Measurement of Bubble Size in Flotation Column using Image Analysis System

Abstract

Bubble size in froth flotation has long been recognized as a key factor which affects the bubble residence time, the bubble surface area flux (Sb) and the carrying rate (Cr). This paper presents method of bubble size measurement, relationship between operating variables and gas dispersion properties in flotation column. Using high speed camera and image analysis system, bubble size has been directly measured as a function of operating parameters (e.g., superficial gas rate (Jg), superficial wash water rate (Jw), frother concentration) in flotation column. Relationship compared to measured and estimated bubble size was obtained within error ranges of ±15~20% and mean bubble size was 0.718mm. From this system the empirical relationship to control the bubble size and distribution has been developed under operating conditions such as Jg of 0.65~1.3cm/s, Jw of 0.13~0.52cm/s and frother concentration of 60~200ppm. Surface tension and bubble size decreased as frother concentration increased. It seemed that critical coalescence concentration (CCC) of bubbles was 200ppm so that surface tension was the · Received : December 10, 2020 · Revised : December 18, 2020 · Accepted : December 23, 2020 § Corresponding Author : Chul-Hyun Park (E-mail : chpark@chosun.ac.kr) Department of Energy and Resources Engineering, Chosun University, 309 Pilmun-daero, Dong-gu, Gwangju 61452, Korea cThe Korean Institute of Resources Recycling. All rights reserved. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/), which permits unrestricted non-commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 이미지 분석시스템을 이용한 부선컬럼에서 기포크기의 측정 105 자원리싸이클링 제 29권 제 6호, 2020 1. 서 론 부유선별에서 기포는 유용물질의 운송수단으로써 중 요한 역할을 한다. 기포와 광물간의 충돌, 부착 및 탈착 과 정의 빈도 및 선택성에 따라 선별효율이 달라진다. 컬럼 부선의 구조는 크게 포집대와 세척대로 대별된다. 포집대 영역에서는 기포발생장치인 스파져(Sparger)에서 발생된 기포의 상향류와 급광 및 세척수의 하향류를 통해 믹싱이 이루어지고 유용광물이 선택적으로 기포에 부착되어 세 척대로 부유된다. 세척대는 바이어스에 의해 무용광물을 포집대로 떨어뜨리는 역할을 한다. 포집대에서 기포발생, 믹싱 및 유용광물의 회수에 중요 한 역할을 하는 가스분산특성은 기포크기, 가스홀드업, 가 스속도 및 기포표면적비 등의 요소들로 나타낼 수 있다. 특히 기포크기 및 특성은 부선효율에 큰 영향을 미치는 주 요 인자로써 기계적인 요소(기포발생장치, 난류 및 가스 유량 등), 용액의 화학적변화(기포제 종류 및 농도), 광액 의 상태(밀도 및 점도등) 및 기타요인(온도 및 대기압 등) 에 따라 다르게 생성 된다. 이와 같은 다양한 요인들과 기포크기와의 상관관계를 규명하고 정립함에 따라 컬럼 부선 효율을 최적화할 수 있다. 기포크기 측정은 2000년대 초반까지 대부분 컬럼상단 부 내에 삽입된 튜브로 상승 기포를 추출하는 방식이 널리 이용되었고 상단부에 배출된 기포크기와 Masliyah (1979) 의 간섭침강식을 비교한 관계식에 의해 컬럼내부의 기 포크기가 평가되었다. 이후 컬럼내부와 유사한 환경에 서 빠르게 이동하는 기포의 감속 및 명확한 기포의 이미지 를 얻기 위한 연구가 지속되었고 특정 구간의 기포를 별도 의 기포뷰어(Bubble viewer)에 추출/측정법, 컬럼의 벽 에 45°의 관을 삽입하여 얇은 cell에 기포를 추출/측정법 그리고 Viewer 및 cell의 두 방식을 응용한 기포크기 측정 법이 이용되었다. 기존의 외부추출 방법들은 컬럼내부의 실질적인 기포 크기를 반영하지 못하는 단점이 있었다. 따라서 컬럼내부 에서 직접 기포를 측정하기 위한 방법들이 시도되었다. 컬럼내부에서 상승하는 기포크기를 직접 촬영 및 측정 연 구, 컴퓨터 이미지 분석시스템을 이용한 기포크기 및 상 태 연구, 전기저항 토모그래피와 압력계를 이용한 컬럼 내부 모델화 및 기포분포의 연구, 기포와 광물부착 및 기포병합/분포의 연구들이 진행되었다. 본 연구에서는 초고속카메라 및 제이스(ZEISS) 이미 지 분석 시스템을 이용해 컬럼내 기포크기를 측정 및 평가 하고자 하였다. 이를 통해 부선컬럼의 체계(Regime)를 유 지하고 부선효율을 제어할 수 있는 기포크기와 분포, 가 동변수의 관계 및 가스분산특성을 평가하였다.