2022. 2. 24. 15:23ㆍGeology & Mining/Mining Equipment (광산 일반장비)
광업에서 교반기는 다양한 기기에 설치되어 사용됩니다. 공통적으로, 어떠한 탱크에 설치되어 고체, 액체, 기체 등을 섞어줌으로써, 반응이 빠르게 일어나도록 해줍니다. 교반기가 설치되는 예시는 아래와 같습니다.
- 부유선별 장치: 기포가 액체 내에 분산되고, 광석입자와 기포의 접촉 및 부착이 발생하도록 교반
- 교반침출 탱크: 광석에 포함된 목적금속이 침출제에 빠르게 용해되도록 교반
- CCD 세정 탱크: 광석 입자들 사이에 포함된 용액을 회수하기 위하여 물을 이용하여 세정, 교반
- 용매추출의 믹서탱크: 목적금속의 추출/세정/탈거를 위해 유기상(organic)과 수상(aqueous)을 교반
교반기는, 설치되는 장소의 조건에 따라서 교반기과 관련된 인자들이 바뀔 수 있습니다. 개중에서 가장 중요한 요소는 단연 임펠러(impeller)일 것 입니다. 아래에서는 이 임펠러의 종류와 특징을 살펴보겠습니다.
| I. Types of Impellers: 임펠러의 종류 |
임펠러는 (1) 임펠러가 형성하는 수류의 형태와 (2) 임펠러 형태로 나누어질 수 있습니다.
(1) 임펠러가 형성하는 수류의 형태에 따른 구분
반응기 내부에서 임펠러에 의해 유체가 움직이는 모습에 따라, 다음의 그림과 같이 구별합니다.
1-1) Axial flow impeller:
임펠러에 의하여 유체가 반응기 내에서 축의 방향으로 흐르는 패턴입니다. 일정한 각을 가진 임펠러 블레이드는 회전하면서 유체를 아래로 미는 힘을 주어, 반응기 내의 유체 상부부터 하부까지 섞이도록 해줍니다. 이 형태의 임펠러는 고체가 용액 내에 떠있는 채로 용액과 반응, 섞일 수 있도록 해줍니다. 축류형 임펠러의 대표적인 예시는 (2) 임펠러 형태의 프로펠러, 터빈형 등이 있습니다.
1-2) Radial flow impeller
임펠러가 유체를 반응기의 측면으로 밀어내는 형태로, 축류형 임펠러와는 다르게 임펠러의 블레이드에 별도의 경사를 주지 않은 형태를 가지고 있습니다 (경사가 있는 경우 유체를 아래 혹은 위로 미는 힘이 작용). 레디얼형 임펠러는 높은 전단력이 필요한 경우나 잘 섞이지 않는 기체-액체 혹은 액체-액체를 반응기 내에서 분산시키는데 적합하지만*, 바닥에 가라앉는 고체의 입자를 바닥으로부터 띄우는데는 한계가 있습니다.
*Suction의 목적 이외에도 유기상과 수상을 섞는 용매추출 Mixer-Settler 장비의 첫번째 Mixer에서 사용
래디얼 플로우를 형성하기 위한 임펠러의 형태에는 몇가지 특징이 있습니다.
- Open shape: 임펠러 블레이드의 위/아래에 별도의 디스크가 없이 완전히 개방된 형태
- Disk shape: 임펠러 블레이드의 위/아래를 막아, 교반되는 동안 상승하는 유체 흐름 차단 및 완전한 래디얼 플로우 형성
- Curved(backswept) blade: 임펠러 블레이드를 곡선의 형태
- Flat blade: 곡선 형태의 임펠러 블레이드에 비해 많은 힘이 요구되나, 펌핑 용량이 높은 형태
(2) 임펠러 형태에 따른 구분
2-1) paddle type
2-2) propeller type
2-3) turbine type
2-4) anchor type
2-5) helical type
흔히, 광업분야에서는 교반기는 주로 슬러리를 반응시키는며 이 때 점도가 낮은 액체(물, 산, 알칼리 등)을 사용하기 때문에 paddle, propeller, turbine과 같은 일반적인 형태를 많이 볼 수 있습니다.
| II. Agitator's Major Component: 교반기의 주요 구성요소 |
아래와 같이, 반응기에 설치되는 교반기의 주요 기계적인 요소는 모두 반응기 상부에 있습니다. (그림에서 짐작하실 수 있듯, 그 용량이 커지는 경우 축과 임펠러에 의한 하중이 상당해지며, 이는 곧 모터에 무리를 줄 수 있습니다. 대부분의 경우 회전기기는 지상에 가깝게 설치하나 임펠러의 모터는 예외가 되는 경우입니다.)
- 축(shaft) 및 임펠러와 임펠러 블레이드
- 메커니컬 실(mechanical seal): 회전축과 반응기 사이 공간을 밀봉시켜주는 장치
- 모터 및 기어박스(gear box): 회전력을 전달하기 위한 모터 및 이에 수반되는 장치를 포함하고 있는 장치
침출교반을 실시하는 경우에는 반응기의 용량 및 사이즈가 상당히 커질 수 있습니다. 만약 축에 달려 있는 임펠러의 개수를 늘리며, 그 개수가 2개 이상인 경우 사이의 간격을 아래와 같이 정할 수 있습니다.
- 임펠러의 개수: (용액의 최대 높이 X 용액의 비중) / 반응기 지름
- 임펠러 사이의 거리: 용액의 높이 / (임펠러의 개수 - 0.5)
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