KR20090049702A - 철광석 선광장치 및 이를 이용한 철광석의 선광방법 - Google Patents

철광석 선광장치 및 이를 이용한 철광석의 선광방법 Download PDF

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KR20090049702A
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Abstract

본 발명은 우수한 품위의 철광석 정광을 생산하기 위한 선광장치 및 이를 이용한 선광방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 경제적인 철광석 정광을 생산하는 철광석 선광장치 및 이를 이용한 철광석 선광방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명의 목적은 철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 교반하는 교반기 및 교반 후 침전되지 않는 미세한 상기 철광석입자를 자력으로 침전시키기 위한 자석부를 포함하여 이루어지며, 상기 혼합광물입자로부터 상기 철광석입자를 침전분리시키기 위한 자성분리기; 자기장을 형성하여 상기 자성분리기에 의해 침전된 상기 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리하기 위한 습식자력선별기; 및 상기 비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물과 함께 교반하여 상기 철광석로부터 불소를 분리시키기 위한 교반분리기를 포함하는 철광석 선광장치를 통해서 달성된다.
철광석, 정광, 선광장치, 비자성불순물, 습식자력선별기

Description

철광석 선광장치 및 이를 이용한 철광석의 선광방법{Apparatus for iron ore dressing and iron ore dressing method using it}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 철광석 선광장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자성분리기의 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 교반 후 용기의 바닥에 철광석입자가 침전되어 있는 자성분리기의 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 철광석입자의 입도크기와 철광석입자의 품위 및 회수율의 관계를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자장의 세기와 철광석입자의 품위 및 회수율의 관계를 나타내는 그래프,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 Na2SiO3의 첨가량과 철광석입자의 품위 및 회수율의 관계를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 Na2SiO3의 첨가량과 철광석입자에 존재하는 불소 함량의 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 철광석 현탁액의 농도와 철광석입자의 품위 및 회수율의 관계를 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 철광석 현탁액의 농도와 철광석입자에 존재하는 불소 함량의 관계를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 교반분리기의 교반횟수와 철광석입자에 존재하는 불소 함량의 관계를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 자성분리기 120 : 습식자력선별기
130 : 교반분리기 200 : 현탁액
210 : 용기 220 : 교반기
230 : 자석부 310 : 철광석입자
320 : 혼합광물입자
본 발명은 철광석 정광을 생산하기 위한 선광장치 및 이를 이용한 선광방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성분리기를 이용하여 혼합광물입자로부터 철광석입자를 침전분리시키는 제1분리단계, 습식자력선별기를 이용하여 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리시키는 제2분리단계 및 교반분리기를 이용하여 철광석입 자로부터 불소를 분리시키는 제3분리단계를 포함하는 철광석의 선광방법 및 이를 수행하는 선광장치에 관한 것이다.
금속광물 중 가장 많이 사용되고 있는 철은 전성 및 연성이 좋고 상온에서 안정하여, 합금에 의한 특수금속의 개발이 이루어짐에 따라 매년 사용량이 10% 이상 증가하고 있다. 철은 제철, 제강원료로 널리 사용되는 금속으로 산소, 규소, 알루미늄 다음인 4번째로 4% 이상 지각에 분포되어 있지만, 상대적으로 가격이 낮고 높은 품위의 철광석이 많지 않아, 안정적인 원료확보를 위해서는 새로운 선별기술 개발이 요구된다. 특히, 제철, 제강원료의 사용 시 제품에 큰 문제를 일으키는 황, 인 그리고 불소와 같은 원소들은 엄격하게 규제되고 있어 이들을 제거하기 위한 새로운 고도선별기술이 필요하다.
세계 철광석 가채 매장량은 약 160,000백만 그리고 예상 매장량은 약 370,000백만 톤으로 추정되고 있지만, 대부분 우크라이나, 러시아, 브라질, 중국, 호주 등에 편중되어 있다. 이를 더욱 자세히 살피고자, 2006년 철광석 생산추이에 대한 보고에 의하면, 세계 철강생산은 중국이 연간 4억 2천만 톤으로 전 세계 생산량의 27%로 가장 많고 브라질, 호주, 인도, 러시아, 우크라이나 그리고 미국 순으로 생산하고 있다. 지금까지 중국의 경우 많은 양의 철광석을 다른 나라로 수출하였으나, 빠른 경제성장과 제강산업의 발달로 자국의 생산 철광석이 부족한 실정에 놓여, 세계 철광석 시장을 혼란스럽게 만들고 있다.
우리나라는 철광석 매장량의 70% 정도가 강원도 홍천 자은철광에 매장되어 있는 것으로 보고되어, 한때 이 지역의 철광석을 개발하기 위해 정부차원에서 철도 건설 등 타당성 검토를 하였지만, 원광의 품위가 낮아 경제성이 결여되어 개발이 이루어 지지 못하고 있다. 우리나라의 연간 철 수요량이 2005년 기준 54백만 톤이지만 이중 99% 이상을 수입에 의존하고 있어, 안정적인 원료확보가 이루어지지 않아 관련 산업의 보호가 미흡한 실정이다. 특히, 중국에서 수입하는 철광석의 경우, 원광의 품위가 30% 내외로 낮아 채굴된 상태에서는 바로 제철소 제강원료로의 공급이 불가능하다. 따라서 현재 제강원료로 공급할 수 있는 Fe 함량 62% 이상인 철광석 정광을 생산할 수 있는 저비용이며, 고도의 선광기술 개발이 필요하다. 일례로 철광석 정광을 생산할 때, 사용되는 물의 양을 줄이면 철광석의 단가를 큰 폭으로 절감될 수 있을 것이다.
또한, 우리나라는 세계 3위 조강능력을 보유하고 있음에도 국내 철광원료의 자급률은 2%에도 미치지 않아, 원료의 안정적 확보와 수입 원료의 가격 급등 대비 그리고 가격의 조절능력을 갖기 위해서는 국내외 부존 철광석을 안정적으로 확보할 수 있는 활용기술 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기 제반의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 품위의 철광석 정광을 생산하기 위한 선광장치 및 이를 이용한 선광방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 경제적인 철광석 정광을 생산하는 철광석 선광장치 및 이를 이용한 철광석 선광방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 교반하는 교반기 및 교반 후 침전되지 않는 미세한 상기 철광석입자를 자력으로 침전시키기 위한 자석부를 포함하여 이루어지며, 상기 혼합광물입자로부터 상기 철광석입자를 침전분리시키기 위한 자성분리기; 자기장을 형성하여 상기 자성분리기에 의해 침전된 상기 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리하기 위한 습식자력선별기; 및 상기 비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물과 함께 교반하여 상기 철광석로부터 불소를 분리시키기 위한 교반분리기를 포함하는 철광석 선광장치를 통해서 달성된다.
또한, 본 발명의 목적은 철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 교반한 후, 자력을 이용하여 상기 혼합광물입자로부터 상기 철광석입자를 침전분리시키는 제1분리단계; 침전분리된 상기 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리하는 제2분리단계; 및 비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물을 함께 교반하여 상기 철광석입자로부터 불소를 분리시키는 제3분리단계를 포함하는 철광석의 선광방법에 의해서 달성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 철광석 선광장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 철광석 정광을 생산하기 위한 선광장치는 자성분리기(110), 습식자력선별기(120) 및 교반분리기(130)를 포함하여 이루어지며, 철광석 정광을 생산하기 위해 도 1에 도시된 구성도에 따라 자성분리기(110), 습식자력선별기(120) 및 교반분리기(130)를 순서대로 이용하여 철광석 선광과정이 이루어진다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 자성분리기(110)는 습식자력선별기(120)를 이용하여 철광석입자(310)로부터 불순물을 분리처리하기 전에, 혼합광물입자(320)로부터 철광석입자(310)를 1차적으로 분리하기 위한 전처리의 목적으로 사용된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자성분리기(110)의 개략도를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자성분리기(110)는 철광석입자(310)와 혼합광물입자(320) 및 물이 혼합되어 이루어진 현탁액(200)이 담겨져 있는 용기(210), 철광석입자(310)와 혼합광물입자(320) 및 물이 혼합되어 이루어진 현탁액(200)을 교반하기 위한 교반기(220) 및 교반한 후 침전되지 않는 미세한 철 광석입자(310)를 자력으로 침전시키기 위한 자석부(230)를 포함하여 이루어진다.
도 3은 자성분리기(110)에 의해 혼합광물입자(320)로부터 침전분리된 철광석입자(310)를 개략적으로 나타낸 것이다. 일반적으로 자석부(230)는 철광석입자(310)가 침전되는 방향으로 철광석입자(310)에 끌힘(인력)을 가할 수 있는 위치에 구비됨이 바람직한데, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자석부(230)는 비교적 조대하여 용기(210)의 바닥으로 침전되는 철광석입자(310) 및 비교적 미세하여 침전되지 못한 철광석입자(310)에 끌힘을 가하기 위해 용기(210) 바닥의 외부표면에 접하는 위치에 구비된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 혼합광물입자(320)는 비자성 맥석광물일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 혼합광물입자(320)로부터 철광석입자(310)를 1차적으로 분리하는 과정을 실시함으로써, 습식자력선별기(120)를 사용하는 과정에서 물의 사용량을 절감할 수 있으며, 이를 통해 경제적인 철광석 정광을 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 자성분리기(110)에 의해 침전분리된 철광석입자(310)는 회수되며, 습식자력선별기(120)를 통해 회수된 철광석입자(310)로부터 비자성불순물을 분리한다.
이때, 본 발명에 실시예에 따르면, 습식자력선별기(120)에 투입되는 철광석입자(310)의 입도크기는 100mesh 내지 200mesh임이 바람직한데, 그 이유는 철광석입자(310)의 입도크기가 100mesh를 초과하게 되면, 단체분리도가 낮아 습식자력선 별기(120)의 자기장에 작용하는 힘이 약해져서 철광석입자(310)가 비자성불순물과 함께 처리되어 습식자력선별기(120) 처리 후 회수되는 철광석입자(310)의 품위가 낮아지는 문제점이 발생하기 때문이다. 한편, 철광석입자(310)의 입도크기가 200mesh 미만이 되면, 단체분리도는 증가하나, 자기장 내에서 자화가 쉽지 않아 일부 철광석입자(310)가 회수되지 못하여 회수되는 철광석입자(310)의 회수율이 낮은 문제점이 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 습식자력선별기(120) 처리 후, 회수되는 철광석입자(310)의 품위 및 회수율에 영향을 미치는 철광석입자(310)의 입도크기에 대한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 철광석입자(310)의 입도크기가 100mesh를 초과하게 되면, 회수되는 철광석입자(310)의 품위가 63% 보다 낮아지며, 철광석입자(310)의 입도크기가 200mesh 미만이 되면, 회수되는 철광석입자(310)의 회수율이 62%보다 낮아진다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 습식자력선별기(120)를 이용하여 철광석입자(310)로부터 비자성불순물을 분리할 때, 자기장에 가해지는 자장의 세기는 2000Gauss 이상임이 바람직하지만, 더욱 바람직한 자장의 세기는 2000Gauss 내지 2500Gauss이다. 그 이유는 자장의 세기가 2000Gauss보다 약하게 되면, 철광석입자(310)를 효율적으로 분리할 수 없게 되어 회수되는 철광석입자(310)의 회수율이 감소되기 때문이며, 자장의 세기가 2500Gauss를 초과하게 되면, 자장을 발생하기 위한 전력의 과소비에 의해 비경제적이기 때문이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 습식자력선별기(120) 처리 후, 회수되는 철 광석입자(310)에 영향을 미치는 자기장의 자장 세기에 대한 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 자기장의 자장 세기가 2000Gauss 미만이 되면, 회수되는 철광석입자(310)의 회수율이 62% 보다 낮아진다.
본 발명의 실시예에 따라 습식자력선별기(120)를 이용하여 철광석입자(310)로부터 비자성불순물을 분리한 후, 철광석입자(310)를 회수하고, 교반분리기(130)를 이용하여 회수된 철광석입자(310)로부터 불소(fluorine : F)를 분리한다.
바스트나이트 광물은 불탄산염계로 불소화합물을 포함하고 있어 철광석 내에서 다량 존재하고 있다. 따라서 제철소 원료로 활용하기 위해서는 철광석의 품위향상과 함께 불소를 제거해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따라 교반분리기(130)를 이용하여 철광석입자(310)로부터 불소를 분리시키기 위해서는 우선, 습식자력선별기(120)로 처리된 후 회수된 철광석입자(310)와 물을 1 : 1의 비율로 혼합하여 철광석 현탁액을 제조한다.
본 발명의 실시예에 따라 철광석 현탁액을 교반분리기(130)에 투입하여 교반시키는데, 본 발명에 실시예에 따른 교반분리기(130)의 교반속도는 700rpm이 바람직하다.
이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 철광석 현탁액을 교반할 때, 분산제인 Na2SiO3를 첨가한다.
본 발명의 실시예에 따른 Na2SiO3의 첨가량은 철광석 현탁액 1ton 당 1000g 이상임이 바람직하지만, 더욱 바람직한 Na2SiO3의 첨가량은 철광석 현탁액 1ton 당 1000g 내지 2000g이다. 그 이유는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, Na2SiO3의 첨가량이 1000g 미만이 되면, 철광석 현탁액을 교반한 후 회수되는 철광석입자(310)의 품위 및 회수율은 우수하지만, 불소제거 과정을 수행한 후, 철광석입자(310)에 존재하는 불소의 함량이 0.065% 보다 높아지기 때문이다. 한편, Na2SiO3의 첨가량이 2000g을 초과하게 되면, 철광석 현탁액을 교반한 후 회수되는 철광석입자(310)의 품위 및 회수율은 역시 우수하지만, 1000g을 첨가했을 때와 불소의 제거율이 거의 동일해서 비경제적이기 때문이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 철광석 현탁액의 농도는 45% 내지 60%임이 바람직하다. 그 이유는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 철광석 현탁액의 농도가 45% 미만이 되거나 60%를 초과하게 되면, 철광석 현탁액을 교반한 후 회수되는 철광석입자(310)의 품위 및 회수율은 우수하지만, 불소제거 과정을 수행한 후, 철광석입자(310)에 존재하는 불소의 함량이 0.065% 보다 높아지기 때문이다. 이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 철광석 현탁액의 농도가 45% 미만이 되면 교반 시 철광석입자(310)들 간의 출동횟수 및 충돌에너지가 감소하여 불소근원 광물들이 효율적으로 분리되지 않으며, 철광석 현탁액의 농도가 60%를 초과하게 되면 철광석입자(310)들 간의 완충작용이 이루어져 불소근원 광물들이 분리되지 않는 현상이 발생한다.
이때, 본 발명의 실시예에 따르면, 철광석 현탁액의 농도는 철광석 현탁액을 제조할 때 사용되는 물에 대한 철광석입자의 농도임이 자명하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 철광석 현탁액을 교반할 때, 교반횟수는 4회 내지 6회임이 바람직하다. 왜냐하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 교반횟수가 4회 미만이 되면 불소함량이 0.065% 이상이 되고, 교반횟수가 6회를 초과하게 되면, 교반횟수가 4회일 때와 불소제거 효율이 거의 동일하여 비경제적이기 때문이다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 철광석 선광장치를 이용하면, 품위 63% 이상, 회수율 62% 이상 및 불소함량 0.065% 이하의 우수한 철광석 정광을 생산할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 철광석 정광을 생산하기 위한 선광장치를 이용한 철광석 선광방법을 설명하면 다음과 같다.
우선 철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 제조하여 용기(110)에 담는다.
제조된 현탁액을 교반기로 교반한 후, 혼합광물입자로부터 철광석입자를 침전분리시키되, 미세하여 분리되지 못한 철광석입자는 자석부의 자력을 이용하여 분리시키는 제1분리단계를 실시한다. 이때, 철광석입자의 우수한 품위 및 회수율을 위해, 철광석입자의 입도크기를 최적화한다.
제1분리단계를 수행한 철광석입자를 회수하고, 습식자력선별기를 이용하여 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리시키는 제2분리단계를 실시한다. 이때, 철광석입자의 우수한 품위 및 회수율을 위해, 습식자력선별기에 형성된 자기장의 자장 세기를 최적화한다.
제2분리단계를 수행한 철광석입자를 회수하고, 교반분리기를 이용하여 철광 석입자로부터 불소를 분리시키는 제3분리단계를 실시한다. 이때, 철광석입자에 존재하는 불소의 제거율을 높이고, 최종적으로 회수되는 철광석입자의 우수한 품위를 위해 분산재인 Na2SiO3를 첨가하며, 교반분리기의 교반속도, 교반분리기의 교반횟수, Na2SiO3의 첨가량 및 철광석 현탁액의 농도를 최적화한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 철광석 선광장치 및 선광방법은 자성분리기를 이용한 제1분리단계, 습식자력선별기를 이용한 제2분리단계 및 교반분리기를 이용한 제3분리단계로 이루어짐으로써, 우수한 품위의 철광석 정광을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자성분리기를 이용한 제1분리단계를 수행하여 물의 사용량을 절감함으로써, 경제적인 철광석 정광을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 교반하는 교반기 및 교반 후 침전되지 않는 미세한 상기 철광석입자를 자력으로 침전시키기 위한 자석부를 포함하는 자성분리기;
    자기장을 형성하여 상기 자성분리기에 의해 침전된 상기 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리하기 위한 습식자력선별기; 및
    상기 비자성불순물이 분리된 철광석입자를 물과 함께 교반하여 상기 철광석으로부터 불소를 분리시키기 위한 교반분리기
    를 포함하는 철광석 선광장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자석부는 상기 철광석입자가 침전되는 방향으로 상기 철광석입자에 인력을 작용하는 철광석 선광장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물과 함께 교반할 때, Na2SiO3를 첨가하는 철광석 선광장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 Na2SiO3의 첨가량은 1000g/ton 내지 2000g/ton인 철광석 선광장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    물에 대한 상기 철광석입자의 농도는 45% 내지 60%인 철광석 선광장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 철광석입자의 크기는 100mesh 내지 200mesh인 철광석 선광장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장은 2000Gauss 내지 2500Gauss의 자장세기인 철광석 선광장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 교반분리기는 4회 내지 6회의 교반을 수행하는 철광석 선광장치.
  9. 철광석 정광을 제조하기 위한 선광방법에 있어서,
    철광석입자와 혼합광물입자로 이루어진 현탁액을 교반한 후, 자력을 이용하여 상기 혼합광물입자로부터 상기 철광석입자를 침전분리시키는 제1분리단계;
    침전분리된 상기 철광석입자로부터 비자성불순물을 분리하는 제2분리단계; 및
    비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물과 함께 교반하여 상기 철광석입자로부터 불소를 분리시키는 제3분리단계
    를 포함하는 철광석의 선광방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1분리단계는,
    상기 철광석입자가 침전되는 방향으로 자력이 발생되는 것이 특징인 철광석의 선광방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제2분리단계는,
    습식자력선별기의 자기장을 이용하는 것이 특징인 철광석의 선광방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제3분리단계는,
    비자성불순물이 분리된 상기 철광석입자를 물과 함께 교반할 때, Na2SiO3를 첨가하는 것이 특징인 철광석의 선광방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101445849B1 (ko) * 2014-04-18 2014-09-29 한국광물자원공사 습식 자력 선별장치
CN105032604A (zh) * 2015-08-12 2015-11-11 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 一种利用磁场筛选机制备高纯铁精矿的选矿工艺
CN112892848A (zh) * 2021-01-14 2021-06-04 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种白云鄂博高氟、高磷复杂矿的选矿工艺
CN114798159A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 包头钢铁（集团）有限责任公司 一种矿石选别工艺

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