Магнитное разделение основано на взаимодействии магнитного поля с ферромагнитными, парамагнитными и диамагнитными материалами. В зависимости от характера магнитного отклика вещество может быть притянуто к магниту (ферромагнетики и парамагнетики) или отталкиваться (диамагнетики). Этот эффект используется для селективного выделения компонентов смесей, где присутствуют магнитно активные частицы.
Ключевой принцип: частицы с ненулевым магнитным моментом испытывают силу в неоднородном магнитном поле, которая направлена в сторону увеличения магнитной индукции. Сила выражается как:
F = ∇(m ⋅ B),
где m — магнитный момент частицы, B — вектор магнитной индукции, ∇ — оператор градиента.
Для ферромагнитных материалов m может быть очень большим, что обеспечивает высокую эффективность разделения даже при относительно слабых полях. Для парамагнетиков m пропорционален приложенному полю, а для диамагнетиков — противоположно полю и существенно слабее.
Статическое магнитное разделение Используется постоянное магнитное поле и гравитационные или механические силы для отделения магнитных частиц от немагнитных. Применяется в обогащении руд, очистке порошков и химических смесей.
Динамическое магнитное разделение Включает вращающиеся магнитные барабаны, ленточные конвейеры и вибрационные столы. Частицы с разной магнитной восприимчивостью отклоняются в разные стороны за счет сочетания магнитной и центробежной или вибрационной силы.
Сверхпроводящее магнитное разделение Использует высокоинтенсивные магнитные поля (несколько Тесла), создаваемые сверхпроводящими магнитами. Эффективно для парамагнитных материалов, которые слабо реагируют на обычные магниты. Часто применяется для обогащения редкоземельных элементов и выделения биомолекул.
Микроскопическое и наномасштабное магнитное разделение Использует функционализированные магнитные наночастицы для селективного связывания с определенными веществами. Затем комплекс выводится из раствора с помощью внешнего магнитного поля. Этот метод активно применяется в биофизике и медицине, например, для выделения клеток, белков или вирусов.
Плоские и ленточные магнитные сепараторы Простая конструкция, где магнитные элементы размещены под или над движущейся лентой. Подходит для крупнозернистых материалов.
Вихревые барабаны и ротационные сепараторы Частицы движутся по поверхности вращающегося цилиндра, где магнитная сила направляет их на разные траектории.
Электромагнитные сепараторы с регулируемым полем Позволяют изменять интенсивность поля в зависимости от свойств материала. Широко применяются в лабораториях и на промышленных линиях для тонкой настройки процесса разделения.
Сверхпроводящие магнитные установки Обеспечивают поле до десятков Тесла. Необходимы для слабопарамагнитных и биологических объектов, где обычные магниты не дают заметного эффекта.
Ключевой момент: эффективность разделения определяется не только магнитными свойствами частиц, но и точностью инженерного исполнения устройств, градиентом поля и механикой движения частиц.