КОНЦЕНТРАТ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК H01F1/28 

Изобретение относится к ферромагнитным материалам и технологии их получения, в частности к магнитным жидкостям, применяемым для разделения немагнитных материалов по плотности, например, для безамальгационного извлечения свободного золота из россыпных рудных концентратов, а также их используют для очистки сточных вод от нефтепродуктов.

Известен способ получения феррожидкости путем осаждения магнетита из водного раствора солей двух- и трехвалентного железа водным раствором щелочи периодическим методом с последующей многократной промывкой осадка водой, а затем соляной кислотой, полярным и неполярным растворителями с их отгонкой и последующей термообработкой с олеиновой кислотой в дисперсионной среде (1).

Известен также периодический метод осаждения магнита водным раствором аммиака (2).

Однако известные способы не обеспечивают устойчивости получаемых феррожидкостей в сильных магнитных неоднородных полях при разбавлении их до рабочих концентраций сепаратора (примерно ≈10 кА/м), технологические процессы многостадийны и сложны для промышленного освоения. Известная феррожидкость значительно полидисперсна, чем объясняется ее малая седиментационная устойчивость.

Цель изобретения получение магнитной жидкости концентрата (намагниченность не менее 50 кА/м), способной к разбавлению дисперсионной средой вплоть до намагниченности примерно 8 кА/м и не теряющий своей устойчивости в сильных неоднородных магнитных полях.

Цель достигается способом получения магнитной жидкости путем осаждения высокодисперсного (< 100 (< 100)) магнетита с узким распределением по размеру частиц из водных растворов солей двух- и трехвалентного железа аммиаком при их совместном сливе непрерывным способом в реакторе идеального вытеснения. При этом рН реакционной среды и температура поддерживаются постоянными и оптимальными за счет образования буфера NH₄OH NH₄Cl в пределах рН 9-10, а температура 40-60^оС.

На рис. 1 приведены кривые распределения частиц магнетита по размерам полученных периодическим (кривая II прототип) и непрерывным совместным сливом реагентов (кривая I) (кривые построены обобщением данных электронно-графического и магнитогранулометрического анализа); на фиг. 2 технологическая схема процесса; на фиг. 3 график, иллюстрирующий предлагаемый способ.

Отличительными признаками способа являются прием введения исходных реагентов, позволяющий осаждение магнетита вести при постоянном рН 9-10 за счет образования буфера непрерывно на протяжении всего синтеза, а также точно выдерживать температурный режим. При этом при времени контакта не более 2 мин получаются частицы магнетита со средним размером не более 90 и узким распреде- лением.

Технология способа состоит в следующем.

Смесь водного раствора солей двух- и трехвалентного железа в молярном соотношении, равном 1,4, вводят вниз трубчатого термостатированного реактора (реактор вытеснения) через тангенциальный смеситель, куда одновременно подают аммиак, взятый с избытком. Образовавшуюся реакционную смесь направляют на отстой в течение 1,5-2 ч, декантируют маточник, и осадок промывают водой.

Экстракцию водного магнетита в углеводородную дисперсионную среду проводят методом двойного ПАВ. Для олеиновой кислоты сущность межфазного переноса частиц Fe₃O₄·nH₂O состоит в следующем. При смешении водного осадка магнетита с раствором олеиновой кислоты в углеводороде при рН 8-10 после полной нейтрализации кислоты образующаяся ее аммонийная водорастворимая соль сорбируется на частицах магнетита при 60^оС. Это и есть 1-й ПАВ. Затем реакционную смесь нагревают при перемешивании выше 78^оС (лучше 100^оС), при этом аммонийная соль олеиновой кислоты разлагается, поверхность гидрофобизируется (2-й ПАВ) и происходит экстракция частиц магнетита в органическую среду с отделением водной фазы. Магнитную жидкость окончательно выделяют в магнитном декандере (принципиальная технологическая схема процесса представлена на фиг. 2).

Способ осуществляют следующим образом.

П р и м е р. В реактор вытеснения (фиг. 2), представляющий собой трубу с рубашкой для термостатирования, через расположенный внизу тангенциальный смеситель непрерывно дозируются растворы водного аммиака с расходом 31 л/ч и концентрацией 19 мас. и смеси железа с концентрацией Fe²⁺ 4,04% и Fe³⁺ 5,79% Fe³⁺/Fe²⁺1,43% с расходом 23 л/ч при температуре 40-60^оС. Реакционная масса из реактора поступает в аппараты отстоя маточника и промывки магнетита от солей. Промытый водный магнетит с рН примерно 9,0 в количестве 2800 г в расчете на сухой смешивается с раствором олеиновой кислоты (420 г) в керосине (1800 г) при 60^оС, затем при перемешивании нагревается до 100^оС и выдерживается в течение 2 ч. После разделения фаз в отстойнике получают 4000 г магнитной жидкости, намагниченность насыщения М_s50 кА/м, плотность ρ 1,45 г/см³.

Магнитная жидкость разбавляется носителем до М_s 10 кА/м и не теряет устойчивости в неоднородном магнитном поле. Показателю качества также отвечает отсутствие гистерезиса в координатах М Н (фиг. 3).

Использование: получение концентрированных магнитных жидкостей на углеводородной основе, которые при разбавлении дисперсионной средой устойчивы в сильных неоднородных магнитных полях и могут найти применение для разделения немагнитных материалов по плотности, например для безамальгационного извлечения шлихтового золота в магнитных сепараторах. Сущность изобретения: проводят осаждение магнетита из водного раствора смеси солей двух- и трехвалентного железа избытком аммиака совместным сливом реагентов в присутствии буферного раствора NH₄OH-NH₄Cl при рН 9 - 10 и 40 - 60^oС в турбулентном реакторе идеального вытеснения непрерывно. Коллоидная устойчивость магнитной жидкости достигается при использовании для экстракции и пептизации раствора олеиновой кислоты в керосине из расчета 15 г олеиновой кислоты на 100 г сухого магнетита, при соотношении компонентов, мас.%: магнетит 51; олеиновая кислота 8; керосин 41; плотность ρ = 1,45 г/см³ намагниченность насыщения M_S = 50 кА/м. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Концентрат магнитной жидкости, содержащий высокодисперсный магнетит, олеиновую кислоту и керосин, отличающийся тем, что он содержит магнетит со средним размером частиц и узким распределением по диаметру с максимальным отклонением при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Высокодисперсный магнетит - 51
Олеиновая кислота - 8
Керосин (топливо ТС-1) - 41
2. Способ получения концентрата магнитной жидкости, включающий осаждение магнетита из водного раствора смеси солей двух- и трехвалентного железа избытком аммиака, промывку осадка и пептизацию при нагревании в растворе олеиновой кислоты в керосине, отличающийся тем, что осаждение реагентов проводят в растворе, дополнительно содержащем хлористый аммоний при температуре 40 - 60^oС.