Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МАГНИ́ТНАЯ СЕПАРА́ЦИЯ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 18. Москва, 2011, стр. 364-365

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. В. Кармазин, Е. Я. Тагунов, А. М. Тишин

МАГНИ́ТНАЯ СЕПАРА́ЦИЯ, спо­соб от­де­ле­ния маг­нит­ных ма­те­риа­лов от не­маг­нит­ных; ос­но­ван на ис­поль­зо­ва­нии раз­ли­чия маг­нит­ных свойств (маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти, ос­та­точ­ной ин­дук­ции, ко­эр­ци­тив­ной си­лы и др.) ком­по­нен­тов ме­ха­нич. сме­си в не­од­но­род­ном по­ле по­сто­ян­ных маг­ни­тов или элек­тро­маг­ни­тов. Осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в маг­нит­ных се­па­ра­то­рах, в ко­то­рых маг­нит­ные или силь­но­маг­нит­ные (маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость св. 3·10–6) ма­те­риа­лы под дей­ст­ви­ем маг­нит­но­го по­ля вы­де­ля­ют­ся в маг­нит­ную фрак­цию, а не­маг­нит­ные или сла­бо­маг­нит­ные ма­те­риа­лы (маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость ок. 1,2·10–7) – в не­маг­нит­ную. Наи­бо­лее ши­ро­ко М. с. при­ме­ня­ет­ся для обо­га­ще­ния руд чёр­ных и цвет­ных ме­тал­лов и ре­ге­не­ра­ции маг­нит­ных сус­пен­зий, ис­поль­зуе­мых при гра­ви­тац. обо­га­ще­нии руд и уг­лей, а так­же для раз­де­ле­ния ма­те­риа­лов в ме­тал­лур­гич., хи­мич., сте­коль­ной, пи­ще­вой и др. от­рас­лях пром-сти, при пе­ре­ра­бот­ке вто­рич­но­го сы­рья, в ме­ди­ци­не.

Впер­вые М. с. под­роб­но опи­сал Г. Аг­ри­ко­ла в трак­та­те «О гор­ном де­ле и ме­тал­лур­гии». В кон. 19 в. на­ча­лось пром. вне­дре­ние маг­нит­но­го ме­то­да для обо­га­ще­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых (гл. обр. же­лез­ных руд) в Шве­ции, Ита­лии, США и др. стра­нах. В Рос­сии пер­вый маг­нит­ный се­па­ра­тор для обо­га­ще­ния маг­не­ти­то­вой ру­ды соз­дан в 1911 на Ура­ле инж. В. А. Пет­ро­вым. С кон. 1960-х гг. М. с. по­лу­чи­ла рас­про­стра­не­ние для обо­га­ще­ния же­лез­ных, мар­ган­це­вых, вольф­ра­мо­вых, хро­ми­то­вых, ред­ко­ме­талль­ных руд, уг­ля и др. по­лез­ных ис­ко­пае­мых. М. с. на­зы­ва­ет­ся пря­мой, ес­ли маг­нит­ная фрак­ция (кон­цен­трат) пред­став­ля­ет со­бой очи­щен­ные от пус­той по­ро­ды и при­ме­сей ми­не­ра­лы, или об­рат­ной, ес­ли ми­не­ра­лы маг­нит­ной фрак­ции яв­ля­ют­ся вред­ной при­ме­сью (напр., при «пе­ре­чи­ст­ке» оло­вян­ных, цир­ко­ние­вых, ли­тие­вых, бе­рил­лие­вых, по­ле­вош­па­то­вых, квар­це­вых и др. кон­цен­тра­тов). М. с. под­раз­де­ля­ют: в за­ви­си­мо­сти от сре­ды, в ко­то­рой про­из­во­дит­ся раз­де­ле­ние, – на мок­рую и сухую; по ве­ли­чи­не маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти ма­те­риа­ла – на сла­бо- и силь­но­маг­нит­ную.

Схема магнитного сепаратора: 1 – питатель; 2 – барабан; 3 – привод барабана; 4 – магнитная система; 5 – прямоточная ванна; Р – руда; В – вода; К – конце...

Уст­рой­ст­во и па­ра­мет­ры ра­бо­ты маг­нит­ных се­па­ра­то­ров оп­ре­де­ля­ют­ся ти­пом маг­нит­ной сис­те­мы, чис­лом, фор­мой и рас­по­ло­же­ни­ем по­лю­сов, со­ста­вом маг­нит­ных ма­те­риа­лов, диа­мет­ром ро­то­ров, час­то­той их вра­ще­ния, круп­но­стью ру­ды, со­дер­жа­ни­ем и вкра­п­ле­ни­ем маг­нит­ных ми­не­ра­лов, а при мок­рой М. с. – так­же ко­ли­че­ст­вом во­ды, ти­пом ван­ны и пр. Маг­нит­ные сис­те­мы из­го­тов­ля­ют­ся на ос­но­ве по­сто­ян­ных маг­ни­тов или элек­тро­маг­ни­тов, в т. ч. сверх­про­во­дя­щих. Из маг­нит­ных ма­те­риа­лов ис­поль­зу­ют­ся ал­ни­ко, фер­ри­ты, не­одим–же­ле­зо–бор и др. Се­па­ра­то­ры со сла­бым маг­нит­ным по­лем (на­пря­жён­но­стью 80–150 кА/м) пред­на­зна­че­ны для обо­га­ще­ния силь­но­маг­нит­ных руд, а се­па­ра­то­ры с силь­ным маг­нит­ным по­лем (800–1600 кА/м) – для обо­га­ще­ния сла­бо­маг­нит­ных руд. Как пра­ви­ло, сла­бое по­ле соз­да­ёт­ся от­кры­той мно­го­по­люс­ной сис­те­мой, силь­ное по­ле – замк­ну­той маг­нит­ной сис­те­мой. В за­ви­си­мо­сти от фи­зи­ко-хи­мич. ха­рак­те­ри­стик раз­де­ляе­мо­го ма­те­риа­ла (и его круп­но­сти) для силь­но­маг­нит­ных ма­те­риа­лов при­ме­ня­ют­ся пре­им. ба­ра­бан­ные се­па­ра­то­ры, для сла­бо­маг­нит­ных – вал­ко­вые, ро­тор­ные и др. При су­хой М. с. ру­да (напр., маг­не­ти­то­вая) за­гру­жа­ет­ся на верх­ние ба­ра­ба­ны се­па­ра­то­ра, в ко­то­рые по­ме­ще­ны ра­зомк­ну­тые по­сто­ян­ные маг­ни­ты, соз­даю­щие по­ле на­пря­жён­но­стью ок. 90 кА/м; ру­да при­тя­ги­ва­ет­ся к по­лю­сам (по­верх­но­сти ба­ра­ба­на), а сла­бо­маг­нит­ная фрак­ция от­ры­ва­ет­ся (ссы­па­ет­ся с ба­ра­ба­на), по­па­дая на ниж­ние ба­ра­ба­ны с бо­лее силь­ным по­лем (110 кА/м), где про­ис­хо­дит до­изв­ле­че­ние ме­нее маг­нит­ных кус­ков ру­ды. При мок­рой М. с. тон­ко­из­мель­чён­ная маг­не­ти­то­вая ру­да с во­дой по­сту­па­ет под вра­щаю­щие­ся на­встре­чу по­то­ку пуль­пы ба­ра­ба­ны, при­тя­ги­ваю­щие фер­ро­маг­нит­ные ми­не­ра­лы (рис.). В слу­чае мок­рой М. с. мар­ган­це­вых и др. сла­бо­маг­нит­ных руд при­ме­ня­ют се­па­ра­то­ры со зна­чи­тель­но бо­лее силь­ным вы­со­ко­гра­ди­ент­ным по­лем (1500 кА/м), соз­да­вае­мым зам­кну­той элек­тро­маг­нит­ной сис­те­мой.

Про­из­во­ди­тель­ность маг­нит­ных се­па­ра­то­ров для кус­ко­вых руд дос­ти­га­ет 500 т/ч, для тон­ко­из­мель­чён­ных силь­но­маг­нит­ных руд – 200 т/ч, для сла­бо­маг­нит­ных руд – 40 т/ч. Из­вле­че­ние по­лез­но­го ми­не­ра­ла, пе­ре­хо­дя­ще­го в кон­цен­трат (маг­нит­ную фрак­цию), обыч­но со­став­ля­ет не ме­нее 75% от его ис­ход­ной мас­сы (для силь­но­маг­нит­ных руд – до 95% и бо­лее). На обо­га­тит. фаб­ри­ках Рос­сии с по­мо­щью М. с. еже­год­но пе­ре­ра­ба­ты­ва­ет­ся ок. 500 млн. т по­лез­ных ис­ко­пае­мых. Час­то М. с. ком­би­ни­ру­ют с др. ме­то­да­ми обо­га­ще­ния (элек­трич., гра­ви­тац., цен­тро­беж­ны­ми, фло­та­ци­он­ны­ми). М. с. при­ме­ня­ют не толь­ко для про­из-ва руд­ных, но и ме­тал­лизир. кон­цен­тра­тов, вы­пуск ко­то­рых рез­ко воз­рас­та­ет в свя­зи с раз­ви­ти­ем без­до­мен­ной ме­тал­лур­гии (про­цес­сов пря­мо­го вос­ста­нов­ле­ния руд и го­ря­че­го бри­ке­ти­ро­ва­ния кон­цен­тра­тов).

В пи­ще­вой пром-сти и про­из-ве с.-х. про­дук­ции М. с. ис­поль­зу­ет­ся для очи­ст­ки сы­рья и ко­неч­но­го про­дук­та (чая, му­ки, ко­фе, са­ха­ра, ком­би­кор­мов, кор­мо­вых до­ба­вок, гра­нул, се­на­жа, тра­вя­ной му­ки) от ме­тал­лич. (фер­ро­маг­нит­ных) пред­ме­тов. Для это­го над лен­та­ми транс­пор­тё­ров или в тру­бо­про­во­дах, с по­мо­щью ко­то­рых транс­пор­ти­ру­ют­ся сы­пу­чие ма­те­риа­лы, ус­та­нав­ли­ва­ют­ся уст­рой­ст­ва, на­зы­вае­мые маг­нит­ны­ми ло­вуш­ка­ми (же­ле­зо­от­де­ли­те­ля­ми или ли­ния­ми маг­нит­ной за­держ­ки), ко­то­рые фор­ми­ру­ют маг­нит­ное по­ле, по­зво­ляю­щее из­вле­кать ме­тал­лич. вклю­че­ния из по­то­ка ма­те­риа­ла. Для очи­ст­ки маг­нит­ной сис­те­мы та­ких уст­ройств от на­ко­п­лен­ных маг­нит­ных при­ме­сей ис­поль­зу­ют­ся по­сто­ян­ные маг­ни­ты на ос­но­ве ред­ко­зе­мель­ных маг­нит­ных ма­те­риа­лов (напр., NdFeB), по­сколь­ку при­ме­не­ние элек­тро­маг­ни­тов ста­ло эко­но­ми­че­ски не­це­ле­со­об­раз­ным из-за су­ще­ст­вен­но­го рас­хо­да элек­тро­энер­гии.

При про­из-ве стро­ит. и пром. ма­те­риа­лов на пред­при­яти­ях сте­коль­ной и ке­ра­мич. пром-сти М. с. при­ме­ня­ет­ся для очи­ст­ки пес­ка от ок­си­дов же­ле­за и др. сла­бо­маг­нит­ных при­ме­сей, ко­то­рые при­да­ют стек­лу не­же­ла­тель­ные от­тен­ки, сни­жа­ют его про­зрач­ность, а так­же яв­ля­ют­ся при­чи­ной по­яв­ле­ния «му­шек» на ке­ра­мич. плит­ке. Ис­поль­зо­ва­ние М. с. для обо­га­ще­ния шли­ке­ра (фар­фо­ро­вой сус­пен­зии) и гла­зу­ри при про­из-ве вы­со­ко­ка­че­ст­вен­но­го фар­фо­ра по­зво­ля­ет по­вы­сить бе­лиз­ну, проч­ность и улуч­шить ди­элек­трич. свой­ст­ва из­де­лий. Осо­бен­но­стью очи­ст­ки пес­ка от ок­си­дов же­ле­за и др. сла­бо­маг­нит­ных при­ме­сей яв­ля­ет­ся не­об­хо­ди­мость соз­да­ния вы­со­ко­гра­ди­ент­ных маг­нит­ных по­лей боль­шой на­пря­жён­но­сти.

В му­со­ро­пе­ре­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти при ути­ли­за­ции ав­то­мо­би­лей, ав­то­по­кры­шек, жел.-бе­тон. кон­ст­рук­ций и др. М. с. ис­поль­зу­ет­ся как при из­вле­че­нии для даль­ней­шей пе­ре­ра­бот­ки фер­ро­маг­нит­ных (из­го­тов­лен­ных из чёр­ных ме­тал­лов) пред­ме­тов и де­та­лей, так и при се­па­ра­ции вклю­че­ний из цвет­ных ме­тал­лов (как пра­ви­ло, это пред­ва­ри­тель­но из­мель­чён­ные де­та­ли бы­то­вых при­бо­ров, ра­дио­де­та­ли и т. п.). Для из­вле­че­ния фер­ро­маг­нит­но­го ло­ма при­ме­ня­ют­ся ли­бо под­вес­ные же­ле­зо­от­де­ли­те­ли, ус­та­нов­лен­ные над кон­вей­ер­ной лен­той, ли­бо ба­ра­бан­ные се­па­ра­то­ры, со­стоя­щие из вра­щаю­ще­го­ся ба­ра­ба­на и не­под­виж­ной сис­те­мы по­сто­ян­ных маг­ни­тов, фор­ми­рую­щей маг­нит­ное по­ле в ра­бо­чей об­лас­ти се­па­ра­то­ра. По­па­дая в зо­ну дей­ст­вия маг­нит­но­го по­ля, кус­ки ло­ма при­тя­ги­ва­ют­ся к по­верх­но­сти ба­ра­ба­на и пе­ре­но­сят­ся им в зо­ну со сла­бым маг­нит­ным по­лем, где про­ис­хо­дит раз­груз­ка. Для из­вле­че­ния ло­ма цвет­ных ме­тал­лов ис­поль­зу­ют­ся элек­тро­ди­на­мич. маг­нит­ные се­па­ра­то­ры, с по­мо­щью ко­то­рых в час­ти­цах из цвет­но­го ме­тал­ла, об­ла­даю­щих вы­со­кой элек­тро­про­вод­но­стью, под воз­дей­ст­ви­ем пе­ре­мен­но­го маг­нит­но­го по­ля на­во­дят­ся вих­ре­вые то­ки (то­ки Фу­ко). В свою оче­редь, то­ки Фу­ко фор­ми­ру­ют в ок­ру­жаю­щем про­стран­ст­ве ин­ду­ци­ро­ван­ное маг­нит­ное по­ле. Взаи­мо­дей­ст­вие маг­нит­ных по­лей то­ков Фу­ко и маг­нит­ной сис­те­мы се­па­ра­то­ра при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию сил, вы­тал­ки­ваю­щих час­ти­цы цвет­но­го ме­тал­ла из ра­бо­чей об­лас­ти се­па­ра­то­ра. Наи­бо­лее ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли элек­тро­ди­на­мич. се­па­ра­то­ры с вра­щаю­щи­ми­ся маг­нит­ны­ми сис­те­ма­ми на по­сто­ян­ных вы­со­ко­энер­ге­тич­ных ред­ко­зе­мель­ных маг­ни­тах.

В неф­те­до­бы­ваю­щей и неф­те­пе­ре­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти М. с. ис­поль­зу­ет­ся для очи­ст­ки неф­те­про­дук­тов и др. жид­ких или вяз­ких ма­те­риа­лов от мел­ких ме­тал­лич. вклю­че­ний при транс­пор­ти­ров­ке про­дук­тов по тру­бам. В ме­тал­ло­об­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти – для очи­ст­ки сма­зоч­ных ох­ла­ж­даю­щих жид­ко­стей ме­тал­ло­ре­жу­щих и шли­фо­валь­ных стан­ков (ос­но­ву кон­ст­рук­ций для этих це­лей со­став­ля­ют маг­нит­ные сис­те­мы на по­сто­ян­ных маг­ни­тах). Тон­кая очи­ст­ка жид­ко­стей от ок­си­дов ме­тал­лов про­из­во­дит­ся с по­мо­щью элек­тро­маг­нит­ных се­па­ра­то­ров (фильт­ров), по­зво­ляю­щих до­во­дить со­дер­жа­ние ок­си­дов до со­тых до­лей про­цен­та.

В ме­ди­ци­не М. с. эф­фек­тив­но ис­поль­зу­ет­ся для раз­де­ле­ния кле­ток с по­мо­щью спе­ци­фич­ной им­му­но­сорб­ции на маг­ни­то­управ­ляе­мых сор­бен­тах. По­след­ние пред­став­ля­ют со­бой фер­ро­маг­нит­ные час­ти­цы (напр., мик­ро­ско­пич. сталь­ные ша­ри­ки в обо­лоч­ке из по­ли­сти­ро­ла), по­кры­тые ко­ва­лент­но свя­зан­ны­ми с мо­ле­ку­ла­ми по­верх­но­ст­но­го слоя мо­но­кло­наль­ны­ми ан­ти­те­ла­ми – ис­кусств. об­ра­зо­ва­ния­ми, спо­соб­ны­ми взаи­мо­дей­ст­во­вать с мем­бран­ны­ми ан­ти­ге­на­ми кле­ток-ми­ше­ней, при­тя­ги­вая ли­бо здо­ро­вые, ли­бо по­ра­жён­ные клет­ки. Им­му­но­сорб­ция, пред­ше­ст­вую­щая из­вле­че­нию с по­мо­щью маг­нит­но­го по­ля здо­ро­вых кле­ток, но­сит назв. по­зи­тив­ной им­му­но­сорб­ции, а по­ра­жён­ных кле­ток – не­га­тив­ной им­му­но­сорб­ции. По­зи­тив­ная и не­га­тив­ная се­лек­ция ма­те­риа­ла ис­поль­зу­ет­ся для пред­транс­план­та­ци­он­но­го раз­де­ле­ния и по­лу­че­ния чис­тых фрак­ций ство­ло­вых кро­ве­твор­ных кле­ток для их крио­кон­сер­ва­ции при он­ко­ло­гич. по­ра­же­ни­ях ко­ст­но­го моз­га. На ос­но­ве им­му­но­сорб­ции раз­ра­бо­тан ме­тод борь­бы с ря­дом па­то­ген­ных мик­ро­ор­га­низ­мов (напр., с воз­бу­ди­те­лем сеп­си­са дрож­же­по­доб­ным гриб­ком Candida albicans), ко­то­рые пос­ле при­сое­ди­не­ния к ан­ти­те­лам, на­не­сён­ным на сталь­ные мик­ро­сфе­ры, уда­ля­ют­ся маг­нит­ным по­лем из кро­ви, пред­ва­ри­тель­но вы­ве­ден­ной из ор­га­низ­ма. Па­ра­маг­нит­ные свой­ст­ва крас­ных кро­вя­ных те­лец, со­дер­жа­щих в сво­ём со­ста­ве же­ле­зо, по­зво­ли­ли раз­ра­бо­тать ме­то­ди­ку вы­де­ле­ния их из кро­ви вы­со­ко­гра­ди­ент­ны­ми маг­нит­ны­ми се­па­ра­то­ра­ми, маг­нит­ное по­ле ко­то­рых фор­ми­ру­ет­ся с по­мощью фер­ро­маг­нит­ных мик­ро­про­во­лок или сталь­ной ва­ты. С по­мо­щью М. с. мож­но, под­би­рая под­хо­дя­щий ре­цеп­тор, уда­лять из кро­ви лю­бые не­же­ла­тель­ные при­ме­си. Напр., для очи­ст­ки кро­ви от свин­ца по­доб­ран ре­цеп­тор, ко­то­рый в со­еди­не­нии с маг­нит­ны­ми на­но­ча­сти­ца­ми ни­ке­ля, по­кры­то­го ди­ок­си­дом крем­ния, из­би­ра­тель­но свя­зы­ва­ет­ся со свин­цом и с по­мо­щью маг­нит­но­го по­ля вы­во­дит­ся из ор­га­низ­ма. М. с. кле­ток ста­ла ак­тив­но раз­ви­вать­ся в сер. 1970-х гг. и ны­не яв­ля­ет­ся ши­ро­ко ис­поль­зуе­мым не­до­ро­гим ме­то­дом, ко­то­рый при­ме­ня­ет­ся для раз­де­ле­ния на бо­лее чис­тые фрак­ции ком­по­нен­тов кро­ви или ко­ст­но­го моз­га по­сле экс­т­ра­кор­по­раль­но­го раз­де­ле­ния (афе­ре­за), для очи­ст­ки кро­ви от ра­дио­ак­тив­ных ток­си­нов и не­ко­то­рых ви­дов био­ло­гич. ядов, про­точ­ной ци­то­мет­рии, изо­ля­ции опу­хо­ле­вых кле­ток и т. п.

Лит.: Кар­ма­зин В. В., Кар­ма­зин В. И. Маг­нит­ные ме­то­ды обо­га­ще­ния. М., 1984; они же. Маг­нит­ные, элек­три­че­ские и спе­ци­аль­ные ме­то­ды обо­га­ще­ния по­лез­ных ис­ко­пае­мых. М., 2005. Т. 1; Inglis D. W. e. a. Microfluidic high gradient magnetic cell separation // Jour­nal of App­lied Physics. 2006. Vol. 99. № 8; Tsutsui H., Ho C-M. Cell separation by non- inertial force fields in microfluidic systems // Mechanics Research Communications. 2009. Vol. 36. № 1.

Вернуться к началу