본 연구에서는 고정탄소 20.68%의 석탄으로부터 고품위 석탄 생산의 가능성을 확인하고자 한다. 또한, 광물학적, 물리, 화학적인 방법과 단체분리도의 특성을 파악하여 청정 석탄 기술의 처리과정에서 회분의 함량을 감소하는 데 목적이 있다. 본 연구에서 일반부선과 미립자 처리에 적합한 microbubble column 부선을 적용하여 기포제, 포수제, 억제제의 종류와 첨가량의 변화와 분쇄시간, 공기주입량, 급광량에 따른 영향을 확인하였다. 먼저 광액농도 20%, 포수제 DMU 101 + DDA(100mL/ton), 기포제 pine oil(200mL/ton), 억제제 sodium silicate(1 kg/ton)의 실험조건으로 일반부선을 실시한 결과, 회분제거율 81.55%, 회수율 70.23%를 얻을 수 있었고, 광액농도 5%, 분쇄시간 5분, collector DMU 101 + DDA(100 mL/ton), 기포제 AF65(5.4 L/ton), 억제제 AF65 (5.4 L/ton), 세척수(360 mL/min.)와 공기주입량(1,197 mL/min.)의 조건으로 microbubble column 부선을 실시한 결과, 회분제거율 83.85%, 회수율 70.42%를 얻을 수 있었다.
본 연구는 고정탄소 57.39%의 미립 석탄으로부터 고품위 석탄 생산의 가능성을 확인하고자 하여 광물학적, 물리화학적 방법과 단체분리도의 특성을 파악하여 청정 석탄 기술의 처리과정에서 회분을 감소시키는데 목적이 있다. 본 연구에서 일반부선과 미립자 처리에 적합한 column 부선기의 최신형인 CPT column 부선을 적용하여 기포제, 포수제, 억제제의 종류와 첨가량의 변화, 공기주입량, 급광량 그리고 광액농도에 따른 영향을 확인하였다. 먼저 광액농도 20%, 포수제 DMU-101 (100 mL/ton), 기포제 AF65(300 mL/ton), 억제제 sodium metaphosphate(1 kg/ton)의 실험조건으로 일반부선을 실시한 결과, 회분제거율과 가연분회수율(combustible recovery)을 각각 67.57%와 70.90%를 얻었으며, 광액농도 3%, 포수제 DMU-101(100mL/ton), 기포제 AF65(10 L/ton), 억제제 sodium metaphosphate(1 kg/ton), 세척수(100 mL/min.)와 공기주입량(1,200 mL/min.)인 조건에서 CPT column 부선을 실시한 결과 회분제거율과 가연분회수율이 각각 85.59%와 88.97%인 결과를 얻었다.
본 연구에서 고품위 몰리브데나이트 정광회수를 위해 요인설계를 이용한 컬럼부유선별을 수행하였다. 먼저 삼양 마이닝 플랜트의 부유선별 정광의 단체분리 향상을 위해 평균 입도 165, 116, 46.7 및 38.4 ㎛로 각각 재분쇄하였다. 컬럼부선에 영향을 미치는 다양한 변수에 대한 실험을 수행하였으며 MoS2 품위와 회수율이 각각 98.3 %와 95.28 %인 정광을 얻었다. 또한, 고품위에 영향을 미치는 입도 크기, 세척수 속도 및 억제제에 관한 요인설계 및 실험 데이터를 확보하고 통계분석(SPSS 25) 프로그램을 이용해 회귀분석하였다. 결과로부터, 컬럼부선 변수들 간의 상관관계와 품위(MG) 및 회수율(MR)을 예측할 수 있는 모델식을 도출하였다. 억제제 농도+세척수 속도 및 입도 크기+억제제 농도+세척수 속도의 요인들은 유의수준(0.05)보다 작아 종속변수인 품위에 뚜렷한 영향을 주고 있으며 회수율 모형의 경우, 입도 크기와 세척수의 요인만이 종속변수인 회수율에 영향을 주었다.
Column에 공기를 분사시켜 수용액으로부터 색을 제거하기 위한 연구를 수행하였다. 착색 용액을 제조하기 위해 Basic Yellow 28 및 Direct Orange 31을 사용하였으며, 모든 색은 8분 이내에 제거되었다. Sodium dodecyl sulfate, oleic acid sodium salt 및 amines와 같은 collector는 색 제거에 효과적이었다. 색 제거는 collector의 첨가량과 수용액 pH의 영향을 받는다고 할 수 있으나, 소량의 collector를 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하였으나, 많은 양을 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하지 않았음을 알 수 있었다.
국내 흑연광의 총 매장량은 약 260만 톤 정도이지만, 국제경쟁력을 가지지 못해 현재는 일부 광산에서만 채광하고 있다. 그러나 최근 휴대용 전자제품의 수요가 증가함에 따라 2차 전지의 전극에 사용되는 고순도의 흑연을 전량 고가로 수입에 의존하고 있어, 고순도 흑연의 국산화를 위한 연구가 필요한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 고순도 흑연을 생산하기 위한 전처리 단계로서 29.50% F.C.의 원광($D_{50}=69.393{\mu}m$)시료를 attrition mill에서 20분 마광($D_{50}=10.314{\mu}m$)하여 microbubble column을 이용하여 실험한 결과 정선과정 없이도 95% F.C. 이상의 산물을 90%이상의 회수율로 얻을 수 있었다.
기포크기는 컬럼부선에서 기포체류시간, 기포표면적플럭스(Sb) 및 운송율(Cr)에 영향을 미치는 중요 변수로 인식되고 있다. 본 논문은 부선컬럼에서 기포크기의 측정방법, 가동변수들의 관계 그리고 가스분산특성을 논한다. 기포크기는 고속카메라와 이미지 분석 시스템을 이용하여 가동변수들(가스속도, 세척수속도, 기포제농도)의 조건에 따라 부선컬럼에서 직접적으로 측정되었다. 각 측정과 산정된 기포크기 값들을 비교한 관계식이 ±15~20의 오차범위 내에서 도출되었고 평균 기포크기(Sauter mean diameter)는 0.718mm로 확인되었다. 본 시스템으로부터 기포크기 및 분포를 조절할 수 있는 경험식이 가동조건들(Jg: 0.65~1.3cm/s, JW: 0.13~0.52cm/s, frother concentration: 60~200ppm) 하에서 개발되었다. 기포제농도의 증가는 표면장면과 기포크기를 감소시킨다. 임계병합농도는 표면장력이 가장 낮은 49.24mN/m일 때인 기포제농도 200ppm이라고 판단된다. 공기속도의 감소, 기포제농도 및 세척수속도의 증가에 따라 기포크기가 감소하는 경향을 보였다. 가스홀드업은 가스속도와 비례관계에 있으며 고정된 가스속도 조건에서 기포제농도 및 세척수속도와 비례관계였다.
수용액에서 수용성 염료를 소수성 염료로 전환시킨 후 마이크로 버블을 이용한 침전 및 부상응집에 의한 염료를 제거하는 연구를 수행하였다. 양이온성 염료에 음이온 collector를 반응시키며, 또한 음이온성 염료에 양이온 collector를 첨가하여 소수성으로 변환시켰다. 소수성으로 전환된 염료 용액을 회분식 반응기에 저장하여 마이크로 버블을 분사시켜 색을 제거하였다. 염료 용액을 제조하기 위해 Basic Yellow 1 및 Direct Orange 10을 사용하였으며, sodium dodecyl sulfate, oleic acid sodium salt 및 amine류와 같은 음이온 및 양이온 collector를 사용하면 색 제거에 효과적이었으며, 모든 색은 8분 이내에 제거되었다. 색 제거는 collector의 첨가량과 수용액 pH의 영향을 받으며, 염료농도에 비해 극히 소량의 계면활성제를 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하였으나, 염료농도와 비슷한 collector 양을 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하지 않았음을 알 수 있었다. 그 이유는 collector와 염료가 1:1M로 반응하여 소수성이 완전히 부여되어야 제거됨을 알 수 있었다.
본 연구에서는 국내 부존 몰리브덴광을 대상으로 광물학적 특성 및 부유선별 기초특성을 파악하였다. 몰리브덴의 근원광물은 휘수연석으로 확인되었으며 원광 내 주요 맥석광물은 규산염광물이었다. 구리, 납 및 아연 등은 극미량으로 나타났다. 부유선별 기초특성 결과, 휘수연석의 제타전위는 pH 전영역에서 음전하를 나타내었다. 휘수연석의 접촉각은 pH의 증가에 따라 증가하였고 최대값은 pH 9에서 74°을 나타내었다. 단위부선의 최적조건에서 정광의 품위와 회수율은 각각 MoS2 82.4%와 92.04%를 나타내었다. 정광내 불순물 조사결과, 정광의 품위를 저하시킬 수 있는 휘수연석과 유사한 특성을 보이는 황화광물, 그리고 휘수연석과 결합된 규산염광물이 관찰되었다. 따라서, 정광의 품위향상을 위해 재분쇄/단체분리 향상을 통한 규산염광물의 제어와 미립자광물 선별 효율을 높일 수 있는 컬럼부선등이 요구된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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