별도로 셀은 또한 다음을 구비하여야 한다 :
1. 침전작용을 방지하여 공기기포와 접촉하도록 하기 위한 소립자의 현탁 및 분산의 실행;
2. 공기유입, 기포형성 및 기포분산;
3. 입자기포 접촉 및 부착을 돕는 조건;
4. 안정한 포말형성 및 제거를 위한 비-난류표면구역;
5. 약간의 경우 광물시약 상호작용을 위한 충분한 혼합;
부유선광기에서 일어나는 몇몇의 보다 중요한 메카니즘을 다음에 수록한다.
펄프 : 기포 발생; 입자/기포 상대유동통로; 액체막 분리의 파열 및 박막화(thinning); 두 구역 사이에 격렬한 재순환 유동이 있는 고도의 공기혼입 임펠러구역 및 공기혼입이 적은 나머지 구역; 특히 기포제의 존재에서의 가파른 펄프속도기울기; 고체의 체류시간 분포.
포말 : 포말기둥의 선택적, 밀착작용으로 부터 일어나는 농도 기울기; 기포합체; 농도 기울기는 층들 사이의 두 방식의 덩어리 이송과 단계식 농도변화에 따라 층화함으로써 표시될 수 있다.
펄프-포말변환 : 상들 사이에서 두-방식으로의 고체 및 액체 덩어리 이동.
공기 : 펄프에서 포말로의 두 고체 및 물 이동에 대한 원동력을 시험한다.
물 : 입자크기 감소에 따른 증가속도에서 비선택적으로 공기 및 모든 고체에 의해 포말기둥으로 이송되며, 배수에 의하여 포말 및 펄프로 부터의 고체의 복귀를 조력한다.
기포에 의한 입자의 부유선광율은 K=Pc·Pa·Pf·Ps로 표시될 수 있다(입자 및 기포 사이의 충돌확률(Pc), 기포 및 입자 사이의 부착확률(Pa), 입자 부착 기포의 포말진입확률(Pf) 및 부유선광공정을 통해 부착된 입자 및 기포의 잔류 확률(Ps)).
대개, 부착확률은 광물의 표면특성과 광물표면상의 수집기 흡착도에 의존한다. 부착을 위한 유도시간은 입자크기가 감소함에 따라 줄어드는 것으로 나타났다. 유도시간이 짧을수록 미립자는 더 빨리 부유해야 하는데 이는 미립자에 대한 부유선광효율에 있어서 관측된 감하를 설명하지 못한다.
기포에 부착되어 남아 있는 입자의 확률은 이 시스템에서 발견된 난류도(degree of turbulence)에 좌우한다. 입자 및 기포를 함께 추진시키는 동일한 힘이 그들 개개에 적용될 수 있다. 그것은 다음과 같이 표시된다 :
식에서, dp는 입자직경이고, dpmax는 일반 난류상태 하에서 부착된채 남게된 입자의 최대직경이다. 확률은 거친 크기입자에서는 가장 낮고 미세한 크기의 입자에서는 1에 접근한다. 부착되었을 때 부착된 입자가 남을 확률은 미세 크기 입자에서는 매우 높다. 이들 고려사항에 입각하여 미립자에 대해서는 충돌의 낮은 확률은 저조한 부유선광의 주 이유가 된다는 것이 밝혀졌다. 이것은 수력학적 힘이 미립자의 부유선광에 매우 중요하다는 것을 의미한다.
충돌확률은 입자 및 기포의 수와 크기, 또 부유선광 펄프의 수력학에 좌우된다. 이 확률은 단위시간 및 단위 부피당 충돌 수에 직접 관련된다. 부유선광시스템에서의 충돌 수는 다음 식으로 표시될 수 있다.
N2=5·Np·Nb·rbp·(Vb 2+Vp 2)1/2
식에서, Np은 입자수, Nb는 기포수, rbp는 입자 및 기포반경의 합, Vb 2및폐 2은 입자 및 기포 사이의 유효상대 속도의 평균의 제곱이다.
방정식으로 부터 기포 및 입자의 상대속도와 기포수를 증가함으로써 충돌 수는 소정 펄프에 대해서 증가될 수 있음을 알 수 있다.
부유선광률 상수(K)에 영향을 미치는 최종요소는 기포적재이다. 기포적재는 아직 잘 이해되지 않으나 부유선광 셀에서 입자들을 수반해야할 기포의 용량을 필연적으로 제한한다. 공급률이 소정 공기혼입율에 대해 증가하기 때문에 기포는 보다 충분하게 적재하게 된다. 기포가 50% 이상 적재하게 될 경우(Ps)는 기포상의 입자 체류시간이 짧아짐에 따라서 또 부착을 위한 적용가능한 기포표면이 줄어들수록 감소한다. 정미효과는 (K)의 부피에서의 감소이다. 또한 기포적재도 부유선광 셀과 기포의 합체에 영향을 미치며, 이는 (K)에 대해 보다 더 명백한 효과를 갖는다.
부유선광률이 일정한 후 부유선광셀에서의 입자 보유시간은 부유선광회수에 대해 가장 중대한 영향을 갖는다. 보유시간은 부유선광셀의 유효부피(공기 정체를 위해 수정된)를 부유선광셀으로 들어가거나 나가는 슬러리에서의 액체 유량으로 나눔으로써 측정된다. 그래서, 모든 세 매개변수, 부유선광셀부피, 액체슬러쉬/슬러리 유동 및 공기 정체는 부유선광셀의 보유시간을 측정하는데 있어서, 중대한 역할을 한다. 종래 포말부선법은 20마이크로미터 이하 크기의 입자에 매우 효과적이나 20마이크로미터 이하로 입자 크기가 감소함에 따라 부유선광효율은 떨어진다.
B. 방사상 중력선광법(Radial Gravity Separation)
중력선광법은 잡다한 입자의 크기, 모양 및 비중의 입자가 중력 또는 원심력에 의해 상호 분리되는 공정으로 규정될 수 있다. 공정 이름이 유래되었던 비중을 기초로 한 분리에 더하여 크기 및 모양 분급이 공정의 고유부분인 것이 이공정의 본질이다. 거친 입자 광물에서는, 유효한 비중선광법은 입자의 자연 침강속도 또는 부력을 이용한 개구-용액조와 더불어 수년동안 가능하여 왔다. 용액조 크기가 경제적 한계내로 유지되는 한 용액조내 입자는 1G 중력장에서 높은 정정(整定)율을 가져야 한다. 보다 작은 입자크기의 충분한 비중선광을 연장하려면 입자의 중력가속은 때때로 원심장이라 불리는 인공 방사상 중력장으로 대체된다. 원심력장에서의 작은 입자의 침강은 방사상 중력가속으로 중력 “g”으로 인한 가속이 대체되는 것을 제외하고는 정지욕에서 볼 수 있는 바와 유사하다.
지금까지, 고정 동봉물내의 액체 또는 현탁액을 회전하여 방사상 중력을 일으키는 장치를 구비하여, 이 원리의 가장 유효한 사용을 달성하여 왔다. 슬러리가 나선 방식으로 실린더로 주입되는 경우 박판상 원형유동이 이뤄지며 보다 무거운 입자들은 외부로 이동하게 된다. 이 공정은 유동매체가 층류방식으로 흐르면 더욱 효과적이다. 이것은 슬러리층에서의 모든 입자가 동일한 각 속도를 가지며 상호에 관하여 입자의 상대이동이 없다는 것을 의미한다. 단지 예외라면 보다 무거운 입자의 느린 외부로의 편류이다. 실린더를 떠난후 유동스트림은 덩어리에 의한 입자분포를 갖는다. 보다 무거운 입자는 실린더 벽에 더 가까이 하며 저중량의 입자는 스트림 부피에 걸쳐 균등하게 분산된다.
C. 오븐 그레이디언트 자력선광법
오픈 그레이디언트 자력선광법(Open gradient magnetic separation : OGMS)은 비-균일 자장에서의 입자편향에 의해 달성된 자력선광을 포함하는 모든 공정을 나타내는데 사용되는 일반용어이다. OGMS는 비균질장에서의 소립자에 작용하는 자력을 기본으로하며 다음식으로 기술될 수 있다 :
Jp는 다음과 같이 표시될 수 있다 :
파라-자성입자에 대해서, D≪1, 그러므로, 방정식 (1)은
이 된다.
페리-및 페로-자성입자에 대해서는 X는 자장에 좌우되며 Jp는 통상 비교적 저장에서의 포화값(Jps)에 달한다. 그러므로, 방정식 (1, (2), (3)으로 부터 자기 플럭스밀도(Bo) 및 그 기울기(▽Bo)가 충분히 높으면 유효한 분리가 일어남을 알 수 있다.
수백종류의 자력선광분리기가 지난 2세기동안 제작되어 왔다. 이들 분리기에서 필요한 자기조건은 영구자석 또는 전자석의 자장 및 기울기를 사용, 또는 그들 주위에 장 기울기를 일으키는 2차 페로-자성입자를 균질장에 위치함으로써 얻어진다. 후자의 경우, 기울기는 간혹 전자 보다도 더 높은 크기의 여러 계수이나, 최대 장이 한정되기 때문에 결과 생성힘은 보다 작은 범위의 것이다.
오픈-그레이디언트 자력선광분리기는 제1그룹에 속한다. 장과 그 기울기는 자석의 적당한 배열에 의해서 발생된다. 힘의 범위는 수 cm 정도이다. 분리기의 작동원리는 자화 구역을 통하여 한비임의 입자들이 흘러서 2이상 부분으로 분리된다는 것이다. 입자를 편향하는 힘이 간혹 적당하여서 자장에서 비교적 긴 체류시간에도 입자가 자화공간에 축적됨이 없이 연속적으로 분리하게 된다.
OGMS 성공도는 입자에 부여된 편향에 좌우된다. 이것은 다음 4요소에 차례로 의존한다 :
(i) 입자 자체 특성(크기, 대자율, 밀도);
(ii) 입자에 작용하는 힘을 분리하는 보유시간;
(iii) 비균일 자장의 크기 및 기하학;
(iv) 자기 및 비-자기 방출기둥의 기하학;
하나의 가능 구조는 입자가 자장을 통해 낙하하게 되는 광물입자의 건조분리를 제공한다. 입자가 떨어질때 입자들은 극으로의 상대인력 또는 척력에 의하여 편의되며 광물의 생성스트림은 박스들을 분리함으로써 둘이상 성분으로 분리된다.
습윤-자력선광분리기에서 한 디자인은 자석에 인접한 긴 직사각형 채널의 위치설정을 요한다. 그다음 슬러리는 채널을 통하여 공급되며 자장에 의해 입자가 자화되기 때문에 분리가 일어난다.
OGMS의 다른 유형으로는 유동 슬러리가 자성 및 비-자성스트림으로 효과적으로 분리되는 비교적 큰 개구작업 부피에서 강한 자장 기울기를 발생시키기 위하여 특별히 제작된 자석을 사용하는 연속유니트이다(GB 특허 제1,322,229호, 1973.7.4).
또다른 유형의 OGMS는 한 단면주위에 원통형의 환상 슬러리 채널이 있는 초전도 이극으로 이루어지는 나선상 유동의 초전도자성 광물분리기이다[M.K. abdelsalam, 자기학에 대한 IEEE 상호작용, Vol. Mag. 23, No.5, 1987년 9월]. 나선상 유동입자는 원심력에 의하여 외부로 가해지며 이것은 자성입자에 대한 자력에 의하여 차례로 대향된다. 슬러리가 환상로에서 나선상으로 흐를때 비-자성입자는 방사상으로의 외향 원심력을 받는다. 한편 자성입자는 외향 원심력에 대하여 내향자력을 받게 된다. 그럼으로써 자력이 자성입자가 내향으로 편의될 정도로 강하다면 분리가 이뤄진다.
후자의 배치에서 자력은 원심력에 대해 반대방향으로 작용함으로써 장치의 분리력을 실질적으로 줄이게 된다. 자력이 원심력과 동일할때 자기입자가 어떠한 편향력도 받지 않기 때문에 분리가 일어나지 않는다. 그러므로, 필요한 자력은 장치에서 발생된 원심력 보다 실제 더 커야한다.
[본 발명의 개요]
본 발명의 한 개념에 따르면, 슬러리에서 혼합가능한 고체입자 및/또는 액체입자의 혼합물을 포함하며, 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들로 된 슬러리에서 입자들을 분리하는 방법이 제공된다.
본 발명의 방법은 다음 공정들로 이루어진다 :
(i) 원통형 내부벽이 있으며 수직으로 배열되며 그 하부선단이 폐쇄되며 그 상부선단이 개구된 원통형 챔버로 슬러리의 스트림을 도입하는 공정, 여기서 상기 스트림은 경사면을 이루면서 제1선단 가까이에 챔버에 접선적으로 도입되어 개구선단을 향한 챔버 내부벽을 따라서 스트림의 나선상 유동을 일으키며,
(ii) 챔버 상부선단으로 부터 하방으로 연장하는 슬러리에서 소용돌이를 일으킬 정도로 충분한 부피와 압력에서 스트림을 도입하는 공정,
(iii) 스트림으로 이동하는 공기 기포를 일으키고 챔버 내부벽에 위치된 수단을 통하여 스트림에 도입되는 공기를 적어도 그의 상부이행 동안에 스트림으로 도입하는 공정,
(iv) 챔버는 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질에 대해 입자를 분리하는 챔버내에서의 체류시간을 충분히 부여할 정도의 높이를 갖는 것으로, 적어도 가벼운 소수성입자는 공기 기포와 결합하여 소용돌이를 향하여 내부로 이동하며, 적어도 무거운 입자는 나선상 유동의 원심력의 영향하에서 챔버 내부벽을 향하여 외부로 이동하며, 상기 스트림이 챔버 상부선단에서 소용돌이로 발전하는 공정,
(v) 개구선단에서 외부로 소용돌이 스트림을 개구선단을 둘러싸는 배수조로 유도하여, 스트림이 개구선단에 가까운 액체수준의 배수조로 흐름에 따라 외부로 소용돌이 스트림이 선회하여 배수조의 주위선단을 향하여 공기 기포가 부유하게 되는 공정,
(vi) 배수조의 상부구역으로 부터 외부로 부유하는 공기 기포를 수집함으로써 보다 무거운 입자들로 부터 가벼운 소수성 입자들을 가진 부유공기 기포를 분리하는 한편, 배수조의 하방으로 무거운 입자들이 가라앉아서 배수조의 하부구역으로 부터 무거운 입자들을 제거하여 분리를 실행하는 공정.
본 발명의 또다른 개념에 따르면, 슬러리에 혼합가능한 고체입자 및/또는 액체입자의 혼합물을 포함하며 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들로 된 슬러리에서 입자들을 분리시키는 장치가 제공된다.
본 발명의 장치는,
(i) 원통형 내부벽과 밀폐된 하부선단이 있는 내부 원통형 챔버를 형성하는 원통형 관,
(ii) 적어도 소부분을 따라 그들 주위로 연장하여, 액체 슬러리가 가스도입수단을 거쳐 통과함에 따라서 내부챔버로 가스기포를 도입하는 수단을 가지는 내부벽,
(iii) 내부벽에 관하여 경사지며 그에 접선적으로 슬러리 스트림을 도입하며, 챔버의 하부구역에 위치되어 경사면에 나선방식으로 슬러리 스트림을 유도하는 수단,
(iv) 개구상부 선단을 넘쳐 흐르는 슬러리를 수용하기 위하여 챔버의 개구상부선단을 둘러싸는 배수조,
(v) 평활하게 만곡된 단부부분이 있어, 슬러리가 배수조로 넘쳐 흐르기 때문에 수직방향에서 외부방향으로 슬러리의 유동에서의 원활한 변환을 조장하는 상부선단,
(v) 가스도입수단에 의해 도입된 기포에 의해 슬러리내에 발생된 포말을 수집하며, 배수조를 둘러싸고, 상기 배수조의 외부로 부유하는 포말의 범람을 한정하기 위하여 배수조 주위에 둑이 구비되어서 둑을 넘쳐 흐르는 포말이 그내에 모아지게 되는 포말수집장치,
(vii) 액체중 가라앉는 입자를 제거하기 위하여 출구가 그 하부선단에 있는 배수조,
(viii) 포말을 그로 부터 제거하기 위하여 출구가 있는 포말수집수단,
(ix) 포말이 둑을 넘어 흐르도록 하기 위하여, 배수로에서의 액체 수용 높이를 유지하기 위해 액체의 유동을 조절하기 위한 수단이 있는 배수조출구,
의 수직 배열로 이루어진다.
[바람직한 구체예의 상세한 설명]
본 발명의 바람직한 개념은 도면에 도시된 구체예를 참조하여 기술되나, 본 발명의 방법은 도입슬러리 스트림내의 여러 종류의 입자분리를 달성하기 위하여 다양한 방식으로도 실행될 수 있다. 본 발명의 바법 및 장치가 액체 탄화수소를 함유하는 슬러리 특히 모래에 역청이 덮힌 역청 혼합물이 내포된 슬러리를 분리하는데 각별히 적당함을 본 발명자들은 알게 되었다. 이 종류의 선광의 또다른 실시예로는 재생 신문인쇄용지의 펄프로 된 슬러리로 부터 잉크를 제거하는 것이다. 이 공정은 수성 또는 기타 액체 매개물에서 실행될 수 있는 무기광물, 석탄 및 기타 미립자 시스템의 선광에도 동일하게 적용할 수 있다.
본 출원인의 공개된 PCT 출원 WO91/15302의 시스템과는 달리, 본 발명에 따른 방법 및 장치는 분리챔버의 개구 상부선단에서 공기 기포의 연속적인 부유를 제공하는 방식으로 스트림이 넘쳐 흐르게 되는 소용돌이의 내부로의 기포의 연속이동으로 슬러리의 상부 흐름을 제공한다. 따라서, 선광, 즉 분리는 포말을 형성하기 위한 기포의 부유선광법에 의한 분리원리와 스트림에 작용하는 원심력 및/또는 자력에 의해 실행됨으로써 배수조로 넘쳐 흐른 슬러리 스트림에 남아 있는 입자로 부터 기포에 부착된 입자들을 분리하게 된다.
특히, 제1도를 보면, 본 발명의 장치(10)는 사용시 수직으로 배열하는 원통형 챔버(12)로 이루어진다. 시스템을 도입되는 슬러리는 횡단면이 수직인 도관(16)을 통하여 화살표(14) 방향으로 가압하에 유도된다. 도관(16)은 원통형 챔버(12)에 관한 경사면에 접선적으로 위치된다. 원통형 챔버(12)의 하부선단(18)은 밀폐되어서 원통형 챔버(12)로 도입된 모든 유체는 챔버의 개구선단(20)으로 상부로 흐른다. 액체는 챔버의 상단부(22)를 넘어 배수조(24)로 흘러 넘치게 된다. 배수조는 처리된 슬러리로 채워지는 환상공동(26)을 형성한다. 중앙챔버(20)의 중심부로 부터 포말이 흐르기 때문에 포말은 배수조(24)의 주위 단부에 의해 형성된 둑(28)을 넘어 흘러서 포말 수집기(30)에 모아진다. 가라앉는 입자를 제거하기 위해 배수조(24)에 출구(32)가 구비된다. 넘쳐흘러 포말수집기(30)에 모아지는 포말은 도관(36)으로 형성된 출구(34)를 통하여 제거된다. 출구(32)에 연결된 것은 밸브(40)를 포함하는 도관(38)이다. 밸브(40)는 둑(28)을 넘는 포말의 범람을 제공하도록 배수조(24)에서 적당한 액체 수준을 유지하도록 조절한다.
원통형 내부챔버(12)의 주위로 위치된 것은 플리넘(42)이다. 입구(46)을 통하여 화살표(44) 방향으로 가압공기가 도입된다.
제2도에 도시되어 있는 바와 같이 가압공기는 다공성 그물을 통하여 들어가서 원통형 챔버(12)의 상부로 흐르기 때문에 슬러리에 기포를 도입시키게 된다.
슬러리의 스트림은 도입 스트림에 난류를 줄이는 방식으로 바람직하게 주입된다. 제2도에 도시된 바와 같이 층류를 위하여 직사각형 도관(16)은 챔버(12)로의 도입전에 스트림에서의 난류를 줄이기 위하여 도관(16)의 길이방향으로 연장하는 유동직립 베인(19)을 포함할 수 있다. 이상적으로 스트림은 도관(16)으로 스트림이 나가므로서 층류에 가깝다. 그러나, 일정유형의 선광을 위하여 소정분리도를 달성하면 약한 난류의 유동도 허용가능하다.
원통형 반응기의 어떤 특별한 직경에 대하여 도관(16)은 원통형 챔버(12)에 관하여 고정된다. 제3도는 화살표(48) 또는 (50)의 방향으로 수직으로 도관(16)의 상대경사면이 어떻게 조절될 수 있는지를 원리를 나타낸다. 경사면에 있어서의 변화는 원통형 챔버(12)의 내부벽(54)의 상부로 스트림(52)이 전진하는 각을 결정한다. 이상적으로 나선상 스트림(52)은 참조번호(52a)로 표시된 바와같이 나선의 그 인접하부부분을 교차함이 없이 챔버의 내부원통형벽의 상부로 전진한다. 이것은 스트림의 유동에서 난류를 최소화하면서 나선방식으로 스트림의 연속적인 상부로의 이행을 보장한다.
내부원통형 챔버의 상부로 스트림이 전진하기 때문에 공기 기포는 스트림으로 도입되어 공기 기포에 부착되는 입자의 분리를 실행하게 된다. 다양한 가스기포도입 메카니즘이 구비될 수 있으며 이는 원통형 챔버의 내부표면과 연통하는 것으로 본다. 제3도의 이 특정 구체예에 대해 설명하기 위하여 플리넘(42)은 미세한 그물(56)을 둘러싼다. 공기는 관(46)을 통하여 도입되어서 플리넘(42)내의 챔버(12)를 가압하여서 제5도 및 제6도에 관하여 보다 상세히 기술되는 방식으로 슬러리 스트림으로 기포가 도입되도록 다공성 그물(56)을 통하여 공기는 천천히 확산하게 된다. 제4도의 구체예에 대한 설명으로 보다 분명하게 되는 바와 같이 스트림은 원통형 챔버(12)의 상부선단(20)으로 부터 나오기 때문에 스트림은 배수조(24)의 환상 리세스(26)로 넘쳐 흐르게 된다. 수직배열로 부터 외부 배열로의 스트림의 유동의 원활한 변환을 제공하기 위하여 원통형 챔버(12)의 상단부(58)는 평활하게 만곡되어 유동방향을 변경시키기 때문에 스트림에서의 난류를 최소로 한다. 스트림유동에 대한 변환 상으로 유발된 난류를 최소화함으로써 화살표(60)으로 표시된 바와 같이 나선상 층의 내부에 모이는 포말은 부유하게 되어서 둑단부(28)로 넘쳐 흐르는 반면, 공기 기포에 부착되지 않은 슬러리내 무거운 입자 또는 입자들이 화살표(62) 방향으로 하방으로 흐른다. 그래서 둑(28)을 넘어 흐르는 포말에 지지된 입자들은 후속처리공정 및/또는 폐기처분을 위하여 화살표(64)의 방향으로 제거된다. 동일한 방식으로 화살표(62) 방향으로 하방으로 지지되는 무거운 입자는 처리공정 및/또는 폐기처분을 위하여 화살표(66) 방향으로 제거된다. 이 방식에서는 공기 기포와 함께 부유하여 포말수집기(30)로 흐르는 물질 또는 배수조(24)에 보유되어 분리되고 회수되는 무거운 입자의, 매우 간단한 소요입자의 수집이 가능하다.
제4도에 도시된 바와 같이 분리기 장치에 관한 바람직한 구조가 단면도로 도시되어 있다. 원통형 챔버(12)는 장치 사용시 제4도에 도시된 바와 같이 수직으로 연장하는 내부 원통형벽(68)을 갖추고 있다. 원형판(70)에 의해 원통형 챔버의 하부 선단이 밀폐되어서 원통형챔버(12)로 도입된 모든 유체 또는 액체는 원통형 챔버의 개구선단(20)으로 상부로 흐르게 된다. 상술한 바와 같이 슬러리 스트림을 도입하는 도관(16)이 경사져 있어 원통형 챔버(12)의 원형 내부표면(68)에 의하여 한정된 나선방식으로 상부로 스트림(52)이 흐르게 된다. 도관(16)의 경사면은 하부 인접 스트림을 방해함이 없이 상부로 스트림(52)이 나선상으로 나아가도록 보장하여서 스트림이 상부로 흐르는 동안 스트림내의 난류를 최소화한다.
원통형 챔버의 내부표면(68)의 연장으로서 참조번호(56)으로 표시된 미세한 그물은 내부표면(68)과 같은 높이로 되어서 연장내부표면(68a)을 형성한다. 플리넘(42)은 미세한 그물(56)의 공동 실린더를 둘러싸는 외부셀(72)에 의해서 형성된다. 셀(72)은 가압공기가 입구(46)을 거쳐 도입되는 환상 플리넘(74)을 형성한다.
플리넘(74)에 충분한 공기압이 생겨서 화살표(76) 방향으로 미세한 그물(56)을 통하여 공기를 천천히 확산하도록하여 슬러리의 상부로의 유동스트림(52)으로 공기 기포가 도입되도록 한다.
슬러리는 충분한 부피 및 충분한 속도로 도관(16)을 통하여 도입되어서 참조번호(78)로 표시된 적어도 상부구역에서 참조번호(80)으로 표시된 소용돌이를 발생시킨다. 충분한 부피 및/또는 속도로 소용돌이(80)는 원통형 챔버의 상부구역(8)으로 부터 원통형 챔버의 하부구역(82)으로 하방으로 연장할 수 있다. 제4도에 도시된 바와 같이 소용돌이의 내부표면(84)은 나선상 스트림의 중앙을 향하여, 즉 소용돌이의 내부 표면(84)을 향하여 이동되는 공기 기포로 주로 형성된다. 개략적으로, 기포의 발전된 내부환상층은 구역(86)에 의해 하넝되며 무거운 입자를 적어도 함유하는 슬러리 액체의 외부층은 참조번호(88)로 표시된다. 이 원통형 챔버를 경유하여 도입슬러리내 입자의 공기-살포 분리는 달성된다. 본 발명에 따라 발견된 아주 놀랄만한 것으로, 슬러리의 수직배열 유동의 외부유동으로의 원활한 변환은 가장 깊은 포말층(86)을 교란되지 않은 방식으로 계속하여 포말수집기(30)로 넘쳐 흐르도록 하는 것이다. 제4도를 참조하여 보면, 원통형 챔버의 상단부(22)는 이 구체예에 따라 내부벽(68)에 대한 내부표면(92)으로의 쉘(72)의 연속부인 캡(90)에 의해 형성된다. 그다음 내부표면(92)는 미세한 그물(56)에 연속한다. 환상 플리넘(74)을 밀봉하기 위하여 적당한 플러그 물질(94) 또는 밀폐시키기 위하여 적어도 판(96)이 구비된다. 플리넘(74)의 하부선단은 환상의 판(98)으로 밀폐된다.
쉘재질(72)은 평활하게 둥글게 된 선단부분(100)을 형성하도록 되어 있다.
제4도에 도시된 바와 같이 평활하게 둥글게 된 부분은 횡단면이 포물성 모양이며 내부단부부분(102), 상부단부부분(104) 및 외부단부부분(106)으로 이루어진다.
쉘(72)은 참조번호(108)에서 평활하게 둥글게 된 상단부부분(22)을 위하여 립(110)을 구비하도록 형성된다. 제4도에 도시된 바와 같이, 가장 깊은 층(86)은 화살표(112)로 표시된 바와 같이 이행시 수직배열로 부터 이행시 외부배열로 원활하게 전진하여서 포말층(114)은 화살표(60)의 방향으로 포말수집기(30)로 둑단부(28)를 넘어서 부유하게 된다. 포말층(114)은 배수조(24)를 넘어 외부로 횡단하기 때문에 배수조(24)에 보유된 바와 같이 액체수준(16)은 부가가스기포에 대하여 층(114)으로 상부로 부유하여서 액체(116)내 남은 입자로 부터의 부착된 입자들의 포말부선법을 더 증진시키게 된다. 그래서, 배수조(24)의 방사상 크기는 포말층의 분리를 증진시키도록 변경될 수 있으나, 배수조를 위한 방사상 거리정도는 수직방향에서 외부방향으로의 포말유동의 변환으로 인하여 포말이 이동하는 거리를 넘어 연장할 수 없음을 이해해야 한다.
본 기술에 숙지된 자에 의해 알 수 있는 바와 같이 배수조(24)에서의 액체 수준(116)은 센서(118)에 의해 감지될 수 있다. 센서(118)는 입구라인(122)을 통하여 제어기(120)에 연결되는 출구를 제공할 수 있다. 제어기(120)는 서보 컨트롤 밸브(40)로의 라인(124)을 통하는 출구를 구비한다. 표준 피드백 기술에 의하여 제어기(120)는 밸브(40)를 개폐하여 배수조(24)에서의 소정의 액체수준을 유지하여 둑(28)을 넘어 흐르는 포말의 수집을 최적화한다.
제4도에 개략적으로 도시된 바와 같이 스트림(52)은 원통형 챔버(12)의 상부로 나선상으로 나아간다. 도관(16)의 경사는, 나선상 유동이 인접층을 방해하지 않도록 한다. 그러나, 액체의 유동은 유동의 별개 리본들은 그자체 볼 수는 없을 정도이다. 대신 스트림은 함께 섞여 내부 원통형 챔버의 내부표면(68)을 따라 상부로 이행하는 슬러리의 환상 원통형 층을 형성하게 된다. 그래서 작동시의 유니트(10)의 평면도에는 액체가 챔버의 내부벽에 상부로 흘러서 상부 유동으로 부터 액체의 외부 유동으로 변하기 때문에 스트림에 관한 소용돌이형의 유동으로 나타난다.
원통형 챔버의 개구선단의 상단부(100)를 넘어 소용돌이가 연장하기 때문에 포말은 둑(28)을 향하여 외부로 나선상으로 나아간다. 상응하여 액체는 출구(32)를 향하여 배수조(24)의 하방으로 나선상으로 나아간다. 신규한 상부 유동으로 부터 외부 유동으로의 포말층의 이 원활한 변환에 의하여 다음 실시예에서 나타나는 바와 같이 슬러리 혼합물로 부터의 소정 입자의 매우 높은 회수율이 달성된다.
제5도를 보면, 스트림에서의 공기 기포의 혼입 또는 삽입 또는 발전상태가 도시되어 있다. 플리넘(74)에서의 가압공기는 미세한 그물(56)을 통하여 이동 또는 확산하여 그물 내부표면(68a)에서 미소한 기포(126)로 발전하게 된다.
화살표(52) 방향으로 상부로 슬러리 스트림이 흐르기 때문에 슬러리 스트림은 용기 내부벽(68a) 주위에 원주방향으로의 두께(128)로 발전한다.
소용돌이(80)는 챔버의 종축(130)을 따라서 원통형 챔버의 중앙으로 연장한다. 그러므로, 슬러리의 가장 깊은 표면은 소용돌이의 내부 표면(84)에 의하여 한정된다. 미세한 그물 또는 다공성 용기벽을 통하여 공기가 도입되며 제5도 및 제6도에 도시된 바와 같이 슬러리의 고속 선회에 의하여 수많은 기포로 전단된다. 미세한 그물(56)에 의해 달성된 기포 발생 메카니즘은 두 단계 공정이다.
공기는 참조번호(132)로 도시된 바와 같이 다공성 실린더(56)의 마이크로채널을 통하여 이동한다. 기공을 떠날 때 공기는 제6도에 도시된 바와 같이 슬러리에서 소공동(134)을 발생시킨다.
표면장력이 유동 슬러리의 전단력보다 더 작을 때까지 공동은 성장한다. 기포(126)가 실린더의 표면(68a)으로 부터 전단될 때 슬러리내 입자와 동일한 속도로 슬러리와 함께 흐르기 시작한다. 방사상 중력은 상부 정수압을 일으킨다. 이것은 화살표(136) 방향으로 기포가 슬러리의 내부표면(84)을 향하여 이동하도록 한다.
기포는 두 성분 : 1) 슬러리의 접선속도와 동일한 접선성분; 2) 부력으로 인한 방사상 속도; 을 갖는 속도를 가지고 있다. 이것은 기포가 슬러리의 운동에 수직하여 이동하여 슬러리내 입자와의 충돌 확률을 증가시키게 된다는 것을 의미한다.
방사상 중력장은 슬러리에 비교적 고압을 일으킨다. 기포는 실린더의 중앙에서의 소용돌이(80)를 향하여 비교적 빠르게 이동한다. 기포들은 입자들과 충돌하며 적어도 소수성 입자는 기포에 부착하게 된다.
기포-입자 덩어리(140)는 슬러리층의 내부 표면(84)을 향하여 방사상으로 수송되어 화살표(138)의 방향으로 상부로 이동한다. 한편, 친수성 입자(142)는 통상 슬러리층의 외부로 방사상으로 보유되어서 용기 상부선단에서 방출될 때까지 다공성 용기벽(68a)을 따라 선회방향으로의 이동을 계속하게 된다.
용기벽(12)의 다공성 부분을 구성하는 미세한 그물(56)은 다양한 재질로 구성될 수 있다. 미세한 그물은 강성을 가지며 슬러리내에서 중앙으로의 층류를 유지하기 위해 적당한 평활한 표면(68a)을 형성하는 스크린 제품일 수 있다. 그러한 다공성을 부여하는 다양한 스크린 그물이 적용가능하다.
기타 재질은 필요한 구조적 강도를 가지면서 비교적 평활한 표면(68a)을 제공하는 금속산화물의 소결 다공성 재질을 포함한다. 기공도가 조절된 소결된 다공성 스테인리스 스틸(예컨대 316LSS)이 다공성 재질의 기타 형태로서 적용가능함을 알 수 있다.
여러 특성을 갖는 입자들(144)로 부터 입자들(142)의 분리를 증진하기 위하여 입자가 파라-, 페리- 또는 페로-자기 특성을 가질 수 있는 자장이 사용될 수 있다.
제7도 및 제8도를 보면, 자장이 그 길이를 따라 연장하는 원통형 챔버(12)에 생긴다. 자장을 일으키는 자석이 플리넘(74)에 위치될 수 있다.
제7도 및 제8도에 따르면 4개의 자석(146), (148), (150), (152)이 구비된다. 자석에 대한 4극 구조는 원통형 챔버(12)의 내부표면(68a)을 향하여 페리- 및 페로-자성 입자를 끌어당기는 화살표(154)로 표시된 자장을 일으킨다.
자석의 극들은 본 장치의 축(130)을 향하여 배치되며 4극 구조는 축(130)을 따른 성분없이 용기의 중앙(130)에서의 정미자장이 0에 해당하는 방사상 자장(154)을 제공한다. 자장은 영구자석 또는 전자석에 의해 발생될 수 있음을 알 수 있다. 자장에서의 본 발명 장치의 작동은 상술한 바와 같이 접선적 입구(16)를 통한 원통형 용기로 슬러리가 도입되는 것을 필요로 한다. 슬러리는 다공성 벽의 내부표면(68a) 상에 층을 형성한다. 공기는 다공성 벽을 통하여 얇은 선회층으로 계속하여 살포된다.
슬러리내에 형성된 기포는 슬러리에서 입자와 충돌하여 슬러리의 소수성 입자와의 기포 입자 응집체를 형성한다. 슬러리의 원운동과 자장의 방사상 기하학 및 자장 기울기로 인하여 슬러리 유동은 자력 및 기포의 유동에 항상 수직한다.
통상적으로 슬러리내의 친수성 파라-자성 또는 페로-자성 입자에는 작용하는 두가지의 다른 힘이 있다. 자장에 위치된 어떠한 고체입자가 약간의 방식으로 자장에 의해 영향을 받을 것으로 본다. 고체는 그들의 자성에 따라 세 종류로 분류될 수 있다 :
1. 자장에 의해 반발되는 반자성 입자;
2. 자장에 의해 끌어당겨지는 파라-자성 입자; 와
3. 자장에 의해 가장 강하게 끌어당겨지는 페로-자성 입자.
본 발명의 공정이 석탄 및/또는 광물에서의 개별 고체 입자들의 분리에 특히 적당하나, 또 본 발명의 공정은 특히 분리공정에서의 자성 입자가 적용되는 경우, 세포, 표식 프로테인 및 그 조각과 같은 생물학적 미립물질, 고체와 반-고체 설물 등을 분리하는데 사용될 수 있다.
부유선광장치 작동동안에는 통상 친수성 파라-자성 입자 또는 페로-자성 입자에 작용하는 두 힘이 있다. 이들 두 힘은 원심력(Fc)과 자기 인력(Fm)이다.
원심력은 용기의 내부 다공성 벽을 따른 슬러리의 선회운동으로 인한 것이고, 자기 인력은 슬러리의 흐름에 수직하여 입자에 작용하는 4극 자석의 자력으로 인한 것이다. 이들 두 힘은 즉 원통형 용기의 외부를 향하여 방사상으로 두 방향으로 작용한다. 그러므로, 친수성 및/또는 자성 입자에 작용하는 총 힘은 원심력 및 자기 인력의 합이며 그것은 용기의 방사상으로 외부로 작용한다. 이들 결과생성힘은 이들 입자들을 선회층에 보유시켜 결과적으로 배수조(24)로 방출한다. 한편, 공기 기포에 부착하게 되는 소수성 및 반자성 입자에는 세가지의 작용 힘이 있다. 이들 세 힘은 다음과 같다 :
1. 정수력(hydrostatic force)(Fh);
2. 자기 척력(Fr); 및
3. 원심력(Fc).
정수력은 원통형 축을 향하여 방사상으로 내부로 공기 기포/입자 응집체를 수송하도록 하는 공기 기포/입자 응집체의 힘이다. 자석의 4극 구조로 인한 자기 척력은 원통형 축을 향하여 내부로 방사상의 방향으로 이들 입자들에 작용한다. 이들 힘중 세번째, 즉 원심력은 슬러리의 선회운동으로 인한 것으로 원통형 축으로 부터 방사상의 외부 방향으로 입자들에 작용한다.
너무 크지 않고 친수성에서의 비중보다 더 작은 비중을 가지는 소수성 및 반자성 입자에 대하여 정수력 및 자기 척력은 원심력보다 더 커서, 용기의 원통형 축을 향하여 내부로 이들 입자에 작용하는 정미력(net force)을 일으킨다.
이 결과 생성힘은 이들 입자를 포말의 선회 내부층과 함께 상부로 수송한다.
상술한 바로 부터 본 발명은 소수성 및 반자성 입자에 작용하는 자기 척력을 추가적으로 제공할 수 있어서 보다 큰 크기의 입자로 부터 보다 작은 크기의 소수성 입자의 분리를 효과적으로 할 수 있음을 알 수 있다. 유사하게, 친수성 파라-자성 입자 또는 페로-자성 입자에 작용하는 자기 인력의 부가로 선회층으로 부터 포말중심으로 공기 기포에 의해 실려지는 보다 미세한 친수성 입자의 분리가 유효하게된다.
그래서, 공기 기포와 형성된 응집체를 가지는 소수성 및 반자성 입자에 대하여 일반적으로 그들에 작용하는 힘에는 세가지가 있다. 그것들은 슬러리 스트림의 내부 표면을 향하여 기포입자응집체를 수송하는 힘인 정수력 또는 부력(Fh), 자기 척력(Fr) 및 방사상 중력(Fc)이다. 정수력 및 자기 척력은 방사상으로 내부방향으로 입자에 작용하며 원심력은 방사상 외부 방향으로 입자에 작용한다. 이들 세힘의 결합작용은 원통형 용기의 중심을 향하여 방사상으로 내부로 작용하는 정미력이다.
상술한 공정은 매체 또는 슬러리가 층류식으로 흐르면 더 유효하다. 층류는 모든 유동매체입자에 대한 일정한 각 속도 및 사오에 관한 입자들의 통상의 상대운동에 특징이 있다. 난류는 평균치가 유동에 상당하는 입자속도의 분포(모듀울 및 방향)에 특징이 있다. 입자의 층속도는 두 성분, 즉 평행성분(V1) 및 수직성분(V2)을 갖는다. 이들 두 성분은 선회층의 형태로 매체의 나선상 흐름을 일으킨다. 선회층이 실린더의 상부선단에 달할 때 용기벽은 더이상 선회류를 포함하지 않아서 슬러리 스트림은 나선 방식으로 외부 유동으로 변하게 된다.
본 발명에 따른 장치는 분리되는 입자의 형태에 좌우하여 변형될 수 있다. 본 발명의 장치가 타르 모래로 부터의 역청분리를 초래하는데 특히 효과적임을 알게 되었다. 모래와 역청으로 이루어지는 물, 입자 및 점성유체를 포함하는 슬러리는 분리된다.
본 발명에 따른 시스템은 본 출원인의 공개된 PCT 출원 WO91/15302호에 기재된 바와 같은 부유선광장치에 관한 30% 범위의 상당히 낮은 회수율에 비교하여 역청의 80% 이상 회수율을 제공할 수 있다.
이 장치를 사용하면 분리된 재질은 상부에 머물러서 배수조의 단부상으로 흐른다. 이런 방식에서는 슬러리로 전단되는 공기는 배수조에서 달성된 추가 보유선광단계 동안에는 전체 회수를 위하여 작용한다. 처리된 슬러리의 매 단위 부피에 대하여 두 부피의 공기는 상당히 높은 비율의 공기를 슬러리로 제공하는 슬러리로 도입될 수 있다는 것을 알게 되었다. 물론, 본 명세서에 언급된 공기는 처리될 입자의 유형에 따라서 기타 가스로 대체될 수 있다.
또한 처리챔버의 직경은 소요 처리량과 분리될 재료의 유형에 따라서 변할 수 있다. 2인치, 4인치, 6인치 및 그이상 범위에서의 직경이 2인치 챔버 직경에 대하여 2.2ℓ/초 범위와 같은 슬러리의 초고유량을 처리하는데 사용될 수 있음을 시험을 통하여 알았다. 또한 본 발명의 시스템을 개발하여 적당한 트레일러 또는 선로 차에 본 시스템을 설치함으로써 이동성을 가질 수도 있음을 이해해야 한다.
다음 자료는 석탄 및 역청과 같은 여러 유형의 입자들의 회수에 적용되었을 때 본 시스템의 효능을 나타낸다.
[실시예 No.1]
“보통 광산(run of th mine)”의 중위급 휘발성 역청탄을 스크린하여 -100메시 단편을 모았다. 일회의 슬러리 2500개를 각기(@)고체 5wt%로 준비하였다.
케로센 1200ppm과 MIBC 1500ppm을 슬러리에 가하였다. 슬러리를 직경이 챔버(12)의 내부직경에 관한 것인 제4도의 2인치 직경 분리기 유니트를 통하여 진행시켰다. 유니트에는 2ℓ/s 범위로 다공성 벽(56)을 거쳐 공기가 흐르며, 도관(16)을 통하여 상기 유니트로 1.2ℓ/s의 속도로 슬러리를 도입하였다. 선광 및 선광 부스러기를 모아서 분석하였다.
다음 표는 일반 조건하에서 조작된 표준 기계적 포말 부선법 셀로부터의 회수율에 비교한 평균 성능을 요약한다.
[실시예 No.2-일리노이즈 No.6 석탄]
사전 스크린된 일리노이즈 No.6 석탄을 사용하여 실시예 4에서와 동일한 절차를 수행하였다. 다음 표는 본 발명의 유니트의 성능을 요약한다.
[실시예 No.3-타르 모래]
중위급 아타바스카(Athabasca) 타르 모래의 25% 고상 슬러리를 55℃에서 준비하였다. 그다음 슬러리를 공기 3.4ℓ/s를 사용하여 1.73ℓ/s 속도로 제4도의 2인치 직경 분리기를 통하여 펌프하였다. 선광(60) 및 선광부스러기(62)의 유동속도를 측정하였으며 견본들을 모아서 분석하였다. 유니트의 성능을 다음 표에 요약하였다.
[실시예 No.4-흑연]
흑연, 황동광, 황철 니켈광(pentlandite), 피로티트(phyrotite) 및 암석을 함유하는 27% 고상 슬러리를 공기 4cfm 및 31Gpm의 속도에서 제4도의 4″ID 챔버(12)로 공급하였다. 다음 표는 평균성능을 요약하였다.
본 발명의 바람직한 구체예를 상세히 설명하였으나 본 기술분야에 숙지된 자는, 본 발명의 정신 또는 수반된 특허청구의 범위의 범주를 벗어남이 구체예에 대한 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (27)

  1. 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들로 구성되며 슬러리에 혼합가능한 고체입자 및/또는 액체입자들의 혼합물을 포함하는 슬러리에서 입자들을 분리하는 방법에 있어서, 상기 분리방법이 (i) 원통형 내부벽이 있으며, 수직으로 배열되며 그 하부선단이 폐쇄되며 그 상부선단이 개구된 원통형 챔버로 슬러리의 스트림을 도입하는 공정, 여기서 상기 스트림은 경사면을 이루면서 접선적으로 상기 폐쇄된 하부선단 가까이에 도입되어 개구선단을 향한 상기 챔버 내부벽을 따라서 상기 스트림의 나선상 흐름을 일으키며, (ii) 상기 챔버 상부 선단으로 부터 하방으로 연장하는 상기 슬러리에서 소용돌이를 일으킬 정도로 충분한 부피와 압력에서 상기 스트림을 도입하는 공정, (iii) 상기 스트림으로 이동하는 공기 기포를 일으키기 위하여 상기 챔버 내부벽에 위치된 수단을 통하여 스트림에 도입되는 공기를 적어도 그의 상부이행 동안에 상기 스트림으로 도입하는 공정, (iv) 상기 챔버는 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질에 대해 입자를 분리하는 상기 챔버내에서의 체류시간을 부여할 정도의 충분한 높이를 갖는 것으로, 적어도 가벼운 소수성입자는 공기 기포와 결합하여 상기 소용돌이를 향하여 내부로 이동하며, 적어도 무거운 입자는 상기 나선상 유동의 원심력의 영향하에서 챔버 내부벽을 향하여 외부로 이동하며, 상기 스트림이 상기 챔버 상부 선단에서 소용돌이로 발전하는 공정, (v) 상기 개구 선단에서 외부로 소용돌이 스트림을 상기 개구선단을 둘러싸는 배수조로 유도하며, 상기 스트림이 상기 개구선단에 가까운 액체수준의 배수조로 흐름에 따라 외부로 상기 소용돌이 스트림이 선회하여 상기 배수조의 주위선단을 향하여 공기 기포가 부유하게 되는 공정, (vi) 상기 배수조의 상부 구역으로 부터 외부로 부유하는 공기 기포를 수집함으로써 보다 무거운 입자들로 부터 가벼운 소수성 입자들을 가진 부유 공기 기포를 분리하는 한편, 배수조의 하방으로 무거운 입자들이 가라앉고 상기 배수조의 하부구역으로 부터 무거운 입자들을 제거하여 분리를 실행하는 공정, 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리내 입자분리방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소용돌이 스트림이 수직방향 유동으로 부터 외부방향 유동으로 변할때 바깥쪽으로 선회하기 때문에 상기 챔버 상부 선단의 평활하게 만곡된 상단부상을 거쳐서 상기 스트림 소용돌이를 유도하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평활하게 만곡된 상단부가 횡단면이 포물선 모양이어서 유동방향이 수직에서 외부방향으로 점차적으로 변하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 공기가 상기 챔버에서 그 상부 이행의 주요부분을 따라서 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공기가 미세한 그물을 통하여 도입되어서 상기 스트림내에 미소한 공기 기포를 발생시키게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스트림이 충분한 부피와 압력으로 도입되어서 상부 챔버 상부 선단으로 부터 상기 스트림이 도입하는 아래로 상기 소용돌이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 횡단면이 직사각형인 얇은 스트림으로서 상기 스트림이 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스트림이 직사각형 모양의 채널을 통하여 도입되며, 상기 채널이 상기 챔버 내부벽에 대하여 기울어져 접선적으로 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 유동 직립 베인이 상기 채널에 구비되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스트림이 상기 채널에 층류를 제공할 정도의 부피 및 압력에서 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 배수조는 상기 하부구역에 출구를 갖추고 있으며, 상기 침하하는 무거운 입자들은 상기 출구를 통해 제거되고, 상기 출구를 통한 유동을 조절하여 상기 상단부에 가까운 액체 수준을 유지하여 수직방향에서 외부방향으로의 스트림 유동을 원활하게 변환되도록 하며, 상기 원활한 변환으로 상기 소용돌이에 가장 가까이 위치된 상기 기포가 상기 무거운 입자에 관하여 그들의 상대 위치를 보유하게 되며 상기 배수조에서 상기 액체상에 부유하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 부유기포는, 그에 의해 발생된 포말을 상기 둑 주위에 구비된 포말수집기내에서 넘쳐 흐르는 포말을 수집하는 상기 배수조 주위에 구비된 원주둑을 넘어 외부로 선회시킴으로써 수집되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 나선상 유동의 그 인접 하부부분을 상기 스트림이 접촉하도록 하는 각으로 상기 스트림이 기울어져서 상기 챔버 내부표면의 적용범위를 제공하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 역청과 타르 모래로 이루어지는 슬러리를 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 무기 광물입자로 이루어지는 슬러리를 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 수중액체 탄화수소로 이루어지는 슬러리를 분리하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 자장이 상기 챔버를 따라 구비되어서 상기 기둥 내부벽을 향하여 자화입자를 끌어 당기는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 물리적, 자기적 및/또는 화학적 성질이 다른 입자들로 구성되며 슬러리에 혼합가능한 고체입자 입/또는 액체입자들의 혼합물을 포함하는 슬러리에서 입자들을 분리하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치가 수직배열일 경우, (i) 원통형 내부벽과 밀폐된 하부선단이 있는 내부 원통형 챔버를 형성하는 원통형 관, (ii) 적어도 소부분을 따라 그 주위로 연장하여, 액체 슬러리가 가스도입수단을 거쳐 통과하므로서 상기 내부챔버로 가스기포를 도입하는 수단을 갖추고 있는 내부벽, (iii) 상기 내부벽에 관하여 경사지며 그에 접선적으로 슬러리 스트림을 도입하며, 상기 챔버의 하부구역에 위치되어 상기 경사면에 나선방식으로 슬러리 스트림을 유도하는 스트림 도입수단, (iv) 개구 상부 선단을 넘쳐 흐르는 슬러리를 수용하기 위하여 상기 챔버의 개구 상부 선단을 둘러싸는 배수조, (v) 평활하게 만곡된 단부분을 갖추고 있어 슬러리가 상기 배수조로 넘쳐 흐르므로서 수직방향에서 외부방향으로 상기 슬러리의 흐름에서의 원활한 변환을 조장하는 상부선단, (v) 상기 가스도입수단에 의해 도입된 기포에 의해 상기 슬러리내에 발생된 포말을 수집하며, 상기 배수조를 둘러싸며, 상기 배수조의 외부로 부유하는 포말의 범람을 한정하기 위하여 상기 배수조 주위에 둑이 구비되어서 둑을 넘쳐 흐르는 포말이 그내에 모아지게 되는 포말수집장치, (vii) 액체중 가라앉는 입자를 제거하기 위하여 출구가 그 하부선단에 있는 상기 배수조, (viii) 포말을 그로 부터 제거하기 위하여 출구가 있는 상기 포말수집수단, (ix) 포말이 상기 둑을 넘어 흐르도록 하기 위하여 상기 배수로에서 액체 수용 높이를 유지하기 위한 액체의 유동조절용 수단이 있는 상기 배수조출구, 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리내 입자분리장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스트림 도입수단이 상기 챔버 내부벽을 통하여 상기 내부벽에 접선적으로 연장하는 횡단면이 직사각형인 도관으로 이루어지며, 상기 도관은 상기 챔버의 종축에 관하여 90°로 연장하는 수평면에 대해 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 경사가 상기 수평면으로 부터 10° 내지 25°의 범위내에서 변하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서, 가스기포를 도입하기 위한 수단이 상기 내부벽의 일부분을 따라서 상기 내부벽 주위에 미세한 그물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 미세한 그물이 상기 내부벽의 주요부분을 따라서 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 원통형 챔버가 상기 미세한 그물을 둘러싸기 위하여 상기 플리넘에 의하여 에워싸여져서 상기 플리넘에서 가스를 가압하기 위한 수단이 상기 내부벽에 가스기포를 발생시키게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 평활하게 만곡된 단부부분의 횡단면이 포물선 모양인 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 포말수집수단이 넘쳐 흐르는 포말을 수용하기 위한 환상 트로프이며, 상기 트로프는 포말의 수집을 제공하기 위하여 상기 포말 출구를 향하여 기울어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제18항에 있어서, 상기 배수조가 상기 배수조 출구를 향하여 기울어지며, 상기 배수조내 액체수준을 감지하기 위한 수단은 상기 배수조에서의 높이에 비례하여 유동을 변화시키는 상기 유동제어기로의 입구를 가지고 있어 상기 챔버를 따른 슬러리의 유동 동안에 상기 배수조내에서 소정의 액체높이를 유지하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제18항에 있어서, 상기 챔버를 따라 자장을 발생시키기 위한 수단이 상기 내부벽 외측에 구비되고, 상기 자기수단은 상기 내부벽을 향하여 자화-입자들을 끌어당기는 것을 특징으로 하는 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024117295A1 (ko) * 2022-11-29 2024-06-06 주식회사 포어시스 연속적인 세척작업이 가능하도록 하는 비중 분리장치

Families Citing this family (51)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE119806T1 (de) * 1990-06-15 1995-04-15 Heidemij Realisatie Bv Flotationszyklon.
DE4312540C1 (de) * 1993-04-17 1994-10-13 Escher Wyss Gmbh Verfahren zur Abtrennung von Feststoffen aus einer Suspension sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung
AUPM383694A0 (en) * 1994-02-14 1994-03-10 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Selective separation of particulate material
US5443719A (en) * 1994-02-23 1995-08-22 Aqua-Ion Systems, Inc. System and reactor for mixing coagulating agents into a contaminated water flow, and for removing contaminants therefrom
US5456362A (en) * 1994-05-26 1995-10-10 The University Of British Columbia Flutation process for the flutation of coarse fractions of potash ores
US5499770A (en) * 1994-09-06 1996-03-19 Rockwell International Corp. Apparatus for suspension of particles in an ultrasonic field
DE4432042C2 (de) * 1994-09-09 1998-07-02 Forschungszentrum Juelich Gmbh Begasungs-/Flotations-Reaktor mit Anordnungen zur Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten
US5635059A (en) * 1994-10-20 1997-06-03 Aqua-Ion Systems, Inc. Method and apparatus for water treatment and purification using gas ion plasma source and disinfectant metal ion complexes
US5795444A (en) * 1994-12-15 1998-08-18 Solv-Ex Corporation Method and apparatus for removing bituminous oil from oil sands without solvent
US5622622A (en) * 1995-01-25 1997-04-22 Aqua-Ion Systems, Inc. Ultraviolet sterilizer and source of ionized molecules for electrocoalescent/magnetic separation (ECMS) removal of contaminants from water streams
US5597479A (en) * 1995-01-25 1997-01-28 Aqua-Ion Systems, Inc. Electro-coalescence/magnetic separation (ECMS) system and components for removal of contaminants from water streams, including desalinization
US5746795A (en) * 1995-12-18 1998-05-05 Witter; Robert Replaceable, self-cleaning cartridge for a cyclonic air cleaning device
WO1997027924A1 (en) * 1996-01-31 1997-08-07 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for centrifugal separation of material
FR2778121A1 (fr) * 1998-04-30 1999-11-05 Lechevin Ets Flottateur cyclonique
US6073775A (en) * 1999-01-19 2000-06-13 Liu; Jiongtian Cyclonic-static micro-bubble floatation apparatus and method
US6273265B1 (en) 1999-07-13 2001-08-14 Bechtel Corporation Magnetically enhanced gravity separator
DE19949599A1 (de) * 1999-10-14 2001-04-19 Bsh Bosch Siemens Hausgeraete Dunstabzugseinrichtung für Küchendunst
FR2807026B1 (fr) * 2000-04-03 2003-01-31 Ifremer Dispositif et procede de traitement d'eau par ecumage
RU2185247C1 (ru) * 2001-10-18 2002-07-20 Стафеев Алексей Алексеевич Магнитный гидросепаратор
CA2445645C (en) * 2003-10-10 2008-05-20 Barry Bara Apparatus and process for coalescing bitumen in an oil sand slurry
US7510083B2 (en) * 2004-06-28 2009-03-31 The Mosaic Company Column flotation cell for enhanced recovery of minerals such as phosphates by froth flotation
WO2007022450A1 (en) * 2005-08-18 2007-02-22 Clean Filtration Technologies, Inc. Hydroclone based fluid filtration system
EP1767273A1 (fr) * 2005-09-27 2007-03-28 Genimin Procédé et appareil pour la concentration de matières à l'état de particules solides
GB2432799A (en) 2005-11-30 2007-06-06 Specialist Process Technologies Ltd Gas-Liquid contactor
US8740195B2 (en) 2006-01-31 2014-06-03 Jakob H. Schneider Systems and methods for diffusing gas into a liquid
CA2534704C (en) 2006-01-31 2020-03-10 Hydro Processing & Mining Ltd. Apparatus and method of dissolving a gas into a liquid
US7531159B2 (en) * 2006-07-26 2009-05-12 National Tank Company Method for extracting H2S from sour gas
CA2561539C (en) * 2006-09-28 2016-11-08 Hydro Processing & Mining Ltd. Apparatus and method for efficient particle to gas bubble attachment in a slurry
MX2007009601A (es) * 2007-07-31 2009-01-30 Yuri Nahmad Molinari Proceso y reactor de flotación inversa y elutriación, asistido por agregación selectiva inducida por campos magnéticos uniformes o de gradiente lineal descendente para concentración de minerales magnéticos.
AU2007357799B9 (en) * 2007-08-16 2013-08-01 Tata Steel Limited Cyclone for dense medium separation
DE102007039453A1 (de) * 2007-08-21 2009-02-26 Siemens Ag Verfahren zur Gewinnung von Bitumen aus Ölsand-Wasser-Mischungen und zugehörige Anlage
EP2090367A1 (de) * 2008-02-15 2009-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Gewinnung von nichtmagnetischen Erzen
US8216459B2 (en) * 2009-09-18 2012-07-10 Green Intellectual Properties, Llc Apparatus for removing hydrocarbons and contaminates
US7727389B1 (en) 2009-09-18 2010-06-01 Green Intectuac Properties System for removing hydrocarbons and contaminates
US7731840B1 (en) * 2009-09-18 2010-06-08 Green Intellectual Properties, Llc Apparatus for removing hydrocarbons and contaminates
US9731221B2 (en) 2011-05-25 2017-08-15 Cidra Corporate Services, Inc. Apparatus having polymer surfaces having a siloxane functional group
US9981272B2 (en) 2011-05-25 2018-05-29 Cidra Corporate Services, Inc. Techniques for transporting synthetic beads or bubbles in a flotation cell or column
GB201115823D0 (en) 2011-09-13 2011-10-26 Novel Polymer Solutions Ltd Mineral processing
US9932525B2 (en) * 2012-02-28 2018-04-03 Cidra Corporate Services, Inc. Method and system for flotation separation in a magnetically controllable and steerable medium
CN103386362B (zh) * 2012-05-11 2016-08-24 王士力 紊流正交磁场湿式磁选机
GB2516603B (en) * 2012-05-16 2016-09-14 Ross Dunman Barry Separator and method for treatment of a contaminated liquid
EP2676733A1 (de) * 2012-06-19 2013-12-25 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Abtrennen magnetischer und/oder magnetisierbarer Partikel von einer Suspension und deren Verwendung
US9278360B2 (en) * 2013-10-17 2016-03-08 Eriez Manufacturing Co. Air-assisted separation system
MX2015002174A (es) * 2015-02-18 2016-08-17 Lopez Valdivieso Alejandro Proceso y equipo de flotacion y agregacion magnetica para la concentración de minerales de hierro magnéticos.
WO2017009384A1 (de) * 2015-07-15 2017-01-19 Basf Se Ejektordüse und verwendung der ejektordüse
CN106583070B (zh) * 2016-11-12 2018-11-06 东北石油大学 一种水力旋流分离方法和装置以及内筒磁芯的电力控制方法
CL2016003331A1 (es) 2016-12-26 2017-05-05 Univ Chile Celda de flotación magneto-centrifuga para concentración de minerales que reduce el consumo de agua
US10632400B2 (en) 2017-12-11 2020-04-28 Savannah River Nuclear Solutions, Llc Heavy metal separations using strongly paramagnetic column packings in a nonhomogeneous magnetic field
EA035623B1 (ru) * 2019-05-27 2020-07-16 Общество С Ограниченной Ответственностью "Первый Горно-Металлургический Институт" Центробежная флотационная машина
US11583868B2 (en) 2020-08-06 2023-02-21 Narmer-engsim LLC Aerated hydrocyclone apparatus and method for cyclonic froth separation
CN112844862A (zh) * 2021-01-21 2021-05-28 郑州铁路职业技术学院 一种气升式微泡浮选机

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1056318A (en) * 1911-05-17 1913-03-18 Stephan Brueck Apparatus for magnetically separating materials.
DE553753C (de) * 1930-10-02 1932-06-30 Theodor Froehlich A G Fliehkraftstaubabscheider
CH343057A (de) * 1956-05-15 1959-12-15 Schweizerische Lokomotiv Vorrichtung an einem Fliehkrafttropfenabscheider zur Erleichterung der Bildung von Tropfen aus dem in einem Gasstrom enthaltenen Flüssigkeitsnebel
US3012671A (en) * 1959-08-31 1961-12-12 Int Minerals & Chem Corp Flotation apparatus
DE1175621B (de) * 1962-02-14 1964-08-13 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Zentrifugalflotationszelle
US3286844A (en) * 1963-09-26 1966-11-22 Ed Jones Corp Fiber flotation apparatus
US3452870A (en) * 1964-12-07 1969-07-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus for separating fluids by centrifugal and gravitational forces
GB1058914A (en) * 1965-06-14 1967-02-15 Outokumpu Oy Froth flotation apparatus
SU385622A1 (ru) * 1968-08-05 1973-06-14 витель Горнометаллургический институт Кольского филиала СССР Электромагнитный циклон для концентрации ферромагнитных минералов
US3557956A (en) * 1970-01-28 1971-01-26 Bergstrom Paper Co Method for de-inking and removal of certain contaminants from reclaimed paper stock
SU440160A1 (ru) * 1972-09-21 1974-08-25 Сектор Физико-Технических Горных Проблем Института Физики Земли Им. О.Ю.Шмидта Ан Ссср Пневматическа флотационна колонна
SU545385A1 (ru) * 1975-06-04 1977-02-05 Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" Колонна флотационна машина
SU655432A1 (ru) * 1977-02-09 1979-04-08 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых "Механобр" Циклонный электромагнитный сепаратор
SU692634A1 (ru) * 1977-07-15 1979-10-25 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Стали И Сплавов Циклонна флотационна машина
DE2738782C2 (de) * 1977-08-27 1979-07-12 J.M. Voith Gmbh, 7920 Heidenheim Flotationsvorrichtung zum Entfernen von Druckerschwärze
US4094783A (en) * 1977-09-29 1978-06-13 Jackson George F Centrifugal flotation separator
DE2812105A1 (de) * 1978-03-20 1979-09-27 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Verfahren und vorrichtung zum trennen von stoffen durch flotation
WO1980000423A1 (en) * 1978-08-21 1980-03-20 Feldmuehle Ag Method and device for cleaning suspension fibres
US4394138A (en) * 1979-01-19 1983-07-19 Schilling John R Diverging vortex separator
US4838434A (en) * 1979-11-15 1989-06-13 University Of Utah Air sparged hydrocyclone flotation apparatus and methods for separating particles from a particulate suspension
US4399027A (en) * 1979-11-15 1983-08-16 University Of Utah Research Foundation Flotation apparatus and method for achieving flotation in a centrifugal field
US4744890A (en) * 1979-11-15 1988-05-17 University Of Utah Flotation apparatus and method
US4279743A (en) * 1979-11-15 1981-07-21 University Of Utah Air-sparged hydrocyclone and method
US4265741A (en) * 1980-05-15 1981-05-05 Im Chang J Apparatus and method for separating diverse particles of a slurry
SU1005921A1 (ru) * 1981-11-27 1983-03-23 Всесоюзный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский И Проектный Институт Механической Обработки Полезных Ископаемых "Механобр" Флотационна машина
SU1036385A1 (ru) * 1982-04-26 1983-08-23 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Электромагнитный гидро-турбоциклон
US4512888A (en) * 1982-07-01 1985-04-23 Bird Machine Company, Inc. Apparatus for removal by flotation of solid particles from liquid
US4490248A (en) * 1982-07-06 1984-12-25 Filippov Jury M Method and flotation machine for concentrating ores of non-ferrous metals
CH658481A5 (de) * 1983-02-18 1986-11-14 Escher Wyss Gmbh Flotationsvorrichtung zum flotieren von aus altpapier gewonnener faserstoffsuspension.
FR2550104B1 (fr) * 1983-08-03 1985-10-11 Commissariat Energie Atomique Dispositif de tri magnetique pouvant etre utilise pour mesurer la susceptibilite magnetique de substances solides
DE3406990A1 (de) * 1984-02-27 1985-08-29 E. & M. Lamort S.A., Vitry-le-François, Marne Verfahren und vorrichtung zum flotieren von dispersionen
GB8418725D0 (en) * 1984-07-23 1984-08-30 Secretary Trade Ind Brit Cyclonic froth flotation cell
FR2579638B1 (fr) * 1985-03-29 1988-09-02 Lamort E & M Appareil de desencrage de pate a papier
SU1278035A1 (ru) * 1985-05-31 1986-12-23 Иркутский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Пневматическа флотационна машина
DE3524071A1 (de) * 1985-07-05 1987-01-15 Erich Ing Grad Kurz Verfahren und einrichtung zur flotation von fasersuspensionen
SU1421407A1 (ru) * 1986-04-03 1988-09-07 Нижнетагильский металлургический комбинат им.В.И.Ленина Электромагнитный циклон
US4952308A (en) * 1986-12-10 1990-08-28 Beloit Corporation Pressurized flotation module and method for pressurized foam separation
SU1488005A1 (ru) * 1987-07-27 1989-06-23 Московский Институт Химического Машиностроения Устройство дл классификации суспензий, содержащих ферромагнитные материалы
SU1535633A1 (ru) * 1988-04-25 1990-01-15 Научно-исследовательский и проектный институт по обогащению и агломерации руд черных металлов "Механобрчермет" Магнитный гидроциклон
US4876016A (en) * 1988-06-27 1989-10-24 Amoco Corporation Method of controlling the separation efficiency of a hydrocyclone
US4971685A (en) * 1989-04-11 1990-11-20 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Bubble injected hydrocyclone flotation cell
US4997549A (en) * 1989-09-19 1991-03-05 Advanced Processing Technologies, Inc. Air-sparged hydrocyclone separator
US5022984A (en) * 1990-02-28 1991-06-11 The Black Clawson Company Froth flotation apparatus and method
US5224604A (en) * 1990-04-11 1993-07-06 Hydro Processing & Mining Ltd. Apparatus and method for separation of wet and dry particles
US5114568A (en) * 1990-07-13 1992-05-19 Earth Solutions, Inc. Reclamation system for contaminated material
US5069751A (en) * 1990-08-09 1991-12-03 Kamyr, Inc. Hydrocyclone deinking of paper during recycling
US5116488A (en) * 1990-08-28 1992-05-26 Kamyr, Inc. Gas sparged centrifugal device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024117295A1 (ko) * 2022-11-29 2024-06-06 주식회사 포어시스 연속적인 세척작업이 가능하도록 하는 비중 분리장치

Also Published As

Publication number Publication date
BR9207026A (pt) 1995-12-19
AU3153693A (en) 1993-08-03
WO1993013863A1 (en) 1993-07-22
KR940703717A (ko) 1994-12-12
JPH07502683A (ja) 1995-03-23
FI943210A (fi) 1994-09-02
US5192423A (en) 1993-03-09
FI943210A0 (fi) 1994-07-05
CZ162994A3 (en) 1995-02-15
CA2126311A1 (en) 1993-07-22
HU9401982D0 (en) 1994-10-28
AU3022892A (en) 1993-07-08
EP0620763A1 (en) 1994-10-26
SK80694A3 (en) 1995-05-10

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