KR20030024630A - 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는방법 및 장치 - Google Patents

부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포화상태가 될 때까지 액체에 가스를 주입하는 과정과 가스 거품이 형성되도록 상기 포화된 액체를 팽창시키는 후속 과정을 포함하여 구성되는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법을 제공한다. 현탁액 내에 거품의 크기 및 양을 적절하게 조절하는데 더 향상된 상태를 제공하여 공정이 보다 효과적으로 수행되도록 하기 위하여, 가스 거품을 포함한 액체가 불순물을 함유한 현탁액에 첨가되기 전에 별도로 가스로 포화된 액체가 팽창되도록 한다.
본 발명은, 또한, 포화상태가 될 때까지 액체에 가스를 주입하는 장치와, 가스 거품이 형성되도록 상기 포화된 액체를 팽창시키는 장치와, 상기 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하여 부유 선별실로 공급하는 장치를 포함하여 구성되고, 상기 포화된 액체를 팽창시키는 장치(4)는 상기 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하는 장치(2) 및 상기 부유 선별실(6)과 분리되어 설치되는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 장치를 제공한다.

Description

부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR SEPARATING IMPURITIES FROM A SUSPENSION BY FLOTATION}
본 발명은 포화상태가 될 때까지 액체에 가스를 주입하는 과정과 가스 거품이 형성되도록 상기 포화된 액체를 팽창시키는 후속 과정을 포함하여 구성되는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 포화상태가 될 때까지 액체에 가스를 주입하는 장치와, 가스 거품이 형성되도록 상기 포화된 액체를 팽창시키는 후속 장치와, 상기 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하여 부유 선별실로 공급하는 장치와, 가스로 포화된 액체 내에서 가스 거품을 발생시키는 장치를 포함하여 구성되는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 장치에 관한 것이다.
포말부유 선별(froth flotation)은 현탁액에서 불순물을 물리적으로 제거하는 방법이다. 이 방법의 경우, 적절한 양과 크기 분포를 갖는 가스 거품이 생성될것을 요한다. 소수성 또는 방수성 물질은 이에 부착되는 가스 거품에 의하여 액체의 표면으로 운반되어, 상기 가스 거품과 함께 제거된다. 이러한 방법은 독일 특허 공보 41 16 916 C2 등에 개시되어 있으며, 높은 기술적 표준에 도달해 있다. 완전자흡식 주입기(self-priming injector)가 가스 거품을 생성시키고 이를 현탁액에 혼합하는데 종종 사용된다. 이 경우, 불순물을 함유한 상태로 노즐로부터 배출되는 현탁액 유동은 음압을 발생시켜 가스를 흡입하고, 이러한 가스는 액체와 펄스 교환을 함으로써 현탁액에 섞이게 된다. 이러한 형태의 장치가 독일 특허 공보 34 12 431 A1 등에 개시되어 있다.
독일 특허 공보 198 45 536은 부유 선별 거품이 가스로 포화된 현탁액 내에 형성되도록 하는 탈묵 과정과, 부착 섬유가 제거되도록 하는 후속 팽창 과정에 대하여 기재하고 있다. 이 경우, 압력은 0.6-1.2 bar 이고, 생성된 거품의 크기를 조절하는 것은 거의 불가능하다.
가스를 형성시키기 위해 가스로 포화된 압축수를 부유선실 안으로 주사하는 공정도 또한 알려져 있다. 국제 특허 공개 90/10502 A1은 이러한 목적으로 제공된 노즐을 개시하고 있고, 이 경우 상기 노즐이 쉽게 청소되도록 유체의 통로와 방향은 수정될 수 있다.
본 발명의 목적은 현탁액 내에 거품의 크기 및 양을 적절하게 조절하는 데 더 향상된 상태를 제공하여 공정이 보다 효과적으로 수행되도록 하는 부유 선별 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 부유 선별 설비의 모식도이다.
도2는 도1의 부유 선별 설비에 사용되기에 적합한 거품 주입기의 모식도이다.
도3은 방사형 디퓨져와 결합된 다른 형태의 거품 주입기의 모식도이다.
도4는 본 발명에 따른 특이한 형상의 중앙 원추부를 구비한 거품 주입기의 모식도이다.
도5는 라발형(Laval-shaped) 추진 분사 노즐를 구비한 도4의 거품 주입기의 모식도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1: 가압 펌프2: 포화탱크
3: 압축기4: 거품 주입기
5: 현탁액6: 부유 선별실
7: 포말8: 포말 통로
9: 원추부10: 분사 추진 노즐
11: 자유 분출물12: 펄스 파이프
13: 디퓨져14: 나사산
15: 봉17: 방사형 디퓨져
18: 홈19: 라발형 분사 추진 노즐
F: 부유물C: 부유 선별 작용제
Z: 공급류K: 정화수
M: 거품 분산D: 포화압력 상태의 액체
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상술한 공정의 일부로서, 가스 거품을 포함한 액체가 불순물을 함유한 현탁액에 첨가되기 전에 별도로 가스로 포화된 액체가 팽창되도록 한다. 따라서, 가스 거품의 형성 과정은 부유 선별실로의 공급 과정 및 이 과정에 주요한 조건들과는 분리되어 일어나고, 독립적으로 최적화될 수 있다.
본 발명의 유리한 특징에 따르면, 상기 액체에 가스가 주입된 후 별도로 팽창이 이루어지는 것이 바람직하다.
시행되고 검증된 방법에 있어서, 상기 액체는 가스로 포화된 상태에서 주입함으로써 팽창될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 가스로 포화된 액체가 밀폐된 공간으로 분사 추진되어 발산됨으로써 팽창되는 것이 바람직하다. 이러한 방법으로, 가스 거품을 방출하는데 필요한 압력차가 용이하면서도 효과적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 제거하는 설비가 갖는 특징적 모습에서는, 상기 액체를 팽창시키는 장치가 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하는 장치 및 상기 부유 선별실과는 별도로 설치된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 팽창 과정에서 발생하는 압력 손실을 쉽게 조절하고, 당해 특정 용도에 대한 가스 거품의 생성을 최적화하고, 주어진 또는 필요한 조건을 최적화하기 위하여, 단면 및 그 단면적도 조절될 수 있는 노즐이 제공된다. 이러한 형태의 장치는 모든 부유 선별 설비와 부유 선별실에 대하여 이용될 수 있고, 심지어는 가스 거품을 함유한 액체, 특히 현탁액 자체가 상기 부유 선별실로 직접 주사되는 경우에도 이용될 수 있다.
이 경우, 상기 노즐은 환형인 것이 바람직하다.
특히, 상기 노즐의 경계부가 라발형의 모습을 갖는 경우, 상기 노즐로부터 분출되는 액체 분사의 유동과 확산이 더 원활히 일어날 수 있다.
또한, 환형의 개구부가 있는 노즐은 밀폐된 공간으로 수렴하는 원추부에 의하여 형성되는 중앙부를 구비하는 것이 바람직하고, 이에 따라 상기 액체 분사의 방출 후 적합한 유동이 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 원추부의 축 방향으로의 전후 운동 및/또는 상기 축을 중심으로 하는 회전 운동이 가능하면, 상기 개구부의 단면적이 용이하게 수정될 수 있고, 이에 따라 얻어질 수 있는 압력 감소가 조절될 수 있으며, 또한 분사 추진 노즐이 막혔을 때 쉽게 씻겨져 청소될 수 있다.
또한, 거의 균일한 단면을 갖는 펄스 파이프 및 이와 인접해 있으며 단면의 크기가 노즐 바깥쪽으로 증가하는 디퓨져에 의하여 밀폐 공간이 형성되도록 설계된 장치는, 유동 성질을 향상시킴으로써, 최적의 가스 거품을 형성하는데 기여할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명을 통해 본 발명을 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 부유 선별 설비의 모식도이고, 도2는 도1의 부유 선별설비에 사용되기에 적합한 거품 주입기의 모식도이고, 도3은 방사형 디퓨져와 결합된 다른 형태의 거품 주입기의 모식도이고, 도4는 본 발명에 따른 특이한 형상의 중앙 원추부를 구비한 거품 주입기의 모식도이고, 도5는 라발형(Laval-shaped) 추진 분사 노즐을 구비한 도4의 거품 주입기의 모식도이다.
도1은 이미 가스 포화된 상태의 액체를 팽창시키는 장치를 구비한 부유 선별 설비에 대한 모식도이고, 상기 팽창 장치는 본 발명에 있어서 거품 주입기(4) 형태로 구비되고, 상기 팽창 장치에서 부유 선별 과정에 필요한 가스 거품이 생성되어 액체 내부에 형성된다. 부유 선별실(6) 자체는 현탁액(5)으로 대부분 채워져 있으며, 상기 현탁액(5)의 표면에는 가스 거품으로 이루어진 포말(7)이 형성되어 있고, 상기 현탁액(5)은 부유 선별에 의하여 제거되는 고체 입자를 가능한 한 많이 포함하고 있다. 상기 포말은 스키머(16)에 의하여 포말 통로(8)로 유도되고, 부유물(F)로 배출된다.
가압펌프(1)를 사용하여 3 내지 10 bar 사이의 원하는 포화압력에 도달할 때까지 재활용된 정화수(K)의 일부를 증가시켜 포화탱크(2)를 채운다. 주변 공기가 압축기(3)에 의하여 필요한 포화압력으로 압축되고, 그 다음, 포화탱크(2)로 공급되어 높은 질량 전달에 의해 상기 액체에 용해된다. 그 다음, 상기 포화상태의 액체는 거품을 발생시킬 목적으로 설계된 거품 주입기(4) 안으로 들어가 압력이 다시 낮아지고, 고체를 포함한 공급류(Z) 및 경우에 따라 첨가되는 부유 선별 작용제(C)와 함께 부유 선별실(6)로 공급되어 부유 선별 과정이 일어나게 된다. 팽창 과정에서 형성된 거품이 소수성 고체 입자에 부착되어, 상기 소수성 입자를 수면으로 운반한다. 부유 선별에 의하여 정화된 현탁액은 정화수(K) 형태로 부유 선별실로부터 배출된다.
도2는 본 발명에 따라 감압에 의해 극히 미세한 가스 거품을 발생시키는 거품 주입기(4)를 도시한다. 상기 포화탱크로부터 유입되는 포화압력 상태의 액체(D)가 상기 거품 주입기(4)의 추진 분사 노즐의 전방으로 들어온다. 상기 추진 분사 노즐(10) 내에서의 감압은, 추진 분사 노즐(10)의 내측 단부와 중앙에 동축으로 장착되어 있는 원추부(9) 사이에 형성되는 환형의 단면 간격을 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 이를 위하여, 상기 원추부(9)는 축 방향으로 움직여 상기 추진 분사 노즐(10)에 멀어지거나 가까워질 수 있도록 되어 있다. 바람직하게는, 상기 원추부의 축 방향 운동은 나사산이 형성된 봉(15) 상에 장착된 원추부(9)을 회전시켜 이루어지고, 상기 봉은 나사산(14) 상에서 선회한다. 이러한 회전 운동으로 인하여, 존재할 수 있는 모든 고체 입자에 대하여 부가적인 힘이 가해지고, 이에 따라 상기 추진 분사 노즐(10)을 정화하는 효과를 얻는다. 상기 추진 분사 노즐(10)을 떠나는 액체는 급격히 팽창되고, 펄스 파이프(12) 내에서 자유 분출물(11)의 형태로 분사됨으로써 진공 상태를 형성하고, 이에 따라 더 미세한 거품을 형성하게 된다. 마이크로 크기의 거품 분산(M)이 상기 펄스 파이프(12) 뒤에 연결된 디퓨져(13)를 통과하여 거품 주입기(4)를 떠난다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 거품 주입기(4)는 상기 부유 선별실(6)의 상류에 밀착하여 위치해 있다. 이 경우, 상기 거품 주입기(4)의 펄스 파이프(12) 바로 뒤쪽에서 거품의 분산이 보다 잘 이루어지도록 하기 위하여, 방사형 디퓨져(17)가 상기 부유 선별실(6)의 내부에 설치되어 있다. 상기 펄스 파이프(12)는 부유 선별실(6)에 장착되어 있는 것이 바람직하다.
도4에 도시된 거품 주입기(4)의 경우, 축 방향 운동에 의해 추진 분사 노즐(10)의 환형의 간격 크기를 조절하는 중앙 원추부(9)에 미세한 홈(18)이 부가되어 있다. 이에 따라, 상기 원추부(9)를 회전시켜 얻어지는 정화 효과는 더욱 증가하게 된다.
도5에 도시된 거품 주입기(4)는 라발형 추진 분사 노즐(19)를 구비하고 있고, 이 추진 분사 노즐은 액체 분출물(11) 복잡한(예컨대, 섬유질의) 매체와 함께 더 잘 분산되게 하고, 이러한 복잡한 매체에서 생성될 수 있는 진공도를 증가시켜 더 미세한 가스 거품을 생성되게 하는데 이용된다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 부유 선별의 방법 및 장치를 이용하면, 현탁액 내에 거품의 크기 및 양을 보다 적절하게 조절할 수 있고, 이에 따라 부유 선별 공정이 보다 효과적으로 수행될 수 있다.

Claims (12)

  1. 액체에 가스를 포화상태가 될 때까지 주입하는 과정과, 가스 거품이 형성되도록 상기 가스가 포화된 액체를 팽창시키는 후속 과정을 포함하는, 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법에 있어서,
    상기 가스가 포화된 액체를 팽창시키는 과정이, 가스 거품을 포함한 액체가 불순물을 포함하는 현탁액에 가해지기 전에 별도로 수행되는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체를 가스가 주입된 후에 별도로 팽창시키는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    가스로 포화된 액체를 주입시킴으로써 액체 팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스로 포화된 액체가 밀폐된 공간 안으로 추진 분사되어 발산됨으로써 액체 팽창이 이루어지는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터불순물을 분리하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스로 포화된 액체의 팽창하기 전의 압력이 3 내지 10bar 인 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 방법.
  6. 액체에 가스를 포화상태가 될 때까지 주입하는 장치와, 가스 거품이 형성되도록 상기 가스가 포화된 액체를 팽창시키는 장치와, 상기 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하여 부유 선별실로 공급하는 장치를 포함하는, 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 장치에 있어서,
    상기 포화된 액체를 팽창시키는 장치(4)는 상기 가스 거품을 함유한 액체를 현탁액에 첨가하는 장치(2) 및 상기 부유 선별실(6)과 분리되어 설치된 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 장치.
  7. 단면 및 그 단면적을 조절할 수 있는 노즐(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스로 포화된 액체 내에 가스 거품을 발생시키는 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    환형의 개구부가 있는 노즐(10)을 구비하는 것을 특징으로 하는 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    경계부(19)가 라발 노즐 형상인 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀폐된 공간(12)으로 수렴하는 원추부(9)에 의하여 형성되는 중앙부가 있는 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    축 방향으로 전후 운동 및/또는 상기 축을 중심으로 한 회전 운동이 가능한 원추부(9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    거의 균일한 단면을 갖는 펄스 파이프(12)와, 이와 인접해 있으며 단면의 크기가 노즐 바깥쪽으로 증가하는 디퓨져(13)에 의해 밀폐 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020020056581A 2001-09-17 2002-09-17 부유 선별에 의하여 현탁액으로부터 불순물을 분리하는방법 및 장치 KR20030024630A (ko)

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