분쇄공정 - Bond work index

분쇄 공정을 설계하는 과정에서 분쇄에 소요되는 동력을 추산하는 것은 상당히 종요합니다 (분쇄 장비의 운전관리 등을 사전 평가하는데 이용). 이 전에 소개한 3가지의 이론들(Rittinger, Kick, Bond)*이, 이를 추산하는데 사용됩니다. 이 중, 볼밀과 로드밀에는 본드 분쇄일지수(Bond work index)가 많이 적용되며, 일지수를 계산하는 방법과 장비는 Bond (및 동료들)에 의해 소개되어 있습니다. 아래는 분쇄일지수를 계산하기 위한 방법을 설명 해놓았습니다**.

*[참고] 파분쇄이론: 소요되는 에너지(전력)에 관한 이론

**Standard grindability tests and calculations

본드 분쇄일지수의 계산을 위한 장비

 

본드 분쇄일지수를 계산하기 위해서는 대부분 F.C Bond mill 장비가 사용됩니다 (해당 장비는 Bond와 그의 동료들이 본드 분쇄일지수를 계산하기 위해 고안한 장치). 이 외에 분쇄에 사용되는 매체인 볼은 아래와 같은 사이즈와 개수로 장입되어야 합니다.

 

· balls of 1-1/2″ (25개)

· balls of 1-1/4″ (39개)

· balls of 1″  (60개)

· balls of 7/8″ (68개)

· balls of 3/4″ (93개)

 

해당 볼의 개수는 정확하게 총 285개가 되도록, 무게는 약 20,125g에 가깝도록 설정되어야 합니다.

F.C Bond mill

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실험 & 계산 과정: Bond ball mill work index

 

(1) Feed sample preparation

 

피드 광석에 대해서는 아래와 같이 준비됩니다.

 

1-1) Sampling

 

· 약 8-10kg의 피드 광석(입자 크기 0.5인치 이하)을 500g씩 샘플링한 뒤, 샘플링 한 500g을 125g씩 한 번 더 샘플링

· 나누어진 각각의 샘플에 대해 무게 기록(Feed 1)

· -150 mesh 체를 이용하여 습식체질 진행한 뒤, +150, 6-150 mesh, -150 mesh 구간의 입자들을 건조

· 위의 과정을 한 번 더 반복(Feed 2)

 

1-2) Particle size analysis

 

· K₈₀과 -150 mesh 입자에 대한 백분율 계산(Feed 1 & Feed 2)

· Feed 1과 Feed 2에 대한 K₈₀ 값이 50μm보다 작은 경우 다음 단계로 이동. 그렇지 않은 경우, 2-1) 과정을 반복(Feed 3)

· Feed 1과 Feed 2(또는 Feed 3)에 대한 K₈₀, -150 mesh 입도에 대한 평균 백분율 계산

· 분쇄성 시험 시트(bond grindability test sheet)의 팩터 F로 K₈₀ (μm)을 사용

 

(2) Grinding test

 

샘플과 장비가 준비되었다면, 분쇄일지수를 측정/계산하기 위한 데이터를 얻기 위해서 분쇄 실험을 진행합니다.

 

2-1) First cycle

 

· 저울에 1L의 실린더를 놓고 제로 조절(tare)

· 준비한 시료를 실린더에 100mL씩 천천히 추가, 총 700mL까지 채움(각 100mL를 채우는 사이에 2분 동안 진동시켜 압밀)

· 700mL까지 채운 후 추가 5분동안 압밀하며, 광석이 700mL까지 채워지도록 광석을 추가(압밀 반복)

· 압밀 과정 이후 700mL의 광석 무게를 기록

· 계량한 피드 광석과 볼을 밀에 충전 & 장입

· 볼밀을 밀봉한 후, 광석을 최초 100회 회전분 동안 분쇄

· 분쇄된 광석을 볼밀로 부터 완전히 제거한 뒤, 브러쉬로 볼을 깨끗하게 청소한 뒤 다시 장입

· 트레이에 옮겨진 분쇄물을 약 3등분한 뒤, 20 mesh, 150 mesh, 분할 팬으로 이루어진 시브 스택을 이용하여 분립

· Ro-tap을 이용하여 약 15분 동안 분립 진행

· 오버사이즈(Oversize, O/S)와 언더사이즈(Undersize, U/S)의 무게를 기록

· 위의 과정을 반복하여, 언더사이즈의 무게가 체질 피드 무게의 5% 미만이 될때까지 진행

 

2-2) Subsequent cycles

 

· 1차 사이클 이후 제거된 분쇄물의 양만큼 추가 장입(원래 충전물과 동일한 무게가 되도록 설정)

· 2차 사이클부터 회전수는 1차 사이클과 유사하게 설정(100회 전후)

· 2 분쇄 사이클 동안 분쇄물(언더사이즈)의 무게가 평형이 이룰 때까지, 분쇄 사이클을 최소 6회 진행

 

2-3) Undersize product

 

· 마지막 사이클의 분쇄물이 균일하도록 혼합

· 100g의 분쇄물을 -400 mesh 시브를 이용하여 습식체질

· 오버사이즈(+400 mesh)를 건조한 후, 170-400 mesh 시브 스택을 이용하여 분립

· K₈₀을 계산 및 기록 (P₈₀)

 

(3) Bond work index calculation

 

위의 과정이 끝난 뒤 본드 분쇄일지수를 계산합니다.

 

· 마지막 세 사이클에 대한 평균 언더사이즈 무게(Net)/회전수(Rev) 계산(G, grindability)

 

 

Wi: 일지수(kWh/st***)

F₈₀: 새로 장입된 피드 기준(μm)

P₈₀: 마지막 사이클의 시브 언더사이즈 기준(μm)

P_i: sieve opening(μm)

G: grindability(평균 언더사이즈 무게(g)/회전수) 

***sh: short ton (907.2kg = 1st)

 

W: 분쇄밀 예측 에너지 소비량(kWh/st)