KR20030085505A - 건식 분리 방법 및 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리 대상물을 분말의 기체-고체 유동층에 충전하고 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도를 이용하여 성분의 연속 분리를 수행하는 건식 분리 방법에 관한 것이다.

Description

건식 분리 방법 및 분리 장치 {A Dry Separation Method and a Separation Apparatus}

본 발명은 액체를 사용하지 않고 분리 대상물을 다양한 성분들로 비중 분리할 수 있는 건식 분리 방법에 관한 것이다.

다양한 원료로부터 각각 제조되는 공업 제품, 광물 자원, 산업 폐기물 등에는 다양한 다른 성분들이 포함된다. 따라서, 광물 자원의 정제 및 자원의 재활용을 위해서는 이들 성분들을 서로 분리하는 것이 필요하다.

지금까지, 습식 분리 방법 및 건식 분리 방법이 분리 방법으로 주로 알려져 있었다.

그러나, 상기 건식 분리 방법에는 높은 장치 비용, 낮은 효율 등의 문제점이 있다. 습식 분리 방법에는 폐액 처리에 의해 야기되는 환경 오염의 문제, 수자원이 적은 곳에서는 상기 방법을 이용할 수 없으며, 폐액 처리 또는 분리 후에 건조 단계가 필요하다는 점 등의 문제점이 있다.

또한, 분리 대상물이 목적 성분 이외의 불순물을 포함하고 있는 경우가 종종 있다. 그러나, 불순물을 제거하면서 목적 성분을 연속적으로 회수하는 방법은 지금까지 알려져 있지 않다.

따라서, 본 발명은 저렴한 비용으로 분리 대상물을 각 성분들로 연속적으로 분리할 수 있고 환경에 바람직한 건식 분리 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명자들은, 분말을 유동화시키는 기체-고체 유동층이 밀도, 점도 등에서 액체와 유사한 성질을 갖는다는 점에 주목하였다. 특히, 유동화 조건하에서 다양한 밀도를 갖는 물체의 거동에 관해 검토한 결과, 본 발명을 달성하였다.

첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 기재할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분리 대상물을 분리하기 위한 장치의 실시태양을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 분리 대상물으로부터 성분을 회수하기 위한 실시태양을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 분리 대상물로부터 성분을 회수하기 위한 또다른 실시태양을 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 분리 시스템의 실시태양을 예시하는 개략도이다.

도 5는 다양한 V_S.S.값에서 물체의 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 6은 통기성을 변화시킴으로써 규석과 납석의 부양-침강 상태를 나타내는 그래프이다.

도 7은 각 분리 대상물의 유동층 내에서의 높이를 나타내는 그래프이다.

도 8은 각 분리 대상물의 유동층 내에서의 높이를 나타내는 그래프이다.

도 9는 규석 및 납석의 유동층 내에서의 높이를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 유동층의 겉보기 밀도보다 가벼운 물체2 기체-고체 유동층

3 유동층의 겉보기 밀도보다 무거운 물체4 분리 탱크

5 기체 분산판6 수집 수단

7, 7a, 7b 운반 수단8 보호판

9 유도판10 기체실

11 바구니12 배출구

13 다공판 14 프로펠러

15 기체 16 오리피스 유량계

17 압력 센서 18 데이타 로거 (data logger)

19 퍼스널 컴퓨터20 송풍기

21 모터 밸브22 전기 신호

본 발명의 제1면에 따라, 분리 대상물을 분말을 유동화시키는 기체-고체 유동층에 충전시키고, 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도를 이용하여 분리 대상물을 각 성분으로 연속적으로 분리하는 것을 포함하는 건식 분리 방법이 제공된다.

본 발명의 제1면의 바람직한 실시태양에서, 상기 연속 분리는 겉보기 밀도를변화시킴으로써 수행된다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 분말의 유동화는 기체-고체 유동층의 하부로 송풍함으로써 수행된다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 송풍은 통기성이 5.0 (cm³/s)/cm²이하인 조건하에서 수행된다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 송풍은 1 내지 4 범위의 u_O/u_mf(여기서, u_O는 공탑 속도이고 u_mf는 분말의 최소 유동화 공탑 속도임)비에서 수행된다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 다수개의 분말을 유동화시키는 경우 상기 송풍을 다수개의 분말이 균일하게 혼합되도록 하는 u_O/u_mf비의 값 하에서 수행된다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 분말은 유니비드^(R)(unibead), 유리 비드, 지르콘샌드, 폴리스티렌 입자, 철구 (steel shot) 및 이들과 거의 동등한 밀도를 갖는 분말로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 분리 대상물은 광석이며 불순물(들)을 포함한다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 광석은 규석 및 납석 (pyrophyllite)이다.

본 발명의 제1면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 분말의 평균 입경은 100 내지 500 ㎛이다.

본 발명의 제2면에 따라, 내부에 분말을 유동화시키는 기체-고체 유동층을 포함하며 바닥면에 다공성 분산판(들)이 있는 분리 탱크, 및 상기 기체-고체 유동층내에 적어도 일부가 들어가는 다수개의 운반 수단을 포함하는 건식 분리 장치가 제공된다.

본 발명의 제2면의 바람직한 실시태양에서, 상기 다수개의 운반 수단 중 적어도 1개는 기체-고체 유동층에 침강된 침강물을 운반하여 이들을 분리 탱크 밖으로 배출한다.

본 발명의 제2면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 다수개의 운반 수단 중 적어도 1개는 기체-고체 유동층에 부양된 부양물을 운반하여 이들을 분리 탱크 밖으로 배출한다.

본 발명의 제2면의 또다른 바람직한 실시태양에서, 상기 운반 수단이 경사지게 배치된 회전가능한 수집 수단이다.

<본 발명에 대한 상세한 설명>

본 발명의 원리에 관해서 하기와 같이 설명한다. 즉, 액체계의 비중 선별과 유사한 분말 유동화 매체, 즉 기체-고체 유동층을 이용하여 분말을 유동화시킴으로써 분리 대상물을 주로 그의 밀도에 따라 분리하는 것이다. 본 명세서에 사용한 "기체-고체 유동층"이란 용어는 분말을 유동화시킴으로써 액체와 유사한 성질을 갖는 것을 의미한다.

우선, 기체-고체 유동층에 의한 분리의 개념을 하기와 같이 설명한다. 기체를 분말에 공급하여 부유 유동화시킨 경우, 분말로 된 유동층은 액체와 유사한 거동을 나타낸다. 따라서, 유동층의 겉보기 밀도 ρfb는 하기의 식으로 표시된다.

상기 식에서, W_p는 유동화 매체의 분말 중량이고, V_f는 유동화시의 부피이고, ε f는 유동화시의 공극률이고, ρp는 유동화 매체의 분말 밀도이다.

상기 겉보기 밀도 ρfb를 갖는 유동층 중에 밀도 ρs를 갖는 분리 대상물이 포함되는 경우, 겉보기 밀도보다 밀도가 작은 분리 대상 성분 (ρs < ρfb)은 유동층 상부에 부양되고, 겉보기 밀도보다 밀도가 큰 분리 대상 성분 (ρs > ρfb)은 유동층 하부에 침강된다. 또한, 겉보기 밀도와 밀도가 동일한 분리 대상 성분 (ρs = ρfb)은 유동층 중간부에 부유된다. 이러한 사실을 이용함으로써, 분리 대상물의 비중선별을 수행한다.

이러한 방법으로, 분리 대상물중의 각 성분들을 분리할 수 있다. 따라서, 분리된 각 성분을 쉽게 재활용하는 것이 가능해진다.

본 발명에서는, 상기 분리 원리에 기초하여 분리 대상물이 특별히 한정되지 않는다. 분리 대상물로서는, 각종 광물 자원, 공업 제품, 슈레더 더스트 (shredder dust) 등을 언급할 수 있다. 광물 자원으로서는, 규석, 납석 등의 언급된 광물; 탄광에서 채굴된 원탄 등을 언급할 수 있다. 슈레더 더스트에는, 가정분진, 자동차, 가정용 가전 제품 등으로부터의 슈레더 더스트 등을 언급할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 어떠한 분리 대상물도 사용할 수 있지만, 분리 대상물이 오염된 경우에는 세척 후 분리를 수행하는 것이 바람직하다. 이것은, 본 발명의 분리 방법에 따르면 분리 대상물을 주로 그들의 비중차에 의해서 분리하기 때문에 분리 대상물이 오염되었다면 비중이 변경되었을 염려가 있기 때문이다.

또한, 세척 후에 건조시킴으로써 분리 대상물을 분리하는 것도 필요하다. 분리 대상물을 재활용하기 위해 분리하는 경우, 건조 후에는 분리용 장치의 크기 등의 점에서 분리 대상물을 파쇄기 등으로 분쇄하여 얻어진 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 각 성분의 연속적인 분리는 예를 들어 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도를 변화시키거나, 또는 2개 이상의 기체-고체 유동층을 직렬로 배열하는 것 등에 의해 수행할 수 있다.

기체-고체 유동층에서 겉보기 밀도는, 아래에 기재된 u₀/u_mf비의 값을 변화시키거나, 또는 기체-고체 유동층에 사용한 분말을 변화시키거나, 분말의 입경을 변화시키거나, 또는 혼합 분말의 혼합비를 변화시키는 것 등에 의해 변경시킬 수 있다.

겉보기 밀도의 변화는 또한 분리 대상물의 종류에도 의존하기 때문에, u_O/u_mf비의 값이 증가되는 경우 겉보기 밀도가 반드시 감소되는 것은 아니다. 한편, 기체-고체 유동층에 사용하는 분말의 밀도가 높은 경우에는, 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도도 일반적으로 상승하는 경향이 있다. 또한, 분말의 입경이 커지면, 겉보기 밀도도 커지는 경향이 있다. 따라서, 이러한 사실들을 고려할 때, 겉보기 밀도를 변화시킴으로써 각 성분들의 연속적인 분리가 가능해진다.

본 발명에 따른 건식 분리 방법의 바람직한 실시태양에 있어서, 분말의 유동화를 기체-고체 유동층의 하부로의 송풍에 의해 수행할 수 있고, 이로 인해 분리가능한 성분의 개수가 증가할 수 있다. 그러나, 본 발명을 기체-유동층의 하부로의 송풍에만 한정하려는 것이 아니다. 예를 들어, 비교적 비중이 낮은 성분은 횡방향으로부터의 송풍에 의해서도 분리가 가능하다. 낮은 비중을 갖는 성분이 분명히 존재하는 경우, 성분의 횡방향 비산 거리가 크기 때문에 횡방향 송풍에 의해서도 높은 효율로 성분을 분리할 수 있다. 따라서, 낮은 비중을 갖는 성분을 우선 횡방향 송풍에 의해 제거한 후, 분리 대상물 중 남아있는 각 성분을 제거할 수 있다.

분리 대상물 중에 낮은 비중을 갖는 성분이 목적 성분 이외의 불순물로 존재하는 경우, 상기 기재된 것과 동일한 공정에 의해 불순물을 제거할 수 있다.

본 발명에서는, 통기성을 제어함으로써 부양-침강의 안정화가 달성되기 때문에 통기성이 5.0 (cm³/s)/cm²이하인 조건하에서 송풍을 수행한다. 통기성은 분리 대상물에 따라 정해지며 특별히 한정되지 않는다. 통기성은 5.0 (cm³/s)/cm²이하, 바람직하게는 3.0 (cm³/s)/cm²이하, 더욱 바람직하게는 1.0 (cm³/s)/cm²이하이다.

본 발명에 있어서, u_O/u_mf(여기서, u_O는 공탑 속도이고 u_mf는 분말의 분말의최소 유동화 공탑 속도임)가 분리를 제어하는 하나의 요인이다. 왜냐하면, 공탑 속도를 조절함으로써 매우 근사한 밀도차를 갖는 2개의 성분을 쉽게 제거할 수 있거나, 공탑 속도를 증가시킴으로써 밀도차가 큰 성분을 단시간에 분리할 수 있기 때문이다.

일반적으로, 공탑 속도를 최소 유동화 속도 이상이되 최소 유동화 속도와 근사하게 설정하면 기체-고체 유동층내에 부유하는 분리 대상물 중 성분들의 밀도 분포는 좁아지지만, 공탑 속도를 더욱 증가시키면 기체-고체 유동층내에 부유하는 분리 대상물 중 성분들의 밀도 분포가 넓어진다.

따라서, 본 발명은 종래 기술로는 분리가 곤란하였던 밀도차가 작은 2종의 성분 (2종의 물질)을 분리할 수 있다는 이점을 갖는다. 이와 같이 공탑 속도를 미묘하게 제어하기 위해서는, 공기를 분산시키는 기체-고체 유동층 하부에서 통기성이 낮은 분말을 사용하는 것 등을 언급할 수 있다.

대략적으로 성분을 분리하는 경우에는, 기본적으로 성분을 부양 성분, 중층 부유 성분, 및 침강 성분의 세가지 유형으로 나눌 수 있다. 그러나, 최종적으로는 분리가 곤란한 밀도차가 작은 성분들을 분리하는 경우가 많기 때문에, 중층 부유 성분의 밀도 분포를 가능한 좁게 하여 성분이 부양 또는 침강되도록 u_O/u_mf값을 만듦으로써 보다 높은 분리 정밀도 및 보다 높은 회수율로 분리를 수행할 수 있다.

예를 들어, 안정된 기체-고체 유동층을 형성할 수가 있는 범위이기 때문에 u_O/u_mf값을 1 내지 4의 범위로 만들 수 있다. 그러나, u_O/u_mf값이 이러한 범위에한정되지는 않으며, 밀도차가 큰 성분들을 신속하게 분리하는 경우에는 u_O/u_mf값이 4 이상일 수 있다.

단일 분말을 유동화시키는 경우에는, 밀도차가 작은 성분들을 분리할 때, 사용하는 분말에도 좌우되지만 u_O/u_mf값이 가능한 1에 가까운 것이 바람직하다. u_O/u_mf값은 1 내지 1.5, 바람직하게는, 1 내지 1.2, 더욱 바람직하게는, 1 내지 1.1일 수 있다.

다수개의 분말을 유동화시킨 경우에 있어서는, 다수개의 분말을 균일하게 혼합하기 위해서 u_O/u_mf비의 값 하에서 송풍을 수행하는 것이 바람직하다. 다수개의 분말이 균일하게 혼합되지 않는 경우, 기체-고체 유동층의 상측에서 겉보기 밀도가 작아지지만 기체-고체 유동층의 하측에서는 겉보기 밀도가 커지므로, 기체-고체 유동층내의 중간 부분에 위치하는 성분의 밀도 분포가 커지는 경향이 있다.

분말의 종류는 분리하는 분리 대상물의 종류에 따라 특별히 한정되지 않지만, 분말은 유니비드^(R), 유리 비드, 지르콘샌드, 폴리스티렌 입자 및 철구로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.

사용하는 분말의 평균 입경은 특별히 한정되지 않지만, 분말의 유동화를 비교적 작은 공탑 속도로 수행하며 분말의 응집이 억제된다는 점에서 100 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다.

상기 언급된 것과 같이 분리 대상물로부터 분리된 각 성분을 부양시키거나침강시키고 적절한 방법에 의해 최종적으로 회수할 수 있다.

본 발명에 따른 건식 분리 장치의 실시태양을 하기 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 기체-고체 유동층내에서의 물체의 부양-침강 상태를 나타낸 것이며, 여기서 (1)은 유동층의 겉보기 밀도보다 가벼운 물체, (2)는 기체-고체 유동층 , (3)은 유동층의 겉보기 밀도보다 무거운 물체, (4)는 분리 탱크, (5)는 기체-분산판이다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 분말의 유동화 상태에서 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도에 의해 물체를 분리할 수 있다.

분리 수순의 일례를 설명한다. 먼저, 유리 비드, 유니비드^(R), 지르콘샌드, 폴리스티렌 입자 등의 유동화 매체를 분리 탱크 (4)에 충전시키고, 상기 분리 탱크 (4)의 바닥면으로부터 기체-분산판 (5)를 통해 분리 탱크 (4)의 내부로 기체를 균일하게 공급하여 매체 또는 분말을 유동화시켜, 유동층 (2)를 형성한다. 분리 대상물을 분리 탱크 (4)의 상면 개구로부터 충전시키면, 사용한 분말보다 밀도가 큰 분리 대상물 성분이 침강된다. 도 2는 분리 대상물로부터 분리된 성분의 회수용 장치의 예를 표시한다. 도 2a는 장치의 개략도이며 도 2b는 장치의 측면도이고 도 2c는 장치의 정면도이다.

도 2a에서 (6)은 수집 수단, (7)은 운반 수단, (8)은 보호판, (9)는 유도판, 및 (10)은 기체실이다. 수집 수단 (6)은 도 2c의 화살표 (c)에 의해 표시된 방향으로 느린 속도로 회전이동하여, 분리 대상물로부터 침강되는 무거운 성분 (3)을 회수하여 분리 탱크 (4) 밖으로 배출한다. 즉, 유도판 (9)를 통해 분리 대상물 중무거운 성분 (3)을 수집 수단 (6)으로 유도하여 수집 수단 (6)내에 설치된 바구니 (11)에 수집한다. 바구니 (11) 내의 무거운 성분 (3)은 수집 수단의 회전을 통해 분리 탱크 상부로 이동하여, 무거운 성분 자신의 중량에 의해서 배출구 (12)로 이동한다.

한편, 운반 수단 (7)은 느린 속도로 회전하면서 도 2c의 화살표 (d)에 의해 표시된 방향으로 이동되어, 분리 대상물내에서 부양되는 가벼운 성분 (1)을 회수하여 분리 탱크 (4) 밖으로 배출한다. 이러한 경우, 보호판 (8)이 분리 대상물로부터 가벼운 성분 (1)을 상기 운반 수단으로 쉽게 유도한다. 보호판 (8)을 설치하지않더라도 가벼운 성분 (1)을 회수할 수 있지만, 가벼운 성분 (1)을 높은 회수율로 효율적으로 회수하기 위해서도 보호판 (8)을 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 유도된 가벼운 성분 (1)은 컨베이어 등의 운반 수단 (7)에 의해 분리 탱크 (4)밖으로 배출된다.

도 2에서, (5)는 철망 등의 다공성 재료로 제조된 기체-분산판이다. 이러한 경우, 철망은 분리 대상물이 통과하지 않을 정도로 미세한 망상을 갖는 것이 필요하다. 또한, 유동층을 형성하기 위한 기체는 공기에 한정되지 않고, 다른 기체를 포함할 수 있다.

보호판 및 유도판은 각각 도 2에 도시된 실시태양으로 한정되지 않지만, 가벼운 성분 또는 무거운 성분을 운반 수단 또는 수집 수단으로 쉽게 유도할 수 있는 작용을 갖고 있다면 적절하게 변형하는 것도 가능하다. 예를 들어, 다수개의 다공판을 설치하여, 부양 성분과 침강 성분이 회수 도중 혼합되지않도록 방지할 수 있다. 또한, 보호판 대신에 부양 성분을 위한 프로펠러를 설치할 수 있지만, 운반 수단 대신 기체-고체 유동층의 바닥에 프로펠러를 설치하여 침강 성분을 수집 수단으로 효율적으로 유도할 수 있다.

회수 방법의 또다른 예를 도 3에 도시하였고, 이는 슈레더 더스트로부터 분리된 성분을 회수하기 위한 장치를 표시한다. 도 3에서, 운반 수단 (7b)는 저속으로 회전하는 동안 화살표 방향으로 이동하여, 그 동안 슈레더 더스트로부터 침강된 무거운 성분이 회수되어 분리 탱크 (4) 밖으로 배출된다.

한편, 운반 수단 (7a)는 저속으로 회전하면서 화살표 방향으로 이동하여, 그 동안 슈레더 더스트로부터 부양된 가벼운 성분이 회수되어 분리 탱크 (4) 밖으로 배출된다.

또한, 도 3에서 (13)은 철망 등의 다공성 재료로 제조된 다공판이다. 이러한 경우, 철망은 분리 대상물이 통과하지 않을 정도로 미세한 망상을 갖는 것이 필요하다. 기체-분산판도 또한 동일하다. 또한, 유동층을 형성하기 위한 기체는 공기에 한정되지 않고, 다른 기체를 포함할 수 있다.

다공판 (13)이 분리하려는 부양 성분 및 침강 성분을 컨베이어 등의 운반 수단으로 유도하는 것이 가능한 경우, 도 3에 도시된 구조에 한정되지 않으며 적절하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 다수개의 다공판을 설치하여 부양 성분과 침강 성분이 회수 도중 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 3에는 부양 성분을 위한 프로펠러 (14)가 설치된다. 또한, 기체-고체 유동층의 바닥에 프로펠러를 설치하여 침강 성분을 컨베이어로 효율적으로 유도할 수 있다.

<실시예>

하기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.

<실시예 1>

우선, 도 4에 도시된 것과 같은 분리 시스템을 사용하여 혼합된 분말의 혼합 비율과 겉보기 밀도간의 관계를 조사하였다. 분리 탱크의 바닥에 구멍 직경 0.2 cm, 피치 0.3 cm, 개공률 40.3 %의 다공성 스테인레스 스틸판 2개 사이에 천을 끼움으로써 공기-분산판을 설치하였다. 분말을 분리 탱크에 높이 40 cm로 충전하고 송풍기를 통해 공기를 공급함으로써 유동화시키고, 모터 밸브의 개폐에 의해 공탑 속도를 미세하게 조정하였다. 대형의 탱크 (가로 60 cm ×깊이 45 cm ×분말 높이 40 cm)를 분리 탱크로 이용하였기 때문에, 기체-분산판 아래의 공기실을 6 부분으로 나누었으며, 장치의 대형화에 따라 단면적도 증가되었으므로 각 부분에서 양호한 정밀도로 공탑 속도를 제어하였다.

도 4에서, (4)는 분리 탱크, (15)는 기체, (16)은 오리피스 유량계, (17)는 압력 센서, (18)은 데이타 로거, (19)는 퍼스널 컴퓨터, (20)은 송풍기, (21)은 모터 밸브 및 (22)는 전기 신호이다.

오리피스 유량계 (16)의 압력, 및 유동층 바닥부와 대기간의 압력차를 압력 센서 (17)에 의해 전압값으로 판독하고, 미리 얻어진 전압-공탑 속도 및 전압-압력 손실의 관계식을 이용하여 공탑 속도 u₀및 압력 손실 ΔP를 구하였다. 본 명세서에 사용한 "압력 손실 ΔP"란 용어는 기체가 분말을 유동화시킬 때에 기체가 분말로부터 받는 압력을 의미한다. 예를 들어, 기체를 바닥으로부터 공급하는 경우, 분말의 중량에 상응하는 압력이 기체에 인가되는데, 이것을 압력 손실 ΔP라 한다. 공탑 속도가 특정값을 초과하면 분말의 유동이 시작되고 압력 손실이 일정해진다. 다시 말해서, 압력 손실이 일정할 경우에는 분말의 유동화 상태를 나타낸다.

u₀를 점차적으로 감소시키는 과정에서, ΔP를 측정하고, ΔP가 일정한 값으로부터 감소하기 시작할 때의 u_O값을 최소 유동화 속도 u_mf로 하였다.

실제로, 탱크내의 다양한 부피 용적률 V_S.S로 혼합된 철구 (S.S.)와 유리 비드 (G.B.)의 2종의 분말을 높이 약 40 cm로 충전하고 유동화시켜 공탑 속도 u_O와 최소 유동화 속도 u_mf와의 관계, u_O/u_mf가 1.7이 되도록 함으로써 시험을 수행하였다. 또한, 통기성을 0.3 (cm³/s)/cm²로 설정하였다. 또한, 최소 유동화 속도를 2 성분 분말이 완전히 혼합되는 u_O값으로부터 편석이 야기되지 않도록 u_O를 감소시키는 과정에서 얻어진 공탑 속도-압력 손실의 관계에 의해 계산하였다. 사용한 분말의 특성을 하기 표 1에 표시하였다.

분말	크기 (㎛)	실제 밀도(kg/m3)	겉보기 밀도(kg/m3)
철구	45-106	7600	4300
유리 비드	180-250	2500	1500

도 5에 실험 결과를 표시한다. 도 5는 탱크내에서 낮은 통기성 (0.3 (cm³/s)/cm²)을 갖는 기체-분산판에서 각 밀도의 구의 부양-침강 상태를 표시한다. 철구의 양이 적은 경우 (0.35)는 가벼운 구가 침강되었고, 철구의 양이 많은 경우 (0.45)는 무거운 구가 침강되었다. 부양-침강 경계에서 구의 밀도가 유동층의 겉보기 밀도를 나타내기 때문에, 유리 비드 보다 무거운 밀도를 갖는 철구의 비율이 커짐에 따라 겉보기 밀도가 증가하였다. 분말들의 혼합 비율에 관하여, V_S.S.= 0.35는 S.S. : G.B. = 35 : 6이고, V_S.S.= 0.40는 S.S. : G.B. = 40 : 60이고, V_S.S.= 0.45는 S.S. : G.B. = 45.55임을 표시한다.

도 5의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 겉보기 밀도는 혼합된 분말내의 무거운 분말의 비율이 증가할수록 증가하였다.

<실시예 2>

다음으로, 분리 대상물로 광석, 특히 규석 및 납석을 이용한 분리 시험을 실시예 1과 동일한 시스템을 사용하여 수행하였다. 규석은 2300 내지 2550 kg/m³에 피크를 갖는 반면, 납석은 2650 내지 2750 kg/m³의 좁은 범위에 분포하고 2700 kg/m³에 피크를 갖는다. 이들은 10 내지 50 mm 범위내에서 동등한 부피 직경을 갖고, 여기서 규석은 30.5 ± 8.6 mm, 납석은 30.3 ± 8.1 mm 이었다.

도 6은 다양한 조건하에서 규석 및 납석의 층내에서의 부양-침강을 표시한다. 도 6a는 조건이 통기성 = 8.13 (cm³/s)/cm², V_S.S.= 0.40인 경우이고, 도 6b는 조건이 통기성 = 0.30 (cm³/s)/cm², V_S.S.= 0.35인 경우이고, 도 6c는 조건이 통기성 = 0.30 (cm³/s)/cm², V_S.S.= 0.40인 경우이고, 도 6d는 조건이 통기성 = 0.30 (cm³/s)/cm², V_S.S.= 0.45인 경우이다.

실험에 사용한 광석으로, 특정 평균 밀도를 갖는 스톤을 규석 및 납석으로부터 각각 꺼내었다. 상기 스톤을 탱크내 6개의 기체실에 각각 충전하고, 충전 1분 후 탱크의 높이를 측정하였고, 이러한 공정을 10 회 반복하였다. 이렇게 얻어진 결과로부터 각 높이에 존재하는 스톤 개수의 비율을 플로팅하였다. 통기성이 높은 기체-분산판의 경우, 두 가지의 광석이 각 높이에 대략 동등한 비율로 존재하여 안정한 부양-침강이 얻어지지 않았다. 한편, V_S.S.= 0.35의 경우에는 유동층의 겉보기 밀도가 지나치게 작기 때문에 광석이 둘 다 침강되는 반면, V_S.S.= 0.45의 경우에는 겉보기 밀도가 지나치게 크기 때문에 광석이 둘 다 부양되었다. V_S.S.= 0.40의 경우에는, 규석이 부양되고 납석이 침강되기 때문에 광석이 실질적으로 완전히 분리되었다.

상기 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 통기성이 8.13 (cm³/s)/cm²에 비해 낮은 경우, 부양-침강이 상당히 안정하며 더욱 정확하게 분리할 수 있었다.

<실시예 3>

다음으로, 연속적으로 불순물을 제거하면서 목적 성분의 분리를 시도하였다. 내부 직경 25.4 cm, 높이 52 cm 및 두께 0.5 cm의 아크릴 실린더를 분리 탱크로 제조하였다. 탱크 바닥에 구멍 직경 0.2 cm, 피치 0.3 cm, 개공률 40.3%의 다공성 스테인레스 스틸판 2개 사이에 천을 끼움으로써 공기-분산판을 설치하였다. 통기성을 0.3 (cm³/s)/cm²로 조절하고 분말을 탱크에 높이 10 cm로 충전한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 시험을 수행하였다.

분리 대상물로는 규석 및 납석을 사용하였다. 불순물로는 목편, 석탄, 엔지니어링 플라스틱 및 고철을 사용하였다.

분말로 유리 비드 (입경: 180 - 250 ㎛) 및 철구 (입경: 45 - 106 ㎛)을 사용하였다.

우선, 유리 비드만을 높이 10 cm로 충전하여 u_O/u_mf= 1.1, 1.5 및 2.0의 세가지 조건하에서 유동화시켰다. 실험 공정 및 결과를 하기와 같았다. 유리 비드만의 경우에, 6 종류의 분리 대상물을 하나씩 탱크에 충전하고, 모든 각 상태를 충전시킨지 1 분 후 탱크내의 높이를 측정하였다.

결과를 도 7에 표시한다. 도 7에 도시한 바와 같이, u₀/u_mf= 1.1 및 1.5에서는 목편, 석탄 및 엔지니어링 플라스틱 등은 부양되었고, 나머지의 것들은 침강되었다. u₀/u_mf= 2.0에서는, 송풍 속도의 증가에 따라 유동층의 겉보기 밀도가 작아지기 때문에 엔지니어링 플라스틱도 침강되었다. 이러한 결과로부터, u_O/u_mf= 1.1 및 1.5의 경우에는, 6종의 대상물로부터 목편, 석탄 및 엔지니어링 플라스틱을 분리할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

실제로, 도 2의 분리 장치를 이용하여 목편, 석탄 및 엔지니어링 플라스틱과 같은 불순물을 u₀/u_mf값을 변화시킴으로써 연속적으로 분리하고 제거하였다. 또한, 규석, 납석 및 고철을 침강물로서 도 2에 도시된 분리 장치를 이용하여 일단 분리 탱크로부터 제거하였다.

다음으로, 철구만을 10 cm 높이로 탱크에 충전하고 u_O/u_mf= 1.1, 1.5 및 2.0의 세가지 조건하에서 유동화시킴으로써, 또다른 불순물인 고철의 제거를 시도하였다.

침강된 규석, 납석 및 고철을 유동층내에 충전시키고, 모든 각 상태를 충전시킨지 1 분 후 층내에서의 높이를 측정하였다.

결과를 도 8에 표시한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 어떠한 u_O/u_mf에서도 고철만이 침강되었다. 침강된 고철을 분리 장치에 의해 분리하고 회수하였다. 부양된 규석 및 납석을 또한 동일한 방법으로 회수하여, 다음 분리 탱크로 유도하였다.

최종적으로, 규석과 납석의 분리를 시도하였다. 유리 비드 및 철구의 혼합 분말을 사용하여 부양된 규석과 납석을 유동층에 충전하고, 하기 언급된 각 상태를 충전시킨지 1분 후의 층내에서의 높이를 측정하였다. 구체적으로, 유리 비드 및철구를 60:40의 부피 비로 혼합하고 높이가 10 cm가 되도록 충전한 후, u_O/u_mf= 1.1, 2.0 및 3.0의 세가지 조건하에서 유동화시켰다.

결과를 도 9에 표시한다. 도 9에 도시한 바와 같이, u_O/u_mf= 3.0의 경우에는 규석이 부양되고 납석이 침강되었다. 한편, 다른 u_O/u_mf값하에서는 동일한 결과가 얻어지지 않는 이유는, u_O/u_mf가 작은 경우 유리 비드가 철구와 잘 혼합되지 않거나 유동화가 너무 적다는 사실에 의한 것이라 생각된다.

각각 도 2에 도시된 장치를 사용하여 상기 기재된 것과 동일한 방법으로 부양된 규석 및 침강된 납석을 회수하였다.

상기 언급한 3종의 유동층을 연속적으로 사용함으로써 6종의 대상물로부터 목편, 석탄, 엔지니어링 플라스틱 및 고철과 같은 불순물을 제거한 후, 규석 및 납석을 분리할 수 있다.

본 발명은 장치 비용이 저렴하고, 효율이 높고, 폐액 처리 또는 분리 후의 건조 공정이 불필요하며, 환경에의 영향도 거의 없는 유리한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명은 건식 분리이기 때문에 수자원이 적은 지역에서도 이용가능하다.

본 발명에 따른 장치에서, 회전자를 분리 탱크내에서 회전시킴으로써 침강된 분말을 배출하여, 간단한 메커니즘에 의해 연속 분리 선별을 자동적으로 수행할 수 있다.

Claims (15)

1. 분리 대상물을 분말을 유동화시키는 기체-고체 유동층에 충전시키고, 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도를 이용하여 분리 대상물을 각 성분으로 연속적으로 분리하는 것을 포함하는, 건식 분리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연속 분리를 겉보기 밀도를 변화시킴으로써 수행하는 건식 분리 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말의 유동화를 기체-고체 유동층의 하부로 송풍함으로써 수행하는 건식 분리 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 송풍을 통기성이 5.0 (cm³/s)/cm²이하인 조건하에서 수행하는 건식 분리 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 송풍을 u_O/u_mf(여기서, u_O는 공탑 속도이고 u_mf는 분말의 최소 유동화 공탑 속도임)비가 1 내지 4인 범위에서 수행하는 건식 분리 방법.
6. 제5항에 있어서, 다수개의 분말을 유동화시키는 경우 상기 송풍을 다수개의 분말이 균일하게 혼합되도록 하는 u_O/u_mf비의 값 하에서 수행하는 건식 분리 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기체-고체 유동층의 겉보기 밀도를 분리 대상물내 성분들의 최대 밀도와 최소 밀도 사이에 설정하는 건식 분리 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말이 유니비드^(R), 유리 비드, 지르콘샌드, 폴리스티렌 입자, 철구 및 이들과 거의 동등한 밀도를 갖는 분말로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 건식 분리 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 대상물이 광석이며 불순물(들)을 포함하는 건식 분리 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 광석이 규석 및 납석인 건식 분리 방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분말의 평균 입경이 100 내지 500 ㎛인 것인 건식 분리 방법.
12. 내부에 분말을 유동화시키는 기체-고체 유동층을 포함하며 바닥면에 다공성분산판(들)이 있는 분리 탱크, 및 상기 기체-고체 유동층내에 적어도 일부가 들어가는 다수개의 운반 수단을 포함하는, 건식 분리 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 다수개의 운반 수단 중 적어도 1개가 기체-고체 유동층에 침강된 침강물을 운반하여 이들을 분리 탱크 밖으로 배출하는 것인 건식 분리 장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 다수개의 운반 수단 중 적어도 1개가 기체-고체 유동층에 부양된 부양물을 운반하여 이들을 분리 탱크 밖으로 배출하는 것인 건식 분리 장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 운반 수단이 경사지게 배치된 회전가능한 수집 수단인 것인 건식 분리 장치.