KR101354982B1 - 강자성체의 분리 장치 - Google Patents

Abstract

강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리하기 위한 강자성체의 분리 장치로서, 이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류가 선회하여 이종 혼합 분체에 원심력을 작용시키는 유로와, 상기 원심력의 방향으로 강자성체가 자력을 받도록 상기 유로를 따라서 1개소 이상 배치된 자장 발생 장치를 구비하여, 강자성체에 원심력과 자력이 작용하도록 하고 있다.

Description

강자성체의 분리 장치{FERROMAGNETIC MATERIAL SEPARATION APPARATUS}

본 발명은, 강자성체를 포함하는 이종(異種; heterogeneous) 혼합 분체로부터 강자성체를 분리하는 기술에 관한 것으로, 예를 들면, 제철 프로세스에서 생성되는 슬래그로부터 철분을 분리하는 기술 분야에 적용된다.

제철 프로세스(특히, 용선(hot metal) 예비 처리나 전로(converter furnace) 공정)에 있어서는, 방대한 슬래그(제철 슬래그)가 발생한다. 이들 슬래그는 용선이나 용강(molten steel) 중의 불순물이나 불필요 원소를 제거하기 위해 가해지는 칼슘계 첨가제가 반응하여 생성한 것으로, 슬래그 중에는 제거된 원소 화합물은 물론, 철분도 많이 포함된다. 슬래그의 형태는 대부분은 덩어리 형상으로, 그의 크기는 큰 것은 수백㎜인 것도 있다.

전술한 바와 같이, 슬래그에는 철분이 많이 포함되어 있기 때문에, 종래부터 그의 재자원화(recycling) 검토가 왕성하게 이루어지고 있다. 또한 슬래그 자체도, 예를 들면 칼슘 함유 소재로서의 재이용이 검토되고 있다.

예를 들면, 슬래그로부터 철분을 분리하여 회수하고, 전로 공정에서 스크랩과 혼합하여 냉철원화(冷鐵源化)하기 위해, 우선, 수백㎜의 대형의 슬래그 덩어리를 그리즐리(grizzly)라고 불리는 체(그리즐리형 체)로 형상 선별한다. 다음으로, 그리즐리형 체를 통과한 소형의 슬래그 덩어리는 철분 덩어리와 비(非)철분 덩어리가 고착하고 있기 때문에, 해머 크러셔(ha㎜er crusher)나 로드 밀(rod mill)로 파쇄(crushing)를 행함으로써 수백㎛∼수십㎜의 크기로 하여 철분과 비철분과의 단체(單體) 분리(liberation)를 촉진시킨다. 그 후, 자력 선별 장치(magnetic separator)에 의해 철분과 비철분을 분리한다. 자력 선별 장치는 걸이형(suspended electro magnets)이나 드럼형(magnetic drum separators), 풀리형(magnetic pulleys) 등이 이용된다.

철분을 단체 분리시키는 수단으로서, 슬래그를 가열하고, 그 후의 냉각 시간을 컨트롤하여 파쇄하는 경우도 있다. 냉각 시간에 따라서는, 철분 덩어리를 파쇄하지 않고 고착한 비철분 덩어리만을 파쇄 분리하는 것이 가능하다. 혹은 수십㎛ 정도로 미립화하는 것이 가능하다.

어느 방법이라도 미립화가 진행되면, 철분과 비철분과의 단체 분리화가 진행되는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 슬래그로부터 금속 입자 등의 분별 기술에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 1이나 특허문헌 2에서 서술되어 있다.

일본공개특허공보 2006-142136호 일본특허공보 평10-130041호

제철 슬래그로부터 철분의 분리 농도를 향상시키려면, 철분과 비철분과의 단체 분리화를 진행시킬 필요가 있다. 전술한 바와 같이, 미립화가 진행되면 단체 분리화가 진행되는 점에서, 슬래그 덩어리의 기계적 파쇄를 반복하여 입경을 작게 하는 것이 행해지고 있다. 혹은 열처리에 의해, 소입경화시키는 경우도 있다.

한편, 도 9에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 종래의 자력 선별 장치(100)에서는 입경이 작아지면, 자석(110)과 철분 입자(자성 입자(101))와의 사이에 비철분 입자(비자성 입자(102))가 끼워 넣어지는 포섭 현상(confinement phenomenon; 107)이나, 건식 미립화에 의한 응집 현상(108) 등이 발생하기 쉬워진다. 그리고 이들 현상에 의해 비자성 입자(102)가 자착측(magnetic side; 105)으로 분리되거나, 반대로 자성 입자(101)가 비자착측(nonmagnetic side; 104)으로 분리되는 일이 일어나기 쉬워지기 때문에, 분리 농도(분리 정밀도)를 향상시키는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 자력 선별 장치로의 이종 혼합 분체(111)(도 9에 있어서는 자성 입자(101)와 비자성 입자(102)와의 혼합 분체)의 공급(103)의 속도를 극단적으로 느리게 하고, 이종 혼합 분체(111)의 장치 상에서의 층두께를 얇게 하는 등의 궁리가 필요해진다. 그러나, 제철 슬래그는 1시간당 수톤∼수십톤을 처리할 필요가 있기 때문에, 공급 속도를 극단적으로 느리게 할 수 밖에 없는 자력 선별 장치의 이용은 현실적이지 않다.

이에 대하여, 특허문헌 1에서는, 슬래그 덩어리를 파쇄하지 않고 철분과 비철분을 분리하는 기술이 개시되어 있지만, 분리 공정이 복잡하여, 처리 비용 증가의 요인이 된다.

또한, 건식 미립화에 의한 응집을 회피할 수 있는 입자 분리 방법으로서, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 습식 프로세스도 고안되고 있다. 그러나 습식 프로세스에서는 폐액 처리 비용이 막대해진다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면, 미립화된 제철 슬래그로부터 철분을 분리하는 경우와 같이, 강자성체를 포함하는 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리할 때, 효율 좋게 강자성체를 분리할 수 있는 강자성체의 분리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

전술한 바와 같이, 제철 슬래그로부터의 철분의 분리 농도를 향상시키려면, 우선, 제철 슬래그를 미립화하여 철분과 비철분과의 단체 분리화를 진행시킬 필요가 있다.

다음으로, 미립화된 제철 슬래그로부터 철분과 비철분을 분리하게 되지만, 제철 슬래그는 대량 처리(1시간당 수톤∼수십톤)가 전제가 된다. 전술한 바와 같이, 일반적인 자력 선별은, 입자의 포섭 현상이나 입자의 응집 현상때문에 처리 속도를 느리게 할 수 밖에 없어, 대량 처리를 전제로 한 이러한 경우에 적용할 수 없다.

그래서, 본 발명자들은, 상기와 같은, 미립화된 제철 슬래그로부터 철분을 분리하는 경우 등의, 강자성체를 포함하는 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리할 때에 발생하는 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 행했다. 그 결과, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리할 때에 있어서, 이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류(stream of gas or water)를, 분체의 질량의 차이에 따라서 작용하는 크기가 변화하는 힘(예를 들면, 원심력)을 이용하여 분리를 행하는 분리실(질량차 분리실)로 유도하고, 그 질량차 분리실에서, 이종 혼합 분체 중의 강자성체에 대하여, 원심력에 더하여 자력을 작용시키는 것을 상도하기에 이르렀다.

즉, 예를 들면 2종류의 분체가 혼합한 이종 혼합 분체에 있어서, 각각의 종류의 분체에서 1개의 분체의 질량 분포에 겹쳐 있는 범위가 있으면, 그 범위의 분체에 대해서는, 질량차 분리에서 적절하게 분리·회수하는 것이 곤란하여, 각 분체의 회수량이나 회수율이 저하될 수 밖에 없다. 그래서, 한쪽의 분체가 강자성체이고, 다른 한쪽의 분체가 비자성체 등인 것을 이용하여, 1개의 분체의 질량 분포가 다른 한쪽의 1개의 분체의 질량 분포와 겹쳐 있는 범위의 강자성체에 대해서는, 원심력에 더하여 자력을 작용시킴으로써, 강자성체와 비자성체 등을 적절하게 분리·회수하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 회수량·회수율을 향상시킬 수 있다.

상기의 것을, 슬래그의 입자(비자성체)와 철의 입자(강자성체)가 혼합된 이종 혼합 분체로부터 철의 입자를 분리·제거하여, 고순도의 슬래그의 입자를 회수하는 경우 (및/또는 고순도의 철 입자를 회수하는 경우)에 대해서, 도 8을 이용하여 설명한다.

우선, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 한 개의 입자의 질량 분포를 보았을 때에, 질량이 작은 M1의 범위는 슬래그뿐이며, 질량이 큰 M3의 범위는 철뿐이지만, 중간의 M2의 범위는 슬래그와 철이 겹쳐 있는 것으로 한다.

이 경우, 고순도의 슬래그를 질량차 분리에 의해 회수하려면, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 질량차 분리 위치(T)를 M1과 M2의 경계로 하면, 질량이 작은 측에 있어서 M1의 범위의 슬래그를 순도 100％로 회수할 수 있다. 단, 그때 M2의 슬래그는 질량이 큰 측으로 분리되기 때문에, 회수되는 슬래그의 양은 한정된다.

그래서, 슬래그의 회수량을 증가시키기 위해, 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 질량차 분리 위치(T)를 질량이 큰 측으로 ΔM만큼 이동시키는 것을 생각할 수 있다. 이 경우는, 도면 중의 S1의 영역의 슬래그도 질량이 작은 측으로 회수되어 슬래그의 회수량이 증가하게 되지만, 동시에, 도면 중의 S2의 영역의 철도 질량이 작은 측으로 회수되어 버린다. 그 결과, 질량이 작은 측으로 회수된 슬래그의 순도가 크게 저하된다.

이에 대하여, 도 8(d)에 나타내는 바와 같이, 질량차 분리 위치(T)를 질량이 큰 측으로 ΔM만큼 이동시켜 질량차 분리를 행할 때에, ΔM의 범위에 있는 철의 입자에 대하여 자력을 작용시켜, 도면 중의 S3의 영역에 있는 철이 질량이 큰 측으로 분리·제거되도록 하면, 질량이 작은 측으로 회수되는 철은 도면 중의 S4의 영역의 것만이 된다. 그 결과, 질량이 작은 측에서 고순도의 슬래그를 다량으로 회수할 수 있다. 질량이 큰 측에서 회수되는 철의 순도를 중시하는 경우는, 예를 들면 질량차 분리 위치(T)를 M2와 M3의 경계로 하고, 동일하게 자력을 작용시켜, M2의 철의 적어도 일부를 질량이 큰 측으로 회수하면 좋다.

또한, 이상적으로는, 질량차 분리 위치(T)를 M2와 M3의 경계로 하고, M2의 범위에 있는 철을 모두 질량이 큰 측으로 분리할 수 있으면, 질량이 작은 측에서 모든 슬래그를 순도 100％로 회수하고, 또한 질량이 큰 측에서 모든 철을 회수할 수 있다.

상기와 같은 생각에 기초하는 방법의 일 예는, 기류 혹은 수류의 선회를 이용한 원심 분리에 자력을 부여하는 방법이다. 구체적으로는, 기류 혹은 수류 중에 이종 혼합 분체를 분산시켜, 기류 혹은 수류가 선회하여 분체에 원심력을 작용시키는 유로를 형성함과 함께, 원심력의 방향으로 강자성체가 자력을 받도록 자장 발생 장치를 유로를 따라서 1개소 이상 배치하여, 강자성체에 원심력과 자력이 작용하도록 하는 방법이다.

즉, 우선, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체를 유체(기류 혹은 수류)로 반송(搬送)하는 것으로 하며, 이를 통해 이종 혼합 분체를 분산 상태로 만든다. 특히, 유체가 수류인 경우는, 수류 중에 이종 혼합 분체를 투여하는 것만으로 분산 효과가 크다. 유체가 기류인 경우는, 확산판이나 확산 압공(pressurized diffuser air)을 이용하는 것 등에 의해, 분산 상태를 실현시킨다. 그리고, 반송 중에 유체(기류 혹은 수류) 중의 난류 효과로 반송 입자(이종 혼합 분체)에 전단력이 작용하여, 응집을 푼 단체 분리 상태가 실현된다. 그 다음에, 이종 혼합 분체를 반송하는 유체가 선회하도록 유로를 형성하여 이종 혼합 분체에 원심력을 작용시킴과 함께, 원심력이 작용하는 방향으로 자력이 작용하도록 한다. 이에 따라, 분산 상태(단체 분리 상태)가 된 이종 혼합 분체의 각 입자는 원심력으로 선회의 외측으로 이동하고, 최종적으로는 유로의 벽과 접촉하여 감속하고 포착되지만, 거기에 작용하는 자력의 효과에 의해, 강자성체 입자에만 선택적으로 자력이 원심력에 더해진다. 따라서, 강자성체 입자에 대해서는 분리 효과가 커져, 소경, 즉 질량이 작은 강자성체 입자까지 분리가 가능해진다.

이와 같이 질량의 차이에 의한 분리만으로는, 강자성체와 그 이외의 분체인 비자성체 입자의 질량이 동일한 경우는 분리를 할 수 없다. 그래서, 자력을 병용하고, 강자성체 성분에만 자력을 작용시킴으로써, 강자성체 성분의 분리 효율을 비약적으로 향상시키는 것을 가능하게 한 것이 본 발명이다.

상기의 생각에 기초하여, 본 발명은 이하의 특징을 갖고 있다.

[1] 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리하기 위한 강자성체의 분리 장치로서, 이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류가 선회하여 이종 혼합 분체에 원심력을 작용시키는 유로와, 상기 원심력의 방향으로 강자성체가 자력을 받도록 상기 유로를 따라서 1개소 이상 배치된 자장 발생 장치를 구비하고, 강자성체에 원심력과 자력이 작용하도록 하고 있는 것을 특징으로 하는 강자성체의 분리 장치.

[2] 자장 발생 장치가, 강자성체가 통과하는 공간에 작용하는 자속 밀도의 크기를 조절 가능한 구성을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 강자성체의 분리 장치.

[3] 자장 발생 장치가, 강자성체가 통과하는 공간에 작용하는 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 [2]에 기재된 강자성체의 분리 장치.

[4] 유로로 유도하는 이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류의 유속을 작게 한 후에, 자속 밀도의 크기를 작게 하는 것을 특징으로 하는 상기 [3]에 기재된 강자성체의 분리 장치.

[5] 기류 혹은 수류의 유속을 크게 하기 전에, 자속 밀도의 크기를 크게 하는 것을 특징으로 하는 상기 [4]에 기재된 강자성체의 분리 장치.

본 발명에 있어서는, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리(원심 분리)할 때에 있어서, 강자성체에만 작용하는 자력을 원심력의 방향으로 작용시키도록 하고 있기 때문에, 강자성체의 분리 정밀도가 현격히 향상하여, 종래와 같이 자력 선별에 의해 분리하는 경우에 비해, 강자성체를 효율 좋게 분리할 수 있다. 그 결과, 대량·고속으로 강자성체의 재자원화가 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 2를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 3을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 4를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 4의 배리에이션(variation)을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 4의 다른 배리에이션을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 기본적인 생각을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래 기술(일반적인 자력 선별)의 문제점을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

또한, 이하의 실시 형태에 있어서는, 미립화된 제철 슬래그로부터 철분을 분리하는 경우 등과 같이, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리하는 것이지만, 그 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체를 얻는 방법에 대해서, 제철 슬래그를 미립화 하는 경우를 예로 들어 서술한다.

제철 슬래그를 미립화하는 방법으로서, 제1 미립화의 방법은 기계적 분쇄이다. 제철 슬래그의 기계적 분쇄는, 조분쇄기(rough crusher)인 해머 크러셔나 조 크러셔(jaw crusher)로 조파쇄한 후, 미립화를 위해 볼 밀(ball mill), 로드 밀, 제트 밀(jet mill), 핀 밀(pin mill) 등을 이용한다. 제2 미립화의 방법은 열적 분쇄(열처리 분쇄)이다. 제철 슬래그를 1000∼1300℃ 정도로 가열 후 서랭한다.

이와 같이 하여, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체(강자성체 입자와 비자성체 입자의 혼합체)를 얻을 수 있다. 또한, 본원에 있어서는 적정한 자력 선별로 분리되는 입자를 강자성체 입자라고 하고, 당해 강자성체 입자 이외는 실질적으로 비자성체 입자라고 간주해도 좋다.

이하의 실시 형태에 있어서는, 상기와 같이 하여 얻어진 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체(강자성체 입자와 비자성체 입자의 혼합체)로부터 강자성체 입자의 분리를 행하도록 한다. 또한, 여기에서는, 철분과 제철 슬래그와 같이, 강자성체 입자가 비자성체 입자에 비해 질량이 큰 것으로 한다. 반대의 경우는, 하기 실시 형태를 참고로 자장 발생 장치의 위치를 선회 유로의 내측으로 하는 등, 자력의 방향을 적절히 변경하면 좋다.

[실시 형태 1]

본 발명의 실시 형태 1을 도 1에 나타낸다.

도 1(a)에 개략적 평면도, 도 1(b)에 개략적 입면도를 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태 1에 따른 강자성체 분리 장치(11)는, 이종 혼합 분체(강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)의 혼합체)를 반송하는 유체(기류 또는 수류)가 선회하여 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)에 원심력을 작용시키도록 되어 있는 원통 형상의 선회 유로(12)와, 그의 원심력의 방향으로 강자성체 입자(1)가 자력을 받도록 원통 형상의 선회 유로(12)를 따라서 복수 개소에 배치된 자장 발생 장치(13)를 구비하고 있다.

또한, 원통 형상 선회 유로(12)로서는, 일반적으로 알려져 있는 사이클론(cyclone separator)을 이용할 수 있다. 혹은, 그와 유사한 형상의 선회 유로라도 좋다.

또한, 자장 발생 장치(13)는 영구 자석이나 전자석을 이용한다. 자장은 원통 형상 선회 유로(12)를 따라서 복수 개소에서 발생시키면 좋으며, 수가 많을수록 효과가 크지만, 예를 들면 2∼6개소 정도 배치한다. 자장의 힘은 분리 입경에 따라서 100G(가우스)∼20000G(가우스) 정도를 선택하면 좋다.

상기와 같이 구성된 강자성체 분리 장치(11)에 있어서는, 우선, 이종 혼합 분체(강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)의 혼합체)를 유체(기류 혹은 수류)로 반송하도록 하고 있기 때문에, 이종 혼합 분체가 분산 상태가 된다. 즉, 반송 중에 유체의 난류 효과로 이종 혼합 분체에 전단력이 작용하여, 응집을 푼 단체 분리 상태가 실현된다.

그 다음에, 원통 형상 선회 유로(12)를 흐르는 유체가 선회하여 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)에 원심력이 작용함과 함께, 원심력이 작용하는 방향과 동일한 방향으로 자장 발생 장치(13)에 의해 강자성체 입자(1)에 자력이 작용하도록 되어 있다. 이 때문에, 단체 분리 상태가 된 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)는 원심력으로 선회의 외측으로 이동하며, 최종적으로는 원통 형상 선회 유로(12)의 벽(12a)과 접촉하여 포착되지만, 거기에 작용하는 자장 발생 장치(13)로부터의 자력의 효과에 의해, 강자성체 입자(1)에만 선택적으로 원심력에 자력이 더해진다.

또한, 강자성체 입자(1)는 질량이 큰 점에서, 작용하는 원심력이 커지기 때문에, 원통 형상 선회 유로(12)의 벽(12a)에 가까워지기 쉽다. 한편, 비자성체 입자(2)는 질량이 작은 점에서, 작용하는 원심력이 작아지기 때문에, 원통 형상 선회 유로(12)의 비교적 중앙측에 위치한다.

그 결과, 원심력과 자력의 양방(16)이 작용하는 강자성체 입자(1)는 유로의 벽과 접촉하여 감속하고(부호 1a의 상태), 원통 형상 선회 유로(12)의 하부에 설치된 중량측 회수 박스(14)로 분리·회수된다(부호 1b의 상태). 한편, 원심력만(15)이 작용하는 비자성체 입자(2)는, 유체를 타고 그대로 반송되며, 원통 형상 선회 유로(12)의 상부로부터 경량측으로 배출된다(부호 2a의 상태).

덧붙여, 통상의 원심 분리만으로는 유속과 선회 직경으로 원심력이 결정되어, 분리 입경이 결정된다. 이 때문에, 벽(12a)에 포착되는 강자성체 입자(1)의 분리 회수량을 올리기 위해 유속을 올리면, 강자성체 입자(1)를 포함한 비자성체 입자(2)의 분리 회수량도 증가하는 점에서, 강자성체 입자(1)의 회수 농도(분리 정밀도)는 향상되지 않는다. 이에 대하여, 본 실시 형태 1에서는, 자장의 힘을 조절함으로써 강자성체 입자(1)의 회수량을 향상시킬 수 있기 때문에, 강자성체 입자(1)의 회수 농도를 향상시키는 것이 가능해진다.

[실시 형태 2]

본 발명의 실시 형태 2를 도 2에 나타낸다. 본 실시 형태 2는, 상기의 실시 형태 1과 기본적인 생각은 동일하다. 단, 실시 형태 1에서의 원통 형상의 선회 유로(12)대신, 나선 배관에 의한 선회 유로(22)를 이용하고, 유체로서 기체를 이용하고 있다.

즉, 도 2(a)에 개략적 평면도, 도 2(b)에 개략적 입면도를 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태 2 에 따른 강자성체 분리 장치(21)는, 이종 혼합 분체(강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)의 혼합체)가 투입된 유체(여기에서는, 기류)가 선회하여 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)에 원심력을 작용시키도록 되어 있는 나선 배관 선회 유로(22)와, 그의 원심력의 방향으로 강자성체 입자(1)가 자력을 받도록 나선 배관 선회 유로(22)를 따라서 복수 개소에 배치된 자장 발생 장치(23)를 구비하고 있다.

또한, 자장 발생 장치(23)는 영구 자석이나 전자석을 이용한다. 자장은 나선 배관 선회 유로(22)를 따라서 복수 개소에서 발생시키면 좋으며, 수가 많을수록 효과가 크지만, 예를 들면 2∼6개소 정도 배치한다. 자장의 힘은 분리 입경에 따라서 100G(가우스)∼20000G(가우스) 정도를 선택하면 좋다.

상기와 같이 구성된 강자성체 분리 장치(21)에 있어서는, 우선, 이종 혼합 분체(강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)의 혼합체)를 기류로 반송하도록 하고 있기 때문에, 이종 혼합 분체가 분산 상태가 된다. 즉, 반송 중에 기류의 난류 효과로 이종 혼합 분체에 전단력이 작용하여, 응집을 푼 단체 분리 상태가 실현된다.

그 다음에, 나선 배관 선회 유로(22)를 흐르는 기류가 선회하여 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)에 원심력이 작용함과 함께, 원심력이 작용하는 방향과 동일한 방향으로 자장 발생 장치(23)에 의해 강자성체 입자(1)에 자력이 작용하도록 되어 있다. 따라서, 단체 분리 상태가 된 강자성체 입자(1)와 비자성체 입자(2)는 원심력으로 선회의 외측으로 이동하고, 최종적으로는 나선 배관 선회 유로(22)의 벽(22a)과 접촉하여 포착되지만, 거기에 작용하는 자장 발생 장치(23)로부터의 자력의 효과에 의해, 강자성체 입자(1)에만 선택적으로 원심력에 자력이 더해진다.

그 결과, 원심력과 자력의 양방(26)이 작용하는 강자성체 입자(1)는 유로의 벽과 접촉하여 감속하고(부호 1c의 상태), 나선 배관 선회 유로(22)의 출구에 설치된 회수 박스(24)로 분리·회수되고(부호 1d의 상태), 한편, 원심력만이(25) 작용하는 비자성체 입자(2)는, 기류를 타고 그대로 반송된다(부호 2c, 2d의 상태).

덧붙여, 통상의 원심 분리만으로는 유속과 선회 직경으로 원심력이 결정되어, 분리 입경이 결정된다. 이 때문에, 벽(22a)에 포착되는 강자성체 입자(1)의 분리 회수량을 올리기 위해 유속을 올리면, 강자성체 입자(1)를 포함한 비자성체 입자(2)의 분리 회수량도 증가하는 점에서, 강자성체 입자(1)의 회수 농도는 향상되지 않는다. 이에 대하여, 본 실시 형태 2에서는, 자장의 강도를 조절함으로써 강자성체 입자(1)의 회수량을 향상시킬 수 있기 때문에, 강자성체 입자(1)의 회수 농도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한 유체로서 액체를 이용해도 좋다.

[실시 형태 3]

본 발명의 실시 형태 3을 도 3에 나타낸다.

본 실시 형태 3에서는, 자장 발생 장치가, 강자성체 입자가 통과하는 공간에 작용하는 자속 밀도(강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도)의 크기를 조절할 수 있도록 되어 있어, 그 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 하고 있다.

전술한 바와 같이, 실시 형태 1, 실시 형태 2에 있어서는, 자장 발생 장치(13, 23)로서 영구 자석이나 전자석을 이용하고 있지만, 본 실시 형태 3은, 특히 그 중 전자석을 이용한 경우이다.

즉, 도 3(a)에 개략적 평면도를 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태 3에 있어서는, 자장 발생 장치(13, 23)로서, 5개의 전자석(제1 전자석(301)∼제5 전자석(305))이 배치되어 있다.

이와 같이, 자장 발생 장치(13, 23)로서 전자석을 이용한 경우는, 일정 기간마다 전자석의 여자(energizing; ON), 비여자(deenergizing; OFF)를 반복함으로써, 자장 발생부의 벽에 흡인 부착된 강자성체 입자(1)를 비여자시에 떨어뜨릴(1e) 수 있다는 이점이 있다. 이때, 도 3(b)(자장의 조업 스케줄)에 나타내는 바와 같이, 서로 이웃하는 전자석의 전환 타이밍을 어긋나게 하면, 어느 순간에는 항상 몇 개의 전자석이 작용하고 있는 상태를 유지할 수 있어, 강자성체 입자(1)의 떨어뜨림과 자력의 작용을 함께 행하는 것이 가능해진다.

덧붙여, 여기서는, 일정 기간마다 전자석의 여자(ON), 비여자(OFF)를 반복함으로써, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 하고 있지만, 완전하게 비여자(OFF)로 하는 것에는 한정되지 않는다. 즉, 전자석의 여자 전류의 크기를 일정 기간마다 소정의 문턱값 이하로 변경함으로써, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 해도 좋다. 이하의 형태 및 예에 있어서도 동일하다.

또한, 동일한 효과를 겨냥하여, 전자석을 교류 구동해도 좋다. 주파수는 임의이지만, 전자석과 구동 장치와의 특성에 따라서는 고주파 영역에서 자장의 힘이 불충분해지는 경우가 있기 때문에, 2kW 정도의 구동 전원으로 권수 1000턴 정도의 전자석인 경우, 50Hz 정도로 하면 좋다. 상기와 같은, 서로 이웃하는 전자석의 전환 방식과 동일하게, 서로 이웃하는 전자석의 위상을 어긋나게 함으로써, 어느 순간에는 항상 몇 개의 전자석이 충분한 크기의 자장을 발생하게 된다.

또한, 경우에 따라서는, 자장 발생 장치(13, 23)로서 영구 자석을 이용하여 동일한 일을 행해도 좋다. 그 경우는, 영구 자석의 위치를 조정 가능한 기구를 설치하여, 영구 자석의 위치를 자장 발생부의 벽에 접근시키거나, 멀어지게 하여, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 조절할 수 있고, 또한, 일정 기간마다 당해 자속 밀도의 대소를 반복할 수 있다.

또한, 원리적으로는 여자·비여자의 간격을 일정 기간으로 할 필요는 없지만, 조업상의 복잡화를 피하고, 또한 안정 조업을 확보하는 관점에서, 일정 기간으로 하는 것이 바람직하다. 단, 여자와 비여자의 기간은 동일한 길이일 필요는 없으며, 또한 전자석마다 여자·비여자의 기간이 상이해도 좋다.

자장 발생 장치는, 일정 기간마다 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 대소를 반복하기 위해, 예를 들면 도 3(b)와 같은 조업 스케줄을 기억하는 기억 수단과, 당해 스케줄에 따라서 자장 발생 장치를 제어하는(예를 들면 각 전자석에 흘리는 전류를 제어하는, 혹은 각 영구 자석의 위치를 제어하는) 제어 수단을 갖는 것이 바람직하다.

[실시 형태 4]

본 발명의 실시 형태 4를 도 4∼도 6에 나타낸다.

상기 실시 형태 3에 있어서는, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 하고 있다. 그러나, 이종 혼합 분체를 분산시킨 유체(수류, 기류)가 소정의 유속으로 흐르고 있는 상태에서 자속 밀도의 크기를 작게 한 경우, 자력에 의한 부착력이 작용하지 않게 된 강자성체 입자가 유체력에 의해 유체 내에 날아 올라, 원심 분리의 경량측으로 회수될 가능성이 있다.

그래서, 본 실시 형태 4에 있어서는, 이종 혼합 분체를 분산시킨 유체(수류, 기류)의 유속을 일단 작게 한 후에, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 작게 하는 구성을 구비하도록 하고 있다.

혹은 추가로, 유체(수류, 기류)의 유속을 재차 크게 하기(원래의 크기로 되돌리기) 전에, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 크게 하는(원래의 크기로 되돌리는) 구성을 구비하도록 하고 있다.

예를 들면, 도 4(유체와 자장의 조업 스케줄)에 나타내는 바와 같이, 자석을 여자한 상태(여자 ON)와, 자석을 비여자로 한 상태(여자 OFF)를 반복하는 경우에, 유체를 소정의 유속으로 흘리는 상태(유체 ON)와, 유체의 흐름을 완전히 정지하는 상태(유체 OFF)를 반복하도록 해두고, 유체 OFF로 한 후에 여자 OFF로 하도록 하고 있다.

혹은 추가로, 도 5(유체와 자장의, 다른 조업 스케줄)에 나타내는 바와 같이, 재차 유체 ON으로 하기 전에 여자 ON으로 하도록 하고 있다. 바꾸어 말하면, 여자 ON으로 한 후에 유체 ON으로 하고 있다.

또한, 도 4를 대신하여, 도 6(유체와 자장의, 또 다른 조업 스케줄)에 나타내는 바와 같이, 유체의 유속에 문턱값을 설정해 두고, 유체의 유속이 문턱값 이상의 상태를 유체 ON으로 하고, 유체의 유속이 문턱값 미만의 상태를 유체 OFF로 하고, 유체 OFF로 한 후에 여자 OFF로 하도록 해도 좋다.

또한, 여자에도 문턱값을 설정하고, 그 문턱값에 기초하여, 여자 ON과 여자 OFF(완전한 여자 OFF가 아닌, 여자를 상기 문턱값 이하로 하는 경우를 포함함)를 정하여, 유체 OFF로 한 후 여자 OFF가 되도록 해도 좋다.

덧붙여, 유체 ON과 유체 OFF의 전환은, 유체의 추력(推力)(펌프, 송풍기)의 조절이나, 유체의 유로에 설치되어 있는 댐퍼 개도의 조절에 의해 행할 수 있다.

이에 따라, 본 실시 형태 4에 있어서는, 강자성체 입자 통과 공간의 자속 밀도의 크기를 작게 함으로써, 강자성체 입자에 자력에 의한 제동력이 작용하기 어려워진 상태라도, 작용하는 유체력이 작아짐으로써, 강자성체 입자가 유체 내에 날아 오르는 일이 없어져, 강자성체 입자가 원심 분리의 중량측으로 확실하게 회수되도록 된다.

강자성체의 분리 장치는, 상기 도 4∼도 6에 예시되는 바와 같은 조업을 실현하기 위해, (유체 및 자장의) 조업 스케줄을 기억하는 기억 수단과, 당해 스케줄에 따라서 자장 발생 장치를 제어하는(예를 들면 각 전자석에 흘리는 전류를 제어하는, 혹은 각 영구 자석의 위치를 제어하는) 제어 수단과, 당해 스케줄에 따라서 유체의 유속을 제어하는 (예를 들면 전술의 펌프 등의 추력이나 댐퍼 개도를 제어하는) 제어 수단을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 상기 실시 형태 1∼4에 있어서는, 강자성체 입자(1)를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체 입자(1)를 분리(원심 분리)할 때에 있어서, 강자성체 입자(1)에만 작용하는 자력을 원심력의 방향으로 작용시키도록 하고 있다. 이 때문에, 강자성체 입자(1)의 분리 정밀도가 현격히 향상하여, 종래와 같이 자력 선별에 의해 분리하는 경우에 비해, 강자성체 입자(1)를 효율 좋게 분리할 수 있다. 그 결과, 대량·고속으로 강자성체의 재자원화가 가능해진다.

본 발명에 있어서 유체로서는 기체, 액체의 모두가 적합하지만, 30미크론 이하의 미분체를 많이 포함하는 경우에 있어서는 수류를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 강자성체나 비자성체의 종류나 입경, 이종 혼합 분체 중의 배합비 등에 특별히 한정은 없다. 즉, 원심 분리의 대상이 될 수 있는 분체라면, 특별히 제한 없이 본 발명을 적용할 수 있다.

[실시예]

[실시예 1]

본 발명예로서, 상기 본 발명의 실시 형태 4에 기초하여, 강자성체 입자(철분)와 비자성체 입자(슬래그)의 혼합체로부터 강자성체 입자(철분)를 분리·제거하여, 비자성체 입자(슬래그)의 회수를 행했다. 제철 슬래그(철분 평균 약 10∼20질량％)는 미리 볼 밀로 평균 입경 250㎛ 정도로 미세화하여, 분리 장치에 의한 처리를 행했다. 또한, 장치는 도 1에 나타낸 강자성체 분리 장치(11)를 이용했다.

그때, 상기 도 6에 나타낸 바와 같이, 유체의 유속에 문턱값을 설정하는 것으로 하며, 도 7에 나타내는 바와 같이, 유체의 유속이 5m/s 이상의 상태를 유체 ON, 유체의 유속이 5m/s 미만의 상태를 유체 OFF로 했다. 또한, 2000G의 상태를 여자 ON, 여자 정지 상태를 여자 OFF로 했다. 그리고, 유체 OFF가 된 후 여자 OFF가 되도록 했다. 유체 ON과 여자 ON의 순번에 대해서는 도 4와 동일하게 했다.

또한, 비교를 위해, 종래예로서, 자장 발생 장치를 구비하지 않은 종래의 원심 분리 장치를 이용하여, 강자성체 입자(철분)와 비자성체 입자(슬래그)의 혼합체로부터 강자성체 입자(철분)를 분리·제거하여, 비자성체 입자(슬래그)의 회수를 행했다. 비교예도 장치 구성은 자장 발생 장치를 제외하면 도 1에 나타낸 강자성체 분리 장치(11)와 동일하게 했다.

그 결과, 종래예에서는, 경량측 회수부에 있어서의 비자성체 입자(슬래그)로의 강자성체 입자(철분)의 혼입율이 질량％로 0.5％였던 것에 대하여, 본 발명예에서는, 강자성체 입자(철분)가 경량측으로 회수되는 비율이 큰폭으로 저하하여, 경량측에 있어서의 비자성체 입자(슬래그)로의 강자성체 입자(철분)의 혼입율이 질량％로 0.2％로 분리 효율이 비약적으로 개선되었다.

본 발명에 의해, 강자성체를 포함한 이종 혼합 분체로부터 강자성체를 분리할 때의 분리 정밀도를 현격히 향상시키고, 그리고 대량·고속으로 분리가 가능해진다. 이 때문에 이종 혼합체로부터의 강자성체 성분이나 비강자성체 성분의 회수·재자원화의 효율을 높일 수 있다.

1 : 강자성체 입자
1a : 벽에 포착된 강자성체 입자
1b : 회수된 강자성체 입자
1c : 벽에 포착된 강자성체 입자
1d : 포착되어 분리·회수된 강자성체 입자
1e : 포착(퇴적)이 해소된 강자성체 입자
2 : 비자성체 입자
2a : 배출된 비자성체 입자
2c : 기류에 반송되어 있는 비자성체 입자
2d : 기류에 반송되어 있는 비자성체 입자
11 : 강자성체 분리 장치
12 : 원통 형상의 선회 유로(원통 형상 선회 유로)
12a : 원통 형상 선회 유로의 벽
13 : 자장 발생 장치
14 : 중량측 회수 박스
21 : 강자성체 분리 장치
22 : 나선 배관에 의한 선회 유로(나선 배관 선회 유로)
22a : 나선 배관 선회 유로의 벽
23 : 자장 발생 장치
24 : 회수 박스
100 : 종래의 자력 선별 장치
101 : 자성 입자
102 : 비자성 입자
103 : 이종 혼합 분체의 공급
104 : 비자착측(nonmagnetic side) 회수부
105 : 자착측(magnetic side) 회수부
106a : 입자의 뜸 현상
106b : 입자가 뜬 상태로부터 떨어진 것
107 : 입자의 포섭 현상
108 : 입자의 응집 현상
109 : 입자의 정전 부착
110 : 자석
111 : 이종 혼합 분체
301 : 제1 전자석
302 : 제2 전자석
303 : 제3 전자석
304 : 제4 전자석
305 : 제5 전자석
T : 질량차 분리 위치

Claims (5)

1. 강자성체를 포함한 이종(異種) 혼합 분체로부터 강자성체를 분리하기 위한 강자성체의 분리 장치로서,
   이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류가 선회하여 이종 혼합 분체에 원심력을 작용시키는 유로와,
   상기 원심력의 방향으로 강자성체가 자력을 받도록 상기 유로를 따라서 배치된 복수의 자장 발생 장치를 구비하여, 강자성체에 원심력과 자력이 작용하도록 하고 있으며,
   상기 자장 발생 장치는, 강자성체가 통과하는 공간에 작용하는 자속 밀도의 크기를 일정 기간마다 대소를 반복하도록 구성되어 있고,
   상기 자속 밀도의 크기의 대소를 전환하는 타이밍이, 서로 이웃하는 자장 발생 장치에서 서로 어긋나도록 구성되어 있는 강자성체의 분리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   유로로 유도하는 이종 혼합 분체를 분산시킨 기류 혹은 수류의 유속을 작게 한 후에, 자속 밀도의 크기를 작게 하는 강자성체의 분리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   기류 혹은 수류의 유속을 크게 하기 전에, 자속 밀도의 크기를 크게 하는 강자성체의 분리 장치.
   

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