비중선별 - Jig concentrator(지그선별기)의 구조와 원리

지그선별기(jig concentrator)는 비중선별 장비로, 다양한 중광물(heavy minerals)을 회수하는데 사용됩니다. 지그선별기는 스파이럴 선별기(spiral concentrator)와 마찬가지로, 오랜 기간동안 선광공정(특히 석탄)에 사용되어 왔으며 최근에는 재활용 산업에 활발하게 이용되고 있습니다.

 

지그선별기는 다음 두 가지의 주요 메커니즘을 통해 광물을 선별합니다 - Hindered settling & Upward flow of water. 이는 기계적 혹은 공기에 의하여 발생하는 지그 내의 맥동작용(펄스, pulse)을 통해 이루어집니다. 이러한 개념을 이용하여 물질을 분리한다는 기록은 약 17세기 이전부터 확인되고 잇으며, 피스톤/플런저 펌프와 같이 기계적으로 수압을 가할 수 있는 장치들이 개발되며 현대적인 맥동운동 지그(pulsated jig)로 발전되었습니다.

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Structure of jig concentrator

 

Fig 1. Jig concentrator (예시*)

*모델에 따라 해당 특정 파트가 없을 수 있음

 

① Feed

② Sieve plate

③ Pulsation mechanism (diaphragm in this case)

④ Overflow (light mineral) discharge

⑤ Underflow (heavy mineral) discharge

 

Fig 1에 보이는 지그선별기 구조(예시)에서 보이듯이, 크게 스크린(screen) 종류, 중광물의 배출방향, 맥동방법(pulsation mechanism)에 따라 구별될 수 있습니다. 아래의 Table 1은 이를 체계적으로 분류 해놓은 것이며, 모델에 따라 일반적으로 적용되는 대상(석탄 혹은 광물)을 나열해 놓았습니다.

 

각각에 대한 간략한 비교는 다음의 글 '지그선별기의 종류' 혹은 Table 1 내의 링크에서 확인할 수 있습니다.

 

Table 1. Systematic classification of jig concentrator

Screen	Heavy product discharge	Pulsation mechanism	Jig	Common target application
Fixed	Over the screen	Piston	Harz	Coal
		Diaphragm	Jeffrey	Coal
			Bendelari	Ores
		Air-pulsated	Baum	Coal & Ores
			Batac/Tacub	Coal & Ores
	Through the screen	Diaphragm	Denver	Ores
			Wemco/Remer	Ores
			Yuba	Ores
			Pan-american	Ores
			IHC radial jig	Ores
		Air-pulsated	Baum/Batac	Coal & Ores
Mobile	Over the screen	Mechanic	ROMJIG®	Coal
	Through the screen		InLine pressure jig	Ores

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Principle of jig concentrator

 

이 글의 도입부와 Table 1에서 미리 언급됐듯이, 광물 입자들간의 침강 속도 차이에 맥동운동에 의한 유체의 움직임을 더하여 비중이 높고 낮은 입자들을 분리시키는 것입니다. Fig 2는 일반적으로 밀도와 크기가 다른 입자들이 침강되는 과정입니다(단, consolidation trickling은 맥동작용의 끝에 발생).

 

Fig 2. Particle settling by size and density

 

① Differential initial acceleration

② Hindered settling

③ Consolidation trickling - Fig 3 참고

 

맥동작용을 통하여 반복적으로 발생시킴으로써, 입자가 유체 내에서(지그선별기 내에서) 위의 과정을 반복하게 됩니다. 아래 Fig 3은 지그선별기 내에서 발생하는 선별 과정을 나타낸 것입니다.

 

① Bed at rest: pulsation stroke 이전의 상태

② Pulsation: 맥동에 의한 입자들의 상승*

③ Hindered settling

④ Consolidation trickling

 

입자들의 상승 이후 초기 차등 가속도(differential initial acceleration)가 입자들의 밀도, 크기에 따라 적용되며 이후 간섭침강의 형태로 바뀌게 됩니다.

 

맥동작용의 끝에는 기계적인 장치들이 원래 위치로 돌아가는 등 맥동을 준것과 반대로 빨아 들이는 힘이 작용하게 됩니다. 이 과정에서 특히 입도가 작은 중광물(fine heavy particle)들은 스크린 위에 형성된 배드 사이에 작은 틈(interstices)으로 비집고 들어가게 되며 이 현상을 'consolidation trickling'이라고 합니다.

 

Fig 3. Basic principle of jigging

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[참고자료]

1. Sustainable Management of coal preparation

2. Jigging: A review of fundamentals and future directions

3. Gravity separation: Old technique/new methods

4. Wills' Mineral processing technology