Магнитная сепарация

Магнитная сепарация – это процесс разделения компонентов смесей с помощью магнита для притяжения магнитных веществ. ^[1] Процесс, используемый для магнитной сепарации, отделяет немагнитные вещества от магнитных. Этот метод полезен для некоторых избранных минералов, которые являются ферромагнитными (железо, никель- и кобальтсодержащие минералы) и парамагнитными . ^[2] Большинство металлов, включая золото, серебро и алюминий, немагнитны.

Для разделения магнитных материалов используется большое разнообразие механических средств. ^[2] При магнитной сепарации магниты располагаются внутри двух сепараторных барабанов, содержащих жидкости. Благодаря магнитам магнитные частицы сносятся при движении барабанов. Это может привести к образованию магнитного концентрата (например, рудного концентрата). ^[2]

История

Майкл Фарадей обнаружил, что когда вещество помещается в магнитную среду, интенсивность среды изменяется под его воздействием. ^[3] Благодаря этой информации он обнаружил, что различные материалы можно разделить по их магнитным свойствам . В таблице ниже показаны распространенные ферромагнитные и парамагнитные минералы, а также напряженность поля , необходимая для разделения 𝚝𝚑𝚎 минералов. ^[3]

Распространенные ферромагнитные и парамагнитные минералы
	Минерал	Формула	Напряженность поля (кГс)
Ферромагнитный	Магнетит	${\ce {Fe3O4}}$	1
Ферромагнитный	Пирротин	${\ce {Fe7S8}}$	0.5 - 4
Парамагнетик	Ильменит	${\ce {FeTiO3}}$	8 - 16
	Сидерит	${\ce {FeCO3}}$	9 - 18
	Хромит	${\ce {FeCr2O4}}$	10 - 16
	Гематит	${\ce {Fe2O3}}$	12 - 18
	Вольфрамит	${\ce {(Fe,Mn)WO4}}$	12 - 18
	Турмалин		16 - 20

В 1860-х годах магнитная сепарация начала коммерциализироваться. Его использовали для отделения железа от латуни. ^[3] После 1880-х годов ферромагнитные материалы начали разделять магнитом. В 1900-х годах была открыта высокоинтенсивная магнитная сепарация, которая позволила разделять практические материалы. ^[3] После Второй мировой войны наиболее распространенными системами были электромагниты . Эту технику использовали на свалках металлолома. Магнитная сепарация была снова разработана в конце 1970-х годов с появлением новых технологий. ^[2] Новые формы магнитной сепарации включали магнитные шкивы, верхние магниты и магнитные барабаны.

В рудниках, где вольфрамит смешивался с касситеритом , например, на рудниках Саут-Крофти и Ист-Пул в Корнуолле, или с висмутом, например, на руднике Шеперд и Мерфи в Мойне, Тасмания , для разделения руд используется магнитная сепарация. На этих шахтах использовалось устройство под названием «Магнитный сепаратор Уэтерилла» (изобретое Джоном Прайсом Уэтериллом , 1844–1906 гг.). ^[4] был использован. В этой машине необработанная руда после обжига подавалась на конвейерную ленту, которая проходила под двумя парами электромагнитов , под которыми другие ленты проходили под прямым углом к подающей ленте. Первая пара шариков была слабо намагничена и служила для отсасывания присутствующей железной руды. Вторая пара была сильно намагничена и притягивала вольфрамит, который слабо магнитен. ^[4] Эти машины были способны перерабатывать 10 тонн руды в день.

Общие приложения

Магнитная сепарация также может использоваться в электромагнитных кранах, которые отделяют магнитный материал от отходов и нежелательных веществ. ^[1] Это объясняет его использование для транспортировки оборудования и утилизации отходов . С помощью этого метода из товаров можно удалить нежелательные металлы. Он сохраняет все материалы в чистоте. ^[1] Центры по переработке часто используют магнитную сепарацию для отделения компонентов от переработки, выделения металлов и очистки руд. ^[1] Верхние магниты, магнитные шкивы и магнитные барабаны были методами, используемыми в перерабатывающей промышленности. ^[1]

Магнитная сепарация также полезна при добыче железа , поскольку оно притягивается магнитом . ^[3]

Другое применение, не широко известное, но очень важное, заключается в использовании магнитов в перерабатывающих отраслях для удаления металлических примесей из потоков продукции. ^[1] Это имеет большое значение в пищевой или фармацевтической промышленности.

Магнитная сепарация также используется в ситуациях, когда необходимо контролировать загрязнение, при химической переработке, а также при обогащении цветных низкосортных руд. ^[1]

Магнитная сепарация также используется в следующих отраслях промышленности: молочной, зерновой и мукомольной, пластмассовой, пищевой, химической, нефтяной, текстильной и других.

Магнитное разделение ячеек

Магнитное разделение ячеек находится на подъеме. В настоящее время он используется в клинической терапии, в частности, в рака и наследственных заболеваний . исследованиях ^[5] Магнитное разделение клеток изменилось, когда Зборовский, пионер иммуномагнитного разделения клеток (IMCS), проанализировал коммерческое магнитное разделение клеток. Зборовский сделал важные открытия, которые тогда использовались и используются до сих пор в человеческом понимании клеточной биологии . ^[5] Сегодня благодаря этим открытиям в производстве терапевтических продуктов против рака и генетических заболеваний внедряются инновации. ^[5]

В микробиологии

Методы магнитной сепарации также используются в микробиологии . В этом случае для выделения конкретных жизнеспособных организмов, нуклеиновых кислот или антигенов используются связывающие молекулы и антитела. ^[6] Эта технология помогает изолировать виды бактерий для идентификации и диагностики генов, нацеленных на определенные организмы. ^[6] Когда методы магнитной сепарации сочетаются с ПЦР ( полимеразной цепной реакцией ), чувствительность и специфичность результатов повышаются. ^[6]

Магнитная сепарация в слабом поле

Магнитная сепарация в слабом поле часто используется в экологических целях, таких как очистка воды и разделение сложных смесей. ^[7] Низкие градиенты магнитного поля — это градиенты поля менее ста тесла на метр. ^[7] Монодисперсный магнетит ( ${\ce {Fe3O4}}$ ) и нанокристаллы ( ${\ce {NCs}}$ ) используются для этой техники. ^[7]

На трубопроводе котла установлены магнитные фильтры для сбора магнетита из циркулирующей воды до того, как он накопится и снизит эффективность системы отопления. Вода, циркулирующая вокруг системы отопления, собирает частицы осадка (или магнетита), которые могут накапливаться. Магнитный фильтр притягивает все эти частицы мусора сильным магнитом, когда вода течет вокруг него, предотвращая накопление осадка в трубопроводах или в котле. ^[8]

Слабая магнитная сепарация

Слабая магнитная сепарация используется для создания более чистых продуктов с высоким содержанием железа, которые можно использовать повторно. ^[9] Эти продукты имеют низкий уровень примесей и высокую нагрузку железа. Этот прием используется в качестве технологии переработки. ^[9] Он сочетается с мелкой мелочью сталеплавильного шлака, а также с отбором частиц по размеру. ^[9]

Расчет силы магнитного разделения

Это можно показать ^[10] что магнитная сила на единицу объема, действующая на проницаемую частицу с относительной проницаемостью mu sub (pr), пропорциональна пространственному градиенту квадрата плотности магнитного потока. Формулу можно использовать в программном обеспечении для магнитного анализа методом конечных элементов для расчета плотности силы на самых разных практических примерах, получая результаты, согласующиеся с статьей Обертойфера [2].

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Магнитные ловушки/металлический сепаратор для потока порошка. Руководство по магнитной сепарации» . Сайт Powderprocess.net . Проверено 20 апреля 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Обертойффер, Дж. (1974). «Магнитная сепарация: обзор принципов, устройств и приложений». Транзакции IEEE по магнетизму . 10 (2): 223–238. Бибкод : 1974ITM....10..223O . дои : 10.1109/TMAG.1974.1058315 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Бронкала, Уильям Дж. (15 июня 2000 г.), «Магнитная сепарация», Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. (15 июня 2000 г.). КГаА, номер документа : 10.1002/14356007.b02_19 , ISBN. 3527306730
^ Перейти обратно: ^а ^б «Исторические маркеры - Сэмюэл Уэтерилл» . Изучите сайт PAhistory.com . Проверено 20 августа 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Браун, Уильям Х (1995). «Тенденции в продлении патентов в Ведомстве США по патентам и товарным знакам». Мировая патентная информация . 17 (4): 225–234. дои : 10.1016/0172-2190(95)00043-7 . ISSN 0172-2190 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Олсвик, О; Попович, Т; Скьерве, Э; Каджо, Канзас; Хорнс, Э; Угельстад, Дж; Улен, М (1994). «Методы магнитной сепарации в диагностической микробиологии» . Обзоры клинической микробиологии . 7 (1): 43–54. дои : 10.1128/cmr.7.1.43 . ISSN 0893-8512 . ПМК 358305 . ПМИД 8118790 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Явуз, Коннектикут; Мэйо, Джей Ти; Ю, WW; Пракаш, А.; Фолкнер, Дж. К.; Йен, С.; Конг, Л.; Шипли, HJ; Кан, А. (10 ноября 2006 г.). «Низкопольная магнитная сепарация монодисперсных нанокристаллов Fe3O4». Наука . 314 (5801): 964–967. дои : 10.1126/science.1131475 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17095696 . S2CID 23522459 .
^ Что такое фильтр Magnaclean? (страница посещена 14 марта 2020 г.)
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Ма, Найян; Хаузер, Джозеф Блейк (2014). «Переработка мелочи сталеплавильного шлака методом слабой магнитной сепарации в сочетании с селективным сортированием частиц по размеру». Журнал чистого производства . 82 : 221–231. дои : 10.1016/j.jclepro.2014.06.092 . ISSN 0959-6526 .
^ Брауэр, младший (2014). Магнитные приводы и датчики (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley IEEE Press. ISBN 978-1-118-50525-0 .

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Магнитные ловушки/металлический сепаратор для потока порошка. Руководство по магнитной сепарации» . Сайт Powderprocess.net . Проверено 20 апреля 2022 г.

[:2-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Обертойффер, Дж. (1974). «Магнитная сепарация: обзор принципов, устройств и приложений». Транзакции IEEE по магнетизму . 10 (2): 223–238. Бибкод : 1974ITM....10..223O . дои : 10.1109/TMAG.1974.1058315 .

[:6-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Бронкала, Уильям Дж. (15 июня 2000 г.), «Магнитная сепарация», Энциклопедия промышленной химии Ульмана , Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. (15 июня 2000 г.). КГаА, номер документа : 10.1002/14356007.b02_19 , ISBN. 3527306730

[:0-4] Перейти обратно: ^а ^б «Исторические маркеры - Сэмюэл Уэтерилл» . Изучите сайт PAhistory.com . Проверено 20 августа 2012 г.

[:3-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Браун, Уильям Х (1995). «Тенденции в продлении патентов в Ведомстве США по патентам и товарным знакам». Мировая патентная информация . 17 (4): 225–234. дои : 10.1016/0172-2190(95)00043-7 . ISSN 0172-2190 .

[:4-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Олсвик, О; Попович, Т; Скьерве, Э; Каджо, Канзас; Хорнс, Э; Угельстад, Дж; Улен, М (1994). «Методы магнитной сепарации в диагностической микробиологии» . Обзоры клинической микробиологии . 7 (1): 43–54. дои : 10.1128/cmr.7.1.43 . ISSN 0893-8512 . ПМК 358305 . ПМИД 8118790 .

[:5-7] Перейти обратно: ^а ^б ^с Явуз, Коннектикут; Мэйо, Джей Ти; Ю, WW; Пракаш, А.; Фолкнер, Дж. К.; Йен, С.; Конг, Л.; Шипли, HJ; Кан, А. (10 ноября 2006 г.). «Низкопольная магнитная сепарация монодисперсных нанокристаллов Fe3O4». Наука . 314 (5801): 964–967. дои : 10.1126/science.1131475 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17095696 . S2CID 23522459 .

[8] Что такое фильтр Magnaclean? (страница посещена 14 марта 2020 г.)

[:8-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Ма, Найян; Хаузер, Джозеф Блейк (2014). «Переработка мелочи сталеплавильного шлака методом слабой магнитной сепарации в сочетании с селективным сортированием частиц по размеру». Журнал чистого производства . 82 : 221–231. дои : 10.1016/j.jclepro.2014.06.092 . ISSN 0959-6526 .

[:11-10] Брауэр, младший (2014). Магнитные приводы и датчики (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley IEEE Press. ISBN 978-1-118-50525-0 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]