탈수공정 - Thickener: 응집제의 사용 및 Doughnut 형성

침전조에 사용되는 응집제(Floc, Flocculant)는 다양한 메커니즘을 통해, 슬러리 내의 수많은 작은 입자들이 뭉치도록 함으로써(Agglomerate) 침전이 비교적 쉽게 일어날 수 있도록 도와줍니다.

 

처리하는 광석의 종류, 침전시키고자 하는 입자의 크기 등에 따라 제품의 종류 및 응집제 사용량 등이 변할 수 있으며, 대체로 광석이 점토와 같이 입자가 작을수록 사용량이 증가합니다.

*[참고] 응집제와 응집 메커니즘

 

I. Flocculant's Use: 응집제 사용 시, 희석 및 투여지점

 

(1) 응집제의 희석

 

아래의 그림과 같이 분말형태의 응집제를 먼저 Mix Tank의 물에 녹여 어느정도 희석된 농도로 침전조로 보내집니다.

 

그 이후 응집제는 슬러리와 섞이기 직전 침전조에서 최종 농도(공정상 최적의 농도)로 희석됩니다.

 

이 때, 응집제의 희석을 위해서 침전조의 상등액(Supernatant)을 이용하는 경우가 많으며, 부유물질이 많아 사용할 수 없는 경우 물이 별도로 사용합니다. 

 

① 응집제를 희석시키는 이유와 ② 침전조에서 최종 농도로 희석하는 이유는 아래와 같이 효율증대와 비용절감에 기인합니다.

• 유입되는 슬러리 내에 응집제가 골고루 분산되도록 함으로써 효율적으로 응집제를 사용(①)

• 높은 농도의 응집제가 투여되어 입자 당 과량의 응집제가 작용하는 것을 방지(①)

• Mix Tank에서 응집제를 최종적으로 사용하는 농도로 희석하여 침전조로 보낼 시, 그렇지 않은 경우보다 설비 용량이 커야하는 것을 의미하며 이는 투자비용 증대 및 에너지의 손실임(②)

 

(2) 침전조 내 응집제 희석 및 투여지점

 

이미 언급된 바와 같이, 응집제의 효율적인 사용을 위해서는 희석을 하여 사용합니다. 상등액(Supernatant)을 이용하는 방법에는 아래와 같이 Active Dilution으로 희석합니다.

• Active Dilution: 펌프로 상등액을 끌어올려 유입되는 슬러리 혹은 응집제와 섞음으로써 희석

 

아래의 그림은 침전조에서 응집제가 어떠한 경로를 통해 투여되는지를 나타낸 것입니다.

Active Dilution과 Flocculant의 투입

 

II. Island & Doughnut Formation

 

침전조를 운전하는 과정에서, 아래와 같은 이유로 바닥에 단단한 응집체가 형성(흔히 Island Formation)될 수 있습니다. 

Island와 Doughnut 모식도

• 응집제 과량투여로 인한 점도 높은 응집체 형성

• Feed Well를 거쳐 유입되는 슬러리가 불균등하게 분배되어 혹은 굵은 입자의 유입으로 단단한 응집체 형성

 

이러한 Island가 형성된 경우 Rake Lifting System을 이용하여, Rake Arm의 높이를 높였다가 낮추는 것을 반복해주어 형성된 Island를 서서히 제거하거나 혹은 직접적으로 물 또는 공기를 주입할 수도 있습니다.

 

또한 Island 형성은 도넛을 형성(Doughnutting)하는 것으로 이어질 수 있으며, 경우에 따라 침전조를 전부 비워낸 후 청소를 해야할 수도 있습니다.

 

(1) Rake Arm - Prevention of Island & Doughnut Formation

 

Doughnutting 혹은 Island Formation을 방지하기 위하여 장치는 여러 방향으로 발전되어 왔으며, 그 중 Rake Arm과 Blade에 대해서 간략하게 알아보고자 합니다. 아래는 일반적인 Rake Arm과 Blade의 모습(①)입니다. (평면으로 묘사된 Blade는 더 많은 부하가 요구되는 경우 주로 곡면을 사용합니다.)

Conventional Design

Rake Arm-Blade는 침전된 슬러리를 Discharge Cone쪽으로 밀어냄과 동시에 슬러리에 포함되어 있던 물을 빼냄으로써  한 번 더 밀도를 높입니다.

 

이 과정에서, ①과 같이 Rake Arm과 Blade가 붙어있는 것을 사용할 경우 위의 목적을 달성하는 데 어려움이 존재하며 특히 요변성(Thixotrophy)의 슬러리가 Discharge Cone으로 움직이지 않은 채 Doughtnut을 형성하게 될 수도 있습니다.  (이는 Torque 상승 요인입니다.) 

Design for heavy duty & Thixotropic Slurry

이에 따라서, 부하가 많이 요구되는 곳 혹은 Doughtnutting이 우려될 경우 ② 혹은 ③과 같이 Thixo-Arm과 Blade이 결합된 Rake-Arm 사용할 수 있습니다.

 

Thixo-Arm 부분이 확대된 아래의 그림과 같이, 슬러리를 밀어낼 때 포함되어 있던 유체들이 잘 빠져나갈 수 있는 공간을 형성하여 요변성의 슬러리들이 움직일 수 있도록 도움을 줄 수 있습니다.

Thixo-Arm(Thixo-Post) for preventing the "Doughnutting"