원심분리기 신기술 솔루션 번역(영어 원본)Treatment of flotation slurries, waste waters containing a large amount of: solid particles, dissolved air or gas, chemicals etc. imposes centrifugal separation as one of the technically and economically acceptable solutions. There are numerous technical solutions and devices which use the centrifugal force for: separation, classification, dewatering, etc., in mineral processing, waste water treatment, etc. The separator that we hereby present, removing some of the noted deficiencies on the existing solutions, introduces improvements in the sphere of self-suction, continual discharge and product transport. It is significant that this new solution can be used for the treatment of flotation tailings containing large amounts of finest particles. Displaying the innovative separator solution, the author analyses the existing theoretical separation basis and while noting certain weaknesses, forms a new approach to defining separation capacities. The theoretical and constructive innovations have been tested, using the separator prototype and displaying the acquired results. The aim of the research is to acquire accurately defined data based on which not only the designer, but the user as well, would be able to choose the most suitable solution for its problem. The secondary, but not less important aim, is to respond to the requests of a potential user: “Suva Ruda”-Raška Flotation.
1. Introduction
Large amounts of mixtures: solid–liquid, solid–liquid–gaseous, and liquid–liquid, appear during and at the end of numerous technological processes in: mining, chemical, foodstuff and process industry, during the treatment of waste fluids, etc. Technological, economical and ecological requirements impose the need for extraction of useful components or for cleaning of these mixtures. Separation is one of many processes for removal of particles (solid or liquid) from multi-phase mixtures. According to the dominating force, there are four basic concepts of mechanical separation: gravity, centrifugal, impingement and filters (Halter, 1966). The gravitational separators are used for the primary separation due to the settling velocity of the solid particles which are low, which therefore entails the need for large surfaces to settle on, long settling time, etc. Also, the final product often does not satisfy the needs of the technological approach (Halter, 1966; Schweitzer, 1997). The weaknesses of the gravitational separation are removed using the inertial procedures where the gravitational acceleration (g, m/s²) is interchanged with centrifugal acceleration (ω2r, m/s2). The most commonly used devices, for these activities are: hydro-cyclones, centrifugal separators and vortex pipes (Clesceri et al., 1998; Møllekær and Madsen, 2003).
The basic advantage of centrifugal separators lies in the fact that the settling velocity, whichwith gravitational separators for fine (+2 to −50 μm) particles revolves from 10−9–10−4 m/s, increases for 500–30,000 times (Axelsson and Madsen, 2008). The increase of settling velocity shortens the particle settling time, in the rotor of separator, which results in smaller separator dimensions, at the same capacity, in comparison with gravitational separators. These advantages are the reason for frequent use of centrifugal separators in mineral processing. Classification (Falcon concentrators, 2008; Knelson Concentrator 2008) and separation (Halter, 1966) are not the only technologies where centrifugal force is used.More andmore often, separators are used in the flotation of mineral raw materials (Benker, et al., 2002), dewatering, thickening (Brociner and Vollans, 1973), waste water treatment (Colic et al., 2007; Rubio et al., 2007), regeneration of chemicals used in the flotation process, etc.
Significant investments in the development of these devices have brought to new technical solutions as well, such as centrobaric separators (Keles et al., 2010) which are used for the thickening of ultra fine coal particles. Also, centrifugal separators have long been present in the processes of waste water treatment (mechanical
separation technology from GEA Westfalia Separator, 2009; Alfa Laval, 2009) crude oil and natural gas treatment (Fiscor, 2009),waste oil (Gaaseidnes and Turbeville, 1999) and other fluid treatment. Significant shortcomings of centrifugal separators are the complex construction, wearing sensitivity, vibrations etc. Impingement and filtration are the procedures used for ultra-fine separation. The weaknesses are the very small separation feed flow rate and great operative expenses.
We, in this paper, display a new technical solution of the separator which will be used for the treatment of flotation slurries which contain large amounts of solid particles (−50 μm) and dissolved air. The problem with which the flotation in “Suva Ruda”-Raška mine comes across, is a great amount of solid particles (clay) in the return water in the flotation cycle of lead and zinc ore. The existing technical solution, settling in the thickener, has proved inefficient. With an aim of improving, process of clarification, two levels of treatment have been tried out:
– rough separation in thickeners;
– by applying the coagulation procedure.
Particle of +0.053 mm size relatively easily settle in the primary treatment in the thickener and are transported to the deposition place via the slurry pumps. Since the particle settling time −0.053 mm in the thickener was too long, there were attempts to accelerate the settling process by applying the coagulation procedure. It turned out that this solution, coagulation, does not give good results (great expenses with little efficiency of separating the finest particles). Following the request of the investor to remove the largest, solid particle content possible, from the water that returns to the technological process, while relying on the already acquired results during the separation of the contaminated fluids (Batalović, 2006a, b) we have come up with an idea to use the modified prototype of the centrifugal separator to examine the possibilities of realizing the set task. By removing solid particles from the water, the aim desired is to improve the flotation process, i.e. to improve the exploitation of useful minerals. Thus, hopefully the flotation expenses would be reduced to a lower level. Also, one of the aims, since the project is still in its developing phase, is to pinpoint the weak spots of the separator design, i.e. to acquire data that would pose the basis for designing a semi-industrial facility that would serve for better quality researches, using different minerals. |
원심분리기 신기술 솔루션 번역(한국어 번역본)다량의 고체 입자, 용존 공기 또는 용존 가스, 화학물질 등이 들어 있는 폐수, 부선 슬러리 처리를 위해 기술적, 경제적으로 허용 가능한 솔루션의 하나로 원심 분리가 이용되고 있다. 많은 기술적 솔루션들과 장치들이 광물 처리, 폐수 처리 시 분리, 분류, 탈수 등에 원심력을 이용하고 있다. 기존의 솔루션에서 지적된 일부 결함이 제거된 분리기를 도입하면 자기 흡입, 연속 배출, 생성물 수송 문제가 개선된다. 중요한 것은 미세한 입자들이 다량으로 함유되어 있는 부선 광미 처리에 이 새로운 솔루션을 이용할 수 있다는 것이다.
혁신적인 분리기 솔루션을 소개하면서 저자는 기존의 이론적 분리 근거를 분석하고, 특정한 취약점을 지적하면서 분리 성능을 규명하는 새로운 접근법을 구성한다. 이론적이고 구조적인 혁신은 분리기 원형을 이용하고, 획득된 결과를 제시해 테스트되었다. 연구의 목적은 설계자뿐 아니라 사용자 역시 문제에 가장 적합한 솔루션을 선택할 수 있었을 것이라는 점을 근거로 정확하게 규명된 자료를 획득하는 것이다. 두 번째 중요한 목적은 잠재적 사용자의 요구에 응하는 것이다.
1. 머리말
광업, 화학산업, 식품산업, 가공산업의 여러 기술 공정에서 그리고 기술 공정이 끝나면 폐기 유체 등을 처리하는 과정에서 고체-액체, 고체-액체-가스, 액체-액체와 같은 다량의 혼합물들이 나타난다. 기술적, 경제적, 생태학적 요건들로 인해 이러한 혼합물들을 정화하거나 유용한 성분들을 추출해야 할 필요성이 부과된다. 분리는 다상 혼합물에서 입자 (고체 또는 액체)를 제거하는 여러 공정 가운데 하나이다. 기계적 분리의 기본 개념은 지배적인 힘에 따라 네 가지이다. 중력, 원심력, 충격력, 여과력. (Halter, 1966).
고체 입자는 침강 속도가 느려 침강 시간이 길고 침강하는데 넓은 표면이 필요하므로 1차 분리에 중력 분리기가 이용된다. 또한 최종 생성물은 대개 기술적 접근법의 요건에 부합하지 못한다 (Halter, 1966; Schweitzer, 1997).
중력 가속도 (g, m/s2)를 원심 가속도 (w2r, m/s2)로 변환시키는 관성 방법을 이용하면 중력 분리의 취약점을 제거할 수 있다. 이러한 작업에 가장 흔히 이용되는 장치는 수력사이클론 원심분리기와 볼텍스 파이프이다 (Clesceri et al., 1998; Møllekær and Madson, 2003).
원심분리기의 기본적인 장점은 미세입자 (+2-50 µm)가 10-9-10-4 m/s로 회전되는 중력가속기보다 침강 속도가 500-30,000배 빠르다는 점이다 (Axelsson and Madson, 2008). 침강 속도가 빨라지면 분리기 로터에서 입자의 침강 시간이 단축되므로 중력분리기와 용량은 동일해도 분리기의 크기가 작아진다. 이러한 장점들로 인해 광물 처리에 주로 원심분리기가 이용되고 있다. 분류 (Falcon concentrator, 2008; Knelson Concerntrator, 2008)와 분리 (Halter, 1966)는 원심력이 이용되는 유일한 기술이 아니다. 광물 원료의 부선 (Benker, et al., 2002), 탈수, 농축 (Brociner and Vollans, 1973), 폐수 처리 (Colic et al., 2007; Rubio et al., 2007), 부선 공정에 이용되는 화학물질의 재생 등에 점점 더 빈번하게 분리기가 이용되고 있다. 이러한 장치들의 개발에 대한 막대한 투자로 초미세 석탄 입자들을 농축하는데 이용되는 Centrobaric 분리기 (Keles et al., 2010) 같이 새로운 기술 솔루션들이 도입되었다. 또한 원심분리기는 오래 전부터 폐수 처리 (GEA Westfalia 분리기의 기계적 분리 기술, 2009; Alfa Laval, 2009), 원유 및 천연가스 처리 (Fiscor, 2009), 폐유 (Gaaseidnes and Turbeville, 1999), 기타 유체 처리 공정에도 이용되어 왔다. 원심분리기의 중요 결점은 복잡한 구조, 마모 민감도, 진동 등이다.
충격과 여과는 초미세 분리에 이용되는 절차이다. 단점은 분리 공급 유량이 매우 적고, 운전 비용이 많이 든다는 것이다.
우리는 본 논문에서 다량의 고체 입자 (-50 µm)와 용존 공기가 함유되어 있는 부선 슬러리 처리에 이용될 새로운 분리기 기술 솔루션을 소개한다. “Suva Ruda”- Raška 광산에서 발견된 부선 문제는 납과 아연광의 부선 주기 귀환수에 다량의 고체 입자 (점토)가 있다는 것이다. 농축조에 침강시키는 기존의 기술 솔루션은 효율적이지 못한 것으로 입증되었다. 분류 공정 개선이라는 목적에 따라 두 가지 수준의 처리가 시도되었다.
– 침강조에 대략적으로 분리
– 응고 절차 이용
+0.053 mm 크기의 입자는 1차 처리에서 비교적 쉽게 농축조에 침강되고, 슬러리 펌프를 통해 퇴적 위치로 수송된다. -0.053 mm의 입자가 농축조에 침강되는 시간은 너무 길었기 때문에 응고 절차를 이용해 침강 공정을 가속화하였다. 이러한 응고 솔루션은 좋은 결과를 내지 못하는 것으로 나타났다 (미세한 입자를 분리시키는 데 있어 효율성이 낮고 비용은 많이 드는). 오염된 유체를 분리하는 과정에서 이미 획득된 결과물을 신뢰하지만 기술 공정으로 귀환하는 물에 함유되어 있을 수 있는 대형 고체 입자를 제거해 달라는 투자자의 요청에 따라 (Batalović, 2006a, b) 우리는 개조된 원심분리기 원형을 이용해 설정 과제의 실현 가능성을 조사한다는 아이디어를 제시하였다. 물에서 고체 입자를 제거해 얻고자 하는 목적은 부선 공정을 향상시키는 것, 즉 유용한 광물의 개발을 향상시키는 것이다. 이에 따라 부선 비용은 더 낮은 수준으로 감소될 것으로 기대된다. 또한 프로젝트가 여전히 개발 단계에 있으므로 목적 가운데 하나는 분리기 설계의 취약점을 정확히 찾아내는 것이다. 다시 말해, 다양한 광물들을 이용해 준공업 설비의 설계 기반이 될 자료를 획득하는 것이다. 이는 보다 나은 품질 연구에 유용할 것이다. |
