KR20110098836A - Ｘ선 분급에 의하여 탄산칼슘 함유 암석으로부터 광물 불순물을 분리하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄산칼슘 함유 암석을 1 mm 내지 250 mm 범위의 입도로 분쇄하고, 탄산칼슘 입자를 X선 투과 분급 장치에 의하여 분리하는 것에 의하여 탄산칼슘 함유 압석으로부터 광물 불순물을 분리하는 방법에 관한 것이다.

Description

Ｘ선 분급에 의하여 탄산칼슘 함유 암석으로부터 광물 불순물을 분리하는 방법{METHOD FOR SEPARATING MINERAL IMPURITIES FROM CALCIUM CARBONATE-CONTAINING ROCKS BY X-RAY SORTING}
본 발명은 석회석, 백악 및 대리석과 같은 퇴적암 및 변성암 기원의 탄산칼슘 암석으로부터 함유되어 있는 광물 불순물을 분리하는 방법에 관한 것이다.
천연 탄산염은 많은 용도로 인하여 세계 경제에서 상당한 중요성을 차지한다. 종이 및 페인트 산업에서의 탄산칼슘과 같은 상이한 이용에 따라, 최종 생성물은 부합하기 어려운 까다로운 품질 조건을 가진다.
따라서, 탄산칼슘 함유 암석 내의 산포, 단괴, 층으로서 또는 부수적 암석으로서, 통상적으로 가변적인 양의 백운석 및 실리카 함유 암석 또는 광물, 예컨대 플린트 또는 석영 형태의 실리카, 장석류, 각섬암, 점판암 및 페그마타이트와 같은 광물 불순물을 분급 및 분리하기 위한 효율적인, 이상적으로는 자동화된 기술이 요구된다.
물질 혼합물을 자동적으로 분급하는 효율적인 공정을 갖는 것이 광산 산업 또는 폐기물 산업과 같은 다수의 분야에서의 목표이다.
여기서서 자동 입자 분급은 카메라, X선 센서 및 검출 코일과 같은 전자식 센서에 의하여 측정되는 검출 입자 특성에 기초하여 입자의 벌크 흐름을 분리하는 것을 의미한다.
적당한 기술은 입자의 특성에 따라 선택된다. 따라서, 다수의 상이한 분급 기술이 존재하지만, 이들 기술은 대부분 특정 입자 특성에 따라 매우 한정된 적용 가능성을 가진다. 예컨대, 광학적 분급은 입자의 충분한 색 대비를 요하므로, 입자의 상대 밀도차가 충분할 때만 밀도 분리가 가능한데, 선택적 채굴은 시간 및 비용 면에서 대부분 비효율적이다. 분급하고자 하는 입자가 자동화할 수 있는 신뢰할만한 특성을 갖지 않는 경우, 수동적 분급을 적용하여야 한다.
특히, 광산 분야에서, 조대한 덩어리 크기 물질용의 고처리량 자동 분급기를 이용할 수 있으면 채굴 및 밀링 둘다의 전체 효율이 개선된다.
예비 농축을 위한 자동 암석 분급을 이용함으로써, 평균 등급이 낮지만 지역, 지대 또는 광맥의 등급이 높은 불균일한 광석 퇴적물을 채굴할 수 있다. 분쇄 전에 광석 파편을 예비 분급함으로써, 전체 밀링 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.
광물 처리 용도로 사용되는 광학 분급기는 하나 이상의 컬러 라인 스캔 카메라의 이용 및 특별히 디자인된 광원으로부터 조사하는 것에 의존한다. 카메라에 의하여, 형상, 면적, 강도, 색, 균일성 등을 포함하는 다수의 구분되는 특성들이 검출될 수 있다. 일반적인 용도는 다양한 비금속 및 귀금속 광석, 석회석 및 보석과 같은 공업용 광물과 관련된다.
광학 분급기는 흔히 탄산칼슘 암석의 분급에 사용된다. 그러나, 언급한 바와 같이, 색 대비가 충분히 높지 않으면, 분리가 어려워진다. 예컨대, 플린트는 회색, 갈색 또는 흑색일 수 있으나 일부 채석장에서는 백악 자체와 같은 백색일 수 있어 광학 분급기가 이것을 백악으로부터 제거할 수 없다. 또한, 색 대비가 충분한 경우에도, 색 대비 및 색 안정성을 증대시키기 위하여 암석 표면을 종종 습윤시키고 세정해 주어야 한다. 그러나, 예컨대 매우 연성이고 다공성인 백악의 경우, 세정 또는 심지어 습윤이 불가능하다.
따라서, 탄산칼슘 함유 암석으로부터 광물 불순물을 분리하기 위하여 주로 색 대비에 기초하는 통상의 기술과는 다른 분급 기술을 제공하여야 필요가 있다.
X선 분급기는 분진, 수분 및 표면 오염에 대하여 민감하지 않으며, 직접 암석 파편의 평균 원자수의 차이에 기초하여 분급이 이루어진다. 시각적, 전기적 또는 자기적 차이가 없을지라도, X선 분급을 이용하여 많은 물질을 농축시킬 수 있다.
그러나, X선 분급기는 지금까지 스크랩 금속, 빌딩 폐기물, 플라스틱, 석탄 및 금속 함유 암석 및 광물의 분급에 사용되었으나 대부분 불순물 및 탄산칼슘 사이의 평균 원자 밀도차가 낮으므로 탄산칼슘 암석으로부터 광물 분순물을 제거하는 데는 사용되지 않았다.
예컨대, WO 2005/065848 A1호는 X선 공급원 및 콘베이어 벨트 하류의 하강 섹션에 위치되는 블로우-아웃 노즐이 제공된 블로우-아웃 장치, 컴퓨터로 제어되는 평가 수단 및 1 이상의 센서 수단에 의하여 벌크 물질을 분리 또는 분급하는 장치 및 방법에 관한 것이다. WO 2005/065848 Al호에 언급된 벌크 물질은 분리하고자 하는 광석 및 유리병으로부터의 유리 세라믹 또는 일반적으로 상이한 유리 유형과 같은 폐입자이다.
GB 2,285,506호는 또한 X선 방사를 기초로 물질을 분류하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 상기 방법에서, 입자는 각각의 제1 및 제2 에너지 준위에서 전자기 방사선, 일반적으로 X선으로 조사된다. 각 입자에 의하여 방사선의 약화를 나타내는 제1 및 제2 값이 도출된다. 제3 값은 제1 값과 제2 값의 차 또는 비로서 도출되고, 입자는 제3 값이 특정 물질 입자의 존재를 나타내는지 여부에 따라 분류된다. 상기 방법의 한 적용에서, 이것은 다이아몬드 함유 킴버얼라이트를 다이아몬드를 함유하는 컴버얼라이트 입자로 이루어지는 분획 및 다이아몬드를 함유하지 않는 킴버얼라이트 입자로 이루어지는 분획으로 분리하는 데 사용된다.
US 5 339 962호 및 US 5,738,224호는 상이한 전자기 방사선 흡수 및 투과 특성을 갖는 물질들을 분리하는 방법을 개시한다. 이 방법에 의하여 분리되는 물질은 유리 물질로부터 분리되는 플라스틱 물질, 비금속으로부터 분리되는 금속, 서로 분리되는 상이한 플라스틱들이다. 개시된 방법은 특히 금속, 플라스틱, 직물, 종이 및/또는 2차 물질 재생 산업 및 지방의 토양 폐기물 재생 산업에서 발생하는 기타 이러한 폐기물을 함유하는 혼합물과 같은 상이한 화학 조성의 아이템들을 분리하는 데 효과적이다.
WO 2006/094061 A1호 및 WO 2008/017075 A2호는 광학 분급기, 및 X선 관, 이중 에너지 검출기 어레이, 마이크로프로세서 및 에어 이젝터 어레이를 구비하는 분급기를 포함한 분급 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 X선 감지 영역에서 샘플의 존재를 감지하고 샘플의 확인 및 분급을 개시한다. 샘플의 확인 및 카테고리 분류 후에, 특정된 시간에, 상기 장치는 특정 장소에 위치된 에어 이젝터 어레이를 활성화시켜 샘플을 적절한 수집통에 넣는다. 이 장치에 의하여 분급되는 물질은 철, 구리, 아연 및 이들의 합금과 같은 무거운 중량의 금속으로부터 알루미늄 및 이의 합금과 같은 가벼운 중량의 금속이다.
EP 0 064 810 A1호는 분급될 광석이 원자 방사선의 흡수에 따른 분급을 위해 선택되는 광석 분급 장치를 개시한다. 광석 입자는 콘베이어 벨트 상에 지지되면서 X선 관 아래를 통과한다. 광석 입자를 통과하는 X선은 형광 스크린에 부딪힌다. 스크린 상에 형성되는 화상을 스캔 카메라로 스캔하여 광석 입자에 의하여 흡수된 방사선량에 따라 분급 제어 신호를 제공한다. 특히 조사되는 광석은 공지된 검출 기술을 이용하여 분리하는 것이 특히 곤란하다고 입증되었으나 특정 환경 하에서 X선 흡수의 측정에 의한 분급에 특히 민감한 텅스텐 광석이다.
RU 2 131 780호는 광석을 파쇄하고, 이것을 크기에 따른 분획으로 분리하고, 미세 분획은 자기 분리하고, 조대 분획은 X선/방사 분리하는 것을 포함하는 망간 광석의 선광 및 분급에 관한 것이다. 망간 함량이 2% 미만인 광석은 버리고 2% 초과의 망간을 함유하는 광석은 X선/발광 분리로 처리하여 광석으로부터 망간 농축물을 얻는 단순화된 기술 공정을 제공한다.
따라서, 한 물질을 다른 물질로부터 분리하는 다양한 가능성이 존재한다. 그러나, 현 기술은 분급할 물질의 밀도 및 색과 같은 특성이 충분히 상이할 것을 요하는데 이것이 탄산칼슘 함유 암석 중에 함유된 많은 불순물에 대해서는 문제이므로 지금까지 탄산칼슘 함유 암석 중의 탄산칼슘으로부터 광물 불순물을 분급 및 분리하기 위한 효율적인 기술이 발견되지 않았다.
그러므로, 탄산칼슘 및 불순물 사이의 뚜렷한 색 대비가 없어도 암석의 나머지 성분들로부터 경성, 연마성 및/또는 착색성 광물 또는 암석을 포함하는 원치 않는 광물 불순물을 분급 및 분리하기 위한 대안적인 기술이 여전히 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 암석에서 색 대비가 낮거나 입자의 표면 성질이 색 대비를 생성 또는 증대시키기에 필요한 컨디셔닝(예컨대, 세정, 습윤)을 허용하지 않는 경우, 석회석, 백악 및 대리석과 같은 퇴적암 및 변성암 기원의 탄산칼슘 함유 암석 중의 탄산칼슘으로부터 원치 않는 광물 불순물을 효율적으로 분리하고 제거하기 위한 대안적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립 청구항에 규정된 바와 같은 방법에 의하여 달성된다. 본 발명의 유리한 구체예는 종속항 및 이하의 상세한 설명으로부터 도출된다.
놀랍게도 이중 에너지 X선 전파 기술을 이용하는 장치가 탄산칼슘 함유 암석 중의 탄산칼슘으로부터 원치 않는 광물 불순물을 분리 및 제거하기 위해 유리하게 사용될 수 있음을 발견하였다.
보통 X선 기술은 분리를 위하여 물질의 일정한 밀도차를 필요로 하는데, 이것은 예컨대 탄산칼슘 및 백운석 또는 플린트와 같은 물질에는 해당되지아 X선 분급에 의한 분리 가능성이 기대되지 않으므로, 이러한 발견은 놀라운 것이다.
이것은 지금까지의 X선 선별이 주로 예컨대 구리, 황동, 아연 및 납과 같은 중금속이 풍부한 분획으로부터 알루미늄 및 마그네슘을 또는 유리 물질로부터 플라스틱 물질을, 비금속으로부터 금속을 또는 상이한 플라스틱을 서로 분리하는 것과 같이 경금속 및 중금속과 같은 밀도가 충분히 상이한 물질을 분리하는 데 사용되어 왔기 때문이다.
X선 공급원으로부터 방출되는 X선은 원료에 침투하여 스캔된 물질의 입도 및 평균 원자 질량에 따라 흡수된다. X선 공급원 반대쪽에 설치된 X선 검출기는 투과된 X선을 검출하고 이것을 X선 강도에 따라 전기 신호로 변환한다. 스캔된 물질의 입도 영향을 제거하기 위하여, 이중 에너지 기술은 암석을 스캔하는 데 단일 X선 공급원 및 2 개의 X선 검출기를 사용한다. X선 검출기는 필터링되지 않은 X선 강도를 측정하고; 제2 검출기는 금속 필터로 커버되므로 감소된 X선 강도를 측정한다. 필터링되지 않은 X선 강도 및 필터링된 X선 강도의 비를 구함으로써 입도의 영향을 제거할 수 있다. 계산된 X선 신호가 스캔된 물질의 평균 원자 질량으로 보정될 수 있으므로 상이한 원료들이 그 평균 원자 질량에 따라 검출 및 분급될 수 있다.
X선이 암석에 침투하므로 회합된 입자들도 검출되고 효율적으로 분급될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은
- 탄산칼슘 암석을 1 mm 내지 250 mm 범위의 입도로 분쇄 및 분류하는 단계,
- X선 공급원에 의하여 방출되고 1 이상의 센서 수단에서 캡처되며 입자 흐름에 침투하는 방사선으로부터 얻어지는 센서 신호의 함수로서 컴퓨터 제어되는 평가 수단에 의하여 제어될 수 있고 검출 영역 하류에 배치되는 수단에 의하여 탄산칼슘 이외의 성분들을 포함하는 입자를 제거함으로써 탄산칼슘 입자를 분리하는 단계
에 의하여 탄산칼슘 함유 암석으로부터 함유되어 있는 광물 불순물을 분리하는 방법으로서,
상기 X선이, 2 이상의 필터 각각에 대하여 제공된, 1 이상의 센서 수단 및 센서 라인의 상류에 위치된 서로 상이한 에너지 스펙트럼에 대한 2 이상의 필터 장치를 통과할 수 있는 방법에 의하여 달성된다.
분리 단계는 유리하게는 그 개시 내용이 본원에 명백히 포함되는 WO 2005/065848호에 따른 장치에서 실시한다.
상기 명세서에 개시된 장치 및 방법은 특히 볼트 및 너트와 같은 작은 금속 부품을 확실히 검출할 수 있을 뿐만 아니라 관찰 장소 바로 뒤의 블로우-아웃 노즐을 통해 나머지 벌크 물질 흐름으로부터 이것을 확실히 분리할 수 있는 안전한 배열을 제공하기 위하여 개발되었다. 그러나, 상기 장치 및 방법을 탄산칼슘 함유 암석과 같은 광물 함유 물질에도 사용할 수 있다는 것은 나타나 있지 않다.
상기 언급된 바와 같이 상기 장치는 입자에 관한 상이한 정보가 수득될 수 있도록 각 경우 센서 앞으로 이동되는 에너지 준위에 대하여 2 개의 X선 필터를 사용하는 것을 특징으로 한다. 별법으로, 필터가 X선 공급원 바로 뒤에 있거나 여러 방출 에너지를 갖는 X선 공급원을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 탄산칼슘 입자를 분리하는 수단은 탄산칼슘 이외의 입자를 불어 내보내는 블로우-아웃 노즐이다.
입자가 밀집된 경우, 하강 구간을 사용하는 것이 유리할 수 있는데, 분리 수단은 검출 영역 하류의 이 하강 구간에 위치된다.
2-채널 시스템의 특정 센서의 상류에서 적당한 X선 필터링을 통해, 먼저 스펙트럼 선택성이 존재한다. 이후 센서 라인의 배열로 독립적인 필터링이 가능하여 주어진 분리 기능에 대한 최적 선택성이 달성될 수 있다.
각 센서 라인은 복수의 검출기 수단을 포함한다. 본 발명에 사용하기 위한 적당한 검출기 수단은 예컨대 X선을 가시광선으로 전환시키기 위한 신틸레이터가 장착된 광다이오드 어레이이다.
일반적인 어레이는 0.4 또는 0.8 mm 픽셀 래스터를 갖는 64 픽셀을 (일렬로) 가진다. 물질 흐름 방향의 결과, 생성물 분급으로부터 먼저 절단되는 라인은, 데이터가 (다른 에너지 스펙트럼을 갖는) 추후 절단되는 라인의 데이터와 거의 동시에 이용될 수 있을 때까지 지연된다. 이렇게 시간 보정된 데이터는 변환되어 평가 전자 장치로 전송된다.
본 발명에 따른 분급은 단일 입자법이므로, 각 입자들은 다른 입자들과 충분한 거리를 두고 분리되어 제공되어야 한다. 이러한 입자의 개별화를 달성하기 위하여, 2가지 기본 유형의 분급기가 이용될 수 있다:
a) 공급물이 2∼5 m/s의 일반적인 속도로 벨트 상에 제공되는 "벨트형" 분급기(WO 2005/065848호에 따름), 또는
b) 입자들이 슈트를 하강하면서 개별화되고 가속되는 "슈트형 (또는 중력)" 분급기. 검출은 슈트 또는 벨트 상에서 이루어진다.
슈트형 버전이 보통 바람직하지만, 두 유형 모두 본 발명에 따른 X선 분급을 이용하여 탄산칼슘 함유 암석으로부터 불순물을 성공적으로 분리하는 데 기본적으로 적용될 수 있다.
바람직하게는, 입자 흐름 폭에 상응하는 센서 라인은 그 활성 표면이 형광 페이퍼 또는 다른 적당한 스크린으로 커버될 수 있는 광다이오드 어레이와 같은 라인업 검출기 수단으로 형성된다.
필터는 바람직하게는 상이한 에너지 준위의 X선이 투과되는 금속 호일이다. 그러나, 필터는 또한 X선을 상호 상이한 에너지 준위로 반사하는, 특히 X선을 상이한 에너지 범위에서 상이한 입체각으로 반사하는 결정으로 형성될 수 있다.
일반적으로, 고에너지 스펙트럼 및 저에너지 스펙트럼이 커버된다. 고에너지 스펙트럼에 대해서는, 에너지 함량이 낮은 저주파수를 크게 약화시키는 하이 패스 필터가 사용된다. 고주파수는 제한적으로 약화되어 투과된다. 이 목적을 위해서, 0.45 mm 두께 구리 호일과 같은 고밀도 등급 금속의 금속 호일을 사용할 수 있다. 저에너지 스펙트럼에 대해서는, 특정 고에너지 파장 범위를 억제하는 흡수 필터로서의 필터를 소정 센서의 상류에 사용한다. 이것은 고밀도 소자에 대해 매우 근접한 영역에서 흡수되도록 설계된다. 이를 위하여, 0.45 mm 두께 알루미늄 호일과 같은 저밀도 등급 금속의 금속 호일을 사용할 수 있다.
벌크 물질 흐름으로 전진하는 입자들에 대하여 상이한 시간에 기록되는 두 측정 결과를 연관시키는 경우, 필터의 공간적 배열은, 입자를 이동시킴으로써 예컨대 검출기 라인 또는 열 상의 결정들에 의하여 필터 이후에 x선의 적절한 반사가 일어날 수 있도록 고정될 수 있다.
바람직하게는 2 이상의 필터는 입자 흐름 아래, 센서의 상류에 위치되며, 제동복사 스펙트럼을 생성하는 X선 관은 입자 흐름 위에 위치된다.
필터를 상류에 배치함으로써, 입자를 동일하게 타격하기 전에 X선을 더 광역의 스펙트럼에서 방출하는 X선 공급원에 대한 특정 에너지 준위로 제한할 수 있다. 대규모 물질 입자 및 하류 센서 사이에 추가의 필터가 필요하지 않다.
다른 장치 변형에서, 입자 흐름에 대하여 가로로 연속되고 예컨대 입자 흐름 아래에 위치되는 2 개의 센서로 작업하는 것도 가능하다. 적당한 수학적 지연 루프를 통해, 성공적으로 수득된 화상 정보를 개별 벌크 물질 입자와 연관시키고, 수학적 평가 후, 이것을 블로우-아웃 노즐의 제어에 사용하는 것이 가능하다.
2 이상의 필터가 복수의 에너지 준위에서 사용하기 위한 복수의 필터를 포함하는 것이 바람직하다.
벌크 물질 입자를 횡단한 X선의 필터링은 바람직하게는 소정 에너지 범위에 걸쳐 1 이상의 라인 센서에 통합된 벌크 물질 입자를 횡단한 X선의 위치 분해 캡처를 위한 금속을 사용함으로써 필터링된 2 이상의 상이한 스펙트럼에서 이루어진다.
이것은 센서 수단을 사용하는 경우 상이한 필터를 통과하고 투과된 방사선을 연속적으로 캡처함으로써 또는 바람직하게는 각각 상이한 필터를 구비한 두 센서 라인에 의하여 이루어질 수 있으며, 상기 필터는 한편으로 연성(저에너지)을 갖고 다른 한편으로 경성(고에너지)을 갖는 경향이 있는 상이한 스펙트럼의 통과를 허용한다.
바람직하게는, 화상 영역의 Z-분류 및 표준화가, 2 이상의 센서 라인에서 캡처된 상이한 에너지 스펙트럼의 X선 광양자의 센서 신호를 기초로 원자 밀도 등급을 측정하기 위해 실시된다.
Z-변형은 (Z로 약칭되는) 평균 원자 밀도의 n 등급들을 이미징하는 상이한 스펙트럼의 두 채널의 강도로부터 생성되는데, 이들의 연관은 대체로 X선 투과에 대하여, 따라서 물질 두께에 대하여 독립적이다.
상기 값들을 하나 이상의 선택된 대표 물질의 평균 원자 밀도로 표준화로 표준 곡선의 어느 쪽에서도 화상 영역을 상이하게 분류하는 것이 가능하다. 캡처된 스펙트럼에 걸쳐 내용이 비선형 방식으로 생성되는 검정(calibration)으로 장비 효과의 "점진적 소멸"이 가능하다.
특정 Z (원소의 원자수 또는 더 일반적으로는 물질의 평균 원자 밀도)까지 표준화 동안 생성되는 원자 밀도 등급은 관여 물질의 일반적인 밀도를 형성한다. 이것과 병행하여, 추가의 채널을 계산하여 전체 스펙트럼에 걸쳐 생성되는 평균 투과율을 제공한다.
픽셀에 대한 투과 간격(Tmin, Tmax)과 원자 밀도 등급의 컴퓨터로 보조된 조합에 의하여, 물질 구분에 사용될 수 있는 특징적인 등급이 할당될 수 있다.
유리하게는, 2 이상의 센서 라인에 의하여 캡처된 상이한 X선 에너지 스펙트럼에서 벌크 물질 입자의 검출된 평균 투과율 및 Z-표준화에 의하여 수득되는 밀도 정보 둘다에 기초하여 블로우-아웃 노즐의 제어를 위한 특성 등급 형성의 분할(segmentation)을 실시한다.
본 발명에 따른 탄산칼슘 함유 암석은 석회석, 백악 및 대리석과 같은 퇴적암 및 변성암 기원의 암석을 포함하는 군에서 선택된다.
보통 탄산칼슘 암석은, 탄산칼슘 함유 암석 내의 산포, 단괴, 층으로서 또는 본 발명에 따른 효율적이고 선택적인 방식으로 탄산칼슘으로부터 분리될 수 있는 부수적 암석으로서, 가변적인 양의 불순물, 예컨대 백운석 및 실리카 함유 암석 또는 다른 광물, 예컨대 플린트 또는 석영 형태의 실리카, 장석류, 각섬암, 점판암 및 페그마타이트를 포함한다.
예컨대, 플린트를 백악으로부터, 백운석을 방해석으로부터 또는 페그마타이트를 방해석으로부터 분리할 수 있다.
그러나, 본 발명은 또한 실리카 함유 광물이 분리되는 백운석 암석과 같은 혼합 탄산염 함유 암석에 관한 것이다.
분급 및 분리를 실시하기 전에, 암석을 예컨대 조, 콘 또는 롤러 분쇄기와 같은 분쇄에 적합한 임의의 장치 내에서 분쇄하고 임의로 예컨대 스크린 상에서 분류하여 1∼250 mm의 입도를 얻는다.
바람직하게는, 탄산칼슘 함유 암석을 5 mm 내지 120 mm, 바람직하게는 10 내지 100 mm, 더 바람직하게는 20 내지 80 mm, 특히 35 내지 70, 예컨대 40 내지 60 mm 범위의 입도로 분쇄한다.
상기 개시된 X선 분급 장치에 개별적으로 공급되어 X선 투과 특성에 따라 분급되는 하나 또는 여러 상이한 입도 분획을 제공하는 것이 더 유리할 수 있다.
한 분획 내에서 일반적인 최소/최대 입도 비는 예컨대 1:4, 바람직하게는 1:3, 더 바람직하게는 1:2 또는 심지어 그 미만인데, 예컨대 한 분획 내에서 입도는 10∼30 mm, 30∼70 mm 또는 60∼120 mm일 수 있다.
상기 비가 낮을수록 검출 및 방출 사이의 지연 시간 조절, 검출된 불순물을 그 초기 궤도로부터 성공적으로 편향시키는 압축 공기 임펄스 조절 및 분급된 입도 범위로 평균 원자 밀도의 규정된 카테고리의 조절이 더 양호하다.
따라서, 본 발명에 따른 방법에 의하여 원치 않는 광물 불순물을 탄산칼슘 함유 암석 중의 탄산칼슘으로부터 분리하고 제거할 수 있다. 예컨대, 함유되어 있는 원치 않는 암석의 20∼100 중량%, 더 일반적으로는 30∼95 중량% 또는 40∼90 중량%, 예컨대 50∼75 또는 60∼70 중량%가 제거될 수 있다.
상기 언급된 바와 같은 분급 후, 정제된 탄산칼슘, 예컨대 백악, 석회석 또는 대리석을 건식 또는 습식 분쇄 단계에 두는 것이 바람직하다. 이러한 목적에서 입자를 예컨대 콘크러셔, 임팩트 크러셔, 해머 밀, 롤러 밀, 자생 밀과 같은 텀블링 밀, 볼 밀 또는 로드 밀과 같은 습식 또는 건식 파쇄 또는 분쇄 스테이지로 공급할 수 있다.
분쇄 후, (예컨대, 스크린, 공기 분류기, 수력 사이클론, 원심분리기에서)와 같은 추가의 분류 단계를 이용하 여최종 생성물을 생성할 수 있다.
순수한 탄산칼슘 입자로부터 분리된 입자는 일반적으로 광산에 다시 채워지거나 부산물로서 시판된다.
이하 나타내는 도면 및 실시예 및 실험은 본 발명을 예시하는 것이지 어떤 식으로든 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
도 1a 및 1b는 실험 1에 따라 백악 원료의 10∼35 mm 분획으로 X선 분급 테스트를 한 결과를 나타낸다(도 1a: 분급된 생성물, 도 1b: 배제물).
도 2a 및 2b는 실험 1에 따라 백악 원료의 10∼35 mm 분획으로 X선 분급 테스트를 한 결과를 나타낸다(도 2a: 분급된 생성물, 도 2b: 배제물).
도 3a 및 3b는 실험 2에 따라 레벨 2(도 3a) 및 레벨 3(도 3b)(35∼63 mm 분획)으로부터의 백악으로 행한 X선 분급 테스트에서 배제된 것을 나타낸다.
도 4a 및 4b는 실험 2에 따라 레벨 4(도 4a) 및 레벨 5(도 4b)(35∼63 mm 분획)으로부터의 백악으로 행한 X선 분급 테스트에서 배제된 것을 나타낸다.
실험 3에 따라 도 5a는 공급물, 즉 페그마타이트, 각섬암, 백운석 및 방해석(좌측으로부터 우측)에 존재하는 광물 성분을 나타낸 것이며, 도 5b는 X선 분급 후 수용된 것, 도 5c는 X선 분급 후 배제된 것을 나타낸다.
실시예:
실시예 1 : 백악으로부터 플린트의 분리
약 0.5∼3 중량%의 점토를 함유하고 약 3∼9 중량%의 높은 플린트 함량을 갖는 백악 원료를 조크러셔에서 미리 파쇄하고 10 및 60 mm에서 스크리닝하였다.
생성되는 입자를 약 2:1의 질량비에서 10∼35 mm 분획 및 35∼60 mm 분획으로 분할하고 Mogensen MikroSort® AQl 101 X선 분급기에 공급하였다. 분급기의 반폭을 이용하는 시간에 기계 폭의 반에 한 크기 분획을 공급함으로써 두 분획을 개별적으로 분급하였다. 공급물을 경사 슈트 및 전자기 진동 공급기에 의하여 형성된 단일의 균질층으로 스캐닝 영역까지 운반하였다. 경사 슈트로부터 떨어지는 암석을 스캐닝하고 자유 낙하로 방출하였다. 입자들이 가속되므로 이들이 자유 낙하로 도입되기 전에 분리된다. 슈트 바로 아래에서 입자들을 약 60°의 개방각으로 조준된 X선 공급원으로 조사한다. X선 공급원의 반대쪽에는 두 상이한 X선 출력을 측정하는 이중 채널 X선 센서가 있다. 개개의 재료 조각의 분류 및 화상 데이터의 평가는 수 밀리초 이내에 고성능 공업용 컴퓨터에 의하여 실시된다. 실제의 재료 배제는 압축 공기 임펄스를 방출하여 분리판 상의 원치 않는 입자를 재료 호퍼로 안내하는 솔레노이드 밸브 유닛에 의한 검출 장소 아래 약 150 mm에서 행한다. 최종적으로, 배제 및 수용 재료 스트림을 분리하여 운반할 수 있다. 방출기 어셈블리는 7 bar의 압력으로 작동하는 218개의 공기 노즐(3 mm 직경)로 이루어졌다.
분급 테스트는 10∼35 mm 분획에 대하여 11.5 tph 및 35∼60 mm 크기 분획에 대하여 25 tph의 공칭 처리량에서 실시되었다.
분급 효율을 측정하기 위하여, 배제물 중의 생성물(백색 암석)의 퍼센트 및 분급된 생성물 중의 착색된 암석의 양을 각 분급 테스트에 대하여 생성물 및 배제물 스트림의 핸드 분급에 의하여 결정하였다. 이들 도면으로부터 착색된 암석의 회수율, 분급 선택성 및 백색 암석의 손실을 계산하였다(표 1).
테스트 번호
 공급물 생성물(백악) 배제물(플린트) 성능 데이터
입도
[mm]		 공급물 중의 플린트
[중량%]		 회수 생성물 질량
[중량%]		 생성물 중의 플린트
[중량%]		 회수 배제물 질량
[중량%]		 배제물 중 백악
[중량%]		 배제물 중 플린트
[중량%]
선택성		 프린트의 회수 [중랑%]
회수율		 백악의 손실
[중량%]
방해석 손실
1 10-35 3.30 93.35 0.20 6.65 53.57 46.4 94.4 3.7
2 35-60 8.46 91.12 0.40 8.88 8.91 91.1 95.7 0.9
분급 테스트는 이중 에너지 X선 투과 분급이 백악 원료로부터 플린트를 검출하고 분급하기 위한 효율적인 기술임을 명백히 나타낸다.
두 입도 분획 모두에 대하여 플린트의 회수는 95 중량% 범위였다. 10∼35 mm 크기 분획에서 플린트의 양은 분급기 공급물 중의 3.3 중량%로부터 분급된 생성물 중의 0.2 중량%로 감소되었다. 35∼60 mm 크기 분획에서 플린트의 양은 8.5 중량%로부터 분급된 생성물 중의 0.4 중량%로 감소되었다. 두 크기 분획 모두에서 배제물 중의 백악의 손실은 1∼4 중량% 범위이다.
도 1a 및 1b 및 2a 및 2b는 각각 백악 원료의 10∼35 mm 분획(도 1a/b) 및 35∼60 mm 분획(도 2a/b)으로 행한 X선 분급 테스트의 결과를 나타낸다(1a/2a: 분급된 생성물; 1b/2b: 배제물).
비화(slaking) 및 분쇄 과정 전에 백악 원료 중의 플린트의 분리는 높은 기계 마모로 인한 문제를 줄이기 위한 가장 효율적이고 경제적인 방법이다. X선 분급 과정은 미리 파쇄한 백악으로 직접 실시될 수 있으며 원료 세정 설비를 필요로 하지 않는다. 분급기로부터의 배제물은 문제 없이 채석장에 다시 채워질 수 있다.
실시예 2: 백악으로부터 플린트의 분리
약 0.5∼3 중량%의 점도를 함유하고 0.4∼4 중량%(표 3 참조)의 상이한 플린트 함량을 갖는 4 가지 상이한 생성 수준으로부터의 백악 샘플을 조크로셔에서 10∼75 mm의 공칭 입도까지 미리 파쇄한 다음 4 개의 분획으로 스크리닝하였다(표 2):
크기 분획 [mm] 비율 [중량%]
> 63 31
35-63 40
12-35 21
< 12 8
12∼35 mm 분획 및 35∼63 mm 분획을 Mogensen MikroSort® AQl 101 X선 분급기에 공급하였다. 분급기의 반폭을 이용하는 시간에 기계 폭의 반에 한 크기 분획을 공급함으로써 두 분획을 개별적으로 분급하였다. 공급물을 경사 슈트 및 전자기 진동 공급기에 의하여 형성된 단일의 균질층으로 스캐닝 영역까지 운반하였다. 경사 슈트로부터 떨어지는 암석을 스캐닝하고 자유 낙하로 방출하였다. 입자들이 가속되므로 이들이 자유 낙하로 도입되기 전에 분리된다. 슈트 바로 아래에서 입자들을 약 60°의 개방각으로 조준된 X선 공급원으로 조사한다. X선 공급원의 반대쪽에는 두 상이한 X선 출력을 측정하는 이중 채널 X선 센서가 있다. 개개의 재료 조각의 분류 및 화상 데이터의 평가는 수 밀리초 이내에 고성능 공업용 컴퓨터에 의하여 실시된다. 실제의 재료 배제는 압축 공기 임펄스를 방출하여 분리판 상의 원치 않는 입자를 재료 호퍼로 안내하는 솔레노이드 밸브 유닛에 의한 검출 장소 아래 약 150 mm에서 행한다. 최종적으로, 배제 및 수용 재료 스트림을 분리하여 운반할 수 있다. 방출기 어셈블리는 7 bar의 압력으로 작동하는 218개의 공기 노즐(3 mm 직경)로 이루어졌다.
분급 테스트는 12∼35 mm 분획에 대하여 11.5 tph 및 35∼63 mm 크기 분획에 대하여 20 tph의 공칭 처리량에서 실시되었다.
분급 효율을 측정하기 위하여, 배제물 중의 생성물(백악)의 퍼센트 및 분급된 생성물 중의 착색된 암석의 양을 각 분급 테스트에 대하여 생성물 및 배제물 스트림의 핸드 분급에 의하여 결정하였다. 이들 도면으로부터 착색된 암석의 회수율, 분급 선택성 및 백색 암석의 손실을 계산하였다(표 3).
테스트 번호
 공급물 생성물(백악) 배제물(플린트) 성능 데이터
입도
[mm]		 공급물 중의 플린트
[중량%]		 회수 생성물 질량
[중량%]		 생성물 중의 플린트
[중량%]		 회수 배제물 질량
[중량%]		 배제물 중 백악
[중량%]		 배제물 중 플린트
[중량%]
선택성		 프린트의 회수 [중랑%]
회수율		 백악의 손실
[중량%]
방해석 손실
1 백악 레벨 2
12-35		 3.91 94.64 0.85 5.36 42.06 57.9 79.4 2.3
2 백악 레벨 3
12-35		 2.76 95.81 0.58 4.19 47.35 52.6 79.9 2.0
3 백악 레벨 4
12-35		 1.21 97.25 0.20 2.75 63.17 36.8 84.0 1.8
4 백악 레벨 5
12-35		 1.27 96.45 0.00 3.55 64.10 35.9 100.0 2.3
5 백악 레벨 2
35-63		 2.98 96.15 0.54 3.85 35.94 64.1 82.7 1.4
6 백악 레벨 3
35-63		 0.45 96.94 0.09 3.06 88.15 11.9 80.9 2.7
7 백악 레벨 4
35-63		 1.35 96.00 0.12 4.00 69.22 30.8 91.4 2.8
8 백악 레벨 5
35-63		 1.81 95.72 0.03 4.28 58.41 41.6 98.2 2.5
분급 테스트는 이중 에너지 X선 투과 분급이 백악 원료로부터 플린트를 검출하고 분급하기 위한 효율적인 기술임을 명백히 나타내었다.
두 입도 분획 모두 및 모든 테스트된 샘플에 대하여 80∼90 중량% 범위의 플린트 회수율이 달성되었다.
여러 생성 레벨로부터의 공급물 중에서 검출되는 플린트 함량은 0.5∼3.9 중량%였다. X선 분급에 의하여 플린트 함량은 두 크기 분급 모두의 분급된 생성물 중에서 0.1∼0.8 중량%로 감소되었다.
두 크기 분획 모두의 배제물 스트림은 약 50 중량%의 백악 및 50 중량%의 플린트를 함유하여 배제물 중의 백악 손실은 1.5∼4 중량% 범위이다.
이것은 또한 각각 레벨 2(도 3a)(35∼63 mm 분획) 및 레벨 3(도 3b)(35∼63 mm 분획)으로부터 및 레벨 4(도 4a)(35∼63 mm 븐획) 및 5(도 4b)(35∼63 mm 분획)로부터의 백악으로 행한 X선 분급 테스트로부터의 배제물을 나타내는 도 3a와 3b, 및 4a와 4b에서 명백히 나타난다.
또한, 핸드 분급 및 분급 테스트로부터의 배제물의 평가에 의하여 X선 분급기가 점토 덩어리를 검출하여 배제하였음이 명백해졌다(도 3b 참조).
실시예 3: 방해석으로부터 백운석 및 페그마타이트의 분리
60∼80 중량%의 방해석, 10∼20 중량%의 백운석, 5∼10 중량%의 페그마타이트 및 5∼10 중량%의 각섬암(공급물 중의 광물 성분, 즉 페그마타이트, 각섬석, 백운석 및 방해석(좌측으로부터 우측)을 나타내는 도 5a 참조)을 함유하는 탄산칼슘 원료 샘플을 미리 파쇄하고 상이한 크기 분획으로 스크리닝하였다. 11∼60 mm의 크기 분획을, 탄산칼슘으로부터 백운석 및 페그마타이트를 제거하는 것이 주목적인 Mikrosort AQl 101 X선 분급기에 공급하였다.
그 결과 및 X선 분급 후 수용물을 나타내는 도 5b 및 배제물을 나타내는 도 5c는 각각 불순물(백운석, 페그마타이트)의 대부분이 X선 분급에 의하여 검출되고 성공적으로 분리될 수 있음을 명백히 입증한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 82 중량%의 백운석 및 > 99 중량%의 페그마타이트 입자가 제거되어, 수용물 중에 67 중량%의 질량이 회수되고 배제물로 단지 7,7 중량%의 탄산염이 손실되었다.
공급물 생성물= 수용물 배제물 성능 데이터
입도
 백운석 페그마타이트
 각섬암
 질량
 백운석
 페그마타이트
 질량
 방해석
 선택성
 배제물 중 회수율[wt%] 방해석 손실
백운석 페그마타이트
[mm] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%] [wt%]
11-60 14 7 7 67.2 3.7 0.05 32.8 16.8 83.2 82.2 99.5 7.7

Claims (17)

  1. - 탄산칼슘 암석을 1 mm 내지 250 mm 범위의 입도로 분쇄 및 분류하는 단계,
    - X선 공급원에 의하여 방출되고 1 이상의 센서 수단에서 캡처되며 입자 흐름에 침투하는 방사선으로부터 얻어지는 센서 신호의 함수로서 컴퓨터 제어되는 평가 수단에 의하여 제어될 수 있고 검출 영역 하류에 배치되는 수단에 의하여 탄산칼슘 이외의 성분들을 포함하는 입자를 제거함으로써 탄산칼슘 입자를 분리하는 단계
    에 의하여 탄산칼슘 함유 암석으로부터 함유되어 있는 광물 불순물을 분리하는 방법으로서,
    상기 X선이, 1 이상의 센서 수단, 및 2 이상의 필터 각각에 대하여 제공되고 상기 센서 수단과 같이 입자 흐름에 대하여 횡방향으로 위치된 복수의 개별 픽셀을 갖는 센서 라인의 상류에 위치된 서로 상이한 에너지 스펙트럼에 대한 2 이상의 필터 장치를 통과할 수 있는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 입자들이 콘베이어 벨트 상에서 운반되거나("벨트형 분급기") 또는 슈트를 미끄러져 내려감으로써 운반되는("슈트형/중력 분급기") 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입자 흐름의 폭에 상응하는 센서 라인이 선형적으로 배치되는 검출기 수단에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 2 이상의 필터가 상호 상이한 에너지 준위의 X선이 투과되는 금속 호일인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 2 이상의 필터가 입자 흐름 아래, 센서의 상류에 배치되고, 제동복사 스펙트럼을 생성하는 X선 관이 입자 흐름 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 2 이상의 필터가 복수의 에너지 준위에서 사용하기 위한 복수의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입자를 횡단한 X선이, 소정 에너지 범위에 걸쳐, 필터용의 1 이상의 라인 센서에 통합된 상기 입자를 횡단한 상기 X선의 위치 분해 캡처를 위한 금속 호일의 사용에 의하여 필터링된 2 이상의 상이한 스펙트럼으로 필터링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 2 이상의 센서 라인에서 캡처된 상이한 에너지 스펙트럼의 X선 광양자의 센서 신호를 기초로 원자 밀도 등급을 측정하기 위한 화상 영역의 Z-분류 및 표준화가 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 2 이상의 센서 라인에 의하여 캡처된 상이한 X선 에너지 스펙트럼에서 벌크 물질 입자의 검출된 평균 투과율 및 Z-표준화에 의하여 수득된 밀도 정보 둘다에 기초하여 블로우-아웃 노즐의 제어를 위한 특성 등급 형성의 분할(segmentation)이 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘 함유 암석은 석회석, 백악, 대리석 및 백운석과 같은 퇴적암 및 변성암 기원의 암석을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 광물 불순물은, 탄산칼슘 함유 암석 내의 산포, 단괴, 층으로서 또는 부수적 암석으로서, 가변적인 양의 백운석 및 실리카 함유 암석 또는 광물, 예컨대 플린트 또는 석영 형태의 실리카, 장석류, 각섬암, 점판암 및 페그마타이트를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 탄산칼슘 함유 암석을 5 mm 내지 120 mm, 바람직하게는 10 내지 100 mm, 더 바람직하게는 20 내지 80 mm, 특히 35 내지 70, 예컨대 40 내지 60 mm 범위의 입도까지 분쇄하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 분쇄된 입자의 한 크기 분획 또는 여러 상이한 크기 분획은 분리 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 분획 내 최소/최대 입도 비는 1:4, 바람직하게는 1:3, 더 바람직하게는 1:2인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 분획 내의 입도가 10∼30 mm 범위, 바람직하게는 30∼70 mm 범위, 더 바람직하게는 60∼120 mm 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 분리 단계 이후에 탄산칼슘 입자는 분쇄 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 분쇄 단계 이후에 탄산칼슘 입자는 분류 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 방법.

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