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문제 정의
- 1에서 알 수 있는 바와 같이 해쇄 후 습식으로 체질하게 되면 손쉽게 리모나이트와 사프로라이트를 분리할 수 있다 그러나 습식으로 분급된 산물을 습식제련용 원료로 사용하게 되면 전처리 공정에서 예비환원을 해야 하고, 건식 제련용 원료로 사용할 경우에도 다시 탈수 및 건조를 해야 하기 때문에 경제성이 낮아 질 수 있다. 따라서 본 실험에서는 리모나이트와 사프로라이트가 혼합된 니켈 라테라이트광을 건식선별방법으로 분리하여 Mg+Si 성분 함량이 낮은 리모나이트를 분리하고자 하였다. 전술한 실험방법과 같이 조 크러셔와 콘크러셔를 거쳐 시료를 –5 mm로 만든 후 건조하여 이들 광물에 함유된 부착수를 탈수 시킨 후 충격식 분쇄기인 핀밀로 –1 mm까지 시료의 입도를 작게 만들고 사프로라이트 입자에 엉겨 붙어 있는 리모나이트를 제트밀로 다시 분쇄하여 건식 사이클론 분급기의 선속도를 3000 ~ 5000 rpm까지 변화시켜 두 광물을 선별하였다.
- 따라서 본 연구에서는 니켈 라테라이트광을 건식 및 습식제련에 적합한 원료로 활용하고자 채광 시 리모나이트질 라테라이트 및 사프로라이트질 라테라이트가 혼재된 원광을 충격식 분쇄기로 분쇄한 후 건식 분급으로 리모나이트질 라테라이트를 선별하고자 하였다.
제안 방법
- 리모나이트의 실험과 동일한 방법으로 핀밀로 분쇄한 산물과 이들 분쇄산물을 다시 제트밀의 분쇄압력을 변화시켜 분쇄한 후 건식 사이클론으로 분립하였다. Fig. 9에서 알 수 있는 것처럼 조립산물의 입도가 사이클론의 분급기 선속도 3000 ~ 5000 rpm조건에서 큰 변화가 없는 것으로 나타났으며, Fig. 8의 미립산물의 경우에서는 3000 rpm 조건이 산출량이 가장 많은 것으로 나타나 리모나이트와 사프로라이트를 효과적으로 분리할 수 있는 조건으로 판단되어 이후 실험은 분급기 선속도를 3000 rpm으로 고정하여 실험을 진행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 니켈 라테라이트광을 죠크러셔 및 콘크러셔로 5 mm이하로 1차 분쇄한 후 분쇄산물을 105°C에서 4시간동안 건조하였다. 그리고 리모나이트와 사프로라이트의 단체분리도를 높이기 위해 5 mm 이하로 조분쇄된 시료를 다시 충격식 분쇄기인 핀밀로 1 mm 이하로 분쇄한 후 제트밀의 분쇄조건을 변화시켜 재분쇄하여 건식 사이클론(HEYNAU, HTRIEB)으로 분급하였다. 이때 얻어진 미립산물(over flow) 및 조립산물(under flow)의 입도를 분석(Malvern, mastersizer 2000)하고 화학성분을 ICP 및 XRF로 분석하여 리모나이트 및 사프로라이트 상호간의 분리특성을 조사하였다.
- 6 μm로 다소 작아졌다. 따라서 리모나이트의 산출량을 고려하여 본 실험에서는 이후에 진행되는 분급실험은 분급기의 선속도를 3,000 rpm으로 고정하여 진행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 니켈 라테라이트광을 죠크러셔 및 콘크러셔로 5 mm이하로 1차 분쇄한 후 분쇄산물을 105°C에서 4시간동안 건조하였다.
- 본 실험에서는 리모나이트와 사프로라이트 혼합광의 선별 특성을 알아보기 위해 인위적으로 리모나이트와 사프로라이트를 7:3, 5:5, 3:7의 비율로 혼합한 후 분급 실험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 현재 국내에 주로 수입해서 사용하고 있는 뉴칼레도니아산 니켈 산화광을 대상으로 선택적 파분쇄와 건식분급으로 리모나이트와 사프로라이트를 분리하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
- 그리고 리모나이트와 사프로라이트의 단체분리도를 높이기 위해 5 mm 이하로 조분쇄된 시료를 다시 충격식 분쇄기인 핀밀로 1 mm 이하로 분쇄한 후 제트밀의 분쇄조건을 변화시켜 재분쇄하여 건식 사이클론(HEYNAU, HTRIEB)으로 분급하였다. 이때 얻어진 미립산물(over flow) 및 조립산물(under flow)의 입도를 분석(Malvern, mastersizer 2000)하고 화학성분을 ICP 및 XRF로 분석하여 리모나이트 및 사프로라이트 상호간의 분리특성을 조사하였다.
- 전술한 실험방법과 같이 조 크러셔와 콘크러셔를 거쳐 시료를 –5 mm로 만든 후 건조하여 이들 광물에 함유된 부착수를 탈수 시킨 후 충격식 분쇄기인 핀밀로 –1 mm까지 시료의 입도를 작게 만들고 사프로라이트 입자에 엉겨 붙어 있는 리모나이트를 제트밀로 다시 분쇄하여 건식 사이클론 분급기의 선속도를 3000 ~ 5000 rpm까지 변화시켜 두 광물을 선별하였다.
대상 데이터
- 시료는 뉴칼레도니아의 니켈 라테라이트 광산에서 채취한 리모나이트질 라테라이트광과 사프로라이트질 라테라이트광을 사용하였다. 리모나이트질 라테라이트광(이하 리모나이트로 칭함)은 주로 침철석으로 구성되어 있으며 적색 혹은 적갈색의 토상 또는 분말상으로 존재하였다.
성능/효과
- 1. 리모나이트를 핀밀을 사용해 1 mm이하로 분쇄한 후 제트밀의 분쇄압력을 0.2 ~ 0.4 bar로 증가시켜 다시 분쇄한 산물을 분급한 결과, over flow된 미립산물의 산출량은 68.1%에서 87.5%까지 증가하였고 미립산물의 D(0.9)는 60.6 μm에서 9.5 μm로 감소되었고 under flow된 조립산물의 D(0.9)는 422.1 μm에서 321.7 μm까지 감소하였다.
- Table 2는 리모나이트를 습식으로 체질한 결과와 비교하기 위해 리모나이트 시료를 건조한 후 건식체질로 분립한 후 입도별 성분을 분석한 결과이다. 100℃이상에서 24시간 이상 충분히 건조 하였음에도 불구하고 14 mesh 이상 물질의 산출량이 습식체질 산물보다 2배 이상 증가하였으며 철성분 함유량이 높고 마그네슘 및 실리카의 함유량은 낮은 것으로 나타났다. 이러한 현상을 보인 것은 큰 입단에서도 리모나이트와 사프로라이트가 단체분리되지 않고 혼재되어 있기 때문으로 건식 체질방법으로는 습식제련용으로 사용할 수 있는 원료의 양을 증가시키기 어려울 것으로 보인다.
- 2. 사프로라이트 라테라이트광을 리모나이트질 라테라이트광과 동일한 실험조건으로 파분쇄한 후 건식으로 분립한 결과, 제트밀의 분쇄압력이 0.0bar ~ 0.4bar로 증가됨에 따라 미립산물의 산출량은 22.9%에서 77.9%로 증가하고, 미립산물의 D(0.9)가 54.8 μm에서 25.6 μm으로 작아졌다.
- 3. 리모나이트질 라테라이트광과 사프로라이트질 라테라이트광의 혼합물을 파·분쇄한 후 건식 분급한 결과, 사프로라이트질 라테라이트광의 혼합량이 30%에서 70%로 증가함에 따라 미립산물의 D(0.9)는 55.2 μm에서 36.2 μm까지 작아졌으며, 조립산물의 D(0.1)은 41.3 μm에서 38.0 μm까지 다소 감소되었으며 미립산물로의 산출률이 84.8%에서 82.0%로 감소하였다.
- 6 μm으로 작아졌다. 그러나 모든 분급산물의 Mg+Si 함유량이 모두 22.5% 이상으로 나타나 사프로라이트질 라테라이트광에서 리모나이트질 라테라이트광을 회수하는 것은 효과가 없었다.
- 따라서 니켈 라테라이트광에 사프로라이트질 라테라이트 광물이 30% 이하로 혼입되면 분급 시 over flow되는 미립산물은 습식제련원료로, under flow되는 조립산물은 건식제련용 원료로 사용이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 사프로라이트가 30% 이상 혼입되면 사프로라이트가 과분쇄되어 건식분급 시 미립산물로 산출되는 양이 많아지기 때문에 채광 후 괴상의 사프로라이트를 니켈라테라이트에서 30% 이하의 수준으로 사전에 제거하는 방법을 강구해야만 할 것으로 판단된다.
- 이러한 현상을 보인 것은 사프로라이트는 암석 상태로 존재하고 리모나이트는 풍화된 미립자 상태로 존재하기 때문에 피분쇄성이 큰 사프로라이트가 분쇄되는 양이 많아져 나타난 현상으로 보인다. 따라서 니켈 라테라이트광에 사프로라이트질 라테라이트 광물이 30% 이하로 혼입되면 분급 시 over flow되는 미립산물은 습식제련원료로, under flow되는 조립산물은 건식제련용 원료로 사용이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 사프로라이트가 30% 이상 혼입되면 사프로라이트가 과분쇄되어 건식분급 시 미립산물로 산출되는 양이 많아지기 때문에 채광 후 괴상의 사프로라이트를 니켈라테라이트에서 30% 이하의 수준으로 사전에 제거하는 방법을 강구해야만 할 것으로 판단된다.
- 그러나 사프로라이트는 리모나이트보다 니켈함량이 높지만 염기성물질인 리자다이트로 존재하기 때문에 마그네시아의 함유량이 높아 산의 소모량이 증대되어 건식제련용 원료로 주로 사용되고 있다. 따라서 니켈 라테라이트광을 채광할 때 두 광물이 혼합된 경우에는 니켈의 품위가 낮아져 건식제련용 원료로 사용하기에는 부적합하며 습식제련용 원료로 사용할 경우에도 함마그네슘 광물의 함유량이 높아져 무기산의 소모량이 많아지고, 실리카성분이 함유된 슬러지의 발생량 또한 증가되어 경제성이 낮아질 수 있다.
- 습식으로 체질한 결과, 리모나이트와 마찬가지로 입도가 작아질수록 철성분이 증가하고 실리카 및 마그네슘 성분은 감소하였으며, 니켈함유량은 리모나이트보다 다소 높은 것으로 나타났다. 따라서, 리모나이트와 사프로라이트가 혼재하는 라테라이트광의 경우, 일반적으로 리모나이트는 풍화된 미립자로 존재하고 사프로라이트는 비교적 큰 결정질 입자로 존재하기 때문에 이들 구성광물의 피분쇄 특성의 차이를 이용하여 리모나이트와 사프로라이트를 분쇄한 후 각각 건식방법으로 분립하게 되면 건식 및 습식제련용 원료에 적합한 원료물질을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 제트밀로 분쇄 후 건식분급한 산물의 성분을 분석한 결과를 보인 Table 4에서와 같이 전체적으로 미립산물은 조립산물에 비해 실리카 및 마그네슘 성분은 낮게 함유되고 니켈 및 철 성분이 높게 함유된 것으로 나타났는데, 이는 주 구성광물이 침철석이며 토상으로 존재하는 리모나이트는 미립산물로 포집되고 리자다이트가 주 구성광물이며 암석상으로 존재하는 사프로라이트는 조립산물로 분립되었기 때문으로 판단된다. 또한 화학성분 분석 결과로 분급산물의 Mg + Si함량 값을 계산한 결과, 핀밀로만 분쇄하여 분급한 미립산물의 Mg + Si값이 4.03으로 나타났지만, 제트밀의 분쇄압력을 0.2 bar에서 0.4 bar로 증가시켜 분쇄한 후 분급한 미립산물의 Mg + Si값은 5.8 ~ 7.4범위로 10미만이며 산출량이 87.5%까지 증가되어 분급된 over flow 및 under folw 산물을 습식 및 건식 제련용 원료로 사용이 가능한 품질의 원료 물질을 얻을 수 있었다.
- Table 1은 리모나이트 시료를 해쇄한 후 습식으로 체질하여 입도별 성분분석 결과를 나타낸 것이다. 리모나이트시료의 경우 침철석이 주성분이므로 철성분이 40%를 상회하였으며, 입도가 작아질수록 철 함유량은 높아지고 실리카 및 마그네슘 성분이 적어지는 경향을 보였다. 그러나 14 mesh이상의 입단에서 니켈, 코발트, 철의 함유량이 낮고 마그네슘 및 실리카의 함유량이 높아지는데 이것은 Fig.
- 분쇄조건에 따른 분급시료의 미립산물과 조립산물의 성분을 분석한 결과, Table 5와 같이 모든 실험조건에서 미립산물과 조립산물의 Mg + Si성분이 22.6% 이상이었으며, 미립산물의 철 함유량은 낮아지고 마그네슘 함유량이 높아지는 경향을 보였다. 이는 제트밀의 분쇄압력이 높아짐에 따라 사프로라이트도 분쇄되어 분쇄산물이 미립산물 쪽으로 포집되었기 때문으로 생각되며, 따라서 사프로라이트층에서 채광한 산물에서 리모나이트를 분리선별하는 것은 큰 의미가 없고 건식제련용 원료로 사용하는 것이 바람직해 보인다.
- 사프로라이트를 핀밀로 분쇄 후 제트밀 분쇄압력을 0.2 bar에서 0.4 bar까지 변화시켜 분쇄한 후 건식으로 분립한 결과, Fig. 10 및 11과 같이 미립산물의 D(0.9)는 54.8 μm에서 25.6 μm으로 작아지고 산출량은 22.9%에서 77.9%까지 증가하는 현상을 보였다.
- 사프로라이트는 니켈을 함유한 암석이 지표에서 풍화되고 니켈을 함유한 용액이 산성 지표수와의 작용으로 지표하부로 분리되면서 침출되는 광상학적 특징에 기인하여1) 형성되기 때문에 리모나이트에 비하여 마그네슘과 실리카의 함량이 높고 철분의 함량이 낮게 나타났다. 습식으로 체질한 결과, 리모나이트와 마찬가지로 입도가 작아질수록 철성분이 증가하고 실리카 및 마그네슘 성분은 감소하였으며, 니켈함유량은 리모나이트보다 다소 높은 것으로 나타났다. 따라서, 리모나이트와 사프로라이트가 혼재하는 라테라이트광의 경우, 일반적으로 리모나이트는 풍화된 미립자로 존재하고 사프로라이트는 비교적 큰 결정질 입자로 존재하기 때문에 이들 구성광물의 피분쇄 특성의 차이를 이용하여 리모나이트와 사프로라이트를 분쇄한 후 각각 건식방법으로 분립하게 되면 건식 및 습식제련용 원료에 적합한 원료물질을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 실험결과, Fig. 12 및 13과 같이 사프로라이트의 혼입량이 증가함에 따라 미립산물의 D (0.9)가 60.2 μm에서 25.6 μm까지 작아졌으며 산출량은 87.5%에서 77.9%까지 감소하였으나 조립산물은 D (0.1)이 2.0 μm에서 58.1 μm까지 증가되고, 산출율은 12.5%에서 22.1%정도로 증가되는 경향을 보였다.
- 이와 같이 미립산물의 양이 증가하는 것은 조립자에 엉겨 붙어 있던 리모나이트 미립자들이 해쇄되어 단체분리되기 때문인 것으로 판단된다. 제트밀로 분쇄 후 건식분급한 산물의 성분을 분석한 결과를 보인 Table 4에서와 같이 전체적으로 미립산물은 조립산물에 비해 실리카 및 마그네슘 성분은 낮게 함유되고 니켈 및 철 성분이 높게 함유된 것으로 나타났는데, 이는 주 구성광물이 침철석이며 토상으로 존재하는 리모나이트는 미립산물로 포집되고 리자다이트가 주 구성광물이며 암석상으로 존재하는 사프로라이트는 조립산물로 분립되었기 때문으로 판단된다. 또한 화학성분 분석 결과로 분급산물의 Mg + Si함량 값을 계산한 결과, 핀밀로만 분쇄하여 분급한 미립산물의 Mg + Si값이 4.
- 제트밀의 분쇄압력을 0.2 bar (20㎩)에서 0.4 bar (40㎩)로 증가시켜 3000 rpm에서 분급한 결과, Fig. 6 및 7과 같이 리모나이트의 산출량이 78.9%에서 87.5%로 증가되어 조립산물의 산출량은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 제트밀로 분쇄하지 않고 핀밀로만 분쇄한 경우 (0.
- 핀밀로만 분쇄한 산물을 건식분급기의 선속도를 3000 ~ 5000 rpm 까지 증가시켜 분급한 결과, Fig. 4 및 5와 같이 over flow된 미립산물의 D0.9(누적부피 90%에 해당하는 입자)입도는 60.6 μm에서 22.3 μm까지 감소하였으며 산출량은 68.1%에서 55.3%까지 감소하였다.
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