磁気分離

磁気分離とは、磁石を用いて磁性物質を引き寄せ、混合物の成分を分離するプロセスです。 ^{[ 1 ]}磁気分離に用いられるプロセスは、磁性物質と非磁性物質を分離します。この技術は、強磁性（鉄、ニッケル、コバルトを含む鉱物）および常磁性の限られた鉱物に有効です。^{[ 2 ]} 金、銀、アルミニウムを含むほとんどの金属は非磁性です。

磁性物質の分離には、多種多様な機械的手段が用いられます。^{[ 2 ]}磁気分離では、液体を収容する2つの分離ドラム内に磁石が配置されています。磁石の作用により、磁性粒子はドラムの動きによって移動します。これにより、磁性濃縮物（例えば、鉱石濃縮物）が生成されます。^{[ 2 ]}

歴史

マイケル・ファラデーは、物質が磁気環境に置かれると、その環境の強度が変化することを発見しました。^{[ 3 ]}この情報に基づき、彼は異なる物質をその磁気特性によって分離できることを発見しました。下の表は、一般的な強磁性鉱物と常磁性鉱物、そしてそれらの鉱物を分離するために必要な磁場強度を示しています。 ^{[ 3 ]}

一般的な強磁性鉱物と常磁性鉱物

	ミネラル	式	電界強度（kG）
強磁性体	磁鉄鉱	${\displaystyle {\ce {Fe3O4}}}$	1
	磁硫鉄鉱	${\displaystyle {\ce {Fe7S8}}}$	0.5～4
常磁性	イルメナイト	${\displaystyle {\ce {FeTiO3}}}$	8～16歳
	シデライト	${\displaystyle {\ce {FeCO3}}}$	9～18歳
	クロム鉄鉱	${\displaystyle {\ce {FeCr2O4}}}$	10～16歳
	ヘマタイト	${\displaystyle {\ce {Fe2O3}}}$	12～18歳
	ウルフラマイト	${\displaystyle {\ce {(Fe,Mn)WO4}}}$	12～18歳
	トルマリン		16～20歳

1860年代には、磁気分離が商業化され始め、鉄と真鍮の分離に利用されました。^{[ 3 ]} 1880年代以降、強磁性材料の磁気分離が開始されました。中でもトーマス・エジソンは、質の悪い鉄鉱石の磁気濃縮の商業化を試みましたが、失敗しました。1900年代には、高強度磁気分離が実用化され、実用的な材料の分離が可能になりました。^{[ 3 ]}

第二次世界大戦後、最も普及したシステムは電磁石でした。この技術はスクラップ場で使用されました。磁気選別は1970年代後半に再び開発され、新しい技術が導入されました。^{[ 2 ]}新しい磁気選別方式には、磁気滑車、オーバーヘッドマグネット、磁気ドラムなどがありました。

コーンウォールのサウス クロフティ鉱山やイースト プール鉱山のように鉄マンガン重石がスズ石と混ざっている鉱山や、タスマニア島モイナのシェパード アンド マーフィー鉱山のようにビスマスと混ざっている鉱山では、磁気分離法を使って鉱石を選別している。これらの鉱山では、ウェザリル磁気分離機 (ジョン プライス ウェザリル、1844-1906 発明) ^{[ 4 ]}と呼ばれる装置が使われていた。この機械では、生の鉱石は焼成後にコンベア ベルトに載せられ、2 組の電磁石の下を通過し、その下には供給ベルトと直角に別のベルトが走っていた。最初の 2 つのボールは弱く磁化されていて、存在する鉄鉱石を引き寄せる役割を果たした。2 つ目のボールは強く磁化されていて、弱磁性の鉄マンガン重石を引き寄せた。^{[ 4 ]}これらの機械は 1 日に 10 トンの鉱石を処理できた。

一般的な用途

磁気分離は、磁性材料をスクラップや不要物から分離する電磁クレーンにも利用されています。^{[ 1 ]}そのため、輸送機器や廃棄物管理に磁気分離が利用されています。この技術により、不要な金属を物品から除去することができ、すべての材料を純粋な状態に保つことができます。^{[ 1 ]}リサイクルセンターでは、リサイクル品から部品を分離したり、金属を分離したり、鉱石を精製したりするために、磁気分離が頻繁に使用されています。^{[ 1 ]}リサイクル業界では、頭上磁石、磁気滑車、磁気ドラムなどが利用されていました。^{[ 1 ]}

磁気分離は鉄の採掘にも有用である。鉄は磁石に引き寄せられるからである。^{[ 3 ]}

あまり知られていないが非常に重要なもう一つの用途は、プロセス産業において磁石を使用して製品の流れから金属汚染物質を除去することです。^{[ 1 ]}これは食品産業や製薬産業において非常に重要です。

磁気分離は、汚染を制御する必要がある状況、化学処理、および非鉄低品位鉱石の選鉱中にも使用されます。^{[ 1 ]}

磁気分離は、乳製品、穀物・製粉、プラスチック、食品、化学、油脂、繊維などの業界でも利用されています。N52磁石は、食品加工、リサイクル、製造における磁気分離に使用されています。^{[ 5 ]}食品の安全性を向上させ、リサイクル品質を高め、製造設備を保護し、これらの業界全体で効率性と高い基準を確保します。^{[ 6 ] [ 7 ]}

磁気細胞分離

磁気細胞分離は急速に普及しており、現在、臨床治療、特にがんや遺伝性疾患の研究に利用されています。^{[ 8 ]}磁気細胞分離に転機が訪れたのは、免疫磁気細胞分離（IMCS）の先駆者であるズボロフスキー氏が市販の磁気細胞分離を分析した時です。ズボロフスキー氏は、当時、そして現在もなお、細胞生物学の理解に役立っている重要な発見を導き出しました。^{[ 8 ]}今日、がんや遺伝性疾患の治療薬の製造は、これらの発見によって革新されています。^{[ 8 ]}

微生物学では

GE MagRack 6と、対象物質に吸着するコーティングを施した磁性ビーズを用いたDNA精製。溶液表面の左上にビーズが蓄積しているのが見える。

磁気分離技術は微生物学でも利用されています。この場合、結合分子と抗体を用いて、特定の生菌、核酸、または抗原を分離します。^{[ 9 ]}この技術は、細菌種を分離し、特定の生物を標的とする遺伝子を同定し、診断するのに役立ちます。^{[ 9 ]}磁気分離技術をPCR（ポリメラーゼ連鎖反応）と組み合わせると、感度と特異性が向上します。^{[ 9 ]}

低磁場磁気分離

低磁場磁気分離は、水の浄化や複雑な混合物の分離などの環境分野でよく使用されます。^{[ 10 ]}低磁場勾配とは、1メートルあたり100テスラ未満の磁場勾配のことです。^{[ 10 ]}この技術には、単分散マグネタイト（）とナノ結晶（）が使用されます。^{[ 10 ]}${\displaystyle {\ce {Fe3O4}}}$ ${\displaystyle {\ce {NC}}}$

ボイラーの配管には磁気フィルターが取り付けられており、循環水から磁鉄鉱を回収します。磁鉄鉱が蓄積して暖房システムの効率を低下させる前に、回収します。暖房システムの周囲を循環する水は、堆積する可能性のあるスラッジ（または磁鉄鉱）を吸着します。磁気フィルターは、水が周囲を流れる際に強力な磁石でこれらの異物をすべて吸着し、配管やボイラー内にスラッジが蓄積するのを防ぎます。^{[ 11 ]}

弱い磁気分離

弱磁気分離は、再利用可能なより清浄な鉄分を豊富に含む製品を製造するために使用されます。^{[ 12 ]}これらの製品は不純物が少なく、鉄含有量が高いです。この技術はリサイクル技術として利用されています。^{[ 12 ]}製鋼スラグ微粉と粒子サイズの選別と組み合わせて使用​​されます。^{[ 12 ]}

磁気分離力の計算

^{[ 13 ]}によれば、比透磁率μsub(pr)を持つ透磁率粒子に働く単位体積あたりの磁力は、磁束密度の2乗の空間勾配に比例することが示されています。この式は、磁気有限要素解析ソフトウェアを用いて、様々な実例における力密度を計算することができ、オーバートイファーの論文と一致する結果が得られます。

参考文献

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