酸化鉄マグネタイト粉末の応用

磁性粉の応用

石油掘削流体および油性泥水に使用される天然磁鉄鉱 Fe3O4

このタイプのマグネタイトは、淡水、海水、油性泥水を含む掘削流体に広く使用できます。

すべての掘削流体および仕上げ流体の密度を 25 ポンド/ガロン (3.0 sg) にします。高密度の油性泥水で最も頻繁に使用されます。

この磁鉄鉱で重量を量った流体は、重晶石で重量を量った流体よりも体積あたりの固形物が少なく、泥の重量が高くなります。

可能です。特に高密度の殺菌液に有効です。

石油掘削の硫化物除去や増量剤に使用される酸化鉄磁鉄鉱

原油の掘削では、掘削流体として水ベースの泥がよく使用されます。通常は、潤滑性を高めるために重晶石やベントナイト粘土などの化合物を使用して製造されますが、研究では、有益で安価な他の材料が検討されてきました。ただし、重要なのは、今日の高圧、高温の掘削プロセスに対してより耐性があることです。通常、このような用途では、より密度の高い材料、つまり比重の高い泥が使用されます。重晶石は、マグネタイトと 1:1 で置き換えることができ、効果的です。研究では、密度を 14.5 ppg から 14.9 ppg に増加できることが示されました (つまり、固形物の量が少なくても密度が高くなり、コストが削減されます)。平坦なレオロジーが観察され、優れた粘性弾性プロファイルが認められました。これは、掘削装置の穴の洗浄が向上することを意味します。濾過特性も重晶石に比べて向上し、濾液の量が約 30% 少なく、重量が 16% 軽くなりました。マグネタイトはナノ粒子の形で特注の掘削流体にも使用でき、降伏応力と温度は直線関係にあります。さらに、石油やガスの掘削では、マグネタイトは硫化物の除去に役立ちます。水ベースの泥の密度を高める特性と同様に、マグネタイトは抽出井のセメント固めの増量剤としても使用できます。

アンモニアや炭化水素の触媒として使用される酸化鉄 Fe3O4 磁鉄鉱

磁鉄鉱黒砂の最もよく知られた用途は、ハーバー・ボッシュ（HB）法による工業規模のアンモニア合成です。HB法は、不均一鉄触媒を用いて、高温高圧下で大気中の窒素を水素に変換することでアンモニアを生成します。磁鉄鉱はこのための主な原料です。粉砕した磁鉄鉱を部分的に還元して酸素の一部を放出し、磁鉄鉱の核と酸化鉄（FeO、ウルスタイト）の外殻を持つ触媒を残します。この触媒の利点は多孔性にあり、したがって非常に活性で表面積の大きい材料です。アンモニアは主要な化学原料であり、肥料の製造における重要な成分であり、HBで磁鉄鉱を使用することで、この世界的に重要なプロセスに安価で信頼性の高い触媒を提供できます。

浄水や水処理に使用される Fe3O4 磁鉄鉱

磁鉄鉱は、天然に存在する酸化鉄鉱物で、さまざまな産業で使用されています。その用途の 1 つは水の浄化です。高勾配磁気分離では、汚染された水に導入された磁鉄鉱ナノ粒子が浮遊粒子 (固体、細菌、プランクトンなど) と結合して流体の底に沈殿し、汚染物質を除去して磁鉄鉱粒子をリサイクルして再利用することができます。

マグネタイトは浄水に広く利用されており、スチレンやジビニルベンゼンとともにポリマーミクロスフェアに成形されて磁性イオン交換樹脂が作られ、水から有毒なコバルトや硝酸塩汚染物質を除去するのに優れた効率性を示しています。オーストラリアの工場では、ミクロン スケールのマグネタイトが水の浄化と清澄化の試薬として使用され、低品質の地下水や表層水から飲料水を生成しています。除去が難しい「負荷のかかった」試薬に関する問題は、磁性を持つマグネタイトの性質によって解決されました。塩素化炭化水素は、マグネタイトに吸着したバクテリアを介して水から除去でき、その後磁場を使用して除去できます。

最も汚染された水に対する最も高度な濾過プロセスでは、マグネタイトが他の化合物と併用されることがよくあります。マグネタイトを共触媒として常温で従来の酸化鉄と併用すると、酸性廃水中の全有機炭素残留物をわずか 75 時間でほぼ XNUMX 分の XNUMX 削減できます。さらに、関連化合物のヘマタイトと組み合わせると、マグネタイトは化粧品工場の廃水中の有機炭素残留物の XNUMX% を除去でき、さらに溶解した窒素種​​もほぼ完全に除去できるという利点もあります。

濾過用途における磁鉄鉱のさらなる用途としては、金属還元細菌オクロバクテリアを伴った土壌からの六価ウランの除去が挙げられます。磁鉄鉱の存在はウランの固定化を助けることが示されており、磁鉄鉱が存在しない場合は除去率が大幅に低下することが報告されています。磁鉄鉱は、乳製品廃水の嫌気性消化を助けることが示されています。

医薬品に使用される酸化鉄 Fe3O4 磁鉄鉱

磁鉄鉱は医療分野で広く使用されています。磁鉄鉱と磁鉄鉱シリカ複合材料を使用してトウモロコシの穀粒から DNA を抽出できることが実証されています。どちらも市販の DNA 抽出キットよりも優れた性能を発揮します。磁鉄鉱黒酸化物を使用した抽出は収量が高く、酵素消化やポリメラーゼ連鎖反応プロセスに適した抽出物が得られました。5 ミクロン スケールの磁鉄鉱粉末は、タンパク質分解活性 (タンパク質をより小さなポリペプチドやアミノ酸に分解する活性) のアッセイ用の染色ゼラチンの染料として使用されています。

磁気共鳴画像 (MRI) 造影剤は、その超常磁性特性により、マグネタイトの高い有効性を示す用途としてよく報告されています。マグネタイトは、MRI 装置の強力な磁場内では磁性を帯びますが、磁場が適用されなくなるとこの磁性を失い、非常に検出されやすくなります。

エネルギー用途に使用される酸化鉄 Fe3O4 磁鉄鉱

マグネタイトは化石燃料の抽出にその能力を発揮してきましたが、より持続可能な方法で使用可能なエネルギーの生産に使用されている例もいくつかあります。微生物燃料電池では、電気分解で水素が生成されるのと同様に、特定のバクテリアが豊富な電解質に電気を通すと使用可能な燃料が生成されます。このようなシステムにマグネタイトを追加すると、酸素輸送ステップで優れたパフォーマンスが得られ、システム全体の効率が向上することがわかっています。さらに、システムが汚染された水を使用している場合、存在するマグネタイトは下水汚泥の除去にも効果的です。マグネタイトで固定化されたリパーゼは、他のリパーゼと同様に、バイオディーゼル燃料の効果的な生成物質であることが示されています。ただし、重要なことに、真菌および非プロバイオティクスのリパーゼ源は有害な副産物を伴うのに対し、プロバイオティクスのリパーゼは真菌のリパーゼと比較して安定性と効率性で知られていません。これらのプロバイオティクスのリパーゼをマグネタイトに固定すると、優れたパフォーマンスのシステムが実現します。