(57)【要約】【構成】無機系鉄含有廃棄物及び鉄含有粉体から硫酸及び硝酸を用いて第一鉄塩及び第二鉄塩の水溶液を生成し、その水溶液にアルカリを投入・加温し、マグネタイト微粒子を生成する。その微粒子に対しオレイン酸ナトリウム等の長鎖不飽和脂肪酸塩を吸着させ、ｐＨを４以下にすることで微粒子を凝集沈殿させ、この沈殿物をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤に分散させることで水ベースの比重分離用磁性流体を得る。【効果】廃棄物又は低価格材料等の固体試料より第一鉄塩及び第二鉄塩水溶液を簡易に適正組成の状態で得ることが可能となり、安価に磁性流体を製造することができる。磁性流体を大量に使用する比重分離の円滑な運転が可能になり、従来の比重分離と比較して高度な分離方法の実用化を行うことができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ｍｍ以下の無機系鉄含有廃棄物及び鉄含有粉体から硫酸及び硝酸を用いて第一鉄塩及び第二鉄塩のモル比が１：２になるような水溶液を生成し、その水溶液にアルカリを投入・加温し、マグネタイト微粒子を生成する。その微粒子に対しオレイン酸ナトリウム等の長鎖不飽和脂肪酸塩を吸着させ、ｐＨを４以下にすることで微粒子を凝集沈殿させる。この沈殿物をドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の界面活性剤に分散させることで水ベースの比重分離用磁性流体を得る。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は磁性流体を大量に使用する比重分離に対して、安価な磁性流体を提供するための水ベースの比重分離用磁性流体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】磁性流体は特殊なシーリング材及びスピーカーのボイスコイル等の磁性材料として高度な利用が行われているため、磁性流体の品質も高いものとなっており、高コストとなっている。製造方法は共沈法が用いられているが（特許文献１、特許文献２参照）、原料としては高度な品質を得るために精製された第一鉄塩及び第二鉄塩を用いる。
【特許文献１】特開昭５１−４４５７９号公報
【特許文献２】特開昭５１−４４５８０号公報
【０００３】具体的な製造方法としては精製された第一鉄塩及び第二鉄塩を用いて第一鉄及び第二鉄のモル比が１：２になるようなアルカリ性水溶液を生成し加熱することでマグネタイト微粒子を生成する。そして、オレイン酸ナトリウム等の長鎖不飽和脂肪酸塩を添加し、マグネタイト微粒子表面に吸着させた後、酸添加によりｐＨを低下させマグネタイト微粒子を凝集沈殿させる。得られたマグネタイトを界面活性剤水溶液に分散させ、磁性流体をえる。【０００４】磁性流体の製造における不純物の混合が磁気特性、分散性等の磁性流体の品質に大きな影響を与えることは広く知られており、不純物混入の可能性を小さくすることは現在の磁性流体製造において重要とされている。従って、無機系の鉄含有廃棄物や利用価値の低い鉄含有粉体を用いた磁性流体の製造は難しく、原料として使用する際には精製を行わなければならない。しかし、その精製により高コストとなることは避けられない。【０００５】本発明において磁性流体の利用法として想定している比重分離は古くから知られている技術であり、装置の開発事例もある（特許文献３、特許文献４参照）。しかし、比重分離を行う際には大量に磁性流体を使用することから、現在の高コストの磁性流体を用いた比重分離は実現性が低い。一方、比重分離に用いる磁性流体はシーリング材等の高度な利用とは異なり、品質的にも許容される範囲が広い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】磁性流体を用いた比重分離は磁性流体を大量に使用するため、現在の製造コストの高い磁性流体を用いることは困難であり、安価な磁性流体の製造は大きな課題である。本発明は比重分離用の磁性流体を安価に製造することで課題を解決し、磁性流体を用いた比重分離の実現性を高めるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明は比重分離用の磁性流体として、低品質のために利用できなかった無機系鉄含有廃棄物や研磨屑等の利用価値の低い鉄含有粉体を用い、精製工程を行わず磁性流体の製造を行うことで上記の問題を解決するものである。【０００８】本発明の方法は無機系鉄含有廃棄物や研磨屑等の利用価値の低い鉄含有粉体を硫酸及び硝酸の混合水溶液を用いて第一鉄及び第二鉄を溶出させ、その第一鉄及び第二鉄を用いて共沈法により、磁性流体を製造するものである。【０００９】硫酸による溶出は１Ｎ〜５Ｎの硫酸水溶液を用い、６０℃〜１００℃の温度で溶出する。その際得られる鉄塩は第一鉄塩が第二鉄塩よりもモル比で１．３〜２倍程度多い状態で得られる。また、硫酸及び硝酸の混合水溶液による溶出は１Ｎ〜５Ｎ硫酸に対し１０％程度の硝酸を添加した水溶液を用い、６０〜１００℃の温度で溶出する。その際得られる鉄塩は第二鉄塩が第一鉄塩よりもモル比で８倍程度多い状態で比較的安定して得られる。この２つの溶液を混合することで第一鉄塩と第二鉄塩のモル比が１：２になる水溶液を得る。【００１０】上記で得られた第一鉄塩と第二鉄塩のモル比が１：２の水溶液にアルカリを添加してマグネタイト微粒子を生成させる。一般に第一鉄塩と第二鉄塩の混合水溶液にアルカリを添加するとマグネタイトの沈殿が生じることが知られている。使用するアルカリは水酸化ナトリウム等があげられる。水酸化ナトリウムを用いた際のマグネタイト生成の反応式は下記の式に従うと言われている。
【化１】
ＦｅＳＯ４＋Ｆｅ２（ＳＯ４）３＋８ＮａＯＨ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｎａ２ＳＯ４＋４Ｈ２Ｏ
水酸化ナトリウムの添加によりｐＨは８〜１１程度にする必要がある。至適ｐＨ領域に保ちながら８０〜１００℃程度に加熱することで１００ｎｍ以下のマグネタイト粒子を得ることができる。
【００１１】マグネタイトが生成したらオレイン酸ナトリウム等の長鎖の不飽和脂肪酸塩を添加する。温度を７０〜９０℃程度に加熱しながら１時間程度攪拌することによりマグネタイト微粒子の表面にオレイン酸ナトリウムが吸着する。オレイン酸ナトリウムの添加量は生成マグネタイト１００ｇに対し３０〜４０ｇ程度が望ましいと言われているが、カルシウム及びマグネシウムイオンの含有がある際に多く添加する必要がある。
【００１２】オレイン酸ナトリウムを吸着したマグネタイト微粒子の分散性を高めるために溶液中に存在する不純物を除去する必要がある。溶液のｐＨを５〜６程度に低下させるとマグネタイトを２層状に被覆しているオレイン酸ナトリウムの外側の層が不飽和脂肪酸になることで脱離し、残された１層からなるマグネタイトが非常に強い凝集を起こすことが知られている。この操作を行うことにより、マグネタイト微粒子を凝集体として簡単に回収することができる。
【００１３】界面活性剤を添加した水溶液に回収したマグネタイト微粒子を添加することにより水ベースの磁性流体を得る。界面活性剤はドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム及びオレイン酸ナトリウム等があげられる。
【００１４】得られた磁性流体の分散安定性をより高めるために粒径の大きい粒子については遠心分離により除去する。この際の遠心分離の遠心力は３０ｋｇ／ｋｇ程度の非常に緩和な条件で十分であり、３０ｋｇ／ｋｇ以上の遠心力で分離しても分散性の向上は見られない。
【００１５】ここまで述べた製造工程のフロー図を図１に示す。本発明により得られる磁性流体は平均粒径が１００ｎｍ以下であり、分散性の高いものである。要求する分散性がそれほど高くない場合は遠心分離工程を省略することも可能である。
【発明の効果】
【００１６】従来技術においては純度の高い精製された鉄塩等の工業原料を用いて磁性流体を製造しているが、本発明により、廃棄物又は低価格材料等の固体試料より第一鉄塩及び第二鉄塩水溶液を簡易に適正組成の状態で得ることが可能となり、安価に磁性流体を製造することができる。不純物についても凝集による分離と遠心分離により可溶性及び不溶性の物については除去することが可能である。本発明により、磁性流体を大量に使用する比重分離の円滑な運転が可能になり、従来の比重分離と比較して高度な分離方法の実用化を行うことができる。
【実施例】
【００１７】本発明の具体的な内容を実施例により以下に説明する。試料は製鋼の圧延工程においては発生する鉄含有粉体を用いた。試料１００ｇに５Ｎ硫酸を５００ｍｌ添加し、１００℃で２時間加熱した。その溶液の上澄みを溶液Ａとする。また、図２に鉄塩溶出の経時変化を示す。一方で試料１００ｇに対して５Ｎ硫酸に１０％硝酸を添加した溶液を５００ｍｌ添加し、同様に１００℃で２時間加熱する、この溶液の上澄みを溶液Ｂとする。また、図３にその鉄塩溶出の経時変化を示す。これらの操作により得られた溶液の第一鉄と第二鉄のモル比は溶液Ａが２：１、溶液Ｂが１：８であった。これらの溶液を第一鉄と第二鉄のモル比が１：２になるように混合し溶液Ｃを得る。【００１８】溶液Ｃに対し５Ｎ水酸化ナトリウム溶液を添加し、ｐＨを１１にし、８０℃に加熱しながら攪拌した。マグネタイト微粒子が発生したら、１０％オレイン酸ナトリウムを添加し、さらに１時間攪拌しながら８０℃に加熱した。その後、５Ｎ硫酸溶液によりｐＨ５．５に調整し、マグネタイトを凝集沈殿させ回収した。回収したマグネタイトを５％ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム溶液にマグネタイト含有率が４０％になるように分散させ、３０ｋｇ／ｋｇの遠心力で遠心分離処理を行い、磁性流体を得た。【００１９】得られた磁性流体の飽和磁化は約１５ｍＴ／ｇであった。図４に磁性流体の粒度分布を示す。粒径は非常に小さく、その平均粒径は約５０ｎｍであった。【００２０】磁性流体を用いて簡易的な非鉄金属の比重分離試験を行った。１００ｍｌビーカーに上記磁性流体を入れ、２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍのアルミニウム及び銅の試験片を１枚ずつ投入した。このビーカーの底に残留磁束密度約１，１００ｍＴのアルニコ磁石を注意深く近づけると沈んでいたアルミニウム片が磁性流体の液面に浮上し、アルミニウムと銅が分離した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における磁性流体の製造工程のフロー図。
【図２】試料から希硫酸溶液で鉄塩を溶出させた際の鉄塩の経時変化。
【図３】試料から希硫酸溶液（希硝酸添加）で鉄塩を溶出させた際の鉄塩の経時変化。
【図４】磁性流体の粒度分布。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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