다당류의 유익한 효과

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 6502(2022) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 4월 5일에 게시되었습니다.

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분쇄는 광물 선광 공정에서 가장 에너지 집약적인 단계입니다. 분쇄 보조제(GA)의 사용은 크기 감소와 관련된 높은 에너지 소비를 줄이는 혁신적인 솔루션이 될 수 있습니다. 놀랍게도 부유 분리와 같은 하류 광물 선광 공정에 대한 GA의 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 다당류 기반 소재와 같은 친환경 GA를 사용하면 광물 가공 공장에서 환경 문제를 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 실용적인 접근 방식으로 이 연구에서는 자철석 분쇄 및 역부상에 대한 새로운 다당류 기반 분쇄 보조제(PGA)의 효과를 탐구했습니다. 배치 분쇄 테스트에서는 PGA가 없는 분쇄에 비해 에너지 소비를 줄이고 제품의 입자 크기 분포를 좁히고 표면적을 늘려 PGA가 분쇄 성능을 향상시키는 것으로 나타났습니다. 순수 샘플에 대한 부유 테스트에서는 PGA가 역부유 분리를 통해 자철석 저하(석영 부유성에 미치는 영향은 무시할 수 있음)에 유익한 효과가 있음을 보여주었습니다. PGA가 있는 상태에서 인공 혼합물 분쇄 샘플을 부유시키면 이점이 확인되어 각각 84.4%와 62.5%의 최대 Fe 회수율과 등급을 제공합니다. 전분(억제제)이 없는 경우 PGA를 사용하지 않을 경우 43.7%에 비해 PGA의 분리 효율은 56.1%로 나타났습니다. PGA 흡착 메커니즘은 주로 UV-vis 스펙트럼, 제타 전위 테스트, 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR) 및 안정성 분석을 기반으로 한 물리적 상호 작용을 통해 이루어졌습니다. 일반적으로 천연 녹색 고분자인 PGA를 사용하는 타당성은 분쇄 및 역부선 분리 성능 모두에 유리했습니다.

시멘트 및 광물 처리 공장의 크기 감소 장치(파쇄 및 분쇄)는 매년 생산되는 전 세계 전기 에너지의 최대 4%를 소비합니다1. 특히 가장 널리 사용되는 연삭기인 볼밀에서의 연삭은 상당히 무작위적인 공정이며 입력 에너지의 1~2%만이 필요한 제품 크기를 생성하는 데 사용됩니다2. 시멘트 산업에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 유망한 대안으로 분쇄 보조제(GA)의 사용이 검토되었습니다3,4. 화학 첨가제 또는 GA는 에너지 소비를 줄이기 위해 공장에 첨가되는 모든 물질(0.25wt.% 미만)로 간주됩니다5,6,7. GA는 대부분 시멘트 산업에서 조사되었지만 아직 광물 선광 공장에서는 널리 실행되지 않습니다. 시멘트 산업 분쇄 공정 결과를 기반으로 GA는 분쇄성을 향상시키고, 에너지 소비를 줄이며, 비표면적을 증가시킬 수 있습니다8,9,10,11,12. 그러나 시멘트 공장의 분쇄는 생산의 마지막 단계에서 수행되며 크기 감소는 광물 가공의 초기 단계입니다. 따라서 선광 공장의 주요 우려 사항에는 GA의 높은 비용, 분쇄 제품의 잠재적 오염(하위 공정에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있음) 및 환경 문제가 포함됩니다.

GA의 설계 및 선택은 거의 전적으로 연삭 성능에 따라 결정됩니다. 시멘트 산업에서는 많은 화학물질이 GA로 사용되었습니다. 트리에탄올아민(TEA)과 같은 순수 화학물질부터 최근에는 고전하 폴리머까지 다양합니다6,7,9,13. 폴리머는 가장 상업적으로 존재하는 GA입니다. 이는 주로 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 트리이소프로판올 아민(TIPA), 트리에탄올아민(TEA) 및 테트라에틸렌펜타민(TEPA)6,7,14을 기반으로 합니다. TEPA(아민 기반)와 같은 일부 GA는 생분해되지 않으며 환경 문제를 야기합니다15. 알칸올아민을 함유한 폐기물은 암모니아, 아질산염, 질산염의 농도를 증가시켜 하층토와 수원에 침투할 수 있습니다15.