희토류 광물 채굴, 선광 및 정제용 Gyraton 사일로 믹서
균일하게 조제된 원료는 벌크 재료 선광 공정에서 안정적이고 엄격하게 제어되는 공정 범위를 확보하는 핵심 요소입니다. amixon®의 Gyraton® 사일로 믹서는 공정 단계 사이에서 정밀 믹서, 버퍼 단계 및 저장 사일로 역할을 동시에 수행합니다. 이 장비는 전체 배치 용량에 걸쳐 균일한 원료 함량, 좁은 입도 분포 및 목표에 맞춰 설정된 유변학적 유동 특성을 보장합니다.
이러한 방식으로 달성된 원료의 균질성은 산 침출, 침전, 여과, 응집, 침전, 건조 및 소성 공정을 엄격하게 정의된 운영 범위 내에서 수행할 수 있게 합니다. 이를 통해 수율, 제품 품질 및 설비 처리량이 증가하는 동시에 시약 및 에너지의 특정 사용량은 현저히 감소합니다.
네오디뮴은 풍력 발전 및 전기 자동차 산업에서 고성능 영구 자석을 만드는 핵심 소재입니다. 프라세오디뮴은 합금 및 유리 첨가제로 사용됩니다. 디스프로슘은 온도 안정성이 뛰어난 견인 자석의 도핑 물질로 사용됩니다. 테르븀은 디스플레이의 중요한 형광체 성분입니다. 유로퓸은 디스플레이용 형광체의 활성화제입니다. 이트륨은 고성능 세라믹 및 레이저 소재의 기판 재료입니다.
긴 공정 라인에서 균질화가 중요한 이유
균질하지 않은 원료(광석 분말, 벌크 재료, 유화액, 용액, 현탁액)는 불안정한 공정 결과를 초래합니다. 공정 매개변수를 지속적으로 조정하면 물질 수지가 악화되고 에너지 소비가 증가합니다. 정의된 중간 균질화 공정은 공정을 안정화시킵니다. Gyraton® 실로 믹서는 연속 또는 배치 방식으로 작동하며, 최대 100m³의 균질한 배치를 제공합니다.
각 공정 단계 전에 원료(분말, 벌크 재료 또는 현탁액)가 균일할수록 수율이 높아집니다. 이에 대한 예로 희토류 광석인 네오디뮴의 선광 공정을 들 수 있습니다:
- 원광은 분쇄기와 분쇄기에서 분말 형태로 분쇄되어 가치 있는 광물을 노출시킵니다.
- 입자 크기에 따른 선별.
- 입자 밀도에 따른 분리.
- 현탁액(슬러리)의 처리. 고형분 함량과 유변학적 특성은 수력 야금 공정에 맞춰 조정됩니다.
- 광물의 산 침출.
- Gyraton® 실로 믹서에서 용액/현탁액의 중간 균질화.
- 화학적 침전, 결정화, 침전 및 응집.
- 중간 균질화(선택 사항).
- 희토류가 함유된 고체 케이크의 여과/세척.
- 진공 혼합 건조기에서의 건조 및 균질화.
- 네오디뮴 산화물로 소성.
- 초미세 분쇄 및 추가 분리 공정.
- 기계적 합금을 위한 전처리 단계로서의 혼합.
균질하지 않은 원료(광석 분말, 벌크 재료, 유화액, 용액, 현탁액)는 불안정한 공정 결과를 초래합니다. 공정 매개변수를 지속적으로 조정하면 물질 수지가 악화되고 에너지 소비가 증가합니다. 정의된 중간 균질화 공정은 공정을 안정화시킵니다. Gyraton® 실로 믹서는 연속 또는 배치 방식으로 작동하며, 최대 100m³의 균질한 배치를 제공합니다.
각 공정 단계 전에 원료(분말, 벌크 재료 또는 현탁액)가 균일할수록 수율이 높아집니다. 이에 대한 예로 희토류 광석인 네오디뮴의 선광 공정을 들 수 있습니다:
- 원광은 분쇄기와 분쇄기에서 분말 형태로 분쇄되어 가치 있는 광물을 노출시킵니다.
- 입자 크기에 따른 선별.
- 입자 밀도에 따른 분리.
- 현탁액(슬러리)의 처리. 고형분 함량과 유변학적 특성은 수력 야금 공정에 맞춰 조정됩니다.
- 광물의 산 침출.
- Gyraton® 실로 믹서에서 용액/현탁액의 중간 균질화.
- 화학적 침전, 결정화, 침전 및 응집.
- 중간 균질화(선택 사항).
- 희토류가 함유된 고체 케이크의 여과/세척.
- 진공 혼합 건조기에서의 건조 및 균질화.
- 네오디뮴 산화물로 소성.
- 초미세 분쇄 및 추가 분리 공정.
- 기계적 합금을 위한 전처리 단계로서의 혼합.
최소한의 구동 전력으로 어떻게 이상적인 혼합 품질을 달성할 수 있을까요?
Gyraton® 사일로 믹서의 설계 원리는 사일로를 활용하는 데 기반을 두고 있습니다. 원료는 필요에 따라 사일로에 저장 및 배출됩니다. 상대적으로 긴 체류 시간은 혼합 과정에 효과적으로 활용됩니다. 이 과정은 극히 낮은 회전 수에서 이루어집니다. 이 과정에서 혼합 장치는 일반적인 정밀 혼합기의 구동 출력의 10~20%만 필요로 합니다. 그 이유는 두 가지 운동이 중첩되기 때문입니다. 즉, 혼합 헬릭스가 자체 축을 중심으로 회전하는 운동과, 카르단 조인트로 지지된 헬릭스 샤프트의 세차 운동이 그것입니다. 원통형 사일로 바닥은 평평한 구형 쉘 형태로 설계되었습니다.
혼합 헬릭스는 제품을 나선형으로 위로 이송하는 반면, 중력은 제품을 아래로 되돌려 보냅니다. 이 혼합 원리는 약 3% 이상의 충전률에서도 이미 효과를 발휘하며 이상적인 혼합 품질을 만들어 냅니다. 1 대 100,000의 비율에서도 반복된 혼합 실험 결과, 혼합 품질의 변동 계수는 5% 미만으로 나타났습니다. 이 혼합 공정은 사각지대 없이 진행되며, 혼합물의 유동 특성에 영향을 받지 않습니다.
Gyraton® 사일로 믹서의 설계 원리는 사일로를 활용하는 데 기반을 두고 있습니다. 원료는 필요에 따라 사일로에 저장 및 배출됩니다. 상대적으로 긴 체류 시간은 혼합 과정에 효과적으로 활용됩니다. 이 과정은 극히 낮은 회전 수에서 이루어집니다. 이 과정에서 혼합 장치는 일반적인 정밀 혼합기의 구동 출력의 10~20%만 필요로 합니다. 그 이유는 두 가지 운동이 중첩되기 때문입니다. 즉, 혼합 헬릭스가 자체 축을 중심으로 회전하는 운동과, 카르단 조인트로 지지된 헬릭스 샤프트의 세차 운동이 그것입니다. 원통형 사일로 바닥은 평평한 구형 쉘 형태로 설계되었습니다.
혼합 헬릭스는 제품을 나선형으로 위로 이송하는 반면, 중력은 제품을 아래로 되돌려 보냅니다. 이 혼합 원리는 약 3% 이상의 충전률에서도 이미 효과를 발휘하며 이상적인 혼합 품질을 만들어 냅니다. 1 대 100,000의 비율에서도 반복된 혼합 실험 결과, 혼합 품질의 변동 계수는 5% 미만으로 나타났습니다. 이 혼합 공정은 사각지대 없이 진행되며, 혼합물의 유동 특성에 영향을 받지 않습니다.
혼합 품질은 어떻게 검증되나요?
Gyraton® 테스트 실로믹서가 기준 설비로 사용됩니다. 이 설비에는 입자 크기 분포가 넓은(x_v = 40–1000 µm) 건조한 분말 혼합물 3m³이 채워져 있습니다. 배치량은 1500 kg입니다. 마지막으로 입자가 미세한 염료 분말(x_v = 10–100 µm, 겉부피 밀도 약 0.25 kg/dm³) 15 g을 첨가합니다. 그 후 혼합 공정이 시작됩니다.
정해진 회전 횟수 후 혼합 공정이 중단됩니다. 혼합실 내 10곳의 서로 다른 위치에서 각각 약 30 g의 시료를 채취합니다. 분석에는 이 중 정확히 15 g이 사용됩니다. 옆의 그래프는 혼합 품질의 변동 계수 추이를 보여줍니다.
눈에 띄는 점은 혼합 품질이 혼합 공구의 회전 주파수와 관계없이 매우 유사한 양상을 보인다는 것입니다. 바로 이 점이 Gyraton® 사일로 믹서를 까다로운 작업과 대량의 제품을 처리할 수 있는 경제적인 정밀 믹서로 만들어 줍니다.
Gyraton® 테스트 실로믹서가 기준 설비로 사용됩니다. 이 설비에는 입자 크기 분포가 넓은(x_v = 40–1000 µm) 건조한 분말 혼합물 3m³이 채워져 있습니다. 배치량은 1500 kg입니다. 마지막으로 입자가 미세한 염료 분말(x_v = 10–100 µm, 겉부피 밀도 약 0.25 kg/dm³) 15 g을 첨가합니다. 그 후 혼합 공정이 시작됩니다.
정해진 회전 횟수 후 혼합 공정이 중단됩니다. 혼합실 내 10곳의 서로 다른 위치에서 각각 약 30 g의 시료를 채취합니다. 분석에는 이 중 정확히 15 g이 사용됩니다. 옆의 그래프는 혼합 품질의 변동 계수 추이를 보여줍니다.
눈에 띄는 점은 혼합 품질이 혼합 공구의 회전 주파수와 관계없이 매우 유사한 양상을 보인다는 것입니다. 바로 이 점이 Gyraton® 사일로 믹서를 까다로운 작업과 대량의 제품을 처리할 수 있는 경제적인 정밀 믹서로 만들어 줍니다.
조만간 총 용량 13m³ 규모의 Gyraton 혼합 실로가 테스트용으로 준비될 예정입니다.
라플라스 분석은 이러한 평활화 효과를 정량화하며, Gyraton® 혼합 실로를 계량 변동에 대한 동적 저역 통과 필터로 설명합니다. 이를 통해 측정된 혼합 품질 곡선에서 직접 시간 상수, 감쇠율 및 허용 계량 오차를 도출할 수 있습니다.
기술 센터에서는 고객사의 원재료를 최대 10m³ 규모의 배치로 혼합 및 처리합니다. 이를 통해 도출된 특성 값은 100m³ 이상의 용량을 가진 실로 믹서에 신뢰성 있게 적용할 수 있습니다.
Gyraton® 혼합 실로는 연속 운전에도 사용할 수 있습니다. 이 경우, 이 장비는 완충 기능과 균질화 기능을 모두 수행합니다. 충전율이 높아질수록 품질 변동은 점점 더 효과적으로 완화됩니다. 배출은 균일한 제품 흐름으로 이루어지며, 후단 공정 단계에 지속적으로 공급됩니다. 시험 운전을 통해 Gyraton® 사일로 믹서가 계량 오차를 현저히 완화한다는 사실이 입증되었습니다.
라플라스 분석은 이러한 평활화 효과를 정량화하며, Gyraton® 혼합 실로를 계량 변동에 대한 동적 저역 통과 필터로 설명합니다. 이를 통해 측정된 혼합 품질 곡선에서 직접 시간 상수, 감쇠율 및 허용 계량 오차를 도출할 수 있습니다.
기술 센터에서는 고객사의 원재료를 최대 10m³ 규모의 배치로 혼합 및 처리합니다. 이를 통해 도출된 특성 값은 100m³ 이상의 용량을 가진 실로 믹서에 신뢰성 있게 적용할 수 있습니다.
Gyraton® 혼합 실로는 연속 운전에도 사용할 수 있습니다. 이 경우, 이 장비는 완충 기능과 균질화 기능을 모두 수행합니다. 충전율이 높아질수록 품질 변동은 점점 더 효과적으로 완화됩니다. 배출은 균일한 제품 흐름으로 이루어지며, 후단 공정 단계에 지속적으로 공급됩니다. 시험 운전을 통해 Gyraton® 사일로 믹서가 계량 오차를 현저히 완화한다는 사실이 입증되었습니다.
배치량, 혼합 시간 및 필요한 구동 출력
Gyraton® 실로 믹서는 높은 공정 유연성을 자랑합니다: “배치량과 사용 가능한 혼합 시간을 설정하면, 그에 따라 필요한 구동 출력이 결정됩니다”. 이 정밀 믹서는 매우 낮은 회전수에서도 벌크 재료의 탁월한 균질성을 달성합니다. 이것이 특히 낮은 동력 소모의 이유입니다.
이 설계 표에서는 예시로 건조 상태의 탄산칼슘과 카올린 분말을 참조하고 있습니다. 이들의 부피 밀도는 약 1 kg/dm³입니다. 실제로 필요한 동력 소모량은 부피 밀도, 유동 특성, 수분 함량, 입자 크기 및 입자 크기 분포에 따라 달라집니다.
amixon® 팀은 귀사의 요구 사항에 맞는 정확한 설계 데이터를 기꺼이 산출해 드립니다. 테스트를 위해 최소 3m³의 혼합물을 제공해 주시기 바랍니다. 이 평가 과정에서 혼합 효과를 실제로 시연해 드릴 수도 있습니다.
Gyraton® 실로 믹서는 높은 공정 유연성을 자랑합니다: “배치량과 사용 가능한 혼합 시간을 설정하면, 그에 따라 필요한 구동 출력이 결정됩니다”. 이 정밀 믹서는 매우 낮은 회전수에서도 벌크 재료의 탁월한 균질성을 달성합니다. 이것이 특히 낮은 동력 소모의 이유입니다.
이 설계 표에서는 예시로 건조 상태의 탄산칼슘과 카올린 분말을 참조하고 있습니다. 이들의 부피 밀도는 약 1 kg/dm³입니다. 실제로 필요한 동력 소모량은 부피 밀도, 유동 특성, 수분 함량, 입자 크기 및 입자 크기 분포에 따라 달라집니다.
amixon® 팀은 귀사의 요구 사항에 맞는 정확한 설계 데이터를 기꺼이 산출해 드립니다. 테스트를 위해 최소 3m³의 혼합물을 제공해 주시기 바랍니다. 이 평가 과정에서 혼합 효과를 실제로 시연해 드릴 수도 있습니다.
100m³ 용량의 Gyraton® 사일로 믹서는 운송 치수 덕분에 조립 완료된 상태로 도로 운송이 가능합니다
50m³의 미세 분쇄된 희토류 분말을 확보했다고 가정해 봅시다. 이 분말 내의 네오디뮴, 프라세오디뮴, 코발트, 테르븀 등 가치 있는 원소의 함량은 고르지 않게 분포되어 있습니다. 이러한 분쇄물의 단일 50m³ 배치분은 Nd, Pr, Co 및 Tb의 함량에 따라 7자리 수의 유로 가치에 달할 수 있습니다.
이 경우, 해당 배치는 Gyraton® 사일로 믹서에 투입되어 매우 낮은 구동 전력으로 하룻밤 동안 균질화됩니다. 다음 날 아침에는 매우 정밀한 혼합 품질이 확보됩니다. 실제로는 단 한 번의 시료 채취만으로도 전체 배치의 유가 물질 함량을 신뢰성 있게 파악할 수 있습니다. Gyraton® 혼합 실로에 대한 투자는 짧은 시간 내에 회수되는 경우가 드물지 않습니다. 첫째는 유가 물질 함량을 정밀하게 파악할 수 있기 때문이며, 둘째는 농축 공정 초기 단계에서 균일한 원료를 확보할 수 있기 때문입니다.
50m³의 미세 분쇄된 희토류 분말을 확보했다고 가정해 봅시다. 이 분말 내의 네오디뮴, 프라세오디뮴, 코발트, 테르븀 등 가치 있는 원소의 함량은 고르지 않게 분포되어 있습니다. 이러한 분쇄물의 단일 50m³ 배치분은 Nd, Pr, Co 및 Tb의 함량에 따라 7자리 수의 유로 가치에 달할 수 있습니다.
이 경우, 해당 배치는 Gyraton® 사일로 믹서에 투입되어 매우 낮은 구동 전력으로 하룻밤 동안 균질화됩니다. 다음 날 아침에는 매우 정밀한 혼합 품질이 확보됩니다. 실제로는 단 한 번의 시료 채취만으로도 전체 배치의 유가 물질 함량을 신뢰성 있게 파악할 수 있습니다. Gyraton® 혼합 실로에 대한 투자는 짧은 시간 내에 회수되는 경우가 드물지 않습니다. 첫째는 유가 물질 함량을 정밀하게 파악할 수 있기 때문이며, 둘째는 농축 공정 초기 단계에서 균일한 원료를 확보할 수 있기 때문입니다.
반산업 규모에서의 원료 제품 실험
amixon® 기술 센터에서는 반산업 규모의 공정 실험을 수행할 수 있습니다. 실험 범위는 혼합, 응집, 습윤 및 코팅부터 진공 건조, 화학 합성에 이르기까지 다양합니다. 파더보른 본사에는 30대 이상의 시험용 혼합기가 구비되어 있습니다. 또한 일본, 중국, 한국, 인도, 태국 및 미국의 테크니카(기술 센터)에서도 다수의 amixon® 시험용 장비를 이용할 수 있습니다.
amixon® 기술 센터에서는 반산업 규모의 공정 실험을 수행할 수 있습니다. 실험 범위는 혼합, 응집, 습윤 및 코팅부터 진공 건조, 화학 합성에 이르기까지 다양합니다. 파더보른 본사에는 30대 이상의 시험용 혼합기가 구비되어 있습니다. 또한 일본, 중국, 한국, 인도, 태국 및 미국의 테크니카(기술 센터)에서도 다수의 amixon® 시험용 장비를 이용할 수 있습니다.
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