자기 분리 및 철광석 선광

자기 분리 및 철광석 선광

자기 분리는 철광석을 농축하고 부철을 제거하는 오래된 기술입니다. 1849년 이래로 자기 분리에 대한 많은 특허가 미국에서 발행되었으며 1910년 이전의 일부 특허의 텍스트에는 광물 처리를 위한 다양한 자기 분리기가 설명되어 있습니다.

자기 분리 방법은 비자성 관련 맥석 재료에서 철광석을 분리하기 위해 자기 특성의 차이를 이용하기 위해 사용됩니다. 습식 시스템이 더 많이 사용되지만 자기 분리는 건조하거나 습한 환경에서 수행할 수 있습니다.

자기 분리는 견인력 (i) 자기력, (ii) 중력, 유체역학적 항력, 마찰력 또는 관성력, (iii) 인력 또는 척력 입자간 힘 사이의 3가지 경쟁을 기반으로 하는 개별 입자의 물리적 분리입니다. . 이러한 힘은 결합되어 공급 재료에서 서로 다른 자기 특성의 입자에 차등적으로 작용합니다. 그림 1은 자기 분리의 원리를 보여줍니다.

그림 1 자기 분리의 원리

자기력과 경쟁하고 분리기를 통해 이동하는 모든 입자에 작용하는 자기 분리기의 힘은 중력, 유체 역학적 항력, 마찰 및 관성의 힘입니다. 자기 분리기의 유형에 따라 이러한 힘 중 일부는 중요도가 더 높거나 낮을 수 있습니다.

중력은 큰 입자에 중요하지만 유체역학적 항력은 작은 입자에 중요합니다. 따라서 큰 입자를 건조 형태로 처리하는 자기 분리기에서 공급 물질은 중력을 통과합니다. 자력은 경쟁하는 중력에 대항하여 자성 입자를 유지하기에 충분해야 합니다. 작은 입자용 습식 분리기에서 자기력은 갇힌 입자에 슬러리 흐름에 의해 가해지는 유체역학적 항력보다 커야 합니다.

자기 분리기에서 자기력과 경쟁하는 힘 사이의 경쟁은 자기 분리기에 자기 입자가 갇히거나 회수될 가능성을 결정합니다. 자성 입자와 비자성 입자 사이의 입자 간 힘은 자기 분리 생성물의 농도를 결정합니다. 입자 사이의 힘이 자기력과 경쟁하는 힘보다 크면 많은 비자성 입자가 자성 입자와 함께 갇힐 가능성이 높습니다. 반대로 많은 자성 입자는 비자성 입자와 함께 운반될 수 있으며 가두지 못할 수 있습니다.

자성 입자의 높은 회수율을 달성하기 위해, 자기 분리력은 경쟁하는 힘의 합보다 커야 합니다. 그러나 자력이 경쟁력보다 훨씬 크면 다양한 자화성 입자 사이에 구별이 없기 때문에 분리 선택성이 나쁘다. 공정의 선택성은 분리기 자체 및 작동 매개변수의 올바른 선택에 의해 영향을 받는 자기력 및 경쟁력의 상대적 값에 의해 결정적으로 결정됩니다.

작동하는 자기력, 경쟁 및 입자간 힘은 분리기 성능을 결정합니다. 이러한 힘은 분리할 피드의 특성과 자기 분리기의 특성 모두에 따라 다릅니다. 사료의 특성에는 관련된 다양한 힘에 영향을 줄 수 있는 크기와 물리적 특성이 포함됩니다. 자기 분리기의 특성에는 설계 및 가변 매개변수, 특히 자기장 및 공정 속도가 포함됩니다. 이러한 매개변수 사이에는 일반적인 관계가 있습니다. 또한, 자기장 기울기를 입자 크기와 일치시켜 분리기의 자기력을 최대화할 수 있습니다.

자기 분리기는 철광석 원료를 두 개 이상의 구성 요소로 분리합니다. 목적이 자성 농축 철광석을 생산하는 것이라면 비자성인 다른 구성 요소는 광미입니다. 어떤 경우에는 중간이라고 하는 덜 자기적인 제3 구성요소를 분리할 가능성도 있을 수 있습니다. 이러한 각각의 물질 스트림은 분리기로, 분리기를 통해 또는 분리기 외부로 운송됩니다.

자기 및 경쟁 중력, 마찰, 유체역학적 항력 또는 관성력은 입자를 분리하는 경향이 있는 반면 매력적인 입자 간 힘은 분리 정도를 감소시키는 경향이 있습니다. 분리를 위한 실제 상황에서 자성 입자와 비자성 입자는 모두 광미 또는 중간 물질에서도 일반적으로 발견되며, 제한된 경우에만 완전한 자기 분리가 가능합니다. 자성 분리 효율은 일반적으로 회수율(공급원료 내 자성물질에 대한 농축광석 내 자성물질의 비율)과 등급(농축광석 내 자성물질의 비율)로 표시됩니다. 이것은 자기 분리기의 효율성에 대해 일반적으로 사용되는 두 가지 독립적인 측정입니다. 이러한 측정은 견인 자기력, 중력, 유체역학적 항력, 마찰력 또는 관성력, 인력 또는 척력 입자 간 힘의 상대적 크기에 따라 달라집니다.

자기 분리에서는 효율적인 분리 조건이 명확하게 정의되어 있지만 힘의 상대적 중요성이 주로 입자 크기에 의해 결정되기 때문에 복잡합니다. 이는 주로 경쟁하는 힘이 입자 크기에 의존하기 때문입니다. 건식 자기 분리에서 항력은 일반적으로 입자 크기에 무시할 수 있는 영향을 미치므로 일반적으로 분리 효율에 상당한 영향을 미치지 않습니다. 이에 반해 입자크기는 건조자기분리시 자기력과 중력에 크게 의존한다. 한편, 유체역학적 항력이 중요한 습식 분리에서 분리의 선택성은 입자 크기 분포에 의해 상당히 영향을 받는다. 입자 크기가 감소함에 따라 유체역학적 항력의 상대적 중요성이 자기력에 비해 증가합니다.

자기 분리기의 설계에서 자기장 외에 원하는 방향으로 입자의 이동을 향상시키기 위해 자기장 강도의 구배도 제공되어야 합니다. 균일한 자속의 장에서 자성 입자는 자속으로 수렴하여 몸에 농도가 있지만 움직이지 않도록 방향을 지정합니다. 반면에 수렴 필드를 생성하면 입자가 더 높은 플럭스 영역으로 당겨지는 결과가 발생합니다.

모든 자기 분리기의 입자에 작용하는 자기장 및 자기장 구배는 다양한 방식으로 생성될 수 있으며 결과적으로 자기장의 기하학적 구조와 강도가 매우 다양해집니다. 어떤 경우에는 영구 자석이 자기장을 직접 생성하지만 다른 경우에는 코일과 철 자석 회로를 사용하여 자기장 기울기가 자성 입자를 끌어당기는 강자성 구조를 자화합니다.

다른 기준과 함께 선광될 광석을 기반으로 하는 필요한 자기장을 가능하게 하도록 설계된 다양한 유형의 자기 분리기가 있습니다. 자기 분리기는 크게 (i) 저강도 및 (ii) 고강도의 두 그룹으로 분류됩니다. 두 그룹 모두 습식 또는 건식 작동 유형일 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 자기 분리기의 유형 중 일부는 (i) 습식 및 건식, 저강도 자기 분리(LIMS), (ii) 고경사 자기 분리(HGMS), (iii) 습식 고강도 자기 분리(WHIMS)입니다. ), (iv) 약한 자성 광석을 처리하기 위한 롤 자기 분리기 및 (v) 건조 광석을 농축하기 위한 유도 롤 자기 분리(IRMS). 자기장은 일반적으로 (i) 영구 자석, (ii) 철 요크가 있는 전자석, (iii) 솔레노이드 및 (iv) 초전도 자석과 같은 여러 방법 중 하나로 생성됩니다.

자기 분리 작업은 종종 저강도 또는 고강도로 분류됩니다. 저강도 분리기는 0.1 Tesla에서 0.3 Tesla 사이의 자기장을 사용합니다. 저강도 기술은 일반적으로 저렴하고 효과적인 분리 방법으로 자철광 광석에 사용됩니다. 고강도 분리기는 1 Tesla에서 2 Tesla만큼 강한 필드를 사용합니다. 이 방법은 자성 이하의 맥석 재료에서 적철광과 같은 약한 자성 철광석을 분리하는 데 사용됩니다. 사용할 자기 분리기 시스템의 유형을 결정하는 데 중요한 다른 요소로는 입자 크기와 광석 슬러리 공급물의 고형물 함량이 있습니다.

자기 분리기는 일반적으로 건식/습식 저강도 자기 분리기, 건식/습식 고강도 자기 분리기 및 고구배 자기 분리기로 분류됩니다. 자기장 강도를 기반으로 한 그룹화는 그림 2에 나와 있습니다. 또한 영구 롤 자기 분리기, 등역학적 분리기, 개방형 기울기 자기 분리기, 진동 높은 기울기와 같은 건식 고강도 그룹에서도 설명되는 분리기가 거의 없습니다. 자기 분리기/필터 및 초전도 고구배 자기 분리기. 고강도 건식 자기 분리기는 영구 자석 또는 유도 자기장을 통해 부여된 자기장 강도가 더 높아 자화율에 따라 입자를 분리합니다.

그림 2 자기장 강도에 따른 자기 분리기 그룹화

자기 분리기에는 여러 그룹이 있지만 여기서는 두 가지 유형의 분리기(드럼 및 고강도)에 의한 분리 원리를 설명합니다. 드럼 분리기는 기존의 낮은 기울기 자기 분리기를 대표합니다. 이러한 분리기(그림 3)에서 건조 공급 재료는 회전 드럼의 상단에 도입됩니다. 광석 입자는 드럼의 회전을 입자로 전달하는 중력 및 마찰력의 결합된 작용에 의해 드럼을 따라 아래쪽으로 운반됩니다. 드럼 내부의 고정 자석에 의해 생성된 자기력은 더 높은 자성 입자를 회전 드럼에 고정시킵니다. 이 입자는 드럼이 자석의 끝을 지나갈 때 오른쪽으로 퇴적됩니다. 비자성 입자는 드럼에서 왼쪽으로 자유롭게 떨어집니다. 이러한 분리기는 영구 자석 또는 전자석을 사용할 수 있습니다. 이와 유사한 자기 분리기는 자철광을 함유한 철광석의 선광에 널리 사용됩니다.

             그림 3 자기 분리기의 두 가지 유형의 예

그림 3은 또한 고강도 자기 분리기의 개략도를 보여줍니다. 이 고경사 자기 분리기에는 용기 부피에서 강력하게 조절 가능한 자기장을 생성하도록 설계된 자석이 사용됩니다. 이 볼륨은 필라멘트, 강자성 물질의 매트릭스로 채워져 있습니다. 필라멘트 가장자리의 높은 자기장 구배에 의해 생성된 강한 자력은 약한 자성 물질의 매우 미세한(100미크론 미만) 입자를 가두는 데 효과적입니다. 이 필라멘트는 자력을 최적화하기 위해 공급 입자의 크기와 일치하도록 선택됩니다. 액체(보통 물) 슬러리의 철광석 공급물은 컨테이너를 통해 아래로 전달됩니다. 유체 및 비자성 입자는 매트릭스의 비교적 개방된 구조를 쉽게 통과합니다. 가해진 자기장이 0으로 줄어들 때 갇힌 자성 입자는 쉽게 씻겨 나옵니다. 이러한 형태의 자성 분리기는 펠릿 공급용 철광석 가공 시 미세한 자성 입자의 농축 또는 제거에 유용합니다.

자기 분리기는 저등급 철광석 선광 시스템의 필수적인 부분입니다. 자화(즉, 적철광에서 자철광으로의 전환)를 증가시키기 위해 저품위 철광석을 로스팅하면 기존 자기 분리기의 적용 가능성이 확장됩니다. 자기 분리기는 특정 철 재활용 응용 분야에서도 사용됩니다.

자기 분리기의 유형

철광석 선광에 사용되는 몇 가지 유형의 자기 분리기가 있습니다. 가장 일반적인 것은 철광석의 선광에 사용되는 건식 및 습식 드럼 분리기입니다. 유도 롤 분리기는 약한 자성 철 함유 광석을 처리하는 데 사용되는 반면 풀리 분리기는 다양한 공급물에서 트램프 철을 제거하는 데 가장 자주 사용됩니다. 이 분리기는 영구 자석 또는 전자석을 사용하며 연속 모드에서 작동합니다. 드럼 분리기 및 고경사 자기 분리기는 아래에 자세히 설명되어 있습니다.

드럼 분리기 – 많은 유형의 드럼 분리기가 사용되는 가장 일반적인 유형의 자기 분리기일 것입니다. 이러한 유형에는 도르래, 건식 드럼, 습식 드럼 및 유도 동시, 역회전 및 역류 유형 롤 분리기가 포함됩니다.

건식 드럼, 유도 롤 및 풀리 분리기는 그림 3에 나와 있고 이 기사의 앞부분에서 설명한 분리기와 유사하게 작동합니다. 건조 공급물은 입자에 작용하는 자기력, 원심력 또는 중력의 상대적 크기에 따라 드럼이나 도르래의 한쪽 또는 다른 쪽에서 떨어집니다. 이러한 유형의 분리기를 사용하면 중간 부분을 회수할 수 있습니다. 중간 입자는 정광 입자보다 자기력에 약하게 끌리므로 정광과 광미 bin 사이의 bin으로 떨어지게 됩니다. 이러한 중간체는 일반적으로 자성 및 비자성 성분을 모두 포함하는 부분적으로 해방된 입자로 구성됩니다. 광석의 분쇄는 비용이 많이 들기 때문에 초기에 광석을 건식 드럼 분리기로 처리하고 중간 부분을 자기적으로 후퇴시키기 전에 다시 분쇄하는 것이 경제적으로 매력적인 경우가 많습니다.

건식 드럼 분리기는 100미크론만큼 작은 입자를 처리하는 데 사용됩니다. 정광 생산에서 이러한 분리기의 성능은 공급 광석의 수분 함량에 의해 크게 영향을 받습니다. 수분 함량이 높으면 작은 입자가 더 큰 입자에 달라붙어 덜 완벽하게 분리될 수 있습니다. 그림 1의 비자성 드럼은 드럼 내 자석의 고정 극을 지나 회전하기 때문에 자성 입자가 드럼 표면을 탈 때 다양한 크기의 힘을 경험하는 것을 볼 수 있습니다. 자기력 강도의 이러한 변화는 갇힌 입자의 텀블링 동작을 생성하여 원치 않는 비자성 입자로부터 분리하는 데 도움이 됩니다. 자극 사이의 자기장의 역전은 또한 나머지 모멘트와 함께 입자의 회전을 초래합니다. 입자의 특정 운동은 입자 크기에 크게 의존합니다.

습식 드럼 분리기에는 세 가지 주요 유형이 있습니다(그림 4). 이들은 (i) 동시, (ii) 역회전 및 (iii) 역류 유형입니다. 드럼의 자석은 그림 3에 표시된 것과 같으며 회전 표시 화살표와 동일한 호 주위를 덮습니다. 동시 드럼 자기 분리기에서 공급 슬러리는 드럼의 회전과 동일한 방향으로 트로프를 통과합니다. 자성 입자는 드럼 내부의 고정 자석에 의해 비자성 드럼의 회전 표면에 끌립니다. 비자성 입자는 트로프의 가장 낮은 지점으로 가라앉고 찌꺼기로 배출됩니다. 자성 농축물은 회전하는 드럼에 의해 오른쪽 위어 위로 운반됩니다. 이러한 유형의 분리기는 직경이 몇 밀리미터 정도인 입자에 대한 고급 농축물을 생성합니다. 자성 입자가 드럼 주변을 따라 경쟁하는 자기 및 유체 역학적 항력의 영향을 받기 때문에 분리가 비교적 깨끗합니다. 이 세척은 드럼 내의 교대 극으로 인한 힘의 변화가 슬러리의 점성력이 존재하지 않는 건식 분리기에서 볼 수 있는 것과 같은 정도의 입자 운동을 드럼에서 생성하지 않더라도 발생합니다. 동시 탱크 분리기는 종종 상대적으로 많은 양의 자성 물질이 남아 있는 광미를 생성하기 때문에 광미는 종종 역회전 드럼 분리기에서 후퇴됩니다.

역회전 분리기는 그림 4에 나와 있습니다. 공급물은 드럼 회전 방향과 반대되는 트로프를 통과합니다. 자성 입자는 드럼 표면에서 픽업되어 왼쪽으로 운반됩니다. 이 분리기는 대부분의 자성 입자가 드럼의 짧은 부분에 포획되고 포획된 입자의 재료가 동반된 비자성 입자를 방출할 기회가 거의 없기 때문에 회수율은 높지만 일반적으로 저등급 농축물을 생성합니다. 높은 회수율은 또한 입자가 드럼에 의해 더 하류에서 픽업되어 농축물로 다시 운반될 수 있는 기회에서 기인합니다. 이러한 분리기는 일반적으로 100미크론 이하의 입자를 처리합니다. 즉시 혼입되지 않는 자성 입자를 집는 능력으로 인해 이 분리기는 동시 유형보다 용량이 큽니다.

세 번째 유형의 마그네틱 습식 드럼 분리기인 역류 드럼은 약 70미크론 이하의 입자에 대해 우수한 회수율과 함께 매우 깨끗한 농축물을 생성하기 때문에 마감 분리기로 종종 사용됩니다. 이 구분 기호는 동시 및 역회전 유형의 일부 기능을 유지합니다. 이 분리기는 3 드럼 탠덤 분리기로 그림 4에 나와 있습니다. 이 분리기에서 피드는 드럼의 자기 부분의 중간 지점 부근에서 도입됩니다. 유입된 입자가 같은 방향으로 이동하는 동안 공급 슬러리의 흐름은 드럼 회전 방향과 반대입니다. 이러한 동반된 입자는 탱크의 왼쪽에 유입된 물로 세척됩니다. 세척된 농축액이 왼쪽으로 넘칩니다.

모든 습식 드럼 분리기에 공통적인 특징은 탱크 끝에서 농축 슬러리가 넘친다는 것입니다. 이것은 자성 입자가 공기-물 계면을 통해 끌어당겨져서 자성 입자가 손실되는 것을 방지하는 것이 바람직합니다. 탈수된 농축액이 필요한 일부 분리기에서 자성 입자는 슬러리 표면 위로 끌어 올려져 드럼에서 긁어냅니다. 이러한 경우 슬러리는 손실된 자성 입자를 회수하기 위해 재순환되어야 합니다.

그러나 습식 드럼 분리기의 주요 경쟁력은 유체역학적 항력입니다. 이는 동반된 입자를 통과하는 슬러리 또는 세척수의 상대 속도에서 기인합니다. 동시 분리기에서 이 속도는 주변 속도 주변에 있는 반면 역회전 분리기에서는 이러한 속도가 추가됩니다. 일반적으로 주변 드럼 속도는 슬러리 속도보다 상당히 높습니다. 상대 항력 속도에 대한 영향 외에도 드럼 속도는 드럼 분리기의 용량에도 영향을 미칩니다. 속도가 느리면 용량이 감소하고 속도가 높을수록 더 높은 항력 속도로 인해 복구가 감소하고 드럼 표면이 더 많이 마모됩니다.

자기 분리기 중 일부는 고강도 분리기라고 합니다. 이것은 일반적으로 평소보다 더 큰 강도의 자석을 사용하는 기존 설계의 분리기를 나타냅니다. 그들은 고강도 자기장을 발생시키고 저강도 자기 분리기에 반응하지 않는 입자를 제거할 수 있습니다.

그림 4 자기 드럼 분리기의 유형

높은 그라데이션 구분 기호 –

높은 자기장 기울기가 큰 자기력을 생성할 수 있다는 사실에 기초하여 여러 유형의 높은 기울기 자기 분리기가 개발되었습니다. 이러한 분리기는 강자성 구조(격자, 스크린, 홈이 있는 판 또는 스틸 울)에 비교적 균일한 배경 자기장을 적용하고 적절하게 방향이 지정된 가장자리를 따라 자극을 유도하여 자기장 기울기가 생성되기 때문에 '유도 극' 분리기라고도 합니다. 큰 자기장 기울기는 일반적으로 작은 부피에서만 존재할 수 있기 때문에 이러한 분리기는 작은 자성 입자의 분리를 위해 설계되었습니다. 실제 수의 입자를 가둘 수 있을 만큼 충분히 큰 표면적에 높은 기울기와 큰 자기력을 생성하는 것이 주요 문제입니다. 축이 적용된 필드와 평행한 바늘은 상대적으로 낮은 필드에서 높은 기울기를 생성하지만 사용 가능한 트래핑 표면은 매우 제한적입니다. 대조적으로 장축에 수직으로 자화된 필라멘트는 자화 계수가 크지만 표면적이 훨씬 더 큽니다.