Η συμβολή του μαγνητικού πεδίου στο μηχανισμό της επίπλευσης

Abstract

This thesis studies the effect of the magnetic field on the flotation of minerals, by measuring the change in the hydrophobicity of the surfaces of finely ground quartz particles, based on the weight of the floated material. For this purpose, automated setups were designed that allowed both the stabilization of their operating parameters (quantity of material and reagents, stirring, measurement duration, etc.) and their easy placement within a magnetic field. The experiments were conducted in two phases. In the first, a constant magnetic field was used, the intensity of which could be adjusted from 0 to 400 Oe. Several series of experiments were performed using the maximum magnetic field intensity. The effect observed during this phase of the experiments was not statistically significant. In the second phase, a pulsed magnetic field with a peak intensity of approximately 17,000 Oe was used. In order to perform a large number of measurements in a short time frame, which would aid statistical processing, a modified Hallimond tube was designed and constructed. Its mechanisms (stirring, etc.) were made of acrylic plastic to avoid any interference with the magnetic field. The modified cell allowed both the automation of its operation and its easy placement in the pulsed magnetic field. A large number of measurements were conducted in groups of 20-30 samples. The limitations of the magnetic field generation setup prevented a pulse period shorter than 0.9 seconds, but the control of the pulse period was done with microsecond accuracy using a microcomputer. By varying the period in steps of 50 μsec, statistically significant changes in the weight of the floated material were observed for the first time.It was observed that the phenomenon exhibits a resonant character with an estimated natural frequency of approximately 2000 - 2800 Hz, very close to the precession frequency of hydrogen nuclei in the Earth's magnetic field (0.5 Oe). The resonant nature of the phenomenon adequately justifies the low reproducibility found in reports in the international literature regarding the effect of magnetic fields on physicochemical processes in general. Finally, a qualitative explanation of the phenomenon is attempted, based on prevailing theories. A detailed summary of the experimental setup, along with typical measurements, is provided in an appendix following the main body of the thesis.

Στη διατριβή αυτή μελετάται η επίδραση του μαγνητικού πεδίου στην επίπλευση ορυκτών, μετρώντας την μεταβολή της υδρoφοβίας της επιφάνειας κόκκων χαλαζία σε λεπτό διαμερισμό, από το βάρος του επιπλεύσαντος υλικού. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν αυτοματοποιημένες διατάξεις που επέτρεπαν τόσο την σταθεροποίηση των παραμέτρων λειτουργίας τους (ποσότητα υλικού και αντιδραστηρίων, ανάδευση, διάρκεια μέτρησης κ.λ.π) όσο και την εύκολη τοποθέτησή τους σε μαγνητικό πεδίο. Τα πειράματα έγιναν σε δύο φάσεις. Στην πρώτη χρησιμοποιήθηκε σταθερό μαγνητικό πεδίο που η έντασή του μπορούσε να ρυθμιστεί από 0 έως 400 Oe. Έγιναν μερικές σειρές πειραμάτων χρησιμοποιώντας τη μέγιστη ένταση μαγνητικού πεδίου. Η επίδραση που παρατηρήθηκε κατά τη φάση αυτή των πειραμάτων δεν ήταν στατιστικά σημαντική. Στη δεύτερη φάση χρησιμοποιήθηκε παλμικό μαγνητικό πεδίο με ένταση κορυφής 17000 Oe περίπου. Προκειμένου να γίνει μεγάλος αριθμός μετρήσεων και σε σύντομο χρονικό διάστημα που θα βοηθούσε την στατιστική επεξεργασία, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε τροποποιημένη κυψέλη Hallimond με τους μηχανισμούς της (ανάδευσης κ.λπ.) από ακρυλικό πλαστικό για την αποφυγή αλληλεπίδρασης με το μαγνητικό πεδίο. Η τροποποιημένη κυψέλη επέτρεψε τόσο την αυτοματοποίηση της λειτουργίας της όσο και την εύκολη τοποθέτησή της στο παλμικό μαγνητικό πεδίο. Έγινε μεγάλος αριθμός μετρήσεων σε ομάδες των 20-30 δειγμάτων. Η ισχύς της διάταξης παραγωγής του μαγνητικού πεδίου δεν επέτρεπε περίοδο παλμών μικρότερη των 0.9 sec αλλά ο έλεγχος της περιόδου των παλμών γινόταν με ακρίβεια μικροδευτερολέπτου χρησιμοποιώντας έναν μικροϋπολογιστή. Μεταβάλλοντας την περίοδο σε βήματα των 50 μsec, σημαντικές στατιστικά αλλαγές παρατηρήθηκαν στο βάρος του επιπλεύσαντος υλικού για πρώτη φορά. Παρατηρήθηκε ότι το φαινόμενο έχει χαρακτήρα συντονισμού με ιδιοσυχνότητα 2000 - 2800 Hz περίπου, πολύ κοντά στη συχνότητα μετάπτωσης των πυρήνων του υδρογόνου στο γήινο μαγνητικό πεδίο (0.5 Oe). Ο χαρακτήρας συντονισμού του φαινομένου δικαιολογεί επαρκώς τη μικρή επαναληψιμότητα που παρουσιάζουν οι αναφορές της διεθνούς βιβλιογραφίας, σχετικά με την επίδραση του μαγνητικού πεδίου στις φυσικοχημικές διεργασίες γενικότερα. Τέλος γίνεται μια προσπάθεια ποιοτικής εξήγησης του φαινομένου βάσει των επικρατέστερων θεωριών.