الفصل المغناطيسي

الفصل المغناطيسي هو عملية فصل مكونات المخاليط باستخدام مغناطيس لجذب المواد المغناطيسية. ^{[ 1 ]} تفصل هذه العملية المواد غير المغناطيسية عن المواد المغناطيسية. وتُعد هذه التقنية مفيدة لبعض المعادن المختارة، وهي المعادن المغناطيسية الحديدية (المعادن التي تحتوي على الحديد والنيكل والكوبالت) والمعادن البارامغناطيسية . ^{[ 2 ]} أما معظم المعادن، بما في ذلك الذهب والفضة والألومنيوم، فهي غير مغناطيسية.

تُستخدم مجموعة واسعة من الوسائل الميكانيكية لفصل المواد المغناطيسية. ^{[ 2 ]} أثناء الفصل المغناطيسي، توضع المغناطيسات داخل أسطوانتين فاصلتين تحتويان على سوائل. وبسبب المغناطيسات، تنجرف الجزيئات المغناطيسية بفعل حركة الأسطوانتين. وهذا ما يُنتج مُركّزًا مغناطيسيًا (مثل مُركّز خام ). ^{[ 2 ]}

اكتشف مايكل فاراداي أنه عند وضع مادة ما في بيئة مغناطيسية، تتغير شدة المجال المغناطيسي لتلك البيئة. ^{[ 3 ]} وبناءً على هذه المعلومة، اكتشف إمكانية فصل المواد المختلفة وفقًا لخصائصها المغناطيسية . يوضح الجدول أدناه المعادن الشائعة ذات الخصائص المغناطيسية الحديدية والبارامغناطيسية، بالإضافة إلى شدة المجال المغناطيسي اللازمة لفصل هذه المعادن. ^{[ 3 ]}

المعادن المغناطيسية الحديدية والبارامغناطيسية الشائعة

	المعادن	صيغة	قوة المجال (كيلوجرام)
مغناطيسي حديدي	المغنيتيت	${\displaystyle {\ce {Fe3O4}}}$	1
	البيروتيت	${\displaystyle {\ce {Fe7S8}}}$	0.5 - 4
البارامغناطيسية	الإلمنيت	${\displaystyle {\ce {FeTiO3}}}$	8 - 16
	سيدرايت	${\displaystyle {\ce {FeCO3}}}$	9 - 18
	الكروميت	${\displaystyle {\ce {FeCr2O4}}}$	10 - 16
	الهيماتيت	${\displaystyle {\ce {Fe2O3}}}$	12 - 18
	وولفراميت	${\displaystyle {\ce {(Fe,Mn)WO4}}}$	12 - 18
	التورمالين		16 - 20

في ستينيات القرن التاسع عشر، بدأ استخدام الفصل المغناطيسي تجاريًا، حيث استُخدم لفصل الحديد عن النحاس الأصفر. ^{[ 3 ]} بعد ثمانينيات القرن التاسع عشر، بدأ فصل المواد المغناطيسية الحديدية مغناطيسيًا. حاول توماس إديسون ، من بين آخرين، تسويق التخصيب المغناطيسي لخامات الحديد الفقيرة، لكنه فشل. في مطلع القرن العشرين، تم تدشين تقنية الفصل المغناطيسي عالي الكثافة، مما أتاح فصل المواد ذات القيمة العملية. ^{[ 3 ]}

بعد الحرب العالمية الثانية ، كانت الأنظمة الأكثر شيوعًا هي المغناطيسات الكهربائية . استُخدمت هذه التقنية في ساحات الخردة. وشهد الفصل المغناطيسي تطورًا جديدًا في أواخر سبعينيات القرن العشرين مع ظهور تقنيات جديدة. ^{[ 2 ]} وشملت الأشكال الجديدة للفصل المغناطيسي البكرات المغناطيسية، والمغناطيسات العلوية، والأسطوانات المغناطيسية.

في المناجم التي كان يُخلط فيها التنجستن مع الكاسيتريت ، مثل منجمي ساوث كروفتي وإيست بول في كورنوال ، أو مع البزموت كما في منجم شيبارد آند مورفي في موينا، تسمانيا ، يُستخدم الفصل المغناطيسي لفصل الخامات. في هذه المناجم، استُخدم جهاز يُسمى فاصل ويثرل المغناطيسي (من اختراع جون برايس ويثرل ، 1844-1906) ^{[ 4 ]} . في هذه الآلة، يُغذى الخام، بعد تكليسه، على سير ناقل يمر أسفل زوجين من المغناطيسات الكهربائية، وتحتهما سيور أخرى متعامدة على سير التغذية. كان الزوج الأول من الكرات ممغنطًا بشكل ضعيف، وكان وظيفته سحب أي خام حديد موجود. أما الزوج الثاني فكان ممغنطًا بقوة، وكان يجذب التنجستن، وهو معدن مغناطيسي ضعيف. ^{[ 4 ]} كانت هذه الآلات قادرة على معالجة 10 أطنان من الخام يوميًا.

يمكن استخدام الفصل المغناطيسي أيضًا في الرافعات الكهرومغناطيسية لفصل المواد المغناطيسية عن الخردة والمواد غير المرغوب فيها. ^{[ 1 ]} وهذا يفسر استخدامه في معدات الشحن وإدارة النفايات . إذ يمكن إزالة المعادن غير المرغوب فيها من البضائع بهذه التقنية، مما يحافظ على نقاء جميع المواد. ^{[ 1 ]} وتستخدم مراكز إعادة التدوير الفصل المغناطيسي بشكل متكرر لفصل المكونات من المواد القابلة لإعادة التدوير، وعزل المعادن، وتنقية الخامات. ^{[ 1 ]} وكانت المغناطيسات العلوية والبكرات المغناطيسية والأسطوانات المغناطيسية من الطرق المستخدمة في صناعة إعادة التدوير. ^{[ 1 ]}

يُعد الفصل المغناطيسي مفيدًا أيضًا في تعدين الحديد لأنه ينجذب إلى المغناطيس . ^{[ 3 ]}

ثمة تطبيق آخر، غير معروف على نطاق واسع ولكنه بالغ الأهمية، وهو استخدام المغناطيس في الصناعات التحويلية لإزالة الملوثات المعدنية من خطوط الإنتاج. ^{[ 1 ]} ويكتسب هذا الأمر أهمية بالغة في صناعات الأغذية والأدوية.

يُستخدم الفصل المغناطيسي أيضاً في الحالات التي تتطلب التحكم في التلوث، وفي المعالجة الكيميائية، وكذلك أثناء معالجة خامات المعادن غير الحديدية منخفضة الجودة. ^{[ 1 ]}

يُستخدم الفصل المغناطيسي أيضًا في الصناعات التالية: الألبان، والحبوب والطحن، والبلاستيك، والأغذية، والكيماويات، والزيوت، والمنسوجات، وغيرها. تُستخدم مغناطيسات N52 في الفصل المغناطيسي لمعالجة الأغذية وإعادة التدوير والتصنيع. ^{[ 5 ]} فهي تُحسّن سلامة الأغذية، وترفع جودة إعادة التدوير، وتحمي المعدات في التصنيع، مما يضمن الكفاءة ومعايير عالية في هذه الصناعات. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

يشهد فصل الخلايا المغناطيسي نموًا متزايدًا، ويُستخدم حاليًا في العلاجات السريرية، وتحديدًا في أبحاث السرطان والأمراض الوراثية . ^{[ 8 ]} وقد شهد فصل الخلايا المغناطيسي نقلة نوعية عندما قام زبوروفسكي، رائد فصل الخلايا المناعي المغناطيسي (IMCS)، بتحليل فصل الخلايا المغناطيسي التجاري. وكشف زبوروفسكي عن اكتشافات بالغة الأهمية استُخدمت آنذاك، ولا تزال تُستخدم حتى اليوم، في فهمنا لبيولوجيا الخلية . ^{[ 8 ]} واليوم، يشهد تصنيع المنتجات العلاجية المتعلقة بالسرطان والأمراض الوراثية تطورًا ملحوظًا بفضل هذه الاكتشافات. ^{[ 8 ]}

تُستخدم تقنيات الفصل المغناطيسي أيضًا في علم الأحياء الدقيقة . في هذه الحالة، تُستخدم جزيئات الربط والأجسام المضادة لعزل كائنات حية محددة، أو أحماض نووية، أو مستضدات. ^{[ 9 ]} تُساعد هذه التقنية في عزل أنواع البكتيريا لتحديد الجينات التي تستهدف كائنات حية معينة وتشخيصها. ^{[ 9 ]} عند دمج تقنيات الفصل المغناطيسي مع تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR )، تزداد حساسية النتائج ودقتها. ^{[ 9 ]}

يُستخدم الفصل المغناطيسي ذو المجال المنخفض غالبًا في سياقات بيئية مثل تنقية المياه وفصل المخاليط المعقدة. ^{[ 10 ]} تدرجات المجال المغناطيسي المنخفضة هي تدرجات مجال أقل من 100 تسلا لكل متر. ^{[ 10 ]} الماغنيتيت أحادي التشتت (${\displaystyle {\ce {Fe3O4}}}$) والبلورات النانوية (${\displaystyle {\ce {NCs}}}$تُستخدم هذه التقنية. ^{[ 10 ]}

تُركّب مرشحات مغناطيسية على أنابيب الغلاية لجمع الماغنيتيت من الماء المتداول قبل أن يتراكم ويقلل من كفاءة نظام التدفئة. يلتقط الماء المتداول في نظام التدفئة جزيئات من الحمأة (أو الماغنيتيت) التي قد تتراكم. يجذب المرشح المغناطيسي هذه الجزيئات بواسطة مغناطيس قوي أثناء تدفق الماء حوله، مما يمنع تراكم الحمأة في الأنابيب أو في الغلاية. ^{[ 11 ]}

يُستخدم الفصل المغناطيسي الضعيف لإنتاج منتجات أنظف غنية بالحديد قابلة لإعادة الاستخدام. ^{[ 12 ]} تتميز هذه المنتجات بانخفاض مستويات الشوائب وارتفاع نسبة الحديد فيها. تُستخدم هذه التقنية كتقنية لإعادة التدوير. ^{[ 12 ]} وهي تُدمج مع غبار خبث صناعة الصلب، بالإضافة إلى اختيار نوع من غربلة حجم الجسيمات. ^{[ 12 ]}

يمكن إثبات ^{[ 13 ]} أن القوة المغناطيسية لكل وحدة حجم على جسيم نفاذ ذي نفاذية نسبية μ_pr تتناسب طرديًا مع التدرج المكاني لمربع كثافة التدفق المغناطيسي. ويمكن استخدام هذه الصيغة في برامج تحليل العناصر المحدودة المغناطيسية لحساب كثافات القوة في مجموعة واسعة من الأمثلة العملية، والحصول على نتائج تتوافق مع ورقة أوبيرتيوفر.