분급 - Cyclone(싸이클론)의 적용과 운전법

Cyclone in mineral processing plant

 

하이드로싸이클론이 광업분야에서 가장 많이 사용되는 부분은 분급입니다. 분급 과정에서 기본 작동원리를 이용하는 분급기(clayssifying cyclone)로 사용될 수도 있으나, 중액(dense medium)을 이용하는 중액선별 혹은 비중선별에 사용(dense medium cyclone, DMC)되기도 합니다.

Fig 1. Cyclone in mineral processing plant: (a) classifying cyclone & (b) dense medium cyclone (DMC)

 

두 장비의 구조*는 같습니다. 그러나, 두 곳에 사용되는 싸이클론의 큰 차이점은 설치 방향입니다. 일반적인 분급은 수직으로 설치(Fig 1. (a))되는 반면, DMC는 거의 수평으로 설치(평면으로부터 약 10˚의 기울기로 설치, Fig 1. (b))됩니다.  이러한 이유는, DMC가 수직으로 설치되는 경우 중력의 작용으로 중액이 apex쪽으로 쏠릴 수 있기 때문입니다.

*[참고] 싸이클론의 기본구조

 

수평으로 설치되는 DMC이기 때문에 feed inlet과 오버플로우가 배액되는 방향은 다를 수 있으며, 급광방식은 중력에 의한 방법(자연구배 이용) 혹은 펌프를 이용한 방법 모두 채택할 수 있습니다.

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Cyclone installation

 

(1) Cyclone cluster - classifying cyclone

 

Fig 2. Cyclone cluster with classifying cyclone

 

싸이클론은 주로 회전밀 분쇄 단계 이후에 설치되어, 언더플로우는 다시 회전밀 단계로 돌려보내는 "closed-circuit"에 적용되곤 합니다. 싸이클론은 단독으로 사용될 수도 있으나, 일반적으로 많은 유량을 처리하기 위하여 아래의 그림과 같은 싸이클론 클러스터(cyclone cluster**, Fig 2)를 설치합니다.

 

회전밀 분쇄 산물이 동시에 여러 싸이클론에 공급 및 분급되도록 설계한 cyclone cluster는 선광플랜트에서 흔히 접할 수 있습니다.

**cluster: 클러스터, 무리, 집단

 

(2) Dense medium cyclone (DMC)

 

앞서 언급되었듯, DMC는 수평으로 설치되어야 하기 때문에 일렬로 늘어놓은 형태로 설치하게 됩니다 (전후단의 공정에 따라 배관의 연결방법/급광방법/배치방법 등은 바뀔 수 있습니다).

 

Fig 3. Arrangement of dense medium cyclone (DMC)

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Cyclone operation and troubleshooting

 

(1) General cyclone response guide 

Table 1. Operating variable effect in overflow density, underflow density, Recirculating load, and cut size

Description	Direction of variable change	O/F density	U/F density	Recirculating load	Cut size
Cyclone feed density	Increase	Increase	Increase	Decrease	Increase
Number of cyclone	Increase	Increase	Decrease	Increase	Increase
Pressure	Increase	Decrease	Increase	Increase	Decrease
Feed volume	Increase	Decrease	Increase	Increase	Decrease
Apex diameter	Increase	Decrease	Decrease	Increase	Decrease
Vortex finder diameter	Increase	Increase	-	Decrease	Increase
Slurry viscosity	Increase	Increase	Increase	Decrease	Increase

 

(2) Trouble shooting

 

싸이클론의 운전 중 급광량(feed volume)이 너무 높은 경우 발생하는 현상은 roping (Fig 4. (a))입니다. 일반적으로 싸이클론의 언더플로우는 스프레이(spray)에 가까운 형태(Fig 4. (b))이지만, roping이 발생하는 경우 언더플로우는 마치 로프의 모양과 같이 배액됩니다. 로핑이 발생하면, 내부에 발생한 상승 기류(ascending air core)가 불안정해지며 소용돌이치는 움직임은 거의 없어지게 됩니다. 극단적인 경우, roping 현상에 의하여 apex가 막힐 수 있습니다.

Fig 4. (a) roping and (b) spraying discharge from hydrocyclone

이 외에 다양한 상황에 대한 원인 및 해결방법에 대한 간략한 내용들입니다.

 

Table 2. Troubleshooting (exmamples)

Description	Root cause	Suggested solution
Coarse overflow	·Coarse feed size distribution ·High/low operating pressure ·High feed density ·Feed pump cavitation ·Small apex diameter	·Add grinding media in mill/change blend/reduce feed rate ·Reduce/increase pressure ·Add water in circuit ·Maintenance required ·Change operating condition or equipment
Excessively fine overflow	·Low feed density ·Large apex diameter (worn-out) ·High operating pressure ·Small vortex finder diameter	·Reduce water in circuit ·Replacement/maintenance required ·Reduce pressure ·Change operating condition or equipment
High overflow density	·High feed density	·Add water in circuit
Low overflow density	·Low feed density	·Reduce water in circuit