Применение редкоземельных магнитов для извлечения магнитных примесей из минеральных премиксов

На зерноперерабатывающих предприятиях, в пищевой и комбикормовой промышленности широко используется процесс магнитной сепарации для производства безопасной готовой продукции, защиты технологического оборудования от поломок, предохранения от пожаров и взрывов пыли.

Процесс магнитной сепарации реализуется в электромагнитных и магнитных сепараторах, установленных в технологической схеме зерноперерабатывающего предприятия и выполняющих в совокупности функцию магнитной защиты.

В общем количестве средств магнитной защиты на комбикормовых, пищевых предприятиях подавляющее большинство составляют сепараторы с постоянными магнитами. Магнитные сепараторы для сухой магнитной сепарации одинаково применяются на комбикормовых, мукомольных, крупяных предприятиях, например, для очистки зерна.

Вместе с тем есть существенные отличия в определении магнитных примесей и допустимых нормах содержания. В комбикормовой отрасли к металломагнитной примеси относят металлические частицы, содержащиеся в комбикормовой продукции, способные притягиваться к магниту [1]. В пищевой промышленности [2] в состав металломагнитной примеси включены дополнительно минералы, шлаки, окалина и т. п. вещества, обладающие магнитными свойствами. Предельно-допустимое содержание таких примесей в готовой продукции в комбикормовой отрасли 8-30 мг/кг, в пищевой – 3 мг/кг [2, 3].

На комбикормовые предприятия основной объем магнитных примесей поступает в составе сырья – компонентов комбикормов [4]. Данные прошлых лет по засоренности комбикормового сырья магнитными примесями (выборки сделаны на десятках комбикормовых предприятий) показали, что без магнитной защиты содержание магнитных примесей, например, в рецептах для молодняка животных может достичь 370-380 мг/кг. Следовательно, при выработке комбикорма для обеспечения безопасности готовой продукции требуется уменьшить в нем содержание примесей в 46-47 раз. Современных данных, т.е. последнего десятилетия, по засоренности сырья магнитными примесями крайне мало [5, 6]. Индикаторы существования проблемы – публикации Госконтроля качества комбикормов, содержащие информацию о большом объеме готовой продукции, забракованной по завышенному показателю содержания магнитных примесей.

Неблагоприятной новой тенденцией является наблюдаемый скачкообразный рост засоренности магнитными примесями премиксов. В последнее десятилетие неоднократно устанавливались факты появления на российском рынке комбикормового сырья премиксов с высоким содержанием магнитной примеси. Характерны данные протокола № 105а от 25.03.2008 г. испытаний премикса минерального, полученные в испытательной лаборатории АНО НТЦ «Комбикорм». В табл. 1 в первой строке приведен перечень полезных микроэлементов, входящих в состав минерального премикса, определенный на атомноадсорбционном спектрофотометре марки С-115-М1, по ГОСТ Р 51637-2000.

В соответствии с гостом из пробы минерального премикса, предназначенного для испытания, предварительно извлекли по ГОСТ Р 53011-2008 металломагнитную примесь, содержание которой в пробе весом 1 кг составляло 5553,4 мг, что в 55 раз больше нормы.

В третьем столбце табл. 1 приведено содержание микроэлементов выделенной металломагнитной примеси. Доля железа составила 74,4 % от массы извлеченной металломагнитной примеси.

Т а б л и ц а 1 Содержание микроэлементов в минеральном премиксе и металломагнитной примеси, извлеченной из него

Наименование мик-роэлемен-тов, мг/кг	Исходный премикс	Премикс, очищенный от металломагнитной примеси	Металло-магнитная примесь
Марганец	126050	129750	68560
Железо	146740	126960	413250
Медь	11380	12200	1250
Цинк	175870	172700	69380
Кобальт	509	550	296

Выделенная примесь представляет собой смесь частиц темно-коричневого цвета размером 30-100 мкн с включением рыхлых зерен размером 2-3 мм. По агрегатному состоянию примесь представляет собой порошок из частиц, относящихся к группам сильно- и слабомагнитных минералов. По внешнему виду и агрегатному состоянию выделенная примесь не соответствует определению «металломагнитная примесь» [1]. Очевидно, что при вводе такого премикса в рецепт комбикорма реальной является потеря до 0,55 % массы премикса на магнитном сепараторе при контроле готовой продукции с соответствующим нарушением баланса микроэлементов.

Кроме премиксов, минеральные магнитные примеси, как правило, содержит пшеница, собранная с полей Восточной Сибири, из Казахстана.

Для реализации процесса магнитной сепарации необходимы данные об удельной магнитной восприимчивости примесей. В табл. 2 приведены значения удельной магнитной восприимчивости некоторых минералов [9]. В массе примесей из магнитных минералов присутствуют агрегаты, конгломераты, флокулы из мелких частиц. Флокула, состоящая из сильномагнитной частицы и притянутых к ней слабомагнитных частиц, имеет магнитную восприимчивость в 10-100 раз меньше, чем у сильномагнитной частицы. Значительную долю слабомагнитных примесей в сырье и готовой продукции комбикормового производства составляют оксиды и гидроксиды железа минерального и искусственного происхождения.

Сильномагнитные примеси, включающие различные марки сталей, руды, шлаки, извлекают в магнитных сепараторах со «слабым» магнитным полем напряженностью до 120 кА/м, слабомагнитные премиксы извлекаются в полях напряженностью порядка 1000 кА /м и более.

Т а б л и ц а 2 Удельная магнитная восприимчивость некоторых минералов

Минералы	Химическая формула	Удельная магнитная восприимчивость, 10 -7м3/кг
Сильномагнитные
Магнетит	Fe 3 O 4 ; (FeO·Fe2O3)	6300-12000
Маггемит	γ - Fe 2 O 3	5000-6000
Титаномагне-тит	Fe(Fe3+, Ti) 2 O 4	3000-4000
Пирротин	Fe 1-x S(x=0÷0,2)	63-570
Мартит	Fe 2 O 3	70-90
Слабомагнитные
Гематит	Fe 2 O 3	20-30
Лимонит	Fe 2 O 3 ·nH 2 O	2-3
Сидерит	FеСО 3	6-7
Манганит	MnO 2 ·Mg(OH) 2	До 6,3
Пиролюзит	MnO 2	До 4
Вольфрамит	(Fe, Mg)WO 4	8-12

Магнитные системы сепараторов со «слабым полем» собирают из ферритовых магнитов, которые относительно дешевы и доступны. ВНИИКП с 90-х годов ХХ в произвел более 5 000 магнитных сепараторов с магнитами из феррита бария, стронция и др., что способствовало преодолению проблемы извлечения сильномагнитных примесей из сырья и готовой продукции в отраслях зерноперера-ботки.

Для извлечения слабомагнитных минералов применяют магниты на основе редкоземельных элементов Nd-Fe-B, Sm-Co. Сравнительная характеристика напряженности магнитного поля трех упомянутых разновидностей магнитов размером 100×50×25,4 мм приведена на рисунке. Напряженность магнитного поля у редкоземельных магнитов в 3-4 раза больше, чем у ферритовых, а магнитная сила магнитных систем в 5-10 раз выше. Магниты из Nd-Fe-B, как более дешевые, применяют для извлечения слабомагнитных примесей на зерноперерабатывающих предприятиях в комбикормовой и пищевой промышленности.

г, мм

Fe-Ba         Sm-Co

Nd-Fe-B

Рисунок. Зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до поверхности магнитов вдоль оси намагниченности

Магнитная индукция магнитов зависит от процентного соотношения редкоземельных элементов в магните. Существуют десятки марок магнитов, отличающихся температурными коэффициентами, коррозийными свойствами, точками Кюри, коэффициентами возврата, электрическими сопротивлениями и плотностью.

При выборе высокоэнергетических магнитов чаще всего применяют магниты из Nd-Fe-B, что связано, прежде всего, с тем, что эти магниты в 2,5-5 раз дешевле, чем магниты Sm-Co. Однако при специальных условиях эксплуатации: высоких температурах и в средах, способствующих возникновению коррозии, применяют Sm-Co магниты.

Таким образом, сопоставление удельной магнитной восприимчивости слабомагнитных примесей на примере минерального премикса и пределов роста силовой характеристики магнитных систем из редкоземельных магнитов показывает сложность реализации процесса магнитной сепарации слабомагнитных примесей.