CN103101936A

CN103101936A - 一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法

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Publication number: CN103101936A
Application number: CN201310038980XA
Authority: CN
Inventors: 徐胜博
Original assignee: LIAONING TAXACEAE TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Yingkou Ying Xin Chemical Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: CN103101936B

Abstract

本发明公开了一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，该方法以轻烧镁及铵盐为原料，通过蒸氨反应取得氨气和镁盐溶液，二者在喷射式反应器内接触并发生氢氧化镁沉淀反应，产物母液经适当时间陈化后过滤，含铵盐的滤液返回蒸氨系统，滤饼经洗涤、干燥得到颗粒形状统一、分散状况好的氢氧化镁产品。本工艺一步反应制备氢氧化镁，操作步骤简单、反应条件温和，产品颗粒形状统一并可通过改变反应条件进行颗粒形状调控。过程中铵盐与氨气循环，生产成本低、污染小，适宜于规模生产，产品可作高纯氧化镁的生产原料或高分子材料的阻燃添加剂。

Description

一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法

技术领域

本发明涉及氢氧化镁的制备技术领域，具体涉及一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法。

背景技术

氢氧化镁（Mg(OH)₂）是一种基础无机化工产品，合成过程制备的氢氧化镁，较多被用作高纯氧化镁的生产原料或高分子材料的阻燃添加剂。在这两方面的应用中，除对氢氧化镁产品的纯度和杂质与含量有要求外，通常对产品的颗粒形状、粒度与分布及晶型结构等状况也有特殊要求，其中颗粒形状一致的氢氧化镁产品能达到更好的使用要求。氢氧化镁产品的性质状况，与其制备的技术方法和工艺过程有关。

氢氧化镁制备技术，或因使用的镁原料来源如MgCl₂、MgO、Mg(NO₃)₂、MgSO₄等而有不同；或因使用的沉淀剂种类如NH₃、NaOH、Ca(OH)₂等而有不同；或因制备过程是连续还是间歇而有不同。目前，工业上主要采用的是MgCl₂为原料氨水法间歇过程生产技术。氨水法间歇过程存在一些工程技术方面的问题：如，在氨水法生产过程中，随着氨水向反应体系的持续加入而带入水分，反应体系中的NH₄ ⁺、Mg²⁺浓度不断变化且整个体系呈现不均匀，使形成的氢氧化镁产品颗粒在晶型的一致性上较差，产品多为不同晶型和颗粒形状的混合物。此外，氨水法生产过程中，产物过滤、洗涤都困难，干燥后易成结块，需研磨粉碎才能成为最终产品。为了使产品满足作为阻燃剂使用的要求，通常还需要对制备的氢氧化镁产品进行水热与表面改性处理。

总之，目前所报道的氢氧化镁制备工艺，特别是阻燃剂型氢氧化镁制备工艺，虽然在不断改进，但并没有摆脱常温合成、水热处理、表面改性三步法工艺，尚存在工艺流程较长、温度和压力高、产品产量较小和生产成本较高等技术缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，该方法工艺简单，生产成本低，产品纯度高，分散性好，且产品晶型均一并可调，采用本发明方法制备的氢氧化镁适用于作为高纯氧化镁的生产原料或高分子材料的阻燃添加剂。

本发明的技术方案为：

一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，包括如下步骤：

（1）将铵盐配制成质量百分比浓度为15-20%的铵盐水溶液，然后在铵盐水溶液中以1-1.2吨/小时的速度加入轻烧镁，至溶液pH值为9-10时停止加入，然后在搅拌条件下100-120℃下进行蒸氨反应；

（2）将步骤（1）中蒸氨反应后的反应液进行过滤，得到镁盐澄清滤液（铵盐水溶液中的Fe³⁺和Al³⁺等杂质离子经蒸氨反应形成沉淀，经过滤从反应液中去除）；

（3）采用喷射式反应器，将步骤（1）中蒸氨反应所得氨气经喷射式反应器的进气管道进入喷射器吸收管，将步骤（2）所得镁盐澄清滤液经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管，在喷射器吸收管处氨气与镁盐澄清滤液进行反应并生成氢氧化镁沉淀，至喷射器吸收管处反应液的pH值为12.5-13时停止反应；其中：反应温度20-35℃，反应时间0.5-1小时；

（4）将步骤（3）反应后的体系静置1-2小时后进行过滤，得到氢氧化镁滤饼和铵盐溶液；

（5）步骤（4）所得氢氧化镁滤饼用清水洗涤3次，80℃下干燥12小时，得到颗粒形状氢氧化镁粉状产品；步骤（4）所得铵盐溶液能够用于步骤（1）中蒸氨反应。

上述步骤（2）所得镁盐澄清滤液中也可以加入表面活性剂后，再经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管，在喷射器吸收管处与氨气进行反应，表面活性剂的加入量为镁盐澄清滤液质量的0.1-1％，所述表面活性剂为脂肪酸、脂肪酸盐、不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸盐；或者，将步骤（5）所得氢氧化镁产品再经气流磨处理，气流速度1.2-1.5马赫，处理时间1-1.5小时。

步骤（1）中所述铵盐为硫酸氨、氯化铵或硝酸氨。

所述轻烧镁的纯度为85-90％。

步骤（3）中，氨气经喷射式反应器的进气管道进入喷射器吸收管的流量为0.09-2.5m³/h，镁盐澄清滤液经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管的流量为200-400m³/h。

步骤（3）反应过程中，喷射式反应器内压力为0.1-0.2mPa。

通过上述方法制备的氢氧化镁产品，其粒径、粒径分布及表观形貌可通过以下四种方式中的一种或几种进行调节：

（1）调节氨气的流量；

（2）调节喷射器吸收管内镁盐澄清滤液的流入速度；

（3）调节氨气与镁盐澄清滤液进行反应的反应液最终pH值；

（4）调节氨气与镁盐澄清滤液进行反应后的静置时间。

本发明的有益效果是：

1、本发明原料为来源丰富的轻烧镁矿产资源，大大降低了阻燃剂的生产成本。

2、本发明采用氨气作为反应原料并循环利用，可以提高产品纯度，不影响反应体系物料浓度，节省原料运输成本。

3、本发明采用喷射反应器，通过喷射方式直接吸入反应物料氨气，并通过严格控制工艺参数，从而优化反应体系宏观及微观混合效果，产品颗粒形状统一且可按需要调控，并且粉质疏松，分散较好，易于过滤，产品纯度高。

4、本发明在反应过程中可以不加入表面改性剂，降低产品成本，减少工艺流程，同时得到形貌统一、粒径小且料径分布范围窄的氢氧化镁产品。

5、本发明加热反应过程中生成的氨气与沉镁反应过程中的母液（主要成分铵盐）可循环利用，提高了该工艺的经济效益。

6、本发明工艺步骤简单，所需设备占地少，投资费用低，污染小，适宜于规模生产。

7、本发明中氨气与镁盐水溶液为一步反应直接得到颗粒形状统一分散、粒径小且料径分布均匀的氢氧化镁产品，无需制备的氢氧化镁再经过水热处理达到颗粒形状统一的两步反应。

附图说明

图1为本发明方法中所用喷射式反应器的结构示意图；图中：1-圆筒形容器；2-喷射器吸收管；3-喷射管；4-化工泵；5-进气管道；6-传输管道；7-进料口；8-出料口。

图2是本发明实施例提供的工艺流程图。

图3是本发明实施例1提供的产品颗粒形状图：其中（a）为扫描电镜照片，（b）为粒径分布图。

图4为本发明实施例2产品粒径分布图。

图5是本发明实施例3提供的产品颗粒形状图：其中（a）为扫描电镜照片，（b）为粒径分布图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例详述本发明。

本发明方法中所用喷射式反应器的结构如图1所示，该喷射反应器包括用于盛装混合物料的圆筒形容器1、喷射器吸收管2、喷射管3和进气管道5；其中：喷射管3的一端与圆筒形容器1的侧壁相连，喷射管3的另一端与喷射器吸收管2的上部相连，喷射管3内设有化工泵4，圆筒形容器1内的液体通过化工泵4能够高速喷射至喷射器吸收管2内；所述进气管道5的一端连接喷射器吸收管2，气体通过进气管道5进入喷射器吸收管2，并与同时喷射入其内的液体结合。所述喷射器吸收管2的下端通过传输管道6与圆筒形容器1相连，使得喷射器吸收管2内的混合物料反应后通过该管道进入圆筒形容器1内。所述圆筒形容器1顶部或上部侧壁上设有进料口7，圆筒形容器1下部侧壁上设有出料口8。

所述化工泵的扬程为60m。

采用上述喷射式反应器进行本发明制备氢氧化镁的工艺流程如图2所示。

实施例1

取7kg硫酸铵配制成水溶液30L，调制成19%（质量百分比浓度）硫酸铵水溶液，然后缓慢加入轻烧镁粉（1吨/小时），至溶液pH值为9时停止加入，然后在搅拌条件下进行蒸氨反应（在蒸氨反应器内进行），蒸氨反应温度136℃。蒸氨反应的反应液经过滤，除去其中Fe³⁺和Al³⁺形成的沉淀后，得到镁盐澄清滤液（硫酸镁溶液）。

将蒸氨反应产生的氨气经喷射式反应器的喷射管吸入喷射器吸收管内（氨气流量0.09m³/h），将上述过滤后所得硫酸镁溶液加入喷射式反应器的圆筒形容器内，调节喷射式反应器内温度为20℃，圆筒形容器内硫酸镁溶液经喷射管喷射至喷射器吸收管内（流量为280m³/h），与吸入喷射器吸收管内的氨气反应，至反应液pH值为13时终止反应，得到氢氧化镁与硫酸铵混合的乳白色悬浊液。将该混合体系保温2h（20℃）并降至常温后过滤，得到的氢氧化镁滤饼用清水洗涤3次，于80℃干燥12h，得到氢氧化镁粉体产品，滤液返回蒸氨反应器，并补充轻烧镁粉，循环操作。所得氢氧化镁产品纯度达到98.8％，分散性好，颗粒形状统一，表观形状呈椭球形、微观型貌为花瓣状结构，如图3（a）所示。同时所得氢氧化镁产品粒径D₅₀为10μm，粒径分布范围小(集中分布范围7-20μm)，如图3（b）所示。

实施例2

与实施例1不同之处在于：将蒸氨反应产生的氨气吸入喷射器吸收管时，其氨气流量2m³/h，蒸氨反应过滤除杂后所得硫酸镁溶液喷射至喷射器吸收管时，其流量为300m³/h。该工艺过程所得氢氧化镁产品纯度为98.8％，分散性好且颗粒形状统一，形貌为六方片状，所得氢氧化镁产品粒径D₅₀为2μm，粒径分布范围小(集中分布范围0.8-5μm)，如图4所示。

实施例3

蒸氨反应及除杂过程同实施例一。将蒸氨反应产生的氨气经喷射式反应器的喷射管吸入喷射器吸收管内（氨气流量2.5m³/h），将上述过滤后所得硫酸镁溶液调至温度为25℃加入喷射式反应器的圆筒形容器内，同时容器内加入脂肪盐表面活性剂（十二烷基苯磺酸钠，加入量为硫酸镁溶液质量的0.5％），圆筒形容器内硫酸镁溶液经喷射管喷射至喷射器吸收管内（流量为300m³/h），与吸入喷射器吸收管内的氨气反应，至反应液pH值为13时终止反应，得到氢氧化镁与硫酸铵混合的乳白色悬浊液。将该混合体系保温3h（25℃）并降至常温后过滤，得到的氢氧化镁滤饼用清水洗涤3次，于80℃干燥12h，得到氢氧化镁粉体产品，滤液返回蒸氨反应器，并补充轻烧镁粉，循环操作。所得产品纯度达到99.0％，分散性好，颗粒形状统一，形貌为六方片状，如图5（a）所示；粒径D₅₀为1μm，粒径分布范围小(集中分布范围0.7-2μm)，如图5（b）所示。

实施例4

将实施例1所得氢氧化镁产品再通过气流磨进行处理，其工艺参数为：气流速度1.5马赫，每吨处理时间1小时，处理后所得氢氧化镁纯度98.8％，分散性好，颗粒形状统一，形貌为六方片状，粒径D₅₀为3μm，粒径分布范围小(1.0-10μm)。

实施例5

原料中氨盐选择氯化铵，其他工艺过程同实施例3。所得氢氧化镁产品纯度达到99.0％，分散性好，颗粒形状统一，形貌为六方片状，粒径D₅₀为1μm，粒径分布范围小(集中分布范围0.8-3μm)。

Claims

1.一种氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

（2）将步骤（1）中蒸氨反应后的反应液进行过滤，得到镁盐澄清滤液；

（3）采用喷射式反应器，将步骤（1）中蒸氨反应所得氨气经喷射式反应器的进气管道进入喷射器吸收管，将步骤（2）所得镁盐澄清滤液经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管，在喷射器吸收管处氨气与镁盐澄清滤液进行反应并生成氢氧化镁沉淀，至喷射器吸收管处反应液的pH值为12.5-13时停止反应；

2.根据权利要求1所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：将步骤（2）所得镁盐澄清滤液中加入表面活性剂后，再经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管，在喷射器吸收管处与氨气进行反应；或者，将将步骤（5）所得氢氧化镁产品经气流磨处理，气流速度1.2-1.5马赫，每吨处理时间1-1.5小时。

3.根据权利要求2所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：所述表面活性剂的加入量为镁盐澄清滤液质量的0.1-1％，所述表面活性剂为脂肪酸、脂肪酸盐、不饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸盐。

4.根据权利要求1所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（1）中所述铵盐为硫酸氨、氯化铵或硝酸氨。

5.根据权利要求1所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：所述轻烧镁的纯度为85-90％。

6.根据权利要求1或2所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（3）中，氨气经喷射式反应器的进气管道进入喷射器吸收管的流量为0.09-2.5m³/h，镁盐澄清滤液经喷射式反应器的喷射管喷射至喷射器吸收管的流量为200-400m³/h。

7.根据权利要求1或2所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（3）中，氨气与镁盐澄清滤液的反应温度20-35℃，反应时间0.5-1小时。

8.根据权利要求1所述的氨气喷射法制备氢氧化镁的方法，其特征在于：步骤（3）反应过程中，喷射式反应器内压力为0.1-0.2mPa。