Определение магнитных характеристик частиц ферропримесей сельхозпродукции как определяющий фактор для ее эффективной магнитной сепарации

Введение: Вопрос определения магнитных характеристик частиц малых размеров остается проблемным, а потому может сдерживать решение научных и научно-прикладных задач (в числе важнейших из них – удаление ферропримесей из сельхозпродукции) и требует отдельного рассмотрения, в том числе с привлечением оригинальных подходов и идей.

Цель: На примере ферропримесей, выделенных при производстве измельченного чайного листа и сахара, дать описание метода разреженного образца (разреженного порошка феррочастиц) для получения данных магнитной восприимчивости сначала образца (образцов), а затем – отдельных частиц. Сравнить характеристики этих частиц и частиц магнетита.

Материалы и методы: Получены экспериментальные зависимости магнитной восприимчивости дисперсных образцов от объемной доли магнитоактивных частиц, выделенных из измельченного чайного листа и сахара-песка (а также частиц магнетита - для сравнения). Образцы формировались путём разрежения исходного порошка (содержащего только магнитоактивные частицы) добавлением немагнитного наполнителя, при фиксированной напряженности магнитного поля H = 45 кА/м.

Результаты: В ходе проведенного эксперимента были получены количественные зависимости магнитной восприимчивости дисперсных образцов от объемной доли феррочастиц, извлеченных из измельченного чайного листа и сахара-песка; в качестве эталона дополнительно исследовались частицы магнетита. Для всех образцов была зафиксирована область линейной зависимости в начальном диапазоне концентраций, что позволило интерпретировать соответствующие участки как информативные относительно магнитной восприимчивости отдельных частиц.

Выводы: Полученные значения магнитной восприимчивости частиц ферропримесей, извлеченных из чая, сахара и магнетита, существенно различаются, что указывает на неоднородность их магнитных свойств. Эти различия обеспечивают основание для целенаправленного подбора параметров магнитной сепарации в зависимости от характеристик конкретной среды, тем самым повышая эффективность удаления ферропримесей из пищевых и иных дисперсных систем.

1. Говор Г.А., Вечер А.К., & Янушкевич К.И. (2017). Особенности магнитных характеристик новых композиционных материалов на основе порошков железа. Глава 15. Перспективные материалы и технологии (том 2, с. 278-299). Витебск: Витебский государственный технологический университет.

2. Диканский, Ю. И., Дроздов, А. С., Дорожко, Д. С., Бабкин А. И., & Ли Е. С. (2024). Исследование электрофореза в магнитных коллоидах магнитными методами. XXI Всероссийская с международным участием Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям (с. 30-32). Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина.

3. Диканский, Ю. И., Гладких, Д. В., & Дорожко, Д. С. (2024). Влияние электрического и магнитного полей на магнитную восприимчивость магнитного коллоида, содержащего намагниченные агрегаты. XXI Всероссийская с международным участием Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям (с. 85-88). Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина.

4. Диканский, Ю. И., Испирян, А. Г., Арефьев, И. М., &Куникин, С. А. (2020). Особенности зависимостей намагниченности насыщения и магнитной восприимчивости магнитного коллоида на основе ундекана от концентрации. 19-я международная Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям (с. 139-142). Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И.Ленина.

5. Живулько, А. М., Янушкевич, К. И., Даниленко, Е. Г., Зеленов, Ф. В., & Бандурина, О. Н. (2022). Магнитные свойства твердых растворов Mn1-xGdxSe. Сибирский аэрокосмический журнал, 23(4), 748–755. https://doi.org/10.31772/2712-8970-2022-23-4-748-755.

6. Леднев, И. С., & Ходакова, Е. А. (2024). Расчет режимов намагничивания деталей авиационной техники. Журнал "Труды ВИАМ", 9(139), 83–92 https://doi.org/10.18577/2307-6046-2024-0-9-83-92

7. Мусатов, В. И., Федулов, Ф. А., Савельев, Д. В., Болотина Е. В., & Фетисов Л.Ю. (2023). Нелинейный магнитоэлектрический эффект в кольцевой композитной гетероструктуре. Russian Technological Journal, 11(5), 63-70. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2023-11-5-63-70

8. Пучков, П. В., Топоров, А. В., Палин, Д. Ю. (2022). Исследование влияния плотности упаковки частиц наполнителя магнитного эластомерного материала на характеристики магнитного поля в области трения при использовании магнитной жидкости в качестве смазки. Пожарная и аварийная безопасность, 2(25), 14-20.

9. Сандомирский, С. Г. (2022). Расчет кривой Столетова конструкционных сталей по параметрам предельной петли магнитного гистерезиса. Электричество, (1), 18-23. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-1-18-23

10. Хачатуров, А. А., Потапов, Е. Э., Резниченко, С. В., Ковалева, А. Н. (2020). Влияние железорудного концентрата (магнетита) на кинетику вулканизации резиновых смесей на основе бутадиен-стирольного каучука в присутствии различных ускорителей. Тонкие химические технологии, 15(5), 46-53.

11. Baskar, D., Adler, S. B. (2007). High temperature Faraday balance for in situ measurement of magnetization in transition metal oxides. Review of Scientific Instruments, 78, 023908. https://doi.org/10.1063/1.2432476

12. Bjørk, R., Zhou, Z. (2019). The demagnetization factor for randomly packed spheroidal particles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 476, 417–422. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.01.005

13. Сhen, D. X., Pardo, E., Zhu, Y.-H., Xiang, L.-X., Ding, J.-Q. (2018). Demagnetizing correction in fluxmetric measurements of magnetization curves and hysteresis loops of ferromagnetic cylinders. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 449, 447–454. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.10.069

14. Dikansky, Yu. I., Gladkikh, D. V., Dorozhko, D. S., Kurnev, A. V. (2024). Features of Magnetic Susceptibility of a Ferrofluid with a Non-Magnetic Filler. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 88(10), 1513-1517. https://doi.org/ 10.1134/S1062873824707852.

15. Lopez-Dominguez, V., Quesada, A., Guzmán-Mínguez, J.C., Moreno, L., Lere, M., Spottorno, J., Giacomone, F., Fernández, J. F., Hernando, A., & García, M.A. (2018). A simple vibrating sample magnetometer for macroscopic samples. Review of Scientific Instruments, 89(3), 034707. https://doi.org/10.1063/1.5017708

16. Maciaszek, R., Kollár, P., Birčáková, Z., Tkáč, M., Füzer, J., Olekšáková, D., Volavka, D., Samuely, T., Kováč, J., Bureš, R., Fáberová, M. (2024). Effects of particle surface modification on magnetic behavior of soft magnetic Fe@SiO2 composites and Fe compacts. Journal of Material Science, 59, 11781–11798. https://doi.org/10.1007/s10853-024-09881-1

17. Mosleh, N., Insinga, A. R., Bahl, C. R. H., Bjørk, R. (2024). The magnetic properties of packings of cylinders. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 607, 172391. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172391

18. Putri, S., Harun, А., Sulaiman, F. (2022). Preparation of solenoid probe for Eddy Current Testing technique probe. Journal of Physics: Conference Series, 2314, 012018.

19. Riminucci, A., Uhlarz, M., R. De Santis, Herrmannsdörfer, T. (2017). Analytical balance-based Faraday magnetometer. Journal of Applied Physics, 121, 094701. https://doi.org/10.1063/1.4977719

20. Schäfer, K., Braun, T., Riegg, S., Musekamp, J., Gutfleisch, O. (2023). Polymer-bonded magnets produced by laser powder bed fusion: Influence of powder morphology, filler fraction and energy input on the magnetic and mechanical properties. Materials Research Bulletin, 158, 112051. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.00696

21. Thirumurugan, A., Ramadoss, A., Dhanabalan, S., et al. (2022). MXene/Ferrite Magnetic Nanocomposites for Electrochemical Supercapacitor Applications. Micromachine, 13(10), 1792. https://doi.org/10.3390/mi13101792.

22. McFarlane, J., Weber, C., Wiechert, A., Yiacoumi, S., Tsouris, C. (2024). High-gradient magnetic separation of colloidal uranium oxide particles from soil components in aqueous suspensions. Colloids and Surfaces C: Environmental Aspects, 2, 100023. https://doi.org/10.1016/j.colsuc.2023.100023

23. Sandulyak, A. V., Sandulyak, D. A., Ershova, V. A., Sandulyak, A. A., Polismakova, M. N. (2019). A ferroparticle in a magnetizable disperse medium made up of particles of a like nature: Specific aspects of susceptibility determination. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 488, 1653651 https://doi.org/ 10.1016/j.jmmm.2019.165365

24. Sandulyak, D. А., Sandulyak, А. А., Кiselev, D. О., Sandulyak, А. V., Polismakova, М. N., Kononov, M. A., Ershova, V. А. (2017). Determining the magnetic susceptibility of ferroparticles from the susceptibility of their dispersive samples. Measurement Techniques, 60(9), 928-933. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1295-z

25. Sandulyak, A. A., Polismakova, M. N., Sandulyak, D. A., Sandulyak, A. V., Repetunov, R. A., Kurmysheva, A. Yu., Makhiboroda, M. A. (2022). Magnetic Susceptibility of Powders and Magnetic particles (Modified Inclusions of Iron Oxides) Carbon Sorbents. Applied Mechanics and Materials, 908, 103-111. https://doi.org/10.4028/p-w721c4

26. Sokolovskiy, V. V., Buchelnikov V. D., Cong D. (2024). Magnetic and structural properties of all-d metal Mn-Ni-Ti Heusler alloys. Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematics. Mechanics. Physics, 16(2), 78-85. https://doi.org/10.14529/mmph240208