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La ciencia de la separación magnética ha experimentado avances tecnológicos extraordinarios en la última década. Como consecuencia, han evolucionado nuevas aplicaciones y conceptos de diseño en la separación magnética. Esto ha resultado en una amplia variedad de diseños de separadores magnéticos altamente efectivos y eficientes.
En el pasado, un ingeniero de procesos que enfrentaba un proyecto de separación magnética tenía pocas alternativas. La separación magnética era típicamente limitada y solo moderadamente efectiva. Los separadores magnéticos que utilizaban imanes de ferrita permanentes, como los separadores de tipo tambor, generaban relativamente bajas intensidades de campo magnético. Estos separadores funcionaron bien recolectando material ferroso pero no fueron efectivos para partículas paramagnéticas finas. Los separadores magnéticos de alta intensidad que fueron efectivos en la recolección de partículas paramagnéticas finas utilizaron circuitos electromagnéticos. Estos separadores eran máquinas grandes, pesadas y de baja capacidad que normalmente consumían una cantidad desproporcionada de energía y requerían mantenimiento frecuente. Los nuevos desarrollos en la tecnología de separación magnética permanente ahora proporcionan una alternativa eficiente para la separación de materiales paramagnéticos.
Los avances tecnológicos en el campo de la separación magnética son el resultado de varios desarrollos recientes. En primer lugar, y quizás lo más importante, es la capacidad de modelar con precisión los circuitos magnéticos mediante el sofisticado análisis multidimensional de elementos finitos (FEA). Aunque el FEA no es una herramienta nueva, los avances en la velocidad de la computación en la última década han hecho que esta herramienta sea fácilmente accesible para el ingeniero de diseño. En esta técnica, se crea un diseño a escala del circuito magnético y se cuantifican las características magnéticas de los componentes individuales. El modelo FEA se ejecuta para determinar la intensidad del campo magnético y el gradiente. Usando este procedimiento, los cambios en el diseño del circuito magnético se pueden evaluar rápidamente para determinar la configuración óptima del separador.
Esta técnica se puede aplicar tanto al diseño de circuitos permanentes como electromagnéticos. Como consecuencia, cualquier tipo de separador magnético se puede desarrollar (o rediseñar) con un alto nivel de confianza y previsibilidad.
Igualmente importante ha sido el reciente desarrollo de magnetos permanentes de tierras raras. Los avances en materiales de magnetos de tierras raras han revolucionado el campo de la separación magnética. El advenimiento de los magnetos permanentes de tierras raras en la década de 1980 proporcionó un producto de energía magnética en un orden de magnitud mayor que el de los imanes de ferrita convencionales. Los circuitos magnéticos de tierras raras comúnmente exhiben una fuerza de atracción magnética de 20 a 30 veces mayor que la de los imanes de ferrita convencionales. Este desarrollo ha aportado al diseño de circuitos magnéticos de alta intensidad que operan sin energía y superan la fuerza y la eficacia de los electroimanes.
Finalmente, los materiales de construcción utilizados en la fabricación de separadores magnéticos han avanzado hasta un punto que prolonga significativamente la vida útil y disminuye el mantenimiento. Los materiales avanzados, como compuestos de fibra, kevlar, poliéster de peso molecular ultra alto y aleaciones de acero especiales ahora se usan comúnmente en las áreas de contacto del separador. Estos materiales son livianos, resistentes a la abrasión y comparativamente económicos, lo que resulta en importantes ventajas de diseño en comparación con los materiales de construcción anteriores.
La evolución de los magnetos de tierras raras permanentes de alta resistencia ha llevado al desarrollo de separadores de alta intensidad que operan prácticamente sin energía. El uso de separadores magnéticos de tierras raras para el beneficio de minerales industriales se ha convertido en el estándar de la industria con literalmente cientos de separadores colocados en los últimos años. Las siguientes secciones presentan una descripción general de los separadores magnéticos permanentes más utilizados: tambores de tierras raras y separadores tipo rodillo de tierras raras.
TIPOS DE SEPARADORES MAGNETICOS DE TIERRAS-RARAS
Hay tres tipos distintos de separadores magnéticos que utilizan magnetos de tierras raras, adicionalmente a las trampas magnéticas simples en forma de barras y parrillas:
1. Los separadores de rodillo, ver la Figura 2, generalmente con una correa envolvente, soportada por un rodillo loco.
2. Separadores de tambor para procesamiento seco y húmedo, ver Figuras 3-6, esencialmente similares a los conocidos separadores de tambor de baja intensidad que utilizan imanes de ferrita.
3. Separadores tipo matriz, como la rueda vertical de espesor corto.
Hay al menos catorce fabricantes de los separadores de rodillo. La mayoría de las diferentes marcas se basan en el concepto de diseño original de Permroll originado por este autor. Varias mejoras se han centrado principalmente en los métodos de seguimiento de la correa. Las nuevas configuraciones de rodillo magnético y la optimización de diseños de rodillo son innovaciones relativamente recientes. Los esfuerzos de optimización adicionales están en progreso.
En el último recuento, siete fabricantes tienen separadores de tambor disponibles en el mercado, la mayoría basados en circuitos magnéticos derivados del uso de un magneto de ferrita convencional. Se han desarrollado dos diseños únicos con uno que claramente ofrece ventajas sobre las configuraciones más antiguas.
Los elementos de tierras raras tienen algunas propiedades únicas que se utilizan en muchas aplicaciones comunes, como pantallas de TV y encendedores. En la década de 1970, las tierras raras comenzaron a utilizarse en una nueva generación de materiales magnéticos, que tienen características únicas. No solo eran más fuertes en el sentido de fuerza de atracción entre un magneto y el acero dulce (alta inducción, B), la coercitividad (Hc) es también extremadamente alta. Esta propiedad hace que la magnetización del cuerpo del magneto compuesta de una aleación de elementos de tierras raras sea muy estable, es decir, no se pueda desmagnetizar fácilmente.
Era un hecho bien conocido que los magnetos permanentes colocados en ambos lados de un cuerpo plano de acero pueden magnetizar el acero a un nivel alto, si los polos del imán fueran iguales en cada lado, es decir, los imanes se repelerían entre sí. Sin embargo, en el pasado, se necesitaban grandes volúmenes de imán para lograr una magnetización sustancial. Con los nuevos y potentes magnetos, el volumen del magneto podría ser relativamente pequeño para generar una alta magnetización de acero. En 1981, este autor determinó el tamaño óptimo del anillo para los imanes de samario-cobalto. La magnetización máxima del acero (cerca de la saturación) podría obtenerse si los anillos se juntaran para hacer un rodillo usando una proporción de 4: 1 de espesor de magneto a acero, vea la Figura 1. Debido a que las partículas magnetizadas son atraídas por la superficie magnetizada de acero en la periferia del rollo, esto significa que el 20% de la superficie expuesta del rodillo recogería dicho material. Esta área de recolección es un orden de magnitud mayor que la que se podría lograr con los magnetos de la técnica anterior, por lo que el rodillo magnético es útil para la separación de minerales.
Aunque se calculó que uno de los primeros rodillos magnéticos de tierras raras tenía una magnetización de aproximadamente 14,000 gauss, se encontró en pruebas comparativas con separadores de rodillos inducidos electromagnéticamente (IMR) operando en 21,000 gauss, que se obtenía un rendimiento similar en el procesamiento de partículas finas. (más pequeño que 1 mm). Al procesar partículas más gruesas, se estableció un rendimiento mejorado (por ejemplo, menos contaminantes magnéticos débiles que permanecen en el producto mejorado y menos etapas de separación para lograr una alta calidad). La mejora resulta porque la fuerza magnética que actúa sobre las partículas es alta, debido a un alto gradiente de “flux”. Un separador de rodillo magnético electromagnéticamente inducido tiene un espaciamiento libre, que se debe aumentar para acomodar el procesamiento de partículas más grandes. El separador magnético del rodillo magnético de tierras raras (REMR) no tiene tal espaciamiento libre. En consecuencia, la fuerza magnética no disminuye en la manera que con una IMR configurada con un espaciamiento libre grande.