一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法
2023-05-10 09:47:26
專利名稱：一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法
技術領域：
本發明涉及氫氧化鎂的製備技術領域，具體涉及一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法。
背景技術：
氫氧化鎂(Mg(OH)2)是一種基礎無機化工產品，合成過程製備的氫氧化鎂，較多被用作高純氧化鎂的生產原料或高分子材料的阻燃添加劑。在這兩方面的應用中，除對氫氧化鎂產品的純度和雜質與含量有要求外，通常對產品的顆粒形狀、粒度與分布及晶型結構等狀況也有特殊要求，其中顆粒形狀一致的氫氧化鎂產品能達到更好的使用要求。氫氧化鎂產品的性質狀況，與其制·備的技術方法和工藝過程有關。氫氧化鎂製備技術，或因使用的鎂原料來源如MgCl2、MgO、Mg (NO3) 2、MgSO4等而有不同；或因使用的沉澱劑種類如NH3、NaOH, Ca(OH)2等而有不同；或因製備過程是連續還是間歇而有不同。目前，工業上主要採用的是MgCl2為原料氨水法間歇過程生產技術。氨水法間歇過程存在一些工程技術方面的問題:如，在氨水法生產過程中，隨著氨水向反應體系的持續加入而帶入水分，反應體系中的NH4+、Mg2+濃度不斷變化且整個體系呈現不均勻，使形成的氫氧化鎂產品顆粒在晶型的一致性上較差，產品多為不同晶型和顆粒形狀的混合物。此外，氨水法生產過程中，產物過濾、洗滌都困難，乾燥後易成結塊，需研磨粉碎才能成為最終產品。為了使產品滿足作為阻燃劑使用的要求，通常還需要對製備的氫氧化鎂產品進行水熱與表面改性處理。總之，目前所報導的氫氧化鎂製備工藝，特別是阻燃劑型氫氧化鎂製備工藝，雖然在不斷改進，但並沒有擺脫常溫合成、水熱處理、表面改性三步法工藝，尚存在工藝流程較長、溫度和壓力高、產品產量較小和生產成本較高等技術缺點。
發明內容
本發明的目的在於提供一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，該方法工藝簡單，生產成本低，產品純度高，分散性好，且產品晶型均一併可調，採用本發明方法製備的氫氧化鎂適用於作為高純氧化鎂的生產原料或高分子材料的阻燃添加劑。本發明的技術方案為:一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，包括如下步驟:(1)將銨鹽配製成質量百分比濃度為15-20%的銨鹽水溶液，然後在銨鹽水溶液中以1-1.2噸/小時的速度加入輕燒鎂，至溶液pH值為9-10時停止加入，然後在攪拌條件下100-120°C下進行蒸氨反應；(2)將步驟(1)中蒸氨反應後的反應液進行過濾，得到鎂鹽澄清濾液(銨鹽水溶液中的Fe3+和Al3+等雜質離子經蒸氨反應形成沉澱，經過濾從反應液中去除)；(3)採用噴射式反應器，將步驟(I)中蒸氨反應所得氨氣經噴射式反應器的進氣管道進入噴射器吸收管，將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管，在噴射器吸收管處氨氣與鎂鹽澄清濾液進行反應並生成氫氧化鎂沉澱，至噴射器吸收管處反應液的pH值為12.5-13時停止反應；其中:反應溫度20-35°C，反應時間
0.5-1小時；(4)將步驟(3)反應後的體系靜置1-2小時後進行過濾，得到氫氧化鎂濾餅和銨鹽溶液；(5)步驟(4)所得氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次，80°C下乾燥12小時，得到顆粒形狀氫氧化鎂粉狀產品；步驟(4)所得銨鹽溶液能夠用於步驟(I)中蒸氨反應。上述步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液中也可以加入表面活性劑後，再經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管，在噴射器吸收管處與氨氣進行反應，表面活性劑的加入量為鎂鹽澄清濾液質量的0.1-1%，所述表面活性劑為脂肪酸、脂肪酸鹽、不飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸鹽；或者，將步驟(5)所得氫氧化鎂產品再經氣流磨處理，氣流速度1.2-1.5馬赫，處理時間1-1.5小時。步驟(I)中所述銨鹽為硫酸氨、氯化銨或硝酸氨。所述輕燒鎂的純度為85-90%。步驟(3)中，氨氣經噴射式反應器的進氣管道進入噴射器吸收管的流量為
0.09-2.5m3/h，鎂鹽澄清濾液經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管的流量為200-400m3/h。步驟(3)反應過程中，噴射式反應器內壓力為0.1-0.2mPa。通過上述方法製備的氫氧化鎂產品，其粒徑、粒徑分布及表觀形貌可通過以下四種方式中的一種或幾種進行調節:(I)調節氨氣的流量；(2)調節噴射器吸收管內鎂鹽澄清濾液的流入速度；(3)調節氨氣與鎂鹽澄清濾液進行反應的反應液最終pH值；(4)調節氨氣與鎂鹽澄清濾液進行反應後的靜置時間。本發明的有益效果是:1、本發明原料為來源豐富的輕燒鎂礦產資源，大大降低了阻燃劑的生產成本。2、本發明採用氨氣作為反應原料並循環利用，可以提高產品純度，不影響反應體系物料濃度，節省原料運輸成本。3、本發明採用噴射反應器，通過噴射方式直接吸入反應物料氨氣，並通過嚴格控制工藝參數，從而優化反應體系宏觀及微觀混合效果，產品顆粒形狀統一且可按需要調控，並且粉質疏鬆,分散較好,易於過濾,產品純度高。4、本發明在反應過程中可以不加入表面改性劑，降低產品成本，減少工藝流程，同時得到形貌統一、粒徑小且料徑分布範圍窄的氫氧化鎂產品。5、本發明加熱反應過程中生成的氨氣與沉鎂反應過程中的母液(主要成分銨鹽)可循環利用，提高了該工藝的經濟效益。6、本發明工藝步驟簡單，所需設備佔地少，投資費用低，汙染小，適宜於規模生產。7、本發明中氨氣與鎂 鹽水溶液為一步反應直接得到顆粒形狀統一分散、粒徑小且料徑分布均勻的氫氧化鎂產品，無需製備的氫氧化鎂再經過水熱處理達到顆粒形狀統一的兩步反應。
圖1為本發明方法中所用噴射式反應器的結構示意圖；圖中:1-圓筒形容器；
2-噴射器吸收管；3_噴射管；4_化工泵；5_進氣管道；6_傳輸管道；7_進料口 ；8-出料口。圖2是本發明實施例提供的工藝流程圖。圖3是本發明實施例1提供的產品顆粒形狀圖:其中(a)為掃描電鏡照片，(b)為粒徑分布圖。圖4為本發明實施例2產品粒徑分布圖。圖5是本發明實施例3提供的產品顆粒形狀圖:其中(a)為掃描電鏡照片，(b)為粒徑分布圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例詳述本發明。本發明方法中所用噴射式反應器的結構如圖1所示，該噴射反應器包括用於盛裝混合物料的圓筒形容器1、噴射器吸收管2、噴射管3和進氣管道5 ;其中:噴射管3的一端與圓筒形容器I的側壁相連，噴射管3的另一端與噴射器吸收管2的上部相連，噴射管3內設有化工泵4，圓筒形容器I內的液體通過化工泵4能夠高速噴射至噴射器吸收管2內；所述進氣管道5的一端連接噴射器吸收管2，氣體通過進氣管道5進入噴射器吸收管2，並與同時噴射入其內的液體結合。所述噴射器吸收管2的下端通過傳輸管道6與圓筒形容器I相連，使得噴射器吸收管2內的 混合物料反應後通過該管道進入圓筒形容器I內。所述圓筒形容器I頂部或上部側壁上設有進料口 7，圓筒形容器I下部側壁上設有出料口 8。所述化工泵的揚程為60m。採用上述噴射式反應器進行本發明製備氫氧化鎂的工藝流程如圖2所示。實施例1取7kg硫酸銨配製成水溶液30L，調製成19% (質量百分比濃度)硫酸銨水溶液，然後緩慢加入輕燒鎂粉(I噸/小時)，至溶液PH值為9時停止加入，然後在攪拌條件下進行蒸氨反應(在蒸氨反應器內進行)，蒸氨反應溫度136°C。蒸氨反應的反應液經過濾，除去其中Fe3+和Al3+形成的沉澱後，得到鎂鹽澄清濾液(硫酸鎂溶液)。將蒸氨反應產生的氨氣經噴射式反應器的噴射管吸入噴射器吸收管內(氨氣流量
0.09m3/h)，將上述過濾後所得硫酸鎂溶液加入噴射式反應器的圓筒形容器內，調節噴射式反應器內溫度為20°C，圓筒形容器內硫酸鎂溶液經噴射管噴射至噴射器吸收管內(流量為280m3/h)，與吸入噴射器吸收管內的氨氣反應，至反應液pH值為13時終止反應，得到氫氧化鎂與硫酸銨混合的乳白色懸濁液。將該混合體系保溫2h (20°C)並降至常溫後過濾，得到的氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次，於80°C乾燥12h，得到氫氧化鎂粉體產品，濾液返回蒸氨反應器，並補充輕燒鎂粉，循環操作。所得氫氧化鎂產品純度達到98.8%，分散性好，顆粒形狀統一，表觀形狀呈橢球形、微觀型貌為花瓣狀結構，如圖3 (a)所示。同時所得氫氧化鎂產品粒徑D5tl為10 μ m，粒徑分布範圍小(集中分布範圍7-20 μ m)，如圖3 (b)所示。實施例2與實施例1不同之處在於:將蒸氨反應產生的氨氣吸入噴射器吸收管時，其氨氣流量2m3/h，蒸氨反應過濾除雜後所得硫酸鎂溶液噴射至噴射器吸收管時，其流量為300m3/h。該工藝過程所得氫氧化鎂產品純度為98.8%，分散性好且顆粒形狀統一，形貌為六方片狀，所得氫氧化鎂產品粒徑D5tl為2 μ m,粒徑分布範圍小(集中分布範圍0.8-5 μ m)，如圖4所示。實施例3蒸氨反應及除雜過程同實施例一。將蒸氨反應產生的氨氣經噴射式反應器的噴射管吸入噴射器吸收管內(氨氣流量2.5m3/h)，將上述過濾後所得硫酸鎂溶液調至溫度為25°C加入噴射式反應器的圓筒形容器內，同時容器內加入脂肪鹽表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉，加入量為硫酸鎂溶液質量的0.5%),圓筒形容器內硫酸鎂溶液經噴射管噴射至噴射器吸收管內(流量為300m3/h)，與吸入噴射器吸收管內的氨氣反應，至反應液pH值為13時終止反應，得到氫氧化鎂與硫酸銨混合的乳白色懸濁液。將該混合體系保溫3h (25°C)並降至常溫後過濾，得到的氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次，於80°C乾燥12h，得到氫氧化鎂粉體產品，濾液返回蒸氨反應器，並補充輕燒鎂粉，循環操作。所得產品純度達到99.0%，分散性好，顆粒形狀統一，形貌為六方片狀，如圖5 (a)所示；粒徑D5tl為I μ m,粒徑分布範圍小(集中分布範圍0.7-2 μ m)，如圖5 (b)所示。實施例4將實施例1所得氫氧化鎂產品再通過氣流磨進行處理，其工藝參數為:氣流速度
1.5馬赫，每噸處理時間I小時，處理後所得氫氧化鎂純度98.8%，分散性好，顆粒形狀統一，形貌為六方片狀，粒徑D5tl為3 μ m,粒徑分布範圍小(1.0-1Oym)。實施例5原料中氨鹽選擇氯化銨，其他工藝過程同實施例3。所得氫氧化鎂產品純度達到99.0%，分散性好，顆粒形 狀統一，形貌為六方片狀，粒徑D5tl為Ιμπι，粒徑分布範圍小(集中分布範圍0.8-3 μ m)。
權利要求
1.一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:該方法包括如下步驟: (O將銨鹽配製成質量百分比濃度為15-20%的銨鹽水溶液，然後在銨鹽水溶液中以1-1.2噸/小時的速度加入輕燒鎂，至溶液pH值為9-10時停止加入，然後在攪拌條件下100-120°C下進行蒸氨反應； (2)將步驟(I)中蒸氨反應後的反應液進行過濾，得到鎂鹽澄清濾液； (3 )採用噴射式反應器，將步驟(I)中蒸氨反應所得氨氣經噴射式反應器的進氣管道進入噴射器吸收管，將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管，在噴射器吸收管處氨氣與鎂鹽澄清濾液進行反應並生成氫氧化鎂沉澱，至噴射器吸收管處反應液的pH值為12.5-13時停止反應； (4)將步驟(3)反應後的體系靜置1-2小時後進行過濾，得到氫氧化鎂濾餅和銨鹽溶液； (5)步驟(4)所得氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次，80°C下乾燥12小時，得到顆粒形狀氫氧化鎂粉狀產品；步驟(4)所得銨鹽溶液能夠用於步驟(I)中蒸氨反應。
2.根據權利要求1所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液中加入表面活性劑後，再經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管，在噴射器吸收管處與氨氣進行反應；或者，將將步驟(5)所得氫氧化鎂產品經氣流磨處理，氣流速度1.2-1.5馬赫，每噸處理時間1-1.5小時。
3.根據權利要求2所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:所述表面活性劑的加入量為鎂鹽澄清濾液質量的0.1-1%，所述表面活性劑為脂肪酸、脂肪酸鹽、不飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸鹽。`
4.根據權利要求1所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:步驟(I)中所述銨鹽為硫酸氨、氯化銨或硝酸氨。
5.根據權利要求1所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:所述輕燒鎂的純度為85-90%。
6.根據權利要求1或2所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:步驟(3)中，氨氣經噴射式反應器的進氣管道進入噴射器吸收管的流量為0.09-2.5m3/h，鎂鹽澄清濾液經噴射式反應器的噴射管噴射至噴射器吸收管的流量為200-400m3/h。
7.根據權利要求1或2所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:步驟(3)中，氨氣與鎂鹽澄清濾液的反應溫度20-35°C，反應時間0.5-1小時。
8.根據權利要求1所述的氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，其特徵在於:步驟(3)反應過程中，噴射式反應器內壓力為0.1-0.2mPa。
全文摘要
本發明公開了一種氨氣噴射法製備氫氧化鎂的方法，該方法以輕燒鎂及銨鹽為原料，通過蒸氨反應取得氨氣和鎂鹽溶液，二者在噴射式反應器內接觸並發生氫氧化鎂沉澱反應，產物母液經適當時間陳化後過濾，含銨鹽的濾液返回蒸氨系統，濾餅經洗滌、乾燥得到顆粒形狀統一、分散狀況好的氫氧化鎂產品。本工藝一步反應製備氫氧化鎂，操作步驟簡單、反應條件溫和，產品顆粒形狀統一併可通過改變反應條件進行顆粒形狀調控。過程中銨鹽與氨氣循環，生產成本低、汙染小，適宜於規模生產，產品可作高純氧化鎂的生產原料或高分子材料的阻燃添加劑。
文檔編號C01F5/20GK103101936SQ201310038980
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者徐勝博 申請人:遼寧紅豆杉技術發展有限公司