이 작업에서는 알칼리 적정 방법으로 준비된 실험실 합성 폴리알루미늄 클로라이드(PAC)가 흑연의 부유 성능에 미치는 영향을 체계적으로 연구했습니다. 자연 흑연 광석을 사용한 부유 테스트는 PAC가 농축 품질을 유지하면서 부유 수율을 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. 인공 혼합 흑연-카올리나이트 광물을 사용한 추가 부유 테스트는 약 30 mg/L의 PAC를 추가하면 흑연 회수 및 분리 효율을 개선할 수 있으며, 농축물의 발열 손실에 유의미한 부정적인 영향을 미치지 않음을 보여주었습니다. PAC가 흑연 부유에 미치는 가능한 개선 메커니즘은 물 유입, 슬라임 코팅, 기포-흑연 부착을 포함하며, 제타 전위 측정, 집중 빔 반사 측정(FBRM), 입자 비전 및 측정(PVM), 단일 기포 하중 테스트 및 접촉각 측정과 같은 특성화 방법에 의해 밝혀졌습니다. 제타 전위 측정 결과는 30 mg/L의 PAC가 카올리나이트 표면의 음전하를 중화시켰고, 흑연은 양전하를 띠고 있음을 보여줍니다. 실시간 FBRM 결과는 PAC 농도가 30 mg/L일 때 카올리나이트 입자의 평균 코드 길이가 유의미하게 증가하고, PAC 농도가 90 mg/L일 때 감소했으며, 흑연 입자는 분산 상태를 유지하고 있음을 보여줍니다. 그러나 PVM 결과는 PAC가 30 mg/L일 때 카올리나이트와 흑연 표면 사이의 슬라임 코팅이 악화되었고, 이후 90 mg/L에서 감소했음을 나타냈습니다. 단일 기포 하중 테스트 및 접촉각 측정은 30 mg/L의 PAC가 기포와 흑연 입자 간의 부착 확률을 유의미하게 증가시켰음을 증명했습니다. 한편, 흑연의 접촉각은 유의미한 감소 없이 안정적으로 유지되어 흑연의 표면 소수성을 효과적으로 유지하고 궁극적으로 흑연 부유 회수를 촉진했습니다. 이 작업은 PAC 농도의 조정을 통해 흑연 부유에 대한 이론적 이해와 기술적 지원을 제공할 것으로 기대됩니다.

자연에서 전략적 비금속 광물 자원으로서 흑연은 높은 열전도성, 우수한 윤활성 및 뛰어난 화학적 안정성과 같은 뛰어난 특성을 가지고 있습니다. 이는 금속 공학, 기계, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다 [1,2]. 산업에서의 흑연 응용은 그 결정 형태에 의해 결정됩니다 [3]. 자연 흑연은 결정화 정도, 지질적 기원 및 특성에 따라 대략 결정 흑연과 미세 결정 흑연으로 나눌 수 있습니다. 결정 흑연은 일반적으로 덩어리 흑연과 조각 흑연으로 나뉩니다. 조각 흑연은 고유한 소수성을 가지고 있어 다른 흑연 종류에 비해 우수한 부유성을 부여하며, 따라서 가장 선택적으로 분리 가능한 광물 중 하나로 분류됩니다. 선별 과정을 통해 고정 탄소 함량이 90%를 초과할 수 있습니다. 반면, 미세 결정 흑연은 비균일한 입자 크기 분포와 복잡한 불순물 조성을 나타내어 정제에 상당한 도전을 초래합니다 [4].

흑연 광석의 경제적 잠재력은 주로 흑연의 순도에 달려 있다 [5]. 흑연 농축을 위한 기존의 광물 처리 기술에는 중력 분리, 정전기 분리, 부유 및 자기 분리가 포함된다 [6]. 부유에서 광물 표면의 친수성과 소수성 성분 간의 평형은 분리 효율성에서 중요한 역할을 한다 [7]. 본래의 소수성과 자연적인 부유성 덕분에 흑연은 주로 친수성인 일반 석광 광물(예: 장석, 석영, 운모 및 탄산염 광물)에서 효과적으로 분리될 수 있다. 결과적으로, 거품 부유는 흑연 광석의 주요 농축을 위한 표준 산업 방법이 되었으며, 흑연 정제를 위한 가장 효율적이고 널리 채택된 기술 중 하나로 남아 있다 [8]. 따라서 부유는 흑연을 석광 광물에서 효과적으로 분리할 수 있게 하여 상당한 정제를 달성한다.

광석 등급이 감소하고 광물 분포가 점점 더 복잡해짐에 따라, 직접 부유는 귀중한 광물을 회수하는 데 더 어려워졌으며, 목표 광물의 충분한 해방을 달성하기 위해 미세 분쇄가 필요합니다 [9]. 그러나 미세 분쇄 과정은 귀중한 광물과 석광 모두를 미세/초미세 입자로 동시에 줄이는 경향이 있습니다. 이러한 미세 입자 광물 중에서, 석광 광물은 작은 입자 크기와 강한 표면 친수성으로 인해 농축물로 기계적으로 유입될 가능성이 높습니다 [10]. 기계적 유입은 슬러리에서 부유된 광물 입자가 유체에 의해 위로 운반되어 부유 거품으로 들어가는 비선택적 과정을 의미합니다. Li et al. [11]은 세리사이트가 흑연 부유에서 상당한 유입 행동을 보이며, 그 유입 정도가 입자 크기에 강하게 의존한다고 입증했습니다. Xu et al. [12]는 흑연 부유 농축물의 석광 광물이 주로 기계적 유입에서 유래한다고 추가로 확인했습니다. 또한, 친수성 미세 석광 광물은 귀중한 광물의 표면을 코팅하여 그들의 소수성을 감소시키고 기포-입자 부착을 방해하여 궁극적으로 귀중한 광물의 회수를 낮추는 결과를 초래할 수 있습니다 [13].

기계적 유입은 미세 광물 입자의 부양에서 중요한 도전 과제가 됩니다 [14,15]. 연구에 따르면 입자 유입 행동에는 강한 크기 의존성이 있습니다 [16,17]. 일반적으로 초미세 광물은 유체 힘에 의해 거품 단계로 쉽게 끌려 들어갑니다. 그러나 그들의 낮은 관성은 거품 내에서 수력 저항을 극복하는 것을 방해하여 슬러리로의 배수를 방해하고 심각한 광물 이탈을 초래합니다. 이 문제를 완화하기 위해 부양 연구자들은 광물의 선택적 응집을 유도하기 위해 고분자 첨가제를 사용하는 것을 제안했습니다. 이를 통해 그들의 유입을 억제할 수 있습니다 [18,19]. 예를 들어, Li et al. [20]은 폴리에틸렌 옥사이드(PEO)를 사용하면 석영을 선택적으로 응집시킬 수 있으며, 이는 헤마타이트 부양에서 석영의 유입을 줄여 최종 농축물의 품질과 회수를 개선한다고 제안했습니다. Chen et al. [21]은 PAC가 크리올라이트를 선택적으로 응집시켜 부양 과정에서의 유입을 줄이고 사용된 탄소 음극(SCC)의 부양 효율성을 개선할 수 있다고 지적했습니다. 이 방법은 거품으로의 광물 유입을 현저히 감소시키면서 유입된 광물 응집체의 침강 행동을 개선합니다.

PAC는 물에 쉽게 용해되고 pH 값에 넓은 적응성을 가지며, 빠른 플록 형성, 낮은 비용 및 간단한 사용 등의 장점으로 인해 폐수 처리 분야에서 널리 사용됩니다 [22,23]. 이전 연구에서는 PAC가 응집제로서 광물의 불순물을 선택적으로 응집시킬 수 있으며, 농축물에 대한 오염을 줄이고 농축물의 품질을 높일 수 있음을 입증했습니다 [24]. 그러나 기존 연구에서 적용된 PAC는 대부분 산업 제품이며, 그 성분은 명확하지 않습니다. 본 연구에서는 알칼리 적정 방법으로 합성된 실험실 PAC를 인공 혼합 흑연-카올리나이트 광물의 부유에서 처음으로 사용했습니다. PAC의 구조적 특성은 Al-Ferron 시간 복합 색도법과 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)을 사용하여 특성화되었습니다. 카올리나이트의 선택적 응집 행동과 그것이 흑연 부유 성능에 미치는 영향을 부유 시험, 제타 전위 분석, FBRM, PVM, 단일 기포 하중 시험 및 접촉각 측정을 통해 체계적으로 조사했습니다. 카올리나이트의 물 유입을 줄이는 것 외에도 PAC는 기포-흑연 부착 확률과 흑연 회수율을 증가시킬 수 있음을 발견했습니다. 또한, PAC에 의해 카올리나이트가 응집될 때 카올리나이트와 흑연 사이의 슬라임 코팅이 악화되었지만, 흑연 부유에 대한 이 부정적인 영향은 다른 긍정적인 효과에 의해 상쇄될 수 있었습니다. 이러한 발견은 흑연 자원의 효율적인 분리를 위한 새로운 기술 경로를 제공할 뿐만 아니라, 광물 부유에서 선택적 응집 행동에 대한 새로운 연구 관점을 제시합니다.

흑연과 카올리나이트의 크기는 각각 48 μm와 14 μm입니다. 플레이크 흑연과 카올리나이트는 4:1의 비율로 균일하게 혼합되어 흑연-카올리나이트 인공 혼합 광물이 얻어졌습니다. 케로신은 집합체로 사용되었고 sec-octyl alcohol (AR, 99%, 얻은)

Fig. 6은 서로 다른 집합제 및 거품제 투여량(0 및 100 g/t 대 300 및 150 g/t) 하에서 자연 흑연 광석을 사용한 부유 농축물의 수율 및 연소 손실에 대한 PAC의 영향을 보여줍니다. Fig. 6(a)에서 보듯이, 집합제가 없는 경우, 대조군(PAC 없이)은 단지 3.41 %의 부유 수율과 66.97 %의 농축물 연소 손실을 보였습니다. PAC를 30–50 mg/L로 추가하면 수율이 약간 증가했지만, 전체 수율은 여전히 불만족스러웠습니다.

플로테이션 테스트에서 자연 광석과 인공 혼합 샘플을 모두 사용한 결과, PAC가 농축 수율, 흑연 회수 및 분리 효율과 같은 주요 지표를 개선한다는 것이 입증되었습니다. 제타 전위 분석 결과, PAC는 30 mg/L PAC 농도에서 카올리나이트에 대한 선택적 플록큘레이션 효과를 나타냈습니다. FBRM 및 PVM 테스트는 30 mg/L PAC가 카올리나이트의 선택적 응집을 촉진할 수 있으며, 카올리나이트가 플록 형태로 흑연 표면에 부착될 것임을 추가로 보여주었습니다.