KR101801763B1 - 미립자 물질의 분리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징(3), 미립자 주입구(4), 유체 주입구(5) 및 배출구(6)를 포함하는 광물 또는 다른 미립자 물질을 분리하기 위한 분리 장치(2)를 제공한다. 이 분리 장치(2)는 밀도에 기초하여 광물 또는 다른 미립자 물질을 분리한다. 이는 유체를 유체 주입구(5)에 유입하여 하우징(3) 내에서 상기 미립자 물질의 적절한 유동화를 발생시킴으로써 달성된다. 저밀도 물질은 통상 하우징(3)의 상단에서 추출될 수 있고, 반면에 고밀도 물질은 통상 하우징(3)의 하단에서 추출될 수 있다. 본 발명은 특히 석탄과 같은 광물을 실리카 및 황철석과 같은 불순물과 분리하는 데 유용하다.

Description

미립자 물질의 분리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SEPARATING PARTICULATE MATTER}

본 발명은 미립자 물질의 분리 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 밀도에 기초한 광물의 분리에 유용한 그러한 장치 및 방법에 관한 것이다.

바람직하지만, 그에 한정되지 않는 실시 형태에 있어서, 본 발명은 밀도에 기초하여 분쇄 밀 내에서의 재순환 물질로부터 광물질을 제거하기 위한 특정 방법에 관한 것이다. 상기 특정 방법은 조성이 균일에 가까운 사이즈로 분쇄한 미립자 물질을 선별하기 위해 스크리닝 공정을 사용하는, 사이즈에 기초한 초기 입자 선별을 포함한다. 다음에는, 저밀도 물질을 고밀도 물질과 분리하기 위해 제2 공정을 사용한다. 상기 저밀도 물질은 상기 밀로 다시 공급될 수도 있는 한편, 고밀도 성분은 제거되거나, 상기 저밀도 물질이 제거될 수도 있는 한편, 고밀도 성분이 상기 밀로 다시 공급된다.

본 명세서에서 임의의 선행 간행물(또는 그로부터 유래하는 정보) 또는 공지된 어떤 사항에 대한 참조 문헌은 선행 간행물(또는 그로부터 유래하는 정보) 또는 공지된 사항이 본 명세서가 관련하는 시도의 분야에서 통상적인 일반 지식의 일부를 형성하는 승인 또는 인정 또는 어느 형태의 제안도 아니고, 그로서 받아들여져서는 안 된다.

석탄, 석회석 또는 일부 다른 물질의 분쇄에 사용하기 위한 전형적인 수직형 스핀들 밀(80)은 도 1에 도시되어 있다. 공급 원료는 상기 밀의 중앙(81) 아래로 공급되어 분쇄 분획(82)에 보내지고, 분쇄 분획에서 공급 원료가 더 작은 입자로 파쇄된다. 이들 입자는 통상 밀 내에서 분급기(84)로 공기 전달되고(83), 분급기에서 대형 입자(86)는 미세 입자(87)와 분리되어 분쇄 공정(82)에 복귀되어 추가로 분쇄된다. 결과적으로, 밀의 분쇄 분획(82)으로부터 분류 분획(84)으로 운반된 다음 분쇄 분획(82)에 복귀되는 대형 입자의 재순환 부하가 일어난다. 상기 분쇄는 통상 밀의 하부에서 바퀴(85) 또는 볼에 의해 실시되고, 분쇄된 물질을 밀의 상부에 통상 위치하는 분급기(84)에 운반하도록 분쇄 분획(82) 상에 가스, 통상 공기가 블로우된다(88). 분급기(84)에서 거부된 더 큰 입자들은 통상 리젝트 슈트(86)를 통해 하부 분쇄 분획(82)에 복귀된다. 수직형 스핀들 밀의 전형적인 예는 도 1에 도시되어 있고, 생성된 대형 입자 재순환 공정은 도 2에 도시되어 있다. 도 3은 전형적인 수직형 스핀들 밀을 더 상세하게 나타내는 것이다.

전형적인 볼 밀(100)에서 동일한 공정이 이루어지며, 그의 예는 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 볼 밀에서, 공급 원료(81)는 회전 드럼(90)의 단부에 공급된다. 대형 볼(95)은 공급 원료를 더 작은 입자로 파쇄한다. 이들 입자는 분급기(94)에 공기 전달되는데, 분급기에서 더 큰 입자(96)는 미세 입자(97)와 분리되어 분쇄 공정(82)에 복귀되어 추가로 분쇄된다. 볼 밀에서 다시, 분쇄된 물질을 분급기(94)에 운반하도록 분쇄 분획(82) 상에 가스가 블로우되고(94), 이 경우에 분급기는 분쇄기와 격리되어 위치한다. 분급기(94)에서 거부된 더 큰 입자는 리젝트 슈트(96)를 통해 분쇄 분획(82)에 복귀된다.

밀(81) 내에 초기에 공급되는 공급 원료는 통상 또 다른 일차 광물에 의해 함께 결합된 상이한 광물 불순물과의 집합체로 이루어진다. 이의 전형적인 예로는 석탄 및 석회석이 있으며, 여기에서 각종 불순물 성분은 입자 형태로 또는 개별 불순물의 작은 응어리의 형태로 일차 광물 중에 내장되어 있는, 실리카(모래), 황철석(철), 칼슘 및/또는 알루미나(점토 성분 중에)와 같은, 광물을 함유할 수 있다. 석탄의 경우에, 일차 광물질은 탄소인데 반해, 석회석의 경우에, 일차 광물질은 탄산 칼슘이다. 밀링 공정에서는 공급 원료가 파쇄되어 일차 광물 내에 집합체를 형성한 어떠한 입자를 방출한다. 따라서, 석탄의 경우에, 탄소 입자 외에 모래, 철 및 점토의 입자들이 생성된다.

광물 성분의 분리는 상이한 물리적 또는 화학적 성질, 예를 들어, 전기 저항성 또는 용해성에 기초하여 실시할 수 있다. 석탄의 경우에, 알루미나, 칼슘 또는 점토 물질과 같은 다른 저밀도 광물로부터 탄소를 분리할 필요가 있는 경우, 정전 분리기를 사용하여 고 저항성 알루미늄 또는 칼슘 물질로부터 저 저항성 카본을 분리할 수 있다. 정전 분리기는 또한 모래 채광 산업에서 사용하여, 저밀도 물질 또는 고밀도 물질의 분리 정도를 증가시키기 위해 현행의 광물 제거 공정에 부가될 수 있는 유용한 광물을 분리해는 것으로 알려져 있다. 용해도에 기초한 다른 분리는 저밀도 또는 고밀도 물질의 추가 처리를 위한 또 다른 임의의 선택이다. 추출된 물질을 세정하면, 용성 성분들이 제거되고, 이들 용성 성분은 나중에 필요하면 물을 증발시켜 회수할 수 있다.

이들 선행 기술의 분리 방법들은 모두 목적으로 하는 광물의 개선된 농도가 효과적으로 회수되도록 불순물 등을 제거하고자 하는 것이다.

본 발명은 미립자 물질을 분리하기 위한 개선된, 적어도 공지된 것을 대체하는 분리 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 밀도에 기초하여 광물 또는 다른 미립자 물질의 분리를 실행하는 분리 장치 및 분리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

하나의 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은

하우징;
상기 하우징에 주입구의 크기보다 작은 미립자 물질을 유입하도록 구성된 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함하는 미립자 주입구;
상기 하우징 하부에 유체를 유입하여 상기 유체와 미립자 물질이 함께 유동층을 형성하도록 구성된 유체 주입구;
상기 유동층을 가로질러 유체의 균일한 분포를 촉진시키도록 배열된 하나 이상의 유체 분배 스크린;
상기 하우징의 하부로부터 제1 기선정된(predetermined) 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 구성된 제1 배출구; 및
상기 하우징의 상부로부터 제2 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 구성된 제2 배출구를 포함하고, 상기 제2 기선정된 밀도는 상기 제1 기선정된 밀도보다 더 낮은 것인, 분쇄 또는 밀링 공정에서 입자 크기가 균일한 주요 광물질을 포함하는 미립자 물질을 밀도에 따라 분리하기 위한 분리 장치를 제공한다.

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바람직하게는, 상기 유체 주입구는 상기 하우징의 하부에서 상기 미립자 물질을 유입하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 하부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 하고, 상기 장치는 또한 상기 하우징의 하부로부터 제2 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 하는 제2 배출구를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 미립자 주입구는 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 하우징은 분획되어 있다.

또한 바람직하게는, 상기 하우징은 스크린을 통해 흐르는 유체의 분배를 지원하도록 하는 적어도 하나의 분배 스크린을 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 장치는 복수 개의 유체 주입구를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 유체 주입구는 상기 하우징을 가로질러 연장되는 다공판 아래에 위치한다.

또 다른 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은 상기 정의한 바와 같은 적어도 2개의 상기 분리 장치를 포함하는, 미립자 물질을 분리하기 위한 다단계 분리 디바이스로서, 제1 분리 장치의 상기 배출구는 제2 분리 장치의 상기 미립자 주입구에 미립자 물질을 공급하도록 하는 다단계 분리 디바이스를 제공한다.

바람직하게는, 제1 분리 장치의 상기 배출구와 제2 분리 장치의 상기 미립자 주입구 사이에 사이즈 분리 스크린이 위치한다.

또 다른 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은

하우징;
상기 하우징에 주입구의 크기보다 작은 미립자 물질을 유입하도록 구성된 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함하는 미립자 주입구;
상기 하우징에 유체를 유입하도록 하는 유체 주입구; 및
기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 하우징으로부터 배출하도록 하는 제1 배출구;를 포함하는 분리 장치를 사용하여 분쇄 또는 분쇄 장치에서 실질적으로 균일한 입자 크기의 미립자 물질을 분리하는 방법으로서,
미립자 물질을 상기 미립자 주입구를 통해 상기 하우징으로 유입하는 단계;
상기 유체 및 입자상 물질이 함께 유동층을 형성하도록 상기 유체를 상기 유체 주입구를 통해 상기 하우징의 하부로 유입하는 단계;
상기 유동층을 가로질러 유체의 균일한 분포를 촉진시키도록 배열된 하나 이상의 유체 분배 스크린을 제공하는 단계; 및
기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 배출구를 통해 상기 하우징으로부터 배출하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

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또 다른 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은 분쇄 또는 밀링 디바이스와 함께 사용하기에 적합한 미립자 물질을 분리하기 위한 분리 장치로서,

하우징,

상기 하우징에 미립자 물질을 유입하도록 하는 미립자 주입구,

상기 하우징에 유체를 유입하도록 하는 유체 주입구, 및

기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 하우징으로부터 배출하도록 하는 배출구를 포함하는 분리 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 유체 주입구는 상기 하우징의 하부에서 상기 미립자 물질을 유입하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 하부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 한다.

또한 바람직하게는, 상기 배출구는 상기 하우징의 상부로부터 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 하고, 상기 장치는 또한 상기 하우징의 하부로부터 제2 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 하는 제2 배출구를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 미립자 주입구는 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 분리 장치는 분획되어 있다.

또한 바람직하게는, 상기 장치 하우징은 스크린을 통해 흐르는 유체의 분배를 지원하도록 하는 적어도 하나의 분배 스크린을 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 장치는 복수 개의 유체 주입구를 포함한다.

또한 바람직하게는, 상기 유체 주입구는 상기 하우징을 가로질러 연장되는 다공판 아래에 위치한다.

또 다른 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은 상기 정의한 바와 같은 적어도 2개의 분리 장치를 포함하는, 미립자 물질을 분리하기 위한 다단계 분리 디바이스로서, 제1 분리 장치의 상기 배출구는 제2 분리 장치의 상기 미립자 주입구에 미립자 물질을 공급하도록 하는 다단계 분리 디바이스를 제공한다.

바람직하게는, 제1 분리 장치의 상기 배출구와 제2 분리 장치의 상기 미립자 주입구 사이에 사이즈 분리 스크린이 위치한다.

또한 바람직하게는, 상기 디바이스 또는 장치는 수직형 스핀들 밀에 설치된다.

또 다른 광범위한 형태에 있어서, 본 발명은

하우징,

상기 하우징에 미립자 물질을 유입하도록 하는 미립자 주입구,

상기 하우징에 유체를 유입하도록 하는 유체 주입구,

기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 하우징으로부터 배출하도록 하는 배출구를 포함하는 분리 장치를 사용하여 분쇄 또는 밀링 디바이스에서 미립자 물질을 분리하는 방법으로서,

미립자 물질을 상기 미립자 주입구를 통해 상기 하우징으로 유입하는 단계,

유체를 상기 유체 주입구를 통해 상기 하우징으로 유입하는 단계, 및

기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 배출구를 통해 상기 하우징으로부터 배출하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.

본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 이하에 기술된 바람직하나, 이에 한정되지 않는 실시 형태의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해할 것이다.
도 1은 선행 기술의 대표적인 수직형 스핀들 밀의 단면도이다.
도 2는 대형 입자 재순환 공정을 도시하는 선행 기술의 수직형 스핀들 밀이다.
도 3은 선행 기술의 수직형 스핀들 밀이다.
도 4는 유동 기류 주입구 및 미립자 배출구를 포함하는, 수직형 스핀들 밀에 설치된 본 발명을 도시한다.
도 5는 선행 기술의 대표적인 볼 밀이다.
도 6은 각종 입자의 흐름을 도시하는 선행 기술의 대표적인 볼 밀이다.
도 7은 볼 밀에 설치된 본 발명을 도시한다.
도 8은 복수의 분배 스크린, 미립자 주입구 위의 사이즈 분리 스크린 및 단계 간의 사이즈 분리 스크린을 포함하는 본 발명의 2단계 실시 형태이다.
도 9는 본 발명의 분획된 실시 형태의 상면도이다.
도 10은 복수의 공기 공급원, 복수의 분배 스크린, 및 단계 간뿐만 아니라 미립자 주입구 위의 사이즈 분배 스크린을 포함하는 다단계 실시 형태이다.
도 11은 유체 분배 박스 및 다공판, 복수의 분배 스크린, 및 상기 미립자 주입구 위의 분리 스크린을 포함하는 단일 단계 실시 형태이다.

도면 전체를 통해, 명확하게 별도의 언급이 없는 한, 동일한 부호는 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 4는 수직형 스핀들 밀(1)에 설치된 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내고, 도 7은 볼 밀(110)에 설치된 바람직한 실시형태를 나타낸다. 분리 장치(2)는 도 8에 상세하게 도시되어 있다. 분리 장치는 하우징(3), 미립자 주입구(4), 유체 주입구(5) 및 배출구(6)를 포함한다. 하우징(3)은 전형적으로 강철로 제작되지만, 다른 적절한 재료 또는 복합재로 이루어질 수도 있다. 미립자 물질은 전형적으로 석탄, 석회석, 또는 다른 광물로서, 이에 한정되는 것은 아니고, 이들은 미립자 주입구(4)를 통해 상기 장치(2)에 유입된다. 유체, 통상 공기이지만, 적절한 성질을 갖는 다른 유체일 수도 있고, 미립자 물질과 반응하지 않는 유체는 유체 주입구(5)를 통해 상기 장치(2)에 유입된다. 상기 유체는 가압할 수도 있고, 당해 기술 분야의 전문가에 의해 인지되는 바와 같이, 최적 압력은 미립자 물질과 유체 사이에 적절한 혼합 또는 유동화가 일어나도록, 미립자 물질의 밀도, 하우징의 체적, 분리하고자 하는 표적 물질 및 다른 인자들에 기초하여 결정될 수 있다. 기선정된 밀도의 미립자 물질은 배출구(6)를 통해 상기 장치(2)에서 배출된다. 예를 들면, 1차 물질이 석탄인 경우, 실리카 및 황철석과 같은 고밀도 입자가 수집될 수 있고, 한편으로, 탄소와 같은 저밀도 입자는 상기 장치에서 배출된다.

바람직한 실시형태에 있어서, 유체 주입구(5)는 장치 하우징(3)의 하부 내로 유체가 유입되도록 위치한다. 이는 유체가 미립자 물질을 통해 위로 흐르도록 하여 유동화시킨다. 다음에는, 저밀도 물질이 하우징(3)의 상부를 향해 정착할 수 있고, 한편으로, 고밀도 물질은 바닥을 향해 이동한다.

배출구(6)는 기선정된 밀도의 미립자 물질이 상기 장치 하우징(3)의 상부로부터 배출되도록 위치한다. 대안으로, 배출구(7)는 기선정된 밀도의 미립자 물질이 상기 장치 하우징(3)의 하부로부터 배출되도록 위치할 수 있다. 도시된 실시형태에서와 같이, 상기 장치(2)는 상부 배출구(6) 및 하부 배출구(7)의 양쪽을 모두 포함할 수도 있다. 도 4는 물질을 분쇄 공정(82)으로 복귀하도록 하는 상부 배출구(6) 및 밀 리젝트 호퍼(31)에 연결되는 상부 배출구(6)를 갖는 실시형태를 나타낸다. 이 물질은 분쇄 공정에서 완전히 제거되거나, 추가의 처리를 수행할 수도 있다.

미립자 주입구(4)는 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린(8)을 포함할 수도 있다. 도시된 실시형태에 있어서, 제2 분리 스크린(9)이 또한 존재한다. 석탄의 경우에, 제1 분리 스크린(8)은 약 10mm 이하의 입자가 통과하도록 할 수 있고(41), 제2 스크린(9)은 약 3mm 이하의 입자가 통과하도록 한다(42). 이들은 전형적인 값에 불과하며, 분리될 사이즈는 분류되는 특정 물질 조성에 의해 결정된다. 제1 스크린에 대해 너무 큰 물질(43) 또는 제2 스크린에 대해 너무 큰 물질(44)은 통상 분쇄 공정(82)에 복귀된다.

도 9는 고체 스플리터판(10) 및 다공성 스플리터판(22)을 사용하여 분획한 분리 장치(2)의 실시형태를 나타낸다. 고체 스플리터판(10)을 사용한 분리 장치(2)의 분획화는 유동화되는 물질의 용량을 제한함으로써 유효성을 개선한다. 각 분획에는 분리 배출구(7)가 구비되며, 사이즈가 보다 작으면 유체 분배가 개선되고, 상기 장치의 단부에서 고밀도 물질 또는 저밀도 물질의 축적을 방지한다.

바람직한 실시형태는 또한 유동상 버블 스크린 또는 분배 스크린(11)을 포함하는데, 이들 스크린은 하우징(3) 전체에 유체 흐름이 분포되도록 돕는다. 특정 면적에서 유속이 빠를수록, 밀도가 더 큰 입자가 상부로 운반되기 때문에, 상기 장치 전체의 유체 흐름을 일정하게 함으로써, 밀도 분리가 더욱 효과적으로 된다.

도 10은 다수의 유체 주입구(5)를 갖는 실시형태를 나타낸다. 이는 하우징(3)에서 유체의 분배를 개선하는 것을 목적으로 하는 다른 특징이다. 양호한 유동 분배를 달성하는 다른 방법은 도 11에 도시되어 있고, 여기서 유체 주입구(5)는 다공판(12) 아래에 위치하여, 공기 분배 박스(21)를 생성한다. 이 다공판은 유체가 최대한 고르게 미립자 물질을 함유하는 하우징(5)의 분획에 유입하도록 보장한다. 이 판은 또한 고밀도 물질의 제거에 도움이 되도록 배출구(7)를 향해 경사지게 할 수도 있다.

도 8 및 도 10은 2단계를 포함하는 실시형태를 도시한다. 각각의 경우에, 제1 단계(14)의 미립자 배출구(6)는 제2 단계(15)의 미립자 주입구(13)로 공급한다. 이들 실시형태에서, 제1 단계(14)의 배출구(6)와 제2 단계(15)의 미립자 주입구(13) 사이에 분리 스크린(20)이 위치한다. 이는 저밀도이나 여전히 특정 사이즈 이상의 입자를 분쇄 공정(82)에 복귀시키는 한편, 저밀도 및 특정 사이즈 이하의 입자만이 제2 단계(15)에 들어가도록 한다.

본 발명의 방법은 다양한 밀도를 갖는 광물질의 집합체가 분쇄되고, 더 높은 밀도 또는 더 낮은 밀도의 불순물은 제거되도록 하는 분쇄 공정에 적용될 수 있다. 석탄을 분쇄하는 공익 산업 및 석회석을 분쇄하는 시멘트 산업 외에, 상기 공정을 사용하여 고밀도 또는 저밀도 불순물을 제거할 수 있는 제조 및 광물 처리 산업에서의 다른 용도가 다수 있다.

상기 분쇄 공정은 비 1차 광물질의 이들 입자를 방출하는 집합체, 제거하고자 하는 불순물을 분해한다. 본 발명의 일부를 구성할 수도 있는 스크리닝 공정은 기설정된 크기보다 큰 입자가 밀도 분리기에 유입하지 못하도록 하여, 밀도 분리기에 유입하는 입자들이 더 이상 일차 광물에 의해 결합된 다른 광물질 입자의 집합체가 되지 않을 정도로 분쇄 공정에 의해 분해되도록 설계되어 있다. 기선정된 크기 이하의 입자는 1차 광물질 또는 제거 표적이 될 수 있는 각종 불순물로 주로 이루어진다. 예를 들면, 석탄의 경우에, 제거 표적이 되는 1차 광물은 실리카(모래) 및 황철석(철)으로, 이들은 1차 광물질, 탄소보다 밀도가 더 크다. 밀도 분리 공정에 유입되도록 허용되는 입자 사이즈는 상기 밀에 부하되고, 1차 광물을 거의 함유하지 않는 개별 입자들에 표적 불순물이 농축되는 입자 크기 이하로 할당하는 순환중의 입자를 샘플링함으로써 결정된다.

도 8에 도시된 실시형태에서, 밀도 분리기에 유입하는 물질의 사이즈를 제한하는 물리적 분리 공정은 2단계 공정이다. 초기 분리에는 1차 스크린(8)이 사용되는데, 이 스크린은 대형 입자를 분리하기 위해 슬롯 강판(5mm 내지 10mm 슬롯)으로부터 형성될 수 있고, 재순환하는 물질의 주요 성분을 형성한다. 계속해서, 밀도 분리기(2)에 대한 입구(4)에서 1mm 내지 3mm로 분리된 평행 쐐기형 와이어 부재로 제작될 수 있는 스크린(9)에 의해, 기선정된 표적 입자 사이즈(통상 1mm 내지 3mm)가 거의 밀도 분리기(2)에 유입하지 못하도록 한다.

상기 스크리닝 공정은 또한 하기와 같은 일정 범위의 물리적 분리 공정을 포함할 수도 있다:

상기 물질이 유동하여 더 작은 입자들은 통과하도록 하는 한편, 더 큰 입자들은 평행 부재에 의해 공간 아래로 유입하지 못하도록 하는 공간 평행 부재로 이루어진 스크린.

갭 또는 구멍 사이즈보다 더 큰 입자가 스크린 너머의 공간에 유입되지 않도록 세트 사이즈의 구멍을 복수 개 갖는 메쉬 또는 고체 판의 형태로 세트 분리와 함께 복수의 교차 부재를 사용한 시브 형태의 스크린.

밀도 분리기(2)는 상부에서 유입(4)하는 소립자를 선별하고, 고밀도 입자를 바닥으로부터 배출(7)하여, 통상은 분리기에서 나와 수집하거나, 추가로 가공하거나, 대안으로서 밀링 공정에 복귀시키는 수직형 용기일 수 있다. 밀도 분리기(2)는 가스, 통상은 공기를 사용하여, 입자를 유동화하고, 상부에서 저밀도 입자를 배출구(6)로 수송하고, 통상은 스크린을 통해 리젝트 슈트(17)에 보내거나, 대안적으로 분리기로부터 수집 또는 추가의 가공을 위해 운반한다. 유동 가스는 수직 용기(3)의 바닥에 위치한 하나 이상의 분배 매니폴드(5)로부터 밀도 분리기에 유입한다. 밀도 분리기(2) 내에는 일련의 가스 분배 부재(11), 통상은 수평 메쉬 스크린이 가스 유입 매니폴드(5) 위에 배치되어 유동 가스가 밀도 분리기(2) 전체에 또한 그 안에 함유된 물질을 통해 고르게 분배되도록 보장한다. 이로 인해, 선별된 소립자는 모두 유동 가스의 영향을 받는다.

따라서, 밀도 분리기(2)에서 입자들에 작용하는 2개의 일차적인 힘, 중력과 점성력이 존재하고, 중력은 하부 방향으로 작용하는 질량에 비례하며, 점성력은 상부 방향으로 작용하는, 유동 가스의 상층 흐름 및 표면적의 함수이다. 그 결과, 질량 대 표면적 비가 높은 고밀도 입자는 밀도 분리 용기(3)의 바닥에 작용하는 한편, 질량 대 표면적 비가 낮은 저밀도 입자는 유동 입자의 상부로 이동한다. 분리 정도는 가스 유량이 증가하면 밀도 분리기(2)의 상부에 밀도가 더 높은 입자들을 운반하는 유동 가스 흐름에 의해 조절할 수 있다. 이렇게 하여, 고밀도 입자는 밀도 분리기의 바닥에 있는 배출구(7)로부터 제거하거나, 밀에 복귀되고, 저밀도 입자는 밀도 분리기(2)의 상부에 있는 배출구(6)로부터 제거하거나, 밀에 복귀된다.

석탄 밀링 용도에 있어서, 밀도 분리 용기의 상부에서 저밀도 물질은 통상 밀에 복귀되지만, 다른 광물을 제거하기 위해 추가 처리할 수 있다. 정전 분리기는 보다 더 저항성 높은 칼슘 또는 알루미나 입자로부터 저 저항성 탄소 입자를 분리하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 선별된 미립자를 3 성분, 즉 실리카 및 황철석으로 주로 이루어진 고밀도 물질, 통상은 칼슘 및 알루미나 광물을 함유하는 점토로서 존재하는 저밀도 광물질, 및 저 저항성, 저밀도 탄소로 분리할 수 있다. 이로 인해, 1차 연소재인 최하위 탄층으로부터, 연소 공정에서 나오는 잔류 재를 형성하고 비가연성의 광물질 불순물의 대부분을 제거 가능하다. 이들 광물질 불순물은 또한 연소 공정에 의해 생성된 오염물질의 대부분, 예를 들면 미립자 물질, 황, 중금속 및 할로겐(예, 염소 및 불소)을 포함한다. 도 4는 수직형 스핀들 석탄 밀(1) 상의 농 광물 제거 시스템(2)의 실행에 관한 전형적인 예를 도시한다. 도 3은 농 광물 제거 시스템이 없는 수직형 스핀들 밀이고, 도 4는 밀의 하부 분획에서 농 광물 제거 시스템을 설치하기 위한 일반적 배치를 도시한다.

이러한 밀도 분리기 공정이 갖는 한가지 문제는 질량, 따라서 중력이 입자 체적, 입자 직경의 세제곱에 비례하고, 점성력이 표면적, 입자 크기 제곱의 함수이기 때문에 입자 크기 의존성이 있다는 것이다. 밀도 분리기에서의 모든 입자들이 대략 동일한 크기를 갖는 한, 그 문제는 중요한 문제가 아니라, 거대 사이즈 변화로 유동 가스 흐름이 비교적 빠른 경우 더 작은 밀도의 입자가 밀도 분리기의 상부에 운반되거나, 유동 가스 흐름이 비교적 느린 경우, 더 큰 저밀도의 입자들이 밀도 분리기의 바닥으로 움직이게 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 다단계 밀도 분리기를 가질 수도 있다. 제1 단계 밀도 분리기(14)는 더 빠른 유동 가스 흐름을 사용하여 더 큰 입자들을 분리하고, 대형 고밀도 입자들은 상기 분리기의 바닥으로부터 제거되고(18), 더 작은 입자들은 제1 단계(20)의 상부에서 제2 밀도 분리기(15) 내로 이동하고, 더 큰 저밀도 입자들(6)은 제거되거나 밀링 공정에 보내진다. 이는 더 작은 입자들을 제2 밀도 분리기(15)를 통과하도록 허용할 뿐인 2개의 분리기를 분리하는 스크린(16)을 구비함으로써 달성된다. 제2 단계 밀도 분리기(15)는 더 작은 입자들에 작용할 뿐으로 더 느린 가스 흐름을 갖는다. 이러한 더 느린 유동 가스 흐름은 작은 저밀도 입자를 제2 단계 밀도 분리기의 상부에 운반하고, 밀도가 작은 입자가 상기 분리기의 바닥으로부터 제거되도록 한다(19).

전형적인 석탄 밀 용도는 3mm 미만의 입자를 제1 단계 밀도 분리기(14) 내로 허용할 수 있지만, 1mm 미만의 입자에 대해 제 2 단계 밀도 분리기(15)에의 악세스를 제한한다. 도 8은 수직형 스핀들 석탄 밀 상에서 2단계 밀도 분리기를 사용하는 상기 농 광물 제거 시스템(2)의 실행에 관한 전형적인 예를 도시한다.

가스 흐름 분배가 밀도 분리에 더욱 효과적이다. 미립자의 분획을 통해 유속이 빠를수록, 밀도가 더 큰 물질이 밀도 분리기의 상부에 운반되도록 하는 한편, 유속이 느릴수록 밀도가 더 낮은 물질이 바닥에 정착하도록 한다. 따라서, 밀도 분리기의 바닥에서 가스가 주입되고(5), 연속해서 미립자층을 통해 골고루 흐르도록 하여 가스 흐름이 미립자층의 표면에서 골고루 배출되도록 할 때 가스가 잘 분포되게 보장하는 것이 매우 중요하다. 도 8에 도시한 유동상 버블 스크린 또는 분배 스크린(11)은 미립자 물질의 유동상을 통해 균일한 가스 흐름 분포를 유지하도록 돕는다.

유동화된 물질의 체적을 제한하기 위해 고체 또는 다공 스플리터판(10)을 사용하여 밀도 분리기를 분획함으로써, 유동 가스의 유효성 및 밀도가 더 높은 물질의 상승(take-off)이 개선된다. 분획화는 거대 또는 미세 입자들이 밀도 분리기의 단부에 축적됨으로써, 분리 공정의 유효성을 제한하는 것을 방지한다. 각 분획은 바닥에 별도의 고밀도 물질 제거 시스템(7)을, 상부에 저밀도 제거 시스템(6)을 가지고, 이로써 농 물질 제거 및 밀도 분리기에서 상기 물질의 유동화가 향상된다. 밀도 분리기의 분획화에 의해 유동상의 크기가 제한됨으로써, 고체 미립자를 통한 유동 가스의 흐름 분포를 향상하고, 더욱 일관된 분리를 제공한다. 복수의 상승점(7)을 밀도 분리기의 바닥에 설치하면, 상승 노즐(18)을 향해 경사질 경우 특히 농 물질 제거 효율성이 증가한다. 이 배치는 도 9에 도시하였다.

유동 가스의 분배를 개선하기 위해 밀도 분리기의 바닥에 복수의 유동 가스 매니폴드(5)를 사용함으로써, 밀도 분리기에서 물질의 유동화가 향상되고, 또한 미립자에서 가스 흐름 분포의 균일화를 개선하여 분리기 효율성을 개선한다. 이를 달성하기 위한 최선의 방법은 상부에 복수의 구멍을 갖는 각 분획(12)의 바닥에 가스 분배 박스(21)를 포함시키는 것으로, 이는 밀도 분리기의 바닥에 위치하여 상기 흐름이 입자상의 바닥으로 유체가 고르게 분배되도록 보장한다. 이 배치는 도 10에 복수의 유동 가스 매니폴드(5)를 갖는 경우를 도시하고, 도 11에는 밀도 분리기의 바닥 아래로 가스 분배 박스(21)를 갖는 경우를 도시한다.

분쇄 연소 보일러 상의 석탄 밀링 공정에서 농 광물을 제거하면, 다음과 같은 이점을 비롯하여 많은 이점을 갖는다:

미립자로부터 SO₂, SO₃, Hg, 중금속 및 다른 유해 대기 오염물(HAPS) 등의 오염물 감소.

밀, 연료 파이프 및 버너에서 특히 실리카 성분으로부터 부식 감소.

환원 철로 인한 보일러에서의 슬래깅 감소.

미립자 부하 감소로 인한 보일러 배면의 부착물 감소.

밀에서의 마모 문제로 인한 정지 시간 및 정비 감소.

밀링 효율성의 증가로 인한 밀 산출량의 증가.

고함량의 광물질을 사용한 저품질 석탄의 연소 능력.

시멘트 공정에서와 같은 다른 밀링 용도에 대해 상기 공정의 실행으로 수많은 다른 이익이 발생한다. 다른 공정들이 공기를 사용했을 경우에 일어나던 미립자와의 반응(산화)을 방지하기 위해 미립자 물질을 유동화하는 질소와 같은 불활성 가스를 필요로 하는 고도의 연소성 또는 반응성 물질을 분리시킬 수 있다.

기술된 광물 분리 방법은 상기 예에서와 같이 선택된 물리적 및/또는 화학적 특성을 갖는 광물을 제공하기 위해 다양한 부가적인 분리 공정에 의해 향상시킬 수 있다. 이것은 상기 밀에 대한 일차 공급으로서 집합체를 사용한 밀링 공정으로부터 특정 광물을 추출하기 위한 메카니즘의 기초를 제공한다.

본 발명의 특정 실시형태에 대해 상술하였지만 여러 가지로 변경 및 변형할 수 있음은 해당 기술 분야의 전문가에게는 명백할 것이다. 그러한 변경 및 변형은 모두 이하에 청구된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주해야 한다.

Claims (27)

1. 분쇄 또는 밀링 공정에서 밀도에 기초하여 미립자 물질을 분리하는 분리 장치로서, 상기 미립자 물질은 실질적으로 균일한 입자 사이즈의 광물질을 주로 포함하며,
   하우징;
   상기 하우징에 주입구의 크기보다 작은 미립자 물질을 유입하도록 구성된 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함하는 미립자 주입구;
   상기 하우징 하부에 유체를 유입하여 상기 유체와 미립자 물질이 함께 유동층을 형성하도록 구성된 유체 주입구;
   상기 유동층을 가로질러 유체의 균일한 분포를 촉진시키도록 배열된 하나 이상의 유체 분배 스크린;
   상기 하우징의 하부로부터 제1 기선정된(predetermined) 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 구성된 제1 배출구; 및
   상기 하우징의 상부로부터 제2 기선정된 밀도의 미립자 물질을 배출하도록 구성된 제2 배출구를 포함하고, 상기 제2 기선정된 밀도는 상기 제1 기선정된 밀도보다 더 낮은 것인, 미립자 물질을 분리하는 분리 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유체 주입구는 유체의 유량이 충분하면 상기 하우징에 유입되도록 하여 상기 미립자 물질을 유동화시키지만, 유체의 유량이 불충분하면 개개의 입자들이 상기 유체에만 현탁되도록 구성된 것인 분리 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하우징이 복수 개의 상기 분배 스크린을 포함하는 것인 분리 장치.
4. 제3항에 있어서,
   적어도 하나의 분배 스크린이 상기 미립자 물질을 통과시키도록 구성된 것인 분리 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 분획되어 있는 것인 분리 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 장치가 복수 개의 유체 주입구를 포함하는 분리 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유체 주입구가 상기 하우징을 가로질러 연장되는 다공판 아래에 위치하는 것인 분리 장치.
8. 제1항에 있어서,
   미립자 입구와 유체 연통하는 분류기를 포함하는 것인 분리 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 미립자 물질이 석탄을 포함하는 것인 분리 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 미립자 물질이 탄산 칼슘을 포함하는 것인 분리 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 분리 장치를 적어도 2개 포함하되, 제 1 분리 장치의 배출구가 제2 분리 장치의 미립자 주입구에 미립자 물질을 공급하도록 구성된, 미립자 물질을 분리하기 위한 다단계 분리 디바이스.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 디바이스 또는 장치를 포함하는 수직형 스핀들 밀.
13. 하우징;
    상기 하우징에 주입구의 크기보다 작은 미립자 물질을 유입하도록 구성된 적어도 하나의 사이즈 분리 스크린을 포함하는 미립자 주입구;
    상기 하우징에 유체를 유입하도록 구성된 유체 주입구; 및
    기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 하우징으로부터 배출하도록 구성된 제1 배출구를 포함하는 분리 장치를 사용하여, 분쇄 또는 밀링 디바이스에서 실질적으로 균일한 입자 사이즈의 미립자 물질을 분리하는 방법으로서,
    미립자 물질을 상기 미립자 주입구를 통해 상기 하우징으로 유입하는 단계;
    상기 유체를 상기 유체 주입구를 통해 상기 하우징의 하부로 유입하여, 상기 유체와 미립자 물질이 함께 유동층을 형성하도록 하는 단계;
    상기 유동층을 가로질러 유체의 균일한 분포를 촉진시키도록 배열된 하나 이상의 유체 분배 스크린을 제공하는 단계; 및
    기선정된 밀도의 미립자 물질을 상기 배출구를 통해 상기 하우징으로부터 배출하는 단계를 포함하는, 미립자 물질을 분리하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    충분한 유량의 유체가 유입되면 상기 미립자 물질을 유동화시키지만, 불충분한 유량이면 개개의 입자들이 유체에만 현탁되도록 된 것인, 미립자 물질을 분리하는 방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 장치는 제2 배출구를 포함하고, 상기 방법은 상기 하우징의 상부로부터 상기 제2 배출구를 통해 더 낮은 밀도의 미립자 물질을 배출하는 단계 및 상기 하우징의 하부로부터 상기 제1 배출구를 통해 더 높은 밀도의 미립자 물질을 배출하는 단계를 포함하는, 미립자 물질을 분리하는 방법.
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