01_03 분쇄 공정의 원리

나의 성공시대 시작뙜다. 3분 14초

생성물의 분류에 따른 분류

거친 분쇄(coarse crushing)
중간 분쇄(intermediate crushing)
고운 분쇄(fine crushing)

분쇄 조건에 따른 분류

저온 분쇄
건식 분쇄
습식 분쇄

조작 방법에 따른 분류

자유 분쇄
폐회로 분쇄
개회로 분쇄

(1) 분쇄의 종류와 운전 방법

파쇄 : 분쇄 원료 물질의 생성물의 크기가 150 ~250mm로 1차 파쇄파쇄(primary coarse), 6mm정도로 2차 파쇄(secondary coarse)
미분쇄(grind) : 입자 크기가 200메시(mesh) 체를 통과하는 크기로 분쇄
초미분쇄(ultrafine) : 1 ~ 50μm로 분쇄

① 저온 분쇄(low temperature crushing)

분쇄 원료를 냉각시켜 낮은 온도에서 분쇄하는 분쇄 조작
분쇄될 물질이 열가소성을 가질 때, 분쇄할 때 열로 인하여 녹을 염려가 있는 녹는점이 낮은 물질은 미리 냉각하여 분쇄하는 저온 분쇄
냉각은 분쇄기에 자켓을 붙여서 냉매를 통하거나 드라이아이스와 액체 공기를 혼합하여 분쇄할 때도 있다.

② 건식 분쇄 (dry crushing)

분쇄 원료를 건조한 상태에서 그대로 분쇄하거나 젖은 원료를 건조시켜 하는 분쇄
물질이 젖은 상태일 경우 분쇄할 때 엉켜서 분쇄를 어렵게 할 염려가 있을 때는 원료를 건조시켜서 분쇄

③ 습식 분쇄(wet crushing)

원료를 건조된 상태 그대도 분쇄하던가 원료 중에 물을 가해서 습도 60~80% 정도로 하여 슬러리 상태에서 분쇄하는 방법
건식법에 비해 건조비가 커지든가 마모가 건식보다 잘 일어나서 불리한 점이 있다.
습식법의 이점

고운 가루가 물과 함께 제거되어 완충 작용이 없기 때문에 단위 부피에 대한 분쇄 능력이 크다.
먼지가 일어나지 않아서 위생적이다.
분쇄 입자의 수송에 펌프와 파이프를 이용할 수 있다.
건식 분쇄에 비하여 동력 소비가 적다.
분쇄 입자의 분산이 잘되므로 제품의 품질이 고르다.

① 개회로 분쇄(open circuit grinding)

분쇄 장치에서 원료는 한 번 통과만으로도 충분히 입도의 생성물로 분쇄되지만 만일 분쇄가 충분치 못할 때 입도의 분쇄물을 장치 속에 되돌려 보내서 계속 분쇄하지 않는 분쇄
에너지 소모도 과다할 뿐 아니라 분쇄 생성물을 원하는 입도를 가지지 않게 된다.

그림Ⅴ-6 개회로 분쇄

② 폐회로 분쇄(closed circuit grinding)

분쇄 도중에 분쇄물을 장치 밖으로 배출시켜 입도분급 장치로 선별한 다음에 큰 입자는 분쇄기에 되돌려 보내고 미세 입자는 제품화하는 분쇄
큰 입도의 분쇄물을 분쇄기에 되돌려 보내는 것이 주목적이고 에너지도 절약되며 분쇄 생성물의 입도관리에도 편리

그림Ⅴ-7 폐회로 분쇄

③ 자유 분쇄(free crushing)

과분쇄 때문에 생기는 미립자는 계속되는 분쇄에 지장을 주어서 이를 유체 이동을 이용하여 되도록 빨리 분쇄계 밖으로 내보내는 분쇄
공업적 응용은 공기를 분쇄기 속으로 통해서 미립자를 부유 배출시키는 에어 시프트가 있다.

(2) 분쇄 조제

고운 가루를 얻기 위하여 고운 분쇄를 계속하면 점차 분쇄 속도가 줄어들어 거의 분쇄 기능을 잃어버려 결국에 가서는 분쇄가 멈추게 된다. 그렇게 되면 희망하는 가루 크기를 얻을 수 없다. 이때 원료 물질에 아주 작은 양의 어떤 물질을 분쇄기에 넣어 주면 다시분쇄가 이루어진다.
분쇄 조제 : 분쇄 속도가 줄어드는 것을 방지하고 분쇄 속도를 증가시킬 목적으로 분쇄기에 넣어 주는 물질

(3) 분쇄 원료의 성질

분쇄 원료의 경도와 갈라진 정도는 분쇄기의 구조와 소비되는 동력에 관계가 있다.
분쇄 원료의 단단한 정도는 분쇄의 쉽고 어려움을 가늠해 주며, 분쇄기의 재질 및 기기의 선정 기준
일반적으로 광물질의 단단하기는 긁힘에 대한 저항으로 정의되며 모스(Mohs) 경도로 표시
모스(Mohs)경도 1812년 독일 광물학자인 프리드리히 모스가 10가지 광물을 기초로 해서 다른 광물의 경도를 결정하기 위해 고안했으며, 매끄러운 표면이 긁히거나 마모(磨耗)되었을 때 얼마나 잘 견디는가를 알아볼수 있는 대략적 측도이다.
척도가 되는 광물을 경도가 작은 것에서 큰 순서로 열거하면 다음과 같다. ① 활석 ② 석고 ③ 방해석④ 형석 ⑤ 인회석 ⑥ 정장석⑦ 석영 ⑧ 황옥 ⑨ 강옥 ⑩ 금강석(다이아몬드)

분쇄는 압착의 힘에 의해서도 이루어지기 때문에 고체 물질이 가지는 압축 강도도 분쇄의 쉽고 어려움을 가늠해 주는 중요한 척도
압축 강도는 (kg_f/cm²)의 단위로 표시

분쇄 원료의 함유 수분은 단단하기와 압축 강도에 영향을 준다.

예를 들면 점토와 같은 물질은 함유 수분이 많으면 압축 강도가 작아져서 분쇄기를 운전하는 데 동력이 적게 들어 좋지만 분쇄에 의하여 얻는 분쇄 생성물은 서로 엉켜 덩어리로 되려는 경향이 있어 생성물을 쉽게 분쇄기에서 분리하기가 어렵다.

분쇄 원료 물질은 그 자신이 폭발이나 화재가 날 위험성이 있거나, 또는 분쇄 생성물의 고운 가루가 폭발을 일으키는 경우가 가끔있다.

예를 들어, 보면 알루미늄, 설탕, 나프탈렌, 에보나이트, 밀가루 등의 가루는 열이 있으면 쉽게 폭발할 수 있는 분쇄 생성물들이다.

분진 폭발 : 분쇄 작업장에서 이들 분쇄 생성물 가루가 불이 나거나 폭발하는 현상

분진 폭발을 방지하기 위한 대책
분쇄 공정의 장치는 밀폐화하고, 새는 곳이 없도록 한다.
작업장에 분진이 쌓이지 않도록 한다.
분진 취급 장치에는 집진 설비를 갖춘다.
위험성이 큰 원료에는 불활성 기체를 사용한다.

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(4) 분쇄기의 종류와 운전 방법

분쇄 기계는 분쇄해야 할 원료 물질의 성질과 분쇄하여 얻어지는 생성물의 입자 크기에 따라 여러 가지 분쇄 기계를 선택하여 사용
분쇄 기계는 분쇄해야 할 원료 물질의 성질과 분쇄하여 얻어지는 생성물의 입자 크기에 따라 여러 가지 분쇄 기계를 선택하여 사용
분쇄물의 크기에 거친 분쇄기(조분쇄기, coarse), 중간 분쇄기(intermediate crusher), 고운 분쇄기(미분쇄기, fine crusher), 아주 고운 분쇄기(초미 분쇄기, ultra fine pulverizer) 등으로 분류

표 Ⅴ-4 분쇄기의 분류

분류	장치의 보기	입자 크기
거친 분쇄기	조 분쇄기(jaw crusher) 선동식 분쇄기(gyratory crusher) 롤 분쇄기(roll crusher)	80~140mm
중간 분쇄기	해머 밀(hammer mill) 롤링 압축 밀(rolling compression mill) 롤러 밀(roller mill)	10~3mm
고운 분쇄기	마모 밀(attrition) 텀블링 밀>(tumbing mill) - 로드 밀(rod mill) - 볼 밀(ball mill) -페블 밀(pebble mill) - 튜브 밀(tube mill) - 칸막이 튜브 밀(compartment mill)	100메시 이하
아주 고운 분쇄기	내부 선별기 부착 해머밀(hammer mill with internal classification) 유체 에너지 밀(fluid energy mill) 교반식 밀(agitated mill)	메시 이하

① 아귀 분쇄기(jaw crusher)

V자 모양의 턱(jaw)에 원료를 넣고 압착하여 분쇄하는 장치
한쪽 턱은 고정되어 있고 다른 한쪽은 왕복 운동

그림Ⅴ-8 아귀 파쇄기(aw Crusher Animation)

② 선동식 분쇄기(gyratory crusher)

고정된 유발과 편심으로 선회하는 원추형의 분쇄머리에 의하여 분쇄되며 간격은 항상 변화한다.
대규모 분쇄에 적합하며 큰 분쇄물은 전단과 휨작용, 작은 것은 압축과 전단 작용으로 일어난다.
선동 분쇄기는 그 동작이 왕복운동이기 보다는 회전 운동이기 때문에 왕복 운동을 하는 조 분쇄기에 비하여 소모 동력이 적고 고르며 단위 배출 면적당의 분쇄 능력도 더 크다.

그림Ⅴ-9 선동식 파쇄기(How does a gyratory crusher works)

2개의 평활한 원통형 롤이 서로 반대 방향으로 회전하면서 분쇄하는 이중 롤 분쇄기(double roll crusher)와 톱니가 달린 한 개의 롤과 벽 사이에서 분쇄하는 단일 롤 분쇄기(single roll crusher)가 있다.

③ 롤 분쇄기(roll crusher)

(a) 이중 롤 분쇄기 (b) 단일 롤 분쇄기

그림Ⅴ-10 롤 분쇄기(Double Roll Crusher)

이중 롤 분쇄기는 입자에 전달되는 힘이 아주 커서 분쇄되기 힘든 입자에 의하여 롤면이 손상되는 것을 방지하기 위하여 한 쪽 롤에는 스프링이 있으며, 압축, 전단 및 마찰에 의하여 분쇄가 일어난다.
단일 롤 분쇄기는 압착, 충격, 찢음이 동시에 작용하여 물리각의 문제는 얼어나지 않으나 대체로 다소 경도가 작은 것만을 분쇄할 수 있다.

① 해머 밀(hammer crusher 또는 hammer mill)

돌아가는 바퀴에 해머가 달려 있어 회전하면서 충격에 의하여 원료를 부순다.
해머 분쇄기의 밑에는 체(screen)가 있어서 일정한 크기로 분쇄된 것만 이를 빠져 나가게 되어 있다.
해머의 회전 속도가 빠르므로 단단한 분쇄 원료보다는 부서지기 쉬운 석회석, 석고, 암염, 석탄의 분쇄에 적합
아스베스트, 사탕수수, 코크스 등 섬유질의 분쇄에도 이용되고 있는데 이 때에는 바닥의 강철 막대는 모서리가 날카로운 것을 쓴다.

그림Ⅴ-11 해머 밀(Hammer Mill Working Animation)

② 회전 압축 밀(rolling compression mill))

회전하는 롤러와 고정된 고리면 상에 원료가 끼여서 파쇄

그림Ⅴ-12 회전 압축 밀(Vertical Roller Mill)

③ 마모 밀(abrasion mill)

분쇄 원료가 회전 원판에 홍이 파인 평판 사이에서 비벼지게 되어 분쇄되는 기기

단일 회전자 밀 : 한 원판이 고정되어 있는 밀
이중 회전 밀 :두 원판이 서로 반대 방향으로 고속 회전하는 밀

그림Ⅴ-13 마모 밀

④ 텀블러 밀(tumbling mill)

원통의 외통이 수평축을 서시히 돌리고, 그 통 부피의 절반이 고체를 분쇄시키는 매체(금속, 단단한 자갈, 지르콘 등의 구형)로 채워짐으로써 텀블링이 형성되어 원료를 분쇄
원료 투입 방법에 따라 연속식 또는 회분식
분쇄 매체와 형태에 따라 로드 밀, 볼 밀, 패블 밀, 튜브 밀, 칸막이 튜브 밀로 구분