KR20090132365A - 석회석 미분체 제조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석회석 미분체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 부유선별과정을 거쳐 백색도가 향상된 석회석을 습식분쇄기와 습식 분급기를 이용하여 보다 입도가 작은 석회석 미분체로 제조하기 위한 석회석 미분체 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 석회석 미분체 제조방법은 석회석을 부유선별하는 단계; 상기 석회석을 분말로 형성하는 단계; 상기 분말을 슬러리 탱크에서 슬러리로 형성한 후, 분쇄장치를 이용하여 분쇄물로 형성하는 단계; 및 상기 분쇄물을 분급장치를 이용하여 O/F와 U/F로 분급하는 단계를 포함함에 기술적 특징이 있다.
본 발명의 석회석 미분체 제조장치는 석회석 파쇄물을 슬러리로 형성하여 보관하기 위한 슬러리 탱크; 상기 슬러리 탱크와 연결되어 공급된 상기 석회석 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄장치; 및 상기 분쇄장치에서 분쇄된 석회석 분쇄물을 분급하기 위한 습식 분급장치를 포함함에 기술적 특징이 있다.
석회석, 미분체, 볼밀, 어트리션 밀, 슬러리

Description

석회석 미분체 제조장치 및 방법{Fabricating method for fine limestone powder and apparatus for the same}
본 발명은 석회석 미분체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 부유선별과정을 거쳐 백색도가 향상된 석회석을 습식분쇄기와 습식 분급기를 이용하여 보다 입도가 작은 석회석 미분체로 제조하기 위한 석회석 미분체 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
탄산칼슘은 수분의 함유여부에 따라 크게 습식제품(Slurry) 건식제품(Powder)으로 나누고, 제조 방법에 따라 빌드업 공정(build up process)에 의한 경질탄산칼슘(Precipitated light calcium carbonate)과 브레이트 다운 공정(break down process)에 의한 중질탄산칼슘(Ground limestone)으로 나눈다.
탄산칼슘은 충전제, 증량제, 첨가제, 백색안료, 연마제 및 화학약품 등 그 사용분야가 점차 확대되고 있으며, 그 사용량도 증가추세에 있다. 특히, 산성지(酸性紙) 황변화(黃變化)로 인한 열화(劣化)를 방지하고 지력증강에 의한 내구성이 향 상되는 중성지(中性紙)의 수요가 급격히 증가하고, 중성지 제조용 충전제로는 탄산칼슘이 최적인 것으로 판명됨에 따라, 중성지의 필수 충전제인 고품위의 탄산칼슘은 새로운 수요창출로 인하여 시장규모가 크게 확대되고 있다.
현재까지 알려진 중질탄산칼슘 미분말의 제조는 석회석 원광석을 조크러셔 (Jaw Crusher), 롤크러셔(Roll Crusher), 볼밀(Ball Mill)등을 이용하여 반복적으로 파쇄 및 미분쇄하여 필요한 입경을 가진 탄산칼슘 미분말을 제조하는 방법을 사용한다.
하지만, 이러한 방법으로 평균입경 1.0㎛ 이하의 탄산칼슘을 얻기 위하여 계속적으로 미분쇄할 경우에는 반복적인 미분쇄공정으로 인하여 에너지 효율이 떨어져 에너지 손실이 크다. 또한, 파쇄 및 미분쇄에 사용되는 메디아와 탄산칼슘 분말의 반복적인 충돌에 의하여 백색의 탄산칼슘이 흑화되어 백색도가 저하되는 등의 문제가 있었다.
이러한 건식분쇄의 한계를 극복하기 위하여 습식분쇄에 의한 분쇄방법이 도입되었는데, 평균입경 1.0㎛ 이하의 탄산칼슘 분말은 습식분쇄에 의한 슬러리를 스프레이드라이어(Spray-dryer)를 이용하여 건조하고, 건조된 제품의 엉김을 방지하기 위하여 다시 분쇄 및 분급을 함으로써 탄산칼슘 미분말을 제조하는 방법이 있었지만, 공정이 복잡하고 스프레이드라이어의 사용에 의한 생산원가가 높다는 문제점 이 있었다.
대한민국등록 특허 제128,061호의 '건식분쇄/습식분쇄 탄산칼슘 충전제 조성물'에서는 파쇄된 탄산칼슘을 조크러싱하고 해머밀링한 후, 최종적으로 해머분쇄한 것을 휘저(wizzer)를 함유하는 레이먼드롤러밀로 밀링하여 건식분쇄 탄산칼슘을 형성한다. 그리고, 석회석을 조크러셔에서 파쇄하고 습식 사이클론에 통과시킨 후, 습식 원심분리기에 의해 선별된 미세한 입자의 현탁액을 농축하여 습식분쇄탄산칼슘을 제조함으로써, 상기 건식분쇄에 의한 탄산칼슘과 습식분쇄에 의한 탄산칼슘이 혼합된 혼합물로 이루어지는 미세분할 탄산칼슘에 관한 것이 있었으나, 제조공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 부유선별 공정을 거쳐 백색도가 향상된 석회석 분말을 용액 상태의 슬러리로 형성한 후, 습식상태에서 볼밀과 습식분급장치를 이용하여 석회석의 흑화현상 및 엉김을 방지하면서 입도를 자유롭게 조절할 수 있는 석회석 미분체를 얻을 수 있는 석회석 미분체 제조 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 석회석을 분말로 형성하는 단계; 분말을 부유선별하는 단계; 상기 분말을 슬러리 탱크에서 슬러리로 형성한 후, 분쇄장치를 이용하여 분쇄물로 형성하는 단계; 및 상기 분쇄물을 로터가 장착된 분급장치를 이용하여 O/F와 U/F로 분급하는 단계를 포함하는 석회석 미분체 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 석회석을 부유선별하는 단계는 석회석 원광을 1차 파쇄하여 파쇄물로 형성하는 단계; 상기 파쇄물을 2차 파쇄하여 분말시료로 형성하는 단계; 상기 분말시료를 용액에 현탁시켜 광액을 형성하고 마광하는 단계; 및 상기 광액에 기포제와 포집제를 주입한 후 부유선별하는 단계로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 석회석을 분말로 형성하는 단계는, 볼 밀 또는 롯드 밀을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 슬러리는 상기 석회석 분말과 물을 혼합하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 슬러리를 분쇄물로 형성하는 단계는, 어트리션 밀을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 U/F로 분급된 상기 분쇄물은 상기 슬러리 탱크로 보내는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 석회석 파쇄물을 슬러리로 형성하여 보관하기 위한 슬러리 탱크; 상기 슬러리 탱크와 연결되어 공급된 상기 석회석 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄장치; 및 상기 분쇄장치에서 분쇄된 석회석 분쇄물을 분급하기 위한 로터가 장착된 분급장치를 포함하는 석회석 미분체 제조장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 분쇄장치는 상기 슬러리를 교반하기 위한 교반기; 및 상기 슬러리를 분쇄하기 위한 복수의 볼로 구성됨이 바람직하다.
또한, 본 발명의 분급기는 로터가 장착된 습식 분급기 또는 원심 분리기를 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 석회석 미분체 제조 장치 및 방법은 부유선별 공정을 거쳐 백색도가 향상된 석회석 분말을 용액 상태의 슬러리로 형성한 후, 습식상태에서 볼밀 또는 어트리션 밀과 같은 분쇄기와 습식분급장치를 이용하여 석회석의 흑화현상 및 엉김을 방지하면서 입도를 자유롭게 조절한 석회석 미분체를 얻을 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 자연 상태에서 채취한 석회석 원광에 포함된 불순물을 제거하고 백색도가 향상된 석회석 분말을 얻기 위하여 석회석 원광을 자연 상태에서 충분히 건조한 후, 죠 크럿셔(Jaw crusher)를 이용하여 1차 파쇄하여 20mm ~ 40mm 입도 크기를 갖는 파쇄물을 형성한다.
다음으로, 콘 크렷셔(Cone crusher)를 1차 파쇄된 파쇄물을 5mm ~ 15mm 이하로 2차 파쇄하여 분말시료로 형성한다. 분말시료에는 황철석, 석영, 백운모 등 불순광물이 상당량 혼입되어 있다.
따라서 준비된 분말시료를 롯드 밀(Rod mill) 또는 자 밀(Jar mill)에 넣고 석회석과 불순광물을 단체분리(liberation)한다. 자 밀에 메디아(로드 또는 볼)을 40 ~ 60% 정도 장입하고, 밀 회전속도를 임계회전수(critical speed)의 60 ~ 80%의 속도하에서 마광한다. 이때, 광액농도(pulp density)는 40 ~ 60% 로 조절한다.
본 발명에 따른 마광시간은 부유선별에 악영향을 미치는 미립자 생성을 최소화하는 등 처리공정의 효율성을 위하여 최대입도 65 mesh ~ 150 mesh 이하로 마광함이 바람직하다.
마광이 완료되면, 광액을 부유선별하여 미립화시 석회석 분말의 백색도를 저하시키는 황철석, 철산화물 및 백운모 등을 제거한다.
황철석을 제거하기 위하여 본 발명에 따른 부유선별은 기포제와 포집제를 광액에 투입한다.
본 발명에 따른 포집제는 치오포스페이트류, 잔세이트류, 디치오포스페이트류 및 디치오포스페이트류와 치노카바메이트류 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
기포제는 파인오일, 메틸이소부틸카비놀 또는 OTX-140를 40g/ton으로 일정하게 첨가하여 5 ~ 15분 동안 조건시간을 부여하고 2 ~ 4분 동안 황철석과 그 산화물을 부유시킨다.
이렇게 부유선별 공정을 거쳐 불순물을 제거한 후, 건조시켜 백색도가 향상된 석회석 정광을 얻는다.
이렇게 형성된 분말은 석회석 미분체 제조장치를 거쳐 석회석 미분체로 형성된다.
도 1은 본 발명에 따른 석회석 미분체 제조장치이다.
앞서 설명한 석회석 분말을 보관하기 위한 석회석 분말 탱크(110)가 있다. 석회석 분말 탱크(110)는 석회석 슬러리 탱크(130)와 연결되어 있으며, 슬러리 탱크(130)로 주입된 석회석 분말은 물과 함께 슬러리(120) 상태로 존재하게 된다. 슬러리 탱크(130)는 석회석 슬러리의 점도를 확인하기 위하여 점도 측정장치(미도시)가 함께 구비되어 있다.
슬러리 탱크(130)에서 점도가 조절된 석회석 슬러리(120)는 분쇄장치(140)로 주입된다.
본 발명에 따른 분쇄장치(140)는 석회석 슬러리(120)에 포함된 석회석 분말을 분쇄하기 위하여 복수의 볼(160)이 장입되어 있다. 볼(160)의 크기는 석회석 분말의 입도의 10 내지 20배를 사용하는 것이 바람직하다. 일예로서, 석회석 분말의 입도가 3㎛이면, 볼(160)의 직경은 3mm 내지 6mm를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 분쇄장치(140)는 교반기(150)를 구비함으로써, 볼(160)의 운동을 유발하여 석회석 슬러리를 지속적으로 분쇄할 수 있도록 한다.
볼(160)에 의한 분쇄과정에서 입도가 작아진 석회석 분쇄물은 비중이 낮아져 분쇄장치(140)의 상단으로 떠오르게 되면, 이를 펌프(미도시)로 흡입한 후, 분급장치(170)로 보내진다.
이 때 분쇄시간의 결정은 석회석 원광의 석회석 입자크기와 같은 결정학적 특성과 석회석 원광 내에 함유되어 있는 불순물의 종류 및 양 등에 따라 결정하게 된다. 도 2는 그 일례로서, 약 5분간 분쇄되어 분급장치에 보내지기 전의 석회석 분쇄물의 입도를 나타낸다.
본 발명에 따른 분급장치(170)는 로터가 장착된 습식 분급기 또는 원심 분리기를 사용할 수 있으며, 분급장치(170)에 의하여 일정 크기 이하의 석회석 미분체(O/F)는 분급되고, 일정 크기 이상의 석회석 미분체(U/F)는 다시 슬러리 탱크(130)로 보내져, 다시 분쇄장치(140)에 의하여 분쇄과정을 거치게 된다.
도 3 내지 도 5는 습식 분급기에 내장되어 있는 직경 50mm인 분급 휠 선속도를 달리하여 분급한 O/F 산물의 입도분포를 각각 나타낸 것이다. 분급 휠의 선속도가 2,500rpm에서 4,500rpm 및 6,500rpm으로 빨라질수록 분급한 O/F 산물의 평균입도(D50)은 3.42에서 2.21 및 1.66으로 작아짐을 알 수 있었다. 또한 각 O/F 산물의 백색도도 95.7, 96.4 및 96.9로 향상됨을 알 수 있다.
펌프에 의하여 분쇄장치(140)에서 분급장치(170)로 이동한 석회석 분쇄물의 양만큼 슬러리 탱크(130)에서 석회석 슬러리(120)가 분쇄장치(140)로 주입된다. 이로써, 연속적으로 분쇄장치(140)와 분급장치(170)에 의하여 석회석 미분체만을 분급하여 모을 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 석회석 미분체 제조장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 어트리션 밀로 5분간 분쇄한 석회석 미분체의 입도분포도.
도 3은 본 발명에 따른 어트리션 밀로 분쇄한 후 2500rpm에서 분급한 O/F 산물의 입도 분포도.
도 4는 본 발명에 따른 어트리션 밀로 분쇄한 후 4500rpm에서 분급한 O/F 산물의 입도 분포도.
도 5는 본 발명에 따라 어트리션 밀로 분쇄한 후 6500rpm에서 분급한 O/F 산물의 입도 분포도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 분말탱크 120: 석회석 슬러리
130: 슬러리 탱크 140: 분쇄장치
150: 교반기 160: 볼
170: 분급장치

Claims (9)

  1. 석회석을 분말로 형성하는 단계;
    분말을 부유선별하는 단계;
    상기 분말을 슬러리 탱크에서 슬러리로 형성한 후, 분쇄장치를 이용하여 분쇄물로 형성하는 단계; 및
    상기 분쇄물을 분급장치를 이용하여 O/F와 U/F로 분급하는 단계
    를 포함하는 석회석 미분체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 석회석을 부유선별하는 단계는,
    석회석 원광을 1차 파쇄하여 파쇄물로 형성하는 단계;
    상기 파쇄물을 2차 파쇄하여 분말시료로 형성하는 단계;
    상기 분말시료를 용액에 현탁시켜 광액을 형성하고 마광하는 단계; 및
    상기 광액에 기포제와 포집제를 주입한 후 부유선별하는 단계
    를 포함하는 석회석 미분체 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 석회석을 분말로 형성하는 단계는,
    롯드 밀 또는 볼밀 이용하는 석회석 미분체 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리는 상기 석회석 분말과 물을 혼합하여 형성하는 석회석 미분체 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄물을 형성하는 단계는 볼밀 또는 어트리션 밀을 이용하는 석회석 미분체 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 U/F로 분급된 상기 분쇄물은 상기 슬러리 탱크로 보내는 단계를 포함하는 석회석 미분체 제조방법.
  7. 석회석 파쇄물을 슬러리로 형성하여 보관하기 위한 슬러리 탱크;
    상기 슬러리 탱크와 연결되어 공급된 상기 석회석 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄장치; 및
    상기 분쇄장치에서 분쇄된 석회석 분쇄물을 분급하기 위한 분급장치
    를 포함하는 석회석 미분체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 분쇄장치는,
    상기 슬러리를 교반하기 위한 교반기; 및
    상기 슬러리를 분쇄하기 위한 복수의 볼
    을 포함하는 석회석 미분체 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 분급기는 습식 분급기 또는 원심 분리기를 이용하는 석회석 미분체 제조장치.
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