비중선별 - 원리와 비중선별 장비

 

Fig 1. Spiral concentrator in gravity separation

 

비중선별법(gravity separation)은 광물의 비중(specific gravity)를 이용하는 선별법으로, 광물을 선별하는데 이용된 가장 오래된 방법 중 하나입니다.

 

비중선별법은 일반적으로 운전비용(operating cost)과 설치비(capital cost)가 낮습니다. 또한, 별도의 화학물질 사용을 필요로하지 않고 상온에서 운전되기 때문에 친환경적인 공정이라 할 수 있습니다.

 

예시로 Fig 1은 비중선별에서 대표적으로 사용되는 스파이럴 선별기로, 슬러리는 상부에서 유입된 뒤 별도의 장치 없이 나선형의 경로를 따라 내려가며 밀도에 따라 자연스럽게 분리됩니다.

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Principle of gravity separation and separator (equipment)

 

비중선별에는 대부분의 경우 물(혹은 공기)을 사용하며, 이 유체 내에서 존재하는 입자에는 중력 혹은 원심력이 작용하게 됩니다. 따라서, 분리의 용이성과 효율은 목적하는 광물의 크기와 밀도 차이에 따라 결정됩니다. 아래 Fig 2는 유체 내에 존재하는 입자에 주로 작용되는 힘을 나타난 것입니다.

 

Fig 2. Balance of foreces acting on particle in fluid medium (spherical)

 

ⓐ Gravity field: 중력은 입자들을 아래로 잡아당기며, 항력(F_d, drag force)과 부력(F_b, buoyancy force)은 이와 반대되는 방향으로 작용

ⓑ Centrifugal field: 항력과 부력이 원심력과 반대되는 방향으로 작용

[참고#1] 침강이론: Stoke's & Newton's Law

 

위의 원리는 물질의 분급(classification)에 이용되기에, 많은 분급에 사용되는 많은 장비들이 비중선별에도 이용됩니다 (e.g., 하이드로싸이클론, 수력 분급기). 비중선별은 사용되어 온 역사가 상당히 길고, 이 기간동안 다양한 장비들이 개발되고 상업화 되어왔습니다.

 

아래 Table 1은 비중선별에 이용되는 대표적인 방법/장비들을 방법에 따라 나타낸 것입니다.

 

Table 1. Systematic cateigorization of gravity concentrator by methods

Methods	Fluid medium	Equipment
Dense medium separation	Heavy medium	Dense medium drum separator
		Dense medium cyclone(DMC, 싸이클론)
Counter-current flow separation	Water	Hydraulic separator(수력 선별기)
	Air	ZigZag separator
Jigging	Water	Jig concentrator(지그선별기)
Flowing-flim separation	Water	Spiral concentrator(스파이럴 선별기)
	Water/Air	Shaking table(요동테이블)
Centrifugal separation (Multi gravity separation)	Water	Knelson separator
		Falcon separator
		Centrifugal Jig

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[참고문헌]

1. Gravity separation: old technique/new methods

2. Advanced gravity concentration of fine particles: a review