جداسازی مغناطیسی

مایکل فارادی کشف کرد که وقتی یک ماده در یک محیط مغناطیسی قرار می گیرد، شدت محیط توسط آن تغییر می یابد. [3] با این اطلاعات، او کشف کرد که مواد مختلف را می توان با خواص مغناطیسی آنها جدا کرد . جدول زیر کانی های فرومغناطیسی و پارامغناطیس رایج و همچنین شدت میدان مورد نیاز برای جداسازی کانی های 𝚝𝚑𝚎 را نشان می دهد. [3]

مواد معدنی فرومغناطیسی و پارامغناطیس رایج

	معدنی	فرمول	قدرت میدان (کیلوگرم)
فرومغناطیسی	مگنتیت	Fe 3 O 4	1
	پیروتیت	Fe 7 اس 8	0.5 – 4
پارامغناطیس	ایلمنیت	FeTiO 3	8 – 16
	خیره شوید	FeCO 3	9 – 18
	کرومیت	FeCr 2 O 4	10 – 16
	هماتیت	Fe 2 O 3	12 – 18
	ولفرامیت	( Fe ، منگنز ) WO 4	12 – 18
	تورمالین		16 – 20

در دهه 1860، جداسازی مغناطیسی شروع به تجاری شدن کرد. برای جدا کردن آهن از برنج استفاده می شد. [3] پس از دهه 1880، مواد فرومغناطیسی شروع به جداسازی مغناطیسی کردند. در دهه 1900، جداسازی مغناطیسی با شدت بالا افتتاح شد که امکان جداسازی مواد عملی را فراهم کرد. [3] پس از جنگ جهانی دوم ، سیستم هایی که رایج ترین بودند، آهنرباهای الکتریکی بودند . این تکنیک در محوطه های قراضه مورد استفاده قرار گرفت. جداسازی مغناطیسی دوباره در اواخر دهه 1970 با افتتاح فناوری های جدید توسعه یافت. [2] اشکال جدید جداسازی مغناطیسی شامل قرقره های مغناطیسی، آهنرباهای بالای سر و درام های مغناطیسی بود.

در معادنی که ولفرامیت مخلوط شده است با کاسیتریت ، مانند معدن ساوت کروفتی و ایست پول در کورنوال یا با بیسموت مانند معدن شپرد و مورفی در موینا، تاسمانی ، از جداسازی مغناطیسی برای جداسازی کانه ها استفاده می شود. در این معادن، دستگاهی به نام جداکننده مغناطیسی وتریل (اختراع شده توسط جان پرایس وتریل ، 1844-1906) [4] مورد استفاده قرار گرفت. در این دستگاه، سنگ معدن خام، پس از تکلیس به تسمه نقاله ای که از زیر دو جفت آهنربای الکتریکی عبور می کرد، وارد می شد که تسمه های بعدی با زوایای قائم با تسمه تغذیه می چرخیدند. اولین جفت توپ به صورت ضعیف مغناطیسی شد و برای بیرون کشیدن سنگ آهن موجود استفاده شد. جفت دوم به شدت مغناطیسی شدند و ولفرامیت را جذب کردند که دارای خاصیت مغناطیسی ضعیفی است. [4] این ماشین ها قادر به تصفیه 10 تن سنگ معدن در روز بودند.

برنامه های رایج

جداسازی مغناطیسی همچنین می تواند در جرثقیل های الکترومغناطیسی که مواد مغناطیسی را از ضایعات و مواد ناخواسته جدا می کند استفاده شود. [1] این موضوع استفاده از آن را برای تجهیزات حمل و نقل و مدیریت زباله توضیح می دهد . با این تکنیک می توان فلزات ناخواسته را از کالاها پاک کرد. تمام مواد را خالص نگه می دارد. [1] مراکز بازیافت اغلب از جداسازی مغناطیسی برای جداسازی اجزا از بازیافت، جداسازی فلزات و خالص سازی سنگ معدن استفاده می کنند. [1] آهنرباهای بالای سر، قرقره های مغناطیسی و درام های مغناطیسی روش هایی بودند که در صنعت بازیافت مورد استفاده قرار می گرفتند. [1]

جداسازی مغناطیسی در استخراج آهن جذب می شود نیز مفید است زیرا به یک آهنربا . [3]

کاربرد دیگری که به طور گسترده شناخته شده نیست اما بسیار مهم است، استفاده از آهنربا در صنایع فرآیندی برای حذف آلاینده های فلزی از جریان محصولات است. [1] این امر در صنایع غذایی یا دارویی اهمیت زیادی دارد .

جداسازی مغناطیسی همچنین در شرایطی که آلودگی باید کنترل شود، در فرآوری شیمیایی، و همچنین در حین بهره برداری از سنگ معدن های غیرآهنی با عیار پایین استفاده می شود. [1]

جداسازی مغناطیسی در صنایع زیر نیز کاربرد دارد: لبنیات، غلات و آسیاب، پلاستیک، مواد غذایی، شیمیایی، روغن، نساجی و غیره.

جداسازی سلول های مغناطیسی

جداسازی سلول های مغناطیسی در حال افزایش است. استفاده می شود سرطان و بیماری های ارثی در حال حاضر در درمان های بالینی، به طور خاص در تحقیقات . [5] جداسازی سلول های مغناطیسی زمانی تغییر کرد که Zborowski، پیشگام جداسازی سلول های ایمونومغناطیسی (IMCS)، جداسازی سلول های مغناطیسی تجاری را تجزیه و تحلیل کرد. زبوروفسکی مکاشفه‌های مهمی را کشف کرد که در آن زمان در درک انسان از زیست‌شناسی سلولی مورد استفاده قرار می‌گرفتند و هنوز هم استفاده می‌شوند . [5] امروزه تولید محصولات درمانی سرطان ها و بیماری های ژنتیکی با توجه به این اکتشافات در حال نوآوری است. [5]

در میکروبیولوژی

تکنیک های جداسازی مغناطیسی نیز در میکروبیولوژی استفاده می شود . در این مورد، مولکول‌ها و آنتی‌بادی‌های اتصال به منظور جداسازی ارگانیسم‌های زنده خاص، اسیدهای نوکلئیک یا آنتی‌ژن‌ها استفاده می‌شوند. [6] این فناوری به جداسازی گونه‌های باکتریایی برای شناسایی و تشخیص ژن‌هایی که ارگانیسم‌های خاصی را هدف قرار می‌دهند، کمک می‌کند. [6] هنگامی که تکنیک‌های جداسازی مغناطیسی با PCR ( واکنش زنجیره‌ای پلیمراز ) ترکیب می‌شوند، نتایج در حساسیت و ویژگی افزایش می‌یابد. [6]

جداسازی مغناطیسی میدان کم

جداسازی مغناطیسی میدان کم اغلب در زمینه های محیطی مانند تصفیه آب و جداسازی مخلوط های پیچیده انجام می شود. [7] گرادیان میدان مغناطیسی کم، گرادیان میدانی است که کوچکتر از صد تسلا بر متر است. [7] مگنتیت تک پراکنده ( Fe 3 O 4 ) و نانو کریستال ها ( NC ها ) برای این تکنیک استفاده می شود. [7]

فیلترهای مغناطیسی روی لوله‌کشی دیگ تعبیه می‌شوند تا مگنتیت را از آب در حال گردش قبل از اینکه فرصتی برای ایجاد و کاهش راندمان سیستم گرمایش پیدا کند، جمع‌آوری کنند. آبی که در اطراف سیستم گرمایشی در گردش است، تکه‌هایی از لجن (یا مگنتیت) را می‌گیرد که می‌تواند جمع شود. فیلتر مغناطیسی تمام این ذرات زباله را با یک آهنربای قوی به هنگام جریان آب در اطراف خود جذب می کند و از تجمع لجن در لوله کشی یا دیگ جلوگیری می کند. [8]

جداسازی مغناطیسی ضعیف

جداسازی مغناطیسی ضعیف برای ایجاد محصولات تمیزتر غنی از آهن استفاده می شود که می توانند مجددا استفاده شوند. [9] این محصولات دارای سطوح پایین ناخالصی و بار آهن بالایی هستند. این تکنیک به عنوان یک فناوری بازیافت استفاده می شود. [9] با ریزه های سرباره فولادسازی و همچنین مجموعه ای از غربالگری اندازه ذرات همراه است. [9]

تجهیزات و خدمات

با پیشرفت تکنولوژی امروز، تجهیزات مختلفی برای انجام جداسازی مغناطیسی در دسترس است. [10] رنده‌ها، آهن‌رباهای صفحه‌ای، محفظه آهن‌ربایی، کارتریج‌های پایه، قرقره‌ها ، درام‌ها و جداکننده‌های خود تمیز شونده برای جدا کردن فلزات با گرانشی ، پنوماتیک یا مغناطیسی سیستم‌های انتقال طراحی شده‌اند. آهنرباهای الکتریکی نیز برای جداسازی تا 15000 گاز موجود هستند. شرکت های خاص با دانش تخصصی در زمینه جداسازی مغناطیسی نیز می توانند این جداسازی ها را ارائه دهند. [10]

محاسبات نیروی جداسازی مغناطیسی

می توان نشان داد [11] که نیروی مغناطیسی در واحد حجم روی یک ذره نفوذپذیر با نفوذپذیری نسبی mu sub (pr) متناسب با گرادیان فضایی مربع چگالی شار مغناطیسی است. این فرمول را می توان در نرم افزار تجزیه و تحلیل المان محدود مغناطیسی برای محاسبه چگالی نیرو بر روی نمونه های عملی بسیار متنوعی استفاده کرد و نتایجی مطابق با مقاله اوبرتوفر به دست آورد [2].