CN113277534A - 一种纳米级氢氧化镁的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氢氧化镁，尤其是高分散性纳米级氢氧化镁的合成方法。本发明采用的是一步合成分散性良好的纳米级氢氧化镁工艺，彻底改变目前两步法生产历史。一种纳米级氢氧化镁的合成方法，由氨气与喷雾形成镁盐液进行气雾反应生成，通过合理的配比和一定条件的反应温度、压力，将这两种物质高度均匀分散，实现微池式同时饱合、同时成核、且使晶体长大速率远远高于成核速率，形成足够长大时间，同时保证同步沉淀反应。与传统的水热法不同，该制备方法简化了氢氧化镁的制备工艺，且达到避免产品团骤的良好效果，设备投资小，且能源消耗低，可有效的降低产品的生产成本。

Description

一种纳米级氢氧化镁的合成方法
技术领域
本发明涉及一种氢氧化镁，尤其是高分散性纳米级氢氧化镁的合成方法。
背景技术
纳米级氢氧化镁广泛用于橡胶、电览、医药以及硅钢级氧化镁的生产原料。目前制备该产品是由两步法合成，首先通过镁盐与碱合成团骤的氢氧化镁产品，为了打开此团骤，并改变物料特性，要进行合成的第二步，即水热处理过程。通常做法它是在强碱作用下，进行高温、高压情况下对一次合成产品进行水热处理，使一次合成的纳米级氢氧化镁产品团骤打开，并进行溶溶，实现二次重结晶，这样才能形成分散性好，比表面积低的片状产品，从而满足各行各业对其的需要。
目前生产纳米级高分散性氢氧化镁必须通过上述水热过程来实现，其第一步合成方法中不论是用什么样强碱或用弱碱氨与镁盐反应，其反应时间都是毫秒级內瞬间完成，不论是Mg锂子盐液加到OH根的碱中，还是反加，都解决不了瞬间中体系浓度均匀问题，这就导致反应体系局部因一种离子浓度超高，形成晶核密度太大，瞬间过饱和并结晶，没有给晶体长大留足够时间，而导致产品太小细团骤在一起。
与此同时，在现有的制备方法中，由于水热是在强碱条件下，进行的高温、高压、长时间溶溶与二次重结晶的过程，因此具有设备投资大，能耗消耗高，生产周期长，工作效率低，生产成本高等一系列问题。
发明内容
本发明采用的是一步合成分散性良好的纳米级氢氧化镁工艺，彻底改变目前两步法生产历史。
一种纳米级氢氧化镁合成方法，由氨气与喷雾形成镁盐液进行气雾反应生成，其中所述镁盐液可以是氯化镁、硫酸镁、硝酸镁、醋酸镁中的任何一种，所述氨气温度控制在10度至60度，表压力为0.01Mpa——1Mpa，所述镁盐溶液浓度为1Mol/L——5Mol/L，反应初始温度10度——50度之间，所述镁盐液以增压形式喷雾到贮氨容器中。
镁盐液的喷雾压力为0.5Mpa——10Mpa。
吸氨过程中氨与镁的配比为2∶1～5∶1。
镁盐液的喷雾雾滴当量直径为10μm——2000μm，优选为200μm——500μm。
气雾反应的产品陈化1至2小时。
陈化后的产品需过滤并洗涤上述料浆，滤饼经干燥、打散、检测符合HGT4351——2013标准。滤液用于循环蒸氨。
所述氨气是来源于液氨减压所得到的、或通过加热氨水形成的、或着用铵盐溶液与轻烧粉、生石灰、白云石灰蒸氨得到的氨气。
氨气通过增压连续进到压力缶中，镁盐溶液也连连喷雾到此压力缶中，氨气与雾滴在空间中实现正压吸收、溶解、放热、电离及合成反应。即完成下列化学反应过程：
Mg(NO3)2十NH3十H2O＝Mg(OH)2十NH4NO3
通过本发明的制备方法，将这两种物质高度均匀分散，实现微池式同时饱合、同时成核、且使晶体长大速率远远高于成核速率，形成足够长大时间，同时保证同步沉淀反应。与传统的水热法不同，该制备方法不仅简化了氢氧化镁的制备工艺，达到避免产品团骤的良好效果，而且设备投资小，能源消耗低，可有效的降低产品的生产成本。
另外，本发明也不同于以雾化氨水为沉淀剂的制备方法，区别及好处在于，1、本发明是将含镁盐精制液以连续雾化形式加入密闭缶中；2、氨气是以正压气态方式连连加到上述密闭缶中。3、氨气与镁盐雾滴的反应主要在空间上完成。4、本发明相当于合镁盐雾滴在加压环境中实现氨的吸收、溶解、放热、电离、反应一同合成。5、由于雾滴在喷雾过程符合正态分布规律，而每个雾滴含镁离子是定值，故反应形成的产品也符合正态分布规律。
附图说明
图1是实施例1的产品电镜照片。
图2是实施例2的产品电镜照片。
具体实施方式
本发明首先创造了微型化反应的空间环境，微型化最简单的方式就是使液体汽化或雾滴化，通过汽化或雾化的液体在空间中与反应气相混合，由原来的液相反应变为雾化式的空间气相反应，以实现其微反应的均匀性。其次创造了微观反应有利条件，对晶体成核、生长、长大更有利的浓度、温度、pH值、时间等因素。通过上述手段来解决其反应、成核、生长，长大、定型、均匀、分散等难题。
1、合成碱性物料选取
合成氢氧化镁可用可溶性镁盐与碱性化合物或用镁盐与氨水进行合成。为了充分当地镁资源，本项目利用当地轻烧粉与铵盐加热蒸氨工艺来实现，即将轻烧粉中MgO转化为可溶性镁盐，将蒸出的氨气与其净化后的镁盐溶液进行气、液雾化反应。从而实现氨闭路循环的合成工艺路线。
2、化学过程
MgO十2NH4X＝MgX2十2NH3(1)
MgX2十2NH3十H2O＝Mg(OH)2十2NH4X(2)，
其中上述式中的X可以是硫酸根、氯根、硝酸根、醋酸根等任何一种。
3、工艺简述：
将轻烧粉(有效成份MgO)与母液(主要成份为NH4X)，按一定比例混合加到蒸氨缶中进行蒸氨反应，即化学过程(1)。将形成的氨气经冷却、增压输送到反应缶中，将上述蒸氨液过滤除渣得到纯净镁盐液定量装到贮缶中，用泵吸其镁盐液并增压通过喷雾喷头雾化进到缶中，这两种物料进行(2)反应，而得到相应产品，将其会聚形成最终浆料经过滤、洗涤、干燥得到纳米级六方片Mg(OH)2，其过滤得到母液去循环蒸氨使用。
4、反应过程分析
由于氨是以气相形式连续输送到缶内的空间中，因此空间中任何一点的氨气浓度都是一样的，绝对均匀的。喷雾形成精制液以雾滴形型也分散在上述充满氨气的空间中，由于喷射雾滴压力是恒定、流量是连续的、也是恒量的，其量与生成氨气相匹配，满足于氨镁比要求即可。喷雾喷嘴是固定的，所以喷出的雾滴大小也是均匀，连续化的。此雾滴遇氨气后，氨在压力作用下，迅速溶到雾滴中去，由于氨溶于每个雾滴需一定扩散、溶解的时间，且属需续渐进过程，这就使每个雾滴内就是一个微池反应器，随着氨不断溶解反应而形成晶体成核，并随着吸氨量增大以及氨连续溶解反应，这就为成核后的晶体长大留有足够时间与空间，同时氨溶解是一个放热反应，此热量足以保证晶体长大速率远远高于成核速率，这也确保产品单片从几个纳米晶核长大为几百个纳米级的晶片，连续雾化式微池反应的结果就保证每个雾滴内条件都是一样的，因此最终得到的产品粒径、形状具有良好一致性与分散性。测其二次粒径D50也为1——2微米，确保产品具有良好的可洗性，为获得高品质产品质量打下基础。随着喷射量增加，系统中气相氨等比例减少，压力降低，但由于连连补氨，连续喷雾进行溶氨，不断达到一个新的动态平衡，若氨量增多，则系统压力增高，体系溶解、反应加快，反之可逆也真。
氨在包围雾滴，氨气在压力作用下溶于雾滴表面，形成NH4OH并放出热量，使雾滴外热内冷，对镁离子而言处于阴包阳状态。由于雾滴中有大量X-根存在，开始溶于氨形成是具有缓冲溶液质性的雾滴，为晶核形成留有足够缓冲时间，由于它在空间无搅动，处于自由落体状态的环境下形成，在雾滴pH达到9时才能形成超大形晶核，继续吸氨，当PH值达到9.5以上时才有大量Mg(OH)2晶片形成，由于阴包阳，根据万物生长规律，即无阴不生，无阳不长原则，Mg艹阳由雾滴内向雾滴外表面扩散，而溶解的氨形成OH-根的阴由雾滴外向雾滴内包围进军，而这种扩散是在单位体积雾滴内做相互的相向运动而完成，从而使产品Mg(OH)2这个胚胎，不断得到从四面八方向来的OH根，互相作用一起骤集并长大，因为这是特殊环境所致。正六边形结构最稳定，小雾滴小球液体内，形成正六边形表面积最小，产品才能最稳定，此雾滴表面能与反应热被形成产品吸收一部份，因此，形成产品具有足够能量而趋向更稳定。在球形的雾滴中，形成正六边形产品(因为氨是从球四周向中间扩散，而产品的晶胎是六边形，由于六面氨汇骤一致性，故形成液球内正六方不断增厚成片状产品，故产品更稳定，再汇骤后就不会进行二次团骤了，因此分散性变得更好。
因为雾滴大小具有良好是一致性，其内含镁离子数量几乎也是相同，因此，在统一环境下形成Mg(OH)2产品的粒径大小几乎趋近一样的，产品粒度一致性要好于任何状态下合成的产品。
实施例1：将母液浓度为5Mol/L的氨盐溶液2.5m3，与氧化镁含量85％的轻烧粉140Kg混合，加热至100——115度蒸出其氨，并进行冷却至40度以下，将其连续产生氨进行压缩增压至0.05Mpa进入到缶中，将上述蒸氨液经除渣过滤可得到精制液，将其冷却至35度2M的精制液2m3连续增压同步喷雾到缶中，使氨气与雾化精制液进行反应，可得到相应的反应好的产品溶液并陈化1小时，将其过滤、洗涤、干燥可得到纳米六方片状的氢氧化镁产品。其过滤的母液用于循环蒸氨，进行下一个循环反应过程。
实施例2：将母液浓度为4.5Mol/L的氨盐母液3方，与氧化镁含量为90％的轻烧粉150Kg混合，加热至118度恒温1.5小时，将蒸出的氨进行冷却后，并增压至0.05Mpa到缶中，将蒸氨后蒸氨液过滤除渣得到精制液，将其50度的1.8Mol/L浓度精制液2.5方连连喷雾到上述氨气贮缶中，得到反应好的产品液陈化1.5小时，将其过滤、洗涤、干燥可得到纳米级六方片氢氧化镁产品，其过滤母液用于下个循环蒸氨，同步进行下个循环反应。

Claims (8)

1.一种纳米级氢氧化镁合成方法，其特征在于，由氨气与喷雾形成镁盐液进行气雾反应生成，其中所述镁盐液可以是氯化镁、硫酸镁、硝酸镁、醋酸镁中的任何一种，所述氨气温度控制在10度至60度，表压力为0.01Mpa——1Mpa，所述镁盐溶液浓度为1Mol/L——5Mol/L，反应初始温度为10度——50度，所述镁盐液以增压形式喷雾到贮氨容器中。
2.根据权利要求1所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，镁盐液的喷雾压力在0.5Mpa——10Mpa。
3.根据权利要求2所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，吸氨过程中氨与镁的配比为2∶1～5∶1。
4.根据权利要求3所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，镁盐液的喷雾雾滴当量直径为10μm——2000μm。
5.根据权利要求4所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，镁盐液的喷雾雾滴当量直径为200μm——500μm。
6.根据权利要求1-5所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，气雾反应的产品陈化1至2小时。
7.根据权利要求6所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，陈化后的产品需过滤并洗涤上述料浆，滤饼经干燥、打散，滤液用于循环蒸氨。
8.根据权利要求7所述的氢氧化镁的合成方法，其特征在于，所述氨气是来源于液氨减压所得到的、或通过加热氨水形成的、或着用铵盐溶液与轻烧粉、生石灰、白云石灰蒸氨得到的氨气。
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