Магнитные материалы делятся на ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Первые очень чувствительны к магнитному полю и могут намагничиваться спонтанно и даже в его отсутствие. Парамагнетики имеют невысокую восприимчивость — слабо намагничиваются во внешнем поле. Третьи вовсе ослабляют внешнее поле.
В земной коре магнитные минералы находятся в виде микровключений размером до 100 мкм. Выделить их бывает достаточно сложно. Проблема в том, что большинство магнитных минералов, добываемых в промышленных масштабах, — парамагнетики, их восприимчивость к магнитному полю мала, а потому выделить их с использованием внешнего магнитного поля бывает просто невозможно. Другая проблема заключается в том, что крошечные частицы магнитных минералов могут объединяться в более крупные включения и магнитной силы сепаратора уже может быть недостаточно для их выделения.
Один из методов борьбы с этим явлением — «мокрая» сепарация, когда к руде уже при измельчении добавляют воду, которая препятствует агрегированию частиц. Однако для использования такого метода необходимо большое количество воды, а последующее высушивание готовых минеральных составов очень энергозатратно.
«Методы сухой магнитной сепарации в этом плане гораздо лучше. Например, можно комбинировать магнитное разделение и вибрирующий питатель, который не только равномерно загрузит материал в сепаратор, но и переведет его в так называемое "виброожиженное" состояние и будет его в нем поддерживать», — рассказывает руководитель проекта, академик РАН, генеральный директор научно-производственной корпорации «Механобр-техника» Леонид Вайсберг.
С помощью этой технологии можно предотвратить агрегацию частиц материала, не используя воду. Состояние, в которое при этом переходит материал, называется «сыпучим» или «гранулярным газом». Но до сих пор ученые не смогли адекватно описать это состояние с помощью численных методов.
Приблизиться к этому удалось ученым научно-производственной корпорации «Механобр-техника». Они смоделировали условия вибрирующего сыпучего слоя и описали движение парамагнитных частиц в такой среде немагнитных веществ с помощью системы уравнений. В ходе работы ученые использовали гипотезу молекулярного хаоса, когда принимается, что нет взаимосвязи между состояниями сталкивающихся частиц.
«Гранулярный газ» также описывается гидродинамическими моделями. С их учетом предполагается, что сыпучая среда состоит из неэластичных гладких шариков одинакового размера. Если частицу поместить в такую среду, то на нее в каждый момент времени будут случайным образом влиять компоненты силовых полей. Движение этой частицы подчиняется стохастическому дифференциальному уравнению. Исследуя эту возможность, ученые ввели уравнения для описания действия магнитного поля. Решение получившейся системы дает качественную оценку процесса сепарации парамагнитных частиц. С их помощью можно вычислить значение магнитной восприимчивости для различных веществ в сыпучих средах, что позволит рассчитать эффективность выделения различных минералов из руды.
