RU2742634C1

RU2742634C1 - Method for producing polymetallic nanopowders

Info

Publication number: RU2742634C1
Application number: RU2020118856A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Спиридонов; Александр Владимирович Слепцов; Вячеслав Константинович Селиверстов; Петр Гвизд; Константин Викторович Дуков; Степан Николаевич Андреев; Светлана Алексеевна Шаталова; Александр Григорьевич Жуков; Валерий Михайлович Постыляков; Егор Николаевич Спиридонов
Original assignee: Николай Иванович Спиридонов; Александр Владимирович Слепцов
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-02-09

Abstract

FIELD: powder metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, in particular to a method for producing polymetallic nanopowders. The initial raw material in the form of a liquid containing water is prepared by electrolytic dissociation in a flow electrolytic cell. The reactor-activator is supplied with the above-mentioned liquid and ferromagnetic liquid in a quantity not exceeding 5 wt. % in relation to the quantity thereof. The liquid mixture is processed by the action of a rotating electromagnetic field with a frequency of 50 Hz of a three-phase current network with a voltage of 380 V and magnetic induction in the reactor of 0.9-1.1 T in such a way that said mixture rotates with ferromagnetic working elements. Invention enables resonating the oscillation frequencies of ferromagnetic nanoparticles present in the ferromagnetic liquid and the internal oscillations of liquid medium particles by controlling the rotation speed of the electromagnetic field to 3.000 rpm and the rate of flow of the liquid medium inside the reactor from 0.1 to 06 m/s. The ferromagnetic nanoparticles present in the ferromagnetic liquid adsorbed on ferromagnetic particles of metal compounds, metal compounds present in the reaction mass in a pure form and excess water with waste are separated. The remaining sediment is washed, dried and incinerated to produce a polymetallic nanopowder.

EFFECT: ensured is environmentally continuous production of aggregatively resistant polymetallic nanopowders.

8 cl, 6 tbl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения наноразмерных частиц металлов и их соединений, используемых в различных областях промышленности, техники, науки.The invention relates to methods for producing nanosized particles of metals and their compounds used in various fields of industry, technology, science.

Наноразмерные частицы (нанопорошок) - высокодисперсные структурные образования с размерами, среднеповерхностный диаметр частиц которого не превышает 100 нм. Размер частиц обусловливает уникальные особенности наноразмерных материалов, которые обладают необычными термохимическими, реологическими, электрическими и оптическими свойствами. Они отличаются повышенной механической прочностью и термостабильностью, способны обеспечивать оптимальный теплоперенос. Наночастицы используют в качестве мембранных материалов, оптических и магнитных материалов, компонентов полимерных композиций, катализаторов и активных центров различных реакций, сенсоров, магнитов, веществ с уменьшенным сопротивлением в магнитном поле и др.Nanosized particles (nanopowder) are highly dispersed structural formations with sizes, the average surface particle diameter of which does not exceed 100 nm. Particle size determines the unique characteristics of nanoscale materials that have unusual thermochemical, rheological, electrical and optical properties. They are distinguished by increased mechanical strength and thermal stability, and are capable of providing optimal heat transfer. Nanoparticles are used as membrane materials, optical and magnetic materials, components of polymer compositions, catalysts and active centers of various reactions, sensors, magnets, substances with reduced resistance in a magnetic field, etc.

Из изобретения по патенту РФ №2438982 известен способ получения наночастиц сложного оксида LiMeO₂, где Me - Со, Ni, Zn, Cu, который осуществляют смешением 0,1 М водного раствора двух солей: нитрата лития LiNO₃ и соли Me - Со, Ni, Zn, Cu со сверхкритической водой в реакторе проточного типа при температуре 370-390°С, давлении 220-230 атм.From the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2438982, a method is known for producing nanoparticles of complex oxide LiMeO ₂ , where Me is Co, Ni, Zn, Cu, which is carried out by mixing a 0.1 M aqueous solution of two salts: lithium nitrate LiNO ₃ and a salt Me - Co, Ni , Zn, Cu with supercritical water in a flow-through reactor at a temperature of 370-390 ° C, a pressure of 220-230 atm.

Недостатком способа по патенту РФ №2438982 является его низкая эффективность, низкая производительность, сложная технологическая схема.The disadvantage of the method according to the patent of the Russian Federation No. 2438982 is its low efficiency, low productivity, complex technological scheme.

Из патента РФ №124590 на полезную модель известен непрерывный гидротермальный синтез, осуществляемый с помощью оборудования цилиндрической емкости реактора средством перемещения компонентов, выполненного в виде шнека с приводом, тем самым обеспечено непрерывное перемешивание и перемещение как жидкой реакционной смеси реагентов, так и готового продукта внутри цилиндрической емкости от одного ее торца к противоположному, осуществляя, по сути, проточный режим, с помощью которого и повышается производительность заявляемого реактора. А выведение торцов цилиндрической емкости за пределы объемного микроволнового излучателя позволяет избежать наведения паразитных токов в электропроводящих элементах конструкции. Жидкую реакционную смесь реагентов через устройство для непрерывного ввода жидкой реакционной смеси реагентов подают в цилиндрическую емкость, затем с помощью шнека ее перемещают в микроволновое поле, создаваемое объемным микроволновым излучателем. Скорость вращения шнека предварительно рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить прохождение жидкой реакционной смеси реагентов по всей цилиндрической емкости в течение заданного времени. Скорость и время вращения шнека регулируют с помощью привода. Проходя через реактор гидротермального синтеза, реагенты, взаимодействуя в течении в среднем 10-15 минут под действием микроволнового излучения мощностью в среднем 700-800 Ватт от объемного микроволнового излучателя, образуют готовый продукт нанодисперсные оксиды металлов, которые выводят через устройство для вывода продукта. Время гидротермального синтеза определяется условиями прохождения реакции. Мощность излучения выбирается достаточной для разогрева жидкой реакционной смеси реагентов до температуры начала реакции.From the patent of the Russian Federation No. 124590 for a utility model, continuous hydrothermal synthesis is known, carried out using the equipment of a cylindrical reactor vessel with a means for moving components made in the form of a screw with a drive, thereby ensuring continuous mixing and movement of both the liquid reaction mixture of reagents and the finished product inside the cylindrical capacity from one end to the opposite, realizing, in fact, a flow-through mode, which increases the productivity of the proposed reactor. And the removal of the ends of the cylindrical container outside the volumetric microwave radiator allows avoiding the induction of parasitic currents in the electrically conductive elements of the structure. The liquid reaction mixture of reagents is fed through a device for continuous introduction of the liquid reaction mixture of reagents into a cylindrical container, then it is moved by means of a screw into a microwave field created by a volume microwave radiator. The screw rotation speed is pre-calculated in such a way as to ensure the passage of the liquid reaction mixture of reagents throughout the cylindrical container for a given time. The speed and time of rotation of the screw are controlled by means of a drive. Passing through the reactor of hydrothermal synthesis, the reagents, interacting for an average of 10-15 minutes under the action of microwave radiation with an average power of 700-800 watts from a volumetric microwave radiator, form the finished product nanodispersed metal oxides, which are removed through a device for product withdrawal. The time of hydrothermal synthesis is determined by the reaction conditions. The radiation power is chosen sufficient to heat the liquid reaction mixture of the reagents to the temperature of the beginning of the reaction.

Недостатком гидротермального синтеза, известного из патента №124590 на полезную модель, является необходимость использования реагентов, что обусловливает неэкологичность способа, недостаточная эффективность, производительность способа в связи с необходимостью использования шнека для продвижения продукта.The disadvantage of hydrothermal synthesis, known from patent No. 124,590 for a useful model, is the need to use reagents, which makes the method environmentally unfriendly, insufficient efficiency, and productivity of the method due to the need to use a screw to promote the product.

Из источника 1 - статья «Влияние вращающегося электромагнитного поля на активность шлама карбида кальция и фосфогипса при обработке животноводческих стоков», Домашенко Ю.Е., журнал «Известия Оренбургского государственного аграрного университета», 2015 г., 4 (54), стр. 59-60, известно следующее. Для сокращения потребления реагентов, применяемых для разделения животноводческих стоков, предлагается повышать их активность, используя вихревой слой с подвижными ферромагнитными частицами, создаваемый вращающимся электромагнитным полем. Подводимая извне энергия локализуется в отдельных зонах, например в местах соударения ферромагнитных частиц, где удельная мощность достигает чрезвычайно больших значений. В зоне удара создаются условия для протекания таких физических и химических процессов, которые в обычных условиях затруднены или невозможны, т.е. деформируется кристаллическая решетка твердых тел, резко увеличивается химическая активность веществ. При соударении ферромагнитных частиц может возникать давление до тысячи мегапаскалей, что способствует увеличению свободной энергии веществ. В нашем случае под воздействием вихревого поля находятся насыщенные растворы шлама карбида кальция и фософгипса. Отмечается, что при увеличении индукции до 0,194 Тл наблюдается значительное снижение концентрации активной составляющей шлама СаС2 в сравнении с контрольной пробой, в частности при обработке в течение 10 и 15 с количество активного СаО снизилось до 35 и 42%. Соответственно. Наилучшие результаты наблюдались при индукции 0,120 Тл при обработке шлама СаС2 в течение 10 и 15 с, отмечено увеличение количества активного СаО до 57 и 70%. Также отмечается, что при увеличении индукции при обработке шлама карбида кальция наблюдается повышение эффективности очистки животноводческих стоков, в частности при индукции 0,15 Тл достигается максимальный эффект очистки 90%.From source 1 - article "Influence of a rotating electromagnetic field on the activity of calcium carbide and phosphogypsum sludge during the treatment of livestock waste", Domashenko Yu.E., the journal "Izvestia of the Orenburg State Agrarian University", 2015, 4 (54), p. 59 -60, the following is known. To reduce the consumption of reagents used to separate livestock effluents, it is proposed to increase their activity using a vortex layer with mobile ferromagnetic particles, created by a rotating electromagnetic field. The energy supplied from the outside is localized in separate zones, for example, in the places of collision of ferromagnetic particles, where the specific power reaches extremely high values. In the impact zone, conditions are created for the occurrence of such physical and chemical processes, which are difficult or impossible under normal conditions, i.e. the crystal lattice of solids is deformed, the chemical activity of substances sharply increases. When ferromagnetic particles collide, a pressure of up to a thousand megapascals can arise, which contributes to an increase in the free energy of substances. In our case, under the influence of the vortex field, there are saturated solutions of calcium carbide and phosphogypsum sludge. It is noted that with an increase in induction to 0.194 T, a significant decrease in the concentration of the active component of the CaC2 sludge is observed in comparison with the control sample, in particular, when processing for 10 and 15 s, the amount of active CaO decreased to 35 and 42%. Respectively. The best results were observed at an induction of 0.120 T when processing CaC2 sludge for 10 and 15 s; an increase in the amount of active CaO to 57 and 70% was noted. It is also noted that with an increase in induction during the treatment of calcium carbide sludge, an increase in the efficiency of cleaning livestock effluents is observed, in particular, with an induction of 0.15 T, a maximum cleaning effect of 90% is achieved.

Из источника 2 - статья «Энергосберегающая технология очистки бытовых и промышленных сточных вод микродуговой обработкой во вращающихся магнитных полях», известной из сети Интернет по адресу: http://plazer.com.ua/ energy-save-technology.html, известна инновационная энергосберегающая технология очистки сточных вод, которая базируется на применении оборудования для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях или установок активации процессов. Для получения вращающегося поля не требуется много энергии. Она тратится в основном на вращение рабочих тел, которые и являются источниками ударных волн и генераторами других эффектов, а также интенсивного вращательного движения в рабочей зоне. Рабочая зона оборудования - это труба, установленная на индукторе, генерирующего вращающееся электромагнитное поле. В ней размещаются ферромагнитные элементы (иголки), которые под воздействием поля вращаются со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля и одновременно перемещаются по рабочей зоне. Рабочие элементы совершают колебания относительно вектора напряженности магнитного поля, достигающее нескольких тысяч периодов в секунду. На короткое время образуются электрические цепи, в которых возникают сильные токи. При разрыве таких цепей образуется большое количество микродуг, которое образуют «квазиплазменное облако». Каждый рабочий элемент (иголка) во вращающемся магнитном поле является ярко выраженным магнитом. При ее вращении происходит смена полярности на полюсах иголки, т.е. она перемагничивается, что влечет за собой изменение линейных размеров иголок, которые происходят с очень высокими скоростями. В результате по окружающей среде наносится удар с силой около 150 тн/мм2, действующий на очень малом расстоянии. Таким образом, при своем движении иголка как бы непрерывно излучает силовые импульсы и микродуги, выдержать которые при непосредственном контакте не могут практически никакие материалы. В жидкой среде расстояние воздействия этих импульсов увеличивается в несколько раз. Применяемые в оборудовании микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях на сточные воды оказываются следующие воздействия:From source 2 - the article "Energy-saving technology for the purification of domestic and industrial wastewater by micro-arc treatment in rotating magnetic fields", known from the Internet at the address: http://plazer.com.ua/energy-save-technology.html, an innovative energy-saving wastewater treatment technology, which is based on the use of equipment for micro-arc treatment in rotating magnetic fields or process activation units. It doesn't take a lot of energy to produce a rotating field. It is spent mainly on the rotation of working bodies, which are sources of shock waves and generators of other effects, as well as intense rotational movement in the working area. The working area of the equipment is a pipe mounted on an inductor that generates a rotating electromagnetic field. It contains ferromagnetic elements (needles), which, under the influence of the field, rotate at a speed close to the speed of rotation of the magnetic field and simultaneously move across the working area. The working elements oscillate relative to the vector of the magnetic field strength, reaching several thousand periods per second. For a short time, electrical circuits are formed in which strong currents are generated. When such chains are broken, a large number of micro-arcs are formed, which form a "quasi-plasma cloud". Each working element (needle) in a rotating magnetic field is a pronounced magnet. When it rotates, the polarity changes at the poles of the needle, i.e. it is remagnetized, which entails a change in the linear dimensions of the needles, which occur at very high speeds. As a result, the environment is struck with a force of about 150 tn / mm2, acting at a very short distance. Thus, during its movement, the needle, as it were, continuously emits pulses of force and micro-arcs, which practically no materials can withstand in direct contact. In a liquid medium, the distance of action of these impulses increases several times. Used in micro-arc treatment equipment in rotating magnetic fields, the following impacts on wastewater are produced:

• воздействие микродугами и электромагнитными полями;• exposure to micro arcs and electromagnetic fields;

• механическое воздействие на обрабатываемые вещества;• mechanical impact on the processed substances;

• гидродинамическое воздействие, выражающееся в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости;• hydrodynamic effect, which is expressed in high shear stresses in the fluid, developed turbulence, pressure fluctuations and fluid flow velocity;

• гидроакустическое (в т.ч кавитационное) воздействие на жидкость осуществляется за счет мелкомасштабных пульсаций давления, интенсивной кавитации, ударных волн и вторичных нелинейных акустических эффектов;• hydroacoustic (including cavitation) effect on the liquid is carried out due to small-scale pressure pulsations, intense cavitation, shock waves and secondary nonlinear acoustic effects;

• гидролиз;• hydrolysis;

• тепловое воздействие.• thermal effect.

Одновременное воздействие всех факторов позволяет перевести все процессы в рабочей зоне аппаратов в кинетический режим, который в отличие от диффузионного, свойственного для всех традиционных технологий, может управляться и активироваться, а технологиям - иметь высокую производительность. В рабочей зоне аппаратов для микродуговой обработки сточных вод во вращающихся электромагнитных полях под воздействием псевдоплазменного облака и сочетания описанных выше факторов протекают электролитические процессы и идут следующие реакции:The simultaneous effect of all factors allows all processes in the working area of the apparatus to be transferred to the kinetic mode, which, in contrast to the diffusion mode characteristic of all traditional technologies, can be controlled and activated, and technologies can have high productivity. In the working area of devices for microarc wastewater treatment in rotating electromagnetic fields under the influence of a pseudoplasma cloud and a combination of the factors described above, electrolytic processes occur and the following reactions take place:

- образование гидроокисей металлов из растворов;- formation of metal hydroxides from solutions;

- восстановление ряда соединений;- restoration of a number of compounds;

- уничтожение патогенной миклофлоры и микроорганизмов;- destruction of pathogenic miclo flora and microorganisms;

- ионизация воды с выделением ионов Н+ и ОН-;- ionization of water with the release of H + and OH- ions;

- аномальное ускорение протекание химических реакций и др.- abnormal acceleration of chemical reactions, etc.

При обработке сточных вод аппаратами микродуговой обработки во вращающихся электромагнитных полях происходит ускоренное отделение и осаждение минеральной составляющей и тяжелых металлов, находящихся в стоках и других типах жидких отходов в виде неопасных гидроокислов, происходит обеззараживание воды.When wastewater is treated with microarc treatment devices in rotating electromagnetic fields, the accelerated separation and deposition of the mineral component and heavy metals found in wastewater and other types of liquid waste in the form of non-hazardous hydroxides occurs, and water is disinfected.

В рабочей зоне аппаратов для микродуговой обработки во вращающихся магнитных полях объединяется несколько процессов, которые осуществляются в традиционных линиях раздельно, например, восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного и образование гидроокисей всех тяжелых металлов.In the working area of devices for microarc processing in rotating magnetic fields, several processes are combined that are carried out separately in traditional lines, for example, the reduction of hexavalent chromium to trivalent and the formation of hydroxides of all heavy metals.

Кроме того, частицы твердой фазы, выделенные из растворов, несмотря на очень малые размеры, оседают во много раз быстрее, чем частицы этих же веществ, полученных, например, в реакторах с мешалками.In addition, the particles of the solid phase separated from solutions, despite their very small size, settle many times faster than the particles of the same substances obtained, for example, in reactors with stirrers.

Из источника 3 - статья «Активация технологических процессов обработки материалов в аппаратах с вращающимся электромагнитным полем», Мищенко М.В., Боков М.М., Гришаев М.Е., журнал Фундаментальные исследования. 2015. №2 (часть 16) - С. 3508-3512, УДК 537.8, ISSN 1812-7339, приведенном в сети Интернет по адресу:From source 3 - article "Activation of technological processes for processing materials in devices with a rotating electromagnetic field", Mishchenko MV, Bokov MM, Grishaev ME, Journal of Fundamental Research. 2015. No. 2 (part 16) - S. 3508-3512, UDC 537.8, ISSN 1812-7339, given on the Internet at:

https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37809 известна типовая конструкция аппарата с вращающимся ЭМП (электромагнитным полем), содержащая магнитопровод индуктора, трехфазную обмотку индуктора, немагнитный цилиндрический корпус рабочей зоны аппарата, ферромагнитные иглы, обрабатываемый материал, кожух. Типовая установка активации процессов для создания вихревого слоя использует электрическое питание трехфазным током промышленной сети, что позволяет генерировать вращающееся электромагнитное поле с промышленной частотой, как это делается в электрических машинах. Конструктивно аппарат аналогичен асинхронному электродвигателю с извлеченным ротором, на месте которого располагается рабочая зона. Основным узлом, создающим вращающееся электромагнитное поле процесса, является индуктор, включающий сердечник индуктора и трехфазную обмотку. Вращающееся магнитное поле индуктора замыкается в области рабочей зоны аппарата, ограниченной немагнитным корпусом. В рабочую зону аппарата нагнетается обрабатываемый материал, вместе с ним туда помещаются иголки, изготовленные из ферромагнетика, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным полем индуктора. Для обработки в установках активации процессов пригодны вещества в любом состоянии, лишь бы их размеры (для твердых фаз) соответствовали размерам рабочего пространства и иголок, жидкости были достаточно подвижные, а порошки свободно пересыпались. Широкой областью применения установок активации процессов является обработка водяных растворов. Процессы получения порошков в аппаратах вихревого слоя также могут быть эффективно реализованы. Особенности воздействия магнитных полей на вещество в рабочей зоне установок активации процессов дают основание предполагать, что восстановление железной руды в этом случае окажется технически целесообразным. Одним из наиболее актуальных направлений использования установок активации процессов может быть переработка отходов деятельности человека, нейтрализация и утилизация промышленных, бытовых и сельскохозяйственных сбросов, стоков и отходов. В результате взаимодействия вращающегося электромагнитного поля, создаваемого индуктором установки с вихревым слоем обрабатываемого материала и внесенных туда же ферромагнитных игл, возникает ряд эффектов, которые наряду с механическим и тепловым воздействием иголок, непосредственно влияют на вещество, изменяя его физико-химические свойства. Важнейшей составляющей процесса является непосредственное ударное воздействие вращающихся иголок на обрабатываемый материал, а также магнитострикция тела иголки. Процесс магнитострикции неизбежно приводит к возникновению акустических явлений. Согласно закону Фарадея, воздействие переменного магнитного поля в рабочей зоне аппарата на металлические иголки, являющиеся проводниками, приводит к возникновению в них индукционных токов. Учитывая то, что жидкая составляющая обрабатываемого сырья - чаще всего вода с растворенными в ней солями, трудно недооценить роль процессов электролиза в таких системах. И действительно, доля энергии, которая приходится на электрохимические процессы значительна, и по некоторым оценкам приближается к 15% от общих затрат. Явными признаками наличия данных процессов является снижение кислотности обработанных растворов и появление водорода в молекулярном виде. Кроме того, установлено, что из солянокислых, сернокислых и азотнокислых растворов, содержащих ионы металлов, соединения металлов выпадают в осадок в виде гидроксидов, а железо и никель, являющиеся материалом иголок, диссоциируют в раствор. Объяснение имеющим место в такой установке процессу электролиза авторы статьи усматривают в следующем. Известно, что в классическом представлении электролиз осуществляется при наличии как минимум двух электродов различного потенциала, помещенных в электролит. В случае с иголками в рабочей зоне установки активации процессов предполагается, что электролитической ячейкой может служить соседство двух иголок, имеющих разные заряды. Вторым электродом может являться и твердый фрагмент обрабатываемого материала. Электрохимический процесс скорее всего носит импульсный характер, поскольку очевидно, что такое соседство достаточно кратко. Таким образом, в рабочей зоне аппарата вихревого слоя имеется огромное количество короткоживущих электролизеров, благодаря высокой интенсивности и вопреки кратковременности действия способных дать импульс к образованию продуктов, характерных для электролиза.https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37809 a typical design of an apparatus with a rotating EMF (electromagnetic field) is known, containing a magnetic core of an inductor, a three-phase inductor winding, a non-magnetic cylindrical body of the working area of the apparatus, ferromagnetic needles, processed material, casing. A typical installation for activating processes to create a vortex layer uses a three-phase power supply from an industrial network, which makes it possible to generate a rotating electromagnetic field with an industrial frequency, as is done in electric machines. Structurally, the apparatus is similar to an asynchronous electric motor with a removed rotor, in the place of which the working area is located. The main unit that creates a rotating electromagnetic field of the process is an inductor, which includes an inductor core and a three-phase winding. The rotating magnetic field of the inductor is closed in the area of the working area of the apparatus, limited by the non-magnetic case. The material to be processed is pumped into the working area of the apparatus, along with it needles made of a ferromagnet are placed there, which interact with the rotating magnetic field of the inductor. Substances in any state are suitable for processing in installations for activating processes, as long as their sizes (for solid phases) correspond to the dimensions of the working space and needles, the liquids are sufficiently mobile, and the powders are freely poured. A wide area of application of process activation units is the treatment of aqueous solutions. Processes for obtaining powders in vortex bed apparatus can also be effectively implemented. The peculiarities of the effect of magnetic fields on the substance in the working area of the process activation units give grounds to assume that the reduction of iron ore in this case will be technically feasible. One of the most important areas of using process activation installations can be the processing of waste from human activities, the neutralization and disposal of industrial, household and agricultural discharges, effluents and waste. As a result of the interaction of the rotating electromagnetic field created by the inductor of the installation with the vortex layer of the material being processed and the ferromagnetic needles introduced there, a number of effects arise that, along with the mechanical and thermal effects of the needles, directly affect the substance, changing its physicochemical properties. The most important component of the process is the direct impact of the rotating needles on the processed material, as well as the magnetostriction of the needle body. The magnetostriction process inevitably leads to the appearance of acoustic phenomena. According to Faraday's law, the effect of an alternating magnetic field in the working area of the apparatus on metal needles, which are conductors, leads to the appearance of induction currents in them. Considering that the liquid component of the processed raw material is most often water with salts dissolved in it, it is difficult to underestimate the role of electrolysis processes in such systems. Indeed, the share of energy that falls on electrochemical processes is significant, and according to some estimates, it is close to 15% of total costs. Clear signs of the presence of these processes are a decrease in the acidity of the treated solutions and the appearance of hydrogen in a molecular form. In addition, it was found that from hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid solutions containing metal ions, metal compounds precipitate in the form of hydroxides, and iron and nickel, which are the material of needles, dissociate into solution. The authors of the article see the explanation for the electrolysis process taking place in such an installation in the following. It is known that in the classical view, electrolysis is carried out in the presence of at least two electrodes of different potential, placed in an electrolyte. In the case of needles in the working zone of the process activation unit, it is assumed that the electrolytic cell can be the proximity of two needles with different charges. The second electrode can also be a solid fragment of the processed material. The electrochemical process is most likely of an impulsive nature, since it is obvious that such a neighborhood is rather short. Thus, in the working area of the vortex layer apparatus there is a huge number of short-lived electrolyzers, due to their high intensity and despite the short duration of their action, they are capable of giving an impulse to the formation of products characteristic of electrolysis.

Способ активации технологических процессов обработки материалов в аппаратах с вращающимся электромагнитным полем, приведенный в источнике 3, выбран в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).The method for activating technological processes for processing materials in devices with a rotating electromagnetic field, given in source 3, is selected as the closest analogue (prototype).

Недостатками способов, известных из источников 2 и 3 является то, что они не адаптированы и не применимы для промышленного получения полиметаллических нанопорошков (мелкодисперсных полиметаллических порошков).The disadvantages of the methods known from sources 2 and 3 is that they are not adapted and not applicable for the industrial production of polymetallic nanopowders (fine polymetallic powders).

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - создание промышленного способа получения нанопорошков металлов и их соединений (полиметаллических мелкодисперсных порошков), использующего вращающееся электромагнитное поле с ферромагнитными рабочими элементами, обладающего высокой эффективностью и производительностью, экологичного и безопасного.The technical problem solved by the proposed invention is the creation of an industrial method for producing nanopowders of metals and their compounds (polymetallic fine powders), using a rotating electromagnetic field with ferromagnetic working elements, with high efficiency and productivity, environmentally friendly and safe.

Технический результата, достигаемый изобретением разработка высокоэффективного и высокопроизводительного способа промышленного производства металлических нанопорошков (мелкодисперсных металлических порошков), обеспечение экологичности и безопасности способа.The technical result achieved by the invention is the development of a highly efficient and high-performance method for the industrial production of metal nanopowders (fine metal powders), ensuring the environmental friendliness and safety of the method.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения полиметаллических нанопорошков, включающем подачу исходного сырья в реактор-активатор, содержащий ферромагнитные рабочие элементы, и обработку под действием электромагнитного поля, согласно изобретению в качестве исходного сырья используют жидкую среду, содержащую воду, предварительно подготовленную путем электролитической диссоциации в проточной электролитической ячейке, в реактор-активатор дополнительно подают ферромагнитную жидкость в количестве не более 5 мас. % по отношению к количеству жидкой среды, обработку смеси жидкой среды и ферромагнитной жидкости проводят путем воздействия вращающегося электромагнитного поля частотой 50 Гц трехфазной сети переменного тока напряжением 380 вольт, магнитной индукцией в реакторе 0,9-1,1 Тл с обеспечением совместного вращения упомянутой смеси с ферромагнитными рабочими элементами, взятыми в количестве, обеспечивающим их свободное и беспрепятственное движение в реакторе-активаторе, с получением реакционной массы, при этом обеспечивают резонанс частот колебаний присутствующих в ферромагнитной жидкости ферромагнитных наноразмерных частиц и собственных колебаний частиц жидкой среды путем регулирования скорости вращения электромагнитного поля до 3000 оборотов в минуту и скорости потока жидкой среды внутри реактора от 0,1 до 0,6 м/сек, после чего осуществляют разделение наноразмерных ферромагнитных частиц, присутствующих в ферромагнитной жидкости, адсорбированных на ферромагнитных частицах соединений металлов, содержащихся в реакционной массе в чистом виде, и избыточной воды с отходами с получением гомогенной дисперсии, которую затем подвергают декантации или сгущению, или фильтрованию с последующей промывкой от солей, сушкой и помолом для выделения основных продуктов в виде гидроксидов и оксидов металлов, а оставшийся осадок промывают, сушат и прокаливают с получением полиметаллического нанопорошка.The technical result is achieved due to the fact that in the method for producing polymetallic nanopowders, including feeding the feedstock into the reactor-activator containing ferromagnetic working elements, and processing under the influence of an electromagnetic field, according to the invention, a liquid medium containing water, previously prepared by electrolytic dissociation in a flowing electrolytic cell, ferromagnetic liquid is additionally fed into the activator reactor in an amount of not more than 5 wt. % in relation to the amount of the liquid medium, the treatment of a mixture of a liquid medium and a ferromagnetic liquid is carried out by the action of a rotating electromagnetic field with a frequency of 50 Hz of a three-phase AC network with a voltage of 380 volts, a magnetic induction in the reactor of 0.9-1.1 T while ensuring the joint rotation of the said mixture with ferromagnetic working elements, taken in an amount that ensures their free and unhindered movement in the reactor-activator, with the receipt of a reaction mass, while providing resonance of the vibration frequencies of ferromagnetic nanoscale particles present in a ferromagnetic liquid and natural vibrations of particles of a liquid medium by regulating the rotation speed of the electromagnetic field up to 3000 rpm and the flow rate of the liquid medium inside the reactor from 0.1 to 0.6 m / s, after which the separation of nanosized ferromagnetic particles present in the ferromagnetic liquid, adsorbed on ferromagnetic particles of metal compounds, is carried out, contained in the reaction mass in pure form, and excess water with waste to obtain a homogeneous dispersion, which is then subjected to decantation or thickening, or filtration, followed by washing from salts, drying and grinding to isolate the main products in the form of metal hydroxides and oxides, and the remaining precipitate washed, dried and calcined to obtain polymetallic nanopowder.

В качестве жидкой среды, содержащей воду, можно использовать морскую воду, или океанскую воду, или воду соленых озер, или рапу, или рассол, или воду пресных озер, или речную воду, или воду артезианских скважин, или жидкие отходы, в том числе промышленные.As a liquid medium containing water, you can use sea water, or ocean water, or water of salt lakes, or brine, or brine, or water of fresh lakes, or river water, or water of artesian wells, or liquid waste, including industrial ...

Целесообразно использовать ферромагнитные рабочие элементы диаметром 0,5-5 мм и длиной 5-60 мм.It is advisable to use ferromagnetic working elements with a diameter of 0.5-5 mm and a length of 5-60 mm.

Целесообразно использовать реактор-активатор, содержащий 0,10-1,5 кг ферромагнитных рабочих элементов.It is advisable to use an activator reactor containing 0.10-1.5 kg of ferromagnetic working elements.

При разделении наноразмерных ферромагнитных частиц, присутствующих в ферромагнитной жидкости, адсорбированных на ферромагнитных частицах соединений металлов, соединений металлов, содержащихся в реакционной массе в чистом виде, получают соединения металлов в виде МеО, Ме(ОН)2 и MeCl2.When separating nanosized ferromagnetic particles present in a ferromagnetic liquid, metal compounds adsorbed on ferromagnetic particles, and metal compounds contained in the reaction mass in a pure form, metal compounds are obtained in the form of MeO, Me (OH) 2 and MeCl2.

Отделение ферромагнитных наночастиц и адсорбированных на данных частицах соединений металлов целесообразно проводить путем магнитного разделения в магнитном сепараторе, после чего наноразмерные ферромагнитные частицы направляют на повторное использование в реактор-активатор.The separation of ferromagnetic nanoparticles and metal compounds adsorbed on these particles is expediently carried out by magnetic separation in a magnetic separator, after which nanosized ferromagnetic particles are sent for reuse to an activator reactor.

Отделение избыточного количества воды целесообразно проводить на центрифуге, после чего возвращают ее на повторное использование в реактор-активатор.It is advisable to separate the excess amount of water in a centrifuge, after which it is returned for reuse to the reactor-activator.

Перед возвращением избыточной воды на повторное использование целесообразно осуществлять ее очистку от отходов, например, путем механической фильтрации.Before returning excess water for reuse, it is advisable to purify it from waste, for example, by mechanical filtration.

После отделения ферромагнитных элементов и адсорбированных на данных элементах частиц соединений металлов с использованием метода магнитного сепарирования, реакционную массу можно подавать на центрифугу для отделения избыточного количества воды, которую направляют на повторное использование в реактор-активатор, полученную после отделения из реакционной массы избыточной воды гомогенную дисперсию подают в блок разделения, где осуществляют выделение соединений металлов или декантацией, или сгущением, или фильтрованием с последующей их промывкой от солей, сушкой и помолом.After the separation of ferromagnetic elements and particles of metal compounds adsorbed on these elements using the method of magnetic separation, the reaction mass can be fed to a centrifuge to separate excess water, which is sent for reuse to the reactor-activator, a homogeneous dispersion obtained after separation of excess water from the reaction mass served in a separation unit, where metal compounds are isolated either by decantation, or by thickening, or by filtration, followed by washing them from salts, drying and grinding.

Заявляемое изобретение позволяет синтезировать наночастицы сложных оксидов металлов с помощью экологически чистой безотходной технологии и может быть использовано для получения химических элементов: металлов, неметаллов, их химических соединений и сплавов из природных минералов (руд), золы, шлаков, пыли и прочих отходов, в том числе и металлических и для получения химических элементов из исходных элементов, распределенных в потоке воды и водно-минеральных растворахThe claimed invention allows the synthesis of nanoparticles of complex metal oxides using environmentally friendly waste-free technology and can be used to obtain chemical elements: metals, non-metals, their chemical compounds and alloys from natural minerals (ores), ash, slag, dust and other waste, including including metal and for the production of chemical elements from the initial elements distributed in the water flow and water-mineral solutions

В отличие от известных способов получения элементов преобразованием атомно-молекулярной структуры исходного вещества, в качестве последнего в заявляемом способе используется вода во всех возможных ее видах: от химически чистой дистиллированной, до промышленных, сельскохозяйственных и бытовых стоков, без и/или с любыми диспергированными минеральными включениями (добавками).In contrast to the known methods of obtaining elements by transforming the atomic-molecular structure of the initial substance, the latter in the claimed method uses water in all possible forms: from chemically pure distilled water to industrial, agricultural and domestic wastewater, without and / or with any dispersed mineral inclusions (additives).

Заявляемый способ не требует использование специальных реагентов, добавляемых в водную среду. Достаточно иметь водный ресурс, обеспечивающий возможность реализации беспрерывности заявляемого способа. Такими водными ресурсами является воды рек, озер, морей, океанов, промышленных стоков, жидких отходов и т.п.The inventive method does not require the use of special reagents added to the aqueous medium. It is enough to have a water resource that makes it possible to implement the continuity of the proposed method. Such water resources are the waters of rivers, lakes, seas, oceans, industrial effluents, liquid waste, etc.

Заявляемое изобретение основано на знаниях, полученных из уровня техники, о результатах и последствиях воздействия вращающегося электромагнитного поля и находящихся в рабочей зоне поля ферромагнитных иголок на любые обрабатываемые вещества: жидкие среды или твердые вещества. Формируемое электромагнитное поле в режиме перекрещивающихся вращающихся магнитных полей характеризуется высочайшей проникающей способностью, что позволяет коренным образом влиять на физические и химические процессы в веществе путем многоуровнего и импульсного воздействия, включая магнитострикцию, кавитацию, электролиз, акустические, а также механохимические, электрофизические и электрохимические влияния на объекты обработки. При этом обрабатываемые вещества изменяют свое строение на молекулярном уровне, а конечные продукты приобретают качественно новые свойства.The claimed invention is based on the knowledge obtained from the prior art on the results and consequences of the effect of a rotating electromagnetic field and ferromagnetic needles in the working area of the field on any processed substances: liquid media or solids. The generated electromagnetic field in the mode of intersecting rotating magnetic fields is characterized by the highest penetrating ability, which makes it possible to radically influence the physical and chemical processes in a substance by means of multilevel and impulsive action, including magnetostriction, cavitation, electrolysis, acoustic, as well as mechanochemical, electrophysical and electrochemical effects on processing objects. In this case, the processed substances change their structure at the molecular level, and the final products acquire qualitatively new properties.

Заявляемый способ включает следующие основные стадии:The inventive method includes the following main stages:

- подготовка исходного сырья, представляющего собой жидкую среду (например, морская, океанская вода, вода соленых или пресных озер, речная вода высококонцентрированный раствор солей - рапа, жидкие отходы, в том числе промышленные и т.п.) в Блоке подготовки исходных продуктов;- preparation of feedstock, which is a liquid medium (for example, sea, ocean water, water of salt or fresh lakes, river water, highly concentrated salt solution - brine, liquid waste, including industrial, etc.) in the Block for the preparation of feedstock;

- подготовка ферромагнитной жидкости в Блоке подготовки ферромагнитной жидкости;- preparation of ferromagnetic liquid in the block for preparation of ferromagnetic liquid;

- подача подготовленного исходного сырья и ферромагнитной жидкости на обработку в Реактор-активатор;- supply of prepared feedstock and ferromagnetic liquid for processing to the reactor-activator;

- воздействие на смесь подготовленного исходного сырья и ферромагнитной жидкости вращающимся электромагнитным полем в Реакторе активаторе с получением реакционной массы;- exposure of the mixture of the prepared feedstock and ferromagnetic liquid to a rotating electromagnetic field in the Reactor-activator to obtain a reaction mass;

- адсорбция и сепарация реакционной массы в Блоке разделения.- adsorption and separation of the reaction mass in the Separation Unit.

Исходное сырье, представляющее собой жидкую среду, проходит подготовку, осуществляемую путем его электролитической диссоциации в проточной электролитической ячейке, представляющей собой проточный электролизер. В итоге происходит частичная ионизация исходного сырья. Конструкция электролитической ячейки не имеет принципиального значения для заявляемого способа, можно использовать любую известную конструкцию. Электролитическая диссоциация исходного сырья осуществляется для последующего более эффективного смешивания его с ферромагнитной жидкостью и для обеспечения более эффективного последующего воздействия на исходную реакционную смесь в реакторе.The initial raw material, which is a liquid medium, undergoes preparation by its electrolytic dissociation in a flow-through electrolytic cell, which is a flow-through electrolyzer. As a result, partial ionization of the feedstock occurs. The design of the electrolytic cell is not of fundamental importance for the proposed method; any known design can be used. The electrolytic dissociation of the feedstock is carried out for its subsequent more efficient mixing with the ferromagnetic liquid and to ensure a more effective subsequent effect on the initial reaction mixture in the reactor.

Осуществляют подготовку ферромагнитной жидкости. Ферромагнитная жидкость - это искусственно синтезированный материал, обладающий магнитоуправляемыми свойствами. Ферромагнитные жидкости представляют собой коллоидные системы, состоящие из частиц нанометровых размеров (обычный размер 10-100 нм и меньше) материала, содержащего железо, взвешенных в несущей жидкости. При получении магнитных наночастиц, как правило, используются железо, никель и кобальт и их оксиды. Среди магнитных материалов, нашедших широкое технологическое применение, следует отметить ферромагнетики. Они имеют общую формулу MO-Fe₂O₃, где М - двухвалентный ион металла. Наиболее часто встречающимся представителем данной группы является магнетит (Fe3+[Fe2+Fe3]+O4).Ferromagnetic fluid is being prepared. Ferromagnetic fluid is an artificially synthesized material with magnetically controlled properties. Ferromagnetic fluids are colloidal systems consisting of nanometer-sized particles (typically 10-100 nm and less) of material containing iron suspended in a carrier fluid. When producing magnetic nanoparticles, iron, nickel and cobalt and their oxides are usually used. Among the magnetic materials that have found wide technological application, ferromagnets should be noted. They have the general formula MO-Fe ₂ O ₃ , where M is a divalent metal ion. The most common representative of this group is magnetite (Fe3 + [Fe2 + Fe3] + O4).

В настоящее время разработана методика и отработана технология получения мелкодисперсного нанопорошка Fe3O4 путем воздействия вращающимся электромагнитным полем на подготовленную воду, в качестве которой использовалась дистиллированная вода. Специальных реагентов и химически активных веществ не добавлялось. Размеры полученных наночастиц магнетита контролировались с использованием электронного микроскопа высокой разрешающей способности, а состав методом исследования эмиссионных спектров веществ в ПК (инфракрасном) диапазоне (источник 1: «Разработка научно-технологических основ получения нанопорошков из техногенного сырья и модифицирования материалов с применением энергомеханической обработки», автор: Конюхов Ю.В., Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», специальность 05.16.09 Материаловедение (металлургия), диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук; опубл. в сети Интернет по адресу: https://misis.ru/files/9363/Konyukhov_diss.pdf).Currently, a technique has been developed and a technology has been developed for obtaining a finely dispersed Fe3O4 nanopowder by exposure to a rotating electromagnetic field on the prepared water, which was distilled water. No special reagents and chemically active substances were added. The sizes of the obtained magnetite nanoparticles were monitored using a high-resolution electron microscope, and the composition was monitored by studying the emission spectra of substances in the PC (infrared) range (source 1: "Development of scientific and technological foundations for obtaining nanopowders from technogenic raw materials and modifying materials using energy-mechanical processing", author: Konyukhov Yu.V., Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "National Research Technological University" MISiS ", specialty 05.16.09 Materials science (metallurgy), dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences; published on the Internet at: https://misis.ru/files/9363/Konyukhov_diss.pdf).

Главные преимущества магнетита - низкая восприимчивость к окислению, высокие магнитные свойства и низкая стоимость. С уменьшением размера магнитного материала до однодоменного уровня (менее нескольких десятков нм) он приобретает свойство суперпарамагнетизма. Суперпарамагнитные частицы при удалении магнитного поля полностью теряют намагниченность, то есть возвращаются в исходное состояние и могут быть легко ресуспензированы в растворе. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию доли поверхностной энергии в ее химическом потенциале, что делает ее способной эффективно взаимодействовать с любыми химическими соединениями.The main advantages of magnetite are low susceptibility to oxidation, high magnetic properties and low cost. With a decrease in the size of the magnetic material to the single-domain level (less than several tens of nm), it acquires the property of superparamagnetism. When the magnetic field is removed, superparamagnetic particles completely lose their magnetization, that is, they return to their original state and can be easily resuspended in solution. From an energy point of view, a decrease in the size of a particle leads to an increase in the fraction of surface energy in its chemical potential, which makes it capable of effectively interacting with any chemical compounds.

Получение ферромагнитной жидкости осуществляют в блоке подготовки ферромагнитной жидкости, который представляет собой, например, установку вихревого слоя АВС-80, описанную в источнике 1.Obtaining a ferromagnetic fluid is carried out in a ferromagnetic fluid preparation unit, which is, for example, an ABC-80 vortex layer installation described in source 1.

Содержащиеся в ферромагнитной жидкости магнитные и супермагнитные наночастицы являются одним из главных элементов процесса получения соединений металлов в заявляемом способе.Contained in a ferromagnetic liquid, magnetic and supermagnetic nanoparticles are one of the main elements of the process of obtaining metal compounds in the claimed method.

Количество ферромагнитной жидкости составляет не более 5% мас. % по отношению к количеству исходного сырья в рабочей камере реактора-активатора.The amount of ferromagnetic liquid is not more than 5% wt. % in relation to the amount of feedstock in the working chamber of the reactor-activator.

Подготовленные исходное сырье и ферромагнитная жидкость подаются на обработку в Реактор - активатор, представляющий собой проточную рабочую реакционную камеру с ферромагнитными элементами. Рабочая камера реактора-активатора размещена в индукторе вращающегося электромагнитного поля с системой охлаждения. Проточная рабочая реакционная камера - это рабочая, реакционная зона реактора-активатора. Воздействие на подготовленное исходное сырье и ферромагнитную жидкость в рабочей зоне реактора-активатора осуществляется рабочими элементами -ферромагнитными элементами, движущимися под воздействием вращающегося электромагнитного поля. Ферромагнитные элементы имеют продолговатую форму, например, цилиндрическую. Продолговатая форма ферромагнитных элементов обусловлена необходимостью обеспечить формирование на их концах двух противоположных магнитных полюсов, поскольку каждый рабочий элемент, находящийся во вращающемся магнитном поле, фактически, является магнитом.Prepared feedstock and ferromagnetic liquid are fed to the reactor-activator, which is a flow-through working reaction chamber with ferromagnetic elements. The working chamber of the reactor-activator is located in the inductor of a rotating electromagnetic field with a cooling system. A flow-through working reaction chamber is a working, reaction zone of an activator reactor. The impact on the prepared feedstock and ferromagnetic liquid in the working zone of the reactor-activator is carried out by working elements - ferromagnetic elements, moving under the influence of a rotating electromagnetic field. Ferromagnetic elements are elongated, for example cylindrical. The oblong shape of ferromagnetic elements is due to the need to ensure the formation of two opposite magnetic poles at their ends, since each working element located in a rotating magnetic field is, in fact, a magnet.

При вращении, совершаемом каждым ферромагнитным рабочим элементом, происходит смена полярности на полюсах иголки, т.е. она перемагничивается, что влечет за собой изменение линейных размеров иголок, которые происходят с очень высокими скоростями. Наличие переменного магнитного поля в рабочей зоне аппарата, куда помещены металлические иголки, приводит к возникновению в них индукционных токов. При своем движении каждая иголка (каждый ферромагнитный элемент) непрерывно излучает силовые импульсы и образует при разрыве таких цепей микродуги, ударное воздействие которых в жидкой среде увеличивается многократно. Образуется микродуговое облако и на короткое время образуются электрические цепи, в которых возникают сильные токи.During the rotation performed by each ferromagnetic working element, the polarity changes at the poles of the needle, i.e. it is remagnetized, which entails a change in the linear dimensions of the needles, which occur at very high speeds. The presence of an alternating magnetic field in the working area of the apparatus, where the metal needles are placed, leads to the appearance of induction currents in them. During its movement, each needle (each ferromagnetic element) continuously emits power impulses and forms, when breaking, such microarcs, the impact of which in a liquid medium increases many times. A micro-arc cloud is formed and electrical circuits are formed for a short time, in which strong currents are generated.

При подаче напряжения в обмотку или, вращая конструкцию с постоянными магнитами относительно обмотки, регулируют частоту вращения, добиваясь резонанса колебаний ферромагнетиков, содержащихся в ферромагнитной жидкости, с собственными колебаниями частиц подготовленной жидкой среды в широком диапазоне частот. При этом используется энергия вращающегося электромагнитного поля и находящихся в рабочей зоне реактора магнитоуправляемых ферромагнитных наночастиц, что позволяет существенно и комплексно активизировать физические и физико-химические процессы в обрабатываемой среде и обеспечить комбинированное воздействие на обрабатываемые водные структуры.When voltage is applied to the winding or by rotating the structure with permanent magnets relative to the winding, the rotation frequency is regulated, achieving resonance of the oscillations of the ferromagnets contained in the ferromagnetic liquid with the natural oscillations of the particles of the prepared liquid medium in a wide frequency range. In this case, the energy of a rotating electromagnetic field and magnetically controlled ferromagnetic nanoparticles located in the working area of the reactor is used, which makes it possible to significantly and comprehensively activate physical and physicochemical processes in the treated medium and provide a combined effect on the treated water structures.

Достижение резонанса колебаний ферромагнетиков с собственными колебаниями частиц жидкой среды обеспечивают путем регулирования скорости вращения электромагнитного поля в диапазоне значений до 3000 оборотов в минуту, скоростью подачи реакционной массы, весом и формой ферромагнитных элементов, находящихся в реакционной зоне.Achievement of resonance of vibrations of ferromagnets with natural vibrations of particles of a liquid medium is ensured by regulating the speed of rotation of the electromagnetic field in the range of values up to 3000 rpm, the feed rate of the reaction mass, the weight and shape of the ferromagnetic elements in the reaction zone.

Размещаемые в реакционной зоне ферромагнитные рабочие элементы, вращаются под воздействием электромагнитного поля со скоростью, близкой к скорости вращения магнитного поля (3000 оборотов в минуту) и, одновременно, перемещаются и сталкиваются между собой, твердыми частицами в пределах реакционной зоны, совершают также колебания относительно вектора напряженности магнитного поля. Число таких столкновений колеблется на каждую иголку от 1000 до 10000 в секунду. Наличие переменного магнитного поля в рабочей зоне реактора-активатора, куда помещены металлические иголки, приводит к возникновению в них индукционных токов.Ferromagnetic working elements placed in the reaction zone rotate under the influence of an electromagnetic field at a speed close to the rotation speed of the magnetic field (3000 rpm) and, at the same time, move and collide with each other, solid particles within the reaction zone, also oscillate relative to the vector magnetic field strength. The number of such collisions varies per needle from 1,000 to 10,000 per second. The presence of an alternating magnetic field in the working area of the activator reactor, where the metal needles are placed, leads to the appearance of induction currents in them.

Вращение одновременно всех рабочих элементов наряду с изменениями их (рабочих элементов) направлениями магнитной полярности и многократных соударениях приводит к формированию в реакционной зоне высокотоковых короткоживущих электрических цепей, разрыв и образование которых сопровождается возникновением плазменных проводящих каналов. Ферромагнитные элементы выполнены с диаметром 0,5-5 мм и длиной 5-60 мм в количестве от нескольких десятков до нескольких сотен штук (0,10-1,5 кг) в зависимости от объема рабочей зоны аппарата. Минимальное количество рабочих элементов выбирают исходя из условия обеспечения воздействия на исходную среду, подаваемую в реакционную камеру. При меньшем количестве рабочих элементов такое воздействие не будет обеспечено. Максимальное количество рабочих элементов определяется из условия обеспечения их свободного движения в реакционной камере. При большем количестве ферромагнитные элементы будут мешать друг другу.Simultaneous rotation of all working elements along with changes in their (working elements) directions of magnetic polarity and multiple collisions leads to the formation of high-current short-lived electrical circuits in the reaction zone, the rupture and formation of which is accompanied by the appearance of plasma conducting channels. Ferromagnetic elements are made with a diameter of 0.5-5 mm and a length of 5-60 mm in quantities from several tens to several hundred pieces (0.10-1.5 kg), depending on the volume of the working area of the apparatus. The minimum number of working elements is selected based on the condition of providing exposure to the original medium supplied to the reaction chamber. With fewer work items, this effect will not be provided. The maximum number of working elements is determined from the condition of ensuring their free movement in the reaction chamber. With a larger amount, ferromagnetic elements will interfere with each other.

Из многочисленного набора процессов, происходящих в условиях применения данной технологии, одним из основных является процесс электролиза, электрофизической и электрохимической активации жидкой среды во вращающемся электромагнитном поле с механохимической обработкой ферромагнитными элементами и ферромагнетиками, присутствующими в ферромагнитной жидкости. В результате электрохимической, электрофизической механохимической активации жидкая среда переходит в метастабильное состояние, которое характеризуется аномальными значениями активности электронов и других физико-химических параметров и сопровождается серией электрохимических и электрофизических реакций. Механизм преобразования, заключается в том, что при входе молекулярно-кластерной массы рабочей среды в поток возбужденных электронов, находящихся под определенным потенциалом тока стабилизации, практически мгновенно возникает процесс фазовых превращений.Of the numerous set of processes occurring in the conditions of application of this technology, one of the main ones is the process of electrolysis, electrophysical and electrochemical activation of a liquid medium in a rotating electromagnetic field with mechanochemical treatment with ferromagnetic elements and ferromagnets present in a ferromagnetic liquid. As a result of electrochemical, electrophysical mechanochemical activation, the liquid medium passes into a metastable state, which is characterized by abnormal values of electron activity and other physicochemical parameters and is accompanied by a series of electrochemical and electrophysical reactions. The transformation mechanism lies in the fact that when the molecular-cluster mass of the working medium enters the flow of excited electrons under a certain stabilization current potential, the process of phase transformations almost instantly occurs.

Под действием вращающегося электромагнитного поля на физической стадии процесса происходит ионизация молекулы воды, образуются электрон (е^-) и свободные радикалы Н⁺, ОН^-. Далее происходят реакции между радикалами и реакции радикалов с растворенными веществами. В конце процесса из воды образуется комплекс химических элементов и частиц: H₂O → е^-, H₂, Н₂О₂, Н⁺, ОН^-.Under the action of a rotating electromagnetic field at the physical stage of the process, the water molecule is ionized, an electron (e ^- ) and free radicals H ⁺ , OH ^{- are formed} . Then reactions between radicals and reactions of radicals with solutes occur. At the end of the process, a complex of chemical elements and particles is formed from water: H ₂ O → e ^- , H ₂ , H ₂ O ₂ , H ⁺ , OH ^- .

В малых количествах образуется также атомарный кислород. В конечном итоге в воде образуется среда с высоким содержанием е^-, H₂, Н⁺(протон), ¹⁶О, наночастицы. Анализ полученных данных показывает, что во всех фазах (твердой, жидкой) появляются некоторые элементы, не определяемые в исходном сырье.Atomic oxygen is also formed in small amounts. Ultimately, an environment with a high content of e ^- , H ₂ , H ⁺ (proton), ¹⁶ O, nanoparticles is formed in water. Analysis of the data obtained shows that in all phases (solid, liquid) some elements appear that are not determined in the initial raw material.

Несколько основных одно- и многостадийных химических реакций могут реализовываться при синтезе частиц в водно-минеральной среде - гидролиз и дегидратация, восстановление и окисление (как правило, в присутствии водорода) и при этом увеличивается степень диссоциации воды и, следовательно, концентрация в ней Н⁺ и ОН^-. В результате этого, гидротермический синтез в Н₂О наночастиц окислов металлов из их солей осуществляются в результате двухстадийных реакций гидролиза и дегидратации - это гидролиз: MeB_n+nOH^-→ Ме(ОН)_n+nB^- и дегидратация: Ме(ОН)_n ^→ MeO_n/2+n/2H₂O. Продукты гидротермического синтеза, в зависимости от размера и свойств образующихся кристаллов представляют собой смесь наночастиц в воде.Several basic one- and multi-stage chemical reactions can occur during the synthesis of particles in a water-mineral medium - hydrolysis and dehydration, reduction and oxidation (usually in the presence of hydrogen), and this increases the degree of dissociation of water and, consequently, the concentration of H ⁺ in it and OH ^- . As a result, hydrothermal synthesis in Н2О _of nanoparticles of metal oxides from their salts is carried out as a result of two-stage reactions of hydrolysis and dehydration - these are hydrolysis: MeB _n + nOH ^{- →} Ме (ОН) _n + nB ^- and dehydration: Ме (ОН) _n ^→ MeO _{n / 2} + n / 2H ₂ O. The products of hydrothermal synthesis, depending on the size and properties of the crystals formed, are a mixture of nanoparticles in water.

В результате обработки в реакционной рабочей камере в условиях резонанса колебаний ферромагнитных наноразмерных частиц, присутствующих в ферромагнитной жидкости, и собственных колебаний частиц исходной жидкой среды, из смеси, состоящей из подготовленной исходной жидкой среды и ферромагнитной жидкости, образуется реакционная масса - жидкая суспензия темного цвета. Появляется твердый осадок, представляющий собой гомогенный порошок, мелкой слоистой структуры черного цвета, содержащий большое количество железа с примесями полиметаллов в мелкодисперсном состоянии в виде оксидов металлов, сложных оксидов (состоящие из двух и более металлов), порошков чистых металлов и смесей. Оксиды - это в первую очередь Al₂O₃, W₂O₅, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, SiO₂ и др., следует отметить, что фаза МеО присутствует в порошке в рентгеноаморфном состоянии. Отмечается наличие следующих элементов Li, Be, В, С, Mg, Si, Р, Са, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sn, Se, Pb, Bi и др.As a result of processing in a reaction working chamber under conditions of resonance of oscillations of ferromagnetic nanosized particles present in a ferromagnetic liquid and natural oscillations of particles of the initial liquid medium, a reaction mass is formed from a mixture consisting of a prepared initial liquid medium and a ferromagnetic liquid - a liquid suspension of dark color. A solid precipitate appears, which is a homogeneous powder of a fine layered black structure, containing a large amount of iron with admixtures of polymetals in a finely dispersed state in the form of metal oxides, complex oxides (consisting of two or more metals), pure metal powders and mixtures. Oxides are, first of all, Al ₂ O ₃ , W ₂ O ₅ , Cr ₂ O ₃ , Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ , SiO ₂ , etc., it should be noted that the МеO phase is present in the powder in an X-ray amorphous state. The presence of the following elements Li, Be, B, C, Mg, Si, P, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Sn, Se, Pb, Bi, etc. is noted.

Другой важной составляющей процесса является магнитострикция тела каждой иголки (каждого ферромагнитного рабочего элемента). Магнитострикция в упругой среде неизбежно приводит к возникновению акустических явлений с широким частотным диапазоном звуковых волн. Наибольший интерес представляет акустическое излучение ультразвукового диапазона. Прохождение интенсивных акустических волн высокой частоты через жидкость служит источником кавитации, которая оказывают огромное влияние на ход физико-химических процессов. В результате такого взаимодействия возникает ряд эффектов, которые наряду с механическим и тепловым воздействием иголок (ферромагнитных рабочих элементов), непосредственно влияют на вещество, изменяя его физико-химические свойства и переводит процессы из диффузионных в кинетические. Происходит ускоренное отделение и осаждение минеральной составляющей восстановление ряда соединений, ионизация воды с выделением ионов Н⁺ и ОН^- и образование гидроксидов и оксидов металлов. Идеальное и быстрое перемешивание всех компонентов, участвующих в процессе, позволяет резко ускорить протекание всего процесса.Another important component of the process is the magnetostriction of the body of each needle (each ferromagnetic working element). Magnetostriction in an elastic medium inevitably leads to the appearance of acoustic phenomena with a wide frequency range of sound waves. The most interesting is acoustic radiation of the ultrasonic range. The passage of intense high-frequency acoustic waves through the liquid serves as a source of cavitation, which has a huge impact on the course of physicochemical processes. As a result of this interaction, a number of effects arise, which, along with the mechanical and thermal effect of needles (ferromagnetic working elements), directly affect the substance, changing its physicochemical properties and converting the processes from diffusion to kinetic. There is an accelerated separation and deposition of the mineral component, the reduction of a number of compounds, ionization of water with the release of H ⁺ and OH ^- ions and the formation of metal hydroxides and oxides. Perfect and fast mixing of all the components involved in the process allows you to dramatically speed up the entire process.

При работе ре актора-активатора должны соблюдаться следующие параметры электромагнитного поля - частота 50 Гц, скорость вращения до 3000 оборотов при энергозатратах до 1,0 кВт на тонну обрабатываемого сырья с коэффициентом мощности Cos ϕ=0,98, высокой магнитной индукции в рабочей зоне (0,9-1,1 Тл). При этом магнитная индукция в рабочей зоне (09-1,1) Тл. задается силой тока, проходящего в обмотках индуктора вращающегося электромагнитного поля при частоте 50 гц трехфазной промышленной сети переменного тока, напряжением (380 +/- 10%) вольт и при числе оборотов ферромагнитных элементов в реакционной зоне до 3000 в минуту. Рассчитанная таким образом сила тока питающей сети составляет до 10 ампер +/- 10%.During the operation of the reactor-activator, the following parameters of the electromagnetic field must be observed - frequency 50 Hz, rotation speed up to 3000 rpm with energy consumption up to 1.0 kW per ton of processed raw materials with power factor Cos ϕ = 0.98, high magnetic induction in the working area ( 0.9-1.1 T). In this case, the magnetic induction in the working area is (09-1.1) T. is set by the strength of the current passing in the windings of the inductor of the rotating electromagnetic field at a frequency of 50 Hz of a three-phase industrial network of alternating current, voltage (380 +/- 10%) volts and at a speed of ferromagnetic elements in the reaction zone of up to 3000 per minute. The mains current calculated in this way is up to 10 amperes +/- 10%.

Оптимальная скорость потока обрабатываемого сырья (минерализованная вода) в рабочей зоне реактора составляет 0,1-0,6 метров в секунду, время обработки (время нахождения подготовленной исходной среды) в реакционной зоне составляет от 5 до 10 секунд.The optimal flow rate of the processed raw material (saline water) in the working zone of the reactor is 0.1-0.6 meters per second, the processing time (the time spent by the prepared source medium) in the reaction zone is from 5 to 10 seconds.

Требуемая скорость подачи исходного обрабатываемого сырья в реакционную зону обеспечивается системой регулирования производительности насоса, подающего подготовленную исходную среду на входной фланец Реактора активатора. Способ управления и регулирования насосом, а также конструкция системы управления и/или регулирования не имеют значения для настоящего изобретения, т.к. не влияют на достижение технического результата. Таких систем управления и регулирования существует множество, можно выбирать любую с учетом конкретных пожеланий пользователя.The required feed rate of the starting raw material to be processed into the reaction zone is provided by the system for regulating the performance of the pump feeding the prepared starting medium to the inlet flange of the activator reactor. The method for controlling and regulating the pump, as well as the design of the control and / or regulation system are not relevant to the present invention, since do not affect the achievement of the technical result. There are many such control and regulation systems, you can choose any one taking into account the specific wishes of the user.

Принципы расчетов и конструирования реакторов с вращающимся электромагнитным полем описаны в источнике 2: «Математическое моделирование управляемых электромагнитных реакторов», автор Е.И. Забудский, М, изд. ООО «Мегаполис», 2018, УДК 621.3.072-519.673 (075), стр. 307-318, опубл.: http://zabudsky.ru/Monograph_March2018site.pdf. В источнике 2 описаны образцы реакторов с вращающимся электромагнитным полем УРВ1 - УРВ5.The principles of calculations and design of reactors with a rotating electromagnetic field are described in source 2: "Mathematical modeling of controlled electromagnetic reactors", by E.I. Zabudsky, M, ed. OOO Megapolis, 2018, UDC 621.3.072-519.673 (075), pp. 307-318, publ .: http://zabudsky.ru/Monograph_March2018site.pdf. Reference 2 describes samples of reactors with a rotating electromagnetic field УРВ1 - УРВ5.

Также конструкция реактора с вращающимся электромагнитным полем может быть реализована в соответствии с конструкцией физико-химического реактора с вихревым слоем по патенту РФ №195803 на полезную модель.Also, the design of a reactor with a rotating electromagnetic field can be implemented in accordance with the design of a physicochemical reactor with a vortex layer according to RF patent No. 195803 for a utility model.

В совокупности всех воздействующих факторов в рабочей зоне реактора происходит процесс, являющийся результатом многоуровнего и импульсного воздействия, включая магнитострикцию, кавитацию, электролиз, акустические, механохимические, а также электрофизические, электрохимические влияния на объекты обработки.In the aggregate of all influencing factors, a process occurs in the working area of the reactor, which is the result of multilevel and impulse effects, including magnetostriction, cavitation, electrolysis, acoustic, mechanochemical, as well as electrophysical, electrochemical effects on the objects of treatment.

Энергия вращающегося электромагнитного поля и находящихся в рабочей зоне реактора-активатора магнитоуправляемых ферромагнитных рабочих элементов и ферромагнитных наноразмерных частиц позволяют существенно и комплексно активизировать физические и физико-химические процессы в обрабатываемой исходной среде и обеспечить комбинированное воздействие на обрабатываемые продукты, содержащие соединения металлов.The energy of the rotating electromagnetic field and the magnetically controlled ferromagnetic working elements and ferromagnetic nanoscale particles located in the working zone of the activator reactor make it possible to significantly and comprehensively activate physical and physicochemical processes in the treated initial medium and provide a combined effect on the processed products containing metal compounds.

Реакционная масса, получаемая в реакторе-активаторе в процессе обработки, представляет из себя суспензию мелкодисперсного наноструктурированного порошка, состоящего из оксидов, гидроксидов и солей металлов, находящихся в реакционной массе как в виде чистых соединений металлов, так и в виде наноразмерных адсорбировавших на ферромагнитных наноразмерных частицах соединений металлов.The reaction mass obtained in the reactor-activator during processing is a suspension of a finely dispersed nanostructured powder, consisting of oxides, hydroxides and metal salts, which are in the reaction mass both in the form of pure metal compounds and in the form of nanoscale adsorbed on ferromagnetic nanosized particles metal compounds.

По завершению обработки гомогенной смеси во вращающемся электромагнитном поле ее подают на сепарацию для отделения ферромагнитных частиц, воды и осадка. При этом ферромагнитные рабочие элементы из рабочей камеры реактора-активатора не удаляются, они всегда находятся в рабочем объеме реакционной камеры.Upon completion of the processing of the homogeneous mixture in a rotating electromagnetic field, it is fed to separation to separate ferromagnetic particles, water and sediment. In this case, ferromagnetic working elements are not removed from the working chamber of the reactor-activator, they are always in the working volume of the reaction chamber.

По завершению процесса первичного отделения ферромагнитных частиц и адсорбированных на данных частицах соединений металлов с использованием метода магнитного сепарирования, реакционная масса проходит через центрифугу (трикандер) для отделения избыточного количества воды, которая возвращается в производственный цикл, а полученная гомогенная дисперсия поступает в основной блок сепарации и разделения, где выделение основных продуктов в виде гидроксидов и оксидов металлов проводят различными известными промышленными способами: декантацией, сгущением, фильтрованием с последующей промывкой от солей, сушкой и помолом. Оставшуюся часть осадка промывают, сушат, прокаливают и получают продукционный состав в виде мелкодисперсного полиметаллического порошка, соединений металлов (МеО, Ме(ОН)₂ и MeCl2) в чистом виде (находящихся непосредственно в реакционной массе) с целью сбора для последующей реализации.Upon completion of the process of the primary separation of ferromagnetic particles and metal compounds adsorbed on these particles using the magnetic separation method, the reaction mass passes through a centrifuge (tricander) to separate excess water, which is returned to the production cycle, and the resulting homogeneous dispersion enters the main separation unit and separation, where the separation of the main products in the form of metal hydroxides and oxides is carried out by various known industrial methods: decantation, thickening, filtration, followed by washing from salts, drying and grinding. The rest of the precipitate is washed, dried, calcined and a product composition is obtained in the form of a finely dispersed polymetallic powder, metal compounds (МеО, Ме (ОН) ₂ and MeCl2) in pure form (located directly in the reaction mass) with the aim of collecting for subsequent implementation.

Размеры частиц полученных полиметаллических порошков соответствуют полидисперсным нанопорошкам и составляют от 10 до 100 нм.The particle sizes of the obtained polymetallic powders correspond to polydisperse nanopowders and range from 10 to 100 nm.

Ядро наночастицы представлено фазой Me, с пассивирующим оксидным МеО слоем на поверхности и мелкими наночастицами оксидных МеО и гидроксидных Ме(ОН)₂ фаз. Последнее указывает, что поверхность наночастиц наноструктурирована. Наночастицы имели игольчатую и сферическую форму. Присутствующие на поверхности наночастиц оксидные и гидроксидные фазы образуют защитную оболочку толщиной до 2-3 нм.The core of the nanoparticle is represented by the Me phase, with a passivating oxide MeO layer on the surface and small nanoparticles of oxide MeO and hydroxide Me (OH) ₂ phases. The latter indicates that the surface of nanoparticles is nanostructured. The nanoparticles were acicular and spherical. The oxide and hydroxide phases present on the surface of nanoparticles form a protective shell up to 2-3 nm thick.

Полученные порошки обладают характерным металлическим блеском, непрозрачны. Важной характеристикой, оказывающей влияние на технологические свойства порошков, является форма частиц. Они представлены сферическими образованиями, игольчатыми, пластинчатыми; остальное - образования в виде чешуек, нитей и т.д.The resulting powders have a characteristic metallic luster and are opaque. An important characteristic influencing the technological properties of powders is the shape of the particles. They are represented by spherical formations, acicular, lamellar; the rest is formations in the form of scales, threads, etc.

Выяснено, что каждая частица полученного нанопорошка является либо отдельным зерном-кристаллитом, либо (в большинстве случаев) поликристаллом. При исследовании свежих порошков выяснено, что каждая частица обладает моноэлементным составом, но, вследствие своей высокой дисперсности, частицы способны, быстро коагулируя, образовывать крупные конгломераты. Порошки не пирофорны.It was found that each particle of the obtained nanopowder is either a separate crystallite grain or (in most cases) a polycrystal. In the study of fresh powders, it was found that each particle has a mono-element composition, but, due to its high dispersion, the particles are capable of rapidly coagulating to form large conglomerates. The powders are not pyrophoric.

При осуществлении технологического процесса обработки не отмечено превышение фоновых значений параметров загрязнений окружающей среды, включая содержание опасных веществ, уровня ионизирующего излучения, электромагнитного излучения, звуковых параметров и др. Отсутствуют также газовые выделения.During the technological process of processing, no excess of the background values of the parameters of environmental pollution was noted, including the content of hazardous substances, the level of ionizing radiation, electromagnetic radiation, sound parameters, etc. There are also no gas emissions.

Вода, являющаяся продуктом реакции, имеет следующие характеристики: рН - 6,0-6,8; кроме этого в воде присутствуют те же металлы, что и в порошке (в микродозах), придающие воде свойства биологически активной среды. Вода после обработки во всех опытах по своему химическому составу в основном соответствует требованиям предельной допустимой концентрации к технической воде (при однократной обработке) и пожарно-питьевой (после многократной обработки) и может снова возвращаться в производственный цикл.Water, which is a reaction product, has the following characteristics: pH - 6.0-6.8; in addition, the same metals are present in the water as in the powder (in micro doses), which give the water the properties of a biologically active medium. Water after treatment in all experiments, in terms of its chemical composition, basically meets the requirements of the maximum permissible concentration for industrial water (with a single treatment) and fire-drinking water (after multiple treatment) and can be returned to the production cycle.

В экспериментах на вход установки подавались различные жидкие водно-минеральные среды, природные растворы, включая воды рек, озер, морей, океанов, а также почвенные, грунтовые, межпластовые, жильные, карстовые вод и промышленные стоки.In the experiments, various liquid water-mineral media, natural solutions, including waters of rivers, lakes, seas, oceans, as well as soil, groundwater, interstratal, vein, karst waters and industrial wastewaters were supplied to the inlet of the installation.

Практически подтверждена возможность получения в промышленных масштабах полиметаллических нанопорошков из различных водных систем и в том числе в потоке воды с диспергированными добавками разнообразных (минеральных, органических и т.п.) веществ. Фракционный и химический состав диспергированных добавок, степень его растворения в воде, т.е. образование гомогенной или гетерогенной смеси, а также массовое соотношение исходного вещества, воды и газа не оказывают влияния на получение элементов. Процесс выделения наноразмерных металлических соединений заявляемым способом непрерывен, устойчив в управлении, не энергоемок, при этом отсутствуют экологически вредные выбросы и отходы.The possibility of industrial production of polymetallic nanopowders from various water systems, including in a stream of water with dispersed additives of various (mineral, organic, etc.) substances, has been practically confirmed. Fractional and chemical composition of dispersed additives, the degree of its dissolution in water, i.e. the formation of a homogeneous or heterogeneous mixture, as well as the mass ratio of the starting material, water and gas, do not affect the production of elements. The process of separating nano-sized metal compounds by the claimed method is continuous, stable in management, not energy-intensive, while there are no environmentally harmful emissions and waste.

Наноразмерные полиметаллические порошки получают из практически любых исходных веществ. В качестве примера приведена часть исходных веществ, с которыми были приведены испытания с положительным результатом (см. таблицы 1-6). Например, после однократной обработки исходных веществ, с которыми проводились испытания, были получены: литий, углерод, бор, кремний, хром, магний, кальций, железо, марганец, ниобий, ванадий, стронций, цинк, титан, медь, которых в исходных веществах не было до обработки настоящим способом (см. табл. 1-6). Прочерк в таблицах означает, что эти элементы не определялись (по причине ниже пределов определения). Данные в таблицах приведены при условии однократной обработки исходного вещества в одном модуле средства для преобразования атомно-молекулярного строения исходного вещества. С прекращением подачи в установку исходного вещества процесс прекращается.Nanosized polymetallic powders are obtained from virtually any starting material. As an example, a part of the starting substances with which tests with a positive result were given (see tables 1-6). For example, after a single treatment of the starting materials with which the tests were carried out, the following were obtained: lithium, carbon, boron, silicon, chromium, magnesium, calcium, iron, manganese, niobium, vanadium, strontium, zinc, titanium, copper, which in the starting materials was not prior to processing by this method (see table. 1-6). A dash in the tables means that these elements were not determined (for reasons below the definition limits). The data in the tables are given under the condition of one-time processing of the starting substance in one module of the means for converting the atomic-molecular structure of the starting substance. With the termination of the supply of the initial substance to the installation, the process stops.

На фиг. 1 представлен реактор-активатор, используемый в заявляемом способе.FIG. 1 shows a reactor-activator used in the inventive method.

Позиции на чертеже:Positions in the drawing:

1 - реакционная камера;1 - reaction chamber;

2 - электрическая обмотка - индуктор;2 - electrical winding - inductor;

3 - камера охлаждающей жидкости.3 - coolant chamber.

Пример реализован на установке, представленной на фиг. 1.The example is implemented in the installation shown in FIG. one.

Примеры осуществления способа.Examples of implementation of the method.

Для проведения экспериментов использовались различные образцы жидкой среды.Various samples of a liquid medium were used for the experiments.

Методы проводимых исследований: масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS); Атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой (ICP-ES); Рентгено-флуоресцентный (XIR); Метод ядерной магнитной релаксационной спектроскопии, ядерно-активационная методика.Research methods: inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS); Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy (ICP-ES); X-ray fluorescent (XIR); Nuclear magnetic relaxation spectroscopy, nuclear activation technique.

Осуществляли предварительную подготовку исходной жидкой среды в проточном электролитическом реакторе для этого исходную минерализованную жидкую среду подавали в проточную электролитическую ячейку, представляющую собой электролизер, например, по патенту РФ №2362840.Preliminary preparation of the initial liquid medium was carried out in a flow-through electrolytic reactor for this purpose, the initial saline liquid medium was fed into a flow-through electrolytic cell, which is an electrolyzer, for example, according to RF patent No. 2362840.

Затем подготовленную исходную жидкую минерализованную среду и предварительно подготовленную ферромагнитную жидкость подавали в реактор-активатор. Рабочая камера реактора диаметром 90-136 мм, размещена в индукторе вращающегося электромагнитного поля. В рабочей зоне реактора размещены цилиндрические ферромагнитные элементы диаметром 5 мм и длиной 60 мм в количестве 1,5 кг. Индуктор вращающегося электромагнитного поля с системой охлаждения подключается к трехфазной промышленной сети переменного тока напряжением 380/220 В, частотой 50 Гц, регулированием скорости вращения электромагнитного поля при значениях до 3000 оборотов в минуту обеспечивают резонанс колебаний ферромагнитных наноразмерных частиц (ферромагнетиков), присутствующих в ферромагнитной жидкости, и собственных колебаний частиц подготовленной исходной жидкой среды.Then the prepared initial liquid mineralized medium and the previously prepared ferromagnetic liquid were fed into the activator reactor. The working chamber of the reactor with a diameter of 90-136 mm is located in the inductor of the rotating electromagnetic field. In the working area of the reactor there are cylindrical ferromagnetic elements 5 mm in diameter and 60 mm in length in the amount of 1.5 kg. The inductor of a rotating electromagnetic field with a cooling system is connected to a three-phase industrial network of alternating current with a voltage of 380/220 V, a frequency of 50 Hz, by regulating the rotation speed of the electromagnetic field at values up to 3000 rpm, they provide resonance of oscillations of ferromagnetic nanosized particles (ferromagnets) present in a ferromagnetic liquid , and natural vibrations of particles of the prepared initial liquid medium.

В экспериментах на вход установки в непрерывном режиме со скоростью 0,1-0,6 м/сек подавались различные жидкие среды. Время обработки в реакторе-активаторе составляло от 5 до 10 сек.In the experiments, various liquid media were fed to the input of the installation in a continuous mode at a speed of 0.1-0.6 m / s. The processing time in the reactor-activator was from 5 to 10 seconds.

Далее реакционная масса (без ферромагнитных рабочих элементов, которые всегда остаются в реакционной рабочей камере) из реактора-активатора проходит через магнитный сепаратор с целью отделения ферромагнитных наночастиц (присутствующих в ферромагнитной жидкости) и адсорбированных на данных частицах соединений металлов и элементоорганических соединений с использованием магнитного сепаратора методом магнитного разделения. Отделенная вода и ферромагнитные наночастицы возвращаются в производственный цикл. При этом возвращаемые ферромагнитные частицы подаются в реакционную камеру через загрузочное дозирующее устройство. Конструкция загрузочного устройства не является принципиальной для заявляемого изобретения, т.к. не влияет на достижение технического результата. Загрузочное устройство целесообразно выполнить закрывающимся.Further, the reaction mass (without ferromagnetic working elements, which always remain in the reaction working chamber) from the activator reactor passes through a magnetic separator in order to separate ferromagnetic nanoparticles (present in the ferromagnetic liquid) and metal compounds and organoelement compounds adsorbed on these particles using a magnetic separator by magnetic separation. The separated water and ferromagnetic nanoparticles are returned to the production cycle. In this case, the returned ferromagnetic particles are fed into the reaction chamber through a loading dosing device. The design of the loading device is not fundamental for the claimed invention, since does not affect the achievement of the technical result. It is advisable to make the loading device lockable.

Также в процессе эксплуатации в реакционную камеру добавляются по мере необходимости ферромагнитные рабочие элементы. Необходимость добавления ферромагнитных рабочих элементов определяемой на основании показателей приборов, фиксирующих частотные характеристики соударений рабочих элементов в реакционной зоне при достижении ими предела насыщения.Also, during operation, ferromagnetic working elements are added to the reaction chamber as needed. The need to add ferromagnetic working elements determined on the basis of the indicators of devices that record the frequency characteristics of collisions of working elements in the reaction zone when they reach the saturation limit.

По завершению процесса первичного отделения ферромагнитных наночастиц и адсорбированных на данных частицах соединений металлов с использованием метода магнитного сепарирования, реакционная масса проходит через центрифугу (трикандер) для отделения избыточного количества воды, которая возвращается в производственный цикл, а полученная гомогенная дисперсия поступает в основной блок сепарации и разделения, где выделение основных продуктов в виде гидроксидов и оксидов металлов проводят различными известными промышленными способами: декантацией, сгущением, фильтрованием с последующей промывкой от солей, сушкой и помолом. Оставшуюся часть осадка промывают, сушат, прокаливают и получают продукционный состав в виде мелкодисперсного полиметаллического порошка, соединений металлов (МеО, Ме(ОН)₂ и MeCl2) в чистом виде (находящихся непосредственно в реакционной массе) с целью сбора для последующей реализации.Upon completion of the process of primary separation of ferromagnetic nanoparticles and metal compounds adsorbed on these particles using the method of magnetic separation, the reaction mass passes through a centrifuge (tricander) to separate excess water, which is returned to the production cycle, and the resulting homogeneous dispersion enters the main separation unit and separation, where the separation of the main products in the form of metal hydroxides and oxides is carried out by various known industrial methods: decantation, thickening, filtration, followed by washing from salts, drying and grinding. The rest of the precipitate is washed, dried, calcined and a product composition is obtained in the form of a finely dispersed polymetallic powder, metal compounds (МеО, Ме (ОН) ₂ and MeCl2) in pure form (located directly in the reaction mass) with the aim of collecting for subsequent implementation.

Приведенные в таблицах показатели содержания элементов (металлов) получены с использованием методов определения элементного состава смесей методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) и атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-ES).The indicators of the content of elements (metals) given in the tables were obtained using methods for determining the elemental composition of mixtures by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-ES).

Процентный химический состав полиметаллического порошка во всех случаях соответствует распространению элементов в земной коре в конкретной местности. Размеры частиц полученных полиметаллических порошков соответствуют полидисперсным нанопорошкам. Практически подтверждена возможность получения полиметаллических порошков из различных водных систем. Необходимая для обеспечения реализации технологии вода может быть любого качества, в том числе и загрязненной кислотами, щелочами, углеводородами, маслами и т.д.The percentage of the chemical composition of polymetallic powder in all cases corresponds to the distribution of elements in the earth's crust in a particular area. The particle sizes of the obtained polymetallic powders correspond to polydisperse nanopowders. The possibility of obtaining polymetallic powders from various aqueous systems has been practically confirmed. The water required to ensure the implementation of the technology can be of any quality, including contaminated with acids, alkalis, hydrocarbons, oils, etc.

Экспериментами показано, что шлаки, шламы, промстоки являются хорошим сырьем для получения цветных металлов при переработке их по указанной технологии. Выяснено, что использование в качестве исходного продукта водно-минеральных систем резко увеличивает выход полиметаллического порошка (по сравнению с обработкой водных систем).Experiments have shown that slags, sludge, industrial waste are good raw materials for the production of non-ferrous metals by processing them according to the specified technology. It was found that the use of water-mineral systems as an initial product sharply increases the yield of polymetallic powder (as compared to the treatment of water systems).

Изменяя режим прохождения среды через зону реакции и диаметр реактора можно регулировать количество получаемого полиметаллического порошка.By changing the mode of passage of the medium through the reaction zone and the diameter of the reactor, the amount of the obtained polymetallic powder can be controlled.

Жидкий продукт реакции, вода, в конце процесса отвечает требованиям, предъявляемым к пожарно-питьевой воде.The liquid reaction product, water, at the end of the process meets the requirements for fire-fighting water.

Предлагаемый способ позволяет в промышленных объемах получать мелкодисперсные полиметаллические порошки из жидких сред и характеризуется дополнительно следующими преимуществами:The proposed method allows for the production of finely dispersed polymetallic powders from liquid media in industrial volumes and is additionally characterized by the following advantages:

- полученные наноразмерные частицы агрегативно устойчивы и сохраняют свои свойства в течение 12 и более месяцев;- the resulting nanosized particles are aggregatively stable and retain their properties for 12 months or more;

- размер получаемых наночастиц лежит в интервале 10-100 нм;- the size of the resulting nanoparticles lies in the range of 10-100 nm;

- способ применим к получению наноразмерных частиц широкого ряда металлов;- the method is applicable to the production of nanosized particles of a wide range of metals;

- получаемые наноразмерные частицы выделяются в твердом виде;- the resulting nanosized particles are released in solid form;

- способ прост в техническом исполнении и не требует большого набора химических реагентов. Установка работает в непрерывном режиме с большой производительностью при работе.- the method is technically simple and does not require a large set of chemical reagents. The installation operates in a continuous mode with high performance during operation.

- высокая эффективность и высокий коэффициент полезного действия, достигаемый вследствие непрерывности процесса, отсутствия ювенильности физических воздействий;- high efficiency and high efficiency, achieved due to the continuity of the process, lack of juvenile physical influences;

- отсутствие вредных выбросов в окружающую среду, обеспечена экологическая безопасность способа;- no harmful emissions into the environment, the environmental safety of the method is ensured;

- широкие функциональные возможности, обусловленные возможностью использования в качестве исходной среды любые жидкие среды;- wide functionality due to the possibility of using any liquid media as an initial medium;

- широкие возможности за счет обеспечения получения полиметаллических порошков широкого состава;- ample opportunities due to ensuring the production of polymetallic powders of a wide composition;

- простота способа за счет использования стандартного оборудования, отсутствие сложных конструкций;- simplicity of the method due to the use of standard equipment, the absence of complex structures;

- безопасность способа;- method safety;

Заявляемый способ позволяет использовать в качестве исходного вещества отходы производства, в том числе и химически вредные и радиоактивные; т.е. параллельно решается задача утилизации любых видов промышленных и бытовых отходов, например городских стоков, путем преобразования их в полезные материалы.The inventive method allows you to use industrial waste as a starting material, including chemically harmful and radioactive; those. in parallel, the task of recycling any types of industrial and domestic waste, such as urban wastewater, is being solved by converting them into useful materials.

Claims

1. A method of producing polymetallic nanopowders, including feeding a feedstock into an activator reactor containing ferromagnetic working elements, and processing under the influence of an electromagnetic field, characterized in that a liquid medium containing water, previously prepared by electrolytic dissociation in a flow an electrolytic cell, a ferromagnetic liquid is additionally fed into the activator reactor in an amount of not more than 5 wt% in relation to the amount of a liquid medium, the mixture of a liquid medium and a ferromagnetic liquid is processed by exposure to a rotating electromagnetic field with a frequency of 50 Hz of a three-phase AC network with a voltage of 380 V, magnetic induction in the reactor 0.9-1.1 T with the provision of joint rotation of the said mixture with ferromagnetic working elements, taken in an amount that ensures their free and unhindered movement in the reactor-activator, to obtain a reaction mass, while providing resonance of vibration frequencies of ferromagnetic nanoscale particles present in a ferromagnetic liquid and natural vibrations of particles of a liquid medium by regulating the rotation speed of the electromagnetic field up to 3000 rpm and the flow rate of the liquid medium inside the reactor from 0.1 to 0.6 m / s, after which separation of nanosized ferromagnetic particles present in a ferromagnetic liquid, metal compounds adsorbed on ferromagnetic particles, metal compounds contained in the reaction mass in pure form, and excess water with waste to obtain a homogeneous dispersion, which is then subjected to decantation or thickening or filtration, followed by washing from salts, drying and grinding to isolate the main products in the form of metal hydroxides and oxides, and the remaining precipitate is washed, dried and calcined to obtain a polymetallic nanopowder.

2. A method according to claim 1, characterized in that seawater, or ocean water, or salt lake water, or brine, or brine, or fresh lake water, or river water, or water is used as a liquid medium containing water artesian wells, or liquid waste, including industrial.

3. The method according to claim 1, characterized in that ferromagnetic working elements with a diameter of 0.5-5 mm and a length of 5-60 mm are used.

4. The method according to claim 1, characterized in that an activator reactor is used containing 0.10-1.5 kg of ferromagnetic working elements.

5. The method according to claim 1, characterized in that when separating nanosized ferromagnetic particles present in the ferromagnetic liquid, metal compounds adsorbed on ferromagnetic particles and metal compounds contained in the reaction mass in a pure form, metal compounds are obtained in the form of MeO, Me ( OH) ₂ and MeCl ₂ .

6. A method according to claim 1, characterized in that the separation of ferromagnetic nanoparticles and metal compounds adsorbed on these particles is carried out by magnetic separation in a magnetic separator, after which the nanosized ferromagnetic particles are sent for reuse to an activator reactor.

7. The method according to claim 6, characterized in that the separation of the excess amount of water is carried out in a centrifuge, after which it is returned for reuse to the reactor-activator.

8. The method according to claim 7, characterized in that before the excess water is returned for reuse, it is purified from waste, for example, by mechanical filtration.