Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials
Introduction. Magnetic separation is one of the most effective and widely used techniques for the purification and enrichment of materials. It plays a crucial role in mineral processing, recycling, and environmental applications, where the separation efficiency depends on both the magnetic field cha...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/344049 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1864036366733541376 |
|---|---|
| author | Belguet, O. Mehasni, R. Belounis, A. Ouili, M. |
| author_facet | Belguet, O. Mehasni, R. Belounis, A. Ouili, M. |
| author_sort | Belguet, O. |
| baseUrl_str | http://eie.khpi.edu.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-05-01T21:05:27Z |
| description | Introduction. Magnetic separation is one of the most effective and widely used techniques for the purification and enrichment of materials. It plays a crucial role in mineral processing, recycling, and environmental applications, where the separation efficiency depends on both the magnetic field characteristics and the physical properties of the treated materials. Problem. A major limitation of existing studies is that the frictional drag force is often neglected in magnetic separation, although it can sometimes completely prevent the separation process. Goal. To estimate and experimentally verify the effect of frictional drag force on the performance and operational limits of open gradient magnetic separation (OGMS) under dry conditions. Methodology. An integrated analytical, numerical, and experimental approach was used. The granular medium was modeled as a complex fluid where friction acted as a drag force. The coupled magnetic and dynamic equations were solved using Finite Element (FE) – Runge–Kutta (RK4) methods, and results were validated experimentally with a permanent magnet drum separator. Results. To verify the obtained results experiments were carried out on samples of a mixture of sand and iron particles with different components sizes (iron particles and sand grains) in a permanent magnet drum separator. Limited to fine granulometries, the experiments carried out confirmed the results obtained theoretically. Scientific novelty. The study introduces a coupled FE–RK4 model that explicitly integrates the frictional drag force into the particle dynamic equations, enabling accurate prediction of trajectories and operational thresholds. This provides a realistic description of dry magnetic separation behavior, which has been largely overlooked in previous models of dry magnetic separation. Practical value. The findings provide engineers with a framework for optimizing dry OGMS performance. The developed model defines the threshold separating efficient from inhibited particle capture and clarifies how frictional drag controls the operational range of magnetic separators. These insights support improved design, process adjustment, and greater reliability in dry magnetic separation. References 41, tables 7, figures 12. |
| doi_str_mv | 10.20998/2074-272X.2026.3.01 |
| first_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-344049 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-05-02T01:00:07Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3440492026-05-01T21:05:27Z Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials Belguet, O. Mehasni, R. Belounis, A. Ouili, M. метод скінченних елементів дрібнодисперсні частинки сила тертя гранульований матеріал магнітне поле магнітна сепарація динаміка частинок finite element method fine particle frictional drag force granular material magnetic field magnetic separation particle dynamics Introduction. Magnetic separation is one of the most effective and widely used techniques for the purification and enrichment of materials. It plays a crucial role in mineral processing, recycling, and environmental applications, where the separation efficiency depends on both the magnetic field characteristics and the physical properties of the treated materials. Problem. A major limitation of existing studies is that the frictional drag force is often neglected in magnetic separation, although it can sometimes completely prevent the separation process. Goal. To estimate and experimentally verify the effect of frictional drag force on the performance and operational limits of open gradient magnetic separation (OGMS) under dry conditions. Methodology. An integrated analytical, numerical, and experimental approach was used. The granular medium was modeled as a complex fluid where friction acted as a drag force. The coupled magnetic and dynamic equations were solved using Finite Element (FE) – Runge–Kutta (RK4) methods, and results were validated experimentally with a permanent magnet drum separator. Results. To verify the obtained results experiments were carried out on samples of a mixture of sand and iron particles with different components sizes (iron particles and sand grains) in a permanent magnet drum separator. Limited to fine granulometries, the experiments carried out confirmed the results obtained theoretically. Scientific novelty. The study introduces a coupled FE–RK4 model that explicitly integrates the frictional drag force into the particle dynamic equations, enabling accurate prediction of trajectories and operational thresholds. This provides a realistic description of dry magnetic separation behavior, which has been largely overlooked in previous models of dry magnetic separation. Practical value. The findings provide engineers with a framework for optimizing dry OGMS performance. The developed model defines the threshold separating efficient from inhibited particle capture and clarifies how frictional drag controls the operational range of magnetic separators. These insights support improved design, process adjustment, and greater reliability in dry magnetic separation. References 41, tables 7, figures 12. Вступ. Магнітна сепарація – один з найбільш ефективних і широко використовуваних методів очищення та збагачення матеріалів. Вона відіграє важливу роль у переробці мінералів, вторинній переробці та охороні навколишнього середовища, де ефективність поділу залежить як від характеристик магнітного поля, так і від фізичних властивостей оброблюваних матеріалів. Проблема. Основним обмеженням існуючих робіт є те, що сила тертя часто не враховується при магнітній сепарації, хоча іноді вона може заважати поділу. Метою роботи є оцінка та експериментальна перевірка впливу сили тертя на продуктивність та експлуатаційні межі відкритої градієнтної магнітної сепарації (OGMS) у сухих умовах. Методика. Використовувався інтегрований аналітичний, чисельний та експериментальний підхід. Гранульоване середовище моделювалося як складна рідина, де тертя діяло як сила опору. Зв’язані магнітні та динамічні рівняння розв’язувались з використанням методів скінченних елементів (FE) – Рунге–Кутта (RK4), а результати були експериментально підтверджені за допомогою барабанного сепаратора з постійними магнітами. Результати. Для перевірки отриманих результатів проведені експерименти на зразках суміші піску та частинок заліза з різними розмірами компонентів (частинки заліза та піщинки) у барабанному сепараторі з постійними магнітами. Експерименти з дрібнозернистим складом підтвердили теоретично одержані результати. Наукова новизна. У дослідженні представлена зв’язана модель FE–RK4, яка явно інтегрує силу тертя в рівняння динаміки частинок, що дозволяє точно прогнозувати траєкторії та робочі граничні значення. Це забезпечує реалістичний опис поведінки сухої магнітної сепарації, яка значною мірою ігнорувалась у попередніх моделях сухої магнітної сепарації. Практична значимість. Отримані результати надають інженерам основу оптимізації роботи сухих магнітних сепараторів. Розроблена модель визначає граничне значення, що розділяє ефективне і ускладнене захоплення частинок, і пояснює, як сила тертя контролює робочий діапазон магнітних сепараторів. Ці дані сприяють поліпшенню конструкції, коригування процесу та підвищенню надійності сухої магнітної сепарації. Бібл. 41, табл. 7, рис. 12. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-05-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/344049 10.20998/2074-272X.2026.3.01 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2026); 3-10 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2026); 3-10 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2026); 3-10 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/344049/344370 Copyright (c) 2026 O. Belguet, R. Mehasni, A. Belounis, M. Ouili http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | finite element method fine particle frictional drag force granular material magnetic field magnetic separation particle dynamics Belguet, O. Mehasni, R. Belounis, A. Ouili, M. Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_alt | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_full | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_fullStr | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_full_unstemmed | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_short | Effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| title_sort | effects of friction on the efficiency of open gradient magnetic separation in dry granular materials |
| topic | finite element method fine particle frictional drag force granular material magnetic field magnetic separation particle dynamics |
| topic_facet | метод скінченних елементів дрібнодисперсні частинки сила тертя гранульований матеріал магнітне поле магнітна сепарація динаміка частинок finite element method fine particle frictional drag force granular material magnetic field magnetic separation particle dynamics |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/344049 |
| work_keys_str_mv | AT belgueto effectsoffrictionontheefficiencyofopengradientmagneticseparationindrygranularmaterials AT mehasnir effectsoffrictionontheefficiencyofopengradientmagneticseparationindrygranularmaterials AT belounisa effectsoffrictionontheefficiencyofopengradientmagneticseparationindrygranularmaterials AT ouilim effectsoffrictionontheefficiencyofopengradientmagneticseparationindrygranularmaterials |