СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОЙ ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ ВОДЫ

Изобретение относится к коллоидным системам, а именно к получению магнитных жидкостей на основе воды, и может быть использовано в различных технологических устройствах.

Магнитная жидкость - устойчивая коллоидная система высокодисперсных частиц магнитного материала (ферро- или ферримагнитных веществ), стабилизированного поверхностно-активными веществами в жидкости-носителе.

Магнитные жидкости благодаря необычному сочетанию свойств магнетиков, жидкостей и коллоидных растворов являются перспективным материалом и находят применение в различных областях техники: при создании магнитно-жидкостных уплотнений в химической промышленности, в качестве магнитных смазок, в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов, в биологии и медицине.

Одним из перспективных направлений применения магнитных жидкостей на водной основе является использование их для сепарации различных материалов по плотности.

Получение магнитных жидкостей состоит из двух основных операций.

1. Получение высокодисперсных частиц магнетика.

2. Стабилизация частиц магнетика в жидкости-носителе с использованием диспергирующего вещества, предотвращающего агрегирование частиц магнетика в жидкости-носителе и обеспечивающего устойчивость магнитной жидкости.

Первоначально в качестве феррофазы при получении магнитной жидкости использовали материалы, обладающие более высокими магнитными свойствами - высокодисперсное металлическое железо, кобальт, мягкие магнитные сплавы типа пермендюр [Физические свойства магнитных жидкостей: Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - 128 с.; 2. Черкасова О.Г., Петров В.И., Руденко Б.А. Рентгеноконтрастная ферромагнитная жидкость. - Формация. - 1986. - т. 35, №3, - С. 31-34; 3. Матусевич Н.П., Рахуба В.К. Получение магнитных жидкостей методом пептизации, - В кн.: Гидродинамика и теплофизика магнитных жидкостей. - Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума. Саласпилс, ин-т АН Латвийской ССР, 1980, - С. 21-28]. Однако при использовании чистых металлов возникает ряд технологических трудностей, связанных как с получением высокодисперсных частиц и их защитой от окисления, так и с их стабилизацией с последующим диспергированием в жидкости-носителе. Поэтому наряду с металлами в качестве феррофазы все чаще используется магнетит (окись-закись железа), который хотя и уступает металлам по магнитным характеристикам, но благодаря простоте получения высокодисперсных частиц, хорошей адсорбционной способности и химической устойчивости позволяет получать магнитные жидкости, которые превосходят по магнитным параметрам магнитные жидкости на металлах.

Известен также [Ахалая М.Г., Кокиашвили М.С., Берия В.П. Перспективы применения магнитных жидкостей в биологии и медицине. - В кн.: Физические свойства магнитных жидкостей: - Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - С. 115-120] способ получения магнитной жидкости, в котором синтез феррофазы осуществляется как в [Физические свойства магнитных жидкостей: Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - 128 с.], затем производится удаление воды из осадка последовательной промывкой его ацетоном, толуолом. Для получения магнитной жидкости в требуемой жидкости-носителе толуол сливают с осадка магнетита, влажный осадок переносят в фарфоровую ступку, добавляют к нему стабилизатор - олеиновую кислоту. Из полученной смеси толуол выпаривают нагреванием в ступке до 90-110°C при непрерывном растирании осадка. После испарения толуола смесь продолжают тщательно растирать при той же температуре. Полученную массу переносят с помощью требуемого количества дисперсионной среды в мельницу и гомогенизируют в стальной мельнице, на ½ заполненной стальными шарами. Нужная степень пептизации достигается за 6-12 ч.

Также известен способ получения магнитной жидкости на основе воды [А.с. СССР №1074826 А, БИ №7 от 23.02.84, C01G 49/08, H01F 1/28], в котором синтез феррофазы осуществляется как в [Физические свойства магнитных жидкостей: Сб. статей. - Свердловск, УНУ АН СССР, 1983. - 128 с.], затем маточный раствор удаляют декантацией. Оставшуюся суспензию постепенно нагревают при перемешивании и добавляют олеиновую кислоту. Нагретую до 90°C суспензию выдерживают при этой температуре в течение 10 мин, а затем охлаждают до 30°C. Частицы магнетита, стабилизированные олеиновой кислотой, экстрагируют петролейным эфиром при 30°C. Затем после удаления экстрагента к оставшейся массе добавляют раствор аммонийной соли декановой кислоты. Затем смесь гомогенизируют до получения однородной жидкости.

Описанные способы получения магнитной жидкости используют в качестве сырья дорогостоящий реактивный материал, отличаются трудоемкостью и длительностью процессов.

Наиболее близким к заявленному является способ, описанный в патенте РФ №2441294 от 27.01.2012 г., бюл. №3, C1 H01F 1/28, выбранный нами за прототип.

Он состоит из следующих стадий: подогрев электропроводящего раствора до 80-90°C, получение суспензии магнетита и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества.

Описанный способ получения магнитной жидкости на основе реополиглюкина применяется в медицинских технологиях. Однако сфера применения данного способа слишком узка.

Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известных способов получения магнитных жидкостей для применения их в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов (для сепарации материалов по плотности) в различных технологических устройствах.

Для решения задачи магнитная фаза магнитной жидкости (суспензия магнетита) получается электрохимическим способом путем растворения электродов из Ст 3 в электропроводящем водном растворе NaCl, стабилизирующего вещества - олеата натрия для одновременного покрытия поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества.

Электрохимический способ отличается простотой, дешевизной аппаратурного оформления и возможностью управления интенсивностью процесса образования магнитной жидкости путем изменения параметров электролиза.

Поставленная задача решается следующим образом: предложен способ получения магнитной жидкости, включающий подогрев электропроводящего раствора до 80-90°C, получение суспензии магнетита электрохимическим растворением электродов из стали Ст 3 и одновременное покрытие поверхности частиц магнетита адсорбированным слоем стабилизирующего вещества, расстояние между электродами при электрохимическом растворении составляет 15-20 мм, процесс ведут при напряжении 10 В, плотности тока 0,02-0,03 А/см², в качестве электропроводящего раствора используют водный раствор NaCl, а стабилизирующее вещество - олеат натрия.

Способ получения магнитной жидкости иллюстрируется следующим примером.

В емкость, содержащую раствор поваренной соли (концентрация NaCl - 6 г/дм³) и стабилизатор (олеат натрия), погружались электроды из Ст 3, расстояние между которыми составляет 16-30 мм, подается напряжение 10 В, обеспечивающее плотность тока 0,02-0,03 A/см². В результате электролиза в данных условиях образуется магнитная жидкость на основе воды, которая имеет следующие свойства: объемная доля магнетита 5-10%, плотность 1100-1250 кг/м³, намагниченность насыщения 12-18 кА/м.

Данная магнитная жидкость может быть использована для сепарации различных материалов по плотности в горнодобывающей промышленности, а также в других отраслях промышленности.

Задача настоящего изобретения: усовершенствование известных способов получения магнитных жидкостей для применения их в процессах магнитного обогащения немагнитных материалов (для сепарации материалов по плотности) в различных технологических устройствах - выполнена.