Separacion Magnética de minerales

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SEPARACION MAGNÉTICA 
 
La separación magnética es una separación física de partículas basada en la 
competencia de fuerzas magnética, gravitatoriaÉ centrífuga, de fricción, de 
inercia, y de atracción o repulsión entre partículas (electrostática, cohesión 
por humedad u otras). Dicha competencia provoca un movimiento 
selectivo de las partículas magnetizadas permitiendo así su separación 
respecto del resto de las partículas alimentadas al separador. En la solución 
de un dado problema de separación magnética debe considerarse entonces, 
como en todo problema de concentración: la selección del separador 
adecuado (sistema de fuerzas interactuante) y la determinación de sus 
condiciones de operación óptimas (variables de operación del separador). 
 
El empleo de la separación magnética responde a alguno de los siguientes 
objetivos tecnológicos: 
a) Concentración de minerales para mejorar los índices metalúrgicos. 
b) Purificación de materiales (por disminución del contenido de 
impurezas magnetizables) destinados a la industria cerámica, del 
vidrio, química, farmacéutica, etc. 
c) Recuperación de ferromagnéticos a partir de residuos sólidos urbanos 
e industriales para su reaprovechamiento. 
d) Depuración de efluentes urbanos e industriales por motivos 
ecológicos. 
e) Eliminación de ferromagnéticos con fines de protección de máquinas o 
por requerimiento o exigencia industrial. 
 
 
Fuerzas actuantes 
 
Para intensificar la diferencia en la dirección del movimiento entre las 
partículas magnetizadas y las que no lo están, se recurre a la acción de 
otras fuerzas que actúan en competencia con la fuerza magnética. Ellas 
pueden generarse mediante un diseño adecuado del separador (fuerzas 
centrífuga, de inercia, de arrastre) o estar espontáneamente presentes en la 
zona de separación (fuerzas gravitatoria, de empuje u otras). La Tabla 1 da 
una expresión simplificada de las principales fuerzas compitentes. 
 
ENZO CORTE
Resaltar
Tabla 1: Fuerzas interactuantes en un separador magnético. 
 
Tipo de fuerza Expresión Observaciones 
Magnética Fm= o V I grad H 
 =  V H grad Bo 
Partícula homogénea e isótropa 
(I // H), para ó diamagnética. 
Gravitatoria Fg = s V g 
Centrífuga Fc = s V 
2
R 
2
R= ac= Aceleración centrífuga 
Empuje Fe =  V g Fe<<Fg en separaciones vía seca 
Arrastre Fa = 3   Dp u Zona laminar (Stokes): Rep<2 
Nomenclatura, unidades (SI): 
F = Fuerza, N. 
V = Volumen de partícula, m
3
. 
s = Densidad del sólido, kg m
-3
. 
 = Densidad del medio, kg m
-3
. 
 = Viscosidad del medio, kg cm
-1
 s
-1
. 
o= 4  10
-7
 = Permeabilidad magnética del vacío, H m
-1
. 
 = Susceptibilidad magnética volumétrica de partícula, adim. 
H = Intensidad de campo magnético, A m
-1
. 
Bo= o H= Inducción magnética, T. (T= weber m
-2
 =N A
-1
m
-1
). 
I =  H = Intensidad de magnetización de la partícula, A m
-1
. 
g = Aceleración de la gravedad, m s
-2
. 
 = 2  N / 60 = Velocidad angular, rad s
-1
. N(rpm)=Vueltas por minuto 
R = Radio de giro, m. 
u = Velocidad lineal de la partícula respecto del fluido, m s
-1
. 
Rep = s u Dp /  = N° Reynolds de partícula, adim. 
 
 
Propiedad magnética de los minerales 
 
Un campo magnético modifica el movimiento orbital y el spin de los 
electrones generando dipolos magnéticos de dimensión atómica. Ellos 
tendrán un cierto grado de alineación con el campo impuesto, 
caracterizable por el momento magnético (M) por unidad de volumen, 
magnitud conocida como intensidad de magnetización (I) ó simplemente, 
magnetización. Su valor local es: 
 
I = dM / dV (1) 
 
Dentro de una partícula magnetizada coexistirán entonces el campo 
magnético inicial (campo externo, de excitación) y el generado por la 
magnetización inducida. El campo dentro de la partícula es conocido como 
inducción (B) y vale: 
 
B = o (H + I) (2) 
 
Una manera simple de relacionar la magnetización I adquirida por la 
partícula con el campo magnético de excitación H es a través de la 
susceptibilidad magnética volumétrica () según la ecuación: 
I =  H (3) 
 
Esta ecuación implica suponer que: 
. I y H tienen igual dirección. El sentido depende del signo de  
.  es constante en toda la partícula (el material es isótropo). 
. I = 0 cuando H = 0; por ello, no hay magnetización espontánea. 
Con estas simplificaciones la ecuación (2) queda: 
 
 B = o (1+) H =  H (4) 
 
donde:  = o (1+) es la permeabilidad magnética, H m
-1
. 
 
Frecuentemente son empleados otros dos parámetros que cuantifican el 
comportamiento magnético de la materia. Ellos son: 
e =  / s = Susceptibilidad magnética específica, m
3
 kg
-1
 
r =  / o = Permeabilidad magnética relativa, adim. 
 
Al margen de la rigurosidad que desde el punto de vista físico impone la 
ecuación (3), es común en la bibliografía clasificar los materiales (y los 
minerales) según el valor y la forma de variación de estos parámetros con 
la temperatura y con el campo magnético impuesto (ver Figura 1). Así, los 
materiales se subdividen en: 
a) No magnéticos: I = 0,  = constante = 0  H. 
b) Diamagnéticos: I < 0,  = constante < 0  H. 
c) Paramagnéticos: I > 0,  = constante > 0  H. 
d) Ferrimagnéticos: I > 0,   constante,  > 0 
e) Ferromagnéticos: I >> 0   constante,  > 0 
La susceptibilidad magnética volumétrica () es la pendiente de la curva 
de magnetización (I versus H) del material. 
 
 Figura 1: Comportamiento magnético de la materia en función 
 del campo magnético impuesto. 
 
 
Se ha visto (Tabla 1) que las variables que influyen sobre la fuerza 
magnética actuante sobre una partícula son: 
 el campo magnético (H) y su gradiente: que dependen del equipo y de 
las condiciones de operación empleadas 
 la partícula: a través de su tamaño (V) y susceptibilidad magnética (). 
 
La susceptibilidad magnética de los minerales se ve fuertemente 
influenciada por la presencia de impurezas ocluidas que no pueden 
eliminarse totalmente por los métodos tradicionales de separación por 
métodos físicos. Este efecto es más notorio para valores muy bajos de 
susceptibilidad, particularmente en los minerales para y diamagnéticos. 
Por esta razón, son frecuentes las discrepancias entre los valores de 
susceptibilidad magnética de un mismo mineral, pero de distinta 
procedencia. 
 
Desde el punto de vista práctico, es conveniente clasificar los minerales 
teniendo en cuenta tanto el valor de su susceptibilidad magnética como el 
campo magnético necesario para separarlo. 
 
Así, es posible definir cuatro grupos de minerales: 
a) Fuertemente magnéticos: son los minerales ferromagnéticos, con 
e > 5x10
-5
 m
3
 kg
-1
, separables con inducción magnética Bo < 0,2 T. 
I 
H 
Ferromagnéticos:  = (H) >> 1 
Diamagnéticos:  < 1 
Ferrimagnéticos:  = (H) > 1 
Paramagnéticos:  > 1 
No magnéticos:  = 0 
Saturación 
b) Medianamente magnéticos: con valor de susceptibilidad magnética 
comprendido entre 0,5x10
-5
 y 5x10
-5
 m
3
 kg
-1
 y que pueden separarse 
con inducciones entre 0,3 y 0,6 T. 
c) Débilmente magnéticos: incluyen los minerales ferri y paramagnéticos, 
con susceptibilidad magnética comprendida entre 0,02x10
-5
 a 0,5x10
-5
 
m
3
 kg
-1
, recuperables con separadores de alta intensidad de campo 
magnético (Bo> 1T) 
d) No magnéticos: son aquellos minerales que no pueden separarse con 
los separadores actuales. Incluyen los minerales paramagnéticos muy 
débiles (e < 0,02x10
-5
 m
3
 kg
-1
) y los diamagnéticos (e < 0). 
 
La Tabla 2 muestra la clasificación de los minerales más comunes en 
función de su valor de susceptibilidad magnética. 
Sustancias de referencia: CuSO4.5H2O = 0,074 10
-6
 
NiSO4.7H2O = 0,201 10
-6 
FeSO4.7H2O = 0,520 10
-6
 
 
Generación del campo magnético 
 
Existen dos formas de generar un campo magnético: mediante imanespermanentes ó mediante electroimanes. 
 
a) Mediante imanes permanentes: se fabrican con aleaciones o con 
sinterizados de materiales magnéticamente “duros”, de elevado 
magnetismo remanente y alto valor de fuerza coercitiva. 
 
b) Mediante electroimanes: el campo magnético es generado por una 
bobina de N vueltas por la que circula una corriente eléctrica de i amper. 
La bobina puede estar enrollada sobre un núcleo de hierro de material 
magnéticamente “blando” (que actúa como conductor del flujo magnético) 
o bien sobre la zona de separación del separador (solenoide). 
Invariablemente existen en el circuito magnético una zona de hierro (h) y 
otra de espacio de aire (a), donde se ubica la zona de separación. Si no hay 
campo disperso, el flujo magnético total resulta: 
 
 = Bh Sh = Ba Sa (5) 
 
donde: 
 = flujo magnético total, Wb 
B = inducción magnética, T 
S = superficie atravesada por el flujo, m
2
 
ENZO CORTE
Resaltar
Tabla 2: Susceptibilidad magnética específica (e) de algunos minerales, 
 a temperatura ambiente. 
 
Tipo Mineral Fórmula e 
 m
3
 kg
-1 
x 10
6 
p.e. 
g cm
-3 
D
ia
m
ag
n
ét
ic
o
s 

e 
<
 0
 
Calcita 
Fluorita 
Magnesita 
Esfalerita artificial 
Cuarzo 
Casiterita artificial 
Apatita 
CaCO3 
CaF2 
MgCO3 
ZnS 
SiO2 
SnO2 
Ca5[PO4]3 (F,Cl) 
-0,0452 
-0,0079 
-0,0064 
-0,0063 
-0,0057 
-0,0033 
-0,00327 
2,7 
3,0-3,3 
3,1 
 
2,6 
6,8-7,1 
3,2 
N
o
 m
ag
n
ét
ic
o
s 
 

e 
<
 0
,1
0
 x
 1
0
-6
 
Pirita 
Anatase 
Estannita 
Dolomita 
Rutilo 
Esfalerita 
Bornita 
Hidroboracita 
Tincal 
Ulexita 
FeS2 
TiO2 
Cu2FeSnS4 
CaMg(CO3)2 
TiO2 
ZnS 
Cu5FeS4 
0,001 – 0,005 
0,00327 
0,009 
0,0151 
0,012 – 0,050 
0,040 – 0,100 
0,009 – 0,160 
5,0 
 
4,5 
2,8-2,9 
4,2 
3,9-4,1 
4,9-5,4 
 
1,7 
D
éb
il
m
en
te
 m
ag
n
ét
ic
o
s 
0
,1
0
 1
0
-9
 
 
e 

 5
,0
 1
0
-6
 
Asbestos 
Pirolusita 
Goetita 
Limonita 
Manganosita 
Hausmanita 
Ilmenita 
Wolframita 
Siderita 
Calcopirita 
Casiterita 
Hematita 
Mg3[Si2O5](OH)4 
 MnO2 
 FeOOH 
Fe2O3.H2O 
MnO 
Mn3O4 
(Fe,Mg,Mn)TiO3 
(MnFe)WO4 
FeCO3 
CuFeS2 
SnO2 
Fe2O3 
0,1558 
0,340 
0,250 – 0,600 
0,250 – 0,760 
0,850 
0,50 – 7,80 
0,20 – 1,50 
0,38 – 1,20 
0,38 – 1,50 
1,60 
2,14 
0,50 – 3,80 
 
4,8 
 
3,6-4,4 
 
4,7 
4,5-5,0 
7,2-7,5 
3,9 
 
6,8-7,1 
4,9-5,3 
M
ag
n
ét
ic
o
s 

e 
>
 5
 1
0
-6
 
Pirrotita 
Maghemita artificial 
Magnetita 
Magnetita artificial 
Fe7S8 
 Fe2O3 
Fe3O4 
Fe3O4 
 40 
 
– 70 
 
400 – 600 
600 – 2700 
400 – 1500 
4,6 
 
5,2 
 
 
El flujo magnético depende de la fuerza magnetomotriz (fmm, la fuerza 
impulsora del flujo magnético) y de la reluctancia del circuito magnético 
(, la resistencia al flujo magnético). 
 


fmm
 (6) 
 
fmm = i N = fuerza magnetomotriz, A-vuelta 
aa
a
hh
h
S
l
S
l

 = reluctancia del circuito magnético, H-1 
lh = longitud del hierro (con sección Sh constante), m 
la= longitud del aire (zona de separación, con sección Sa), m. 
Las Figuras 2, -, - y – muestran separadores magnéticos que disponen de 
este tipo de circuito. La gran mayoría de las separaciones magnéticas 
industriales se realizan con inducciones magnéticas inferiores a 2 T, 
alcanzable con bobinados de cobre refrigerado. Existen disponibles 
separadores con bobinados del tipo “supraconductor“ que operan a 
temperatura del helio líquido (4,2°K) y alcanzan inducciones de 15 T y 
más, pero su aplicación está limitada por su elevado costo operativo. 
 
 
Tabla 3. Materiales magnéticos: densidad, fuerza cohercitiva (Hc), inducción 
magnética remanente (Br) y de saturación (Bs). 
 
Materiales 
blandos 
Composición 
química 
Densidad 
g cm
-3
 
Bs 
T 
Hc 
A m
-1 
Acero laminado 
H° p/transformador 
Permalloy 
 
Fe96 Si4 
Fe54,7 Ni45 Mn0,3 
7,86 
7,65 
8,17 
2,10 
1,97 
1,60 
143 
40 
5,57 
Imanes 
permanentes 
Composición 
química 
Densidad 
g cm
-3
 
Br 
T 
Hc 
A m
-1 
Acero al carbono 
Alnico 5 
Ferrites (Indox 7) 
Tierras raras 
 
Fe98 C1 Mn1 
Fe50Ni15Al8Co24 
BaO.6Fe2O3 
Nd15 Fe77 B8 
Nd16 Fe66 B7 Co11 
7,76 
7,30 
4,7 
7,4 
1,0 
1,25 
0,41 
1,4 
1,32 
4,0 10
3 
4,4 10
4 
11,1 10
4
 
9,5 10
5
 
6,5 10
5 
Entre las desventajas de los electroimanes pueden citarse, además de un 
mayor consumo energético, la necesidad de aislar convenientemente las 
bobinas para protegerlas de la suciedad ó del agua y la de refrigerarlas 
mediante aire (para campo inferior a 1 T) ó aceite (para campos mayores). 
Respecto del solenoide, los electroimanes con núcleo muestran una 
desproporcionada importancia del circuito magnético en relación con el 
volumen útil de la zona de separación. 
 
 
Generación del gradiente de campo magnético 
 
Una manera de clasificar los separadores magnéticos es mediante el tipo de 
diseño generador del gradiente de campo: 
 
a) Separadores de gradiente abierto en los que el campo, de polaridad 
alternante, es generado mediante el empleo de imanes permanentes o 
electroimanes. Pertenecen a este tipo los separadores de tambor, de 
bajo gradiente de campo. 
b) Separadores de gradiente cerrado: el gradiente es producido dando una 
forma adecuada a las piezas polares del imán. Este diseño es empleado 
en los separadores magnéticos de rotor inducido, de bandas cruzadas y 
de discos extractores. 
c) Rellenando la zona de separación con un material magnético de forma 
adecuada. Pueden emplearse bolas, mallas, placas dentadas, metal 
expandido, lana de acero, de un material magnéticamente “blando”, 
característico de los separadores tipo “matrix”. 
 
 
Densidad de fuerza magnética 
 
Se ha visto en Tabla 1 que la expresión de la fuerza magnética actuante 
sobre una partícula magnetizada depende de: 
 el campo magnético y su gradiente: función del equipo y de las 
condiciones de trabajo empleadas 
 la partícula: a través de su tamaño (V) y susceptibilidad magnética 
volumétrica () 
 
Fm (N) =  V H grad Bo = ½ o  V grad H
2
 (7) 
 
ENZO CORTE
Resaltar
ENZO CORTE
Resaltar
La fuerza ejercida por “unidad de partícula” (V) se denomina “densidad 
de fuerza magnética” (fm). Ella depende exclusivamente del campo y del 
gradiente de campo que el separador puede generar. En Tabla 4 se 
muestran valores de fm característicos de algunos separadores 
magnéticos. 
 
fm (N m
-3
) = Fm /(V) = ½ grad (o H Bo) (8) 
 
 
Tabla 4. Valores promedio del gradiente de inducción magnética y de la densidad 
de fuerza magnética de diversos separadores magnéticos. 
Tipo de separador Inducción 
B (T) 
grad Bo 
(T m
-1
) 
fm 
(N m
-3
) 
De imanes 
permanentes 
Tambor 
Rotor 
0,2 
1,6 
5 
300 
2 10
5
 
 
 
De 
 
electroimán 
Cintas cruzadas 
Rotor inducido 
Matrix: bolas, placas dent. 
Matrix: metal desplegado 
Solenoide: lana de acero 
Tubo Davis 
Frantz barrier 
1,8 
2,0 
1 a 2 
2,0 
 
0,4 
2,0 
1 a 10 
 
2000 
6000 
40000 
40 
20 
 
2 10
9
 
4 10
9
 
 
6 10
11
 
6 10
6
 
8 10
7
 
Electroimán 
supracond. 
Tambor 
Solenoide 
3,2 
6,0 
 
2 10
12