Magnetische Trennung

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Abb. 1: Aufnahme von magnetischen Partikeln mittels Handmagnet (Aßbichler, 2017)
Abb. 2: Isodynamischer Magnetabscheider in den Laboren der Geologie

Als magnetische Trennung (magnetic separation) bezeichnet man die Trennung verschiedener Mineralphasen anhand ihrer magnetischen Eigenschaften. Die meisten gesteinsbildenden Minerale sind im klassischen Sinn nicht magnetisch, d.h. sie ziehen weder Stoffe an noch stoßen sie diese ab. Sie können aber durch Ausrichten der Dipole durch ein äußeres Magnetfeld „magnetisiert“ werden.

Magnetisierung M = vektorielle Summe der einzelnen magnetischen Momente pro Volumeneinheit
Suszeptibilität k = Maß der Magnetisierbarkeit eines Minerals

Ferromagnetismus ist die wichtigste Form des Magnetismus, in dem sich alle magnetischen Momente der Teilchen spontan parallel ausrichten können. Dies passiert, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird. Wird dieses wieder entfernt, bleibt die Magnetisierung erhalten.
➪ Beispiel: Magnetit

Paramagnetismus unterscheidet sich vom Ferromagnetismus, da die Magnetisierung nach Entfernung des Magnetfeldes wieder zurückgeht.
➪Beispiele: Glimmer (Mica), Chorit, Amphibol, Pyroxen, Tonminerale (clay minerals)

Diamagnetische Materialien sind ebenfalls nicht magnetisch ohne ein Magnetfeld, entwickeln jedoch eine entgegengesetzte Magnetisierung in einem Magnetfeld.
➪ Beispiele: Quarz, Kalzit, Zirkon

Ferromagnetische Eigenschaften liegen vor allem bei eisenhaltigen Festkörpern vor. Die Mineralien mit den stärksten ferromagnetischen Eigenschaften sind deshalb die eisenhaltigen, v.a. Magnetit, Pyrrhotin und Hämatit.

Handmagnet (hand magnet)

Die einfachste Methode magnetische Minerale von nichtmagnetischen Mineralen zu trennen ist die Verwendung eines Handmagneten. Hierdurch kann in kurzer Zeit relativ viel magnetisches Material vom nichtmagnetischen abgetrennt werden. Es empfiehlt sich, den Handmagneten mit einer Frischhaltefolie zu überziehen um anschließend alle Mineralkörner von dem Magneten trennen zu können.

Abb. 3: Trennung ferromagnetischer Teile (links) von nicht ferromagnetischen Partikeln (rechts)im Magnetscheider (Aßbichler, 2017)

Magnetscheider / Frantz (magnetic separator / frantz)

Die magnetische Trennung wird zunächst mit einem Magneten und dann in einem Isodynamischen Magnetabscheider (magnetic separator) durchgeführt. Durch eine Spule kann mittels der Stromstärke die Stärke des Magnetfeldes eingestellt werden. Neben der Spule ist eine individuell neigbare Rinne positioniert, die sich am unteren Ende in zwei Kanäle aufteilt. Somit können Minerale mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften effektiv voneinander getrennt werden. Eine Übersicht über die magnetischen Eigenschaften typischer Minerale ist in Abbildung 4 gegeben.

Probenvorbereitung

Bevor die magnetische Trennung durchgeführt werden kann, müssen die Minerale getrennt voneinander vorliegen. Bei Festgesteinen ist daher zunächst der Einsatz eines Backenbrechers oder einer Diskmühle notwendig. Es empfiehlt sich auch zunächst die schwere Fraktion, z.B. mittels Schütteltisch, Goldwaschpfanne oder Schweretrennung aufzukonzentrieren, da mittels Magnetscheider nur eine geringe Menge prozessiert werden kann.

Zudem müssen die magnetischen Minerale in jedem Fall vor der Füllung in den Separator mit einem Handmagneten abgeschieden werden. Hierzu wird die Probe auf eine Petrischale gegeben. Der Magnet wird dann mit Plastikfolie bedeckt und mehrmals so nah wie möglich über die Probe geführt. Die aufgesammelten, ferromagnetischen Partikel können dann in ein weiteres Gefäß abgelassen werden. Dieser Vorgang sollte wiederholt werden bis keine weiteren Körner mehr eingesammelt werden.

Lehrveranstaltung

Geological sample preparation II
Tutorium Geologische Gesteinsaufbereitung

Abb. 4: Magnetisches Verhalten im Frantz-Magnetabscheider bei einer Neigung von 20° für eine Reihe klassischer Minerale. Breite Balken für den Hauptbereich der Magnetisierung, Linien für die maximal mögliche Variation.

AutorInnen

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Dieser Artikel wurde erstellt von:
Sönke Stern, Simon Prochaska, Donjá Aßbichler