KR101215121B1 - 이물질 입자의 분리 방법 - Google Patents

Abstract

정전 분리 장치나 자기 분리 장치에 있어서, 상이한 특성의 입자의 혼합 분체를 분리하기 위해 입자에 전하 또는 자기를 띠도록 하기 전에, 분급기에 의해 구상당 직경 10㎛ 이하의 미분을 15 질량% 이하가 되도록 분급한다. 분급 후, 정전 분리 또는 자기 분리 전에, 입자의 혼합 분체를 분산하는 조작을 실시해도 된다.

Description

이물질 입자의 분리 방법{METHOD OF SEPARATING FOREIGN PARTICLE}

본 발명은 분체상의 각종 광물이나, 각종 산업에서의 분체상 중간 제품 또는 폐기물 중에서, 정전기 또는 자기를 이용하여 목적 물질을 분리 회수하거나 불필요 성분을 분리 제거할 때에, 경제적인 분리 회수 효율 또는 제거 효율, 나아가 실제 사용시에 충분히 견디는 레벨의 목적 성분 농축률을 제공하는 방법에 관한 것이다.

성분이나 물질이 상이한 입자가 혼재하는 분체 중에서 목적 물질의 분리 회수, 또는 불필요 물질의 제거, 또는 목적 물질의 농축을 실시하는 방법으로서, 이들 입자의 비중, 자기적 특성 (자성), 전기적 특성 (유전율, 도전율, 대전성) 등의 물 리적 또는 물리 화학적 특성의 차이를 이용하는 비중 분리, 자기 분리, 및 정전 분리 등의 각종 방법이 종래부터 사용되어 왔다. 이 방법들은, 분리 회수 또는 농축하고자 하는 목적 물질이 나머지 불필요한 물질과 어떤 특성이 다른지에 따라 선택된다. 그러나, 종래의 이 방법들은 대부분 목적 물질의 분리 회수 효율이나 농축률이 낮아 산업에서 실제 사용되는 데에는 한계가 있었다.

한편, 자원, 특히 유용 광물의 고갈 문제나 유효한 이용, 그리고 각종 산업에서의 부산물이나 폐기물의 재활용을 위한 잔존 유용 물질의 분리 회수 또는 농축이 최근 매우 중요시되고 있으며, 목적 물질이 실용에서 충분히 견디는 분리 회수 효율과 농축률, 그리고 낮은 설비비 및 운용비를 위한 기술 확립이 강하게 요망되고 있다.

이러한 중에, 정전 분리에 의한 방법이나 자기 분리에 의한 방법은 설비의 건설비와 운용비가 모두 낮고, 또한 넓은 분야에서 적용할 수 있는 가능성이 있어 최근 유망시되고 있다. 그러나, 종래의 기술에서는 목적 물질의 분리 회수 효율이나 농축률이 낮아 실용적으로 견디는 레벨에 이르지 못했다.

예를 들어, 정전 분리에 의한 방법으로 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2 에 개시되어 있는 것과 같은 기술이 알려져 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2004-243154호

특허 문헌 2 : 국제공개공보 제2002/76620호 팜플렛

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 목적 물질의 분리 회수 효율이나 농축도 등의 분리 효율에 악영향을 미쳐 실용화를 저해하고 있는 큰 원인이, 종래의 주지?상식이었던 원인 이외의 원인인 것을 발견하여, 분리 효율을 실용화에 충분한 정도까지 큰 폭으로 향상시키기 위해, 그 저해 원인을 타파하는 구체적인 방법을 고안한 것이다.

정전 분리에서, 입자의 표면 도전성이나 접촉 저항에 영향을 주는 입자 표면의 습분, 또는 그것에 영향을 주는 공기 중의 습도는, 목적 물질의 분리 회수 효율이나 농축도 등 분리 효율에 영향을 주는 중요한 인자이며, 정전 분리는 건조도가 높은 상태에서 실시될 필요가 있다는 것이 잘 알려져 있다.

그러나, 실제로 건조 상태에서 실험을 실시해보면, 일부 입자에 대해서는 비교적 높은 분리 효율을 발휘하지만, 대부분의 입자에 대해서는 분리 효율이 매우 불충분하여, 실용 레벨에는 전혀 도달할 수 없었다.

과제를 해결하기 위한 수단

그래서, 본 발명자는 수분이나 습도 이외에 크게 영향을 미치는 인자를 찾아내기 위해, 공급하는 가스의 종류와 온도, 가스 유속, 인가 전압, 전기장 강도, 자기 강도, 자기 구배, 분체층의 유동화 상태 등의 조작 조건 외에, 입도 분포, 입자 표면의 화학 성분이나 흡착 물질 등의 영향에 대해 조사 검토를 실시했다. 그 결과, 정전 분리, 자기 분리 중 어느 경우이든, 특성이 상이한 입자의 혼합 분체 중에 구상당 직경 (체적이 동일한 구를 가정했을 때의 그 구의 직경) 10㎛ 이하의 미분이 많이 함유되어 있으면, 분리 효율이 크게 저하되는 것을 발견했다.

이것은, 이러한 미분이 많으면 입자의 응집이 현저해지고, 분리하고자 하는 성질과 상태가 상이한 입자, 즉 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자가 섞인 상태에서 응집하므로 분리 효율이 나빠지는 것이라고 볼 수 있다. 발명자의 새로운 조사 검토에 따르면, 직경 10㎛ 이하의 미분이 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자 중 어느 한 쪽의 입자만이라고 해도, 그 미분이 미분이기 때문에 부착 응집력이 강하여 다른 성질과 상태를 가진 큰 입자의 표면에도 부착되어 효율적인 정전 분리가 불가능하여, 분리 효율이 대폭 저하된다는 것도 발견했다.

이에 대한 대책으로서 발명자는 다음과 같은 방법을 고안했다. 즉, 응집성을 작게 하기 위해서, 응집의 근원이 되는 구상당 직경 10㎛ 이하의 미분을 분급에 의해 사전에 제거하는 방법이다. 또한, 분급한 후에, 입자의 혼합 분체를 분산시키고, 그러한 후에 당해 입자의 혼합 분체를 정전 분리 또는 자기 분리하는 방법으로 할 수도 있다.

발명의 효과

본 발명에 의해, 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자의 혼합 분체 중에서, 목적 물질 입자만을 높은 순도 (고농축도) 및 높은 수율로 회수하는 것이 가능해지고, 그 결과, 회수 가능한 목적 물질 입자를 유효하게 활용할 수 있게 되어, 자원의 유효한 이용, 그리고 부산물?산업 폐기물의 유효한 이용이라는 관점에서, 향후의 지구 규모에서의 자원의 유효한 이용 및 환경 대책의 면에서 크게 공헌할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 설명하겠다.

본 발명은 응집의 원인이 되는 구상당 직경 10㎛ 이하의 미분을 사전에 제거하여 응집성을 작게 하는 방법이다. 그러나, 공업적인 관점에서, 직경 10㎛ 이하의 미분만을 완전하게 제거할 수 없다.

그래서, 발명자는 도 1 에 나타내는 것과 같은 분급기를 이용하여, 직경 10㎛ 이하의 미분의 함유율이 어느 정도 이하이면, 경제적으로, 그리고 공업적으로 만족할 수 있는지를 실험적으로 조사하기에 이르렀다. 그 결과, 많은 실험을 거쳐, 분리하고자 하는 성질과 상태, 즉 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자가 혼재되어 있는 혼합 분체 (원료 분체) 에 전하 또는 자기를 띠도록 하여 혼합 분체를 분리하기 전에, 원료 분체 중의 직경 10㎛ 이하의 미분 함유율이 15 질량% 이하, 바람직하게는 10 질량% 이하가 되도록, 분급에 의해 미분 제거를 실시하고, 이것을 하전 및 분리 장치에 공급함으로써, 목적 물질에 대한 분리 회수 효율과 농축도 둘 다가 큰 폭으로 향상된다는 결론을 이끌었다.

또한, 도 1 에 있어서, 1 은 로터 샤프트, 2 는 가이드 베인, 3 은 로터 블레이드, 4 는 호퍼, 5 는 분체 공급 위치, 6 은 공기 도입구, 7 은 공기 및 미분, 8 은 조분출구를 나타내고 있다.

그 때, 분급기는 건식인 것이 유효한데, 분급기의 원리에는 제한이 없고, 원심식, 관성식 등 어떠한 방법이어도 된다. 그러나, 분급에 사용하는 가스 (통상은 공기) 의 습도는 낮은 것이 좋고, 상대 습도로 70% 이하, 바람직하게는 50% 이하로 하는 편이 좋다.

또한, 직경 10㎛ 이하의 미분의 함유율을 조정하는 방법은, 사용되는 분급기에 의해 결정되는 것이며, 예를 들어, 원심식 분급기에서는, 로터 블레이드 (3) 의 회전 속도, 가이드 베인 (2) 의 각도, 분급에 이용하는 가스 공급량, 가스 유속 등 중에서, 기종의 구조 등에 의해 적절한 것이 선택된다.

상기와 같은 분급 조작을 실시한 후, 원료 분체를 분산시키면 더욱 좋다. 분산의 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 이젝터, 파이프, 핀 밀이나 블레이드 밀 등의 고속 회전 충격 분쇄기, 볼 밀이나 매체 교반 밀 등을 이용하여 분산시킬 수 있다.

이젝터를 사용하는 경우에는, 가스 공급 압력이 게이지압으로 100kPa ～ 600 kPa 인 이젝터 또는 당해 이젝터 후방의 분류(噴流)에 원료 분체를 공급하는 것이 효과적이다. 파이프를 이용하는 경우에는, 레이놀드 수가 12000 이상인 가스 흐름을 갖는 파이프에 원료 분체를 공급하는 것이 효과적이다. 고속 회전 충격 분쇄기를 분산에 응용하는 경우에는, 회전축에 장착된 핀이나 블레이드 등의 돌기 형상물이 5m/s 이상의 주속도로 회전하는 용기에 입자의 혼합 분체를 공급하는 것이 효과적이다. 또한, 볼 밀이나 매체 교반 밀을 분산에 응용하는 경우에는, 분산 매체로서 구상당 직경 (체적이 동일한 구를 가정했을 때의 그 구의 직경) 이 1㎜ ～ 60㎜ 인 볼 또는 형상을 한정하지 않는 고체를 충전한 용기에 원료 분체를 공급하고, 당해 용기를 회전시키거나 또는 당해 용기 내부에 설치된 회전축과 그것에 접합된 교반 날개 또는 교반 봉을 회전시켜 당해 분산 매체를 운동시키는 것이 좋다.

이와 같이, 분급 후에 추가로 분산의 조작을 실시하는 것으로, 입자의 혼합 분체 중에 존재하는 응집체가 해체된다. 이로써, 예를 들어, 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자가 강고하게 응집하고 있는 경우에도, 정전 분리나 자기 분리에 의해 양자를 극히 유효하게 분리할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에서 이용된 분급기의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 2 는, 실시예 1 에 의해 플라이애시를 처리했을 때의 미연탄소 함유량 및 농축 플라이애시 수율을 나타내는 도이다.

도 3 은, 실시예 2 에서 이용된 핀식 분산 장치를 나타내는 개략도이다.

도 4 는, 실시예 2 에 의해 플라이애시를 처리했을 때의 미연탄소 함유량 및 농축 플라이애시 수율을 나타내는 도이다.

실시예 1

전국의 발전소에서 발생하는 석탄회 (플라이애시) 는 연간 약 1000만톤이고, 향후 자원의 유효 활용의 관점에서 회분이 많은 저품위탄의 사용이 증가하게 되어, 플라이애시의 발생량은 더욱 증가하는 것이 예상되고 있다. 이 중, 약 60% 는 시멘트 제조에 있어서 그 원료의 일부로서 사용되고, 그 사용 가능량은 시멘트로서의 화학 성분상, 이미 한계에 와 있다. 나머지의 대부분은 매립 처분되고 있다. 이 매립 처분은 환경 대책상 바람직한 현상이 아닌 것은 말할 것도 없다.

시멘트 분야에서 플라이애시의 사용량을 더욱 증가시키기 위해서, 지금까지와 같은 원료로서의 사용 대신에, 완성된 시멘트에 JIS (일본 공업 규격) 에 규정되어 있는 범위로 첨가 혼합하는 것이 필요하다. 그러나, 현재 상태에서는 플라이애시 중에 잔존하는 미연탄소 (화력 발전소에서 석탄을 연소했을 때, 타지 않은 탄소 성분이 수% 이상 잔존한다) 가 시멘트나 콘크리트의 품질에 악영향을 미치기 때문에, 현재로서는 그 첨가 혼합이 가능하지 않다.

그래서, 이러한 플라이애시로부터 미연탄소를 효율적으로 분리 제거하여, 플라이애시 중의 미연탄소 함유율을 0.5% 정도 이하로 할 수 있으면 시멘트에 대한 첨가 혼합이 가능해진다.

이러한 배경에서, 회(ash)와 탄소의 전기적 특성의 차이를 이용한 정전 분급이 주목되고 있는데, 목적 물질의 농축률 (회분의 농축률, 즉 플라이애시 중의 미연탄소 함유율을 줄이는 것) 과 분리 회수 효율 (플라이애시의 수율) 둘 다 실용의 레벨에 이르지 못했다.

그래서, 본 발명의 효과를 실험적으로 조사한 결과를 이하에 나타내었다.

본 실시예 1 에서는, 미연탄소 함유율 3.2 질량% 의 플라이애시를 정전 분리 장치에 공급하기 전에, 도 1 에 나타내는 구조의 원심식 분급기를 이용하여 분급하고, 이어서 정전 분리 장치에 의해 미연탄소와 플라이애시의 분리를 실시한다. 또한, 정전 분리는 전극 간격 65㎜ 의 장치를 이용하여, 인가 전압을 30kV 로 하고, 건조 공기 (온도 70℃, 상대 습도 10%) 를 이용하여 실시했다. 그 결과의 일부를 도 2 에 나타낸다.

이 도면에서, 직경 10㎛ 이하의 함유율이 33% 인 데이터는 이 분급 장치를 사용하지 않은, 즉 종래의 경우이다. 도면에서 알 수 있는 것과 같이, 이 분급 장치의 사용에 의해 미분을 제거하고, 직경 10㎛ 이하의 함유율을 어느 정도까지 낮추면, 미연탄소 함유율이 큰 폭으로 저감되는 것을 알 수 있다.

실시예 2

이 실시예 2 에서는, 실시예 1 과 동일한 플라이애시를 이용하고, 도 1 에 나타내는 것과 같은 구조의 원심식 분급기를 사용하여 분급하며, 도 3 에 나타내는 것과 같은 핀식 분산 장치에 의해 분산시켜, 정전 분리 장치에 의해 동일한 실험을 실시한 것이다. 또한, 도 3 에 있어서, 9 는 원료 분체, 10 은 모터, 11 은 핀을 나타내고 있고, 핀 (11) 의 회전 속도는 30m/s 로 했다. 그 결과의 일부를 도 4 에 나타낸다. 실시예 1 에 있어서의 결과보다도 더욱 미연탄소 함유율이 저하되고, 또한, 농축 플라이애시의 수율이 향상되는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 서로 특성이 상이한 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자가 혼재하는 혼합 분체로부터 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자를 정전 분리 및 자기 분리 중 어느 하나에 의해 서로 분리하는 방법에 있어서,

   혼합 분체 중의 구상당 직경 O㎛ 초과 10㎛ 이하의 미분 함유율이 0 질량% 초과 15 질량% 이하가 되도록, 원심식 또는 관성식의 분급기에 의해 혼합 분체를 분급하여 구상당 직경 O㎛ 초과 10㎛ 이하의 미분을 제거하고,

   미분이 제거된 혼합 분체에 전하 및 자기 중 어느 하나를 띠도록 하여, 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자를 서로 분리하는 것을 특징으로 하는 이물질 입자의 분리 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   미분이 제거된 혼합 분체 중의 입자 응집체를 분산시킨 후에 전하 및 자기 중 어느 하나를 띠도록 하여 목적 물질 입자와 비목적 물질 입자를 서로 분리하는 이물질 입자의 분리 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   혼합 분체 중의 구상당 직경 0㎛ 초과 10㎛ 이하의 미분 함유율이 0 질량% 초과 10 질량% 이하가 되도록 혼합 분체를 분급하는 이물질 입자의 분리 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   혼합 분체의 분급에, 상대 습도 0% 초과 70% 이하의 가스가 사용되는 이물질 입자의 분리 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   혼합 분체의 분급에, 상대 습도 0% 초과 50% 이하의 가스가 사용되는 이물질 입자의 분리 방법.

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