CN102417196A - 一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，涉及一种氢氧化镁的生产方法，本发明以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐为原料，应用特殊的工艺、过程及设备，在不使用任何晶型调节剂的情况下，一步法得到了六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品。本发明具有工艺路线短、操作步骤少、温度及压力条件要求不高、可连续化和规模化生产以及产品质量稳定可靠的特点，可显著降低目前阻燃剂型氢氧化镁产品生产的成本。采用本发明生产的氢氧化镁产品，可用于电线、电缆外套等高分子材料产品的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢氧化镁的生产方法，特别是涉及一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法。
背景技术
随着高分子材料产品的广泛应用，其易燃性也日益引起人们的关注。为解决易燃高分子材料产品的着火燃烧问题，人们开发出添加型阻燃剂并把它添加在高分子材料中制成产品。添加型阻燃剂可分为以卤系阻燃剂为代表的有机阻燃剂和以磷系及金属氧化物、金属氢氧化物为代表的无机阻燃剂，其中卤系、磷系阻燃剂的添加效果虽然好，但在燃烧时会产生有毒和腐蚀性气体，其应用越来越受到限制。氢氧化镁阻燃剂因其具有不挥发、不腐蚀、不产生有毒气体且抑烟能力强、分解温度较高等优点，已大规模用于聚氯乙烯、聚苯乙烯等高分子材料的添加和电线、电缆等产品的生产，被认为是一种“绿色环保”的添加型无机阻燃剂产品。
然而，普通型氢氧化镁作为阻燃剂还有诸多缺点：与高聚物相容性差，大量添加在基质材料中易使其加工性能和产品质量降低。为改善其添加性能，氢氧化镁粉体的晶型一致化、粒度超细化及分布均匀化是主要发展方向。就实际使用情况来看，通过合成途径得到的六方片状氢氧化镁产品最受欢迎，市场价格也较高。
目前工业生产上，六方片状氢氧化镁主要是通过镁盐溶液与碱性物质在常温或稍高的温度下反应生成、然后再在大约不低于180℃的温度下水热处理而得到，即所称的两步法工艺。两步法工艺过程相对复杂，水热处理过程操作条件要求较高，并且需要使用氢氧化钠、氢氧化钾等强碱性物质，致生产成本较高。虽然有文献报道，利用在合成过程中添加晶型调节剂可以实现一步法制备晶型完整的氢氧化镁产品，但工业上尚未予以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，本方法生产的氢氧化镁产品具有六方片状晶型，满足其作为阻燃剂的使用要求，并且生产过程步骤少、操作条件要求不高，较两步法工艺生产成本降低。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，该方法包括以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液和氨气为原料，利用基于液体射流原理的气液混合器为氨气输送与吸收设备，结合反应釜内的氨气在镁盐溶液中的溶解、反应与生成的氢氧化镁产品颗粒的结晶、沉淀的过程，在控制温度和物料浓度及原料配比条件下，不使用晶型调节剂，一步法得到分散性好、粒度分布集中的六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品；其工艺过程以氨气与镁盐溶液反应，即：以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液为镁成分来源，镁盐原料液镁离子浓度为1.0～2.5mol/L，与氨气反应后产物液镁离子浓度为0～0.6mol/L，反应釜内溶液温度为120℃～140℃，镁盐溶液在反应釜内平均停留时间为2～4h。
所述的一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，所述的氨气其输送与吸收设备采用基于液体射流原理的气液混合器，如喷射泵。
所述的一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，所述的气液混合器流出的气、液、固体，如氨气、镁盐溶液、氢氧化镁颗粒，三相混合流体为高速切向进入反应釜，实现反应釜内溶液与氨气的无机械搅拌混合。
本发明提出的阻燃剂型氢氧化镁生产方法，是以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液和氨气为原料，利用基于液体射流原理的气液混合器为氨气输送与吸收设备，结合反应釜内的氨气在镁盐溶液中的溶解、反应与生成的氢氧化镁产品颗粒的结晶、沉淀的过程，以合适的温度条件和物料浓度及原料配比条件，在不使用任何晶型调节剂或其它化学原料的情况下，一步法得到了分散性好、粒度分布集中的六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品。
本发明是以氨气而不是其他形态的氨（如氨水）或碱性物质（如氢氧化钠）与镁盐溶液反应，过程中不使用任何晶型调节剂或其它化学原料。六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品的生成过程为一步反应，而不是非六方片状氢氧化镁合成后再行水热处理的两步反应工艺。是以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液为镁成分来源，镁盐原料液镁离子浓度为1.0～2.5mol/L，与氨气反应后产物液镁离子浓度为0～0.6mol/L，反应釜内溶液温度为120℃～140℃，镁盐溶液在反应釜内平均停留时间为2～4h。
同时，本发明是采用基于液体射流原理的气液混合器（如喷射泵）为氨气输送与吸收设备，不使用诸如氨压缩机等动力设备来实现氨气在系统内及设备间的流动与循环，对氨气温度与氨气中水汽含量要求不高且气液混合效果好，利于连续化、规模化工业生产。气液混合器流出的气（氨气）、液（镁盐溶液）、固（氢氧化镁颗粒）三相混合流体高速切向进入反应釜，可以实现反应釜内溶液与氨气的无机械搅拌混合，并且在混合器连接管出口处不会形成由于氢氧化镁结晶析出而导致的管口堵塞。
本发明实现了一步法连续过程下的六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品的规模化生产，过程步骤少、温度压力条件低、无其它原料消耗，设备投资与生产成本均较两步法工艺降低，适应于资金及技术条件一般的生产企业采用。
本发明的优点与效果是：
1．本发明采用氨气为反应物料，由反应釜底引出的反应后产物母液过滤、滤渣洗涤均容易，氢氧化镁产品纯度高。
2．本发明六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品经氨气与镁盐反应直接生成（即一步法合成），不需要再经过水热处理过程，技术路线短，操作步骤少，温度、压力条件降低，也不使用氢氧化钠、氢氧化钾等强碱，生产成本低。
3．本发明采用了基于流体力学原理的气液混合器，避免了氨气通入过程中常使用的氨压缩机在操作上的困难，适合于规模化工业生产。
4．本发明连接管流出的气（氨气）、液（镁盐溶液）及固（氢氧化镁）三相混合浆液，自反应釜内壁切向喷射进入反应釜，能够推动反应釜内流体旋转而实现反应釜内氨气与镁盐溶液的很好混合，可以不使用机械搅拌，避免了反应釜因机械搅拌而带来的密封问题，也避免了通氨过程中管口被生成的氢氧化镁堵塞的问题。
5．本发明如果镁盐原料液为轻烧粉与氯化铵或硝酸铵通过蒸氨反应得到的镁盐精制液，则氢氧化镁合成过程中所用氨气可以来自于蒸氨反应，而氯化铵或硝酸铵则来自于产品过滤的滤液，因此氨气可在系统内循环使用，没有含氨（或铵）物质的排放，生产环境好。
6．本发明工艺不需要使用起调节产品晶型作用的助剂（如表面改性剂），操作步骤简单，原料消耗品种少，系统内溶液不起泡，从而降低了生产成本和生产难度。
7．本发明开发的技术方案能够一步法合成高质量阻燃剂型氢氧化镁产品，操作步骤简单，所需设备及占地面积少，设备投资及生产费用低，污染物排放量少，适宜于规模化生产。
附图说明
图1为本发明技术方案的工艺流程示意图；
图2为本发明实施例一的产品颗粒性质表征的扫描电镜（SEM）图（1500倍）；
图3为本发明实施例一的产品颗粒性质表征的扫描电镜（SEM）图（20000倍）；
图4为本发明实施例一的产品颗粒性质表征的粒度及分布图；
图5为本发明实施例一的产品颗粒性质表征的XRD图；
图6为本发明实施例二的产品颗粒性质表征的扫描电镜（SEM）图（1500倍）；
图7为本发明实施例二的产品颗粒性质表征的扫描电镜（SEM）图（20000倍）；
图8为本发明实施例二的产品颗粒性质表征的粒度及分布图；
图9为本发明实施例二的产品颗粒性质表征的XRD图。
注：本发明附图2-9仅为产品的测试结果示意图，图中内容的清晰与否并不影响对本发明的理解。
具体实施方式
本发明提出了一种一步法合成阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，并提出了采用的工艺、条件及关键设备。采用本发明方法生产的氢氧化镁产品满足其作为阻燃剂的使用要求，并且相对两步法工艺因过程步骤减少、操作条件降低而可使生产成本降低。
本发明技术方案的工艺流程如图1所示。镁盐原料液与从反应釜1引出的液体经泵2送入换热器3，离开换热器的冷却后液体进入气液混合器4，在混合器及混合器与反应釜间的连接管5内氨气溶解于镁盐溶液并反应生成氢氧化镁，连接管流出的气（氨气）、液（镁盐溶液）及固（氢氧化镁）三相混合浆液喷射进入反应釜1，在反应釜内氨与镁盐继续反应生成氢氧化镁，含氢氧化镁的浆液自反应釜底部引出，再经过滤机6过滤、洗涤、干燥过程后得到六方片状氢氧化镁产品。
上述方案的镁盐原料液，为氯化镁或硝酸镁溶液，或为轻烧粉与氯化铵或硝酸铵通过蒸氨反应而得到的镁盐精制液，原料液镁离子浓度为1.0～2.5mol/L。
上述方案的换热器3提供系统循环液的冷却，将送入换热器的液体由120℃～140℃冷却致不超过90℃离开。
上述方案的气液混合器4基于液体射流形成一定真空对气体（氨气）吸引的流体力学原理，包括但不只是喷射泵。
上述方案的连接管5流出的气（氨气）、液（镁盐溶液）及固（氢氧化镁）三相混合浆液，自反应釜1内壁切向喷射进入反应釜，能够推动反应釜内流体旋转，以实现反应釜内氨气与镁盐溶液不借助于机械搅拌的混合，促进氢氧化镁的生成。
上述方案的反应釜1内溶液的温度为120℃～140℃。
本发明首先根据阻燃剂型氢氧化镁产品的既定产量，按着本发明技术方案的指引完成生产装置的设计与建设，并调试各设备运转正常。
生产过程及步骤如下：（1）将按本发明技术方案浓度条件配制的镁盐原料液加入反应釜至指定液位，使反应釜内溶液温度升至120℃～140℃并保持不变；（2）启动循环泵并打开换热器冷却水阀，使反应釜内液体依次通过泵、换热器、气液混合器及连接管并返回反应釜进行再循环，换热器使循环液冷却，气液混合器吸入氨气；（3）气液混合器、连接管及反应釜内氨气与本发明确定的镁盐反应生成氢氧化镁；（4）当反应釜内溶液镁离子浓度降低至0～0.6mol/L时，开启设在反应釜底部的排料阀以一定流量排出产物料浆，同时按图1流程开始向系统内加入镁盐原料液，产物料浆经过滤、洗涤、干燥得到产品；（5）控制各条件，系统进入连续稳定过程，反应釜内溶液平均停留时间为2～4h。
当上述的镁盐原料液来自于轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应所生成时，氯化铵或硝酸铵可为来自于产物料浆过滤的滤液，蒸氨反应产生的氨气可供气液混合器的吸氨，从而氨（及氯化铵或硝酸铵）在系统内循环使用、以轻烧粉（轻烧氧化镁）为原料制备阻燃剂型氢氧化镁。该过程中蒸氨与沉镁（氢氧化镁生成）两化学反应式分别如下：
蒸氨：MgO+2NH4Cl（或NH4NO3）→MgCl2（或Mg(NO3)2）+2NH3↑+H2O
沉镁：MgCl2（或Mg(NO3)2）+2NH3+2H2O→Mg(OH)2↓+2NH4Cl（或NH4NO3）。
实施例一
通过轻烧粉（含氧化镁87wt%、氧化镁活性92%）与硝酸铵进行蒸氨反应获得硝酸镁精制液（镁离子浓度1.25mol/L、铵根离子浓度0.15mol/L），按本发明上述具体实施方式的步骤与条件完成氢氧化镁产品的生产，反应釜内溶液温度130℃，产物料浆镁离子浓度0.45mol/L。产品颗粒性质表征如图2-5。
实施例二
通过轻烧粉（含氧化镁87wt%、氧化镁活性92%）与氯化铵进行蒸氨反应获得氯化镁精制液（镁离子浓度1.40mol/L、铵根离子浓度0.10mol/L），按本发明上述具体实施方式的步骤与条件完成氢氧化镁产品的生产，反应釜内溶液温度130℃，产物料浆镁离子浓度0.30mol/L。产品颗粒性质表征如图6-9。
Claims (3)
1.一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，其特征是：该方法包括以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液及氨气为原料，利用基于液体射流原理的气液混合器为氨气输送与吸收设备，结合反应釜内的氨气在镁盐溶液中的溶解、反应与生成的氢氧化镁产品颗粒的结晶、沉淀的过程，在控制温度和物料浓度及原料配比条件下，不使用晶型调节剂，一步法得到分散性好、粒度分布集中的六方片状阻燃剂型氢氧化镁产品；其工艺过程以氨气与镁盐溶液反应，即：以氯化镁或硝酸镁或通过轻烧粉与氯化铵或硝酸铵的蒸氨反应而得到的镁盐溶液为镁成分来源，镁盐原料液镁离子浓度为1.0～2.5mol/L，与氨气反应后产物液镁离子浓度为0～0.6mol/L，反应釜内溶液温度为120℃～140℃，镁盐溶液在反应釜内平均停留时间为2～4h。
2.如权利要求1所述的一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，其特征是：所述的氨气其输送与吸收设备采用基于液体射流原理的气液混合器，如喷射泵。
3.如权利要求1所述的一种阻燃剂型氢氧化镁的生产方法，其特征是：所述的气液混合器流出的气、液、固体，如氨气、镁盐溶液、氢氧化镁颗粒，三相混合流体为高速切向进入反应釜，实现反应釜内溶液与氨气的无机械搅拌混合。
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