CN112452286A - 一种氢氧化镁浆料的制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢氧化镁浆料的制备装置及方法，该制备装置包括混料罐、储料罐以及至少一个水化器，水化器包括进料口、驱动装置、减速机、搅拌轴、气压控制阀门、挡板、控制器和出料口，进料口与混料罐相连，出料口与储料罐相连，驱动装置与减速机相连，减速机的输出端与搅拌轴连接，搅拌轴伸入水化器的内部，水化器上设有能调控水化器内部压力的气压控制阀门，挡板设于出料口处，水化器外设有控制器，控制器对挡板进行控制；还包括基于上述装置的氢氧化镁浆料制备方法。本发明以含镁水为水化剂和工艺水，可以提高氧化镁溶解速率，同时增加镁源，配合高速剪切搅拌，大幅提高氢氧化镁水化率，可快速制备稳定的高浓度氢氧化镁浆料。
Description
技术领域
本发明属于化学浆料制备技术领域，尤其涉及一种氢氧化镁浆料的制备装置及方法。
背景技术
氢氧化镁由于其具有高活性，高吸附能力和较强的缓冲性能，使用安全及腐蚀性低等诸多独特性能，其原料储量又非常丰富，故在近年来被广泛研究。工业上获得氢氧化镁浆料的方法通常有氧化镁水化法、卤水沉淀法、水镁石湿法粉碎法等。卤水沉淀法存在纯度不高、成本较高等问题；水镁石法湿法粉碎法较为简单，但是该矿石在自然界中含量较少；目前应用最多的就是氧化镁水化法，该方法以菱镁矿为主要原料，经过煅烧制成活性氧化镁，再将其水化合成氢氧化镁。目前最常用的是采用轻烧氧化镁水化的方式制备氢氧化镁，水化一般是通过搅拌完成的，水化时间1～24h，水化温度30～60℃，水化率一般在60～70％。通常的氧化镁水化制备氢氧化镁工艺的水化率不高、水化时间长，而且长时间放置浆料易沉淀，难以制备稳定的高浓度浆料。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种氢氧化镁浆料的制备装置及方法，来解决目前氢氧化镁浆料制备水化率低、水化时间长、易沉淀、难以获得高浓度浆料等问题。本发明采用的技术手段如下：
一种氢氧化镁浆料的制备装置，包括混料罐、储料罐以及至少一个水化器，所述水化器包括进料口、驱动装置、减速机、搅拌轴、气压控制阀门、挡板、控制器和出料口，所述进料口与所述混料罐相连，所述出料口与所述储料罐相连，所述驱动装置与所述减速机相连，所述减速机的输出端与所述搅拌轴连接，所述搅拌轴伸入所述水化器的内部，所述水化器上设有能调控水化器内部压力的气压控制阀门，所述挡板设于所述出料口处，所述水化器外设有控制器，所述控制器对所述挡板进行控制。
优选地，所述水化器内设有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器相连。
优选地，所述水化器的数量为两个，两个水化器串联连接，所述气压控制阀门包括压力传感器和电磁阀，所述驱动装置为电机，所述进料口与所述混料罐之间设有输送泵，所述输送泵为蠕动泵。
优选地，所述搅拌轴上设有搅拌桨叶，所述搅拌桨叶沿所述搅拌轴周向呈环形分布，形成多个环形圈，每个环形圈包括至少两个搅拌桨叶，所述搅拌桨叶倾斜设置在所述搅拌轴上，所述搅拌桨叶与所述搅拌轴的轴向夹角为45-75度，该夹角朝向来料方向，所述搅拌轴长度为水化器长度的3/5～5/6，所述搅拌轴和搅拌桨叶的总高度为水化器高度的1/2～5/6。
优选地，所述搅拌轴和搅拌桨叶的材质为陶瓷或316不锈钢。
一种基于上述装置的氢氧化镁浆料制备方法，包括如下步骤：
S1、将粒径325-5000目的轻烧氧化镁粉、含镁水和分散剂混合得到浆液，其中轻烧氧化镁占浆液的质量分数为27-60％，分散剂占浆液的质量分数为1-5％；
S2、将所得浆液加入水化器中，控制水化器内压力为0.1-0.5MPa，搅拌混合；因为加入的物料都是常温的，物料在水化器中反应放热，导致升温，反应结束以后温度会慢慢下降；当浆液温度下降至50℃以下时，即得到氢氧化镁浆料。
优选地，步骤S1中，所述含镁水包括富镁水和自来水，富镁水与自来水的质量比为(0-20)：1，富镁水为海水、海水淡化后的浓海水、海盐田卤水、海水制溴母液、盐湖卤水中的一种或两种以上。
优选地，步骤S1中，所述分散剂为单糖、多糖和醇类中的一种或两种以上。
优选地，步骤S2中，搅拌转速为200-1000转/min。
优选地，步骤S2中，浆料制备时间为10-50min，产量为0.2-1.2吨/h。
与现有技术比较，本发明所述的一种氢氧化镁浆料的制备装置及方法的有益效果为：
1、本发明通过电机带动倾斜错开设置的搅拌桨叶，在水化器腔体内产生向前推进的高速剪切力，实现对制浆原料的充分、均匀搅拌，可将水化时间从传统方法所需的1～24h缩短至10～50min，实现快速制浆。
2、本发明中以含镁水为水化剂和工艺水，利用海水、海水淡化后的浓海水、海盐田卤水、海水制溴母液、盐湖卤水等富镁水中含有大量镁、钠等其他离子，可在促进氧化镁溶解的同时提供镁源，将氢氧化镁水化率提高至80％以上浓度。
3、由于采用含镁水与搅拌轴和搅拌桨叶搅拌充分研磨，所制备的氢氧化镁浆料固体含量可达70％以上，固体粒径小，悬浮性好，长时间放置不易沉淀。
4、通过温度传感器实时监测反应体系温度，通过压力传感器和电磁阀调控水化器内压力，可实现制浆过程自动化控制，获得的氢氧化镁浆料品质稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1中的整体结构示意图。
图2是本发明实施例1中搅拌轴的结构示意图。
图3是本发明实施例2、3中的整体结构示意图。
图中，1、混料罐；2、水化器；3、储料罐；4、输送泵；5、进料口；6、驱动装置；7、减速机；8、搅拌轴；9、气压控制阀门；10、挡板；11、控制器；12、出料口；13、温度传感器；14、搅拌桨叶。
具体实施方式
实施例1：
如图1-2所示，一种氢氧化镁浆料的制备装置，包括依次连接的混料罐1、水化器2和储料罐3，混料罐1用于盛装、混合原料，水化器2为物料主要反应场所，储料罐3用于收集制备的氢氧化镁浆料。水化器2包括进料口5、驱动装置6、减速机7、搅拌轴8、气压控制阀门9、挡板10、控制器11和出料口12，水化器2的进料口5通过管路与混料罐1相连，出料口12与储料罐3相连。驱动装置6选用电机，电机的输出端与减速机7相连，减速机7的输出端与搅拌轴8相连，搅拌轴8伸入水化器2的内部，通过搅拌促进水化反应的进行。水化器2上设有能调控水化器2内部压力的气压控制阀门9，气压控制阀门9包括压力传感器和电磁阀。可通过压力传感器监测水化器2内部的压力，再通过电磁阀调节压力，满足水化过程所需。挡板10设于水化器2的出料口12处，水化器2外设有控制器11，控制器11与挡板10相连，可通过控制器11控制挡板10的开关，从而控制出料。
水化器2内设有温度传感器13，温度传感器13安装在挡板10上部的水化器2内壁上，使用时浸没于浆料中，温度传感器13与控制器11相连。温度传感器13可以实时监测水化器2内浆料的温度，并反馈到控制器11，当温度达到一定值时即可控制出料。通过上述自动化控制，使得获得的氢氧化镁浆料品质稳定。
进料口5与混料罐1之间的管路上设有输送泵4，输送泵4选用蠕动泵，其精度高，剪切力较低，不会破坏原料性质，原料对泵体无污染，维护简单，并且无液体空运转情况下不会对泵的任何部件造成损害。
如图2所示，搅拌轴8上设有搅拌桨叶14，搅拌桨叶14沿搅拌轴8周向呈环形分布，形成多个环形圈，每个环形圈包括至少两个搅拌桨叶14。搅拌轴8和搅拌桨叶14形成螺旋搅拌桨，搅拌轴8旋转时，推动物料从图2中的左侧向右侧运动。搅拌桨叶14沿搅拌轴8的周向均匀设置，相邻搅拌桨叶14之间互不干扰，保证物料混合均匀。并且搅拌桨叶14倾斜设置在搅拌轴8上，搅拌轴8和搅拌桨叶14的轴向夹角a为45-75度，夹角a朝向来料方向，使得搅拌轴8旋转时，搅拌桨叶14能够充分搅拌水化器2内的物料。搅拌轴8长度为水化器2腔体总长的3/5～5/6，搅拌轴8和搅拌桨叶14的总高度(如图2中h)占水化器2腔体总高的1/2～5/6，搅拌轴8的起始段位于进料口5下方，使得从进料口5进入的物料第一时间即处于搅拌状态下，并被搅拌轴8输送至出料口12处。搅拌轴8和搅拌桨叶14由耐腐蚀、耐磨、高硬度材料制成，优选材质为陶瓷、316不锈钢，保证足够长的使用寿命。
一种基于上述装置的高浓度氢氧化镁浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将500目轻烧氧化镁粉、自来水、海水淡化后的浓海水和多糖分散剂加入到混料罐1中，混合均匀得到浆液。其中自来水与浓海水的质量比为1:5，轻烧氧化镁占浆液的质量分数为40％，多糖分散剂占水溶液的质量分数为3％。
(2)步骤(1)得到的浆液由蠕动泵提供动力，通过进料口5加入到水化器2中。同时开启转动电机，带动搅拌轴8和搅拌桨叶14以400转/min的速度转动，在水化器2内推进并搅拌混合浆液，促进氧化镁粉水化形成氢氧化镁浆料。
(3)当浆料体积达到水化器2容积的2/3-3/4时，停止入料，保证电机持续运转，搅拌混合浆料。同时通过气压控制阀门9控制水化器2腔体内压力为0.3MPa，并通过温度传感器13实时监测浆料温度。
(4)30min后，温度传感器13检测到浆料温度下降至50℃以下，控制器11发出电信号，打开挡板10，使浆料通过出料口12进入储料罐3中。
实施例1制备的氢氧化镁浆料固体含量为50％，水化率达到86％，粘度为200cps，产量为0.5吨/h，放置50天不发生沉淀。
实施例2：
如图3所示，与实施例1的不同之处在于，一种氢氧化镁浆料的制备装置，包括两个水化器2，且两个水化器2串联连接。具体的，混合物料沿输送方向依次经过第一个水化器2和第二个水化器2，通过两级水化使得水化反应更彻底。
一种基于上述装置的高浓度氢氧化镁浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将1000目轻烧氧化镁粉、自来水、海水和单糖分散剂加入到混料罐1中，混合均匀得到浆液。其中自来水与海水的质量比为1:10，轻烧氧化镁占浆料的质量分数为27％，单糖分散剂占浆料的质量分数为1％。
(2)将步骤(1)得到的浆液通过蠕动泵和进料口5加入到第一个水化器2中。同时开启转动电机，带动搅拌轴8和搅拌桨叶14以300转/min的速度转动，推进并搅拌混合浆液，促进氧化镁粉水化形成氢氧化镁浆料。
(3)当浆料体积达到第一个水化器2容积的2/3-3/4时，停止入料，转动电机继续运转，搅拌混合浆料。同时通过气压控制阀门9控制第一个水化器2腔体内压力为0MPa，通过温度传感器13实时监测浆料温度。
(4)15分钟后，温度传感器13检测到浆料温度下降至100℃以下，控制器11发出电信号，打开挡板10，使浆料通过进入到第二个水化器2中。同时开启第二个水化器2中的转动电机，带动搅拌轴8和搅拌桨叶14以300转/min的速度转动，在高剪切力作用下进一步搅拌浆料，促进氧化镁水化。同时控制第二个水化器2与大气连通，使浆料缓慢降温。
(5)10分钟后，温度传感器13检测到浆料温度下降至50℃以下，控制器11发出电信号，打开挡板10，使浆料通过出料口12进入储料罐3中。
实施例2制备的氢氧化镁浆料固体含量为38％，水化率达到97％，粘度为100cps，产量为0.7吨/h，放置60天不发生沉淀。
实施例3：
与实施例2的区别在于，一种氢氧化镁浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3000目轻烧氧化镁粉、自来水、盐湖卤水和单糖分散剂加入到混料罐1中，混合均匀得到浆液。其中自来水与盐湖卤水的质量比为1:15，轻烧氧化镁占浆料的质量分数为60％，单糖分散剂占浆料的质量分数为5％。
(2)将步骤(1)得到的浆液通过蠕动泵和进料口5加入到第一个水化器2中。同时开启转动电机，带动搅拌轴8和搅拌桨叶14以500转/min的速度转动，推进并搅拌混合浆液，促进氧化镁粉水化形成氢氧化镁浆料。
(3)当浆料体积达到第一个水化器2容积的2/3-3/4时，停止入料，转动电机继续运转，搅拌混合浆料。同时通过气压控制阀门9控制第一个水化器2腔体内压力为0.5MPa，通过温度传感器13实时监测浆料温度。
(4)30min后，温度传感器13检测到浆料温度下降至100℃以下，控制器11发出电信号，打开挡板10，使浆料进入到第二个水化器2中。同时开启第二个水化器2中的转动电机，带动搅拌轴8和搅拌桨叶14以300转/min的速度转动，在高剪切力作用下进一步搅拌浆料，促进氧化镁水化。同时控制第二个水化器2与大气连通，使浆料缓慢降温。
(5)20min后，温度传感器13检测到浆料温度下降至50℃以下，控制器11发出电信号，打开挡板10，使浆料通过出料口12进入储料罐3中。
实施例3制备的氢氧化镁浆料固体含量为72％，水化率达到83％，粘度为300cps，产量为0.4吨/h，放置30天不发生沉淀。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种氢氧化镁浆料的制备装置，其特征在于：包括混料罐(1)、储料罐(3)以及至少一个水化器(2)，所述水化器(2)包括进料口(5)、驱动装置(6)、减速机(7)、搅拌轴(8)、气压控制阀门(9)、挡板(10)、控制器(11)和出料口(12)，所述进料口(5)与所述混料罐(1)相连，所述出料口(12)与所述储料罐(3)相连，所述驱动装置(6)与所述减速机(7)相连，所述减速机(7)的输出端与所述搅拌轴(8)连接，所述搅拌轴(8)伸入所述水化器(2)的内部，所述水化器(2)上设有能调控水化器(2)内部压力的气压控制阀门(9)，所述挡板(10)设于所述出料口(12)处，所述水化器(2)外设有控制器(11)，所述控制器(11)对所述挡板(10)进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁浆料的制备装置，其特征在于：所述水化器(2)内设有温度传感器(13)，所述温度传感器(13)与所述控制器(11)相连。
3.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁浆料的制备装置，其特征在于：所述水化器(2)的数量为两个，两个水化器(2)串联连接，所述气压控制阀门(9)包括压力传感器和电磁阀，所述驱动装置(6)为电机，所述进料口(5)与所述混料罐(1)之间设有输送泵(4)，所述输送泵(4)为蠕动泵。
4.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁浆料的制备装置，其特征在于：所述搅拌轴(8)上设有搅拌桨叶(14)，所述搅拌桨叶(14)沿所述搅拌轴(8)周向呈环形分布，形成多个环形圈，每个环形圈包括至少两个搅拌桨叶(14)，所述搅拌桨叶(14)倾斜设置在所述搅拌轴(8)上，所述搅拌桨叶(14)与所述搅拌轴(8)的轴向夹角为45-75度，该夹角朝向来料方向，所述搅拌轴(8)长度为水化器(2)长度的3/5～5/6，所述搅拌轴(8)和搅拌桨叶(14)的总高度为水化器(2)高度的1/2～5/6。
5.根据权利要求4所述的一种氢氧化镁浆料的制备装置，其特征在于：所述搅拌轴(8)和搅拌桨叶(14)的材质为陶瓷或316不锈钢。
6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述装置的氢氧化镁浆料制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将粒径325-5000目的轻烧氧化镁粉、含镁水和分散剂混合得到浆液，其中轻烧氧化镁占浆液的质量分数为27-60％，分散剂占浆液的质量分数为1-5％；
S2、将所得浆液加入水化器中，控制水化器内压力为0.1-0.5MPa，搅拌混合，当浆液温度下降至50℃以下时，即得到氢氧化镁浆料。
7.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁浆料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述含镁水包括富镁水和自来水，富镁水与自来水的质量比为(0-20)：1，富镁水为海水、海水淡化后的浓海水、海盐田卤水、海水制溴母液、盐湖卤水中的一种或两种以上。
8.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁浆料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述分散剂为单糖、多糖和醇类中的一种或两种以上。
9.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁浆料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，搅拌转速为200-1000转/min。
10.根据权利要求6所述的一种氢氧化镁浆料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，浆料制备时间为10-50min，产量为0.2-1.2吨/h。
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