분급 - Mechanical classifier(기계적 분급기)

기계적 분급기는 하이드로싸이클론(hydrocyclone)과 다르게 기계적으로 작동하는 장비입니다. 대표적인 기계적 분급기로는 나선형 분급기(spiral classifier), 레이크 분급기(rake classifier), 볼 분급기(bowl classifier)가 있습니다. 기계적 분급기가 드물게 사용되기는 하지만, 많은 경우 싸이클론에 의하여 대체되었습니다. 대표적으로 스웨덴의 북쪽에 위치한 Boliden Aitik 구리 광산이 대형 분급기(large screw classifier)가 사용되는 곳으로 알려져 있습니다. 

Fig 1. Spiral classifier

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Design and operational features

 

Fig 1에서 보이는 나선형 분급기의 형태와 같이, 기계적 분급기는 기울어진 바닥면을 가진 settling tank(slurry pool)가 있으며 이 침전조 내부에는 가라앉은 조립자들을 위쪽으로 퍼올리는 장치(spiral, rake etc.)가 있습니다. 기계적 분급기는 다음의 역할을 할 수 있습니다 (단, 디자인에 따라 다를 수 있음).

[참고#1] Spiral classifier(나선형 분급기)의 구조

[참고#2] Rake classifier(레이크 분급기)의 구조

 

· Slurry pool (pool 혹은 settling tank)에서 조립자들이 침전되며, 오버플로우(overflow)로 빠져나가는 조립자들을 최소화할 수 있음

· 높은 고액비율(solid/liquid ratio)의 오버플로우 및 언더플로우(underflow)를 얻을 수 있음

· 회전 혹은 움직이는 장치(moving parts)에 의하여 앤트랩먼트(entrappment)된 미립자(fine particle)의 분리를 도와줌

· 지속적으로 회전 혹은 움직이는 장치(moving parts)에 의하여 바닥에 쌓인 조립자들을 제거

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Settling area/zone

 

분립기에서 발생하는 침전과정은 침전조(thickener)의 원리와 유사합니다. 입자의 침전은 입자들의 모양, 밀도, 그리고 광액(pulp)의 점도, 농도(pulp density) 등에 좌우되며, 결국 pool의 면적에 영향을 주게 됩니다. (참고) 필요한 slurry pool의 면적을 구하는데는 다음의 Heiskanen의 식*이 이용될 수 있습니다.

 

A=W×E=2×Q/V_T (Heiskanen equation, 1993)

*required pool are for dilute slurries in open-circuit desliming

 

Fig 2. Settling zone in mechanical classifier

 

기계적 분립기는 보기보다 많은 구역(zones)들로 나누어질 수 있습니다.

 

Zone ①: Feed zone

Zone ②: Horizontal overflow zone 

Zone ③: Hindered settling zone

Zone ④: Settled zone

Zone ⑤: Cleaning and removal zone

 

Zone ③의 상부에 가까울수록 기계적 움직임에 의한 난류와 교반의 영향이 적으며, 이 구역의 광액 농도 농도가 낮을수록 침강되는 입자의 크기는 작아질 수 있습니다. 또한, 난류와 교반이 형성되는 구간 위의 slurry pool의 깊이가 깊을수록 분리 입도의 크기가 작아질 것입니다 (effect of turbulence < settling force).

[참고#3] 침강이론: 자유침강과 간섭침강

 

Zone ④에 침전된 입자들은 부드럽게 퍼올려지는 기계적 움직임(raking mechanism)에 의하여 앤트렙먼트된 미립자들이 한번 더 제거됩니다. 침전된 입자들은 기계적인 움직임에 의하여 상단부로 끌어올려지며, zone ⑤에서 제거됩니다.

 

LEGEND

A: pool area (m²)

W: length of the overflow weir (m)

E: Weir's mean distance from feed entry (m)

Q: volumetric weir overflow (m³/s)

V_T: terminal settling velocity (m/s)