CN104386717B - 一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，属于阻燃剂原料制备技术领域。其特征在于：以氢氧化镁为原料，以加压下的二氧化碳为转化剂，首先在60~120℃温度下，将粗氢氧化镁与去离子水按质量比1:3~6条件下加入高压反应釜内，通入二氧化碳气体，釜内压力保持在1~6Mpa，搅拌反应1~6小时，放出二氧化碳，将釜内温度加热到260~360℃温度下，反应1~4小时，过滤干燥可得。采用本工艺制备的高性能氢氧化镁阻燃剂可替代现有的高性能氢氧化镁，且成本只有目前高性能氢氧化镁生产成本的三分之一。该方法工艺简单、成本低、绿色无污染、产品纯度高、易于分散。
Description
技术领域
一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，属于阻燃剂原料制备技术领域。
背景技术
镁资源是卤水资源中储量较大的一种，也是地球上丰度较高的元素之一。但地壳中有开采价值的固体镁矿并不多，大多以可溶性镁盐贮存在海水或盐湖卤水中。目前而言，卤水中镁的有效利用程度非常低。制盐工业中，产生的副产物卤水含有数量可观的镁离子，不加以利用势必会造成镁资源的浪费。由于氢氧化镁是新型的镁质阻燃剂，具有无毒、阻燃、抑烟、热稳定性高等优点，近年来已成为重要的无机阻燃剂。如果能提纯出氢氧化镁作为阻燃剂投入到市场中去，这对卤水资源的综合利用具有非常大的意义。
卤水中分离出的氢氧化镁副产物呈胶体状、粘度大、极性强、趋向于二次团聚，其中含有大量的杂质，与标准(HG/T3607-2000)比较，多项杂质均超标，离阻燃剂的要求有一定距离。由于卤水生产的氢氧化镁杂质多，性质差，不能作为阻燃剂在工业上使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种易于操作的，产品品质高、形貌好的制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：
1）转化：将卤水产氢氧化镁与去离子水按质量比1:3~6加入高压反应釜内，向高压反应釜内通入二氧化碳气体使高压反应釜内压力保持在1MPa~6MPa，加热使高压反应釜内温度保持在60℃~120℃，搅拌反应1~6小时，使氢氧化镁完全转化为碱式碳酸镁，同时析出杂质；
2）成型：放出高压反应釜内的二氧化碳，并继续加热将高压反应釜内温度提升至260℃~360℃下反应1~4小时，通过水热反应重新成型得到氢氧化镁；
3）分离：反应完成后将高压反应釜内的反应产物进行过滤、去离子水洗涤、干燥、粉碎，即得到氢氧化镁阻燃剂。
本发明所述工艺的特点是：（1）首次采用二氧化碳做转化剂提纯氢氧化镁，在一定二氧化碳压力下，水溶液中的氢氧化镁逐渐转化为碱式碳酸镁，由于碱式碳酸镁在水中的溶解度大于氢氧化镁，可使其它杂质溶解于水中；（2）采用适当压力加压二氧化碳，利用温度配合可提高氢氧化镁转变为碱式碳酸镁的速率及转化率；（3）放出二氧化碳后升温，此时碱式碳酸镁又重新转化为氢氧化镁，氢氧化镁在此过程中因为自身的溶解度小而析出，本发明通过控制此水热反应条件及改性工艺改善了氢氧化镁的形貌及分散性；（4）该生产工艺中只是应用了去离子水与二氧化碳，完全无污染，是绿色化工生产工艺，将卤水中分离出的氢氧化镁质量百分比只有80%左右粗氢氧化镁，在高压反应釜内进行提纯与转化，制备粒径均一、分散性能优良高纯氢氧化镁阻燃剂。
所得氢氧化镁阻燃剂的颗粒原生粒径为0.05μm~2.0μm，平均团聚粒径1.8μm~3.0μm，比表面积6m2/g~40m2/g，氢氧化镁阻燃剂中氢氧化镁的质量百分比大于99.50%。
优选的，步骤1中所述卤水产氢氧化镁与去离子水按质量比为1:4~5。氢氧化镁属于微溶物，常温下在水中的溶解度非常小，粗氢氧化镁与去离子水按质量比主要是为适应碱式碳酸镁的溶解度，并增大杂质的溶出率。当该质量比为1:4~5碱式碳酸镁溶解速率恰好能适应加压二氧化碳转化氢氧化镁的速率，保证转化速率。在之后的成型步骤中碱式碳酸镁的浓度又正好约束析出的氢氧化镁成型，维持氢氧化镁的最佳粒径。
优选的，步骤1中高压反应釜内压力保持在4MPa~5MPa，搅拌反应时间为1.5~2小时。高压反应釜内压力是控制二氧化碳转化氢氧化镁的速率的最主要手段。氢氧化镁虽然属于微溶物，在水中的溶解度非常小，但是过量的氢氧化镁在水中存在一定速率的溶解析出平衡，二氧化碳趋向于和处于溶解状态的微量氢氧化镁反应，釜内压力在4MPa~5MPa时，能使该转化效率配合本发明名提供的加热状态下氢氧化镁的溶解平衡速率，既不会因过分加压而增大消耗，又能使二氧化碳和氢氧化镁的反应整体处于较高的效率下进行。
优选的，步骤2中高压反应釜内放出的二氧化碳可利用二氧化碳回收装置进行回收；回收的二氧化碳进行分离、加压、再循环用于高压反应釜内的二氧化碳加压。高压反应釜内放出的二氧化碳中还包含一定量的水汽，比较容易处理，在回收后可以进行重复利用。二氧化碳回收后，循环至下次工艺生产，降低了成本。回收的二氧化碳温度和含水汽量能够最好的适应转化步骤中高压反应釜内环境，降低釜内热量消耗。
本发明提出采用二氧化碳加压-水热提纯改性氢氧化镁获得阻燃剂。该方法工艺简单、成本低、绿色无污染、产品纯度高、易于分散。采用本工艺制备的高性能氢氧化镁阻燃剂可替代现有的高性能氢氧化镁，且成本只有目前高性能氢氧化镁生产成本的三分之一，可用于高档橡胶、塑料、电线电缆及陶瓷建材等行业的阻燃剂，前景广阔。
与现有技术相比，本发明的一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法所具有的有益效果是：二氧化碳加压-水热提纯改性获得高纯氢氧化镁阻燃剂，属于绿色化工工艺。本发明提出了一种二氧化碳加压-水热提纯改性氢氧化镁阻燃剂的新方法，以卤水产氢氧化镁为原料，以加压下的二氧化碳为转化剂，经转化和成型后可制得颗粒原生粒径0.05μm~2.0μm，平均团聚粒径1.8μm~3.0μm，比表面积6m2/g~40m2/g，氢氧化镁质量百分比大于99.50%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，其中实施例1为最佳实施例。
实施例1
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在100℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在5MPa，并反应1.5小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至320℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径在0.05μm~2.0μm，平均团聚粒径1.8μm，比表面积40m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.91%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
实施例2
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与5重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在60℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在4MPa，并反应2小时，6小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至340℃，继续反应2小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径0.2μm~.2.0μm，平均团聚粒径2.5μm，比表面积20m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.55%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
实施例3
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在60℃温度下，100转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在3MPa，并反应3小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以100转/分钟搅拌并升温至260℃，继续反应4小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径0.5μm~2.0μm，平均团聚粒径3μm，比表面积6m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.56%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
实施例4
将1.5重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在120℃温度下，260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在1MPa，并反应6小时，6小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以100转/分钟搅拌并升温至260℃，继续反应2小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径0.5μm~2.0μm，平均团聚粒径2.8μm，比表面积11m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.50%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
实施例5
将2重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在100℃温度下、180转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在6MPa，并反应1小时，2小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以180转/分钟搅拌并升温至360℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径0.4μm~2.0μm，平均团聚粒径2.6μm，比表面积30m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.85%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
实施例6
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与3重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在90℃温度下，在150转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在3MPa，并反应4小时，5小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以150转/分钟搅拌并升温至280℃，继续反应3小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径0.7~2.0μm，平均团聚粒径2.7μm，比表面积18m2/g，氢氧化镁质量百分比为99.61%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
对比例1
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与1.5重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在100℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在5MPa，并反应1.5小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至320℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径在1.2μm~3.5μm，平均团聚粒径7.2μm，比表面积15m2/g，氢氧化镁质量百分比为92.48%的氢氧化镁阻燃剂。
对比例2
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在40℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在5MPa，并反应1.5小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至320℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径在0.1μm~3.6μm，平均团聚粒径6.8μm，比表面积19m2/g，氢氧化镁质量百分比为91.92%的氢氧化镁阻燃剂。
对比例3
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在100℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在0.5MPa，并反应1.5小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至320℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径在0.1μm~3.7μm，平均团聚粒径6.6μm，比表面积22m2/g，氢氧化镁质量百分比为92.17%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
对比例4
将1重量份卤水中分离出的粗氢氧化镁与6重量份去离子水分别加入到高压反应釜内，在100℃温度下，在260转/分钟搅拌条件下匀速通入二氧化碳，直至釜内压力保持在5MPa，并反应1.5小时，一小时后将釜内气相排入二氧化碳回收装置。继续以260转/分钟搅拌并升温至200℃，继续反应1小时，然后冷却、过滤、在80℃利用去离子水洗涤、再在110℃干燥、粉碎后得到颗粒原生粒径在0.1μm~2μm，平均团聚粒径6.7μm，平均比表面积20m2/g，氢氧化镁质量百分比为96.06%粒径均一、分散性能优良的氢氧化镁阻燃剂。
由对比例1和实施例1相较可以看出粗氢氧化镁与去离子水的质量比过大，会影响碱式碳酸镁析出氢氧化镁时的粒径和团聚，导致颗粒原生粒径分布过宽、平均粒径过大，从而影响氢氧化镁的形貌及分散性。由对比例2和实施例1相较可以看出高压反应釜内温度过低会降低氢氧化镁溶解平衡的速率，无法满足与二氧化碳的反应速率，会影响杂质的溶出和粒径形成，颗粒原生粒径分布过宽，影响产品的分散性及纯度质量。由对比例3和实施例1相较可以看出当釜内压力过低，二氧化碳不能足够快的溶于水中，同样不能满足与氢氧化镁的反应速率，同样会影响杂质的溶出和粒径形成，颗粒原生粒径分布过宽，影响产品的分散性及纯度质量。由对比例4和实施例1相较可以看出水热反应的温度过低，会影响水热反应速率，相同条件下无法与工艺相配合，会导致氢氧化镁的损失和杂质的洗出。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：
1）转化：将卤水产氢氧化镁与去离子水按质量比1:3~6加入高压反应釜内，向高压反应釜内通入二氧化碳气体使高压反应釜内压力保持在1MPa~6MPa，加热使高压反应釜内温度保持在60℃~120℃，搅拌反应1~6小时，使氢氧化镁完全转化为碱式碳酸镁，同时析出杂质；
2）成型：放出高压反应釜内的二氧化碳，并继续加热将高压反应釜内温度提升至260℃~360℃下反应1~4小时，通过水热反应重新成型得到氢氧化镁；
3）分离：反应完成后将高压反应釜内的反应产物进行过滤、去离子水洗涤、干燥、粉碎，即得到氢氧化镁阻燃剂；
所得氢氧化镁阻燃剂的颗粒原生粒径为0.05μm~2.0μm，平均团聚粒径为1.8μm~3μm，比表面积6m2/g~40m2/g，氢氧化镁阻燃剂中氢氧化镁的质量百分比大于99.50%。
2.根据权利要求1所述的一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，其特征在于：步骤1中所述卤水产氢氧化镁与去离子水按质量比为1:4~5。
3.根据权利要求1所述的一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，其特征在于：步骤1中高压反应釜内压力保持在4MPa~5MPa，搅拌反应时间为1.5~2小时。
4.根据权利要求1所述的一种制备高纯氢氧化镁阻燃剂的方法，其特征在于：步骤2中高压反应釜内放出的二氧化碳可利用二氧化碳回收装置进行回收；回收的二氧化碳进行分离、加压、再循环用于高压反应釜内的二氧化碳加压。
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