Залізний порошок, спосіб одержання залізного порошку та його застосування як добавки до корму або їжі

1. Залізний порошок для додавання до корму або харчового продукту, який складається з відновленого залізного порошку, що містить домішки, у вигляді частинок неправильної форми, причому залізний порошок має відношення AD:PD менше 0,3, де AD означає насипну щільність (г/см3), a PD означає щільність частинок (г/см3), причому питома площа поверхні частинок порошку, виміряна методом BET, складає більше 300 м2/кг при середньому розмірі частинок 5-45 2. Порошок за п. 1, в якому питома площа поверхні мкм. частинок порошку складає більше 400 м2/кг при середньому розмірі частинок 5-25 мкм. 3. Порошок за п. 2, в якому питома площа поверхні частинок порошку складає більше 450 м2/кг. 4. Порошок за п. 3, в якому питома площа поверхні частинок порошку складає більше 500 м2/кг. 5. Порошок за п. 1, в якому відношення AD:PD складає менше 0,27. 6. Порошок за п. 4, в якому відношення AD:PD складає менше 0,27. 7. Порошок за п. 1, в якому відношення AD:PD складає менше 0,25. 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується збагачення їжі й корму. Більш конкретно, винахід стосується залізного порошку, який застосовується як добавка в їжу та корм, і який можна отримати економічно ефективним способом. Залізо є необхідним мікроелементом у харчуванні людей і тварин. Цей елемент являє собою компонент гему в гемоглобіні, а також є в міоглобіні, цитохромах та деяких ферментах. Основна роль заліза полягає в його участі в транспортуванні, зберіганні й використанні кисню. Звичайно збалансоване харчування покриває потреби в залозі внаслідок споживання збагачених залізом продуктів харчування, таких як овочі, м'ясо та крупи. Важливим джерелом заліза є зернові продукти, такі як пшенична мука. Однак у сучасних способах отримання пшеничної муки видаляють багату залізом оболонку пшеничних зерен. Внаслідок цього, вміст заліза в сучасній пшеничній муці нижчий, ніж у муці, яка вироблялася раніше. Дефіцит заліза також є наслідком недостатнього харчування, яке особливо характерне для країн, що розвиваються. Оскільки їжа зі зниженим вмістом заліза сприяє низькій вазі новонароджених, ослаблює ріст та розумові здібності дітей і викликає стомлюваність у дорослих людей, існує потреба в доданні заліза в їжу. Зрозуміло, що найбільший ефект програми збагачення їжі досягається в тому випадку, коли залізо додається в щоденний раціон харчування людей. Найбільш поширений спосіб являє собою збагачення залізом зернових продуктів, таких як пшенична мука, кукурудзяна мука, кукурудзяні пластівці і т.п., однак збагачуватись може й багато інших продуктів. Залізо може додаватися в їжу та корм у багатьох різних формах. Може використовуватися металеве залізо, а також неорганічні солі заліза, такі як сульфат заліза, і такі органічні солі, як глюконат або фумарат заліза. В основному існує три основних типи елементарного заліза для збагачення їжі, що являють собою відновлене або губчасте залізо, карбонільне залізо й електролітичне залізо. отримують відновленням Відновлене залізо подрібненого оксиду заліза воднем або оксидом вуглецю при підвищеній температурі з подальшим дробленням і подрібненням відновленої спеченої залізної маси. Відновлене залізо отримують із залізняку або повторної окалини. Чистота продукту визначається чистотою оксиду заліза. Такі продукти характеризуються самою низькою чистотою харчових залізних порошків порівняно з електролітичними і карбонільними порошками. Найбільш поширеною домішкою в залізному порошку, отриманому будь-яким процесом відновлення, є кисень, значна частина якого знаходиться в тонкій плівці поверхневого оксиду. Основні домішки включають вуглець, магній, алюміній, кремній, фосфор, сірку, хром, марганець, нікель та мідь, причому багато цих елементів наявні у вигляді оксидів. Частинки мають неоднорідний розмір і пористість і складаються з безлічі рівновісних зерен. Порошкоподібний карбоніл заліза складається зі значно дрібніших частинок, ніж частинки інших 82576 4 залізних порошків. Такі порошки отримують обробкою відновленого заліза оксидом вуглецю під впливом тепла й тиску. Отриманий внаслідок цієї операції пентакарбоніл заліза далі розкладають у контрольованих умовах з отриманням залізного порошку й газоподібного оксиду вуглецю. На цій стадії основна домішка являє собою вуглець, для видалення більшої частини якого необхідно провести додаткове відновлення в середовищі вологого водню. Частинки отриманого порошку мають діаметр в інтервалі 0,5-10 мкм і характеризуються високою чистотою. Частинки мають форму, подібну до сферичної, і характеризуються високою щільністю і гладкістю. Структура частинок характеризується наявністю концентричних оболонок, розташованих за типом цибулинного лушпиння. Карбонільний спосіб дорого коштує. Електролітичне залізо отримують електроосадженням твердого крихкого металу, підданого механічному подрібненню. Частинки електролітичного заліза мають нерегулярну, розгалужену у вигляді папороті форму, що визначає їх високу площу поверхні. Важливою особливістю залізовмісних сполук, які використовуються як харчові добавки, є біодоступність заліза, тобто ефективність поглинання заліза організмом. Серед залізних порошків, які використовуються в цей час для збагачення їжі й корму, карбонільні й електролітичні порошки мають найвищу біодоступність, однак їх собівартість висока порівняно з собівартістю відновлених залізних порошків. З цієї причини чистий порошок відновленого заліза, який має високу біодоступність, і який можна отримати економічно вигідним способом, є привабливим матеріалом і йогоОцінка біодоступності може бути здійснена отримання є завданням даного винаходу. різними методами, такими як дослідження in vitro, дослідження на тваринах або людях. Біодоступність залізних порошків, а також інших похідних заліза звичайно вимірюють відносно сульфату заліза. Згідно з винаходом виявлено, що задовільна біодоступність заліза може бути досягнута з використанням порошку відновленого заліза з частинками нерегулярної форми, коли залізний порошок характеризується відношенням AD:PD менше 0,3, де AD насипна щільність, виражена в г/см3, a PD - щільність частинок у г/см3. Крім того, питома поверхня частинок порошку, виміряна методом BET, повинна мати значення більше 300, переважно більше 400м2/кг, а середній розмір частинок повинен становити 5-45, переважно 525мкм. Збагачувальну кількість (1-200ч/млн) такого порошку потрібно вводити в харчовий або кормовий продукт. Оксид заліза, що використовується як вихідний матеріал, може являти собою природний гематит (Fе2О3). Альтернативно використовують оксиди заліза, що отримуються як побічні продукти в процесі кислотної регенерації. Для отримання продукту з бажаними властивостями переважний розмір частинок початкового матеріалу не повинен перевищувати 55мкм. 5 82576 6 Відновлення вихідного матеріалу здійснюють певного об'єму при контрольованих умовах. газоподібним воднем або сумішшю вугілля і Щільність частинок визначають, як частку від газоподібного водню. Переважно, відновлення поділу маси частинки на її об'єм, включаючи об'єм здійснюють у конвеєрній печі при температурі до внутрішніх закритих пор. За рідке середовище 1100°С. Важливою особливістю процесу є використовують 5% розчин етанолу з проведення відновлення у такий спосіб, щоб концентрацією 99,5%. Вимірюють масу пікнометра, отримати продукт у вигляді порошку або слабо пікнометра, який містить зразок залізного порошку спеченої маси, яка може бути легко подрібнена та пікнометра, який містить зразок залізного без впливу або при незначному впливі на форму й порошку, заповнений до певного об'єму проникною інші характеристики частинок. рідиною. З відомих значень певного об'єму Спосіб отримання порошку губчастого заліза пікнометра і щільності проникної рідини можна для металургійного застосування описано в [GB розрахувати щільність частинок. 704026]. У цьому патенті вказується, що для Розмір частинок залізного порошку також є отримання такого порошку розмір частинок параметром, що впливає на швидкість вихідного матеріалу повинен складати менше розчинення. Дуже великі частинки негативно 150мкм (100 меш) і не перевищувати розміру впливають на швидкість розчинення, а дуже дрібні частинок кінцевого продукту. Крім цього частинки залізного порошку підвищують небезпеку зазначається, що вихідний матеріал потрібно вибуху пилу в ході обробки. Досить висока відновлювати твердим або газоподібним швидкість розчинення досягається при відновним агентом при такій температурі, коли середньому розмірі частинок 5-45, переважно 5утворюється спечена маса губчастого заліза. 25мкм. Біодоступність Після охолоджування, спечену масу подрібнюють Як метод оцінки біодоступності залізного до необхідного розміру. Для прикладу зазначено порошку автори винаходу використали спосіб, що конкретно, що концентрат магнетиту відновлюють включає стадії розчинення 50 г залізного порошку вугіллям при температурі 1000°С. Інший спосіб відновлення розкрито в [патенті в хлористоводневій кислоті при рН 1 і 37°С. США 5713982]. Цей спосіб переважно здійснюють Кількість розчиненого заліза вимірювали через30 таким чином, щоб порошок оксиду заліза хвилин. Отримані значення приводяться нижче в поступово нагрівався у відновній атмосфері таблиці 2 як швидкість розчинення. Згідно з приблизно до 1200°F (649°C), потім приблизно до винаходом встановлено, що через 30 хвилин 1400°F (760°C) і нарешті приблизно до 1500°F щонайменше 40% маси залізного порошку (816°C). Як відновну атмосферу переважно повинно розчинятися в хлористоводневій кислоті використовують водень. Згідно з цим відомим при 37°С і рН 1. Хоч приведений опис стосується способом порошок заліза отримують у вигляді харчових застосувань, очевидно, що порошок частинок сферичної форми. Зазначається, що заліза за винаходом також може такий відомий порошок може використовуватися використовуватися в інших галузях техніки, де для У даному винаході виявлено, що для процесів лиття під тиском. потрібне швидке розчинення. Далі винахід додатково ілюструється досягнення задовільної швидкості розчинення і приведеними нижче прикладами, що не біодоступності частинки заліза, отримані після обмежують обсяг винаходу. відновлення, повинні мати нерегулярну форму. Приклад 1 Встановлено, що ця важлива відмітна ознака може Цей приклад пояснює спосіб отримання бути забезпечена проведенням відновлення залізного порошку, який має високу біодоступність, порошку оксиду заліза при трохи вищих виміряну за швидкістю розчинення, і який може температурах і/або при трохи більшій тривалості використовуватися для збагачення харчових або нагрівання, ніж вказана в цитованому патенті кормових продуктів. США. Для прикладу можна зазначити, що Гематит із розміром частинок 5-20мкм комбінація вугілля і газоподібного водню може змішували з вугіллям, що має розмір зерна менше використовуватися як відновні агенти при 1мм. Вугілля додавали в кількості 12% мас. температурі біля 1000°С. Точні умови отримання Отриману суміш відновлювали в печі при залізних порошків із нерегулярною формою температурі біля 1000°С. Газоподібний водень частинок можуть бути визначені фахівцем у даній вводили в нижню частину печі і примусово галузі техніки. Характеристики продукту пропускали протитечією до потоку гематиту. Важливою і критичною особливістю порошку є Додана кількість газоподібного водню становила пориста і нерегулярна форма і, отже, низька 610м3 на тонну відновленого заліза. Отриману насипна щільність, AD, яка, як було встановлено, масу губчастого заліза обережно дробили в складає переважно менше 2 г/см3. Крім того, стандартному розмелювальному пристрої і частинки порошку повинні бути відкриті для просівалифіг.1 сито 325 меш. На через представлена мікрофотографія полегшення проникнення шлункового соку в отриманого залізного порошку. частинки заліза, що сприяє достатній швидкості Приклад 2 розчинення заліза. Низька міра відкритої Повторювали спосіб за прикладом 1, але пористості характеризується значенням щільності відновлення здійснювали тільки воднем і частинок, близьким до значення абсолютної використовували як вихідний матеріал оксид щільності заліза, що складає біля 7,86 г/см3. заліза, отриманий у вигляді побічного продукту Встановлено, що співвідношення між AD і PD процесу кислотної регенерації. повинне бути меншим 0,3. (PD) вимірюють за Щільність частинок На фіг.2 представлена мікрофотографія допомогою пікнометра, що забезпечує потік рідини порошку заліза, отриманого в цьому прикладі. у відкриті пори частинок заліза в резервуарі 7 82576 Порівняння нових порошків А і В за прикладами 1 і 2, відповідно, і порошків заліза, які використовуються в наш час для збагачення харчових продуктів, приводяться нижче в Таблиці 1, у якій перераховуються типи порошків, а в Таблиці 2 приводяться їхні властивості. 8 за винаходом містять As, Hg і ГЬ у кількостях нижче критичних меж, встановлених для залізних порошків, призначених для збагачення харчових продуктів. Порошки Комп’ютерна верстка В. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601