CN105984890B - 取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)高温煅烧；(2)酸解；(3)纯化；(4)过滤；(5)沉淀、干燥。本发明将取向硅钢生产中产生的含有大量氧化镁的废弃物回收再利用，操作简单，既减少了固体废弃物排放，又避免了资源浪费。

Description

取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法
技术领域：
本发明涉及阻燃级氢氧化镁的制造方法，特别涉及用生产取向硅钢产生的氧化镁废弃物制造阻燃级氢氧化镁的方法。
背景技术
由于氢氧化镁无毒、无烟等特点，在无机阻燃剂领域也得到了快速的发展。氢氧化镁稳定性良好，不易挥发与分解(分解温度在300度以上)，分解吸热量大，可以有效降低材料表面温度，具有抑制高聚物分解的效应。同时，氢氧化镁具有良好的填充性能，安全无毒，与基体材料相容性好，氢氧化镁是一种环境友好的无机阻燃剂。随着环保意识的增强及阻燃法规的相继颁布，对环境的影响已成为选择阻燃剂的一个重要因素，因此高效、环保的无机纳米阻燃剂越来越受重视，这是氢氧化镁现在作为研究热点的又一大原因。近年来，有关氢氧化镁的研究、合作开发和生产应用活动十分活跃。国内外许多知名化学公司均在积极参与氢氧化镁无机阻燃剂的研究、开发和生产。此外，氢氧化镁是重要的无机化工产品，同时也是生产高纯氢氧化镁的中间产物。因此，利用较为廉价的方式获取大量的氢氧化镁迫在眉睫。
阻燃级氢氧化镁的生产方案很多，其中CN103803602A、CN102225776A和CN103803608A均说明了一种利用镁盐溶液生产氢氧化镁的方法，步骤均采用碱性沉淀剂、控制一定的pH值生成Mg(OH)2阻燃剂。利用此类方案获得的氢氧化镁的含量高，形貌可以控制，但是以镁盐为原料增加了原始成本。CN103663507A说明利用91％～96％的优质水镁石矿石进行球磨、筛选、分级等获得价格廉价的阻燃剂氢氧化镁。此种生产工艺简单、易于操作，但获得氢氧化镁纯度较低，形貌和颗粒度的可控性差。为了提高氢氧化镁阻燃剂与高分子材料的相容性，CN103694496A公布了一种生产活性氢氧化镁的方法，加入硅烷类改性剂，改善了氢氧化镁的表面性能，解决了氢氧化镁阻燃剂极性强、亲水性差以及与高分子材料相容性差等问题。此种表面活化的方式虽然可以部分解决氢氧化镁的表面性能，但是对于氢氧化镁的粉体进行改性，一方面加剧了氢氧化镁团聚，另一方面，氢氧化镁表面包覆不均匀性增加。
一方面是阻燃级氢氧化镁的大量需求；另一方面，生产取向硅钢时所产生的大量氧化镁废弃物作为废料处理，导致资源浪费。CN104099469A说明取向硅钢热处理后废弃氧化镁粉的利用，主要是对氧化镁废弃物与其他物质简单混合后生产转炉溅渣护炉用镁碳球，以使废弃氧化镁粉得到有效利用。
发明内容
在本发明中，为了实现镁资源的合理利用，根据取向硅钢氧化镁废弃物中高镁含量的特点，利用其生产附加值更高、阻燃效能较好的阻燃级氢氧化镁。
通过研究试验发现，利用取向硅钢氧化镁废弃物为原材料，通过酸再生的盐酸作为溶剂对氧化镁废弃物进行溶解生产粗镁盐，可降低生产成本；对取向硅钢氧化镁废弃物进行煅烧活化，可增加废弃物的反应活性；对粗镁盐进行除铁，可提高了阻燃级氢氧化镁的纯度；同时在氢氧化镁的合成过程中加入聚乙二醇调控氢氧化镁的形貌及颗粒度，在氢氧化镁成型阶段削弱极性面的露出，降低其极性，增加其与高分子材料的相容性。因此，本发明通过将取向硅钢氧化镁废弃物进行深度处理后低成本生产出高纯度且与高分子材料相容性好的氢氧化镁阻燃剂，从而实现变废为宝，无论是从经济效益，降低了取向硅钢生产成本；还是从社会效益，提高废弃物资源化的回收利用率，提升企业形象都是具有非常重要的意义。
本发明中，术语“取向硅钢氧化镁废弃物”是指硅钢生产过程中产生的含有大量氧化镁的废弃物。
本发明提供了一种取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法，其解决取向硅钢氧化镁废弃物的回收再利用问题，将取向硅钢生产过程中产生的含有大量氧化镁的废弃物回收再利用，操作简单，既减少了固体废弃物的排放，又避免了资源的浪费。
本发明的取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法，其包括如下步骤：
(1)高温煅烧：将取向硅钢氧化镁废弃物进行高温煅烧，除去碳，得到灰白色固体；
(2)酸解：向步骤(1)得到的灰白色固体中加入酸进行酸解，静置，过滤，得到酸解溶液；
(3)纯化：向步骤(2)得到的酸解溶液中加入双氧水，静置，过滤，得到粗镁离子溶液；
(4)过滤：向步骤(3)得到的粗镁离子溶液中加入碱，控制pH值为8～9，过滤，得到的滤液为高纯镁离子溶液；
(5)沉淀、干燥：向步骤(4)得到的高纯镁离子溶液中加入表面活性剂，再加入碱，控制pH为10～11.5，生成氢氧化镁沉淀，经过滤、干燥后得到阻燃级氢氧化镁。
优选的，步骤(1)所述的高温煅烧的温度为600～800℃。
优选的，步骤(2)所述的酸为质量分数15～18％的盐酸。所述盐酸可以为再生盐酸。
优选的，步骤(2)中所用的灰白色固体与所述酸的比例为1g:(8～10.5)ml。
优选的，步骤(2)所述酸解在60～90℃水浴中溶解反应3～5h。得到的所述酸解溶液为黄绿色粗Mg2+溶液，其中的杂质主要为铁离子。
优选的，步骤(3)所述酸解溶液与双氧水的体积比为5:1～8:1，所述粗镁离子溶液为黄色的粗Mg2+溶液，所述静置时间为1～1.5小时。
优选的，步骤(4)中所述碱为氨水。控制pH值为8～9可以使铁离子几乎完全生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀。
优选的，步骤(5)所述表面活性剂为聚乙二醇，且取向硅钢氧化镁废弃物与聚乙二醇的质量比为30:1～50:1。加入聚乙二醇可以提高分散性及实现Mg(OH)2沉淀的形貌控制。所述的聚乙二醇优选为重均分子量为400至5000的聚乙二醇，优选为聚乙二醇600或聚乙二醇2000。
优选的，步骤(5)中所述碱为氨水。控制pH为10～11.5可以使溶液变为白色浑浊，使溶液中的镁离子尽可能生成Mg(OH)2沉淀。
在一个优选的实施方式中，本发明提供了一种取向硅钢氧化镁废弃物生产阻燃级氢氧化镁的方法，其以生产取向硅钢过程中含氧化镁的废弃物作为原材料，通过高温煅烧、酸解、纯化、过滤、沉淀、干燥等基本化学过程生产阻燃级氢氧化镁，具体过程包括如下步骤：
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入氧气的600～800℃管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体；
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入在质量分数为15～18％的再生盐酸，灰白色固体与再生酸的比例为1g:8～10.5ml，在60～90℃水浴中溶解反应3～5h，过滤得到含铁离子杂质的黄绿色粗Mg2+溶液；
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照粗Mg2+溶液：双氧水的体积比为5～8:1的比例添加双氧水后，使溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1～1.5h；
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为8～9，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液；
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇质量比为30～50:1的比例添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为10～11.5，溶液变为白色浑浊，经过滤、干燥，得到阻燃级氢氧化镁。
所述聚乙二醇可以是重均分子量为400至5000的聚乙二醇，例如聚乙二醇600或聚乙二醇2000。
本发明通过采用上述技术方案，可以将取向硅钢生产过程中产生的大量含氧化镁的废弃物回收再利用，生产阻燃级氢氧化镁。通过本发明的方法，取向硅钢氧化镁废弃物中的镁元素基本得到回用，回收效率超过95％，且由此生产出的氢氧化镁纯度极高，镁含量(以氢氧化镁计)能够达到99.40％左右，颗粒度比较均匀且可控制在2～4μm。同时实现了氧化镁废弃物的减排，避免了其造成的环境污染。在降低取向硅钢氧化镁废弃物的处置费用的同时，生产形成的阻燃级氢氧化镁又可以取得一定经济效益。
附图说明
图1为实施例1所得阻燃级氢氧化镁的激光粒度仪的粒度分布图；
图2为实施例2所得阻燃级氢氧化镁的激光粒度仪的粒度分布图；
图3为实施例3所得阻燃级氢氧化镁的激光粒度仪的粒度分布图。
具体实施方式
所用取向硅钢氧化镁废弃物为宝钢生产取向硅钢产生的氧化镁废弃物，其成份如下：MgO≥90％，Al2O3≤2.2％，SiO2≤2.5％，总铁含量(TFe)≤2.1％，其它杂质≤1.2％；取向硅钢氧化镁废弃物粒径为5μm≤D50≤15μm。
激光粒度仪采用马尔文的Zetasizer 2000。
实施例1
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入氧气的600℃管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体。
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入质量分数为16％的再生盐酸中，灰白色固体与再生酸的比例为1g:9ml，再60℃水浴中溶解反应4h，过滤得到主要含铁离子杂质的黄绿色粗Mg2+溶液。
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照粗Mg2+溶液：双氧水的体积比为5：1的比例添加双氧水后，溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1h。
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为8.5，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液。
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇2000的质量比例为30：1添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为10，使溶液中的镁离子生成Mg(OH)2沉淀,经过滤、干燥，得到阻燃级氢氧化镁。
利用激光粒度仪测试所得阻燃级氢氧化镁的平均粒径为2.512μm，其粒度分布图如图1所示。
实施例2
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入氧气的700℃管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体。
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入质量分数为15％的再生盐酸中，灰白色固体与再生酸的比例为1g:10ml，在80℃水浴中溶解反应4h，过滤得到黄绿色粗Mg2+溶液。
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照粗Mg2+溶液：双氧水的体积比为6:1的比例添加双氧水后，溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1.5h。
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为9，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液。
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇2000为40：1的质量比例添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为10.5，使溶液中的镁离子生成Mg(OH)2沉淀,经过滤、干燥，得到阻燃级氢氧化镁。
利用激光粒度仪测试所得阻燃级氢氧化镁的平均粒径为3.296μm，其粒度分布图如图2所示。
实施例3
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入氧气的800℃管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体。
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入质量分数为17.5％的再生盐酸，灰白色固体与再生酸的比例为1g:8.5ml，在90℃水浴中溶解反应5h，过滤得到黄绿色粗Mg2+溶液。
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照粗Mg2+溶液：双氧水的体积比为5：1的比例添加双氧水后，溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1h。
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为8，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液。
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇600质量比为50：1的比例添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为11，使溶液中的镁离子生成Mg(OH)2沉淀,经过滤、干燥，得到阻燃级氢氧化镁。
利用激光粒度仪测试所得阻燃级氢氧化镁的平均粒径为2.685μm，其粒度分布图如图3所示。
实施例4
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入氧气的600℃管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体。
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入质量分数为18％的再生盐酸，灰白色固体与再生酸的比例为1g:8.3ml，在60℃水浴中溶解反应4h，过滤得到黄绿色粗Mg2+溶液。
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照酸解溶液：双氧水的体积比为8：1的比例添加双氧水后，溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1h。
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为8.5，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀，而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液。
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇2000的质量比为50：1的比例添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为11.5，使溶液中的镁离子生成Mg(OH)2沉淀,经过滤、干燥，得到阻燃级氢氧化镁。
利用激光粒度仪测试所得阻燃级氢氧化镁的平均粒径为3.785μm。

Claims (11)

1.一种生产阻燃级氢氧化镁的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)高温煅烧：将取向硅钢氧化镁废弃物进行高温煅烧，除去碳，得到灰白色固体；
(2)酸解：将步骤(1)得到的灰白色固体加入到酸中进行酸解，静置，过滤，得到酸解溶液；
(3)纯化：向步骤(2)得到的酸解溶液中加入双氧水，静置，过滤，得到粗镁离子溶液；
(4)过滤：向步骤(3)得到的粗镁离子溶液中加入碱，控制pH值为8～9，过滤，得到的滤液为高纯镁离子溶液；
(5)沉淀、干燥：向步骤(4)得到的高纯镁离子溶液中加入表面活性剂，再加入碱，控制pH为10～11.5，生成氢氧化镁沉淀，经过滤、干燥后得到阻燃级氢氧化镁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的高温煅烧的温度为600～800℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的酸为质量分数15～18％的盐酸。
4.根据权利要求1或3所述方法，其特征在于，步骤(2)中所用的灰白色固体与所述酸的比例为1g:8～10.5ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述酸解在60～90℃水浴中溶解反应3～5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述酸解溶液与双氧水的体积比为5:1至8:1，所述静置时间为1～1.5小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)和(5)中的所述碱为氨水。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述表面活性剂为聚乙二醇，且取向硅钢氧化镁废弃物与聚乙二醇的质量比为30:1至50:1。
9.根据权利要求1所述的方法，包括如下步骤：
(1)将取向硅钢氧化镁废弃物在通入600～800℃的氧气的管式炉内高温煅烧，除去多余碳，得到灰白色固体；
(2)将步骤(1)得到的灰白色固体加入质量分数为15～18％的再生盐酸中，灰白色固体与再生盐酸的比例为1g:8～10.5ml，在60～90℃水浴中溶解反应3～5h，过滤得到黄绿色粗Mg2+溶液；
(3)将步骤(2)得到的粗Mg2+溶液中按照粗Mg2+溶液：双氧水的体积比为5～8:1的比例添加双氧水后，溶液由黄绿色变为黄色，得到黄色粗Mg2+溶液，静置1～1.5h；
(4)向步骤(3)得到的黄色粗Mg2+溶液中，滴加氨水，控制pH值为8～9，使铁离子生成Fe(OH)3沉淀而镁离子不发生沉淀，经过滤得到高纯Mg2+溶液；
(5)向步骤(4)得到的高纯Mg2+溶液中按照取向硅钢氧化镁废弃物：聚乙二醇质量比30～50g：1g的比例添加聚乙二醇后，再滴加氨水，控制pH为10～11.5，溶液变为白色浑浊，经过滤、干燥得到阻燃级氢氧化镁。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述的聚乙二醇为重均分子量为400至5000的聚乙二醇。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的聚乙二醇为聚乙二醇600或聚乙二醇2000。
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