From Chemistry Towards Technology Step-By-Step From Chemistry Towards Technology Step-By-Step От химии к технологии шаг за шагом 2782-1900 83089 10.52957/27821900_2021_01_79 Научные статьи Scientific articles Научные статьи Obtaining magnetite recovery iron-containing waste Получение магнетита восстановлением железосодержащих отходов Калаева Сахиба Зияддин кзы Kalayeva Sahiba Ziyaddin kizi kalaevasz@ystu.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Маркелова Надежда Леонидовна Markelova Nadezhda Leonidovna

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Макаров Владимир Михайлович Makarov Vladimir Mihaylovich

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Ярославский государственный технический университет Yaroslavl State Technical University ООО "Домен" Ярославль Россия ООО "Домен" Yaroslavl Russian Federation 23 03 2021 23 03 2021 2 1 79 85 19 01 2021 22 03 2021 https://chemintech.ru/en/nauka/article/83089/view

На основании анализа литературных данных определено, что в результате расширения направлений применения магнитной жидкости требуется все больше магнетита для её получения. Наиболее распространенный способ получения магнетита химической конденсацией делает магнитную жидкость весьма дорогостоящей: один литр из химически чистых компонентов реализуется по стоимости, превышающей сорок тысяч рублей. Для её удешевления предложены способы высокотемпературного восстановления железосодержащих отходов (ЖСО) до магнетита. В качестве ЖСО возможно использование металлургической пыли, уловленной электрофильтрами, а восстановителем могут служить отходы активированного угля и технического углерода (сажи), коды которых включены в Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО) и отражают значительное количество их образования. После смешения железосодержащих отходов, отходов активированного угля и технического углерода они подвергаются постепенному нагреву до температуры 900 °С. Указанные условия создают возможность появления ионов двухвалентного железа, которые, занимая вакантные места в кристаллической решетке оксида железа (III), способствуют образованию магнетита. Он идентифицирован рентгенографически и оценен показателем намагниченности насыщения по сравнению с природным магнетитом, который оказался по этому показателю практически идентичен. Полученные магнетиты растворялись в соляной кислоте и переосаждались гидроксидом аммония. Повторные определения намагниченности насыщения по своему уровню не показали различия. В суспензию магнетита при нагреве и перемешивании вводился диспергатор в виде олеиновой кислоты и дисперсионная среда – керосин. Намагниченность насыщения и стабильность полученной магнитной жидкости удовлетворяли условиям её применения для очистки воды от разлива нефти и нефтепродуктов.

Based on the analysis of the literature data, it is determined that as a result of the expanding directions of application of the magnetic fluid, more and more magnetite is required to obtain it. The most common method of obtaining magnetite by chemical condensation makes magnetic fluid very expensive, one liter of which is sold for more than 500 USD. To reduce its cost, the paper proposes the methods of high-temperature reduction of iron-containing wastes to magnetite, which are metallurgical dust caught by electrofilters. As a reducing agent the waste activated carbon and carbon black (soot) are used the codes of which are included in the Federal classification catalog of waste (FKKO) and reflect a significant amount of their formation. After mixing iron-containing waste, activated carbon waste and carbon black, they are gradually heated to a temperature of 900 °C. These conditions create the possibility of the appearance of ferrous iron ions, which, occupying vacant places in the crystal lattice of iron oxide (III), contribute to the formation of magnetite. The magnetite was identified by X-ray technique and evaluated by the indicator of saturation magnetization in comparison with the natural magnetite appeared to be almost identical. The resulting magnetites were dissolved in hydrochloric acid and precipitated with ammonium hydroxide. Repeated determination of saturation magnetization did not show any difference in its level. In the suspension of magnetite, a dispersant in the form of oleic acid and a dispersion medium – kerosene was introduced during heating and stirring. The saturation magnetization and stability of the obtained magnetic fluid satisfied its application for water purification from oil and oil products spill.

 магнетит металлургическая пыль отход техуглерода осадок станции обезжелезивания воды магнитная жидкость magnetite metallurgical dust waste of carbon black sediment of water de-Ironing station magnetic liquid

Морозов Н.А., Казаков Ю.Б. Нанодисперсные магнитные жидкости в технике и технологиях. Иваново: ИГЭУ, 2011. 264 с. Morozov N.A., Kazakov Yu.B. Nanodispersnye magnitnye zhidkosti v tehnike i tehnologiyah. Ivanovo: IGEU, 2011. 264 s. Gordeev B.A., Maslov G.V., Okhulkov S.N., Osmekhin A.N. On Developing a Magneto-rheological Transformer That Operates in Orthogonal Magnetic Fields. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2014. V. 43. N 2. Р. 99–103. DOI: 10.3103/S105261881402006X Gordeev B.A., Maslov G.V., Okhulkov S.N., Osmekhin A.N. On Developing a Magneto-rheological Transformer That Operates in Orthogonal Magnetic Fields. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2014. V. 43. N 2. R. 99–103. DOI: 10.3103/S105261881402006X Беляев Е.С., Ермолаев А.И., Титов Е.Ю., Тумаков С.Ф. Магнитореологические жидкости: технологии создания и применение: монография. Под ред. А.С. Плехова. Нижний Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2017. 94 с. Belyaev E.S., Ermolaev A.I., Titov E.Yu., Tumakov S.F. Magnitoreologicheskie zhidkosti: tehnologii sozdaniya i primenenie: monografiya. Pod red. A.S. Plehova. Nizhniy Novgorod: Nizhegorod. gos. tehn. un-t im. R.E. Alekseeva, 2017. 94 s. Хоанг Ч.Т., Юрмазова Т.А., Вайтулевич Е.А. Магнетит с модифицированной поверхностью для водоочистки. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 8. С. 163-172. DOI: 10.18799/24131830/2019/8/2222 Hoang Ch.T., Yurmazova T.A., Vaytulevich E.A. Magnetit s modificirovannoy poverhnost'yu dlya vodoochistki. Izvestiya Tomskogo politehnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2019. T. 330. № 8. S. 163-172. DOI: 10.18799/24131830/2019/8/2222 Лебедев А.В., Лысенко С.Н., Гилеев В.Г. Магнитная жидкость, стабилизированная полиметилсилоксаном, остается жидкой без несущей среды. Коллоидный журнал. 2020. Т. 82. № 3. С. 339-345. DOI: 10.31857/S0023291220030064 Lebedev A.V., Lysenko S.N., Gileev V.G. Magnitnaya zhidkost', stabilizirovannaya polimetilsiloksanom, ostaetsya zhidkoy bez nesuschey sredy. Kolloidnyy zhurnal. 2020. T. 82. № 3. S. 339-345. DOI: 10.31857/S0023291220030064 Pshenichnikov A.F., Elfimova E.A., Ivanov A.O. Magnetophoresis, Sedimentation, and Diffusion of Particles in Concentrated Magnetic Fluids. Journal of Chemical Physics. 2011. V. 134. N 18. Р. 184508 DOI: 10.1063/1.3586806 Pshenichnikov A.F., Elfimova E.A., Ivanov A.O. Magnetophoresis, Sedimentation, and Diffusion of Particles in Concentrated Magnetic Fluids. Journal of Chemical Physics. 2011. V. 134. N 18. R. 184508 DOI: 10.1063/1.3586806 Антоненко Т.С., Брик А.Б., Пономар В.П., Дудченко Н.А. Преобразование слабомагнитных минералов (гематит, гетит) в магнетит в водной среде солей железа (II). Мiнералогiчний журнал. 2018. Т. 40. № 2(196). С. 36-44. DOI: 10.15407/mineraljournal.40.02.036 Antonenko T.S., Brik A.B., Ponomar V.P., Dudchenko N.A. Preobrazovanie slabomagnitnyh mineralov (gematit, getit) v magnetit v vodnoy srede soley zheleza (II). Mineralogichniy zhurnal. 2018. T. 40. № 2(196). S. 36-44. DOI: 10.15407/mineraljournal.40.02.036 Калаева С.З., Макаров В.М., Шипилин М.А., Бажанова А.Г., Захарова И.Н., Яманин И.А., Ершова А.Н. Синтез и применение магнитной жидкости. Сб. науч. трудов Всерос. науч. конф. «Физико-химические и прикладные проблемы магнитных дисперсных наносистем». 14-17 сентября 2009 г. Ставрополь: СГУ, 2009. С. 7-10. Kalaeva S.Z., Makarov V.M., Shipilin M.A., Bazhanova A.G., Zaharova I.N., Yamanin I.A., Ershova A.N. Sintez i primenenie magnitnoy zhidkosti. Sb. nauch. trudov Vseros. nauch. konf. «Fiziko-himicheskie i prikladnye problemy magnitnyh dispersnyh nanosistem». 14-17 sentyabrya 2009 g. Stavropol': SGU, 2009. S. 7-10. Албагачиев А.Ю., Данилов В.Д. Магнитная жидкость в режиме гидродинамической смазки сферических поверхностей. Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. № 3(51). С. 90-93. DOI: 10.12737/22017 Albagachiev A.Yu., Danilov V.D. Magnitnaya zhidkost' v rezhime gidrodinamicheskoy smazki sfericheskih poverhnostey. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. 2016. № 3(51). S. 90-93. DOI: 10.12737/22017 Казаков Ю.Б., Страдомский Ю.И., Морозов Н.А., Перминов С.М. Герметизаторы на основе нанодисперсных магнитных жидкостей и их моделирование. Под общ. ред. Ю.Б. Казакова. Иваново: ИГЭУ, 2010. 180 с. Kazakov Yu.B., Stradomskiy Yu.I., Morozov N.A., Perminov S.M. Germetizatory na osnove nanodispersnyh magnitnyh zhidkostey i ih modelirovanie. Pod obsch. red. Yu.B. Kazakova. Ivanovo: IGEU, 2010. 180 s. Морозов Н.А., Казаков Ю.Б. Нанодисперсные магнитные жидкости в технике и технологиях. Иваново: ИГЭУ, 2011. 264 с. Morozov N.A., Kazakov Yu.B. Nanodispersnye magnitnye zhidkosti v tehnike i tehnologiyah. Ivanovo: IGEU, 2011. 264 s. Пшеничников А.Ф., Лебедев А.В., Радионов А.В., Ефремов Д.В. Магнитная жидкость для работы в сильных градиентных полях. Коллоидный журнал. 2015. Т. 77. № 2. С. 207-213. DOI: 10.7868/S0023291215020159 Pshenichnikov A.F., Lebedev A.V., Radionov A.V., Efremov D.V. Magnitnaya zhidkost' dlya raboty v sil'nyh gradientnyh polyah. Kolloidnyy zhurnal. 2015. T. 77. № 2. S. 207-213. DOI: 10.7868/S0023291215020159 Курбатов А.А., Морозов Н.А., Страдомский Ю.И., Щелыкалов Ю.Я. Моделирование процесса регенерации магнитной жидкости из омагниченных нефтепродуктов. Вестник ИГЭУ. 2003. Вып. 1. С. 26-30. Kurbatov A.A., Morozov N.A., Stradomskiy Yu.I., Schelykalov Yu.Ya. Modelirovanie processa regeneracii magnitnoy zhidkosti iz omagnichennyh nefteproduktov. Vestnik IGEU. 2003. Vyp. 1. S. 26-30. Соловьева О.Ю., Калаева С.З., Макаров В.М., Коротаева Т.А., Ершова А.Н. Утилизация омагниченных нефтепродуктов в резиновых смесях и резинах. Экология и промышленность России. 2010. № 12. С. 22-23. Solov'eva O.Yu., Kalaeva S.Z., Makarov V.M., Korotaeva T.A., Ershova A.N. Utilizaciya omagnichennyh nefteproduktov v rezinovyh smesyah i rezinah. Ekologiya i promyshlennost' Rossii. 2010. № 12. S. 22-23. Makarov V.M., Kalaeva S.Z., Markelova N.L., Tyukina L.A., Dubov A.Y. Production of nanodisperse magnetite for polymer compositions to be used for various purposes. Magnetohydrodynamics. 2018. V. 54. N 1-2. С. 141–145. DOI: 10.22364/mhd.54.1-2.25 Makarov V.M., Kalaeva S.Z., Markelova N.L., Tyukina L.A., Dubov A.Y. Production of nanodisperse magnetite for polymer compositions to be used for various purposes. Magnetohydrodynamics. 2018. V. 54. N 1-2. S. 141–145. DOI: 10.22364/mhd.54.1-2.25 Ершова А.Н., Калаева С.З., Макаров В.М., Захарова И.Н., Гущин А.Г., Шипилин М.А., Шипилин А.М. Получение магнитных жидкостей для медицинских технологий. Сб. науч. тр. 14-й Международ. Плесской конф. по нанодисперсным магнитным жидкостям. Плес, 7-10 сентября 2010 г. С. 270-273. Ershova A.N., Kalaeva S.Z., Makarov V.M., Zaharova I.N., Guschin A.G., Shipilin M.A., Shipilin A.M. Poluchenie magnitnyh zhidkostey dlya medicinskih tehnologiy. Sb. nauch. tr. 14-y Mezhdunarod. Plesskoy konf. po nanodispersnym magnitnym zhidkostyam. Ples, 7-10 sentyabrya 2010 g. S. 270-273. Калаева С.З., Ершова А.Н., Гущин А.Г., Макаров В.М. Новые способы получения магнитных жидкостей для инновационных медицинских технологий. Матер. XVI Международ. науч.-практ. конф. «Технологическое образование как фактор инновационного развития страны». 4-8 октября 2010 г. Ярославль: ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2010. С. 276-277. Kalaeva S.Z., Ershova A.N., Guschin A.G., Makarov V.M. Novye sposoby polucheniya magnitnyh zhidkostey dlya innovacionnyh medicinskih tehnologiy. Mater. XVI Mezhdunarod. nauch.-prakt. konf. «Tehnologicheskoe obrazovanie kak faktor innovacionnogo razvitiya strany». 4-8 oktyabrya 2010 g. Yaroslavl': YaGPU im. K.D. Ushinskogo, 2010. S. 276-277. Makarov V.M., Kalaeva S.Z., Kruchina M.A., Markelova N.L., Zakharova I.N., Ezhov A.A., Shipilin A.M. Production of magnetite-containing composite based on iron hydroxide from underground waters to synthesize magnetic fluids. Magnetohydrodynamics. 2018. V. 54. N 1-2. P. 137–140. DOI: 10.22364/mhd.54.1-2.24 Makarov V.M., Kalaeva S.Z., Kruchina M.A., Markelova N.L., Zakharova I.N., Ezhov A.A., Shipilin A.M. Production of magnetite-containing composite based on iron hydroxide from underground waters to synthesize magnetic fluids. Magnetohydrodynamics. 2018. V. 54. N 1-2. P. 137–140. DOI: 10.22364/mhd.54.1-2.24