專利名稱:一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及氫氧化鎂的制備技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法。
背景技術(shù):
氫氧化鎂(Mg(OH)2)是一種基礎(chǔ)無機(jī)化工產(chǎn)品,合成過程制備的氫氧化鎂,較多被用作高純氧化鎂的生產(chǎn)原料或高分子材料的阻燃添加劑。在這兩方面的應(yīng)用中,除對氫氧化鎂產(chǎn)品的純度和雜質(zhì)與含量有要求外,通常對產(chǎn)品的顆粒形狀、粒度與分布及晶型結(jié)構(gòu)等狀況也有特殊要求,其中顆粒形狀一致的氫氧化鎂產(chǎn)品能達(dá)到更好的使用要求。氫氧化鎂產(chǎn)品的性質(zhì)狀況,與其制·備的技術(shù)方法和工藝過程有關(guān)。氫氧化鎂制備技術(shù),或因使用的鎂原料來源如MgCl2、MgO、Mg (NO3) 2、MgSO4等而有不同;或因使用的沉淀劑種類如NH3、NaOH, Ca(OH)2等而有不同;或因制備過程是連續(xù)還是間歇而有不同。目前,工業(yè)上主要采用的是MgCl2為原料氨水法間歇過程生產(chǎn)技術(shù)。氨水法間歇過程存在一些工程技術(shù)方面的問題:如,在氨水法生產(chǎn)過程中,隨著氨水向反應(yīng)體系的持續(xù)加入而帶入水分,反應(yīng)體系中的NH4+、Mg2+濃度不斷變化且整個(gè)體系呈現(xiàn)不均勻,使形成的氫氧化鎂產(chǎn)品顆粒在晶型的一致性上較差,產(chǎn)品多為不同晶型和顆粒形狀的混合物。此外,氨水法生產(chǎn)過程中,產(chǎn)物過濾、洗滌都困難,干燥后易成結(jié)塊,需研磨粉碎才能成為最終產(chǎn)品。為了使產(chǎn)品滿足作為阻燃劑使用的要求,通常還需要對制備的氫氧化鎂產(chǎn)品進(jìn)行水熱與表面改性處理??傊壳八鶊?bào)道的氫氧化鎂制備工藝,特別是阻燃劑型氫氧化鎂制備工藝,雖然在不斷改進(jìn),但并沒有擺脫常溫合成、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(chǎn)品產(chǎn)量較小和生產(chǎn)成本較高等技術(shù)缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,該方法工藝簡單,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品純度高,分散性好,且產(chǎn)品晶型均一并可調(diào),采用本發(fā)明方法制備的氫氧化鎂適用于作為高純氧化鎂的生產(chǎn)原料或高分子材料的阻燃添加劑。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,包括如下步驟:(1)將銨鹽配制成質(zhì)量百分比濃度為15-20%的銨鹽水溶液,然后在銨鹽水溶液中以1-1.2噸/小時(shí)的速度加入輕燒鎂,至溶液pH值為9-10時(shí)停止加入,然后在攪拌條件下100-120°C下進(jìn)行蒸氨反應(yīng);(2)將步驟(1)中蒸氨反應(yīng)后的反應(yīng)液進(jìn)行過濾,得到鎂鹽澄清濾液(銨鹽水溶液中的Fe3+和Al3+等雜質(zhì)離子經(jīng)蒸氨反應(yīng)形成沉淀,經(jīng)過濾從反應(yīng)液中去除);(3)采用噴射式反應(yīng)器,將步驟(I)中蒸氨反應(yīng)所得氨氣經(jīng)噴射式反應(yīng)器的進(jìn)氣管道進(jìn)入噴射器吸收管,將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液經(jīng)噴射式反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)并生成氫氧化鎂沉淀,至噴射器吸收管處反應(yīng)液的pH值為12.5-13時(shí)停止反應(yīng);其中:反應(yīng)溫度20-35°C,反應(yīng)時(shí)間
0.5-1小時(shí);(4)將步驟(3)反應(yīng)后的體系靜置1-2小時(shí)后進(jìn)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下干燥12小時(shí),得到顆粒形狀氫氧化鎂粉狀產(chǎn)品;步驟(4)所得銨鹽溶液能夠用于步驟(I)中蒸氨反應(yīng)。上述步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液中也可以加入表面活性劑后,再經(jīng)噴射式反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng),表面活性劑的加入量為鎂鹽澄清濾液質(zhì)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(chǎn)品再經(jīng)氣流磨處理,氣流速度1.2-1.5馬赫,處理時(shí)間1-1.5小時(shí)。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(jīng)噴射式反應(yīng)器的進(jìn)氣管道進(jìn)入噴射器吸收管的流量為
0.09-2.5m3/h,鎂鹽澄清濾液經(jīng)噴射式反應(yīng)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(yīng)過程中,噴射式反應(yīng)器內(nèi)壓力為0.1-0.2mPa。通過上述方法制備的氫氧化鎂產(chǎn)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(jìn)行調(diào)節(jié):(I)調(diào)節(jié)氨氣的流量;(2)調(diào)節(jié)噴射器吸收管內(nèi)鎂鹽澄清濾液的流入速度;(3)調(diào)節(jié)氨氣與鎂鹽澄清濾液進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)液最終pH值;(4)調(diào)節(jié)氨氣與鎂鹽澄清濾液進(jìn)行反應(yīng)后的靜置時(shí)間。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明原料為來源豐富的輕燒鎂礦產(chǎn)資源,大大降低了阻燃劑的生產(chǎn)成本。2、本發(fā)明采用氨氣作為反應(yīng)原料并循環(huán)利用,可以提高產(chǎn)品純度,不影響反應(yīng)體系物料濃度,節(jié)省原料運(yùn)輸成本。3、本發(fā)明采用噴射反應(yīng)器,通過噴射方式直接吸入反應(yīng)物料氨氣,并通過嚴(yán)格控制工藝參數(shù),從而優(yōu)化反應(yīng)體系宏觀及微觀混合效果,產(chǎn)品顆粒形狀統(tǒng)一且可按需要調(diào)控,并且粉質(zhì)疏松,分散較好,易于過濾,產(chǎn)品純度高。4、本發(fā)明在反應(yīng)過程中可以不加入表面改性劑,降低產(chǎn)品成本,減少工藝流程,同時(shí)得到形貌統(tǒng)一、粒徑小且料徑分布范圍窄的氫氧化鎂產(chǎn)品。5、本發(fā)明加熱反應(yīng)過程中生成的氨氣與沉鎂反應(yīng)過程中的母液(主要成分銨鹽)可循環(huán)利用,提高了該工藝的經(jīng)濟(jì)效益。6、本發(fā)明工藝步驟簡單,所需設(shè)備占地少,投資費(fèi)用低,污染小,適宜于規(guī)模生產(chǎn)。7、本發(fā)明中氨氣與鎂 鹽水溶液為一步反應(yīng)直接得到顆粒形狀統(tǒng)一分散、粒徑小且料徑分布均勻的氫氧化鎂產(chǎn)品,無需制備的氫氧化鎂再經(jīng)過水熱處理達(dá)到顆粒形狀統(tǒng)一的兩步反應(yīng)。
圖1為本發(fā)明方法中所用噴射式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)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(jìn)氣管道;6_傳輸管道;7_進(jìn)料口 ;8-出料口。圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的工藝流程圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1提供的產(chǎn)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(fā)明實(shí)施例2產(chǎn)品粒徑分布圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例3提供的產(chǎn)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。本發(fā)明方法中所用噴射式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示,該噴射反應(yīng)器包括用于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(jìn)氣管道5 ;其中:噴射管3的一端與圓筒形容器I的側(cè)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(nèi)設(shè)有化工泵4,圓筒形容器I內(nèi)的液體通過化工泵4能夠高速噴射至噴射器吸收管2內(nèi);所述進(jìn)氣管道5的一端連接噴射器吸收管2,氣體通過進(jìn)氣管道5進(jìn)入噴射器吸收管2,并與同時(shí)噴射入其內(nèi)的液體結(jié)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(nèi)的 混合物料反應(yīng)后通過該管道進(jìn)入圓筒形容器I內(nèi)。所述圓筒形容器I頂部或上部側(cè)壁上設(shè)有進(jìn)料口 7,圓筒形容器I下部側(cè)壁上設(shè)有出料口 8。所述化工泵的揚(yáng)程為60m。采用上述噴射式反應(yīng)器進(jìn)行本發(fā)明制備氫氧化鎂的工藝流程如圖2所示。實(shí)施例1取7kg硫酸銨配制成水溶液30L,調(diào)制成19% (質(zhì)量百分比濃度)硫酸銨水溶液,然后緩慢加入輕燒鎂粉(I噸/小時(shí)),至溶液PH值為9時(shí)停止加入,然后在攪拌條件下進(jìn)行蒸氨反應(yīng)(在蒸氨反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行),蒸氨反應(yīng)溫度136°C。蒸氨反應(yīng)的反應(yīng)液經(jīng)過濾,除去其中Fe3+和Al3+形成的沉淀后,得到鎂鹽澄清濾液(硫酸鎂溶液)。將蒸氨反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣經(jīng)噴射式反應(yīng)器的噴射管吸入噴射器吸收管內(nèi)(氨氣流量
0.09m3/h),將上述過濾后所得硫酸鎂溶液加入噴射式反應(yīng)器的圓筒形容器內(nèi),調(diào)節(jié)噴射式反應(yīng)器內(nèi)溫度為20°C,圓筒形容器內(nèi)硫酸鎂溶液經(jīng)噴射管噴射至噴射器吸收管內(nèi)(流量為280m3/h),與吸入噴射器吸收管內(nèi)的氨氣反應(yīng),至反應(yīng)液pH值為13時(shí)終止反應(yīng),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)并降至常溫后過濾,得到的氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次,于80°C干燥12h,得到氫氧化鎂粉體產(chǎn)品,濾液返回蒸氨反應(yīng)器,并補(bǔ)充輕燒鎂粉,循環(huán)操作。所得氫氧化鎂產(chǎn)品純度達(dá)到98.8%,分散性好,顆粒形狀統(tǒng)一,表觀形狀呈橢球形、微觀型貌為花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu),如圖3 (a)所示。同時(shí)所得氫氧化鎂產(chǎn)品粒徑D5tl為10 μ m,粒徑分布范圍小(集中分布范圍7-20 μ m),如圖3 (b)所示。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于:將蒸氨反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣吸入噴射器吸收管時(shí),其氨氣流量2m3/h,蒸氨反應(yīng)過濾除雜后所得硫酸鎂溶液噴射至噴射器吸收管時(shí),其流量為300m3/h。該工藝過程所得氫氧化鎂產(chǎn)品純度為98.8%,分散性好且顆粒形狀統(tǒng)一,形貌為六方片狀,所得氫氧化鎂產(chǎn)品粒徑D5tl為2 μ m,粒徑分布范圍小(集中分布范圍0.8-5 μ m),如圖4所示。實(shí)施例3蒸氨反應(yīng)及除雜過程同實(shí)施例一。將蒸氨反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣經(jīng)噴射式反應(yīng)器的噴射管吸入噴射器吸收管內(nèi)(氨氣流量2.5m3/h),將上述過濾后所得硫酸鎂溶液調(diào)至溫度為25°C加入噴射式反應(yīng)器的圓筒形容器內(nèi),同時(shí)容器內(nèi)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(zhì)量的0.5%),圓筒形容器內(nèi)硫酸鎂溶液經(jīng)噴射管噴射至噴射器吸收管內(nèi)(流量為300m3/h),與吸入噴射器吸收管內(nèi)的氨氣反應(yīng),至反應(yīng)液pH值為13時(shí)終止反應(yīng),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)并降至常溫后過濾,得到的氫氧化鎂濾餅用清水洗滌3次,于80°C干燥12h,得到氫氧化鎂粉體產(chǎn)品,濾液返回蒸氨反應(yīng)器,并補(bǔ)充輕燒鎂粉,循環(huán)操作。所得產(chǎn)品純度達(dá)到99.0%,分散性好,顆粒形狀統(tǒng)一,形貌為六方片狀,如圖5 (a)所示;粒徑D5tl為I μ m,粒徑分布范圍小(集中分布范圍0.7-2 μ m),如圖5 (b)所示。實(shí)施例4將實(shí)施例1所得氫氧化鎂產(chǎn)品再通過氣流磨進(jìn)行處理,其工藝參數(shù)為:氣流速度
1.5馬赫,每噸處理時(shí)間I小時(shí),處理后所得氫氧化鎂純度98.8%,分散性好,顆粒形狀統(tǒng)一,形貌為六方片狀,粒徑D5tl為3 μ m,粒徑分布范圍小(1.0-1Oym)。實(shí)施例5原料中氨鹽選擇氯化銨,其他工藝過程同實(shí)施例3。所得氫氧化鎂產(chǎn)品純度達(dá)到99.0%,分散性好,顆粒形 狀統(tǒng)一,形貌為六方片狀,粒徑D5tl為Ιμπι,粒徑分布范圍小(集中分布范圍0.8-3 μ m)。
權(quán)利要求
1.一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:該方法包括如下步驟: (O將銨鹽配制成質(zhì)量百分比濃度為15-20%的銨鹽水溶液,然后在銨鹽水溶液中以1-1.2噸/小時(shí)的速度加入輕燒鎂,至溶液pH值為9-10時(shí)停止加入,然后在攪拌條件下100-120°C下進(jìn)行蒸氨反應(yīng); (2)將步驟(I)中蒸氨反應(yīng)后的反應(yīng)液進(jìn)行過濾,得到鎂鹽澄清濾液; (3 )采用噴射式反應(yīng)器,將步驟(I)中蒸氨反應(yīng)所得氨氣經(jīng)噴射式反應(yīng)器的進(jìn)氣管道進(jìn)入噴射器吸收管,將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液經(jīng)噴射式反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng)并生成氫氧化鎂沉淀,至噴射器吸收管處反應(yīng)液的pH值為12.5-13時(shí)停止反應(yīng); (4)將步驟(3)反應(yīng)后的體系靜置1-2小時(shí)后進(jìn)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下干燥12小時(shí),得到顆粒形狀氫氧化鎂粉狀產(chǎn)品;步驟(4)所得銨鹽溶液能夠用于步驟(I)中蒸氨反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:將步驟(2)所得鎂鹽澄清濾液中加入表面活性劑后,再經(jīng)噴射式反應(yīng)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(jìn)行反應(yīng);或者,將將步驟(5)所得氫氧化鎂產(chǎn)品經(jīng)氣流磨處理,氣流速度1.2-1.5馬赫,每噸處理時(shí)間1-1.5小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:所述表面活性劑的加入量為鎂鹽澄清濾液質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:步驟(I)中所述銨鹽為硫酸氨、氯化銨或硝酸氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:所述輕燒鎂的純度為85-90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:步驟(3)中,氨氣經(jīng)噴射式反應(yīng)器的進(jìn)氣管道進(jìn)入噴射器吸收管的流量為0.09-2.5m3/h,鎂鹽澄清濾液經(jīng)噴射式反應(yīng)器的噴射管噴射至噴射器吸收管的流量為200-400m3/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:步驟(3)中,氨氣與鎂鹽澄清濾液的反應(yīng)溫度20-35°C,反應(yīng)時(shí)間0.5-1小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,其特征在于:步驟(3)反應(yīng)過程中,噴射式反應(yīng)器內(nèi)壓力為0.1-0.2mPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氨氣噴射法制備氫氧化鎂的方法,該方法以輕燒鎂及銨鹽為原料,通過蒸氨反應(yīng)取得氨氣和鎂鹽溶液,二者在噴射式反應(yīng)器內(nèi)接觸并發(fā)生氫氧化鎂沉淀反應(yīng),產(chǎn)物母液經(jīng)適當(dāng)時(shí)間陳化后過濾,含銨鹽的濾液返回蒸氨系統(tǒng),濾餅經(jīng)洗滌、干燥得到顆粒形狀統(tǒng)一、分散狀況好的氫氧化鎂產(chǎn)品。本工藝一步反應(yīng)制備氫氧化鎂,操作步驟簡單、反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)品顆粒形狀統(tǒng)一并可通過改變反應(yīng)條件進(jìn)行顆粒形狀調(diào)控。過程中銨鹽與氨氣循環(huán),生產(chǎn)成本低、污染小,適宜于規(guī)模生產(chǎn),產(chǎn)品可作高純氧化鎂的生產(chǎn)原料或高分子材料的阻燃添加劑。
文檔編號(hào)C01F5/20GK103101936SQ201310038980
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者徐勝博 申請人:遼寧紅豆杉技術(shù)發(fā)展有限公司