탈수공정 - Thickener: 설치 계장 종류 및 Rake Lifting System

아래는 대표적으로 침전조를 제대로 운전하고 있지 못하다는 것을 나타냅니다. 이는 충분하지 못한 파분쇄, 너무 많은/적은 양의 응집제 투여, Underflow Pumping 속도 등 다양한 원인이 있습니다. 

• 고체와 액체가 분리되지 않은 상태의 광액이 Overflow로 배출됨

• 농축슬러리의 고체비율이 너무 높고, 두껍게 쌓여 Underflow로 내보내기 어려움

• Doughnut의 형성으로 Underflow의 고체비율이 Feed Well로 유입되는 광액 고체비율과 거의 같음

• Rake Mechanism가 과도한 부하로 인하여 멈춤

 

I. Instrumentation: 침전조 계장 구성 및 주요 지표

 

특히, 침전조를 운전하는 과정에서 목적하는 크기의 입자보다 굵은 입자(Coarse particle)들을 배출구까지 이동시키는데 더 많은 토크(Torque)가 요구되며, 결국 침전조 내에 굵은 입자들이 침전되는 것은 Rake Mechanism에 가해지는 부하를 급격하게 상승시킬 수 있습니다.

 

운전 중에 침전조 내부를 육안으로 확인할 수 없으며 이에 따라서 각종 계장(Instrumentation) 및 Overflow와 Underflow의 상태로 침전조의 운전상태를 파악합니다.

• Bed Pressure, Level: Bed Pressure의 증가는 침전조 내부에 쌓이는 농축슬러리의 층의 밀도가 높아지거나 두꺼워 지는 것을 의미하며, Underflow의 유량이 적거나, 침전되는 속도가 너무 빠른 것임

• Feed: 슬러리 밀도, 입자크기 분포 및 고체비율 등 분석

• Underflow: 슬러리 밀도, 입자크기 분포 및 고체 비율 등 분석. (Underflow 특성과 Feed의 특성은 서로 상관관계에 있음)

• Torque: 토크의 증가는 Rake Arm의 부하가 증가하는 것임

• Flocculant Dosage

• Rake Arm Level: 하단에 침전된 농축슬러리의 높이에 따라 Rake Arm의 부하 감소 및 Underflow의 고체비율을 조절하기 위하여 높이를 조정(Rake Lifting System)

 

II. Rake Lifting System

 

장치를 운전하는 과정에서 다양한 이유로 Rake Arm의 토크(Torque)가 증가할 수 있습니다. 특히, Rake의 토크가 운전기준보다 과도하게 증가한 것은 결국 현재의 운전상태가 정상에서 벗어난 것을 의미합니다.

• 응집제(Flocculant) 과량 투여로 인한(Over-dosaging) 침전량 증가

• 높은 고체비율의 슬러리 혹은 굵은 입자(Coarse material)의 유입

• Underflow Pump 문제 (원활하지 못한 Pumping)

• 이물질의 유입

 

Rake의 토크 증가는 Rake의 파손, Doughnut Formation 등 다양한 문제로 이어질 수 있기 때문에, 토크가 적절히 유지될 수 있도록 높낮이를 조절해줍니다. 그러나, 토크가 증가할 수 있는 예시를 통해 알 수 있듯 토크 증가원인은 Rake의 높낮이를 조절함으로써 해결될 수 있는 문제가 아니므로 근본적인 원인에 대한 추가적인 조치(Corrective Action)가 필요합니다.

 

위의 계장으로부터 오는 데이터를 바탕으로, 아래와 같이 Rake의 높이 및 Pump 유량을 조절함으로써 침전조를 아무런 문제없이 운전할 수 있습니다. 아래는 침전조의 운전 예시입니다.

 

III. Thickener Operation Example

 

Feed Flow는 고액분리 이후 상등액은 Overflow로, 농축된 슬러리는 Underflow로 다음 공정으로 보내어 집니다. 따라서, 침전조에 모두 유입되는 유량과 배출되는 유량의 관계는 아래의 식 (1)과 같습니다. (단, Overflow는 고체가 완전히 침전되어 제거된 상태)

 

 

이 때, Overflow는 대부분 펌프없이 수두차를 이용하여 배출되므로 Underflow의 유량에 따라 Overflow 유량이 결정 됩니다. 따라서, 침전조를 운전할 때에는 Underflow 유량, 응집제의 투여량, Rake의 높이 등을 이용하여 조절하게 됩니다.

 

아래의 표는 침전조의 운전에 대한 간략한 예시이며, 공정의 조건에 따라 상이할 수 있습니다.

 

Table 1. 침전조 운전 상황에 따른 조치방법 (예시)

Assumption			Corrective Action
Slurry Bed Thickeness	Torque	Slurry Bed Density	Underflow Rate	Flocculant Dosage
Increase(↑)	-	-	Increase(↑)	-
Increase(↑)	Increase(↑)	-	Increase(↑)	-
Increase(↑)	Increase(↑)	Increase(↑)	Increase(↑)	Decrease(↓)
Decrease(↓)	-	-	Decrease(↓)	-
-	Decrease(↓)	Decrease(↓)	Decrease(↓)	Increase(↑)
-	-	Decrease(↓)	Decrease(↓)	Increase(↑)