Способ получения магнитной жидкости

Способ получения магнитной жидкости

Реферат

 

Изобретение относится к способам получения магнитных жидкостей (МЖ) на основе керосина, предназначенных для использования в МГС-сепараторах и контрольно-измерительных приборах. Цель изобретения - улучшение характеристик магнитной жидкости и удешевление процесса ее получения. Предложенный способ получения МЖ включает осаждение магнетита из водного раствора отхода бромного производства - хлорида трехвалентного железа, предварительно частично восстановленного до двухвалентного железа отходами металлообработки - железными стружками при массовом соотношении 1 : (2,5 - 3,5) отделение осадка магнетита от маточного раствора декантацией и пептизацию осадка магнетита при массовом соотношении магнетит : олеиновая кислота: керосин, равном 1 : 0,25 : (0,65 - 0,70). Способ предусматривает многократное использование маточного раствора. Получены магнитные жидкости на керосине с концентрацией магнетита 823 г/дм³ и намагниченностью 49,3 - 53,5 кА/м. Себестоимость получения МЖ снижается в 4,8 раза за счет использования отходов производства и многократного использования маточного раствора. 1 з.п. ф.

Изобретение относится к области магнитных материалов, в частности к технологии получения магнитных жидкостей, и может быть использовано при производстве магнитных жидкостей, применяемых при обогащении руд и разделении немагнитных материалов в магнитогидростатических (МГС) сепараторах, в различных контрольно-измерительных приборах. Цель изобретения - улучшение характеристик магнитной жидкости и удешевление процесса ее получения. Изобретение основано на том, что в способе получения магнитной жидкости путем осаждения магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором аммиака и пептизации полученного осадка в растворе олеиновой кислоты в керосине в качестве исходного железосодержащего сырья используют отход бромного производства, представляющий собой раствор хлорида железа (III), а раствор для осаждения магнетита получают восстановлением части исходного сырья железными стружками - отходами металлообработки и смешения растворов хлоридов железа (III) и железа (II) для получения соотношения Fe²⁺ : Fe³⁺ = (1,02-1,05) : 2,0. Полученную суспензию сгущают отстаиванием, маточный раствор отделяют декантацией и используют многократно для разбавления раствора аммиака, утилизируют. Сгущенную суспензию магнетита пептизируют при обычных температурах в растворе олеиновой кислоты в керосине при массовом соотношении компонентов магнетит: олеиновая кислота: керосин, равном 1:0,25:(0,65-0,70), нагревают до 85-95^oC, отделяют водную фазу, промывают водой для удаления водорастворимых примесей и удаляют остаточную влагу при 110^oC. Предложенный способ позволяет получить концентрированную стабильную магнитную жидкость в результате поддержания соотношения Fe²⁺ : Fe³⁺ = 1,05 : 2,0 в растворе, из которого ведется осаждение магнетита, проведения операции пептизации маг- нетита и стабилизации коллоидных частиц магнетита из густой суспензии, в которой частицы магнетита защищены от окисления воздухом слоем воды, а также проведения пептизации магнетита при массовом соотношении компонентов магнетит : олеиновая кислота : керосин, равном 1:0,25: (0,5-0,70). Предложенный способ позволяет также удешевить процесс получения ферромагнитной жидкости в результате использования в качестве исходного железосодер- жащего сырья неутилизируемого в настоящее время отхода бромного производства - раствора хлорида железа (III) и использования в качестве восстановителя ионов железа (III) до железа (II) железных стружек, представляющих собой также отходы металлообрабатывающих производств. Удешевление процесса достигается также утилизацией избыточного аммиака в результате многократного использования маточных и промывных растворов. Способ осуществляют следующим образом. Отход бромного производства - раствор хлорида железа (III), имеющий состав, г/дм³: Fe³⁺ - (70-140); Са²⁺ - (1,8-3,0); Mg²⁺ - (0,1-0,2); Mn²⁺ - (0,5-0,8); Сu²⁺ - (0,1-0,3); Ni²⁺ - (0,2-0,3) : Cl^- - (110-232); Br - (40-60), делят на две части, одну часть раствора контактируют железными стружками - отходами металлообработки в течение 3-5 ч при обычных температурах. При этом происходит реакция 2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺. Железные стружки берут в соотношении Fe³⁺ : Fe = 1: (2,5-3,5) для сдвига равновесия вправо. рН реакционной смеси поддерживают не выше 1 во избежание гидролиза хлорида железа (III) и окисления Fe²⁺-ионов. При этих условиях степень восстановления Fe³⁺-ионов составляет 98-100%. Восстановленный раствор содержит 84-168 г/дм³ Fе²⁺-ионов. Смешивают исходный и восстановленный растворы для получения смеси с соотношением Fe²⁺:Fe³⁺ = 1,02-(1,05:2,0). Такое соотношение берется с учетом возможного окисления Fe²⁺-ионов кислородом воздуха в процессе получения ферромагнитной жидкости и, следовательно, повышения выхода магнетита и качества целевого продукта в результате предотвращения загрязнения его немагнитными оксидами железа (II) и железа (III). Полученную смесь разбавляют водой (в первом цикле) до суммарной концентрации ионов железа 20-70 г/дм³. Использование разбавленных железосодер- жащих растворов улучшает кристаллические характеристики получаемого магнетита и повышает компактность осадка магнетита, что, в свою очередь, уменьшает время отстоя магнетита и расходы тепла на удаление влаги из ферромагнитной жидкости. В последующих циклах разбавление достигается за счет смешения концент- рированного водного аммиака с оборотными маточными и промывными растворами. Полученный раствор дозируют при интенсивном перемешивании в раствор аммиака. Аммиак берется в двухкратном избытке от стехиометрии. При этом в результате реакции 2Fe³⁺ + Fe²⁺ + 8OH^- = Fe₃O₄ + 4H₂O образуется мелкодисперсный магнетит. Время перемешивания 3-5 мин. Полученную суспензию отстаивают до получения осадка магнетита, объем которого составляет 15-20% от объема исходной суспензии. Время отстоя составляет 1,5-2,5 ч. Маточный раствор отделяют. К сгущенной суспензии магнетита при перемешивании приливают 25 об. %, раствор олеиновой кислоты в керосине при массовом соотношении компонентов магнетит : олеиновая кислота : керосин, равном 1:0,25:(0,65-0,70). При этом происходит покрытие частиц магнетита олеиновой кислотой (олеатом аммония) и их стабилизация. Время перемешивания 15-20 мин. Полученную смесь нагревают до 85-95^oC и выдерживают при этой температуре в течение 1-1,5 ч. При этом разлагается олеат аммония, и частиц магнетита, покрытые уже олеиновой кислотой, переходят в органическую фазу, образуя магнитную жидкость. Магнитная жидкость отделяется от водной фазы, которую удаляют декантацией. Полученную магнитную жидкость трехкратно промывают дистиллированной водой при объемном соотношении магнитная жидкость : вода = 1:1. Водную фазу удаляют декантацией. Влажную магнитную жидкость нагревают до 110^oC и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч для удаления остаточной влаги. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. П р и м е р 1. Исходный раствор хлорида железа (III), представляющий собой отход бромного производства, имеющий состав, г/дм³ : Fe³⁺ - 96; Cа²⁺ - 2,3; Mg²⁺ - 0,1; Mn²⁺ - 0,6; Сu²⁺ - 0,2; Ni²⁺ - 0,2; Cl^- - 183,2; Br - 45,0, в количестве 0,1 дм³ контактируют 0,03 кг железными стружками в течение 4 ч (соотношение Fe³⁺ : Fе = 1,0:3,1), добавляют 0,001 дм³ концентрированной соляной кислоты и отделяют от остатков стружек фильтрованием. Объем полученного раствора 0,095 дм³, концентрация ионов железа (II) - 142,6 г/дм³. К полученному раствору добавляют 0,269 дм³ исходного раствора хлорида железа (III) и 1,604 дм³ воды. Полученный раствор имеет состав, г/дм³ : Fe²⁺ - 6,89; Fe³⁺ - 13,11; Cа²⁺ - 0,31; Mg²⁺ - 0,01; Mn²⁺ - 0,08; Сu²⁺ - 0,08; Ni²⁺ - 0,02; Сl^- - 25,04; Br - 6,15 и рН около 1. Суммарная концентрация ионов железа - 20 г/дм³. Соотношение Fe²⁺ : Fe³⁺ = 1,05:2,0. В емкости объемом 3 дм³ с пропеллерной механической мешалкой берут 0,145 дм³ концентрированного водного раствора аммиака (25 мас.% NH₃) и при интенсивном перемешивании вливают полученный железосодержащий раствор. Перемешивание прекращают через 5 мин и отстаивают полученную суспензию в течение 2 ч. При этом выпадает осадок мелкокристаллического магнетита. После отстоя осветленный маточный раствор, содержащий основание количество ионов хлора, брома, избыточного аммиака и других примесей, сливают. Сгущенная суспензия, имеющая объем 0,423 дм³, что составляет 20% от объема реакционной смеси, содержит 53,5 г магнетита. К полученной суспензии при комнатной температуре при перемешивании добавляют 60 см³ раствора (25 об.%) олеиновой кислоты в керосине, что обеспечивает массовое соотношение магнетит : олеиновая кислота : керосин, равное 1:0,25:0,67. Перемешивание продолжают 20 мин. Полученную смесь нагревают до 85^oC и выдерживают в течение 1 ч. Водную фазу сливают, а магнитную жидкость трехкратно промывают дистиллированной водой при объемном соотношении 1:1. Полученную влажную магнитную жидкость нагревают до 110^oC и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Получают 65,0 см³ концентрированной магнитной жидкости, имеющей плотность 1,491 г/см³, намагниченность насыщения 53,5 кА/м. Содержание магнетита в полученной магнитной жидкости - 823 г/дм³. П р и м е р 2. Смесь солей железа (II) и железа (III) готовят смешением тех же количеств исходного и восстановленного отхода бромного производства, как и в первом примере, но без добавления воды. Полученную смесь солей железа (II) и железа (III) при интенсивном перемешивании добавляют к раствору аммиака, приготовленному смешением 0,100 дм³ концентрированного (25 мас.% NH₃) и 1,650 дм³ маточного раствора из первого примера. В остальном процесс ведут аналогично примеру 1. Получают 66,0 см³ магнитной жидкости плотностью 1,483 г/см³, намагниченностью насыщения 51,5 кА/м. П р и м е р 3. Раствор, содержащий ионы железа (II) и железа (III), получают, как в примере 1, но для восстановления ионов железа (III) берут 0,024 кг железных стружек, соотношение Fe³⁺:Fe = 1:2,5. При этом образуется раствор с суммарной концентрацией ионов железа 39,5 г/дм³, соотношение Fe²⁺:Fe³⁺ = 1,02:2. После контактирования полученного раствора с концентрированным водным раствором аммиака, отстаивания осадка магнетита и удаления маточного раствора к сгущенной суспензии, содержащей 53,6 г магнетита, при комнатной температуре при перемешивании добавляют 15 см³ олеиновой кислоты и 47 см³ керосина (массовое соотношение магнетит : олеиновая кислота : керосин = 1: 0,25: 0,70). Дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1. Получают 68 см³ магнитной жидкости плотностью 1,471 г/см³ и намагниченностью насыщения 49,3 кА/м. П р и м е р 4. Раствор, содержащий ионы железа (II) и железа (III), получают, как в примерах 1 и 3, но для восстановления ионов железа (III) берут 0,034 кг железных стружек (соотношение Fe³+ : Fe = 1:3,5). При этом образуется раствор с суммарным содержанием ионов железа 40 г/дм³ (соотношение Fe²⁺:Fe³⁺ = 1,05:2,0). К полученной, как в примерах 1 и 3, сгущенной суспензии, содержащей 53,4 магнетита, при комнатной температуре при перемешивании добавляют 15 см³ олеиновой кислоты и 43 см³ керосина (массовое соотношение магнетит : олеиновая кислота : керосин = 1:0,25:0,65). Дальнейшие операции проводят аналогично примерам 1 и 3. Получают 58 см³ магнитной жидкости плотностью 1,512 г/см³ и намагниченностью насыщения 55,1 кА/м. Как следует из примеров, предложенный способ позволяет улучшить характеристики магнитной жидкости (повысить намагниченность с 21,5 кА/м для известного (2) способа до 49,3-53,5 кА/м, ее концентрированность по магнетиту с 582,6 до 823 г/дм³ при стабильности в магнитном поле 0,5 - 0,9 Тл). Кроме того, себестоимость магнитной жидкости, полученной предложенным способом, в 4,8 раза ниже, чем полученной известным способом (за счет утилизации отходов производства и многократного использования маточного раствора). В необходимых случаях (в частности, для использования в МГС-сепараторах) полученная по предложенному способу магнитная жидкость может быть разбавлена на местах использования углеводородными растворителями, в частности керосином, до нужной кондиции (например, при объемном соотношении магнитная жидкость: керо- син = 1: 5,5). При этом нарушение стабильности продукта (образование осадков, расслаивание) не происходит. Например, полученная по предлагаемому способу магнитная жидкость, имеющая плотность 1,491 г/см³ и Ms = 53,5 кА/м перед испытаниями на МГС-сепараторе, была разбавлена керосином при объемном соотношении магнитная жидкость : керосин = 1:5,5. При этом полученная магнитная жидкость имела плотность 0,906 г/см³ и Ms = 8,2 кА/м и при выдерживании в неоднородном магнитном поле, созданном в межполюсном зазоре МГС-сепаратора с индукцией 0,5-0,9 Тл в течение 6 ч, как и исходный образец, не расслаивалась и не проваливалась из межполюсного зазора, удовлетворяя требованиям, предъявляемым к магнитной жидкости для МГС-сепарации немагнитных материалов. Получаемая по предложенному способу концентрированная магнитная жидкость выгодно отличается от разбавленных магнитных жидкостей тем, что уменьшаются транспортные расходы и снижается ее пожароопасность, кроме того, полученная магнитная жидкость может быть использована в специальных измерительных приборах, так как она не содержит влагу и водорастворимые электролиты. Использование изобретения позволит повысить эффективность получения и применения магнитных жидкостей.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ, включающий осаждение магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа раствором аммиака, отделение осадка магнетита от маточного раствора и пептизацию его в растворе олеиновой кислоты в керосине, отличающийся тем, что, с целью улучшения характеристик магнитной жидкости и удешевления процесса ее получения, в качестве соли трехвалентного железа используют отход бромного производства - хлорид трехвалентного железа, а в качестве двухвалентного железа используют железо, полученное восстановлением части отходов бромного производства отходами металлообработки - железными стружками при массовом соотношении, равном 1: (2,5-3,5), отделение осадка магнетита от маточного раствора осуществляют декантацией, а пептизацию магнетита проводят при массовом соотношении магнетит: олеиновая кислота: керосин, равном 1:0,25:(0,65-0,70). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маточный раствор используют многократно с добавлением необходимого количества концентрированного водного раствора аммиака.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000