분급 - Cyclone(싸이클론)의 작동원리

하이드로 싸이클론(hydro-cyclone)의 작동원리를 알기 위해서는 우선 싸이클론의 구조를 알고 있어야합니다 (아래의 그림 참조).

 

Fig 1. Cyclone structure

 

·Overflow (overflow discharge):오버플로(overflow)로 미립분이 얻어지는 구간

·Vortex finder: 오버플로가 나가는 부분 아래로 이어지는 장치이며, 이의 너비를 통해 미립으로 배출되는 입자의 사이즈를 결정하는 역할을 하는 장치 중 하나

·Cone: 상부와 하부 파트로 나누어지는 장치도 존재하며, 이는 손상된 부분을 쉽게 교체하기 위함. 콘 내부의 벽면을 따라 피드된 슬러리는 장치 내에서 소용돌이(vortex)를 형성하는데 도움을 줌

·Apex: 하부 파트의 콘 혹은 콘(cylinder)에 연결되는 부분으로, 조립자들이 언더플로(underflow)로 얻어지는 구간

 

이들이 싸이클론 내부에서 분립에 기여하는 역할은 아래의 작동원리 부분에서 자세히 확인할 수 있습니다.

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Working principle: 작동원리

 

광업에서는 일반적으로 슬러리 형태의 피드가 싸이클론 내부로 진입하게 되며 아래와 같이 요약될 수 있습니다.

 

·펌프에 의하여 슬러리는 어느정도의 속도(유속)을 가진 채로 싸이클론 내부의 벽을 따라 진입

·이 속도에 의하여 싸이클론 내부에서 슬러리는 콘(cone) 내부에 나선형(spiral)의 경로(outerflow spiral)로 이동*

·이 회전(나선형 움직임)에 의하여 생성되는 원심력은 조립자를 벽을 향하는 방향으로 밀어내며, 언더플로로 싸이클론을 빠져나감

·미립자는 중심에 형성되는 상승기류에 의하여 상승되어 오버플로로 싸이클론을 빠져나감

*효율적인 분립을 위하여, 슬러리의 움직임을 방해하지 않도록 싸이클론의 피드입구를 설계하여야 함

Fig 2. Cyclone working principle

 

Apex는 슬러리를 원심력을 이용하는 분리하기 위한 회전을 형성하는데 가장 큰 역할을 합니다. 이는, apex가 싸이클론 내부에 압력을 발생시키고 싸이클론의 상부로 상승시키는 소용돌이(ascending vortex)를 형성시키는 것이 주요한 목적이기 때문입니다.

 

Vortex finder의 목적은 상승하는 소용돌이를 타고 올라오는 입자를 한번 더 분리하는 것 입니다. Vortex finder의 넓이가 넓을수록 더 많은 오버플로 유량이 발생할 뿐만 아니라, 소용돌이의 중심부에서 더 먼 곳에 위치하는 입자(상대적으로 조립자)들 또한 오버플로로 싸이클론을 빠져나가게 됩니다.

 

이 외에도, 싸이클론의 분리입도를 결정하는 요인은 아래와 같이 다양합니다. 단, 위와 같이 한번 설치된 장치의 조건들은 변경시키기는 어려우므로, 운전 중인 공정 중에서 분리입도를 변경할 경우에는 공정의 운전조건을 변경시킵니다.

 

① 설치장비조건(equipment conditions): Cone diameter, Inlet diameter, Vortex finder diameter, Apex diamter

② 공정운전조건(operating conditions): Feed 광액농도, Feed 유량, 내부압력