KR101136567B1 - 자력선별기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력선별기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자력선별기는 선별의 대상이 되는 원료가 수용 및 배출되는 피더 및 피더로부터 원료를 공급받으며 일방향으로 순환되는 이송벨트와, 이송벨트의 일단부 내주면에 구름접촉되는 원통형 자석을 구비하여, 이송벨트의 상부에서 일방향으로 이송되던 원료 중 일부는 이송벨트의 단부에서 자석의 자력에 의하여 부착되지 않고 이송벨트로부터 이탈되며, 원료중 나머지 일부는 이송벨트의 단부에서 자석의 자력에 의하여 부착되어 이송벨트의 하부로 이송된 후 이송벨트로부터 이탈되는 분리유닛을 포함하여 이루어지며, 분리유닛은 복수 개 배치되어, 원료의 진행 경로상 선단에 배치된 분리유닛의 이송벨트에서 자력에 의하여 두 부분으로 분리되어 이탈된 원료 중 어느 한 부분의 원료를 원료의 진행 경로상 후단에 배치된 분리유닛이 공급받아 다시 자력에 의하여 분리하는 것을 특징으로 하는 자력선별기.

Description

자력선별기{Magnetic separator}

본 발명은 자력에 의하여 원료를 분리하는 자력선별기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해사에 포함되어 있는 다양한 유용광물이 가지는 자성의 크기 차이를 이용하여 해사 내 희토류 등의 유용광물을 분리 및 회수하기 위한 자력선별기에 관한 것이다.

티탄철석(ilmenite), 루틸(rutile), 지르콘(zircon), 실리마나이트(silimanite), 모나자이트(monazite) 등의 유용광물은 여러 종류의 산업에 있어서 필수적인 원료로 활용된다. 즉, 티탄철석의 경우 용접봉이나 특수자성재료 또는 자외선차단안료로 이용되고, 지르콘은 세라믹이나 고급베어링, 볼밀에 사용되며, 모나자이트의 경우 첨단산업에 필요한 희토류 원소를 다량 함유하고 있다.

그러나 상기한 광물들의 경우 우리나라에서는 거의 전량을 수입에 의존하고 있는 실정이며, 근래에는 세계적으로 원료광물의 가격이 폭등하여 가격이 대폭 상승하고 있는 추세이다. 예를 들어, 루틸과 실리마나이트의 경우 1톤당 200불, 지르콘의 경우 1톤당 900불에 육박하고 있다. 더욱이, 최근 자원 보유국의 자원 무기화 추세의 확산에 따라, 자원 보유국들은 수출세 인상, 외자의 자원개발 참가 규 제 등의 수출 억제정책 확대를 통해 자국 자원의 유출방지를 강구하고 있는 실정이다.

반면, 우리나라의 경우 고부가가치 산업에서 다양하게 활용되는 희유광물이 육상에 거의 존재하지 않기 때문에 각종 핵심 소재 및 부품을 거의 전량 해외에서 수입하는 바, 선진국 및 자원 보유국의 자원 무기화와 독점적 가격인상에 큰 영향을 받을 수 있다.

이에 국내의 희유광물에 대한 채취기술 개발이 요청되고 있으며, 그 일환으로 해사에 대한 관심이 높아지고 있다.

국내의 해안가에 있는 모래 즉, 해사(海沙)에는 티탄철석, 모나자이트 등의 유용광물이 함유되어 있는 것으로 조사되고 있다. 즉, 해사 중 1.5%는 상기한 유용광물로 이루어져 있다. 2007년 건설부자료에 따르면 2300만톤의 해사가 건설재로 개발 및 사용된다고 보고되고 있으며, 2300만 톤에는 대략 50만톤의 유용광물이 포함되어 있으며, 이 유용광물의 경제적 가치는 2008년 기준 거의 1조에 달하는 것이다.

해사로부터 유용광물을 회수하기 위한 기술은 아직 활발하게 연구되고 있지않지만, 비중선별, 자력선별 및 정전선별을 이용한 회수기술이 효율성과 경제성을 갖춘 것으로 평가된다. 비중선별이란 해사에 포함된 여러 광물들의 비중의 차이에 의하여 분리하는 것이며, 자력선별이란 광물들이 가지는 자성의 크기에 따라 분리하는 것이며, 정전선별이란 전기전도성 등의 전기적 성질의 차이에 기인하여 광물을 분리하는 기술이다.

국내에서 상업화되어 있는 자력선별기의 경우, 주로 산업폐기물, 건축폐기물 및 식품,화학분말 제조업 등에서만 제한적으로 활용되고 있는데, 이러한 자력선별기들의 경우 하나의 자석을 이용하여 자성체와 비자성체만을 단순하게 분리하는 작용만 할 뿐 자력의 크기에 따른 세밀한 분류를 할 수 없다는 한계가 있다.

즉, 해사에서 추출되는 유용광물의 경우 자력의 크기가 다양하므로 위와 같은 단순한 자력선별기에 의해서는 원하는 정도의 광물 회수가 이루어질 수 없다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해사에 포함되어 있는 유용광물들을 자력의 세기에 따라 세밀하게 분리할 수 있도록 구조가 개선된 자력선별기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자력선별기는 선별의 대상이 되는 원료가 수용 및 배출되는 피더, 상기 피더로부터 원료를 공급받으며 일방향으로 순환되는 이송벨트와, 상기 이송벨트의 일단부 내주면에 구름접촉되는 원통형 자석을 구비하여, 상기 이송벨트의 상부에서 일방향으로 이송되던 상기 원료 중 일부는 상기 이송벨트의 단부에서 상기 자석의 자력에 의하여 부착되지 않고 상기 이송벨트로부터 이탈되며, 상기 원료중 나머지 일부는 상기 이송벨트의 단부에서 상기 자석의 자력에 의하여 부착되어 상기 이송벨트의 하부로 이송된 후 상기 이송벨트로부터 이탈되는 분리유닛을 포함하여 이루어지며, 상기 분리유닛은 복수 개 배치되어, 상기 원료의 진행 경로상 선단에 배치된 분리유닛의 이송벨트에서 자력에 의하여 두 부분으로 분리되어 이탈된 원료 중 어느 한 부분의 원료를 상기 원료의 진행 경로상 후단에 배치된 분리유닛이 공급받아 다시 자력에 의하여 분리하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 분리유닛은 3개 배치되며, 상기 3개의 분리유닛 중 상기 원료의 진행 경로 상 첫 번째 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 10,000G~11,500(가우스) 이상이며, 두 번째 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 2,500~4,000G이며, 마지막에 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 5,000~7,000G인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 원료의 진행 경로 상 두 번째 배치된 분리유닛 상부에 상기 분리유닛의 이송벨트와 교차하는 방향으로 배치되어 순환되는 교차이송벨트와, 상기 교차이송벨트의 내측에 배치되어 상기 교차이송벨트와 대면하고 있는 상기 분리유닛의 이송벨트를 따라 이송되는 원료를 자력에 의하여 흡인하여 상기 교차이송벨트에 부착되게 하는 자석을 구비하는 교차분리유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 교차분리유닛에 설치된 자석은 자력의 크기를 조절할 수 있는 전자석이며, 상기 전자석의 자력의 크기는 1,000~4,000G 범위에서 조절가능한 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 복수의 분리유닛들 중 가장 큰 세기의 자력을 가지는 자석에 의하여 부착된 후 상기 이송벨트로부터 분리된 원료의 잔류자기를 제거하도록, 상기 원료의 이동경로 상 상기 가장 큰 자력을 가지는 자석의 후단에는 탈자기(demagnetizer)가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자력선별기는 자력의 세기에 따라 분리가 가능한 바, 해사 내 포함되어 있는 유용광물을 자력의 세기에 따라 세밀하게 분리, 회수할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 자력선별기는 영구자석과 전자석을 적절하게 조합함으로써 경제적이며 내구성이 강화된다는 이점이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 자력선별기에서는 자력의 세기가 큰 자석의 후단에 탈자기를 설치하여 해사에 잔존하는 잔류자기를 제거함으로써 분리효율이 향상된다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 자력선별기는 다양한 자성을 가지는 재료들이 혼합되어 있는 원료들에 대한 자력선별을 수행할 수 있으며, 본 실시예에서는 여러 원료들 중 해사를 처리 대상으로 한다.

특히, 자연상태로 아무런 처리도 거치지 않은 해사가 아니라 해사를 비중선별을 거친 해사가 대상이된다. 즉, 해사 중 규사와 같은 비교적 가벼운 모래 성분은 제거된 뒤 일메나이트, 루타일, 모나자이트, 마그네타이트 등의 비교적 무거운 광물들로만 추출된 형태의 해사를 처리한다. 비중선별을 거치게 되면, 해사 중 96% 정도는 모래 성분으로 분류되어 제거되며, 4% 정도가 유용광물로 분류된다. 다만, 96% 내에도 일부 유용광물이 포함되어 있으며, 유용광물로 분류된 4% 내에서도 30~40% 정도는 모래 성분이 포함된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력선별기에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력선별기의 개략적 구성이 나타나 있는 측면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 자력선별기의 평면도이고, 도 3은 도 1 에 도시된 자력선별기의 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력선별기(100)는 피더(10)와 제1~3분리유닛(20,30,40) 및 교차분리유닛(50)을 구비하여 이루어진다.

피더(10)는 선별의 대상이 되는 원료, 즉 해사를 일시적으로 수용하며, 후술할 제1분리유닛(20)으로 공급하기 위한 것이다. 피더(10)의 내부에는 해사(s)가 일시적으로 수용되는 수용부가 형성된다. 수용부의 하부에는 배출부가 형성되며, 이 배출부는 마개(미도시)에 의하여 개폐됨으로써 피더(10)로부터 해사가 배출될 수 있다. 피더(10)에서는 일정한 속도와 일정한 양의 해사(s)를 후술할 제1분리유닛(20)으로 공급한다.

피더(10)로부터 배출된 해사(s)는 배출가이드(11)에 의하여 가이드되어 제1분리유닛(20)으로 이송되는데, 이 배출가이드(11)는 판 형상으로 하방향으로 경사지게 배치되어 있다. 또한, 배출가이드(11)는 좌우방향으로 진동됨으로써, 배출가이드(11)의 상면에 놓여진 해사(s)가 좌우의 폭방향으로 넓게 퍼질 수 있도록 한다.

본 발명에서는 자력의 세기에 따라 해사를 세밀하게 분리하기 위하여 복수의 분리유닛을 구비하는데, 본 실시예에서는 3개의 분리유닛, 즉 제1분리유닛(20), 제2분리유닛(30) 및 제3분리유닛(40)을 구비한다. 3개의 분리유닛은 상하방향을 따라 배치된다. 즉, 제1분리유닛(20)이 가장 높은 곳에 배치되며, 제2분리유닛(30)은 가운데, 제3분리유닛(40)이 가장 낮은 곳에 배치된다.

피더(10)로부터 배출된 해사(s)는 제1분리유닛(20)으로부터 제2분리유닛(30)을 거쳐 제3분리유닛(30)까지 진행되는 경로를 형성하는데, 각 분리유닛을 통과할 때마다 자력의 크기에 따라 해사가 일부분씩 분리되는 구성이다. 즉, 제1분리유닛(20)에서 자성의 크기에 따라 2부분으로 분리된 해사 중 일부분은 수집기(29)에 의하여 수집되고, 나머지 일부분은 다시 제2분리유닛(30)으로 공급된다. 제2분리유닛(30)에서는 해사는 다시 자성의 세기에 따라 2부분으로 나누어져 일부는 수집기(39)에 수집되고 다른 일부는 제3분리유닛(40)으로 공급된다. 최종적으로 제3분리유닛(40)에서는 자성의 세기에 따라 각각 별도의 수집기(48) 및 수집기(49)에 수집된다. 본 실시예에서는 3개의 분리유닛을 설치하였지만, 다른 실시예에서는 2개, 4개, 5개 등 다양한 개수로 분리유닛을 설치할 수 있다.

제1분리유닛(20), 제2분리유닛(30) 및 제3분리유닛(40)은 각각 다르게 호칭되지만 실질적으로는 동일한 구성을 가지고 있으며, 다만 자석의 세기만이 다를 뿐이다.

즉 제1~3분리유닛(20,30,40)은 각각 이송벨트(21,31,41)를 구비한다. 이송벨트(21,31,41)의 일단부 내측에는 원통형의 자석(22,32,42)이 구름접촉되며, 이송벨트(21,31,41)의 타단부 내주면에는 풀리(23,33,43)가 구름접촉된다. 즉, 각 이송벨트(21,31,41)는 그 양단에 설치된 2개의 풀리에 감겨지며, 풀리의 회전시 풀리와의 구름접촉에 의하여 순환된다. 여기서, 이송벨트(21,31,41)의 일단부에 배치된 풀리는 원통형의 자석(22,32,42)으로 이루어지며, 타단부에 배치된 풀리(23,33,43)는 순수하게 풀리의 역할만 수행한다.

각 분리유닛의 타단부에 배치된 풀리(23,33,43)에는 모터(미도시)가 연결되어 풀리(23,33,43)를 회전시킴으로써 이송벨트(21,31,41)를 순환시키는 구동력을 제공한다. 한편, 풀리 역할을 함께 수행하는 원통형 자석(22,32,42)은 고정되게 설치되는 것이 아니라, 자력의 세기가 다른 원통형 자석으로 교체가능하다.

또한, 제1,2분리유닛(20,30)은 각각 하나의 수집기(29,39)를 구비하지만, 해사의 진행 경로 상 최말단에 배치된 제3분리유닛(40)은 2개의 수집기(48,49)를 구비한다.

각 분리유닛과 수집기 사이에는 각 분리유닛으로부터 배출된 해사들을 수집기 또는 다른 분리유닛으로 가이드하기 위한 가이드대가 설치된다. 예컨대, 제1분리유닛(20)의 하측에는 수집기(29)와 제2분리유닛(30)이 배치되는데, 제1분리유닛(20)의 이송벨트(21)와 수집기(29) 사이 및 제1분리유닛(20)의 이송벨트(21)와 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31) 사이에는 각각 가이드대(25,26)가 설치된다. 이 가이드대(25,26)는 판 형상으로 하향 경사지게 배치되어, 제1분리유닛(20)의 이솔벨트(21)로부터 배출되는 해사들을 각각 수집기(29) 및 제2분리유닛(30)으로 가이드한다.

제2분리유닛(30)에서도 마찬가지로, 제2분리유닛(30)으 이송벨트(31)와 수집기(39)와 제3분리유닛(40)의 이솔벨트(41) 사이에 각각 하향 경사지게 배치된 가이드대(35,36)가 설치된다. 제3분리유닛(40)은 해사의 진행경로 상 최말단에 배치되므로, 제3분리유닛(40)의 이송벨트(41) 하측에는 2개의 수집기(48,49)가 마련되는데, 제3분리유닛(40)의 이송벨트(41)와 2개의 수집기(48,49) 사이에도 가이드 대(45,46)가 설치된다.

각 분리유닛의 이송벨트를 따라 이송되는 해사(s)는 이송벨트의 단부에 위치한 원통형 자석의 상측을 통과하게 되는데, 이 자석의 자력에 영향을 받지 않는 해사는 이송벨트의 단부에서 분리유닛을 이탈하게 된다. 그러나, 자석의 자력에 반응하는 해사는 계속적으로 이송벨트에 부착되어 하측으로 이동을 하게 되며, 자력의 영향를 벗어 나게 되면 비로소 이송벨트로부터 하방으로 낙하하게 된다. 즉, 각 분리유닛에 설치된 자석에 부착되는 해사는 이송벨트에 부착된 상태로 이송벨트가 하방으로 이동된 후에 이송벨트로부터 분리되지만, 자석에 부착되지 않는 해사는 이송벨트가 상부에서 하부로 이동되는 순간 이송벨트로부터 분리됨으로써, 해사는 자성의 정도에 따라 2부분으로 분리된다.

한편, 제1분리유닛(20)의 이송벨트(21)와 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31) 사이에 설치된 가이드대(26)의 하단에는 탈자기(70, demagnetizer)가 설치된다. 후술하겠지만, 본 실시예에서는 제1분리유닛(20)에 설치된 자석(22)의 자력은 11,000가우스로 다른 분리유닛들에 설치된 자석의 자력(1,000~7,000가우스)보다 매우 크다.

즉, 제1분리유닛(20)에 설치된 자석(22)에 한 번 부착된 후 제2분리유닛(30)으로 공급되는 해사는 제1분리유닛(20)의 자석(22)에 의하여 잔류자기가 남아 있게 되며, 이렇게 해사에 남아 있는 잔류자기는 제2분리유닛(30)의 자석에 의한 정확한 분리작용을 방해하게 된다.

이에 제1분리유닛(20)으로부터 제2분리유닛(30)으로 이송되는 과정에서 가이 드대(26)의 하방에 공지의 탈자기(70)를 설치하여, 해사에 남아 있는 잔류자기를 제거한다. 본 실시예에서는 제1분리유닛과 제2분리유닛 사이에 탈자기가 설치되었지만, 해사의 진행 경로 상 가장 큰 자력을 가지는 자석의 후단에 탈자기가 배치되면 된다.

한편, 본 발명에 따른 자력선별기(100)는 교차분리유닛(50)을 구비한다. 교차분리유닛(50)은 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31) 상부에 설치되는 것으로서, 교차이송벨트(51)와 두 개의 풀리(52,53)를 구비한다. 교차이송벨트(51)는 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31)와 직교하게 배치되며, 두 개의 풀리(52,53)는 교차이송벨트(51)의 양단부 내측에 감기어 교차이송벨트(51)와 구름접촉된다. 모터(미도시)에 의하여 회전되는 풀리(52)에 의하여 교차이송벨트(51)는 순환된다.

그리고 교차분리유닛(50)의 내측에도 자석(54)이 설치된다. 이 자석(54)의 하면은 교차이송벨트(51)의 하면에 근접하여 대면하게 배치된다. 이에 따라, 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31)를 따라 이소되는 해사 중 일부는 교차분리유닛(50)에 설치된 자석(54)의 자력에 흡인되어 교차이송벨트(51)에 부착된다.

지금까지 설명한 바와 같이, 상기한 구성으로 이루어진 자력선별기(100)는 제1~3분리유닛(20,30,40)과 교차분리유닛(40)을 구비하여 해사에 대해서 4번의 분리작용을 하는데, 4번의 분리작용이 각각 유의미하게 진행되어 해사 내 혼합되어 있는 유용광물이 세밀하게 선별되기 위해서는 각 분리유닛(20~50)에 부착된 자석의 자력 세기를 유용광물의 특성에 맞게 설정할 필요가 있다. 즉, 해사에서 회수가능한 각 유용광물이 자력에 영향을 받는 정도에 대한 기술적, 실즐적 데이터가 확보 되어야 각 분리유닛에 설치될 자석의 자력을 설정할 수 있다.

우선 자성에 대하여 간략하게 설명한다.

자성은 자기량과 자기모멘트의 양에 의하여 표시하는데, 자석의 세기는 자기량 보다는 자기모멘트의 크기로 표시하는 것이 일반적이다. 자기 모멘트 (Magnetic Moment)는 크기와 방향을 가지는 벡터량으로 방향은 S (-) 극에서 N (+) 극으로 향한다. 일반적으로 자기 모멘트 (자기 Spin) 의 배열에 따라 강자성 (Ferro-Magnetism), 반강자성 (Antiferro-Magnetism), 상자성 (Para-Magnetism), 반자성 (Dia-Magnetism) 으로 분류한다. 자기모멘트가 한쪽 방향으로 배열되어 있으면 힘이 매우 강하며, 페로 마그네티즘 (Ferro-Magnetism) 이라고 한다. 자기 Spin 의 자기 모멘트가 이웃하는 자기 모멘트와 서로 반대방향으로 배열되지만 자기 모멘트의 크기가 달라서 그 차이만큼 자화되는 자성은 페리 마그네티즘 (Ferri Magnetism)으로 분류한다. 또한, 자기 Spin 의 자기모멘트가 이웃하는 것과 크기는 같으나 방향이 반대로 배열되어 전체적인 자기모멘트가 0 이 되는 자성은 반강자성 (Antiferro-Magnetism)이라고 하고, 자기 Spin 의 방향성이 없어 자체적으로 자기의 세기가 없으나, 외부 자기장의 방향과 같은 방향으로 정렬시킴으로써 내부 자기장의 세기를 증가시키는 성질을 갖는 물질을 상자성 (Para-Magnetism), Spin 이 없어 미약한 음의 대자율을 갖는 것을 반자성 (Dia-Magnetism)으로 분류한다. 또한, 자기모멘트는 자성감응도, 자기장의 세기 및 입자직경에 의하여 일정한 수식으로 구해지기도 한다.

위와 같은 분류체계에 의하여 해사 내 유용광물을 분류한 표가 도 4에 나타 나 있다. 도 4는 해사 내 포함된 희유광물의 함유량과 자성 감응도를 나타낸 표이다. 도 4를 참조하면, 해사 내 유용광물에는 일메나이트와 마그네타이트가 가장 많이 포함되어 있으며, 모래로 분류될 수 있는 규사와 실리마나이트도 다수 포함되어 있다. 자성으로 볼 때 마그네타이트와 일메나이트가 가장 큰 자성감응도를 가지며, 지르콘은 거의 비자성체임을 알 수 있다.

해사 내 함유량을 함께 고려하면, 해사로부터 주요하게 회수해야할 유용광물은 마그네타이트, 일메나이트, 루타일 및 모나자이트이다.

본 출원인은 앞에서 기술한 자력의 세기, 유용광물의 감응도 등에 관한 기술적 고찰에 근거하여, 해사로부터 선별하고자 하는 목표광물에 적용될 자력의 세기를 결정(각 분리유닛에 설치되는 자석의 세기를 결정하는 것과 동일)하기 위하여 실험을 수행하였다. 영종도에서 채취한 해사를 비중선별 한 후 4개의 시료(200g 1개 및 50g 3개)에 대하여, 1,000G로부터 11,000G 까지 자력을 가지는 여러 자석을 이용하여, 자력이 낮은 자석으로부터 순차적으로 높은 자력을 가지는 자석 순으로 배치하여 해사를 분류하는 방식과, 가장 센 자석을 먼저 배치한 후 그 뒤로는 자석이 낮은 순으로 배치하는 방식 등 다양한 배치방식을 통해 실험하였다. 자석은 1,500G, 3,000G, 5,000G, 7,000G 및 10,000G 등을 이용하였다.

본 실험에 의하여 선별된 유용광물 사진이 도 5 및 도 6에 나타나 있다. 도 5의 좌측 사진은 대략 3,000G 범위의 자력에서 특정하게 선별된 광물로서 일메나이트이며, 우측 사진은 10,000G 이상의 자력에서 특정하게 얻어질 수 있는 광물로서 루타일이다. 또한, 도 6의 사진은 왼쪽 상단으로부터 시계방향으로, 비자성물질, 루타일(10,000G 이상의 자력), 일메나이트(4,000G 정도), 에피도트(7,000G 정도)이다.

위와 같은 실증적 고찰을 기초로 최종적으로 해사로부터 선별하고자 하는 목표광물을 결정하였으며, 이 목표광물을 선별하기 위한 자석의 세기도 결정하였다. 그 결과가 도 7에 나타나 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 자력선별기를 통해 분리하고자 하는 주요 목표광물은 크게 5개 분류인데, 강자성체인 마그네타이트, 중자성체인 일메나이트, 약자성체인 에피도트, 혼블렌드 및 헤마타이트, 그리고 약자성체인 루타일과 모나자이트 및 비자성체인 지르콘이다.

마그네타이트의 경우 강자성체로 1,000G 내지 2,000G의 약한 자력에도 자석에 부착된다. 이에 2,000G 이상의 높은 자석을 사용할 필요가 없지만 1,000G 미만은 자력이 너무 약하여 분리효율이 떨어질 수 있다. 이에 1,500G의 자력으로 마그네타이트를 선별한다.

중자성체인 일메나이트는 3,000G의 자력으로 선별하며, 2,500G ~ 4,000G 범위로 확대할 수 있다. 그러나 2,500G 미만의 자력의 경우 일메나이트의 자석 부착율이 감소할 것이며, 4,000G를 초과하는 경우 필요 이상의 높은 자력을 사용하는 것이므로 바람직하지 못하다.

약자성체인 에피도트와 혼블렌드 및 헤마타이트는 5,500G에서 분리가능하며, 5,000~7,000G에서도 분리가능하다. 다만, 5,000G 미만에서는 약자성체는 분리가 쉽지 않으며, 7,000G를 초과하는 것은 과다한 자력이므로 불필요하다.

마찬가지로 루타일과 모나자이트는 자성감응도가 매우 낮아 8,000~10,000G의 높은 자력을 이용해야 분리가능하다. 비자성체인 지르콘은 자석에 부착되지 않으므로 자력선별기에서는 모래성분과 함께 거동될 것이며, 추후 정전선별 등에서 모래와 상호 분리될 수 있다.

상기한 바와 같이, 목표광물과 이 목표광물을 선별하기 위해 필요한 자력의 세기가 결정된 상태에서, 본 발명에 따른 자력선별기(100)의 각 분리유닛(20,30,40,50)에 자석을 설치할 수 있다.

햇의 진행 경로 상 첫 번째 배치되는 제1분리유닛(20)의 자석(22)은 11,000G의 자력을 가지도록 한다. 이에 해사 중 자성체는 모두 제1분리유닛(20)의 자석(22)에 부착되어 제2분리유닛(30)으로 공급되며, 비자성체인 지르콘과 모래 성분은 자석(22)에 부착되지 않고 수집기(29)에 수집된다. 제1분리유닛에서는 자성체와 비자성체를 상호 분리함으로써, 목표광물인 지르콘을 분리해낸다.

제2분리유닛(30)의 이송벨트(31)로 공급된 해사는 교차분리유닛(50)의 이송벨트(51)와 만나게 되며, 교차분리유닛(50)의 자석(54)은 전자석으로서 1,000~4,000G 범위에서 자력을 변경할 수 있는데, 본 실시예에서는 1,500G로 설정되어 있다. 이에 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31)에서 이송중인 해사들 중 강자성체인 마그네타이트는 1,500G의 자력에 의하여 흡인되어 교차분리유닛(50)의 교차이송벨트(51)에 부착되며, 나머지 해사들은 제2분리유닛(30)의 자석(32)쪽으로 계속 이동된다. 교차분리유닛(50)의 자석(54)에 의하여 교차이송벨트(51)에 부착된 마그네타이트는 자석(54)의 영역을 벗어난 뒤 교차이송벨트(51)로부터 이탈 및 자유낙 하되어 수집기(59)로 수집된다.

즉, 교차분리유닛에서는 목표광물인 마그네타이트가 선별되며, 제1분리유닛(20)과 교차분리유닛(50)을 거치게 되면 비자성체와 강자성체가 거의 대부분 선별된다. 이후, 제2분리유닛(30)과 제3분리유닛(40)에서는 중자성체와 약자성체를 선별한다.

제2분리유닛(30)의 자석(32)은 3,000G로 설정되며, 중자성체인 일메나이트를 선별한다. 즉, 중자성체인 일메나이트는 제2분리유닛(30)의 자석(32)에 부착되어 이송벨트(31)의 하측으로 이동된 후에 수집기(39)에 모여지며, 약자성체인 루타일, 모나자이트, 에피도트, 혼블렌드, 헤마타이트는 자석(32)에 부착되지 않고 바로 제2분리유닛(30)의 이송벨트(31)로부터 이탈되어 제3분리유닛(40)으로 공급된다.

제3분리유닛(40)에서는 5,500G의 자력을 가지는 자석(42)이 설치되며, 약자성체 중 에피도트, 혼블렌드, 헤마타이트는 이 자석(42)에 부착되어 이송벨트(41)의 하부로 이송된 뒤 수집기(48)에 수집되고, 이들보다 더 약자성체인 루타일과 모나자이트는 자석(42)에 부착되지 않고 바로 이송벨트(41)에서 이탈되어 다른 수집기(49)에 수집된다. 즉, 제3분리유닛(40)에서는 약자성체 내에서 상대적으로 강한 자성을 가진 광물과 상대적으로 약한 자성을 가진 광물들을 상호 선별해낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 비중선별을 거친 후의 해사(비중 선별 전 4%에 해당)는 피더(10)로부터 공급된 후 제1분리유닛(20)에서 비자성체인 지르콘을 분리해낸 후, 교차분리유닛(50)에서 강자성체인 마그네타이트를 선별하고, 제2분리유닛(30)에서 중자성체인 일메나이트를 선별한 후, 최종적으로 제3분리유닛(40)에서 루타일과 모나자이트를 한 분류로 선별하고, 에피도트, 헤마타이트 및 혼블렌드를 한 분류로 선별하게 된다.

각 수집기(29,39,48,49,59)에는 각 자석(22,32,42,52)에 의하여 분리된 광물들이 모여져 있지만, 이들은 순수하게 목표광물들만 포함되어 있지는 않으며 일부 다른 광물들이 포함되어 있다. 즉, 중자성체인 일메나이트가 모인 수집기(39)에는 강자성체인 마그네타이트 일부와 약자성체인 에피도트 등이 섞여 있게 된다. 이는 단순히 자성의 문제만이 아니라 각 광물입자의 크기, 무게 등 다양한 변수에 의한 것이다. 그러나, 각 수집기에 모인 광물들은 정전선별 또는 별도의 자력선별 등을 거쳐 순수성을 높일 수 있을 것이다.

한편, 본 실시예에서는 교차분리유닛(50)에 전자석을 사용하여 필요에 따라 자력의 세기를 변경할 수 있도록 했으며, 제1~3분리유닛(20,30,40)의 원통형 자석도 교체할 수 있는 구조로 설계되어 해사의 특성에 맞게 자석의 세기를 변경할 수 있다는 장점이 있다.

그리고 제1~3분리유닛의 자석은 영구자석을 사용함으로써 내구성을 강화하였으며, 자력의 세기가 가장 약해도 선별가능한 마그네타이트(강자성체)를 선별하는데에만 전자석을 사용함으로써 내구성을 강화하였다. 예컨대 전자석으로 약자성체를 선별하기 위해서는 자력의 세기를 크게 하여야 하므로 전자석의 전력소비가 높을 뿐만 아니라 전자석에 열이 발생하여 선별효율도 떨어지기 때문이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다 양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자력선별기의 개략적 구성이 나타나 있는 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 자력선별기의 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 자력선별기의 정면도이다.

도 4는 해사 내 포함된 희유광물의 함유량과 자성 감응도를 나타낸 표이다.

도 5 및 도 6은 자력선별 실험에 의하여 분리된 희유광물의 사진이다.

도 7은 본 발명에 따른 자력선별기에 의하여 해사로부터 선별하고자 하는 목표광물과, 이 목표광물을 선별하기 위한 자석의 크기를 나타낸 표이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 자력선별기 10 ... 피더

20... 제1분리유닛 30 ... 제2분리유닛

40 ... 제3분리유닛 50 ... 교차분리유닛

Claims (10)

1. 선별의 대상이 되는 원료인 해사(海沙)가 수용 및 배출되는 피더;

   상기 피더로부터 원료를 공급받으며 일방향으로 순환되는 이송벨트와, 상기 이송벨트의 일단부 내주면에 구름접촉되는 원통형 자석을 구비하여, 상기 이송벨트의 상부에서 일방향으로 이송되던 상기 원료 중 일부는 상기 이송벨트의 단부에서 상기 자석의 자력에 의하여 부착되지 않고 상기 이송벨트로부터 이탈되며, 상기 원료중 나머지 일부는 상기 이송벨트의 단부에서 상기 자석의 자력에 의하여 부착되어 상기 이송벨트의 하부로 이송된 후 상기 이송벨트로부터 이탈되는 분리유닛;을 포함하여 이루어지며,

   상기 분리유닛은 적어도 3개 배치되어, 상기 원료의 진행 경로상 선단에 배치된 분리유닛의 이송벨트에서 자력에 의하여 두 부분으로 분리되어 이탈된 원료 중 어느 한 부분의 원료를 상기 원료의 진행 경로상 후단에 배치된 분리유닛이 공급받아 다시 자력에 의하여 분리하되,

   상기 원료의 진행 경로 상 첫 번째 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 10,000G~11,500(가우스) 이상이며, 두 번째 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 2,500~4,000G이며, 세 번째 배치된 분리유닛의 자석의 자력은 5,000~7,000G인 것을 특징으로 하는 자력선별기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 원료의 진행 경로 상 두 번째 배치된 분리유닛 상부에 상기 분리유닛의 이송벨트와 교차하는 방향으로 배치되어 순환되는 교차이송벨트와, 상기 교차이송벨트의 내측에 배치되어 상기 교차이송벨트와 대면하고 있는 상기 분리유닛의 이송벨트를 따라 이송되는 원료를 자력에 의하여 흡인하여 상기 교차이송벨트에 부착되게 하는 자석을 구비하는 교차분리유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자력선별기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 교차분리유닛에 설치된 자석은 자력의 크기를 조절할 수 있는 전자석인 것을 특징으로 하는 자력선별기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 전자석의 자력의 크기는 1,000~4,000G 범위에서 조절가능한 것을 특징으로 하는 자력선별기.
8. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 분리유닛들 중 어느 하나의 분리유닛 상부에 상기 분리유닛의 이송벨트와 교차하는 방향으로 배치되어 순환되는 교차이송벨트와,

   상기 교차이송벨트의 내측에 배치되어 상기 교차이송벨트와 대면하고 있는 상기 분리유닛의 이송벨트를 따라 이송되는 원료를 자력에 의하여 흡인하여 상기 교차이송벨트에 부착되게 하는 자석을 구비하는 교차분리유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자력선별기.
9. 제1항에 있어서,

   상기 복수의 분리유닛들 중 가장 큰 세기의 자력을 가지는 자석에 의하여 부착된 후 상기 이송벨트로부터 분리된 원료의 잔류자기를 제거하도록,

   상기 원료의 이동경로 상 상기 가장 큰 자력을 가지는 자석의 후단에는 탈자기(demagnetizer)가 설치되는 것을 특징으로 하는 자력선별기.
10. 제1항에 있어서,

    상기 원통형 자석은 상기 이송벨트를 회전시키기 위한 풀리이며,

    상기 원통형 자석은 자력의 세기가 다른 원통형 자석으로 교체가능한 것을 특징으로 하는 자력선별기.

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