KR20120123568A

KR20120123568A - 분쇄된 석탄회 탈철 용 수직 링 자기(磁氣) 분리기 및 이를 이용한 분리 방법

Info

Publication number: KR20120123568A
Application number: KR1020127024559A
Authority: KR
Inventors: 지안구오 한; 자오화 구오; 웬후이 장; 쿤디 웨이; 용왕 왕; 샤오난 주; 사 엘브이; 홍 동; 준츄 치; 지안민 장; 뀐간 난
Original assignee: 차이나 센후아 에너지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-11-08
Also published as: CA2790147C; US8505735B2; KR101317071B1; RU2502563C1; US20130043167A1; JP2013520303A; DE112011100634T5; WO2011103803A1; JP5346410B2; CA2790147A1; AU2011220220A1; DE112011100634B4; AU2011220220B2

Abstract

석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기는 회전링(101), 인덕티브 미디엄(102), 상부 아이런 요크(103), 하부 아이런 요크(104), 자기 여기 코일(105), 피딩 오프닝(106), 테일링 버킷(107) 및 워터 세정 장치(109)를 포함한다. 상기 피딩 오프닝(106)은 석탄회를 탈철하기 위해 공급하는 데 이용되며, 상기 테일링 버킷(107)은 탈철 후 비자기성 입자들을 방출하는 데 사용된다. 상기 상부 아이런 요크(103) 및 상기 하부 아이런 요크(104)는 각각 상기 회전링의(101) 하부 내면과 외면들에 배치된다. 상기 워터 세정 장치(109)는 상기 회전링(101) 위에 배치된다. 상기 인덕티브 미디엄(102)은 상기 회전링(101) 안에 배치된다. 상기 자기 여기 코일(105)은 상기 상부 아이런 요크(103) 및 하부 아이런 요크(104) 주변부에 배치되어 수직 방향으로 자기장이 형성되도록 하기 위해 상부 및 하부 아이런 요크가 한 쌍의 자기극이 되게 하며, 상기 인덕티브 미디엄(102)은 강판 메시 층이며, 각 강판 메시는 와이어로 짜여 지고, 리지형 샤프 코너들은 상기 와이어들의 에지에 형성된다. 석탄회 탈철 방법과 자기 분리 방법은 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한다. 상기 수직 링 자기 분리기와 상기 탈철 용 자기 분리 방법을 이용함으로써, 탈철 방법 효율은 적어도 20% 상승한다.

Description

분쇄된 석탄회 탈철 용 수직 링 자기(磁氣) 분리기 및 이를 이용한 분리 방법{Vertical Ring Magnetic Separator for Deironing of Pulverized Coal Ash and Method using the Same}

본 발명은 자기 분리기와 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기와 상기 자기 분리기를 이용한 분리 방법에 관한것이다.

석탄회는 석탄 화력 발전소에서 방출되는 폐기물이다. 석탄회 폐기물은 토지의 큰 면적을 차지할 뿐만 아니라 심각한 환경오염을 유발한다. 따라서 어떻게 석탄회를 처리하고 활용할 것인지가 중요한 사항이 되었다. 석탄회는 사용되는 산화알루미늄(aluminum oxide), 규소산화물(silicon oxide)과 같은 많은 성분을 포함한다. 이러한 유용한 성분이 추출된다면 고효율의 석탄회 컴플렉스 유틸라이제이션(complex utilization)이 용이해진다.

하지만 석탄회의 유용한 성분을 추출하는 과정에서, 석탄회에 포함된 산화철(iron oxide)이 추출물의 순도에 영향을 끼칠 것이다. 따라서 상기 유용한 성분의 순도를 높이고 석탄회 콤플렉스 유틸라이제이션을 높이기 위하여 철을 석탄회에서 제거하는 것이 아주 중요하다.

석탄회에서 철을 제거하는데 일반적으로 사용되는 자기 분리 방법은 주로 드라이 자기 분리 방법(dry magnetic separation)으로서, 즉, 석탄회를 강력한 자기 분리기에 직접 통과시키는 방법이다. 하지만 석탄회의 철 불순물들의 함량이 낮은 상황(산화철 함량이 5%보다 낮다)에서 철 불순물들과 다른 석탄회 입자들을 분리하는 것이 어렵기 때문에 철 불순물들을 완벽히 제거한다는 것이 힘들다. 따라서 철 함량이 낮은 석탄회에 있어서, 종래 방법들에 의한 탈철 방법 효과는 만족스럽지 못하다.

오늘날 요구되는 일정 등급의 철광석을 마지막으로 얻기 위해서, 수직 링 자기 분리기는 자기가 약한 철광석에서의 수집에 사용된다. 따라서 수직 링 자기 분리기들의 구조와 자기장 강도는 탈철 방법이 아닌 철 선택에 따라 주로 설계된다. 종래의 수직 링 자기 분리기들은 자기 미디어(magnetic media)로서 환봉 스테인레스 강 미디어(circular rod stainless steel media)를 가지고 있으며 상기 스테인레스 강 미디어는 상대적으로 넓은 틈새를 서로 가지고 있기 때문에 자기 분리 동안 철광석에 의한 상기 미디엄 로드(medium rod)의 막힘(blocking)을 피할 수 있다. 하지만 석탄회 자기 탈철 방법 동안, 상기 미디어는 넓은 틈새를 가지며, 이로 인해 작은 입도(granularity)와 상대적으로 약한 자성(magnetism)을 가지는 석탄회 입자들이 상기 미디어에 흡수되기보다는 통과하여 자기 분리 효과가 떨어진다.

종래의 자기 분리기 사용에 있어서, 수직 링 자기 분리기들은 상단부에서 탈철화 될 물질을 공급하고 하단부에서 방출되는 구조를 가지고 있다. 하지만, 석탄회 탈철 방법 동안, 철을 함유하는 광물(mineral)은 상대적으로 약한 자성을 가지기 때문에 상기 상단부 공급 수단과 같은 수단을 이용하면 철을 함유한 광물은 중력 하에 흡수되기 보단 상기 미디어를 통과하고 이로 인해 자기 탈철 방법 효과가 추가로 반감된다.

따라서 위에 언급한 단점을 극복할 수 있는 새로운 자기 분리기의 설계가 필요하다.

종래 기술의 단점들에 있어서, 본 발명의 목적들은 석탄회에서 철을 포함하는 광물을 더 효율적으로 제거하기 위한 자기 분리기와 분리 방법을 제공하는데에 있다.

석탄회에서 탈철 방법 하는 수직 링 자기 분리기는 회전링(rotating ring), 인덕티브 미디엄(inductive medium), 상부 아이런 요크(upper iron yoke), 하부 아이런 요크(lower iron yoke), 자기 여기 코일(magnetic exciting coil), 피딩 오프닝(feeding opening), 테일링 버킷(tailing bucket) 및 워터 세정 장치(water washing device)를 포함하며, 상기 피딩 오프닝은 석탄회를 탈철 방법 하기 위한 공급에 사용되고, 상기 테일링 버킷은 탈철 방법 후 비자기성 입자들(nonmagnetic particles)을 방출하는 데 이용되며, 상기 상부 및 하부 아이런 요크들은 각각 회전링의 하단부 내면과 외면에 배치되고, 상기 워터 세정 장치는 상기 회전링 위에 배치되며, 상기 인덕티브 미디엄은 상기 회전링 안에 배치되고, 상기 자기 여기 코일은 상기 상부 및 하부 아이런 요크들 주변부에 배치되어 수직 방향으로 자기장을 형성하기 위해 상부 및 하부 아이런 요크들이 한 쌍의 자기극이 되게 하며, 상기 인덕티브 미디엄은 강판 메시 층들(steel plate meshes layers)이며, 각 강판 메시는 와이어로 짜여 지고, 상기 와이어들의 에지들(edge)은 프리즈메틱 샤프 앵글(prismatic sharp angle)을 가진다.

바람직하게, 상기 상부 및 하부 아이런 요크들은 일체적으로 형성되고, 상기 회전링에 수직 평면으로 상기 회전링의 하단부 내면과 외면을 둘러싸도록 배치된다.

바람직하게, 상기 수직 링 자기 분리기는 상기 자기 여기 코일 근처에 배치된 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓(pressure balance chamber water jacket)을 추가로 포함한다.

바람직하게, 상기 강판 메시는 1Cr17로 만들어진다.

바람직하게, 상기 자기 여기 코일은 플랫 와이어 솔레노이드 코일이고, 상기 플랫 와이어 솔레노이드 코일은 이중 유리 용기 에나멜 알루미늄이다.

바람직하게, 상기 강판 메시의 층 간 거리는 2~5mm이다. 더욱 바람직하게, 상기 강판 메시의 층 간 거리는 3mm이다.

바람직하게, 상기 강판 메시의 두께는 0.8~1.5 mm이고, 메시 그리드(mesh grid) 크기는 3 mm x 8 mm ~ 8 mm x 15 mm이며, 와이어 폭은 1~2mm이다. 더욱 바람직하게, 상기 메시의 두께는 1mm이고, 메시 그리드의 크기는 5 mm x 10 mm이며, 와이어 폭은 1.6 mm이다.

바람직하게, 상기 수직 링 자기 분리기는 고무판(rubber plate)으로 테일링 버킷과 연결된 진동 메카니즘(pulsating mechanism)를 추가로 포함한다.

바람직하게, 상기 인덕티브 미디엄(inductive medium)은 상기 회전링의 원 전체에 공급된다.

본 발명은 위에서 언급한 수직 링 자기 분리기로 석탄회의 자기 탈철 방법을 추가로 제공하고;

상기 방법은

석탄회를 지정된 고체 함량을 가지는 슬러리로 준비하는 단계 a;

상기 수직 링 자기 분리기로 상기 슬러리를 자기 분리하는 단계 b;

자기 분리 후 상기 슬러리의 철 함량을 측정하는 단계 c; 및

상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 낮거나 같으면 상기 슬러리를 방출하고, 상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 높으면 상기 단계 b로 돌아가 상기 슬러리를 상기 수직 링 자기 분리기로 한 번 더 자기 분리시키는 단계 d;를 포함한다.

바람직하게, 상기 수직 링 자기 분리기는 적어도 15,000 Gs의 자기장 강도를 제공한다.

바람직하게, 상기 수직 링 분리기로 상기 슬러리를 자기 분리할 때 상기 수직 링 자기 분리기는 15,000~20,000 Gs의 자기장 강도를 제공한다.

바람직하게, 상기 방법은 여과 케이크(filtered cake)를 얻기 위해 방출된 슬러리를 압력 여과(pressurefiltering)하는 단계 e를 추가로 포함한다.

바람직하게, a 단계에서 상기 석탄회를 고체 함량 20~40 wt%을 가지는 슬러리로 준비한다.

바람직하게, 상기 방출된 슬러리는 고체 함량 60~80 wt%을 가지는 여과 케이크를 형성하기 위해 판틀형 여과 압력기(plateandframe filter press)로 압력 여과 된다.

석탄회의 철 불순물들의 함량이 상대적으로 낮은 상황에서, 본 발명의 자기 분리기의 수단과 과정을 통해 철 불순물들이 더욱 완벽하게 제거된다. 종래의 석탄회 탈철 방법에 비해서, 철 제거 효율은 적어도 20% 향상되었으며, 이로 인해 후처리 과정에서 용액의 탈철 방법 부담을 덜게 되어 생산비가 줄게 되고 생산효율이 높아진다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기는 회전링(101), 인덕티브 미디엄(102), 상부 아이런 요크(103), 하부 아이런 요크(104), 자기 여기 코일(105), 피딩 오프닝(106), 테일링 버킷(107)을 포함하며, 또한 진동 메카니즘(108)(pulsating mechanism)및 워터 세정 장치(109)(water washing device)를 포함한다.

상기 회전링(101)은 원형 형태의 캐리어(carrier)이고 상기 원형 형태의 캐리어에서 인덕티브 미디엄(102)이 전달된다. 상기 회전링(101)이 회전하면, 흡수된 물질을 분리하기 위해 인덕티브 미디엄(102)과 흡수된 물질들이 회전링에서 함께 이동한다. 상기 회전링(101)은 탄소 스틸(carbon steel)등과 같은 적합한 물질로 만들어진다.

전동기(electric motor) 혹은 다른 구동 장치들(other driving device)은 상기 회전링(101)에 동력을 제공하고 이로 인해 상기 회전링(101)은 일정 속도로 회전한다. 바람직하게, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 회전링(101)의 회전 속도는 지속적으로 조절 가능하다. 원료(raw materials)종류와 같은 원료에 대한 다른 공급 상황에 따라 최적의 분리 효과를 얻기 위해 회전링의 회전 속도 조절이 가능하다.

몇 가지 파라미터들(parameters), 가령 철 함량 또는 탈철 예정 물질의 함량이 지정된 값보다 낮을 때, 자성 불순물들이 자기장의 원리에 따라 인덕티브 미디엄 메시들에 흡수되고 분리될 수 있는 충분한 시간을 주기 위해 가령 3rpm으로 회전 속도를 사용할 수 있다. 또한, 상대적으로 낮은 속도로 회전링(101)을 회전시키면 석탄회 입자들(coal ash particles)과 같은 비자기성 광물 물질(nonmagnetic mineral matter)이 혼합물에 섞임(mingling)을 줄일 수 있기 때문에 결과물의 품질을 향상시킬 수 있다.

상기 상부 아이런 요크(103) 및 하부 아이런 요크(104)는 자기극으로써 회전링(101) 하단부 내면과 외면에 배치된다. 바람직하게, 상기 상부 아이런 요크(103) 및 상기 하부 아이런 요크(104)는 상기 회전링에 수직 평면으로 상기 회전링 하단부 내면과 외면을 둘러싸도록 일체적으로 형성되고 배치된다.

상기 인덕티브 미디엄(102)는 상기 회전링(101)에 배치되고, 바람직하게 상기 회전링(101)의 원 전체에 배치된다. 상기 자기 여기 코일(105)은 상기 상부 및 하부 아이런 요크 주변부에 배치되어 상기 자기 여기 코일(105)에 의해 생성되는 자기장이 상기 상부 아이런 요크(103) 및 상기 하부 아이런 요크(104)가 수직 방향으로 자기장을 형성하는 한 쌍의 자기극이 되게 한다. 상기 상부 아이런 요크(103) 및 상기 하부 아이런 요크(104)는 상기 회전링(101) 하단부 내면과 외면에 배치되어 상기 회전링(101)이 상기 자기 극 사이에서 회전한다. 상기 회전링(101)이 회전할 때, 상기 회전링(101)에 있는 상기 인덕티브 미디엄(102)는 상기 상부 아이런 요크(103) 및 상기 하부 아이런 요크(104)로 만들어진 자기 극을 통과하며 철을 분리하기 위해 자화(magnetized)된다.

본 발명의 바림직한 실시예에 따르면, 상기 인덕티브 미디엄(102)는 강판 메시들의 층들이 될 수도 있다. 상기 강판 메시들은 스테인레스 강(stainless steel)으로 만들어지고, 바람직하게 1Cr17으로 만들어진다. 상기 강판 메시의 각 층은 스테인레스 강 와이어들로 짜여 지고 상기 메시 그리드는 마름모 형상(rhomb shape)을 지닌다. 상기 와이어의 에지들은 프리즈메틱 샤프 앵글(prismatic sharp angles)을 가진다.

상기 인덕티브 미디엄(120)로서의 상기 강판 메시들에 있어서, 상기 와이어들의 에지들이 샤프 앵귤러(sharp angular) 형태를 가지므로 상기 미디엄의 가장자리 부분에서 형성되는 자기장이 강하고, 이로 인해 자기 분리 효과의 결과가 더욱 좋다.

바람직하게, 본 발명에서, 상기 강판 메시 미디엄 층 간 거리는 2~5m이다. 더욱 바람직하게 상기 강판 메시 미디엄 층 간 거리는 3mm이다. 바람직하게, 상기 강판 메시 두께는 0.8~1.5mm이고, 메시 그리드 크기는 3 mm x 8 mm ~ 8 mm x15 mm이며, 와이어 폭은 1~2mm이다. 상기 인덕티브 미디엄(102) 층들의 틈새가 좁아지게 되면, 상기 석탄회 입자들이 상기 인덕티브 미디엄(102)에 직접 접촉가능하게 되고, 이로 인해 상기 자기 입자들의 상기 미디엄 통과를 막고 상기 자기 입자들이 제거되지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 자기 여기 코일 (105)은 플랫 와이어 솔레노이드 코일(flat wire solenoid coil)이고, 상기 플랫 와이어 솔레노이드 코일은 이중 유리 용기 에나멜 알루미늄(double glass envelope enamelled aluminum)이다. 상기 플랫 와이어 솔레노이드 코일은 고체상 전도체(solid conductor)이고 종래의 할로우 카퍼 튜브 일렉트릭 자기 코일 (hollow copper tube electric magnetic coil)과 비교해서 증가한 듀티비(duty ratio), 향상된 자성 애그리게이션 효과(magnetism aggregation effect), 개선된 자기장 디스트리뷰션(distribution), 및 줄어든 소비전력의 이점을 갖는다. 자기 여기 코일(105)을 통해 흐르는 전류는 지속적으로 조절 가능하고, 이로 인해 자기장 강도 또한 지속적으로 조절 가능하다.

바람직하게, 석탄회 탈철 방법 용 수직 링 자기 분리기인 본 발명은 고무판(111)으로 상기 테일링 버킷(107)에 연결되는 진동 메카니즘(108)을 추가로 포함한다. 상기 진동 메카니즘은 편심 링크 메카니즘(eccentric link mechanism)을 통해 얻어진다. 상기 진동 메카니즘(108)이 상기 고무판(111)을 통해 상기 테일링 버킷(107)에 연결되어 짐으로써 상기 진동 메카니즘(108)에 의해 형성되는 교류력(alternating force)이 상기 고무판(111)을 앞뒤로 움직이게 하기 때문에, 상기 테일링 버킷(107)에서 광물 슬러리(mineral slurry)가 진동을 일으키는 것이 가능해 진다.

상기 워터 세정 장치(109)는 상기 자기 입자들이 물에 씻겨 농축 호퍼(113)(concentrate hopper)로 흐를 수 있도록 상기 회전링 위에 배치된다. 상기 워터 세정 장치(109)는 분사 노즐(spraying nozzle), 워터 파이프(water pipe) 등 과 같이 다양하고 적합한 플러싱 장치(flushing device) 혹은 분사 장치(spraying device)가 될 수 있다.

상기 피딩 오프닝(106)은 공급 호퍼(feeding hopper) 혹은 공급 파이프(feeding pipe)일 수 있다. 상기 공급 오프닝(106)(feeding opening)은 상기 광물 슬러리(mineral slurry) 공급에 맞추어 구성되어 상기 광물 슬러리가 상대적으로 적은 양으로 상기 상부 아이런 요크(103)로 떨어지면서 들어가 자기 입자들이 중력에 의해 상기 인덕티브 미디엄(102)을 통과하는 것을 막고 이로 이해 자기 분리 효과를 증대시키고 불순물들이 제거된다.

바람직하게, 상기 수직 링 자기 분리기는 상기 자기 여기 코일 근처에 제공된 냉각 장치(112)(cooling device)를 추가로 포함하여 상기 자기 여기 코일의 작동 온도를 낮춘다. 상기 냉각 장치는 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓(pressure balance chamber water jacket)이다.

강한 자기장을 형성하는 데 이용되는 상기 수직 링 자기 분리기가 작동할 때, 상기 자기 여기 코일(105)이 대량의 열을 발생시켜 자기 분리기에 있어서 가장 심각한 숨겨진 문제인 가열된 코일이 연소 되고 손상을 입는 상황을 초래할 수도 있다. 열을 효과적으로 분산시켜 코일의 온도를 가능한 낮게 떨어뜨리는 기술이 항상 어려운 과제이다. 본 발명에 있어서, 상기 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓은 냉각 장치로 사용되어, 종래 냉각 방식의 단점들을 없애고 상기 수직 링 자기 분리기가 안전하고 지속적으로 작동될 수 있도록 한다.

상기 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓은 스테인레스 강 물질로 만들어져 스케일(scale)이 잘 끼지 않는다. 프레셔 밸런스 챔버들은 각각 주입구(inlet)와 배출구(outlet)에 장착되어, 물이 워터 자켓 층을 통해 균일하게 흘러 자켓(jacket) 안에 채워지게 하고, 이로 인해 일부 냉각수가 경로를 따라가지 않고 다른 길로 세서 열 손실에 영향을 주는 상황을 차단한다. 워터 자켓의 각 층은 넓은 횡단면을 가지는 수로(water passage)를 포함하여 스케일로 막히는 현상을 완벽하게 차단할 수 있다. 어느 곳에 막힘이 있더라도, 워터 자켓에서 순회하는 물의 일반적이 흐름이 영향받지 않을 것이다. 또한 상기 워터 자켓과 상기 코일은 서로 간의 넓은 접촉면으로 가까운 위치에 있으며 이로 인해 상기 코일에 의해 발생하는 대부분의 열이 물의 흐름으로 방출된다.

일반적인 열 방출 용 할로우 카퍼 튜브와 비교해서, 상기 압력 균형 챔버 워터 자켓은 높은 열 방출 효율, 상기 코일들의 온도 소폭 증가 및 낮은 여기 전력(exciting power)의 특징을 보인다. 40A 전류 값을 가지는 여기 전류(exciting current)의 경우에, 열 방출 용 할로우 카퍼 튜브가 장착된 자기 분리기의 상기 여기 전력은 35kw인 반면, 열 방출 용 상기 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓이 장착된 상기 자기 분리기의 여기 전력은 21kw이다.

상기 자기 분리 장치가 작동할 때, 상기 공급된 광물 슬러리는 상기 회전링(101)을 통해 상기 상부 아이런 요크(103)를 따라 흐른다. 상기 회전링(101)의 상기 인덕티브 미디엄(102)은 자기장 영역에서 자성을 띠게 되어 높은 그레디언트(gradient)를 가지는 자기장이 상기 인덕티브 미디엄(102)의 표면에 형성된다. 상기 광물 슬러리의 자기 입자들은 강한 자기장의 영향을 받아 상기 인덕티브 미디엄들(102)의 표면에 달라붙게 되고, 회전링(101)의 회전을 거치며 상기 회전링(101)의 꼭대기인 자기장이 없는 곳으로 이동하게 된다. 그리고 난 후 상기 자기 입자들은 상기 회전링 꼭대기 위에 장치된 워터 세정 장치(109)에 의해 상기 농축 호퍼(concentrate hopper)로 흘러들어간다. 비 자기성 입자들은 상기 하부 아이런 요크(104)의 좁은 통로를 따라 흘러 상기 테일링 버킷(107)으로 들어가고 나서 상기 테일링 출구(tailing exit)를 통해 방출된다.

라드형 미디엄(rodshape medium)을 가지는 같은 무게의 상기 강판 메시 미디엄과 비교해 볼 때, 상기 강판 메시 미디엄의 표면적은 상기 라드형 미디엄의 표면적 보다 6배 크다. 따라서 상기 라드형 미디엄과 비교하여, 상기 강판 메시 미디엄은 현저히 증가된 자기 흡수 성능을 가지며, 자기 물질의 흡수율이 현저히 증가하고, 자기장 강도와 강판 리지 코너(ridge corner)에서 유도된 그레디언트가 현저히 증가한다.

본 발명의 수직 링 자기 분리기에 있어서, 상기 강판 메시 인덕티브 미디엄 층들을 사용하는 자기장 분포도(distribution diagram)가 도 3(a)에 도시되었다. 작은 평행 사변형의 각 수직 컬럼(vertical column)은 상기 미디엄 메시 일 층의 횡단면을 도시한다. 3(a)에서는 자기장 미디엄 메시들의 다섯 개 층들이 시뮬레이트 되고 상기 와이어들로 형성된 상기 메시 그리드의 횡단면은 평행사변형 하나를 뜻한다. 가령 도3(a)에서 가운데 작은 평행사변형의 특징적인 직선L이 상기 평행사변형 위에 만들어진 것이다. 도 3(b)에서는, 점 a에서 점b 까지 연결된 상기 특정 직선(도 3(c) 참조)을 따라 형성되는 인덕티브 필드 강도(inductive field strength)의 필드 강도 변화 법칙(field strength variation law)을 시뮬레이션으로 도시한다. 그래프의 꼭대기는 최대 인덕티브 필드 강도 22,000Gs까지(즉 2,2T)를 보여 질 수 있다.

위에서 언급한 상기 자기장 시뮬레이션 계산은 안소프트 맥스웰 10 프로그램(Ansoft Maxwell 10) 소프트웨어로 수행된다. 상기 안소프트 맥스웰 10은 안소프트 사의 전자기 분석 소프트웨어로서, 맥스웰 방정식(Maxwell Equation)을 주요 기반으로 유한 요소 해석을 사용하며 강력한 기능적 전자기장 시뮬레이션 툴(functional electromagnetic field simulation tool)이다. 안소프트 맥스웰 프로그램은 전동기, 트랜스포머(transformer), 익사이터(exciter), 다른 전기 및 전자기 기계 장비와 같은 2D 및 3D 전자기 성분 분석에 대개 사용되며, 자동차, 군대, 공간 네비게이션, 산업 적용 등에 사용 영역을 가진다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명에 제공된 것과 같이 상기 수직 링 자기 분석기를 사용하여 석탄회를 탈철 방법 하는 자기 분리 방법이 도 4에 도시되고, 다음의 단계들을 바람직하게 포함한다.

상대적으로 높은 그레디언트를 가지는 상기 석탄회 소재에 있어서, 바람직하게 상기 석탄회는 2 mm 이하와 같은 지정된 그레디언트를 가질 수 있도록 파쇄된다.

단계(201)에서는, 석탄회를 지정된 고체 함량을 가지는 슬러리로 준비한다. 바람직하게, 20~40%의 고체 함량을 가지는 슬러리를 형성하기 위해 석탄회에 물이 추가된다.

단계(202)에서는, 상기 지정된 고체 함량을 가지도록 준비된 상기 슬러리가 상기 수직 링 자기 분리기로 자기 분리된다. 바람직하게, 상기 수직 링 자기 분리기는 15,000~20,000 Gs의 자기 강도를 제공한다.

단계(203)에서는, 자기 분리 과정 후, 상기 슬러리의 철 함량이 측정된다. 상기 철 함량은 슬러리 샘플링 및 샘플 건조 후 상기 샘플의 철 이온 함량을 측정한다. 다양하고 적합한 화학 테스트 방법 및 장치가 철 이온 함량을 측정하는데 사용된다.

상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 낮거나 같으면, 상기 슬러리는 단계(204)에서 방출되는 반면, 상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 높으면 단계(202)로 돌아가며, 상기 수직 링 자기 분리기로 계속해서 상기 슬러리를 자기 분리한다. 상기 지정된 함량은 상품 질의 요구수준과 자기 분리 비용의 균형을 맞추어 정해질 수 있다. 바람직하게, 지정된 산화철 함량은 0.8 wt%이고 측정된 산화철 함량이 0.8 wt% 보다 낮거나 같으며, 상기 슬러리는 방출된다.

바람직하게, 단계(205)에서 상기 방출된 슬러리가 압력 여과되고 그로 인해 여과 케이크가 형성된다. 판틀형 여과 압력기(plateandframe filter press)가 압력여과를 수행한다. 바람직하게, 상기 압력여과 후, 고체 함량이 60~80 wt%인 여과 케이크가 형성된다.

본 발명의 수직 링 자기 분리기의 실시예 1에 있어서,

상기 수직 링 자기 분리기는 12,000 Gs의 자기장 강도 및 40A인 여기 전류(exciting current)를 가지고, 층 간 거리가 3 mm인 미디엄을 가지는 1Cr17로 만들어진 강판 메시들을 가지며, 두께는 1 mm이며, 메시 그리드 크기는 5 mm x 10 mm이고, 와이어 폭은 1.6 mm이고, 리지 코너는 위쪽으로 향하도록 설치된다. 이러한 상황에서, 네트워크 미디어(network media)의 노드 강도(node strength)는 22,000 Gs 수치까지 상승할 수 있으며, 이 수치는 종래의 수직 로타리 링 인덕티브 젖음 자기 분리기(vertical rotary ring inductive wet magnetic separator)보다 20% 높다.

실시예 2:

상기 수직 링 자기 분리기는 12,000 Gs의 자기장 강도 및 40 A인 여기 전류를 가지고, 층 간 거리가 2 mm인 미디엄을 가지는 1Cr17로 만들어진 강판 메시들을 가지며, 두께는 1 mm이며, 메시 그리드 크기는 3 mm x 8 mm, 와이어 폭은 1 mm이고, 리지 코너는 위쪽으로 향하도록 설치된다. 이 상황에서는, 상기 메시 형 미디엄 노드 필드 강도(mesh-shape medium node field strength)는 22,000 Gs 까지 상승할 수 있다.

실시예 3:

상기 수직 링 자기 분리기는 12,000 Gs의 자기장 강도 및 50 A인 여기 전류를 가지고, 층 간 거리가 5 mm인 미디엄을 가지는 1Cr17로 만들어진 강판 메시들을 가지며, 두께는 1.5 mm이며, 메시 그리드 크기는 5 mm x 10 mm, 와이어 폭은 2 mm이고, 리지 코너는 위쪽으로 향하도록 설치된다. 이 상황에서는, 상기 메시 형 미디엄 노드 필드 강도는 22,000 Gs 까지 상승할 수 있다.

본 발명의 자기 분리 방법의 실시예들에 있어서, 유동 층 석탄회는 원료로서 아래의 표 1(함량은 wt%로 표시된다)의 화학 조성물을 포함한다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
34.70	46.28	1.48	3.61	0.21	1.54	0.22	0.39	0.17	7.17	1.32	97.09

실시예 4:

고체 함량 33 wt%를 가지는 슬러리를 형성하기 위해서, 유동층 재와 물이 함께 추가되었고, 이는 17,500 Gs 자기장 하에 본 발명의 수직 링 자기 분리기에 의해 자기 분리되었다. 각각의 자기 분리 후, 자기 분리된 슬러리 10g을 추출하여, 110℃에서 건조 시키고 나서, 삼중수소 산화철(TFe₂O₃)과 이중 산화철(FeO)의 함량을 측정했다. 세 번의 자기 분리 후, 전체 산화철 함량은 지정된 값 0.8% 보다 낮은 0.7 wt%였다. 상기 슬러리가 방출되고, 방출된 슬러리를 판틀형 여과 압력기로 압력 여과했다. 상기 압력 여과 후, 고체 함량 67.5 wt%의 여과 케이크가 얻어졌다. 상기 여과 케이크는 아래의 표 2(함량은 wt%로 표시된다)의 화학 조성물을 포함한다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
35.22	48.07	1.43	4.24	0.19	0.52	0.18	0.38	0.17	8.04	1.32	99.76

비교예 1:

표 1에서 보여 지듯이, 유동층 석탄회는 종래의 자기 분리기를 이용하여 자기 분리되었다. 종래의 자기 분리기는 인덕티브 미디엄 역할을 하는 환봉 형 스테인레스 강 미디엄(circular rod shaped stainless steel medium)을 가지고 있으며, 인접한 환봉 형 스테인레스 강 미디어 사이의 틈새는 20mm이다. 자기 분리는 환봉 형 스테인레스 강 미디어에 의해 형성되는 17,500 Gs 자기장 강도 하에서 직접적으로 이루어졌다. 표 3(함량은 wt%로 표시된다)에서 보여 지듯이, 다섯 번의 자기 분리 후 건조 자기 분리 후에 얻을 수 있는 화학 조성물은 다음과 같다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
35.22	48.07	1.43	4.00	0.19	1.30	0.20	0.38	0.17	8.04	1.00	100

상기 과정 후의 결과물인 산화철 전체 함량은 1.5wt%이고, 본 발명의 탈철 방법 자기 분리 방법에 의해 형성되는 생성물의 산화철 함량보다 2배 높은 값으로 보여진다.

실시예 5:

고체 함량 20 wt%를 가지는 슬러리를 형성하기 위해 유동층 석탄회는 물과 함께 추가되고, 이는 15.000 Gs 자기장 하에 본 발명의 수직 링 자기 분리기에 의해 자기 분리되었다. 각각의 자기 분리 후에, 자기 분리된 10g의 슬러리를 추출하여, 110℃에서 건조 시키고 나서, 삼중수소 산화철(TFe₂O₃)과 이중 산화철(FeO)의 함량을 측정했다. 세 번의 자기 분리 후에, 산화철 전체 함량은 지정된 값 0.8%와 같았다. 상기 슬러리는 방출되고, 상기 방출된 슬러리는 판틀형 여과 압력기로 압력 여과했다. 상기 압력 여과 후, 고체 함량 75.0%의 여과 케이크가 얻어졌다. 상기 여과 케이크는 표 4(함량은 wt%로 표시된다)의 화학 조성물을 포함한다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
35.20	47.98	1.40	4.17	0.15	0.63	0.17	0.35	0.15	8.01	1.30	99.51

비교예 2:

표 1에서 보여 지듯이, 유동 층 석탄회는 종래의 자기 분리기로 자기 분리되었다. 종래의 자기 분리기는 인덕티브 미디엄 역할을 하는 환봉 형 스테인레스 강 미디엄을 가지고 있으며, 인접한 환봉 형 스테인레스 강 미디어 사이의 틈새는 25 mm 이다. 상기 자기 분리는 상기 환봉 형 스테인레스 강 미디어에 의해 형성되는 15,000 Gs 자기장 강도에서 직접적으로 이루어졌다. 표 5(함량은 wt%로 표시된다)에서 보여 지듯이 다섯 번의 자기 분리 작용 후에 상기 건조 자기 분리로 얻을 수 있는 화학 조성물은 다음과 같다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
35.20	47.98	1.40	4.00	0.15	1.26	0.20	0.35	0.15	8.01	1.30	100

상기 결과물인 산화철 함량 1.46 wt%은 본 발명에 따른 탈철 자기 분리 방법에 의해 형성되는 생성물의 산화철 전체 함량보다 상당히 높은 것으로 보여진다.

실시예 6:

고체 함량 20 wt%를 가지는 슬러리를 형성하기 위해 유동층 재는 물과 함께 추가되고, 이는 20.000 Gs의 자기장 하에 본 발명의 수직 링 자기 분리기에 의해 자기 분리된다. 각각의 자기 분리 후에, 자기 분리된 10g의 슬러리를 추출하여, 110℃에서 건조시키고 나서, 삼중수소 산화철(TFe₂O₃)과 이중 산화철(FeO)의 함량이 측정되었다. 세 번의 자기 분리 작용 후, 산화철 전체 함량은 지정된 값 0.8% 보다 낮은 0.75%였다. 상기 슬러리는 방출되었고, 상기 방출된 슬러리는 판틀형 여과 압력기로 압력 여과했다. 상기 압력 여과 후, 고체 함량 80.0 wt%의 여과 케이크가 얻어졌다. 상기 여과 케이크는 표 6(함량은 wt%로 표시된다)의 화학 조성물을 포함한다.

SiO₂	Al₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	TFe₂O₃	FeO	K₂O	Na₂O	LOS	SO₃	Total
35.20	47.98	1.40	4.17	0.15	0.60	0.15	0.35	0.15	8.01	1.30	99.46

위의 바람직한 실시 예들의 수단들을 통해 본 발명을 설명하였으나 시행 방식은 위의 실시 예들에만 국한되지는 않는다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 선에서 본 발명을 다양하게 변경 수정할 수 있다.

Claims

석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기에 있어서, 상기 수직 링 자기 분리기는 회전링, 인덕티브 미디엄, 상부 및 하부 아이런 요크들, 자기 여기 코일, 피딩 오프닝, 테일링 버킷 및 워터 세정 장치를 포함하고,
상기 피딩 오프닝은 석탄회를 탈철 방법 하기 위한 공급에 사용되고, 상기 테일링 버킷은 탈철 방법 후 비자기성 입자들을 방출하는 데 이용되며, 상기 상부 및 하부 아이런 요크들은 각각 회전링 하단부 내면과 외면에 배치되고, 상기 워터 세정 장치는 상기 회전링 위에 배치되며, 상기 인덕티브 미디엄은 상기 회전링 안에 배치되고, 상기 자기 여기 코일은 상기 상부 및 하부 아이런 요크들 주변부에 배치되어 수직 방향으로 자기장을 형성하기 위해 상부 및 하부 아이런 요크들이 한 쌍의 자기 극이 되게 하며, 상기 인덕티브 미디엄은 강판 메시 층들이며, 각 강판 메시는 와이어로 짜여지고, 상기 와이어들의 에지들은 프리즈메틱 샤프 앵글을 가지는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 아이런 요크들은 상기 회전링에 수직 평면으로 상기 회전링의 하단부 내면과 외면을 둘러싸도록 일체적으로 형성되고 배치된 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 2항에 있어서,
상기 수직 링 자기 분리기는 상기 자기 여기 코일 근처에 배치된 프레셔 밸런스 챔버 워터 자켓을 추가로 포함하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 2항에 있어서,
상기 강판 메시들은 1Cr17로 만들어지는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 4항에 있어서,
상기 자기 여기 코일은 플랫 와이어 솔레노이드 코일이고, 상기 플랫 와이어 솔레노이드 코일은 이중 유리 용기 에나멜 알루미늄인 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 5항에 있어서,
상기 강판 메시들의 상기 층 간 거리는 2~5mm인 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 6항에 있어서,
상기 강판 메시들의 상기 층 간 거리는 3mm인 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 7항에 있어서,
상기 강판 메시의 두께는 0.8~1.5 mm 이고, 메시 그리드의 크기는 3 mm x 8 mm ~ 8 mm x 15 mm이며, 와이어 폭은 1~2 mm인 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 8항에 있어서,
상기 강판 메시의 두께는 1mm 이고, 메시 그리드의 크기는 5 mm x 10 mm이며, 와이어 폭은 1.6 mm인 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 9항에 있어서,
상기 수직 링 자기 분리기는 고무판으로 상기 테일링 버킷과 연결된 진동 메카니즘을 추가로 포함하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 인덕티브 미디엄은 상기 회전링 원 전체에 제공되는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기.
제 1항 내지 11항 중의 어느 한 항에 따른 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법에 있어서,
상기 방법은
석탄회를 지정된 고체 함량을 가지는 슬러리로 준비하는 단계 a;
상기 수직 링 자기 분리기로 상기 슬러리를 자기 분리하는 단계 b;
자기 분리 후 상기 슬러리의 철 함량을 측정하는 단계 c; 및
상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 낮거나 같으면 상기 슬러리를
방출하고, 상기 슬러리의 철 함량이 지정된 함량보다 높으면 상기 단계 b로 돌아가 상기 슬러리를 상기 수직 링 자기 분리기로 한 번 더 자기 분리시키는 단계 d;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.
제 12항에 있어서,
상기 수직 링 자기 분리기는 적어도 15,000 Gs의 자기장 강도를 제공하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 수직 링 분리기로 상기 슬러리를 자기 분리할 때 상기 수직 링 자기 분리기는 15,000~20,000 Gs의 자기장 강도를 제공하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.
제 12항에 있어서,
상기 방법은
상기 방출된 슬러리를 상기 여과 케이크에 압력 여과하는 단계 e를 추가로 포함하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.
제 12항에 있어서,
단계 a에서, 상기 석탄회를 지정된 고체 함량 20~40 wt%을 가지는 상기 슬러리로 준비하는 단계를 포함하는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.
제 15항에 있어서,
상기 방출된 슬러리는 판틀형 여과 압력기로 압력 여과하고, 상기 압력 여과 후 고체 함량 60~80 wt%을 가지는 여과 케이크가 형성되는 석탄회 탈철 용 수직 링 자기 분리기를 이용한 분리 방법.