СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРА ДЛЯ ПОДКОРМКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ Российский патент 2016 года по МПК C05D9/02 C01G49/08 H01F1/28 

Изобретение относится к способам приготовления коллоидных растворов частиц магнетита, диспергированных в водной среде, стабильность которых обеспечивается введением стабилизирующих добавок.

Такие растворы могут быть использованы в самых различных отраслях, например в сельском хозяйстве для подкормки плодовых деревьев, при термической закалке деталей, в дефектоскопии, при разделении немагнитных материалов по плотности, в медицине и т.д. Поэтому и требования к таким коллоидным растворам сильно различаются.

Известен способ приготовления таких растворов, в которых для стабилизации их используют два поверхностно-активных вещества (ПАВ) (патент США №4094804). Полученный магнетит промывают и отфильтровывают от маточного раствора, вводят первое ПАВ - олеат натрия. После промывки и фильтрации стабилизированных частиц вводят второе ПАВ, в частности додецилбензол сульфонат, олеат натрия, полиоксиэтиленнониафениловые эфиры.

Общими признаками предлагаемого и известного способов являются осаждение частиц магнетита из водного раствора, содержащего ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ щелочью. В зависимости от области использования таких растворов общими могут быть также промывка полученной суспензии магнетита для удаления маточного раствора. Кроме того, для стабилизации частиц магнетита используют два стабилизатора.

Недостатками известного способа приготовления коллоидного раствора магнетита в водной среде являются сложность и трудоемкость отдельных стадий процесса, дороговизна оборудования, учитывая высокую коррозионность используемых растворов, большие потери дисперсной фазы (магнетита) в процессе многократных промывок осадка и фильтрации, невысокие магнитные характеристики получаемых растворов.

Известен способ приготовления коллоидного раствора магнетита в водной среде, именуемого ферромагнитной жидкостью, который включает осаждение магнетита щелочью при добавлении ее к раствору солей двух и трехвалентного железа, промывку осадка рН 7, введение первого стабилизатора после термостатирования промытого осадка магнетита (патент РФ №2474902, H01F 1/28). Затем проводят промывку водой стабилизированных частиц магнетита с получением магнитной жидкости после смешения стабилизированных частиц магнетита с легкокипящим углеводородным растворителем (гексан, гептан). Из полученной магнитной жидкости удаляют избыток первого стабилизатора полярным растворителем (спирт, ацетон). К осадку магнетита после удаления легкокипящего растворителя добавляют второй стабилизатор - стеарат натрия и пептизируют его при нагревании в водной среде.

Общими признаками предлагаемого способа приготовления коллоидного раствора магнетита и известного являются стадия осаждения магнетита щелочью при добавлении ее к водному раствору, содержащему ионы Fe²⁺ и Fe³⁺, а также использование двух поверхностно-активных веществ для получения устойчивых растворов.

Недостатками известного способа являются многостадийность процесса - начиная от приготовления исходных растворов до введения первого стабилизатора в суспензию магнетита, от получения магнитной жидкости до введения второго стабилизатора и стабилизации магнетита в водной среде.

Огромный расход воды при многократной промывке свежеосажденного магнетита и стабилизированных частиц, а также полярного растворителя (спирт, ацетон) при удалении избытка стабилизатора делают стоимость коллоидного раствора неприемлемо высокой. Наконец, о возможности использования таких растворов в процессах МГ-сепарации можно утверждать только после проверки их устойчивости в сильном градиентном магнитном поле.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ приготовления магнитной жидкости (а.с. СССР №1074826). Согласно этому способу получения коллоидного раствора магнетита в водной среде (магнитной жидкости) процесс приготовления включает осаждение частиц магнетита из водного раствора смеси солей двух и трехвалентного железа щелочью, стабилизации частиц магнетита первым ПАВ - жирной кислотой, экстракцию стабилизированных частиц магнетита легкокипящим углеводородным растворителем, удаление экстрагента и пептизацию осадка в водном растворе второго ПАВ - соль или соли жирных кислот с числом углеродных атомов, равным 10-17.

Общими признаками предлагаемого и известного способа приготовления коллоидного раствора магнетита в водной среде являются:

- осаждение высокодисперсных частиц магнетита путем добавления щелочи к раствору, содержащему ионы Fe²⁺ и Fe³⁺;

- удаление маточного раствора;

- стабилизация частиц магнетита в водной среде.

К недостаткам известно способа относятся:

- использование хлорного железа для приготовления исходного раствора, т.к. такие растворы являются высококоррозионными. При переходе к промышленному производству коллоидных растворов магнетита возникнут проблемы с подбором материалов для изготовления аппаратов. Наиболее приемлемым материалом может служить титан, что приведет к заметному удорожанию установки;

- высокие энергетические затраты на нагрев и перемешивание реакционной массы на стадии стабилизации магнетита первым поверхностно-активным веществом;

- использование легкокипящих углеводородов для экстракции стабилизированных частиц магнетита первым поверхностно-активным веществом делают процесс приготовления пожаро и взрывоопасным.

Задача изобретения заключается в создании более простого способа приготовления коллоидного раствора магнетита в водной среде, обеспечивающего снижение стоимости получаемого продукта.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе, включающем осаждение высокодисперсных частиц магнетита щелочью путем добавки ее к раствору, содержащему ионы Fe²⁺ и Fe³⁺, удаление маточного раствора, стабилизацию частиц магнетита первым и вторым поверхностно-активным веществом и пептизацию стабилизированных частиц в водной среде, исходный раствор готовят смешением раствора двухвалентного железа с раствором перекиси водорода, удаление маточного раствора осуществляют центрифугированием, стабилизацию частиц магнетита первым и вторым поверхностно-активными веществами проводят одновременно, причем в качестве первого и второго поверхностно-активных веществ используют нафтеновые кислоты, выкипающие в пределах 150-250 градусах Цельсия при 5 мм рт.ст. и их соли, а осаждение частиц магнетита осуществляют при использовании NaOH, КОН или NH₄OH.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. К водному раствору соли двухвалентного железа добавляют при интенсивном перемешивании раствор перекиси водорода, а затем щелочной раствор. Количество добавляемой перекиси водорода выбирают так, чтобы молярное отношение H₂O₂/FeSO₄ составляло 0,33. Отклонение от указанной величины приводит к уменьшению выхода магнитной фазы. В качестве щелочи обычно используют растворы аммиака, хотя для этой цели можно использовать растворы NaOH или КОН. Магнетит выпадает в осадок сразу после добавления щелочи. Маточный раствор после отстоя осадка удаляют декантацией, а оставшуюся суспензию центрифугируют для почти полного удаления маточного раствора.

В полученный концентрат добавляют стабилизатор - нафтеновые кислоты, а второй стабилизатор - соли нафтеновых кислот образуются уже в процессе стабилизации. Так как щелочи при осаждении магнетита добавляют в избытке по сравнению со стехиометрически необходимым, то в концентрате обязательно присутствует щелочь в количестве, достаточном для получения соли нафтеновой кислоты.

Диспергирование стабилизированных частиц проводят при нагревании при температуре 60-80 градусов Цельсия с непрерывным перемешиванием.

Пример

345 г FeSO₄ 7H₂O растворяют в 3 л дистиллированной воды. К полученному раствору добавляют при перемешивании 2,2 л раствора перекиси водорода (0,64%), а затем 850 мл 25% раствора аммиака. Через 3 минуты перемешивание прекращают и дают осесть образовавшимся частицам магнетита. Через 30 минут маточный раствор удаляют, а оставшуюся суспензию центрифугируют для удаления большей части маточного раствора. К полученному концентрату добавляют 40 мл нафтеновых кислот и нагревают его при перемешивании до температуры 60-80 градусов Цельсия. Получено 200 мл коллоидного раствора магнетита плотностью 1,41 г/см³.

Таким образом, предлагаемый способ приготовления коллоидного раствора магнетита в водной среде позволяет получать жидкость с высокими характеристиками при значительном упрощении технологии и использовании более дешевого сырья и стабилизатора, выпускаемого отечественной промышленностью.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить эффективность использования таких растворов в сельском хозяйстве при проведении процесса подкормки плодовых деревьев. Магнитные характеристики таких растворов не играют определяющего значения, а стабильность таких жидкостей ограничивается сендиментационной устойчивостью, которая была подтверждена проведенными полевыми испытаниями и актами использования таких растворов в ЗАО «Новомихайловское», участок «Кривохижено».

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве. Для приготовления раствора для подкормки плодовых деревьев готовят исходный раствор смешением раствора FeSO₄ с раствором перекиси водорода. К полученному раствору, содержащему ионы Fe²⁺ и Fe³⁺, добавляют избыток щелочи и осаждают высокодисперсные частицы магнетита. Для осаждения частиц магнетита используют NaOH, KOH, NH₄OH. Большую часть маточного раствора удаляют центрифугированием. Проводят стабилизацию частиц магнетита поверхностно-активным веществом, в качестве которого используют нафтеновые кислоты, выкипающие при температуре в пределах 150-250 °С при давлении 5 мм ртутного столба. Затем осуществляют пептизацию стабилизированных частиц в водной среде при нагревании при температуре 60-80 °С с непрерывным перемешиванием. Изобретение позволяет упростить приготовление коллоидного раствора магнетита в водной среде, повысить его стабильность и эффективность при использовании в качестве подкормки для плодовых деревьев. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ приготовления раствора для подкормки плодовых деревьев, содержащего оксид железа, отличающийся тем, что готовят исходный раствор смешением раствора FeSO₄ с раствором перекиси водорода, к полученному раствору, содержащему ионы Fe²⁺ и Fe³⁺, добавляют избыток щелочи и осаждают высокодисперсные частицы магнетита, удаляют большую часть маточного раствора центрифугированием, проводят стабилизацию частиц магнетита поверхностно-активным веществом, в качестве которого используют нафтеновые кислоты, выкипающие при температуре в пределах 150-250 градусов Цельсия при давлении 5 мм ртутного столба, затем осуществляют пептизацию стабилизированных частиц в водной среде при нагревании при температуре 60-80 градусов Цельсия с непрерывным перемешиванием.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение частиц магнетита осуществляют при использовании NaOH, KOH, NH₄OH.