Słownik pojęć

Anizotropia magnesu oznacza, że materiał ma nadaną w produkcji preferowaną „łatwą" oś, w której można go namagnesować do pełnej mocy — powstaje ona podczas prasowania proszku w polu magnetycznym, które ustawia ziarna w jednym kierunku. Magnes izotropowy nie ma żadnej preferowanej osi i można go magnesować dowolnie, za cenę zauważalnie niższej siły.

Praktycznie wszystkie wydajne magnesy w separatorach — spiekane NdFeB oraz ferryty anizotropowe — są anizotropowe; izotropowe pozostają tanie wypraski ferrytowe i folie magnetyczne. Konsekwencja dla praktyki: magnesu anizotropowego nie da się „przemagnesować" w innym kierunku, a jeśli w zespole zostanie obrócony nieprawidłowo, pełnej mocy z niego Państwo nie uzyskają.

Demagnetyzacja to proces usuwania magnetyzmu szczątkowego z przedmiotu ferromagnetycznego. Najczęściej przeprowadza się ją przemiennym polem magnetycznym o stopniowo malejącej amplitudzie, które niszczy zgodne uporządkowanie domen magnetycznych w materiale; przedmiot przestaje wówczas przyciągać cząstki metalu.

Magnetyzm szczątkowy powstaje podczas obróbki skrawaniem, mocowania magnetycznego lub składowania elementów w pobliżu silnych magnesów. W zakładzie powoduje problemy: namagnesowane narzędzia, łożyska i obrabiane detale zbierają wióry, utrudniają montaż i późniejsze pomiary. Do rozmagnesowywania służą demagnetyzery ręczne, stołowe i tunelowe — urządzenia ręczne rozmagnesowują do głębokości 20–40 mm, tunelowe stosuje się w liniach zautomatyzowanych. Proszę pamiętać, że zwykłym demagnetyzerem nie da się „wyłączyć" magnesu trwałego separatora: dzięki wysokiej koercji jest on skonstruowany tak, aby trwale zachowywał magnetyzację.

Diamagnetyzm to najsłabsza forma zachowania magnetycznego: substancje diamagnetyczne są nieznacznie wypychane z pola magnetycznego. Należą tu miedź, złoto, srebro, woda, grafit czy bizmut. Zjawisko występuje we wszystkich substancjach, ale obserwowalne jest tylko tam, gdzie nie przykryje go silniejszy paramagnetyzm lub ferromagnetyzm.

Siła odpychająca jest nawet w przypadku najsilniejszych diamagnetyków o rzędy wielkości słabsza niż siła, z jaką pole przyciąga ferromagnetyki, i w warunkach separacji przemysłowej jest praktycznie niemierzalna. Dla praktyki produkcyjnej wynika z tego prosty wniosek: miedzi, mosiądzu czy brązu magnesem Państwo ani nie wychwycą, ani nie odepchną. Ze strumienia materiału oddzieli je separator wiroprądowy wykorzystujący prądy wirowe, a ich obecność w gotowym produkcie wykryje przemysłowy detektor metali. Diamagnetyczne zachowanie wody wyjaśnia ponadto, dlaczego wilgotność materiału sama w sobie nie zakłóca magnetycznie separacji.

Dipol magnetyczny to podstawowa jednostka magnetyzmu: para bieguna północnego i południowego, którą tworzy każdy magnes i każdy atom z momentem magnetycznym. Samodzielny biegun — monopol magnetyczny — w przyrodzie nie istnieje; dzieląc magnes, otrzymujemy zawsze tylko mniejsze dipole.

Z dipolową naturą magnetyzmu wiąże się magnesowanie multipolowe, w którym na jednym kawałku materiału tworzy się szereg naprzemiennych biegunów obok siebie. Mała odległość między biegunami oznacza wysoki gradient pola przy powierzchni — a właśnie gradient decyduje o sile, z jaką magnes przyciągnie małą cząstkę. Dlatego rdzenie prętów magnetycznych składa się z szeregu przeciwnie zorientowanych magnesów, a nie z jednego długiego.

Domeny magnetyczne to mikroskopijne obszary wewnątrz materiału ferromagnetycznego, w których momenty magnetyczne atomów są uporządkowane w tym samym kierunku. W nienamagnesowanym kawałku stali domeny są zorientowane przypadkowo i ich działanie na zewnątrz się znosi; pole zewnętrzne stopniowo obraca je w jednym kierunku, aż materiał osiągnie nasycenie.

Struktura domenowa wyjaśnia zachowanie materiałów w praktyce: w stali magnetycznie miękkiej domeny po oddaleniu magnesu w dużej części wracają do stanu przypadkowego, w materiałach magnetycznie twardych pozostają uporządkowane — powstaje magnes trwały. Przeskoki domen podczas magnesowania przebiegają skokowo (zjawisko Barkhausena), co wykorzystują również niektóre metody diagnostyki stali. Z praktycznego punktu widzenia wynika z tego, dlaczego elementy stalowe przy separatorach stopniowo się magnesują i dlaczego pomaga demagnetyzacja: przemienne, słabnące pole ponownie „rozrzuca" domeny.

Elektromagnes to cewka z rdzeniem ze stali magnetycznie miękkiej, która wytwarza pole magnetyczne tylko podczas przepływu prądu elektrycznego. Siła pola rośnie z natężeniem prądu i liczbą zwojów cewki; po wyłączeniu prądu pole praktycznie zanika. Tym elektromagnes zasadniczo różni się od magnesu trwałego, którego pole jest stałe.

Główną zaletą jest możliwość wyłączenia oraz moc — elektromagnesy osiągają duży zasięg działania w głąb materiału, dlatego stosuje się je w separatorach podwieszanych nad przenośnikami z wysoką warstwą materiału, w elektromagnesach do złomu służących do manipulacji odpadem metalowym oraz w systemach mocujących. Ceną jest stały pobór energii, konieczność chłodzenia i zachowanie przy zaniku zasilania, kiedy ładunek oraz wychwycone zanieczyszczenia zostają uwolnione. W większości zadań separacyjnych wystarczą więc bezobsługowe systemy z magnesami trwałymi.

Ferromagnetyzm to najsilniejsza forma magnetyzmu: zdolność substancji do wyraźnego wzmacniania pola magnetycznego i bycia przyciąganą przez magnes dzięki domenom, w których momenty magnetyczne atomów są uporządkowane zgodnie. Ferromagnetyk to substancja o tej właściwości — w temperaturze pokojowej żelazo, nikiel, kobalt oraz ich stopy, w tym zwykłe stale i żeliwo.

Separacja magnetyczna wychwytuje właśnie cząstki ferromagnetyczne — stalowe opiłki, wióry, śruby, drut. Aluminium, miedzi ani mosiądzu separator nie zatrzyma. Osobnym rozdziałem jest stal nierdzewna: stal austenityczna 1.4301 (AISI 304) w stanie wyżarzonym jest praktycznie niemagnetyczna, ale w wyniku obróbki plastycznej na zimno powstaje w niej słabo magnetyczny martenzyt. Opiłki z instalacji nierdzewnych wychwycą więc dopiero separatory o bardzo wysokiej indukcji — należy to uwzględnić przy specyfikacji urządzeń dla zakładów spożywczych i chemicznych.

Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko, w którym zmiana strumienia magnetycznego wywołuje w przewodniku napięcie elektryczne; opisuje je prawo Faradaya z 1831 roku. Nie należy jej mylić z indukcją magnetyczną B — ta jest wielkością opisującą siłę pola, podczas gdy indukcja elektromagnetyczna to proces.

Na indukcji opierają się generatory, transformatory i nagrzewanie indukcyjne — a w separacji magnetycznej cała zasada działania separatorów wiroprądowych. Szybko wirujący układ magnetyczny indukuje w nich prądy wirowe w metalach nieżelaznych, których pole wyrzuca cząstki aluminium czy miedzi ze strumienia materiału. To samo zjawisko wykorzystuje gaussomierz przy pomiarze pól przemiennych oraz wykrywacz metali przy poszukiwaniu zanieczyszczeń niemagnetycznych.

Indukcja magnetyczna to wielkość fizyczna opisująca siłę pola magnetycznego w konkretnym miejscu. Oznacza się ją literą B i wyraża w teslach (T); w branży separacji magnetycznej powszechnie stosuje się również starszą jednostkę gaus (1 T = 10 000 G). Im wyższa indukcja na powierzchni separatora, tym mniejsze i słabiej magnetyczne cząstki jest on w stanie wychwycić.

Typowe separatory ferrytowe osiągają na powierzchni 1 500–3 000 G, pręty neodymowe w rusztach magnetycznych nawet 16 000 G. Wartości należy zawsze porównywać na powierzchni magnesu — wraz ze wzrostem odległości indukcja gwałtownie spada. To właśnie indukcja w miejscu przepływu materiału, a nie „papierowa" wartość z katalogu, decyduje o skuteczności separacji. Wartości zweryfikują Państwo gaussomierzem z sondą Halla; porównując oferty, warto zażądać protokołu pomiaru — producenci często podają indukcję wewnątrz magnesu, a nie na powierzchni płaszcza.

Koercja (natężenie koercji) to natężenie przeciwnie skierowanego pola magnetycznego, potrzebne do całkowitego rozmagnesowania namagnesowanego materiału. Oznacza się ją Hc i wyraża w amperach na metr (A/m). Im wyższa koercja, tym lepiej magnes opiera się rozmagnesowaniu przez pole zewnętrzne, udary czy temperaturę.

Należy rozróżniać koercję rzeczywistą HcB oraz wewnętrzną HcJ, którą producenci podają w kartach katalogowych jako miarę odporności magnesu. Koercja maleje wraz ze wzrostem temperatury — dlatego tani magnes neodymowy standardowej klasy w gorącym środowisku pracy bezpowrotnie utraci część mocy, nawet jeśli temperatura utrzymuje się poniżej katalogowego maksimum. Do zastosowań obciążonych termicznie należy wybierać klasy NdFeB o wyższej koercji (przyrostki H, SH, UH).

Krzywa magnesowania, zwana też pierwotną lub dziewiczą, to przebieg pierwszego w życiu materiału magnesowania ze stanu nienamagnesowanego aż do nasycenia. Wychodzi z początku układu współrzędnych; jej stromość odpowiada przenikalności materiału, a kończy się w nasyceniu, skąd przy dalszych zmianach pola materiał porusza się już po pętli histerezy.

Po krzywej pierwotnej magnes przechodzi tylko raz — przy pierwotnym magnesowaniu w produkcji lub w magneśnicy. Istotne jest dojście aż do pełnego nasycenia: niedomagnesowany magnes trwale osiąga niższą moc, niż deklaruje jego klasa, a różnicy nie sposób rozpoznać okiem, jedynie pomiarem. Przy reklamacjach słabych magnesów należy więc porównywać moment całkowity lub indukcję z wartościami z karty materiałowej.

Krzywa odmagnesowania to część pętli histerezy leżąca w drugiej ćwiartce układu współrzędnych — opisuje, jak magnes trwały traci indukcję, gdy działa na niego pole skierowane przeciwnie. To właśnie z niej wynikają dwa podstawowe parametry magnesu: remanencja Br na osi pionowej i koercja Hc na osi poziomej.

Na krzywej leży punkt pracy magnesu, wyznaczony przez konstrukcję obwodu magnetycznego i szczelinę roboczą; jego położenie określa, jaką indukcję magnes rzeczywiście dostarczy w konkretnym urządzeniu. Producenci podają krzywe dla kilku temperatur — wraz ze wzrostem temperatury krzywa opada i się załamuje, a jeśli punkt pracy spadnie poniżej kolana krzywej, magnes ulegnie trwałemu, częściowemu rozmagnesowaniu.

Linie pola magnetycznego to umowne linie, za pomocą których przedstawia się przebieg pola magnetycznego. Na zewnątrz magnesu biegną od bieguna północnego do południowego, wewnątrz zamykają się z powrotem, nigdy się nie przecinają, a im gęściej leżą obok siebie, tym silniejsze jest pole w danym miejscu. Można je uwidocznić opiłkami żelaza rozsypanymi na kartce nad magnesem.

Obraz linii pola szybko zdradza, gdzie separator ma strefy aktywne i jak jego pole kształtuje konstrukcja. Gęstość linii spada jednak od powierzchni bardzo stromo, więc poglądowy schemat z długimi pętlami nie mówi nic o rzeczywistym zasięgu. Oceniając oferty, nie należy więc poprzestawać na rysunku pola — warto zażądać wartości indukcji zmierzonych gaussomierzem w konkretnej odległości od powierzchni, czyli w miejscu, którędy rzeczywiście popłynie Państwa materiał. Właśnie stromy spadek pola jest powodem, dla którego ruszty pracują z cienką warstwą materiału prowadzoną tuż przy prętach.

Magnesowanie to proces, w którym materiał ferromagnetyczny pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego staje się magnetyczny — domeny magnetyczne obracają się w kierunku pola. Przy określonej sile pola wszystkie domeny się porządkują i materiał osiąga nasycenie; silniejsze pole nie zwiększy już magnetyzacji.

Przemysłowe magnesy trwałe magnesuje się krótkim, silnym impulsem w cewce. Magnesowaniu ulegają również zwykłe stalowe elementy w zakładzie: narzędzia, sita czy śruby w pobliżu silnych separatorów z czasem się namagnesowują, przytrzymują opiłki i przenoszą je dalej. Ten niepożądany magnetyzm szczątkowy usuwa demagnetyzacja. Stopień namagnesowania materiału sprawdzą Państwo gaussomierzem — elementy, w których magnetyzm przeszkadza, należy rozmagnesować demagnetyzerem ręcznym, stołowym lub tunelowym.

Magnesy nadprzewodzące to elektromagnesy z uzwojeniem z nadprzewodnika, który w temperaturach bliskich zera bezwzględnego traci opór elektryczny. Przez cewkę mogą wtedy bezstratnie płynąć ogromne prądy i wytwarzać pola nieosiągalne inną techniką — rezonans magnetyczny pracuje z 1,5 do 3 teslami, a systemy laboratoryjne przekraczają nawet 45 tesli.

Ceną za moc jest chłodzenie ciekłym helem i złożona infrastruktura, dlatego magnesy nadprzewodzące należą do medycyny, badań naukowych i akceleratorów, a nie do hal produkcyjnych. W separacji przemysłowej spotkają się z nimi Państwo tylko wyjątkowo, w specjalnych systemach wysokogradientowych do ekstremalnie drobnych surowców; typowe zakłady w pełni obsłużą trwałe magnesy neodymowe — bez poboru energii i bez konserwacji.

Magnetyczny biegun północny i południowy to dwa obszary magnesu, w których jego pole jest najsilniejsze i przez które linie pola wychodzą z magnesu oraz do niego wracają. Bieguny występują zawsze parami: przecięcie magnesu nie tworzy samodzielnego bieguna, lecz dwa mniejsze magnesy, każdy z własną północą i południem. Bieguny jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają.

Biegunowość nieoznaczonego magnesu określą Państwo kompasem — północny koniec igły wskazuje południowy biegun magnesu — albo prostym wskaźnikiem biegunowości. Zanieczyszczenia ferromagnetyczne są przyciągane przez oba bieguny jednakowo, więc orientacja biegunów nie ma wpływu na skuteczność wychwytu separatora; ich rozmieszczenie i naprzemienność określają jednak kształt pola na powierzchni urządzenia. Biegunowość ma znaczenie przy składaniu magnesów w zespoły oraz w systemach mocujących, gdzie nieprawidłowo zorientowane magnesy wzajemnie się osłabiają. Gołym okiem biegunów nie sposób rozróżnić, dlatego producenci zwykle oznaczają północ kolorem lub wgłębieniem.

Magnetyzm to zjawisko fizyczne, w którym substancje i prądy elektryczne oddziałują na siebie za pośrednictwem pola magnetycznego. Znane było już w starożytności dzięki naturalnemu magnetytowi; dziś stanowi podstawę silników elektrycznych, czujników oraz przemysłowej separacji magnetycznej. W zależności od zachowania w polu magnetycznym substancje dzielimy na diamagnetyczne, paramagnetyczne i ferromagnetyczne.

Z punktu widzenia praktyki produkcyjnej istotne jest to, że silnie reagują wyłącznie substancje ferromagnetyczne — żelazo, nikiel, kobalt i większość stali. Diamagnetyków (miedź, tworzywa sztuczne) ani paramagnetyków (aluminium) zwykły magnes praktycznie nie przyciągnie. Dlatego separator magnetyczny niezawodnie usunie stalowe opiłki czy śruby, ale do wychwycenia aluminiowego wióra potrzebują Państwo innej technologii. Projektując separację, należy więc zawsze wychodzić od rzeczywistego składu zanieczyszczeń w Państwa materiale, a nie od ogólnego przekonania, że „magnes złapie metal".

Maksymalny iloczyn energetyczny to główna miara wydajności materiału magnesu trwałego. Oznacza się go (BH)max, wyraża w kJ/m³ lub w jednostce MGOe (1 MGOe ≈ 8 kJ/m³) i odpowiada punktowi krzywej odmagnesowania, w którym iloczyn indukcji i natężenia pola jest najwyższy — czyli ilości energii magnetycznej zgromadzonej w jednostce objętości.

To właśnie (BH)max kryje się w oznaczeniach magnesów neodymowych: klasa N35 ma około 35 MGOe (ok. 279 kJ/m³), N52 około 414 kJ/m³. Im wyższa wartość, tym mniejszy magnes wystarczy do uzyskania tej samej mocy. Przy porównywaniu separatorów obowiązuje jednak zasada, że (BH)max opisuje materiał, a nie urządzenie — o wychwycie decyduje indukcja na powierzchni płaszcza w miejscu przepływu materiału, zależna także od konstrukcji obwodu i grubości rury ochronnej. Wyższa klasa materiału wiąże się ponadto z niższą odpornością temperaturową.

Moment magnetyczny to wielkość wektorowa, która określa „siłę" i orientację elementarnego magnesu — atomu, cząsteczki lub całego ciała. Powstaje w wyniku ruchu i spinu elektronów; suma momentów w objętości substancji daje jej magnetyzację, a w przypadku całego magnesu — jego moment całkowity.

Całkowity moment magnetyczny to najbardziej obiektywny parametr pojedynczego magnesu, ponieważ nie zależy od tego, w którym miejscu powierzchni się mierzy. Wyznacza się go fluksometrem z cewką Helmholtza i wykorzystuje w końcowej kontroli jakości magnesów — dwa magnesy o tych samych wymiarach i klasie muszą mieć ten sam moment. Punktowy pomiar gaussomierzem na powierzchni go nie zastąpi; obie metody się uzupełniają.

Nasycenie magnetyczne, czyli saturacja, to stan, w którym materiał ferromagnetyczny jest w pełni namagnesowany — wszystkie domeny są uporządkowane i dalsze zwiększanie pola zewnętrznego nie podnosi już magnetyzacji. W języku praktyki separacyjnej tym samym słowem określa się także zapełnienie separatora wychwyconymi zanieczyszczeniami.

Zapełniony ruszt to najczęstsza przyczyna „niedziałającej" separacji. Warstwa wychwyconego metalu na prętach skraca zasięg pola, a strumień materiału zaczyna zrywać zanieczyszczenia z powierzchni — separator przepuszcza, mimo że magnesy są w porządku. Rozwiązaniem są regularne interwały czyszczenia, ustalone według rzeczywistego przyrostu wychwytu, automatyczne oczyszczanie przy silnie zanieczyszczonych materiałach, ewentualnie wersja z sygnalizacją zapełnienia, która sama poinformuje obsługę, kiedy czas na czyszczenie.

Natężenie pola magnetycznego to wielkość opisująca pole magnetyczne niezależnie od ośrodka, w którym ono działa. Oznacza się je literą H i wyraża w amperach na metr (A/m); w starszym układzie CGS stosuje się ersted (1 Oe ≈ 79,6 A/m). Z indukcją magnetyczną B łączy je przenikalność ośrodka: B = μ·H.

Różnica między obiema wielkościami ma znaczenie praktyczne: H opisuje pole „wymuszane", na przykład przez cewkę elektromagnesu, natomiast B mówi, jakie pole rzeczywiście powstanie w konkretnym materiale. Dlatego w A/m lub erstedach podaje się koercję — odporność magnesu na rozmagnesowanie obcym polem — podczas gdy wydajność separatora opisuje się indukcją w gausach na powierzchni. Czytając kartę katalogową magnesu, warto pamiętać: wartości w kA/m dotyczą odporności materiału, a wartości w gausach czy teslach — siły pola, którym urządzenie oddziałuje na zanieczyszczenia.

Nieodwracalna utrata magnetyzacji to trwałe osłabienie magnesu trwałego, które utrzymuje się także po ustąpieniu przyczyny. Najczęściej powoduje ją przekroczenie maksymalnej temperatury pracy, ponadto silne zewnętrzne pole magnetyczne lub mocne udary mechaniczne. W przeciwieństwie do odwracalnych zmian temperaturowych magnes po ostygnięciu nie regeneruje się samoczynnie.

Im bardziej temperatura przekroczy limit roboczy, tym większą część mocy magnes utraci trwale; w przypadku standardowego neodymu ryzyko zaczyna się już powyżej 80 °C. Jeżeli nie doszło do zmiany struktury materiału wskutek przekroczenia temperatury Curie, magnes można ponownie namagnesować silnym polem zewnętrznym — w przypadku zalanych rdzeni magnetycznych separatorów ponowne magnesowanie jest jednak z reguły niewykonalne i problem rozwiązuje się wymianą. Podejrzenie trwałej utraty potwierdzi pomiar gaussomierzem i porównanie z wartościami z instalacji urządzenia. Profilaktyką jest wybór materiału z wystarczającą rezerwą temperaturową na szczyty procesu.

Obwód magnetyczny to droga, którą zamyka się strumień magnetyczny: tworzą go magnes, ferromagnetyczne elementy prowadzące (rdzenie, nabiegunniki) oraz szczeliny powietrzne. Obwód zamknięty prowadzi strumień głównie stalą, obwód otwarty zamyka się powietrzem — z dużymi stratami, ponieważ powietrze przewodzi strumień znacznie gorzej.

Każdy separator jest w istocie zaprojektowanym obwodem magnetycznym. Konstruktor dobiera kształt magnesów i elementów stalowych tak, aby jak największa część strumienia przechodziła przez strefę roboczą, którą płynie materiał. Pojedynczy magnes bez obwodu pracuje „na pusto" i jego pole się rozprasza; ten sam magnes w prawidłowo zaprojektowanym obwodzie osiągnie w miejscu pracy znacznie wyższą indukcję. Dlatego wydajności urządzenia nie da się oszacować wyłącznie na podstawie użytego materiału magnesów.

Opór magnetyczny, czyli reluktancja, to wielkość opisująca, jak silnie dany ośrodek przeciwstawia się przepływowi strumienia magnetycznego; jest odpowiednikiem oporu elektrycznego. Wyraża się go w jednostkach H⁻¹, ewentualnie A/Wb. Zależność między siłą magnetomotoryczną, strumieniem i oporem opisuje prawo Hopkinsona — odpowiednik prawa Ohma dla obwodów magnetycznych.

Strumień magnetyczny zamyka się zawsze drogą najmniejszego oporu. Stal miękka stawia mu opór o kilka rzędów wielkości mniejszy niż powietrze, dlatego konstrukcja separatorów wykorzystuje stalowe rdzenie i nabiegunniki, które koncentrują strumień w strefie roboczej, podczas gdy każda szczelina powietrzna go osłabia. W praktyce oznacza to, że blacha stalowa między magnesem a materiałem praktycznie ekranuje pole, natomiast niemagnetyczna stal nierdzewna jest dla strumienia niemal przezroczysta — również dlatego separatory mają płaszcze właśnie z niemagnetycznej stali nierdzewnej. Przy projektowaniu obwodu reluktancje poszczególnych odcinków sumują się podobnie jak opory połączone szeregowo.

Paramagnetyzm to słaba forma magnetyzmu: substancje paramagnetyczne są wciągane w pole magnetyczne jedynie nieznacznie, a po jego usunięciu nie zachowują żadnej magnetyzacji. Należą tu aluminium, magnez, tytan, chrom czy ciekły tlen. Siła działająca na paramagnetyki jest o kilka rzędów wielkości — około tysiąca razy — mniejsza niż w przypadku ferromagnetyków.

W praktyce oznacza to, że zwykły separator magnetyczny nie wychwyci aluminiowego wióra, mimo że to metal — przyciąganie jest tak słabe, że pokonuje je przepływ materiału i grawitacja. Do aluminium i innych metali nieżelaznych służą więc w recyklingu separatory działające na zasadzie prądów wirowych (eddy current), które niemagnetyczne cząstki przewodzące wręcz wyrzucają ze strumienia materiału. Kontrolę produktu pod kątem wszystkich metali, łącznie z paramagnetycznymi, zapewni natomiast przemysłowy wykrywacz metali na końcu linii.

Pętla histerezy to graficzne przedstawienie zależności indukcji magnetycznej B materiału od natężenia zewnętrznego pola magnetycznego H podczas pełnego cyklu magnesowania i rozmagnesowywania. Nazywana jest również krzywą BH. Z jej kształtu odczytuje się dwie kluczowe wartości: remanencję Br i koercję Hc.

Kształt pętli mówi przy tym technikowi, do czego dany materiał się nadaje. Wąska pętla oznacza materiał magnetycznie miękki — łatwo się magnesuje i rozmagnesowuje oraz ma niskie straty, dlatego stosuje się go na rdzenie transformatorów i elektromagnesów. Szeroka pętla wskazuje materiał magnetycznie twardy, który trwale zachowuje magnetyzację — z niego produkuje się magnesy trwałe separatorów. Pole powierzchni pętli odpowiada ponadto energii traconej w jednym cyklu magnesowania. Wybierając magnes, nie należy więc porównywać samej siły, lecz całą charakterystykę BH od producenta.

Pole magnetyczne to przestrzeń, w której siły magnetyczne działają na substancje ferromagnetyczne, poruszające się ładunki oraz przewodniki z prądem. Przedstawia się je za pomocą linii pola, które wychodzą z bieguna północnego magnesu i wracają do południowego; jego źródłem jest magnes trwały albo prąd elektryczny płynący w przewodniku lub cewce.

W separacji magnetycznej kluczowe znaczenie mają kształt i zasięg pola: linie pola zagęszczają się najbardziej przy biegunach, gdzie pole jest najsilniejsze, a wraz ze wzrostem odległości od magnesu jego siła bardzo szybko maleje. Separator wychwyci więc tylko te cząstki, które przejdą dostatecznie blisko powierzchni magnesu — metalowe zanieczyszczenie oddalone o kilka centymetrów przejdzie niezauważone. Wynika z tego podstawowa zasada konstrukcyjna: materiał należy prowadzić cienką warstwą możliwie najbliżej powierzchni magnetycznych, na przykład między prętami rusztu, a nie dużym przekrojem w oddaleniu od nich.

Pole magnetyczne Ziemi to naturalne pole generowane przez ruchy roztopionego żelaza w jądrze planety. Na powierzchni osiąga zaledwie 25 do 65 mikrotesli, chroni Ziemię przed naładowanymi cząstkami wiatru słonecznego i ustawia igłę kompasu; bieguny magnetyczne powoli się przy tym przemieszczają i nie pokrywają się dokładnie z geograficznymi.

Pole Ziemi jest w przybliżeniu sto tysięcy razy słabsze niż pole na powierzchni separatora neodymowego, na separację przemysłową nie ma więc żadnego wpływu, a przy typowym pomiarze gaussomierzem ginie w zaokrągleniu. Użyteczna jest jedna rzecz: dzięki niemu działa kompas, którym określą Państwo biegunowość nieoznaczonego magnesu — północny koniec igły wskaże jego biegun południowy.

Prądy wirowe to prądy elektryczne, które indukują się w materiale przewodzącym prąd, ilekroć w jego otoczeniu zmienia się pole magnetyczne. Zgodnie z regułą Lenza wytwarzają one własne pole magnetyczne przeciwdziałające zmianie, która je wywołała — między przewodnikiem a magnesem powstaje w ten sposób siła odpychająca.

Właśnie na tym zjawisku opiera się separacja metali nieżelaznych. Separator wiroprądowy ECS ma w głowicy przenośnika taśmowego szybko wirujący rotor z magnesami ziem rzadkich; indukuje on w cząstkach aluminium, miedzi czy mosiądzu prądy wirowe, a siła odpychająca wyrzuca je z reszty materiału. Linie recyklingowe uzyskują dzięki temu czysty plastik, szkło czy przemiał bez metali kolorowych. Warunek skuteczności: materiał musi być wcześniej pozbawiony cząstek ferromagnetycznych przez separator magnetyczny, inaczej grozi uszkodzenie rotora. Prądy wirowe wykorzystują również hamulce indukcyjne i wykrywacze metali.

Przenikalność magnetyczna to wielkość wyrażająca, jak łatwo materiał przewodzi pole magnetyczne — swego rodzaju magnetyczny odpowiednik przewodności elektrycznej. Oznacza się ją μ; powszechnie stosuje się przenikalność względną μr, odniesioną do próżni. Powietrze ma μr w przybliżeniu równą 1, zwykła stal konstrukcyjna — rzędu tysięcy, dlatego stal wyraźnie wzmacnia i prowadzi pole magnetyczne.

Wysoką przenikalność stali wykorzystuje się w obwodach magnetycznych separatorów: nabiegunniki i płyty tylne koncentrują pole w szczelinie roboczej. Z kolei przenikalność bliska jedności wyjaśnia zachowanie austenitycznych stali nierdzewnych — w stanie wyżarzonym mają μr do 1,02, praktycznie nie wpływają na pole magnetyczne i magnes ich nie wychwyci; w wyniku obróbki plastycznej na zimno ich przenikalność rośnie wraz z powstawaniem martenzytu. Wartość μr jest więc szybką wskazówką, jak na podstawie karty materiałowej ocenić, czy dany metal zostanie wychwycony przez separację magnetyczną.

Reguła Lenza to prawo fizyczne, zgodnie z którym indukowany prąd elektryczny zawsze przeciwdziała zmianie, która go wywołała. Sformułował je Heinrich Lenz w 1834 roku jako uzupełnienie prawa indukcji elektromagnetycznej Faradaya — przyroda „broni się" przed zmianą strumienia magnetycznego.

Na regule Lenza opiera się cała separacja metali nieżelaznych. Szybko wirujący bęben magnetyczny separatora wiroprądowego zmienia strumień w przelatujących kawałkach aluminium czy miedzi, indukowane w nich prądy wirowe wytwarzają pole skierowane przeciw zmianie — i cząstka zostaje odrzucona od bębna, poza strumień materiału. Ta sama reguła wyjaśnia, dlaczego magnes spada wyraźnie wolniej przez miedzianą rurę: hamuje go pole jego własnych prądów indukowanych.

Remanencja, czyli pozostałość magnetyczna, to szczątkowa indukcja magnetyczna, która pozostaje w materiale ferromagnetycznym po namagnesowaniu i usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego. Oznacza się ją Br, wyraża w teslach lub gausach i odczytuje z pętli histerezy. Im wyższa remanencja, tym silniejszy magnes trwały można z danego materiału wyprodukować.

Magnesy neodymowe klasy N35 mają remanencję około 1,17 T (11 700 G), klasa N52 około 1,42 T; magnesy ferrytowe osiągają wartości kilkakrotnie niższe. Uwaga jednak na częstą pomyłkę: Br jest właściwością materiału, a nie indukcją na powierzchni separatora — ta zależy od konstrukcji całego obwodu magnetycznego i bywa wyraźnie niższa. Remanencja ma też swoje niepożądane oblicze: narzędzia i elementy stalowe namagnesowane podczas produkcji przyciągają wióry i utrudniają montaż. Tam pomoże rozmagnesowanie tunelowym lub ręcznym urządzeniem demagnetyzującym.

Siła Lorentza to siła, z jaką pole magnetyczne działa na poruszający się ładunek elektryczny; jest prostopadła zarówno do kierunku ruchu ładunku, jak i do kierunku pola. Im szybszy ruch i silniejsze pole, tym większa siła — na ładunek nieruchomy pole magnetyczne nie działa.

Siła Lorentza jest mikroskopową przyczyną zjawisk, na których opierają się zarówno pomiary, jak i separacja. Odchyla elektrony w półprzewodnikowej płytce sondy Halla, wytwarzając napięcie, które mierzy gaussomierz; zakrzywia tory naładowanych cząstek w akceleratorach i spektrometrach mas; działa też na elektrony tworzące prądy wirowe w separatorach wiroprądowych. Spotyka się z nią więc każdy, kto mierzy pole magnetyczne lub separuje metale nieżelazne — nawet jeśli bezpośrednio jej nie widzi.

Siła magnetyczna to siła, z jaką pole magnetyczne działa na przedmioty ferromagnetyczne lub inne magnesy. Nie da się jej opisać jedną liczbą: zależy od indukcji i jej gradientu, od materiału, wielkości i kształtu przyciąganego przedmiotu, a ze wzrostem odległości od magnesu bardzo stromo maleje.

W danych producentów należy więc rozróżniać dwie wielkości. Indukcja w gausach opisuje pole na powierzchni, a siła trzymania (siła odrywania) w niutonach czy kilogramach mówi, co magnes utrzyma przy bezpośrednim kontakcie ze stalową płytą — przy czym już niewielka szczelina obniża ją o rząd wielkości. Dla separacji istotne nie jest to, ile magnes „uniesie", lecz z jaką siłą przyciągnie małą cząstkę w rzeczywistej odległości przepływu materiału. Dlatego zawsze warto porównywać tę samą wielkość mierzoną tą samą metodą.

Starzenie się magnesu to powolna, samoistna utrata magnetyzacji magnesu trwałego w czasie. W przypadku nowoczesnych materiałów jest bardzo mała i dodatkowo zwalnia: najbardziej stabilne w czasie są magnesy ferrytowe, następnie neodymowe i SmCo, najszybciej starzeją się stopy AlNiCo. Dobrej jakości magnes neodymowy traci więc samoistnie zaledwie ułamek procenta mocy w ciągu całego okresu eksploatacji separatora.

Jeżeli urządzenie słabnie szybciej, przyczyną z reguły nie jest wiek, lecz warunki pracy — przekroczenie temperatury roboczej, silne pole zewnętrzne, korozja pod uszkodzonym płaszczem albo mocne udary. Rzeczywisty stan ujawni tylko regularny pomiar gaussomierzem, wykonywany tą samą metodą w tym samym miejscu powierzchni; wartości należy porównywać z protokołem z instalacji. Coroczna kontrola w ramach audytu separacji magnetycznej wychwyci spadek wcześniej, niż objawi się on metalowymi zanieczyszczeniami w produkcie. Przy nowym urządzeniu warto więc zażądać protokołu pomiaru już przy dostawie.

Strumień magnetyczny to wielkość wyrażająca całkowitą ilość pola magnetycznego przechodzącego przez daną powierzchnię. Oznacza się go literą Φ, wyraża w weberach (Wb) i oblicza jako iloczyn indukcji magnetycznej oraz powierzchni, przez którą pole przechodzi prostopadle: Φ = B · S. Jeden weber odpowiada indukcji 1 tesli na powierzchni 1 m².

Przy konstruowaniu separatorów strumień ma kluczowe znaczenie w projektowaniu obwodu magnetycznego: stalowe nabiegunniki i płyty tylne prowadzą strumień z magnesów do miejsca, którędy płynie materiał — podobnie jak przewodnik prowadzi prąd elektryczny. Dobrze zaprojektowany obwód koncentruje strumień w szczelinie roboczej i zwiększa indukcję dokładnie tam, gdzie wychwytywane są zanieczyszczenia; źle zaprojektowany pozwala mu bezużytecznie „uciekać" w konstrukcję. To właśnie jakością obwodu magnetycznego często różnią się dwa separatory z identycznymi magnesami w środku.

Szczelina powietrzna to odległość między powierzchnią magnesu a przedmiotem ferromagnetycznym, który magnes ma wychwycić lub utrzymać. Powietrze przewodzi strumień magnetyczny znacznie gorzej niż stal, dlatego już minimalna szczelina wyraźnie obniża indukcję i siłę — w zastosowaniach mocujących szczelina 0,2 mm potrafi zredukować siłę trzymania nawet do jednej czwartej wartości katalogowej.

Szczelinę tworzy przy tym również to, o czym łatwo zapomnieć — nierdzewny płaszcz pręta, nalep odseparowanego materiału, osłona ochronna czy warstwa pyłu. Materiał należy więc prowadzić cienką warstwą możliwie najbliżej powierzchni magnetycznych, a powierzchnie regularnie czyścić. Indukcję warto mierzyć gaussomierzem w rzeczywistej odległości przepływu materiału, a nie na gołym magnesie; różnica między obiema wartościami decyduje o tym, czy separator wychwyci drobne opiłki metalu, czy je przepuści. Każdy dodatkowy milimetr szczeliny oznacza przy drobnych cząstkach spadek wychwytu o rząd wielkości.

Temperatura Curie to temperatura, po której przekroczeniu materiał ferromagnetyczny traci właściwości ferromagnetyczne — ruch cieplny niszczy uporządkowanie momentów magnetycznych i magnes staje się zwykłym kawałkiem metalu. Żelazo ma temperaturę Curie około 770 °C, nikiel 360 °C, a magnesy neodymowe NdFeB około 320 °C.

Magnes nie słabnie jednak dopiero przy temperaturze Curie. Standardowe magnesy neodymowe trwale tracą moc już powyżej 80 °C, dlatego w przypadku magnesów kierujemy się maksymalną temperaturą pracy, a nie punktem Curie. Do gorących procesów — suszarni, wyjść z pieców, gorących granulatów — należy wybierać magnesy ferrytowe, wytrzymujące temperatury robocze do 250 °C, albo specjalne wysokotemperaturowe klasy NdFeB. Przekroczenie temperatury pracy to jedna z najczęstszych przyczyn, dla których separator po pewnym czasie „w tajemniczy sposób" przestaje wychwytywać zanieczyszczenia.

Współczynnik temperaturowy magnesu określa, o ile procent odwracalnie zmieniają się jego parametry z każdym stopniem Celsjusza. Dla remanencji magnesów neodymowych wynosi około −0,11 % na stopień, dla samarowo-kobaltowych tylko −0,03 do −0,05 % — dlatego SmCo zachowuje w wysokiej temperaturze więcej mocy. Zmiana jest odwracalna: po ostygnięciu magnes wraca do pierwotnych wartości.

Współczynnik wyjaśnia, dlaczego separator w gorącym środowisku wychwytuje gorzej, mimo że nie przekroczył dopuszczalnej temperatury — przy 80 °C neodym osiąga odwracalnie około 6 % mniej niż przy 20 °C. Ciekawostka dotycząca ferrytów: ich koercja wraz z temperaturą nie maleje, lecz rośnie, więc w cieple trudniej je rozmagnesować. Pomiar gaussomierzem należy więc odnosić do temperatury, w której został wykonany; porównywanie wartości zimowych i letnich bez korekty może prowadzić do fałszywego alarmu.

Zjawisko Barkhausena to skokowy, nieciągły przebieg magnesowania ferromagnetyka: przy płynnym zwiększaniu pola zewnętrznego domeny nie przełączają się gładko, lecz w drobnych lawinach. Heinrich Barkhausen wykazał je w 1919 roku — skoki było słychać w głośniku jako trzaski — i dostarczył tym samym pierwszego bezpośredniego dowodu istnienia domen magnetycznych.

Skokowe przemagnesowywanie generuje mierzalny szum Barkhausena, który czule reaguje na strukturę i naprężenia mechaniczne w stali. Defektoskopia wykorzystuje go więc do nieniszczącej oceny warstw powierzchniowych, na przykład po szlifowaniu lub hartowaniu. Dla separacji magnetycznej zjawisko to jest raczej tłem teoretycznym — wyjaśnia, dlaczego magnesowanie materiału nie jest procesem idealnie płynnym.

Cewka Helmholtza to para jednakowych, współosiowych cewek umieszczonych w odległości równej ich promieniowi. W tym układzie pola obu cewek składają się tak, że w przestrzeni między nimi powstaje wyjątkowo jednorodne pole magnetyczne — jednakowo silne w całej objętości roboczej.

Jednorodność ma dwa główne zastosowania. Zasilana cewka Helmholtza wytwarza zdefiniowane pole do kalibracji gaussomierzy i testowania czułych przyrządów; podłączona odwrotnie, jako cewka pomiarowa fluksometru, mierzy z kolei całkowity moment magnetyczny włożonego magnesu niezależnie od jego dokładnego położenia. W laboratoriach magnetycznych i na stanowiskach kontrolnych producentów magnesów należy do podstawowego wyposażenia; w samej praktyce separacji się z nią Państwo nie spotkają.

Ersted (Oe) to jednostka natężenia pola magnetycznego H w układzie CGS, nazwana na cześć Hansa Christiana Ørsteda. W układzie SI odpowiada jej amper na metr; obowiązuje przelicznik 1 Oe ≈ 79,6 A/m. Z gausem ersted pozostaje w parze — w próżni pole o natężeniu 1 Oe odpowiada indukcji 1 G.

Erstedy spotkają dziś Państwo głównie w kartach materiałowych magnesów od producentów zamorskich, którzy koercję tradycyjnie podają w kiloerstedach (kOe), podczas gdy karty europejskie stosują kA/m; przelicznik wynosi 1 kOe ≈ 79,6 kA/m. Porównując materiały z różnych katalogów, należy zawsze sprawdzić jednostkę — liczbowo wartości w kOe i kA/m różnią się mniej więcej osiemdziesięciokrotnie, co na pierwszy rzut oka wygląda jak przepastna różnica jakości.

Fluksometr to przyrząd do pomiaru strumienia magnetycznego. Działa poprzez całkowanie napięcia indukowanego w cewce pomiarowej: gdy magnes zostanie do cewki włożony lub z niej wyciągnięty, zmiana strumienia wywołuje impuls napięciowy, z którego fluksometr oblicza strumień w weberach, ewentualnie całkowity moment magnetyczny badanego egzemplarza.

Fluksometr i gaussomierz uzupełniają się i nie należy ich mylić. Gaussomierz mierzy indukcję w jednym punkcie powierzchni — nadaje się do kontroli separatorów w zakładzie. Fluksometr z cewką Helmholtza zmierzy całkowity moment magnesu niezależnie od tego, jak jest on w cewce ustawiony — dlatego stanowi standard końcowej i wejściowej kontroli pojedynczych magnesów. Reklamację słabego magnesu poprą Państwo właśnie protokołem z fluksometru; pomiar punktowy można podważyć położeniem sondy.

Gaus (G) to jednostka indukcji magnetycznej powszechnie stosowana w branży separacji magnetycznej. Obowiązuje przelicznik 1 tesla = 10 000 gausów. Chociaż układ SI preferuje tesle, producenci separatorów tradycyjnie podają wydajność urządzeń w gausach i według nich separatory są też porównywane.

Wartości orientacyjne: separatory ferrytowe osiągają na powierzchni 1 500–3 000 G, typowe pręty neodymowe przekraczają 10 000 G, a specjalne wykonania do wychwytywania słabo magnetycznych opiłków przekraczają 20 000 G. Porównując oferty, należy jednak zawsze ustalić, gdzie wartość została wyznaczona: dane marketingowe często opisują indukcję wewnątrz rdzenia magnetycznego, podczas gdy o skuteczności separacji decyduje indukcja na powierzchni płaszcza w miejscu przepływu materiału. Warto więc zażądać protokołu pomiaru gaussomierzem na powierzchni urządzenia — różnica między oboma wartościami bywa nawet kilkukrotna.

Gaussomierz, nazywany także teslomierzem, to przyrząd do pomiaru indukcji magnetycznej. Jego podstawą jest sonda Halla — półprzewodnikowy czujnik, na którym pole magnetyczne wytwarza mierzalne napięcie. Przyrządy mierzą pola stałe i przemienne, a wartości wyświetlają w gausach, teslach, ewentualnie w amperach na metr.

Aby wynik był miarodajny, sondę należy przyłożyć bezpośrednio do powierzchni magnesu w miejscu bieguna — już odległość kilku milimetrów obniża zmierzoną wartość o rząd wielkości. Pomiar trzeba wykonywać zawsze tą samą metodą w tym samym miejscu, tylko wtedy wartości są porównywalne rok do roku. Regularny pomiar gaussomierzem ujawni słabnięcie separatora spowodowane przekroczeniem temperatury pracy lub uszkodzeniem mechanicznym wcześniej, niż objawi się ono metalowymi zanieczyszczeniami w produkcie; jest więc standardowym elementem audytu separacji magnetycznej.

Pomiar indukcji magnetycznej to podstawowy sposób weryfikacji rzeczywistej mocy magnesu lub separatora. Wykonuje się go gaussomierzem z sondą Halla bezpośrednio na powierzchni urządzenia w miejscach biegunów; wynik podaje się w gausach lub teslach. Metodą uzupełniającą jest pomiar siły odrywania próbnika stalowego (pull test).

Magnesy z czasem słabną — najczęściej z powodu przekroczenia temperatury pracy, uszkodzenia mechanicznego lub korozji. Słabnięcia przy tym nie widać: separator wygląda tak samo, tylko wychwytuje mniej. Dlatego należy mierzyć regularnie, najlepiej raz w roku, zawsze tą samą metodą w tych samych miejscach, a wyniki zapisywać w protokole w celu porównania rok do roku z wartościami z instalacji. Przy nowym urządzeniu warto zażądać od dostawcy protokołu pomiaru konkretnego egzemplarza na powierzchni płaszcza — katalogowa wartość materiału to nie to samo.

Siła odrywania to siła potrzebna do oderwania stalowego próbnika od powierzchni magnesu. Wyznacza się ją tak zwanym pull testem: próbnik o zdefiniowanym kształcie przykłada się do badanego miejsca i płynnie odciąga siłomierzem, aż do oderwania; zarejestrowaną wartość podaje się w niutonach.

Pull test uzupełnia pomiar gaussomierzem tam, gdzie sama indukcja nie wystarcza: gausy opisują siłę pola w jednym punkcie, a siła odrywania mówi o tym, jak urządzenie rzeczywiście trzyma wychwyconą cząstkę. Pomiar wykonuje się wielokrotnie w zdefiniowanych miejscach — przy rusztach i prętach nad nabiegunnikami, gdzie pole jest najsilniejsze — a wynikiem jest średnia z kilku pomiarów. Porównanie protokołów rok do roku niezawodnie ujawni degradację magnesów. W przypadku magnesów do podnoszenia ładunków coroczna weryfikacja siły odrywania z protokołem jest zalecana także ze względu na bezpieczeństwo pracy.

Sonda Halla to półprzewodnikowy czujnik do pomiaru indukcji magnetycznej, oparty na zjawisku Halla, które w 1879 roku opisał Edwin Hall: na cienkiej płytce, przez którą płynie prąd, w polu magnetycznym powstaje poprzeczne napięcie proporcjonalne do indukcji. Sonda jest elementem pomiarowym gaussomierzy i teslomierzy oraz bezkontaktowych czujników położenia i obrotów.

Sonda mierzy tylko składową pola prostopadłą do płytki, dlatego na wynik zasadniczo wpływa jej orientacja. Wykonanie transwersalne przykłada się płasko do powierzchni magnesu, aksjalne mierzy pole w kierunku swojej osi, na przykład w otworach cewek; do szczelin między prętami rusztów istnieją cienkie sondy transwersalne. Kontrolując separator, sondę należy prowadzić zawsze w tej samej orientacji, prostopadle do powierzchni bieguna, i mierzyć wielokrotnie w tym samym miejscu — tylko wtedy wartości są wzajemnie porównywalne. Sondę trzeba chronić przed zginaniem i uderzeniami — uszkodzony czujnik unieważnia cały pomiar.

Tesla (T) to jednostka indukcji magnetycznej w układzie SI, nazwana na cześć wynalazcy Nikoli Tesli. Obowiązuje przelicznik 1 T = 10 000 gausów; słabsze pola podaje się w militeslach (1 mT = 10 G). Dla wyobrażenia: pole magnetyczne Ziemi ma na powierzchni około 0,00005 T, zwykły magnes na lodówkę około 0,005 T. Jedna tesla odpowiada jednemu weberowi strumienia magnetycznego na metr kwadratowy powierzchni.

Medyczny rezonans magnetyczny pracuje z polami 1,5–3 T, a pręty neodymowe separatorów osiągają na powierzchni do 1,6 T. W branży separacji magnetycznej wydajność tradycyjnie podaje się jednak w gausach, więc tesle spotkają Państwo głównie w normach, kartach katalogowych przyrządów pomiarowych i literaturze zagranicznej. Przeliczenie jest proste — wartość w teslach wystarczy pomnożyć przez dziesięć tysięcy. Czytając parametry, zawsze warto sprawdzić jednostkę: pomylenie militesli z teslą oznacza błąd o trzy rzędy wielkości.

Weber (Wb) to jednostka strumienia magnetycznego w układzie SI, nazwana na cześć fizyka Wilhelma Webera. Jeden weber odpowiada strumieniowi jednorodnego pola o indukcji jednej tesli przez powierzchnię jednego metra kwadratowego; obowiązuje więc 1 Wb = 1 T·m², równoważnie 1 V·s.

Z weberami spotkają się Państwo głównie przy pomiarach fluksometrem, który całkowity strumień magnesu podaje w miliweberach, oraz w obliczeniach projektowych obwodów magnetycznych. Katalogi separatorów nimi nie operują — wydajność urządzenia opisuje indukcja w gausach czy teslach, a więc gęstość strumienia, nie sam strumień. Użyteczna jest zależność między obiema wielkościami: ten sam strumień ściśnięty przez nabiegunnik w mniejszą powierzchnię oznacza wyższą indukcję w miejscu pracy.

Magnes AlNiCo to magnes trwały ze stopu aluminium, niklu, kobaltu i żelaza. Jego główną zaletą jest stabilność termiczna: pracuje w temperaturach do 450 °C, a temperaturę Curie ma około 850 °C, najwyższą z powszechnie stosowanych materiałów magnetycznych. Dobrze opiera się korozji i kwasom, jest jednak wyraźnie słabszy niż magnesy neodymowe.

Słabością AlNiCo jest niska koercja — magnes łatwo ulega częściowemu rozmagnesowaniu przez silniejsze pole zewnętrzne lub niewłaściwe składowanie, dlatego nie powinien leżeć swobodnie obok magnesów neodymowych. Znajduje zastosowanie w technice pomiarowej, czujnikach i wszędzie tam, gdzie wysoka temperatura wyklucza neodym i SmCo. W separacji magnetycznej stosuje się go marginalnie; do typowych gorących procesów zwykle wystarczy ferryt lub wysokotemperaturowe klasy NdFeB, a AlNiCo pozostaje wyborem na ekstrema temperaturowe.

Magnes ferrytowy, nazywany także ceramicznym, to magnes trwały produkowany przez spiekanie tlenku żelaza z węglanem baru lub strontu. W porównaniu z neodymem jest wyraźnie słabszy; jego zaletami są niska cena, odporność na korozję bez powłoki ochronnej oraz odporność temperaturowa do 250 °C.

O wyborze między ferrytem a neodymem decyduje zastosowanie: separatory ferrytowe osiągają na powierzchni 1 500–3 000 G i niezawodnie wychwycą większe cząstki stalowe — śruby, nakrętki, drut. Do drobnych opiłków poniżej jednej dziesiątej milimetra potrzebny jest neodym o indukcji powyżej 10 000 G. Ferryt warto więc wybierać do gorących procesów, takich jak suszarnie czy wyjścia z pieców, do środowisk wilgotnych i zewnętrznych oraz wszędzie tam, gdzie wystarczy wychwyt grubszych zanieczyszczeń za niższą cenę. Kruchość materiału ceramicznego wymaga ostrożnego obchodzenia się — uderzenie lub upadek łatwo wyszczerbia magnes.

Magnes neodymowy to magnes trwały ze stopu neodymu, żelaza i boru (Nd₂Fe₁₄B). Jest to najsilniejszy seryjnie produkowany materiał magnetyczny: w małej objętości zapewnia wielokrotnie większą siłę niż ferryt. Produkuje się go przez spiekanie proszku stopowego w próżni i oznacza klasami N35–N52 według siły magnetycznej.

Klasy standardowe pracują do 80 °C; do wyższych temperatur istnieją serie z przyrostkami M, H, SH, UH, EH i AH o odporności do 240 °C. Stop łatwo koroduje, dlatego magnesy pokrywa się powłoką ochronną, najczęściej niklową lub cynkową. W separatorach magnetycznych magnesy neodymowe są dziś standardem — tylko ich wysoka indukcja wychwyci drobne opiłki stalowe i cząstki słabo magnetyczne. Im wyższa klasa, tym silniejszy magnes, ale niższa odporność temperaturowa; klasę należy więc dobierać według temperatury Państwa procesu, a nie tylko według liczby.

Magnes samarowo-kobaltowy to magnes trwały z metali ziem rzadkich, produkowany w składach SmCo₅ i Sm₂Co₁₇. Po neodymie jest to drugi najsilniejszy materiał magnetyczny, znosi jednak znacznie wyższe temperatury — trwale 250 do 300 °C — i bez powłoki ochronnej opiera się korozji. Wyróżnia się także wysoką koercją, trudno go więc rozmagnesować.

Współczynnik temperaturowy SmCo wynosi tylko −0,03 do −0,05 % na stopień Celsjusza, mniej więcej jedną trzecią wartości neodymu, dzięki czemu magnes zachowuje w wysokiej temperaturze wyraźnie więcej mocy. Ceną jest wyższy koszt kobaltu i znaczna kruchość — magnesy łatwo pękają i wymagają ostrożnego montażu. SmCo warto wybierać tam, gdzie wysoka temperatura spotyka się z wymogiem siły lub z agresywnym środowiskiem; typowo czujniki, silniki i zastosowania, w których wysokotemperaturowy neodym już nie wystarcza, a ferryt jest zbyt słaby.

Magnes trwały to materiał, który po namagnesowaniu trwale utrzymuje własne pole magnetyczne bez doprowadzania energii elektrycznej. Produkuje się go z materiałów magnetycznie twardych; w przemyśle stosuje się cztery główne typy: magnesy neodymowe (NdFeB), ferrytowe, samarowo-kobaltowe (SmCo) i AlNiCo.

Neodym to najsilniejszy dostępny materiał, jednak klasy standardowe pracują tylko do 80 °C i bez powłoki ochronnej (nikiel, cynk) korodują. Ferryt jest tani, odporny na korozję i temperatury do 250 °C, ale wyraźnie słabszy. SmCo łączy siłę z odpornością temperaturową za wyższą cenę; AlNiCo jest stabilny termicznie, lecz łatwo się rozmagnesowuje. W separatorach magnetycznych przeważają dziś magnesy neodymowe ze względu na maksymalny wychwyt drobnych cząstek; do gorących procesów należy wybierać ferryt lub wysokotemperaturowe klasy NdFeB. Materiał zawsze warto dobierać według temperatury i środowiska konkretnego zakładu.

Magnetoplast, zwany także magnesem gumowym, to materiał kompozytowy z proszku magnetycznego — najczęściej ferrytowego — rozproszonego w elastycznej matrycy polimerowej lub gumowej. Produkuje się go przez walcowanie lub wytłaczanie w folie, taśmy i profile, które można ciąć nożyczkami, przycinać i zginać.

Magnetoplast jest wyraźnie słabszy niż magnesy spiekane; jego atutem są swoboda kształtu i niska cena. Typowe zastosowania: folie i taśmy magnetyczne do oznaczania regałów i wymiennych etykiet, uszczelki drzwi lodówek, magnesy reklamowe, mocowanie lekkich przedmiotów. W separacji się nie sprawdzi — do wychwytywania zanieczyszczeń jest zbyt słaby. Istnieją też magnetoplasty z proszkiem neodymowym, silniejsze od ferrytowych, wciąż jednak nie osiągają mocy magnesów spiekanych.

Magnetyt to minerał, tlenek żelazawo-żelazowy Fe₃O₄, najsilniej magnetyczny materiał naturalny. Jego naturalnie namagnesowane bryły, zwane lodestone lub kamieniem magnetycznym, były pierwszymi magnesami ludzkości — obracały igły najstarszych kompasów, a od antycznej krainy Magnezji wzięła nazwę cała dziedzina.

Magnetyt to jednak nie tylko historia. Jest ferrimagnetyczny i separator magnetyczny niezawodnie go wychwytuje, co wykorzystuje wzbogacanie rud żelaza oraz oczyszczanie piasków odlewniczych i szklarskich z minerałów żelazistych. Drobny magnetyt jest zarazem częstym składnikiem naturalnych zanieczyszczeń w surowcach — czarny pył na magnesie kontrolnym to zwykle właśnie on. Laboratoryjna separacja magnetyczna wykorzystuje go więc również jako materiał modelowy w testach separowalności.

Materiał ferromagnetyczny to substancja, którą magnes silnie przyciąga i którą można dzięki temu usunąć separacją magnetyczną. Należą tu żelazo, stal węglowa, żeliwo, nikiel, kobalt i większość stopów tych metali — a więc zdecydowana większość zanieczyszczeń metalowych w zakładach przemysłowych.

Magnes nie wychwyci natomiast aluminium, miedzi, mosiądzu, brązu, cynku, ołowiu ani niemetali, takich jak tworzywa sztuczne czy szkło. Przypadkiem granicznym są stale nierdzewne: gatunki austenityczne (AISI 304, 316) w stanie wyżarzonym są praktycznie niemagnetyczne, po obróbce plastycznej na zimno magnes chwyta je tylko częściowo, natomiast nierdzewne stale ferrytyczne i martenzytyczne (na przykład AISI 430) separować można. Jeżeli rozważają Państwo, czy separacja magnetyczna usunie Państwa zanieczyszczenia, nie należy polegać na ogólnych tabelach — warto zlecić test rzeczywistej próbki materiału i zanieczyszczeń.

Metale ziem rzadkich w magnesach to pierwiastki z grupy lantanowców, które nadają nowoczesnym magnesom wyjątkową siłę. Najważniejszy jest neodym, podstawa magnesów NdFeB; dysproz i terb dodaje się do stopu w celu podwyższenia koercji i odporności temperaturowej. Właśnie dlatego magnesy NdFeB i SmCo nazywa się magnesami „rare earth".

Metale ziem rzadkich nie są przy tym w skorupie ziemskiej wyjątkowe, ale ich wydobycie, a przede wszystkim przetwarzanie, koncentrują się w Chinach, więc ceny magnesów czule reagują na politykę handlową, napięcia geopolityczne i przerwy w dostawach. Dla odbiorców separatorów oznacza to dwie rzeczy: ceny urządzeń neodymowych mogą w czasie wyraźnie się wahać, a dłuższe terminy dostaw silniejszych klas nie są wyjątkiem. Zapytań o nowe urządzenia nie warto więc odkładać na ostatnią chwilę, a w przypadku procesów krytycznych warto rozważyć zapas serwisowy zapasowych rdzeni magnetycznych.

Nabiegunniki to elementy ze stali magnetycznie miękkiej, które prowadzą i kształtują strumień magnesu trwałego do miejsca, w którym jest potrzebny. Stal miękka stawia strumieniowi minimalny opór, dzięki czemu nabiegunnik potrafi skoncentrować pole na mniejszej powierzchni — i tym samym podnieść indukcję w miejscu pracy powyżej wartości na powierzchni samego magnesu.

Nabiegunniki to cichy trik konstrukcyjny większości urządzeń magnetycznych. W separatorach koncentrują pole na krawędziach i powierzchniach roboczych, w systemach mocujących tworzą powierzchnie styku odporne na ścieranie, którego kruchy magnes by nie wytrzymał. Wyjaśniają też, dlaczego dwa urządzenia z tymi samymi magnesami osiągają różną wydajność: o wynikowej indukcji w miejscu wychwytu decyduje właśnie geometria stalowych elementów wokół magnesów.

Odporność temperaturowa magnesu to najwyższa temperatura pracy, przy której magnes nie traci trwale mocy. Standardowe magnesy neodymowe pracują do 80 °C, serie temperaturowe M, H, SH, UH, EH i AH do 100–240 °C. Magnesy ferrytowe wytrzymują 250 °C, samarowo-kobaltowe około 250–300 °C, a AlNiCo aż 450 °C.

Wraz ze wzrostem temperatury siła magnesu maleje odwracalnie już poniżej limitu roboczego — w przypadku NdFeB o około 0,1 % na każdy stopień. Po przekroczeniu maksymalnej temperatury pracy strata jest trwała i magnes nie zregeneruje się nawet po ostygnięciu. Dobierając separator do suszarni, wytłaczarek czy wyjść z pieców, należy więc wychodzić od temperatury separowanego materiału w miejscu magnesu, a nie od temperatury otoczenia, i uwzględnić rezerwę na szczyty temperaturowe. Spadek mocy przegrzanego separatora zweryfikują Państwo pomiarem gaussomierzem i porównaniem z protokołem z instalacji.

Powłoka ochronna magnesu to warstwa chroniąca go przed korozją i uszkodzeniami mechanicznymi. Najczęstsze jest trójwarstwowe powlekanie nikiel–miedź–nikiel (NiCuNi), wystarczające do suchych pomieszczeń; do środowisk wilgotnych, zewnętrznych i agresywnych chemicznie stosuje się zamknięcie w żywicy epoksydowej, ewentualnie cynkowanie. Powłoka jest niezbędna przede wszystkim w przypadku magnesów neodymowych, których stop bez ochrony szybko koroduje.

Warstwy są cienkie, aby nie odbierały siły magnetycznej, i temu odpowiada ich wrażliwość — uderzenie lub wyszczerbienie krawędzi otwiera korozji drogę do wnętrza magnesu. W przemyśle spożywczym samo powlekanie nie jest więc uznawane za wystarczające: rdzenie magnetyczne separatorów zamyka się w spawanych obudowach ze stali nierdzewnej, które nie zanieczyszczają materiału i wytrzymują sanityzację. Zamawiając magnes do środowiska wilgotnego lub kwaśnego, zawsze należy podać warunki pracy — standardowe NiCuNi tam nie wystarczy.

Spiekanie to metalurgia proszków, którą produkuje się najsilniejsze magnesy trwałe: drobny proszek stopowy prasuje się w polu magnetycznym, które orientuje ziarna w łatwej osi, a następnie spieka w wysokiej temperaturze poniżej punktu topnienia. Tak powstają spiekane magnesy NdFeB, SmCo oraz ferryty anizotropowe.

Spiekanie nadaje materiałowi maksymalną gęstość i moc, ale także ceramiczny charakter — magnesy spiekane są twarde i kruche, nie da się ich wiercić ani obrabiać zwykłymi narzędziami, a przy uderzeniu pękają. Kształt wykańcza się szlifowaniem tarczami diamentowymi już u producenta; magnesy należy więc zamawiać w wymiarze końcowym, a podczas montażu chronić je przed udarami i wzajemnym zderzeniem, które łatwo wyszczerbia krawędzie.

Układ Halbacha to sposób składania magnesów trwałych o naprzemiennie obróconych kierunkach magnetyzacji, który wzmacnia pole po jednej stronie zespołu, a po przeciwnej niemal je znosi. Zaprojektował go fizyk Klaus Halbach w latach 80. dla akceleratorów cząstek; podstawą jest powtarzająca się piątka różnie zorientowanych magnesów.

Jednostronne pole oznacza maksimum mocy tam, gdzie jest potrzebna, przy minimum materiału magnetycznego — i słabe pole po stronie tylnej, gdzie by tylko przeszkadzało. Układ stosuje się w silnikach elektrycznych, łożyskach magnetycznych, technice mocowania i systemach uchwytowych; zasadę koncentracji pola po stronie roboczej wykorzystują też konstrukcje płyt magnetycznych. Do typowego doboru separatora nie muszą Państwo znać tego pojęcia, wyjaśnia ono jednak, dlaczego nowoczesne zespoły magnesów przewyższają zwykły blok tej samej wielkości.

Audyt separacji magnetycznej to systematyczny przegląd wszystkich separatorów magnetycznych i detektorów w zakładzie. Obejmuje kontrolę rozmieszczenia urządzeń względem miejsc ryzyka na linii, pomiar indukcji magnetycznej gaussomierzem na powierzchni magnesów, ocenę stanu i sposobu czyszczenia oraz porównanie zmierzonych wartości z dokumentacją. Wynikiem jest raport z protokołami pomiarów i zaleceniami.

Audyt warto zamówić po kilku latach eksploatacji separatorów, przed audytem certyfikacyjnym IFS, BRC lub audytem klienckim sieci handlowej, po znalezieniu metalu w produkcie albo przy zmianie surowca czy technologii. Ujawnia typowe słabości: separatory osłabione przekroczeniem temperatury pracy, urządzenia źle rozmieszczone lub niedowymiarowane oraz brakujące zapisy, których wymaga audytor. Regularne powtarzanie tworzy udokumentowaną historię pomiarów.

Oczyszczanie ręczne i automatyczne to dwa sposoby usuwania wychwyconych cząstek metalu z separatora magnetycznego. W wykonaniu ręcznym (MC) obsługa podczas przestoju wysuwa rdzenie magnetyczne z rur i strząsa zanieczyszczenia; w wykonaniu automatycznym (AC) cykl czyszczenia realizuje układ pneumatyczny bez udziału obsługi, zwykle bez przerywania produkcji.

Wersja ręczna jest tańsza i wystarcza tam, gdzie zanieczyszczenia przybywają powoli, a przestoje nie przeszkadzają. Automatyka opłaca się w zakładach pracujących w ruchu ciągłym, przy silnie zanieczyszczonym materiale i wszędzie tam, gdzie niezawodność czyszczenia nie może zależeć od dyscypliny obsługi — zaniedbane czyszczenie to najczęstsza przyczyna, dla której separator przestaje wychwytywać. Decyzję ułatwi wykonanie z sygnalizacją zapełnienia (ALARM), które informuje, kiedy czyszczenie jest rzeczywiście potrzebne.

Filtracja magnetyczna cieczy to usuwanie cząstek ferromagnetycznych z cieczy technologicznych za pomocą pola magnetycznego — bez wkładów filtracyjnych, które by się zapychały. Chodzi typowo o emulsje chłodzące i oleje obróbkowe ze skrawania, szlamy szlifierskie i media myjące, w których gromadzą się drobne opiłki metalu.

Cząstki metalu w emulsji niszczą pompy, dysze i obrabiane powierzchnie oraz skracają żywotność cieczy. Filtr magnetyczny wychwytuje nawet opiłki około jednego mikrometra, które filtry papierowe i workowe przepuszczają, i wyraźnie wydłuża tym samym interwały ich wymiany. Wychwycony szlam po prostu ściąga się z rdzenia magnetycznego podczas czyszczenia, a w przypadku wyładowczych cylindrów separacyjnych odprowadzanie zanieczyszczeń przebiega w sposób ciągły i automatyczny. Korzyść łatwo policzyć: niższe zużycie emulsji, mniej odpadu filtracyjnego i dłuższa żywotność narzędzi.

Separacja magnetyczna to proces technologiczny, w którym pole magnetyczne magnesów trwałych lub elektromagnesów usuwa zanieczyszczenia ferromagnetyczne ze strumienia materiału — z mieszanek sypkich, cieczy oraz materiału na przenośnikach. Stosuje się ją wszędzie tam, gdzie cząstki metalu zagrażają maszynom lub jakości produktu.

Separacja pełni w zakładzie dwie role. Chroni technologie — młyny, kruszarki, wtryskarki czy linie rozlewnicze — przed uszkodzeniem przez cząstki metalu, a jednocześnie zapewnia czystość produktu w przemyśle spożywczym, tworzyw sztucznych, ceramicznym, chemicznym i recyklingu. Dobrej jakości separatory neodymowe wychwytują nawet cząstki od wielkości około 1 mikrona. Typ urządzenia dobiera się według postaci materiału i sposobu transportu: inaczej separuje się proszki w rurociągu, inaczej granulat w leju zasypowym, a jeszcze inaczej materiał na taśmie. Skuteczność zawsze warto zweryfikować testem z rzeczywistą próbką Państwa materiału, a nie tylko parametrami katalogowymi.

Separacja magnetyczna na mokro i na sucho to dwa podstawowe tryby usuwania zanieczyszczeń metalowych w zależności od stanu skupienia materiału. Separacja na sucho oczyszcza materiały sypkie — granulaty, proszki, zboże, przemiał — za pomocą rusztów, płyt, prętów czy bębnów. Separacja na mokro wychwytuje cząstki ferromagnetyczne z cieczy, szlamów i mieszanek lepkich, gdzie stosuje się separatory do rurociągów, filtry magnetyczne przepływowe lub inne filtry magnetyczne.

Wybrany tryb determinuje konstrukcję urządzenia. Przy materiałach sypkich decyduje równomierne rozprowadzenie materiału wokół prętów, przy cieczach — szczelność, prędkość przepływu i łatwość sanityzacji; dlatego separatory do pracy na mokro mają spawane obudowy nierdzewne i wykonania higieniczne. Uwaga na mieszanki lepkie i kleiste, na przykład czekoladę czy syropy: wymagają specjalnego układu magnesów, aby strumień masy rzeczywiście opływał rdzeń magnetyczny. Tryb należy dobrać według miejsca w technologii, w którym ryzyko zanieczyszczenia jest najwyższe.

Separacja metali nieżelaznych to usuwanie aluminium, miedzi, mosiądzu i innych metali niemagnetycznych ze strumienia materiału. Zwykły separator magnetyczny tych metali nie wychwyci — nie są ferromagnetyczne. Wykorzystuje się więc zasadę prądów wirowych: separator wiroprądowy ECS z szybko wirującym rotorem magnetycznym indukuje w cząstkach metali nieżelaznych prądy, których pole wyrzuca je ze strumienia materiału.

Typowym zastosowaniem jest recykling: odzysk aluminium i miedzi z rozdrobnionego odpadu, oczyszczanie przemiału tworzyw sztucznych, szkła czy paliw alternatywnych. Warunkiem skuteczności jest poprzedzający separator magnetyczny, który najpierw usunie cząstki ferromagnetyczne — inaczej grozi uszkodzenie rotora ECS. Niemagnetycznej stali nierdzewnej prądy wirowe jednak niezawodnie nie wyrzucą; do jej kontroli służy przemysłowy detektor metali.

Separator magnetyczny to urządzenie, które za pomocą silnego pola magnetycznego usuwa zanieczyszczenia ferromagnetyczne z materiałów sypkich, cieczy lub materiału transportowanego na taśmach. Źródłem pola są magnesy trwałe, najczęściej neodymowe lub ferrytowe, ewentualnie elektromagnes; dobrej jakości separatory neodymowe wychwytują nawet cząstki od wielkości około 1 mikrona.

Typ separatora dobiera się według postaci materiału i sposobu transportu: do mieszanek sypkich służą ruszty i pręty magnetyczne, do cieczy i transportu pneumatycznego — separatory do rurociągów i filtry magnetyczne, do transportu taśmowego — separatory bębnowe i podwieszane, a do zastosowań specjalnych — wykonania płytowe i lamelowe. O skuteczności decydują indukcja na powierzchni magnesów w miejscu przepływu materiału oraz sposób oczyszczania — ręczny lub automatyczny.

Tramp metal to utrwalony angielski termin oznaczający obce przedmioty metalowe, które w niepożądany sposób trafiły do strumienia materiału — śruby, nakrętki, odłamki narzędzi, druty, zęby łyżek ładowarek. Po polsku mówi się o metalach obcych lub zanieczyszczeniach metalowych; wyrażenie tramp metal jest jednak powszechnie używane także u nas, głównie w przemyśle wydobywczym, recyklingowym i drzewnym.

Podczas gdy drobne opiłki ferromagnetyczne zagrażają głównie czystości produktu, tramp metal niszczy technologie — jedna śruba potrafi uszkodzić kruszarkę, młyn, granulator albo przebić taśmę. Ochroną jest separator umieszczony przed wrażliwą maszyną: podwieszana płyta magnetyczna lub elektromagnes nad przenośnikiem, a na trasach rurowych — kaskadowy separator magnetyczny. Opłaca się połączenie z wykrywaczem metali, który wychwyci również metale niemagnetyczne, takie jak aluminium czy stal nierdzewna.

Wysokogradientowa separacja magnetyczna (HGMS) to technika wychwytywania bardzo drobnych i słabo magnetycznych cząstek, wobec których zwykłe separatory są bezradne. Materiał przepływa przez matrycę — wkład wypełniony namagnesowaną wełną lub siatkami ze stali nierdzewnej — gdzie na krawędziach drucików powstają ekstremalne lokalne gradienty pola, przyciągające nawet cząstki o wielkości około jednego mikrometra.

HGMS wychwytuje nie tylko opiłki ferromagnetyczne, ale i domieszki paramagnetyczne, na przykład związki żelaza w surowcach ceramicznych, które klasyczny ruszt przepuści. Stosuje się ją tam, gdzie o jakości decydują śladowe stężenia żelaza — kaolin, skalenie, piaski szklarskie, surowce farmaceutyczne i chemiczne. Przed wdrożeniem w zakładzie warto zlecić test materiału na laboratoryjnym separatorze z matrycą; wynik testu pokaże osiągalną czystość oraz odpowiednie parametry robocze urządzenia.

Zanieczyszczenia ferromagnetyczne to cząstki metalu na bazie żelaza — stalowe opiłki, wióry, odpryski spawów, śruby, nakrętki czy drut — które trafiają do przetwarzanego materiału wskutek zużycia maszyn, podczas konserwacji albo już z surowcem od dostawcy. To właśnie te cząstki potrafi wychwycić separacja magnetyczna.

W produkcji wyrządzają podwójną szkodę: uszkadzają kolejne technologie, takie jak młyny, wtryskarki czy granulatory, i obniżają wartość produktu — w przemyśle spożywczym stanowią ponadto bezpośrednie zagrożenie dla konsumenta oraz powód reklamacji czy wycofania partii z rynku. Ich wielkość sięga od widocznych kawałków po mikronowe opiłki, których okiem nie sposób dostrzec; to właśnie drobne cząstki są najczęstszą przyczyną znalezisk. Czy i czym można usunąć zanieczyszczenia z Państwa materiału, niezawodnie pokaże test rzeczywistej próbki na konkretnym typie separatora.

Zanieczyszczenia metalowe w żywności to odłamki metali, które trafiają do produktu w trakcie produkcji — ze zużytych sit, mieszalników, przenośników, noży czy połączeń śrubowych, ewentualnie już z surowcem. Według metodyki HACCP należą do zagrożeń fizycznych, którymi producent żywności musi systematycznie zarządzać.

Znalezisko metalu u konsumenta oznacza reklamacje, kary i wycofanie całej partii, dlatego prewencję buduje się dwustopniowo: separatory magnetyczne wychwytują cząstki ferromagnetyczne, łącznie z drobnymi opiłkami, bezpośrednio w strumieniu surowca, a przemysłowy wykrywacz metali na końcu linii ujawni także stal nierdzewną i metale kolorowe, których magnes nie zatrzyma. Skuteczność obu środków trzeba regularnie weryfikować i dokumentować — audytorzy sieci handlowych oraz jednostki certyfikujące wymagają zapisów z czyszczenia, pomiarów i testów z próbkami referencyjnymi.

Bębnowy separator magnetyczny to urządzenie z obracającym się niemagnetycznym płaszczem, wewnątrz którego znajduje się nieruchomy segment magnetyczny. Materiał sypie się na bęben: cząstki ferromagnetyczne trzymają się płaszcza, a obrót wynosi je poza zasięg pola magnetycznego, gdzie samoczynnie odpadają do oddzielnej frakcji. Czysty materiał kontynuuje własną trajektorię.

Główną zaletą jest ciągłe samooczyszczanie bez udziału obsługi — bęben się nie zapełnia, dlatego radzi sobie z dużymi wydajnościami i silnie zanieczyszczonymi materiałami. Typowe zastosowania: recykling, linie kruszenia, piaski odlewnicze, przetwórstwo surowców sypkich o wysokim udziale żelaza. Szerokość bębna dobiera się według wydajności linii, a materiał magnesów według drobności zanieczyszczeń: ferryt do grubego żelaza, neodym do drobnych opiłków. Przy transporcie taśmowym alternatywą jest magnes podwieszany nad przenośnikiem.

Kaskadowy separator magnetyczny to separator rurowy w kształcie „garbu" (po angielsku hump magnet), w którym materiał spadający rurociągiem grawitacyjnym dwukrotnie zmienia kierunek i za każdym razem trafia na płytę magnetyczną. Dwustopniowa separacja jedna za drugą zwiększa prawdopodobieństwo wychwycenia zanieczyszczeń ferromagnetycznych nawet przy dużych przepływach.

Kaskada przeznaczona jest do wysokowydajnego transportu grawitacyjnego materiałów sypkich — pasz, zboża, granulatów, masy drzewnej — gdzie pojedyncza płyta przy pełnym przekroju rurociągu ominęłaby część zanieczyszczeń. Załamany kształt jednocześnie spowalnia i rozwarstwia spadający materiał, dzięki czemu zanieczyszczenia przechodzą bliżej magnesów. Produkowana jest z oczyszczaniem ręcznym (MC), gdy obsługa odchyla płyty i je wyciera, oraz z oczyszczaniem automatycznym (AC) dla zakładów pracujących w ruchu ciągłym. Przy wyborze należy podać przepływ, średnicę rurociągu i charakter materiału.

Magnes kontrolny to ręczne narzędzie magnetyczne do wyrywkowej kontroli obecności zanieczyszczeń ferromagnetycznych w surowcach i produktach. Najczęściej ma postać pręta magnetycznego z uchwytem lub grotem, który zanurza się lub wsuwa do próbki — mąki, granulatu, paszy — a po wyciągnięciu pokazuje, co krąży w materiale.

Magnes kontrolny to najtańszy punkt wejścia w magnetyczną ochronę zakładu. Szybki test ujawni zanieczyszczenie metalowe w dostarczonym surowcu jeszcze przed przyjęciem, udowodni dostawcy zasadność reklamacji, a bieżące próbkowanie za separatorem potwierdzi, że zainstalowana ochrona rzeczywiście działa. Znalezisko na magnesie kontrolnym to zarazem najlepszy argument za zakupem separatora przepływowego — pokaże rodzaj, ilość i wielkość cząstek, na które urządzenie ma zostać zwymiarowane.

Magnes podwieszany to płytowy separator magnetyczny zawieszony nad przenośnikiem taśmowym, który z warstwy materiału na taśmie wyciąga kawałkowe żelazo — śruby, nakrętki, druty, odłamki narzędzi. Produkowany jest z magnesami trwałymi lub jako elektromagnes, w wykonaniu ręcznym lub samoczyszczącym, w którym wychwycone metale odprowadza własna krótka taśma (separator nadtaśmowy, tzw. overband).

Stosuje się go w recyklingu, cementowniach, na liniach kruszenia i sortowania — wszędzie tam, gdzie trzeba chronić kruszarki i młyny przed kawałkowym żelazem. Decydującym parametrem jest wysokość zawieszenia nad taśmą i grubość warstwy materiału: wraz ze wzrostem odległości skuteczność szybko maleje, dlatego magnes dobiera się do konkretnego przenośnika. Do drobnych opiłków magnes podwieszany nie wystarczy — te wychwycą dopiero ruszty czy pręty w kolejnych stopniach separacji.

Magneśnica, zwana też magnetyzerem, to urządzenie, które krótkim działaniem silnego pola magnetycznego namagnesowuje przedmiot ferromagnetyczny lub magnes trwały. Przemysłowe magneśnice pracują najczęściej impulsowo — bateria kondensatorów rozładowuje się w cewce, a szczytowe pole nasyca materiał aż do pełnej magnetyzacji.

Magnesowanie wykorzystuje się na dwa sposoby. Drobne magneśnice namagnesowują wkrętaki i bity, aby trzymały wkręty; przemysłowe systemy impulsowe magnesują magnesy trwałe dopiero po zmontowaniu w zespół, co upraszcza produkcję — nienamagnesowane magnesy łatwiej się kleją i osadzają. Magneśnica jest funkcjonalnym odpowiednikiem demagnetyzera: jedna magnetyzację wytwarza, drugi znosi ją polem przemiennym o malejącej amplitudzie. Osłabiony magnes można pełnowartościowo odtworzyć tylko polem znacznie silniejszym od jego własnego.

Miotła magnetyczna to mobilny magnetyczny zbieracz odpadu metalowego z podłóg, dróg i utwardzonych powierzchni. Silne magnesy trwałe w nisko prowadzonym korpusie przyciągają gwoździe, śruby, druty, wióry i ostre odłamki; produkowana jest w wersji ręcznej, podwieszanej na widłach wózka widłowego oraz ciągnionej za pojazdem.

Miotła to przede wszystkim narzędzie bezpieczeństwa zakładu — metalowe odłamki na drogach oznaczają przebite opony wózków, zranionych pracowników i metale zawleczone na podeszwach do produkcji. Regularne przejechanie alejek magazynowych, ramp załadunkowych oraz otoczenia pras i obrabiarek wyraźnie zmniejsza ryzyko; na lotniskach ta sama zasada służy ochronie samolotów przed ciałami obcymi. Zebrany metal uwalnia się z miotły przez odchylenie płyty zgarniającej, bez ręcznego zbierania z magnesu.

Płytowy separator magnetyczny — w ofercie SOLLAU separator z magnesami zewnętrznymi — to urządzenie z płaską płytą magnetyczną, która wychwytuje zanieczyszczenia ferromagnetyczne z materiału przepływającego wzdłuż niej — w zsypie, w rurociągu lub na przenośniku taśmowym. W odróżnieniu od rusztu materiał nie przepływa przez płytę, więc separator nie hamuje przepływu i nie grozi jego zapchanie.

Płyta jest wyborem dla materiałów grubszych, wilgotnych, kleistych lub trudno sypkich, które zapchałyby szczeliny rusztu — mieszanek włóknistych, trocin, surowców rozdrobnionych, ale także mąki czy zbóż w zsypach. Wychwyt zaczyna się mniej więcej od cząstek półmilimetrowych; na drobne opiłki skuteczniejszy jest ruszt z prętami w bezpośrednim kontakcie z materiałem. Płyty magnetyczne produkowane są z oczyszczaniem ręcznym i automatycznym oraz w wykonaniu z sygnalizacją zapełnienia, która informuje obsługę, kiedy czas wyczyścić separator.

Pręt magnetyczny to podstawowy element konstrukcyjny separacji magnetycznej: rura ze stali nierdzewnej z neodymowymi rdzeniami magnetycznymi, na której powierzchni wychwytywane są zanieczyszczenia ferromagnetyczne z przepływającego materiału. Dobrej jakości pręty osiągają na powierzchni indukcję powyżej 10 000 G, wykonania najwyższej klasy — powyżej 13 000 G.

Stosuje się go samodzielnie w małych lejach zasypowych i korytach, częściej jednak jako element rusztów magnetycznych i separatorów szafkowych. Przy wyborze decydują indukcja na powierzchni płaszcza, a nie katalogowa wartość rdzenia, ponadto średnica pręta i odporność temperaturowa użytych magnesów. Wychwycone opiłki trzymają się pręta nawet przy przepływie materiału, trzeba je jednak regularnie usuwać — ręcznie przez wysunięcie rdzenia albo w trybie automatycznego oczyszczania. Słabnący pręt zweryfikują Państwo pomiarem gaussomierzem i porównaniem z protokołem z dostawy.

Przenośnik magnetyczny to przenośnik z układem magnetycznym ukrytym pod taśmą lub nierdzewnym płaszczem, który przytrzymuje przedmioty ferromagnetyczne podczas transportu. Blachy, wypraski czy wióry nie zsuwają się więc nawet przy stromym wznoszeniu, a przenośnik może prowadzić je ukośnie, pionowo, a nawet do góry nogami.

Przenośniki magnetyczne rozwiązują manipulację detalami, wobec których zwykła taśma jest bezradna — ostre, zaolejone wióry od obrabiarek i pras, drobne wypraski, wieczka czy wykroje blaszane. Przytrzymanie magnesem oszczędza miejsce (stromy kąt zamiast długiej pochyłej trasy) i zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ ostre kawałki nie odlatują. W odróżnieniu od separatora zadaniem przenośnika nie jest sortowanie metali, lecz ich bezpieczne przemieszczenie; obie funkcje można jednak na linii celowo łączyć.

Rolka magnetyczna to separator, który zastępuje bęben napędowy lub zwrotny przenośnika taśmowego. Zanieczyszczenia ferromagnetyczne w transportowanym materiale przytrzymuje na taśmie, podczas gdy czysty produkt na końcu przenośnika swobodnie odpada; wychwycone metale taśma przenosi pod rolkę, gdzie po opuszczeniu pola magnetycznego uwalniają się do oddzielnego zsypu.

Rolka to eleganckie rozwiązanie tam, gdzie na linii nie ma miejsca na kolejne urządzenie — separacja przebiega w sposób ciągły i automatyczny bezpośrednio w istniejącym przenośniku, bez obsługi i bez zapotrzebowania na przestrzeń. Różnica względem bębna magnetycznego: bęben to samodzielna maszyna z własnym napędem i obudową, do której materiał się doprowadza, a rolkę po prostu wymienia się z istniejącym bębnem przenośnika. Skuteczność zależy od grubości warstwy materiału na taśmie — przy wysokich warstwach warto ją łączyć z płytą podwieszaną nad taśmą.

Ruszt magnetyczny to separator zbudowany z zespołu prętów magnetycznych w ramie; materiał przesypuje się między prętami, a zanieczyszczenia ferromagnetyczne pozostają wychwycone na ich powierzchni. Instaluje się go w lejach zasypowych, zsypach i zbiornikach, przez które materiał sypki przechodzi grawitacyjnie — typowo granulat, proszki, ziarno.

Produkowany jest w wykonaniu stałym i z wysuwanymi prętami, z oczyszczaniem ręcznym i automatycznym, ewentualnie w wersji szafkowej do tras zamkniętych. Rozstaw prętów to kompromis: gęstszy ruszt wychwyci więcej zanieczyszczeń, ale hamuje przepływ materiałów trudno sypkich. O skuteczności decyduje indukcja na powierzchni prętów w miejscu przepływu — dobrej jakości ruszty neodymowe przekraczają 10 000 G. Do materiałów trudno sypkich i tworzących mosty należy wybrać wykonanie z wibracją lub inną konstrukcję separatora; przydatność zweryfikuje test próbki.

Separator elektromagnetyczny, w branży zwany overbandem, to podwieszany separator nad przenośnikiem taśmowym, którego pole wytwarza zasilana cewka zamiast magnesów trwałych. Elektromagnes osiąga większy zasięg działania w głąb materiału niż płyta z magnesami trwałymi, dlatego wychwytuje metale nawet z wysokich warstw — zasięg dochodzi do czterystu milimetrów.

Overband zawiesza się poprzecznie lub wzdłużnie nad taśmą, a wychwycone metale odprowadza w sposób ciągły własną krótką taśmą poza przenośnik. Wykonanie elektromagnetyczne warto wybrać do grubych warstw i dużych kawałków żelaza — recykling, kruszarki, węgiel, kruszywa; ceną są pobór energii, większa masa i konieczność szafy zasilającej. Do niższych warstw i oszczędnej eksploatacji wystarczy podwieszana płyta z magnesami trwałymi, bez zasilania. Decydujące parametry to wysokość zawieszenia, szerokość taśmy, prędkość i charakter materiału.

Separator magnetyczny do rurociągów to urządzenie wbudowane bezpośrednio w trasę rurową, które wychwytuje zanieczyszczenia ferromagnetyczne z materiału transportowanego grawitacyjnie, pneumatycznie lub pompą — z proszków, granulatów i cieczy. Konstrukcja różni się w zależności od medium: stożkowe magnesy (bullet) do materiału spadającego i transportowanego ciśnieniowo, przepływowe filtry magnetyczne z prętami magnetycznymi do cieczy.

Wykonania ciśnieniowe wytrzymują zwykle do 10 bar, a dla przemysłu spożywczego i farmacji istnieją wersje higieniczne z polerowanymi powierzchniami i szybkim demontażem do czyszczenia. W specyfikacji należy podać średnicę rurociągu, prędkość transportu, ciśnienie i temperaturę medium — to właśnie prędkość przepływu w miejscu magnesu decyduje, czy pole zdąży wychwycić drobne cząstki. Skuteczność na konkretnym materiale zweryfikuje test próbki.

Przemysłowy wykrywacz metali (detektor metali) to urządzenie, które elektronicznie wykrywa w strumieniu materiału cząstki metalu, w tym te, których magnes nie wychwyci — stali nierdzewnej, aluminium czy mosiądzu. Działa na zasadzie zrównoważonych cewek: cewka nadawcza wytwarza przemienne pole magnetyczne, a cząstka metalu przechodząca przez otwór detekcyjny zaburza równowagę cewek pomiarowych, co system interpretuje jako wykrycie.

W odróżnieniu od separatora detektor sam nie usuwa zanieczyszczenia — za sygnałem podąża mechanizm odrzucający (zwrotnica, klapa, zatrzymanie taśmy). Sprawdzonym rozwiązaniem jest więc kombinacja: separator na bieżąco usuwa opiłki ferromagnetyczne, a detektor na końcu linii kontroluje produkt finalny. Typ dobiera się według sposobu transportu materiału: tunelowe do przenośników taśmowych, zrzutowe do materiałów sypkich, rurowe do cieczy i transportu pneumatycznego.

Tunelowy detektor metali to przemysłowy wykrywacz z otworem przelotowym, przez który produkty przejeżdżają na przenośniku taśmowym. Cewka detekcyjna w tunelu ujawnia zanieczyszczenia metalowe, w tym stal nierdzewną i metale nieżelazne, i to nawet wewnątrz wyrobów zapakowanych — w odróżnieniu od separatora magnetycznego, który metali niemagnetycznych nie wychwyci, a z opakowaniem nie potrafi pracować.

Detektory tunelowe umieszcza się na końcu linii jako ostatnią kontrolę przed wysyłką, typowo przy pakowanej żywności, pieczywie czy wyrobach mięsnych. Zanieczyszczoną sztukę system automatycznie odrzuca wyrzutnikiem albo zatrzymuje taśmę i wzywa obsługę; każde zdarzenie jest rejestrowane na potrzeby audytu. Na czułość wpływają wielkość tunelu oraz tak zwany efekt produktu w wyrobach wilgotnych i słonych, dlatego detektor zawsze kalibruje się na konkretny produkt za pomocą certyfikowanych próbek testowych.

Zrzutowy detektor metali to przemysłowy wykrywacz przeznaczony do materiałów sypkich opadających swobodnym spadkiem — granulatów, proszków, ziarna. Cewka detekcyjna obejmuje pionowy rurociąg; gdy tylko spadająca cząstka metalu zaburzy jej pole, szybka zwrotnica pneumatyczna w ułamku sekundy kieruje zanieczyszczony odcinek strumienia do pojemnika na odpad. Produkcja trwa bez przerwy.

Instaluje się go typowo pod silosami, suszarkami i dozownikami w przemyśle tworzyw sztucznych i spożywczym — często jako ostatnią kontrolę przed pakowaniem lub wtryskarką. Wykrywa wszystkie metale, łącznie ze stalą nierdzewną i kolorowymi, uzupełnia więc separację magnetyczną, która frakcję ferromagnetyczną usuwa już wcześniej. Przy wyborze decydują średnica otworu detekcyjnego i czułość — podawana jako średnica kulki testowej, którą urządzenie jeszcze niezawodnie wykrywa.

ATEX oznacza europejską dyrektywę 2014/34/UE dotyczącą urządzeń przeznaczonych do pracy w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. W zakładach z pyłem palnym — młynach, silosach, pneumatycznym transporcie proszków — przestrzenie dzieli się na strefy 20, 21 i 22 według częstości występowania atmosfery wybuchowej, a każde zainstalowane urządzenie musi kategorią odpowiadać dokładnie tej strefie, w której pracuje.

Separatory magnetyczne i wykrywacze metali pełnią tu podwójną rolę: usuwając cząstki metalu, zmniejszają ryzyko iskry w technologii, a same muszą być w wykonaniu ATEX — z oceną możliwych źródeł zapłonu, przewodzącymi połączeniami wyrównawczymi i certyfikacją dla deklarowanej strefy. W zapytaniu należy więc zawsze podać klasyfikację strefy w miejscu instalacji oraz parametry pyłu; dokumentację klasyfikacji urządzenia producent potwierdza w deklaracji zgodności.

HACCP to system analizy zagrożeń i krytycznych punktów kontroli, obowiązkowy dla producentów żywności i pasz. Cząstki metalu należą w nim do zagrożeń fizycznych: producent musi ocenić ryzyko ich wystąpienia i wdrożyć środki kontroli, które w udokumentowany sposób zarządzają zanieczyszczeniem. Separatory magnetyczne i wykrywacze metali są standardowymi środkami technicznymi służącymi temu celowi.

Samo urządzenie nie wystarczy jednak na audycie — decydują zapisy. Konkretnie oznacza to: zdefiniować, gdzie separacja lub detekcja stanowi punkt kontroli, ustalić procedurę i częstotliwość czyszczenia, regularnie mierzyć indukcję magnetyczną, testować detektory próbkami referencyjnymi i wszystko dokumentować. To właśnie brakujące protokoły są najczęstszym ustaleniem audytorów IFS i BRC; udokumentowaną historię pomiarów zapewni regularny audyt separacji magnetycznej.

IFS Food i BRCGS to międzynarodowe standardy certyfikacji bezpieczeństwa żywności, których sieci handlowe wymagają od swoich dostawców. Oba poświęcają osobne rozdziały ciałom obcym: producent musi na podstawie analizy ryzyka wdrożyć procedury przeciw zanieczyszczeniom fizycznym, w tym metalowym, a z wyrobami zanieczyszczonymi postępować jak z niezgodnymi.

Audytor w odniesieniu do magnesów i detektorów nie oczekuje samej ich obecności, lecz dowodów skuteczności — ewidencji wszystkich separatorów magnetycznych, regularnych pomiarów siły magnesów z protokołami, zapisów z testowania detektorów oraz oceny znalezisk jako potencjalnych reklamacji. Słabym punktem bywa właśnie pomiar magnesów: kontrola wewnętrzna bez przyrządu pomiarowego audytowi nie wystarczy. Niezależny audyt separacji magnetycznej z gaussomierzem i raportem końcowym pokryje wymaganie standardu i ujawni słabnące rdzenie, zanim znajdzie je klient. Popyt na certyfikacje rośnie zawsze przed cyklami recertyfikacji.

Krytyczny punkt kontroli (CCP) to etap produkcji żywności lub pasz, na którym zidentyfikowane zagrożenie można w sposób celowy wyeliminować lub obniżyć do akceptowalnego poziomu — i którego zawodu nie naprawi już żaden kolejny etap. Dla każdego CCP ustala się limity krytyczne, sposób monitorowania, działania korygujące i prowadzenie zapisów.

W przypadku zanieczyszczenia metalami jako CCP wyznacza się zwykle detektor metali na końcu linii, ponieważ jako ostatni potrafi w udokumentowany sposób odrzucić zanieczyszczony wyrób. Separatory magnetyczne w strumieniu surowca pełnią raczej rolę środka prewencyjnego (oPRP) — obniżają ryzyko na bieżąco, ale bez zapisu o każdej sztuce. Przy CCP audytor wymaga dowodów: zapisów z regularnego testowania detektora próbkami, procedur postępowania przy wykryciu oraz szkoleń obsługi. Podział ról między magnesami a detektorem warto potwierdzić w analizie zagrożeń.