부유선별 - 부선의 기본원리

부유선별(flotation)은 광석, 맥석 등의 고체 입자들이 현탁되어 있는 광액(pulp)에 공기를 불어 넣어 발생되는 기포를 이용하는 것입니다. 광액 내에서 입자들은 그 표면 성질에 따라 아래의 움직임(behavior)을 보이며, 이를 통해 고체입자들을 분리하는 물리적 선별법입니다.

 

˙입자의 표면이 소수성(hydrophobic)의 성질을 가지는 것은 기포에 부착되어 수면위로 부유

˙입자의 표면이 친수성(hydrophilic)의 성질을 가지는 것은 광액 내에 남김

 

Flotation schematic diagram

 

위의 그림은 많이 사용되는 부유선별 장비 중 하나인 Tank cell입니다. 주입되는 공기와 소수성의 광물입자는 장비의 상부에서 포말(froth)을 형성하며, 이를 광화된 포말(mineralised froth)라고도 합니다. 아래의 영상에서는 해외 광산의 실제 운전중인 부유선별 장비이며, 소수성 광물이 포함된 포말은 장비의 밖으로 배출되는 것을 확인할 수 있습니다.

 

The upper froth layer of flotation equipment

 

I. Particle behavior in pulp: 광액 내 입자의 움직임

 

부유선별의 과정에서 광액 내의 소수성 광물과 친수성 광물들이 어떻게 움직이는지 보다 구체적으로 알아보겠습니다. 우선, 부유선별에 영향을 주는 요인은 굉장히 많습니다. 즉, 해당요인들은 광액 내에서 입자들이 어떻게 분리되는지 영향을 준다는 것입니다.

 

(1) Flotation factors

 

1-1) Particle size & Liberation: 입자의 크기와 단체분리 여부

1-2) Bubble/froth size: 기포의 크기

1-3) Pulp density: 광액 농도

1-4) Agitation speed: 교반속도

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(2) Particle recovery mechanism

 

어느 선별법에서나 마찬가지로, 완벽한 분리는 있을 수 없습니다. 부유선별에서 또한 아래의 요인으로 맥석광물 내지 불순물이 포말층(froth layer)에 포함될 수 있습니다.

Particle recovery mechanism

 

① attachment: 기포에 소수성 광물이 선택적으로 부착

② entrainment: 기포 사이의 물에 친수성 광물이 엔트레인먼트*

③ entrapment(aggregation): 기포에 부착된 입자 사이에 포획

*엔트레인먼트(entrainment) 용어는 광업 분야 내에서 흔히 접할 수 있는 용어입니다(용매추출).