칼륨 채광 공정에서 칼륨 슬러리 밀도 측정

칼륨 부유선별 공정: 밀도 제어를 통한 최적화

3.1 칼륨 부유선별 공정: 기본 원리

칼륨 부유선별법은 주로 실바이트(KCl)를 할라이트(NaCl) 및 불용성 물질로부터 분리하는 데 사용됩니다. 이 공정은 대상 광물 간의 표면 화학적 특성 차이를 이용합니다. 선택적 집광제를 사용하여 실바이트를 소수성으로 만들어 거품 분리를 가능하게 하는 반면, 억제제를 사용하여 할라이트와 점토의 생성을 억제합니다.

탈점토부유선별 전 단계에서 탈점토 공정은 매우 중요합니다. 탈점토는 광물 표면을 코팅하여 시약의 효과를 저해하고 선택성을 떨어뜨리는 미세 점토와 규산염을 제거합니다. 효과적인 탈점토 공정을 통해 최대 95%의 효율을 달성할 수 있으며, 이는 부유선별 공정에서 고품위 광물 회수율을 높이는 데 직접적인 도움이 됩니다. 이러한 접근 방식을 통해 61~62%의 K₂O 농축물 수율을 꾸준히 얻을 수 있으며, 이는 칼륨염 분리 공정에서 탈점토의 중요성을 강조합니다.

부유선별 회로는 탈점토 후 공급물을 조립질과 미립질로 분리하여 맞춤화됩니다. 각 분획은 특수 시약 투입 및 조절 과정을 거쳐 실바이트 회수율을 극대화합니다. 주요 시약은 다음과 같습니다.

• 염분형 집진기(실바이트의 경우)
• 합성 고분자 억제제(KS-MF와 같은) 불필요한 염화나트륨 및 불용성 물질의 생성을 억제하기 위해,
• 계면활성제 및 분산제선택성을 더욱 향상시키고 점액질의 영향을 완화하기 위해.

유속, 전해조 교반 속도, 시약 투입량과 같은 조작 변수는 최적의 분리를 위해 조정됩니다. 전 세계적으로 칼륨 생산량의 약 70%는 부유선별법에 의존하며, 고순도 제품은 부유선별법과 열 용해-결정화법을 결합하여 얻습니다.

 

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3.2 부유선별 회로에서의 밀도 측정

부유선별 회로에서 슬러리 밀도는 매우 중요한 제어 요소입니다. 이는 기포와 입자 간의 상호작용에 직접적인 영향을 미쳐 실바이트의 부착 효율, 시약 소모율, 그리고 최종 분리에 영향을 미칩니다.

슬러리 밀도의 영향:

• 저밀도:기포와 입자의 접촉은 개선되지만, 거품 안정성이 약해지고 수분 혼입이 증가하여 회수율이 저하될 수 있습니다.
• 고밀도:충돌 횟수는 늘어나지만, 과도한 고형물은 선택적 결합을 방해하고, 더 많은 시약 투여량을 요구하며, 농축액의 품질을 저하시킬 수 있습니다.

광물 분리 효율을 극대화하고 손실을 최소화하려면 조립 및 미립자 분획 모두에 대해 최적의 밀도 조정이 필요합니다. 작업자는 밀도계, 핵밀도계 및 인라인 센서를 사용하여 실시간 피드백을 얻고, 이를 통해 농축물 등급과 회수율을 향상시키는 지속적인 조정을 수행합니다.

탈점토화의 역할:
사례 연구에 따르면 밀도 측정을 통해 모니터링되는 엄격한 탈점토 공정을 통해 실바이트 회수율 85~87%를 달성하고 높은 부유선별 선택성을 유지할 수 있습니다. 부유선별 단계 전에 불용성 물질을 제거하면 시약 성능이 향상되고 최종 제품 품질이 높아지며, 특히 정밀한 밀도 제어와 결합될 때 더욱 효과적입니다.

예를 들어, 합성 억제제를 사용하는 현장에서는 탈점토화 후 밀도 최적화를 통해 회수율을 2% 이상 향상시킬 수 있는 것으로 나타났는데, 이는 대규모 칼륨 광물 처리 기술에서 상당한 영향을 미칩니다.

칼륨 결정화 공정: 공급 원료 밀도의 역할

4.1 칼륨 결정화 단계 개요

칼륨 결정화는 칼륨 채광 공정에서 부유선별 및 탈점토 공정 이후에 진행되는 열처리 공정입니다. 부유선별을 통해 실바이트(KCl)가 할라이트(NaCl) 및 기타 맥석으로부터 분리된 후, 농축물은 고온 침출 과정을 거칩니다. 이 과정에서 분쇄된 실비나이트 광석을 일반적으로 85~100°C로 가열된 염수와 혼합하는데, 고온에서 용해도가 다르기 때문에 KCl이 NaCl보다 더 많이 용해됩니다.

염화칼륨(KCl)이 풍부한 침출액은 불용성 고형물과 분리됩니다. 그런 다음 냉각시키면 KCl의 용해도가 온도에 따라 급격히 감소하므로 KCl이 우선적으로 결정화됩니다. 이 KCl 결정은 여과 또는 원심분리를 통해 회수하고 세척 및 건조합니다. 부유선별, 고온 침출 및 결정화의 이 일련의 공정은 칼륨 회수율과 제품 순도를 극대화하여 최종 제품의 회수율을 85~99%, KCl 함량을 95~99%로 높입니다.

4.2 슬러리 밀도가 결정화 효율에 미치는 영향

슬러리 밀도는 칼륨 결정화 공정에서 결정적인 요소입니다. 이는 액상에 현탁된 고형물의 질량을 의미하며, 핵 생성 속도, 결정 성장 및 순도에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 핵 생성 속도슬러리 밀도가 높을수록 결정 핵 생성 가능성이 높아져 더 많은 수의 작은 결정이 생성됩니다. 밀도가 지나치게 높으면 시스템이 성장보다 핵 생성을 우선시하여 회수 가능한 큰 결정 대신 미세한 입자가 생성될 수 있습니다.
• 결정 크기 분포밀도가 높은 투입물은 일반적으로 더 미세한 KCl 결정을 생성하여 후속 여과 및 세척 과정을 복잡하게 만들 수 있습니다. 밀도가 낮으면 핵 생성이 적고 더 큰 결정이 성장하여 회수 과정이 단순화됩니다.
• 청정슬러리의 밀도가 너무 높으면 NaCl과 같은 불순물 및 불용성 입자가 함께 침전되어 제품 품질이 저하될 수 있습니다. 적절한 밀도 조절을 통해 이러한 불순물 혼입을 최소화하고 순도를 최적화할 수 있습니다.
• 탈수 성능고밀도 원료에서 생성된 미세한 결정은 촘촘하게 뭉쳐 여과 또는 원심분리 과정에서 배수를 방해할 수 있습니다. 이는 최종 제품의 수분 함량을 증가시키고 건조에 필요한 에너지량을 늘립니다.

슬러리 밀도는 농축물 회수율, 제품 등급 및 광물 분리 효율 최적화와 밀접한 관련이 있습니다. 슬러리 밀도를 제대로 제어하지 못하면 KCl 수율과 순도가 모두 저하되어 칼륨 결정화 공정의 경제적 및 운영적 성과가 저해될 수 있습니다.

4.3 결정화 과정 중 밀도 모니터링 및 제어 지점

슬러리 밀도의 정확한 측정 및 조절은 효율적인 칼륨 추출과 고품질 결정화 결과에 필수적입니다. 진동관 밀도계, 코리올리스 밀도계 또는 핵밀도계를 이용한 인라인 밀도 샘플링은 표준적인 방법입니다. 실시간 데이터를 통해 지속적인 모니터링이 가능하며, 편차가 발생할 경우 신속하게 수정할 수 있습니다.

모범 사례는 다음과 같습니다.

• 센서의 전략적 배치결정화기로 들어가는 공급 라인과 재순환 루프에 샘플링 장비를 설치하십시오. 이를 통해 공정 제어에 필요한 시의적절하고 정확한 측정값을 얻을 수 있습니다.
• 자동 피드백 제어밀도 신호를 프로그래밍 가능 로직 컨트롤러(PLC) 또는 분산 제어 시스템(DCS)과 통합합니다. 이러한 시스템은 목표 밀도 범위를 유지하기 위해 슬러리 유량, 재순환율 또는 염수 첨가량을 조정합니다.
• 부유선별 시스템과의 데이터 통합부유선별 회로를 빠져나가는 슬러리 밀도가 결정화의 초기 조건을 결정하기 때문에, 일정한 부유선광 농축물 밀도를 유지하는 것은 결정화 장치의 안정적인 작동을 가능하게 합니다. 부유선별 장치와 결정화 장치에서 얻은 밀도 측정값을 피드백 루프로 연결하여, 농축물 회수율과 광물 분리 효율을 향상시키는 조정을 동시에 수행할 수 있도록 해야 합니다.

예를 들어, 역류 침출 회로에서는 각 단계에서 밀도를 제어하여 최적의 결정 성장과 후속 탈수를 지원합니다. 공장에서는 과밀도 또는 저밀도 상황을 방지하고 제품 품질과 장비를 보호하기 위해 밀도 경보 및 공정 연동 장치를 설치하는 경우가 많습니다.

슬러리 밀도의 효과적인 제어는 현대 칼륨 생산 방식의 핵심이며, 칼륨 광물 처리 기술의 모범 사례를 통해 순도 향상을 위한 결정화 최적화, 회수율 증가, 에너지 및 물 소비량 감소를 가능하게 합니다.

광물 처리 공정에서의 중력 분리: 칼륨 회수율 향상

5.1 칼륨 생산에 관련된 중력 분리 방법 소개

중력 분리는 입자 밀도와 침강 속도의 차이를 이용하여 광물을 분리하는 기술입니다. 칼륨 채굴 공정에서 중력 분리는 부유선별, 탈점토, 결정화와 같은 다른 주요 처리 공정을 보완하는 특수한 용도로 사용됩니다. 칼륨 채굴에 적합한 중력 분리 방법에는 중액 분리(HMS), 지깅, 나선형 농축기 등이 있지만, 칼륨 채굴 공정에서는 부유선별이 여전히 주를 이룹니다.

중력 분리 원리는 밀도와 크기가 다른 입자들이 유체에 현탁되었을 때 서로 다른 속도로 침전된다는 점에 기반합니다. 칼륨 제련소에서는 이 원리를 이용하여 점토, 불용성 광물, 염화나트륨(할라이트)과 같은 밀도가 높은 성분을 실바이트(칼륨 광석)에서 분리합니다. 이 공정은 광물 밀도 차이가 충분할 때 가장 효과적입니다. 실바이트(KCl)의 밀도는 약 1.99 g/cm³이고, 할라이트(NaCl)는 2.17 g/cm³입니다. 밀도 차이가 작더라도 특정 공정 단계에서는 이 차이를 활용하여 부유선별 및 결정화 단계와 함께 칼륨을 더욱 농축하고 불순물을 제거합니다.

중력 분리는 일반적으로 초기 선별 및 탈점토 공정 후에 시행되며, 종종 다른 칼륨 광물 처리 기술과 함께 사용됩니다. 이는 중요한 순도 또는 정광 회수율을 달성해야 하는 경우 보완적인 단계로 작용하며, 부유선별 선택성이 불충분할 때 조립/미립 분리에 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 예를 들어, 부유선별 공정 투입물에서 불용성 점토를 제거하거나 선별 세척에서 발생하는 조립 미세 입자 분획을 정제하는 데 중력 분리가 유용할 수 있습니다. 일부 플랜트에서는 특정 폐기물이나 염분 분획을 처리하기 위해 기존의 중력 분리 회로를 유지하고 있는데, 특히 조립 입자에 대한 부유선별 성능이 최적화되지 않았거나 시약 화학에 영향을 미치는 염수 환경에서 이러한 용도가 사용됩니다.

중력 분리는 칼륨 부유선별 공정을 대체하는 것이 아니라 보완하는 역할을 합니다. 특히 칼륨 채광에서 부유선별 회수율을 높이거나 전체 정광 회수율을 향상시키는 것이 중요한 상황에서 유용합니다. 초고순도 제품 생산이나 잔류 맥석 제거와 같이 특정 광물 분리 효율 최적화가 필요한 경우, 중력 분리는 보조적인 방법으로 활용될 수 있습니다.

5.2 슬러리 밀도 및 중력 분리 성능

칼륨 결정화 공정 및 기타 칼륨 생산 방법에서 중력 분리의 효율성은 슬러리 밀도와 직접적인 관련이 있습니다. 여기서 기본적인 관계는 슬러리 밀도, 입자의 침강 속도, 그리고 전체 분리 효율 사이에 있습니다.

스토크스 법칙에 따르면 층류에서 입자의 침강 속도는 입자와 유체 밀도의 차이와 입자 크기가 증가함에 따라 증가합니다. 칼륨 채광 공정에서 슬러리 밀도를 제어하면 작업자는 실바이트 또는 관련 광물이 최적의 속도로 침전되거나 부유하도록 매체를 조정할 수 있습니다. 슬러리 밀도가 너무 높으면 입자들이 서로의 움직임을 방해하여 침강이 저해되고, 광물 분리 효율이 감소하여 정광 등급이 낮아집니다. 반대로 밀도가 너무 낮으면 분리 처리량이 감소하고 미세 맥석이 혼입되어 회수율이 떨어질 수 있습니다.

정확한 칼륨 슬러리 밀도 측정 기술을 통해 측정되는 공급 밀도 최적화는 광산에서 중력 분리를 위한 최상의 방법 중 하나로 인정받고 있습니다.

• 고밀도 슬러리:
  • 결과적으로 입자 간 상호작용(침강 저해)이 발생합니다.
  • 분리 선명도 저하
  • 벌금 이월액 증가
• 저밀도 슬러리:
  • 슬러리 처리 과정에서 물 사용량과 에너지 소비량 증가
  • 처리량 감소
  • 귀중한 광물의 손실 가능성

목표 조업 밀도는 일반적으로 비중 분리 장치와 광물 조성에 따라 고형분 함량 기준 25%~40% 범위입니다. 운영자는 일반적으로 시동 및 세척 단계에서 농축물 회수율과 제품 순도라는 상반된 요구 사항의 균형을 맞춰 이러한 밀도를 조정합니다.

예를 들어, 칼륨 나선형 분리 회로에서 공급 원료의 밀도를 최적 범위 내로 조정하면 정제 농축물과 중간 생성물 및 미분광에서 KCl의 분리 비율에 영향을 미칩니다. 초미세 점토와 실트를 제거하는 상류 탈점토 공정은 중력 분리 공정으로 투입되는 원료의 밀도가 적절한 범위 내에 유지되도록 하는 중요한 제어 단계입니다. 핵밀도계나 코리올리스 계량기와 같은 광산 슬러리의 고품질 밀도 측정 기술은 자동 제어 시스템이 이러한 목표를 유지할 수 있도록 하여 일관된 공정 성능과 효율적인 칼륨 추출을 가능하게 합니다.

이 단계에서 슬러리 밀도를 엄격하게 제어하는 ​​것은 후속 부유선별 또는 결정화 공정의 결과를 향상시킬 뿐만 아니라, 중간 분리 단계에서의 손실을 최소화하여 광물 처리 과정에서 정광 회수율을 높이는 데에도 직접적인 영향을 미칩니다. 중력 분리 회로 내 슬러리 밀도에 대한 이러한 세심한 관리는 현대적인 칼륨 광물 처리 기술에 매우 중요하며, 칼륨 결정화의 순도와 수율을 최적화하기 위한 광범위한 전략의 기반이 됩니다.