Власники патенту RU 2390497:
Відкрите акціонерне товариство "Науково-дослідний і проектний інститут по переробці газу" (ВАТ "НІПІгазпереработка") (RU)
Винахід може бути використано в лакофарбової та інших галузях промисловості. Спосіб отримання магнетиту включає освіту гідроксиду заліза (II) з подальшим його окисленням. При цьому часткове окислення гідроксиду заліза (II) проводять 0,4-6,0% розчином CuSO4. після чого здійснюють промивку отриманого осаду з використанням магнітного поля. Винахід дозволяє спростити процес отримання магнетиту, скоротити його тривалість і знизити енерговитрати. 1 з.п. ф-ли.
Винахід відноситься до способів отримання магнітних матеріалів, які можуть знайти застосування в самих різних галузях народного господарства, навіть не пов'язаних з їх магнітними властивостями, наприклад в якості пігментів в лакофарбової промисловості.
У літературі описано безліч способів отримання магнетиту. З огляду на великий обсяг його споживання, найбільший інтерес представляють способи, які можуть бути здійснені в промисловому масштабі. Як правило, для отримання магнетиту використовують розчини двовалентного заліза, до яких додають луг. Утворений при цьому гідроксид Fe (OH) 2 окислюють киснем повітря. Процес проводять тривалий час при підвищеній температурі (50-100 ° С) у присутності речовин, що прискорюють процес, наприклад NH4 NO3 (Д.А.Рохленко, В.А.Сокол, А.В.Бромберг «хімічні та препарати», Тр . ІРЕА, вип.31, М. 1969 с.455-462).
Спільними ознаками відомого і пропонованого способів є використання сірчанокислого заліза (II) і аміачної води для отримання суспензії гідроксиду заліза Fe (OH) 2 і подальше окислення отриманої суспензії до освіти магнетиту.
Недоліками відомого способу є тривалість процесу, високі енергетичні витрати, використання додаткових реактивів, складність регулювання процесу отримання зразків з заданими магнітними характеристиками.
Спільними ознаками відомого і пропонованого способів є використання розчинів сульфату заліза та луги (NaOH) для отримання гідроксиду заліза Fe (ОН) 2. а також окислення Fe (OH) 2 до освіти магнетиту.
Недоліками відомого способу отримання магнетиту є використання додаткового матеріалу - лепідокрокіта, що призводить до подорожчання процесу в цілому, високі енергетичні витрати на підтримання температури в реакторі, перемішування, подачу повітря на продувку суспензії, а також тривалість проведення процесу.
Найбільш близьким до заявляється є спосіб отримання магнетиту з сульфату заліза, який найбільшою мірою придатний для здійснення його в промисловому масштабі (патент Великобританії №1487008, М.кл. 3 C01G 49/08, C01G 49/06, пріоритет 24.02.1975) . На першій стадії до розчину сірчанокислого заліза (II) при перемішуванні додають водний розчин лугу (NaOH або NH4 OH) в кількості, необхідній для осадження 2/3 заліза у вигляді Fe (OH) 2. Цю операцію проводять при температурі 15-40 ° С і отриману суспензію продувають повітрям 5-15 л / л реактора × год. У цих умовах повинен утворюватися гетит за рівнянням:
Процес контролюється значеннями рН і redox потенціалу в суспензії. При цьому потрібно забезпечити співвідношення Fe (II) / Fe (III), близьке до 0,5. Потім до суспензії додають луг для осадження залишився двовалентного заліза у вигляді Fe (OH) 2. Суспензію нагрівають при перемішуванні до 70-100 ° С (переважно до 90 ° С). На цій стадії утворюється магнетит за рівнянням:
Загальною ознакою відомого і пропонованого способів є наявність стадії освіти гідроксиду заліза (II) і стадії окислення гідроксиду заліза (II).
Недоліками відомого способу слід вважати його многостадийность, великі енергетичні витрати, складність контролю за процесом отримання магнетиту.
Технічне завдання полягає у спрощенні процесу отримання магнетиту, зниженні енерговитрат і зниження тривалості процесу.
Поставлена задача досягається тим, що в способі отримання магнетиту, що включає освіту гідроксиду заліза (II) з подальшим його окисленням, часткове окислення гідроксиду заліза (II) проводять розчином CuSO4. після чого здійснюють промивку отриманого осаду з використанням магнітного поля.
Крім того, часткове окислення гідроксиду заліза (II) проводять 0,4-6,0% розчином CuSO4.
Заявляється сукупність ознак дозволяє різко підвищити ефективність процесу отримання магнетиту, знизити енергетичні витрати і тривалість процесу, а дотримання необхідного співвідношення окислювача до кількості Fe (II) в гидроксиде заліза (II) або вихідному розчині виключає необхідність контролю за окремими стадіями процесу освіти магнетиту. Якщо тривалість процесу отримання магнетиту, описаного в прототипі, триває багато годин, то в пропонованому способі процес його отримання закінчується в лічені хвилини.
Пропонований спосіб отримання магнетиту здійснюють наступним чином. У реакторі ємністю, достатньої для отримання заданої кількості магнетиту, розчиняють сіль двовалентного заліза, наприклад FeSO4. Після завершення процесу розчинення в реактор додають розчин лугу, в результаті чого утворюється гідроксид заліза (II). Як лугу можуть бути використані NaOH, KOH або NH4 OH.
Процес утворення магнетиту можна умовно розділити на дві стадії: часткове окислення гідроксиду заліза (II) до заліза (III) розчином CuSO4 і наступна стадія освіти магнетиту, яка полягає у взаємодії гідроксидів заліза (II) і заліза (III). Швидкість освіти магнетиту може визначатися швидкістю будь-який з стадій, а якість магнетиту залежить від співвідношення швидкостей цих стадій.
Висока швидкість процесу окислення Fe (ОН) 2 за пропонованим способом забезпечує і високу швидкість освіти магнетиту. У пропонованому способі отримання магнетиту (імовірно) протікає по наступних рівнянь:
На процес окислення гідроксиду Fe 2+ розчином CuSO4 велике значення надає концентрація CuSO4. Найкращі результати отримані при використанні 0,4-6,0% розчину CuSO4.
Після додавання окислювача до гідроксиду заліза (II) отриману суспензію перемішують ще кілька (до 5 хвилин), після чого включають магнітну систему, в результаті чого утворилися частинки магнетиту швидко осідають на стінках посудини (реактора) в зонах максимальної індукції магнітного поля, а не на дні апарату. Матковий розчин зливають і апарат заповнюють дистильованою водою. Вимикають магнітну систему, і магнітні частинки при перемішуванні добре омиваються дистильованою водою. Операцію промивання проводять 2-3 рази, після чого суспензію магнетиту відфільтровують і висушують. Магнітна система, що утримує частки магнетиту на стінках реактора, може бути будь-якою конструкції. Використання магнітного поля при промиванні частинок магнетиту дозволяє скоротити число і тривалість промивок, тому що при звичайній промиванні з декантацією маточного розчину швидкість осадження частинок різко зменшується при зниженні рН маточного розчину, що призводить до збільшення числа промивок і тривалості промивки магнетиту.
Всі операції з отримання частинок магнетиту слід проводити при кімнатній температурі, не вдаючись до нагрівання суспензії гідроксиду заліза (II) і вихідного розчину заліза (II).
Приклад 1. В 2 л дистильованої води розчиняють 172,5 г FeSO4. До розчину доливають 320 мл розчину NH4 OH 25% концентрації. До утворився гідроксиду Fe 2+ додають при перемішуванні 1,5 л розчину, що містить 99,1 г CuSO4. Перемішування продовжують ще 5 хвилин, після чого дають можливість осісти утворився часткам магнетиту. Промивання осаду від солей ведуть з використанням магнітного поля, яке утримує частинки магнетиту при зливі маточного розчину. Після дворазової промивання частинок магнетиту осад висушують. Отримано 94,6 г магнетиту з намагніченістю насичення 86,3 А · м 2 / кг, що дозволяє зробити висновок про відсутність немагнітних включень.
Приклад 2. Готують розчин FeSO4 · 7H2 O, в якому в 1,2 л води міститься 86,3 г солі. Розчин змішують із заздалегідь приготованим розчином KOH, в який додано 54,3 г CuSO4. Кількість КОН в розчині становить 43,5 м Після змішування розчинів перемішування продовжують ще 5 хвилин. Суспензію витримують протягом 35 хвилин для осадження утворилися частинок магнетиту. Промивання осаду проводять 3 рази, причому в дистильовану воду для промивання осаду додають по 10 мл аміачної води для повного видалення іонів міді. Отримано 46,9 г магнетиту з намагніченістю 83,9 А · м 2 / кг.
Приклад 3. Вихідні реактиви (солі заліза і міді) в тих же кількостях, що й у прикладі 5. Основна відмінність полягає в тому, що до розчину двовалентного заліза FeSO4 додають розчин сірчанокислої міді CuSO4 і потім додають розчин NH4 OH в кількості 160 мл. Перемішування продовжують ще 5 хвилин. Після осадження осаду його промивають три рази дистильованою водою з використанням магнітного поля без додавання в неї аміаку. Промитий осад висушують і зважують. Магнетит, отриманий в кількості 45,7 г, має намагніченість насичення 86,8 А · м 2 / кг.
Таким чином, пропонований спосіб дозволяє спростити процес отримання магнетиту, знизити енергетичні витрати, скоротити тривалість процесу.
1. Спосіб отримання магнетиту, що включає освіту гідроксиду заліза (II) з подальшим його окисленням, що відрізняється тим, що часткове окислення гідроксиду заліза (II) проводять розчином CuSO4. після чого здійснюють промивку отриманого осаду з використанням магнітного поля.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що часткове окислення гідроксиду заліза (II) проводять 0,4-6,0% -ним розчином CuSO4.