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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 일반 부유선별기로는 부선효율이 좋지 못한 53 µm 이하의 미립을 포함한 시료를 국내 경동 광업소에서 직접 채취하여 CPT(Canadian Process Technologies) column 및 Microbubble column 부선기술을 적용하여 초저회분고품위 청정석탄의 회수가능성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
- CPT column 부선에 필요한 적정시약의 조건을 확인하기 위해 본 실험에 앞서 Denver sub-A형 일반부선기를 사용하여 광액농도 20%의 조건에서 포수제, 기포제, 억제제의 종류를 변화시켜 실험을 실시하였다. 일반부선을 통한 예비실험은 먼저 +100 mesh 시료를 대상으로 포수제를 사용하지 않은 경우와 포수제인 DMU-1015), DDA, kerosene을 단독으로 그리고 DMU-101+DDA, kerosene+DDA를 각각 1:1비로 혼합한 시약을 사용하여 실험을 실시한 결과, DMU-101을 사용한 경우, 회분제거율 57.
- 또한 325 mesh이하(D50:8.478 µm) 시료를 대상으로 Microcel™ column 부선기를 이용하여 조선(roughing)과 조선정광의 처리횟수 (Cleaning)에 따른 영향 실험을 실시하였다.
- 에서 기포제, 포수제, 억제제의 첨가량 및 세척수량, 공기주입량, 급 광량 변화에 따른 실험을 실시하였으며 Microcel™ column 부선기를 이용한 1차(조선)실험과 정선(cleaning) 횟수에 따른 변화 실험을 통하여 결론을 도출하였다. 또한, 회수된 정광과 광미는 105℃의 건조기에서 약 24시간 건조시켰으며, 건조된 시료를 대상으로 LECO 社의 TGA701 공업분석기로 ASTM 5142 규격에 의해 고정탄소와 휘발분, 수분, 회분의 함량을 측정하였다.
- 미립의 석탄의 선별을 위해 CPT column 부선과 Microbubble column 부선을 적용하기에 앞서 미국 Metso 社의 Denver Sub-A형 부선기를 이용한 일반부선 실험을 통해 포수제, 기포제, 억제제에 따른 적정조건을 확인하였다. 실험조건은 교반속도를 1,200 r.
- 본 실험은 국내 경동탄광에서 직접 채취한 미립의 저품위 무연탄(고정탄소 57.39%)을 대상으로 고품위 석탄 생산의 가능성을 확인하고자 XRD 분석과 입도분석을한 후 일반부선에서 파악한 적정 부선조건을 토대로 CPT column과 Microbubble column 부선을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 입도 특성을 확인하고 부선실험에 적용하기 위해 실험실에서 2차 파분쇄 공정을 통해 +100, 100 × 325, −325 mesh 3구간으로 입도 조절하여 사용하였다.
- 실험조건은 교반속도를 1,200 r.p.m으로 고정한 후 4 l cell에 광액(Dp: 20%) 상태의 시료를 5분간 교반 후, 포수제를 첨가하여 3분, 기포제를 첨가하여 2분간 교반하였으며 공기를 주입하여 15분 내지 20분간 부유 산물을 회수하였다3).
- 예비실험에서 부선효율이 가장 높은 시약으로 확인된 DMU-101을 대상으로 CPT column에서의 적정 사용량을 확인하기 위해 포수제 첨가량을 0에서 400 mL/ton까지 변화시키면서 실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 시료는 진동체를 사용하여 CPT column에 적합한 입도로 조절된 시료(100 × 325 mesh, F.
- 예비실험에서 얻은 자료를 토대로 CPT column 부선기를 이용하여 약 3%의 광액농도 조건4)에서 기포제, 포수제, 억제제의 첨가량 및 세척수량, 공기주입량, 급 광량 변화에 따른 실험을 실시하였으며 Microcel™ column 부선기를 이용한 1차(조선)실험과 정선(cleaning) 횟수에 따른 변화 실험을 통하여 결론을 도출하였다.
- 일반부유선별기에서 처리하기 힘든 53 µm (270 mesh) 이하의 입자들의 선별 효율을 높이기 위하여 vibro screen을 사용하여 세 구간의 시료로 입도를 조절하여 100 mesh이상(D50: 271.971 µm)구간 산물을 Denver sub-A 부유선별기를 사용하여 일반부선에 의해 적정시약을 확인하기 위한 예비실험을 실시하였으며, 100 × 325 mesh(D50: 64.451 µm) 구간의 입도는 이 범위에서 높은 선별효율을 갖는 CPT column에 적용하여 일련의 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시료는 진동체를 사용하여 CPT column에 적합한 입도로 조절된 시료(100 × 325 mesh, F. C. 53.75%)를 사용하였다.
- 본 연구는 국내 경동 탄광에서 채굴된 무연탄을 1차 체질단계에서 발생한 20 mm이하 산물과 조크러셔에 의한 파쇄 산물을 체질하여 얻은 20 mm 이하 산물을 혼합한 시료(이하 원 시료라 함)를 사용하였다. Table 1은 원 시료의 공업분석 결과를 나타낸 것으로 분석 결과 수분을 제외한 고정탄소(이하 F.
성능/효과
- (b)에서 확인할 수 있듯이 회수된 광 미에서는 탄소 C가 거의 확인되지 않았으며 불순물인 Si와 Al이 함께 분포하고 있음을 알 수 있었다. 한편, 정광인 (a)에서는 불순물은 Si와 Al가 부분적으로 존재하지만 거의 보이지 않고 탄소 C가 주로 분포함이 확인되어 100 mesh 이하로 분쇄할 경우 단체분리가 잘 이루어짐 것을 확인할 수 있었다.
- 1. 원 시료의 공업분석 결과, 고정탄소가 57.39%, 휘발분 4.49%, 회분 38.11%이었다. XRD 분석결과, Pyrophyllite(Al2Si4O10(OH)2), Birnessite(Na4Mn14O279H2O), 석영(SiO2)등이 맥석광물로 확인되었다.
- 2. 부선 시약 규명을 위한 일반부유선별 실험결과, 포수 제는 DMU-101 기포제로는 AF65, 맥석의 억제제로 SMP 를 사용하였을 때 가장 좋은 부선효과를 얻을 수 있었다.
- 3. CPT column 부선을 통해 실험한 결과, 포수제로 DMU-101를 100 mL/ton 첨가하였을 때, 기포 제로 AF65의 사용량이 6 L/ton 일 때, 맥석의 억제제로 SMP를3 kg/ton을 첨가하였을 때, 공기 주입량이 1,200 mL/min.일때, 세척수량이 100 mL/min.
- 4. Microbubble column 부선을 하여 얻은 조선정광을 대상으로 정선 실험을 실시한 결과, 1차 정선 실시 후에 누적 회분제거율이 76.64%이었으며 2차 정선실시 후에는 83.98%로 증가되었고, 발열량도 3,076 kcal/kg에서 6,284 kcal/kg까지 향상되었다.
- 5. 원 시료의 SEM 및 원소별 mapping 결과, Si와 Al과 탄소 C가 단체분리가 되지 않은 상태 로 존재하였으며 CPT column 부선을 통해 얻은 정광산물의 경우 단체분리가 충분히 이루어 졌음을 확인 할 수 있었다.
- 75%)를 사용하였다. Fig. 3에서와 같이 포수제를 첨가하지 않는 경우, 포수제를 사용한 경우에 비해 회분제거율과 가연 분회수율이 모두 낮아 포수제의 사용이 필요함을 확인하였으며, 첨가량을 100 mL이상 첨가하였을 때 회분제거율이 소폭 감소하는 현상을 보였다. 이러한 현상은 포수제의 첨가량이 증가하면서 일부 맥석광물의 표면에까지 영향을 주어 정광으로 회수된 것으로 사료된다.
- 본 연구는 국내 경동 탄광에서 채굴된 무연탄을 1차 체질단계에서 발생한 20 mm이하 산물과 조크러셔에 의한 파쇄 산물을 체질하여 얻은 20 mm 이하 산물을 혼합한 시료(이하 원 시료라 함)를 사용하였다. Table 1은 원 시료의 공업분석 결과를 나타낸 것으로 분석 결과 수분을 제외한 고정탄소(이하 F.C.로 표기함)가 57.39%였으며, 회분 38.11%, 휘발분 4.49%로 존재함을 확인하였다.
- 11%이었다. XRD 분석결과, Pyrophyllite(Al2Si4O10(OH)2), Birnessite(Na4Mn14O279H2O), 석영(SiO2)등이 맥석광물로 확인되었다.
- 광액농도가 증가할수록 가연분회수율은 저하되었으며, 회분제거율은 광액농도가 5%를 초과할 경우는 저하되었다. 광액농도 3%에서 회분제거율 80.60%, 가연분회수율 90.59%로 확인되었고, 10%에서는 회분제거율 63.76%, 가연분회수율 86.57%로 부선효율이 저하되었다. 이는 석탄의 표면에 많은 미립의 맥석광물이 먼저 부착 또는 엉킴(aggregation)현상이 발생되어 포수제의 흡착 및 기포와의 부착기회를 방해하기 때문으로 사료된다.
- 9와 같았다. 광액농도가 증가할수록 가연분회수율은 저하되었으며, 회분제거율은 광액농도가 5%를 초과할 경우는 저하되었다. 광액농도 3%에서 회분제거율 80.
- 이는 기포제의 첨가량이 증가하면서 기포의 크기가 미립의 석탄에 적절하게 조절되었다가 일정량 이상에서는 강하고 치밀한 기포층이 형성되므로 일부 맥석광물이 동반 부유6)되었기 때문으로 사료된다. 따라서 기포제를 10 L/ton 첨가 시 회분제거율 79.13%, 가연분회수율 89.94%를 얻을 수 있어 적정 첨가량으로 확인되었다.
- 이러한 현상은 포수제의 첨가량이 증가하면서 일부 맥석광물의 표면에까지 영향을 주어 정광으로 회수된 것으로 사료된다. 따라서 포수제를 100 mL/ton 첨가하였을 때, 회분제거율 71.79%, 가연분회수율 90.68%를 얻을 수 있어 가장부선효과가 높음을 확인하였다.
- 이러한 현상은 억제제 첨가량이 증가하면 맥석광물이 억제되어 정광의 품위는 증가하지만 일정량 이상을 첨가할 경우 맥석광물과 미분리(locked)된 석탄입자들이 함께 억제되기 때문이다7). 따라서 회분제거율 75.64%, 가연분회수율 89.28%를 얻을 수 있는 3 kg/ton이 억제제 SMP의 적정 첨가량으로 확인되었다.
- 또한, MIBC, DF250, AF65, Pine oil등의 기포제를 사용하여 실험을 실시한 결과, MIBC를 사용하였을 경우 선별효율은 높았으나 기포의 안정적인 유지가 어려웠다. 한편, MIBC보다 기포의 안정성이 보다 용이한 AF65를 사용하여 실험을 실시한 결과, 회분제거율 64.
- 32%로 적정 기포제임을 확인하였다. 또한, 맥석에 대한 억제효과를 확인하기 위해서 억제제를 첨가하지 않는 경우와 sodium silicate(S.S), sodium meta phosphate(SMP), SiO2 remover, Lime을 사용하여 실험을 실시한 결과, SMP를 사용하였을 때 회분제거율 67.57%, 가연분회수율 70.90% 얻을 수 있어 맥석의 억제효과가 가장 높음을 확인하였다.
- 5는 예비실험에서 억제효과가 가장 높았던 억제제 SMP(sodium metaphosphate)의 첨가량에 따른 분리 효과를 확인하기 위하여 첨가량을 0에서 7 kg/ton까지 변화 시키면서 실시한 CPT column 부선결과이다. 먼저 억제제를 첨가하지 않은 경우 회분제거율과 F.C.%가 억제제를 첨가했을 때보다 낮음을 확인하였다. 한편, 억제제 첨가량이 3 kg/ton 첨가 하였을 때 회분제거율이 가장 높게 나타났으며, 그 이상 첨가되면 가연분회수율은 비슷하게 유지되면서 회분제거율은 급격히 감소하였다.
- 분석결과, Pyrophyllite(Al2Si4O10(OH)2), 석영(SiO2), Birnessite(Na4Mn14O279H2O) 등이 맥석광물로 관찰되었다.
- 8과 같았다. 실험결과 급광량이 증가할수록 가연분회수율이 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 column cell 내부의 광액농도가 증가해 체류시간이 길어짐에 따라 충분한 분리가 이루어지지 않아 일부 미립의 맥석광물들이 동반부유 되거나, 일부 미립의 석탄입자가 맥석광물들과 응결체를 형성하여 광미로 배출 되기 때문으로 사료된다. 한편, 급광량이 4.
- 98%로 증가하였다. 이와 같이 정선공정을 통해 회수율은 조선정광 84.78%에서 2차 정선정광의 누적회수율 68.07%까지 저하되었지만 회분제거율이 20%정도 향상됨을 알 수 있었다.
- 한편, 공기 주입량이 1,200 mL/min.일 때, 가연분회수율이 92% 이상을 유지하면서 회분제거율이 82.26%로 가장 높아 최적 실험조건임을 확인하였다.
- CPT column 부선에 필요한 적정시약의 조건을 확인하기 위해 본 실험에 앞서 Denver sub-A형 일반부선기를 사용하여 광액농도 20%의 조건에서 포수제, 기포제, 억제제의 종류를 변화시켜 실험을 실시하였다. 일반부선을 통한 예비실험은 먼저 +100 mesh 시료를 대상으로 포수제를 사용하지 않은 경우와 포수제인 DMU-1015), DDA, kerosene을 단독으로 그리고 DMU-101+DDA, kerosene+DDA를 각각 1:1비로 혼합한 시약을 사용하여 실험을 실시한 결과, DMU-101을 사용한 경우, 회분제거율 57.29% 가연분회수율 70.17%를 얻을 수 있어 부선효율이 가장 좋음을 확인하였다.
- 이는 석탄의 표면에 많은 미립의 맥석광물이 먼저 부착 또는 엉킴(aggregation)현상이 발생되어 포수제의 흡착 및 기포와의 부착기회를 방해하기 때문으로 사료된다. 한편 본 연구에서 가장 높은 회분제거율 85.59%, 가연분회수율 88.97%를 얻을 수 있었던 광액 농도 5%가 적정 광액농도로 확인되었다.
- 또한, MIBC, DF250, AF65, Pine oil등의 기포제를 사용하여 실험을 실시한 결과, MIBC를 사용하였을 경우 선별효율은 높았으나 기포의 안정적인 유지가 어려웠다. 한편, MIBC보다 기포의 안정성이 보다 용이한 AF65를 사용하여 실험을 실시한 결과, 회분제거율 64.12%, 가연분회수율 76.32%로 적정 기포제임을 확인하였다. 또한, 맥석에 대한 억제효과를 확인하기 위해서 억제제를 첨가하지 않는 경우와 sodium silicate(S.
- %가 억제제를 첨가했을 때보다 낮음을 확인하였다. 한편, 억제제 첨가량이 3 kg/ton 첨가 하였을 때 회분제거율이 가장 높게 나타났으며, 그 이상 첨가되면 가연분회수율은 비슷하게 유지되면서 회분제거율은 급격히 감소하였다. 이러한 현상은 억제제 첨가량이 증가하면 맥석광물이 억제되어 정광의 품위는 증가하지만 일정량 이상을 첨가할 경우 맥석광물과 미분리(locked)된 석탄입자들이 함께 억제되기 때문이다7).
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