酸化鉄マグネサイト粉末の応用

磁性粉体の応用

油井掘削流体および油系泥のために使用される天然マグネサイトFe3O4

この種のマグネサイトは、淡水、海水、油系泥を含む掘削流体に広く使用できます。それはすべての掘削...の密度を増加するために使用できます。

すべての掘削および仕上げ流体の密度を25 lb/gal (3.0 s.g.)まで増加させることができます。これは主に高密度の油系泥で使用されます。

このマグネサイトで加重された流体は、バライトで加重されたものよりも体積当たりの固体が少なく、より高い泥の比重が可能になります。

特に高密度のキル流体で有用です。

石油掘削で使用される酸化鉄マグネサイトは、硫化物の除去と加重剤としての用途があります。

原油の掘削では、水ベースの泥がよく使用されるドリル流体です。一般的には、バライトやベントナイト粘土などの化合物を使用して優れた潤滑性を提供しますが、研究では有益で／または安価な他の材料も検討されています。特に重要なのは、今日の高圧・高温の掘削プロセスに耐えられる材料です。このような用途には通常、密度の高い材料が使用されます。より高い比重を持つ泥です。バライトは1:1でマグネサイトと置き換えられ、効果的です。研究によると、密度は14.5から14.9 ppg（すなわち、固体量を少なくしてコストを削減しながら、より高い密度）に増加させることができました。平坦な流動特性が観察され、優れた粘度-弾性プロファイルが確認され、これは掘削機器内の穴の掃除がより良くなることを意味します。また、バライトと比較してろ過特性も向上しており、ろ過液体の体積が約30%減少し、重量も16%減少しました。マグネサイトは、カスタムドリル流体のためにナノ粒子の形態でも使用でき、屈服応力と温度には線形関係があります。さらに、石油およびガスの掘削では、マグネサイトが硫化物の除去に役立ちます。水ベースの泥における密度向上特性と同様に、マグネサイトは採掘井戸のセメント注入において加重剤としても類似の用途で使用できます。

触媒としてのアンモニアと炭化水素の合成に使用される磁鉄鉱 Fe3O4 鉄酸化物

磁鉄鉱黒砂の最もよく知られた応用は、ハーバー・ボッシュ（H-B）プロセスによる工業規模でのアンモニア合成です。H-Bプロセスでは、大気中の窒素を高温高圧下で水素と反応させ、不均一な鉄触媒を使用してアンモニアを生成します。磁鉄鉱はこれが主な原料です。粉砕された磁鉄鉱は部分的に還元され、その一部の酸素が除去されて、磁鉄鉱コアを持ち、外層が酸化亚鉄（FeO、ウルスチット）である触媒となります。この触媒の利点は多孔性にあり、非常に活性が高く、比表面積の大きな材料です。アンモニアは主要な化学原料であり、肥料製造の重要な成分です。そして、H-Bプロセスにおける磁鉄鉱の使用は、この世界的に重要なプロセスにおいて安価で信頼性の高い触媒を提供します。

Fe3O4 磁鉄鉱は水処理および水浄化に使用されます

磁鉄鉱は、いくつかの産業で使用される天然の酸化鉄鉱物です。その一つの用途は水の浄化です：高勾配磁気分離において、磁鉄鉱のナノ粒子が汚染された水中に導入され、懸濁した粒子（固体、細菌、またはプランクトンなど）と結合して液体の底部に沈殿します。これにより、汚染物質を除去し、磁鉄鉱の粒子を回収して再利用することができます。

マグネサイトは、水の浄化に広範囲で使用されており、スチレンやジビニルベンゼンと共にポリマー微小球状に形成され、磁気イオン交換樹脂を生成して、水から有毒なコバルトや硝酸塩汚染物を効率的に除去する能力を持っています。オーストラリアのプラントでは、マイクロサイズのマグネサイトが低品質の地下水や地表水を飲料用に浄化・澄ますための薬剤として使用されています。『負荷された』薬剤が除去しづらいという問題は、マグネサイトの磁気特性によって解決されました。また、マグネサイトに吸着した細菌を使用することで、塩素系炭化水素を水から除去でき、その後磁場を使ってそのマグネサイトを除去することが可能です。

最も高度なろ過プロセスにおいて、非常に汚染された水の処理にはしばしば磁鉄鉱が他の化合物と共に使用されます。常温で、伝統的な酸化鉄と共触媒として磁鉄鉱を使用することで、わずか2時間で酸性廃水中の総有機炭素残留物を約3分の2削減できます。さらに、関連化合物である赤鉄鉱と組み合わせると、化粧品工場の廃水中の75%の有機炭素残留物を除去でき、溶解窒素もほぼ完全に除去するという追加の利点があります。

磁鉄鉱のろ過応用におけるさらなる用途には、金属還元細菌オクロバクトラムが存在する場合の土壌から6価ウランを除去することが含まれます。磁鉄鉱の存在がウランの不活性化を助けることが示されていますが、磁鉄鉱がない場合は著しく除去効率が低下します。また、磁鉄鉱は牛乳廃水の嫌気性消化を助けることも示されています。

医薬品用途に使用される鉄酸化物 Fe3O4 マグネサイト

マグネサイトは医薬分野で広範な使用が見られます。DNAは、磁石およびマグネサイト-シリカ複合体を使用してトウモロコシの種子から抽出されることが示されています。これらは市販のDNA抽出キットよりも優れた性能を発揮します。マグネサイト黒酸化物を使用した抽出は高収率であり、酵素分解やポリメラーゼ連鎖反応プロセスに適した抽出物が得られました。5ミクロンサイズのマグネサイト粉末は、タンパク質を小さなペプチドまたはアミノ酸に分解する proteolytic 活性のアッセイにおいて、染色ゼラチン用の色素として使用されています。

磁気共鳴画像法（MRI）のコントラスト剤として、超順磁性を持つマグネサイトは高い効果を持つアプリケーションとしてよく報告されます。これらのコントラスト剤は、MRI装置の強力な磁場内では磁気を持ちますが、磁場が適用されなくなるとその磁気を失い、非常に検出しやすい特性があります。

エネルギー用途に使用される鉄酸化物Fe3O4マグネサイト

磁鉄鉱は化石燃料採取における能力を示していますが、使用可能エネルギーをより持続可能な方法で生成する用途でもいくつかの例があります。微生物燃料電池では、特定の細菌豊富な電解質に電流を通じることで使用可能な燃料が生成され、これは水素が電気分解によって生成されるのと似た仕組みです。磁鉄鉱をこのシステムに添加すると、酸素輸送ステップでの優れた性能を発揮し、全体的なシステム効率が向上することがわかりました。さらに、磁鉄鉱は汚染された水を使用している場合でも、下水汚泥を効果的に除去することができます。磁鉄鉱に固定化されたリパーゼは、他のリパーゼと同様にバイオディーゼル燃料の有効な生産者として機能します。しかし、重要となるのは、カビ由来や非プロバイオティクス由来のリパーゼは有害な副産物と関連がある一方で、プロバイオティクス由来のリパーゼはカビ由来のものと比較して安定性と効率に欠けることです。これらのプロバイオティクス由来のリパーゼを磁鉄鉱に固定化することで、優れた性能を持つシステムが実現します。