專利名稱：一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，特別是涉及一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
隨著高分子材料產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，其易燃性也日益引起人們的關(guān)注。為解決易燃高分子材料產(chǎn)品的著火燃燒問題，人們開發(fā)出添加型阻燃劑并把它添加在高分子材料中制成產(chǎn)品。添加型阻燃劑可分為以鹵系阻燃劑為代表的有機(jī)阻燃劑和以磷系及金屬氧化物、 金屬氫氧化物為代表的無機(jī)阻燃劑，其中鹵系、磷系阻燃劑的添加效果雖然好，但在燃燒時(shí)會產(chǎn)生有毒和腐蝕性氣體，其應(yīng)用越來越受到限制。氫氧化鎂阻燃劑因其具有不揮發(fā)、不腐蝕、不產(chǎn)生有毒氣體且抑煙能力強(qiáng)、分解溫度較高等優(yōu)點(diǎn)，已大規(guī)模用于聚氯乙烯、聚苯乙烯等高分子材料的添加和電線、電纜等產(chǎn)品的生產(chǎn)，被認(rèn)為是一種“綠色環(huán)?！钡奶砑有蜔o機(jī)阻燃劑產(chǎn)品。然而，普通型氫氧化鎂作為阻燃劑還有諸多缺點(diǎn)與高聚物相容性差，大量添加在基質(zhì)材料中易使其加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量降低。為改善其添加性能，氫氧化鎂粉體的晶型一致化、粒度超細(xì)化及分布均勻化是主要發(fā)展方向。就實(shí)際使用情況來看，通過合成途徑得到的六方片狀氫氧化鎂產(chǎn)品最受歡迎，市場價(jià)格也較高。目前工業(yè)生產(chǎn)上，六方片狀氫氧化鎂主要是通過鎂鹽溶液與堿性物質(zhì)在常溫或稍高的溫度下反應(yīng)生成、然后再在大約不低于180°C的溫度下水熱處理而得到，即所稱的兩步法工藝。兩步法工藝過程相對復(fù)雜，水熱處理過程操作條件要求較高，并且需要使用氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿性物質(zhì)，致生產(chǎn)成本較高。雖然有文獻(xiàn)報(bào)道，利用在合成過程中添加晶型調(diào)節(jié)劑可以實(shí)現(xiàn)一步法制備晶型完整的氫氧化鎂產(chǎn)品，但工業(yè)上尚未予以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，本方法生產(chǎn)的氫氧化鎂產(chǎn)品具有六方片狀晶型，滿足其作為阻燃劑的使用要求，并且生產(chǎn)過程步驟少、操作條件要求不高，較兩步法工藝生產(chǎn)成本降低。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，該方法包括以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液和氨氣為原料，利用基于液體射流原理的氣液混合器為氨氣輸送與吸收設(shè)備，結(jié)合反應(yīng)釜內(nèi)的氨氣在鎂鹽溶液中的溶解、反應(yīng)與生成的氫氧化鎂產(chǎn)品顆粒的結(jié)晶、沉淀的過程，在控制溫度和物料濃度及原料配比條件下，不使用晶型調(diào)節(jié)劑，一步法得到分散性好、粒度分布集中的六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品；其工藝過程以氨氣與鎂鹽溶液反應(yīng)，即以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液為鎂成分來源，鎂鹽原料液鎂離子濃度為1. 0 2. 5mol/L,與氨氣反應(yīng)后產(chǎn)物液鎂離子濃度為0 0. 6mol/L，反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度為120°C 140°C，鎂鹽溶液在反應(yīng)釜內(nèi)平均停留時(shí)間為2 4h。所述的一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，所述的氨氣其輸送與吸收設(shè)備采用基于液體射流原理的氣液混合器，如噴射泵。所述的一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，所述的氣液混合器流出的氣、液、固體，如氨氣、鎂鹽溶液、氫氧化鎂顆粒，三相混合流體為高速切向進(jìn)入反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)溶液與氨氣的無機(jī)械攪拌混合。本發(fā)明提出的阻燃劑型氫氧化鎂生產(chǎn)方法，是以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液和氨氣為原料，利用基于液體射流原理的氣液混合器為氨氣輸送與吸收設(shè)備，結(jié)合反應(yīng)釜內(nèi)的氨氣在鎂鹽溶液中的溶解、反應(yīng)與生成的氫氧化鎂產(chǎn)品顆粒的結(jié)晶、沉淀的過程，以合適的溫度條件和物料濃度及原料配比條件， 在不使用任何晶型調(diào)節(jié)劑或其它化學(xué)原料的情況下，一步法得到了分散性好、粒度分布集中的六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品。本發(fā)明是以氨氣而不是其他形態(tài)的氨(如氨水)或堿性物質(zhì)(如氫氧化鈉)與鎂鹽溶液反應(yīng)，過程中不使用任何晶型調(diào)節(jié)劑或其它化學(xué)原料。六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品的生成過程為一步反應(yīng)，而不是非六方片狀氫氧化鎂合成后再行水熱處理的兩步反應(yīng)工藝。是以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液為鎂成分來源，鎂鹽原料液鎂離子濃度為1. 0 2. 5mol/L,與氨氣反應(yīng)后產(chǎn)物液鎂離子濃度為0 0. 6mol/L，反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度為120°C 140°C，鎂鹽溶液在反應(yīng)釜內(nèi)平均停留時(shí)間為2 4h。同時(shí)，本發(fā)明是采用基于液體射流原理的氣液混合器(如噴射泵)為氨氣輸送與吸收設(shè)備，不使用諸如氨壓縮機(jī)等動力設(shè)備來實(shí)現(xiàn)氨氣在系統(tǒng)內(nèi)及設(shè)備間的流動與循環(huán)，對氨氣溫度與氨氣中水汽含量要求不高且氣液混合效果好，利于連續(xù)化、規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。氣液混合器流出的氣(氨氣)、液(鎂鹽溶液)、固(氫氧化鎂顆粒)三相混合流體高速切向進(jìn)入反應(yīng)釜，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)溶液與氨氣的無機(jī)械攪拌混合，并且在混合器連接管出口處不會形成由于氫氧化鎂結(jié)晶析出而導(dǎo)致的管口堵塞。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一步法連續(xù)過程下的六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，過程步驟少、溫度壓力條件低、無其它原料消耗，設(shè)備投資與生產(chǎn)成本均較兩步法工藝降低，適應(yīng)于資金及技術(shù)條件一般的生產(chǎn)企業(yè)采用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是
1.本發(fā)明采用氨氣為反應(yīng)物料，由反應(yīng)釜底引出的反應(yīng)后產(chǎn)物母液過濾、濾渣洗滌均容易，氫氧化鎂產(chǎn)品純度高。2.本發(fā)明六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品經(jīng)氨氣與鎂鹽反應(yīng)直接生成(即一步法合成)，不需要再經(jīng)過水熱處理過程，技術(shù)路線短，操作步驟少，溫度、壓力條件降低，也不使用氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿，生產(chǎn)成本低。3.本發(fā)明采用了基于流體力學(xué)原理的氣液混合器，避免了氨氣通入過程中常使用的氨壓縮機(jī)在操作上的困難，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。4.本發(fā)明連接管流出的氣(氨氣)、液(鎂鹽溶液)及固(氫氧化鎂)三相混合漿液， 自反應(yīng)釜內(nèi)壁切向噴射進(jìn)入反應(yīng)釜，能夠推動反應(yīng)釜內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)氨氣與鎂鹽溶液的很好混合，可以不使用機(jī)械攪拌，避免了反應(yīng)釜因機(jī)械攪拌而帶來的密封問題，也避免了通氨過程中管口被生成的氫氧化鎂堵塞的問題。5.本發(fā)明如果鎂鹽原料液為輕燒粉與氯化銨或硝酸銨通過蒸氨反應(yīng)得到的鎂鹽精制液，則氫氧化鎂合成過程中所用氨氣可以來自于蒸氨反應(yīng)，而氯化銨或硝酸銨則來自于產(chǎn)品過濾的濾液，因此氨氣可在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，沒有含氨(或銨)物質(zhì)的排放，生產(chǎn)環(huán)境好。6.本發(fā)明工藝不需要使用起調(diào)節(jié)產(chǎn)品晶型作用的助劑(如表面改性劑)，操作步驟簡單，原料消耗品種少，系統(tǒng)內(nèi)溶液不起泡，從而降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度。7.本發(fā)明開發(fā)的技術(shù)方案能夠一步法合成高質(zhì)量阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品，操作步驟簡單，所需設(shè)備及占地面積少，設(shè)備投資及生產(chǎn)費(fèi)用低，污染物排放量少，適宜于規(guī)模化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明技術(shù)方案的工藝流程示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的掃描電鏡(SEM)圖(1500倍)； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例一的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的掃描電鏡(SEM)圖(20000倍)； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例一的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的粒度及分布圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的XRD圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例二的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的掃描電鏡(SEM)圖(1500倍)； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例二的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的掃描電鏡(SEM)圖(20000倍)； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例二的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的粒度及分布圖； 圖9為本發(fā)明實(shí)施例二的產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征的XRD圖。注本發(fā)明附圖2-9僅為產(chǎn)品的測試結(jié)果示意圖，圖中內(nèi)容的清晰與否并不影響對本發(fā)明的理解。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種一步法合成阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，并提出了采用的工藝、條件及關(guān)鍵設(shè)備。采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的氫氧化鎂產(chǎn)品滿足其作為阻燃劑的使用要求， 并且相對兩步法工藝因過程步驟減少、操作條件降低而可使生產(chǎn)成本降低。本發(fā)明技術(shù)方案的工藝流程如圖1所示。鎂鹽原料液與從反應(yīng)釜1引出的液體經(jīng)泵2送入換熱器3，離開換熱器的冷卻后液體進(jìn)入氣液混合器4，在混合器及混合器與反應(yīng)釜間的連接管5內(nèi)氨氣溶解于鎂鹽溶液并反應(yīng)生成氫氧化鎂，連接管流出的氣(氨氣)、液 (鎂鹽溶液)及固(氫氧化鎂)三相混合漿液噴射進(jìn)入反應(yīng)釜1，在反應(yīng)釜內(nèi)氨與鎂鹽繼續(xù)反應(yīng)生成氫氧化鎂，含氫氧化鎂的漿液自反應(yīng)釜底部引出，再經(jīng)過濾機(jī)6過濾、洗滌、干燥過程后得到六方片狀氫氧化鎂產(chǎn)品。上述方案的鎂鹽原料液，為氯化鎂或硝酸鎂溶液，或?yàn)檩p燒粉與氯化銨或硝酸銨通過蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽精制液，原料液鎂離子濃度為1. 0 2. 5mol/L。上述方案的換熱器3提供系統(tǒng)循環(huán)液的冷卻，將送入換熱器的液體由120°C 140°C冷卻致不超過90°C離開。上述方案的氣液混合器4基于液體射流形成一定真空對氣體(氨氣)吸引的流體力學(xué)原理，包括但不只是噴射泵。上述方案的連接管5流出的氣(氨氣)、液(鎂鹽溶液)及固(氫氧化鎂)三相混合漿液，自反應(yīng)釜1內(nèi)壁切向噴射進(jìn)入反應(yīng)釜，能夠推動反應(yīng)釜內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)氨氣與鎂鹽溶液不借助于機(jī)械攪拌的混合，促進(jìn)氫氧化鎂的生成。上述方案的反應(yīng)釜1內(nèi)溶液的溫度為120°C 140°C。本發(fā)明首先根據(jù)阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品的既定產(chǎn)量，按著本發(fā)明技術(shù)方案的指引完成生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)與建設(shè)，并調(diào)試各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。生產(chǎn)過程及步驟如下(1)將按本發(fā)明技術(shù)方案濃度條件配制的鎂鹽原料液加入反應(yīng)釜至指定液位，使反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度升至120°C 140°C并保持不變；(2)啟動循環(huán)泵并打開換熱器冷卻水閥，使反應(yīng)釜內(nèi)液體依次通過泵、換熱器、氣液混合器及連接管并返回反應(yīng)釜進(jìn)行再循環(huán)，換熱器使循環(huán)液冷卻，氣液混合器吸入氨氣；(3)氣液混合器、連接管及反應(yīng)釜內(nèi)氨氣與本發(fā)明確定的鎂鹽反應(yīng)生成氫氧化鎂；(4)當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)溶液鎂離子濃度降低至0 0. 6mol/L時(shí)，開啟設(shè)在反應(yīng)釜底部的排料閥以一定流量排出產(chǎn)物料漿，同時(shí)按圖1流程開始向系統(tǒng)內(nèi)加入鎂鹽原料液，產(chǎn)物料漿經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到產(chǎn)品；(5)控制各條件，系統(tǒng)進(jìn)入連續(xù)穩(wěn)定過程，反應(yīng)釜內(nèi)溶液平均停留時(shí)間為2 4h。當(dāng)上述的鎂鹽原料液來自于輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)所生成時(shí)，氯化銨或硝酸銨可為來自于產(chǎn)物料漿過濾的濾液，蒸氨反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣可供氣液混合器的吸氨，從而氨(及氯化銨或硝酸銨)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用、以輕燒粉(輕燒氧化鎂)為原料制備阻燃劑型氫氧化鎂。該過程中蒸氨與沉鎂(氫氧化鎂生成)兩化學(xué)反應(yīng)式分別如下
蒸氨Mg0+2NH4C1 (或 NH4NO3) — MgCl2 (或 Mg (NO3) 2)+2ΝΗ3 +H2O 沉鎂MgCl2 (或 Mg (NO3) 2)+2NH3+2H20 —Mg(OH)2 I +2NH4C1 (或 NH4NO3 )。實(shí)施例一
通過輕燒粉(含氧化鎂87wt%、氧化鎂活性92%)與硝酸銨進(jìn)行蒸氨反應(yīng)獲得硝酸鎂精制液(鎂離子濃度1.25mol/L、銨根離子濃度0. 15mol/L)，按本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
的步驟與條件完成氫氧化鎂產(chǎn)品的生產(chǎn)，反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度130°C，產(chǎn)物料漿鎂離子濃度 0. 45mol/L。產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征如圖2_5。實(shí)施例二
通過輕燒粉(含氧化鎂87wt%、氧化鎂活性92%)與氯化銨進(jìn)行蒸氨反應(yīng)獲得氯化鎂精制液(鎂離子濃度1.40mol/L、銨根離子濃度0. lOmol/L)，按本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
的步驟與條件完成氫氧化鎂產(chǎn)品的生產(chǎn)，反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度130°C，產(chǎn)物料漿鎂離子濃度 0. 30mol/L。產(chǎn)品顆粒性質(zhì)表征如圖6-9。
權(quán)利要求
1.一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，其特征是該方法包括以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液及氨氣為原料，利用基于液體射流原理的氣液混合器為氨氣輸送與吸收設(shè)備，結(jié)合反應(yīng)釜內(nèi)的氨氣在鎂鹽溶液中的溶解、 反應(yīng)與生成的氫氧化鎂產(chǎn)品顆粒的結(jié)晶、沉淀的過程，在控制溫度和物料濃度及原料配比條件下，不使用晶型調(diào)節(jié)劑，一步法得到分散性好、粒度分布集中的六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品；其工藝過程以氨氣與鎂鹽溶液反應(yīng)，即以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽溶液為鎂成分來源，鎂鹽原料液鎂離子濃度為 1. 0 2. 5mol/L,與氨氣反應(yīng)后產(chǎn)物液鎂離子濃度為0 0. 6mol/L,反應(yīng)釜內(nèi)溶液溫度為 120°C 140°C，鎂鹽溶液在反應(yīng)釜內(nèi)平均停留時(shí)間為2 4h。
2.如權(quán)利要求1所述的一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，其特征是所述的氨氣其輸送與吸收設(shè)備采用基于液體射流原理的氣液混合器，如噴射泵。
3.如權(quán)利要求1所述的一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，其特征是所述的氣液混合器流出的氣、液、固體，如氨氣、鎂鹽溶液、氫氧化鎂顆粒，三相混合流體為高速切向進(jìn)入反應(yīng)釜，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜內(nèi)溶液與氨氣的無機(jī)械攪拌混合。
全文摘要
一種阻燃劑型氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，涉及一種氫氧化鎂的生產(chǎn)方法，本發(fā)明以氯化鎂或硝酸鎂或通過輕燒粉與氯化銨或硝酸銨的蒸氨反應(yīng)而得到的鎂鹽為原料，應(yīng)用特殊的工藝、過程及設(shè)備，在不使用任何晶型調(diào)節(jié)劑的情況下，一步法得到了六方片狀阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品。本發(fā)明具有工藝路線短、操作步驟少、溫度及壓力條件要求不高、可連續(xù)化和規(guī)?；a(chǎn)以及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，可顯著降低目前阻燃劑型氫氧化鎂產(chǎn)品生產(chǎn)的成本。采用本發(fā)明生產(chǎn)的氫氧化鎂產(chǎn)品，可用于電線、電纜外套等高分子材料產(chǎn)品的生產(chǎn)。
文檔編號C01F5/20GK102417196SQ201110275320
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉云義, 姚建平, 李治濤, 李雪, 肇巍, 范天博 申請人:沈陽化工大學(xué)