DE10304314A1

DE10304314A1 - Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid mit definierter Partikelgröße und Partikelform

Info

Publication number: DE10304314A1
Application number: DE2003104314
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bach; Stephan Kaps; Heinz Dr. Scherzberg
Original assignee: KALI UMWELTTECHNIK GmbH; KALI-UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: K Utec AG Salt Technologies
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Magnesiumhydroxid in definierter Partikelgrößenverteilung und Partikelform. Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lässt sich Magnesiumhydroxid in einer definierten Häufigkeitsverteilung der Partikel entweder mit einer sphärischen Partikelform oder alternativ in Form feiner Plättchen erzeugen, die mit herkömmlichen Methoden so nicht oder nur mit höherem Aufwand erzeugt werden können. DOLLAR A Die Produkte sind bestens geeignet für chemisch-technische oder pharmazeutische Anwendung, das sie sich leicht auswaschen und ohne Filterpressen entfeuchten lassen. Bei Verwendung von reinen Magnesiumsalzlösungen und reinen basischen Fällchemikalien lassen sich hochwertige Produktqualitäten mit Mg(OH)¶2¶-Gehalten von > 99% herstellen. Es ist andererseits aber auch möglich, Magnesiumhydroxid in Form feinkörniger, aber kompakter Plättchen mit einer Länge von 0,5 bis 5 mum und einer Dicke von 0,1 bis 3 mum herzustellen. Solche Produkte sind zum Einsatz als Flammhemmer für Kunststoffe geeignet, beispielsweise in Polyamiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Magnesiumhydroxid in definierter Partikelgrößenverteilung und Partikelform. Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lässt sich Magnesiumhydroxid in einer definierten Häufigkeitsverteilung der Partikel entweder mit einer sphärischen Partikelform oder alternativ in Form feiner Plättchen erzeugen. Dabei können kugelförmige Partikel mit einer glockenförmigen Verteilungskurve hergestellt werden, deren d₅₀ – Kennwert in weiten Grenzen variiert werden kann. Solche Produkte sind bestens geeignet für chemisch-technische oder pharmazeutische Anwendung, da sie sich leicht auswaschen und ohne Filterpressen entfeuchten lassen. Bei Verwendung von reinen Magnesiumsalzlösungen und reinen basischen Fällchemikalien lassen sich hochwertige Produktqualitäten mit Mg(OH)₂-Gehalten von > 99 % herstellen. Es ist andererseits aber auch möglich Magnesiumhydroxid in Form feinkörniger, aber kompakter Plättchen mit einer Länge von 0,5 bis 5 μm und einer Dicke von 0,1 bis 3 μm herzustellen. Solche Produkte sind zum Einsatz als Flammhemmer für Kunststoffe geeignet, beispielsweise in Polyamiden.

Magnesiumhydroxid wird industriell vorzugsweise durch Fällung von Magnesiumsalzlösungen (Salzsolen) oder Meerwasser mit gebranntem und gelöschtem Dolomit oder Kalkmilch hergestellt. Auf diese Weise hergestelltes Magnesiumhydroxid ist sehr feinteilig und enthält in geringem Umfang feste Verunreinigungen wie SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, Mn₂O₃ u.a., die aus der Verwendung natürlicher Dolomite oder Kalke herrühren, aber für den Verwendungszweck als Vormaterial für Feuertestprodukte nicht oder nur wenig stören.

Ein weiteres Herstellungsverfahren für Magnesiumoxid oder/und Magnesiumhydroxid ist das Pyrohydrolyseverfahren von Magnesiumchloridlösungen, welches zunächst ein unreines Magnesiumoxid, sog. Sprühröstoxid ergibt, aus dem durch Eintragen in Wasser unter Hydratisierung des MgO zu Mg(OH)₂ die löslichen Verunreinigungen entfernt werden. Dieses Verfahren ergibt ein ziemlich reines Magnesiumhydroxid, das durch anschließende Calcination reine MgO-Produkte liefert.

Die Herstellungsverfahren sind in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie 4. Auflage, Band 16 S. 346 ff. [1978] beschrieben.

Ein Verfahren zur Herstellung eines filterfähigen, aktiven Magnesiumhydroxides hoher Reinheit durch alkalische Fällung von Magnesiumsalzlösungen ist Gegenstand der Erfindungsbeschreibung DD 256 505 A1 [1986].

Nach diesem Verfahren kann reines und sehr gut filterfähiges Magnesiumhydroxid hergestellt werden, das für die Herstellung hochwertiger Feuerfesterzeugnisse geeignet ist. Die Struktur des hierin beschriebenen Produktes unterscheidet sich von der sonst gelartigen, schleimigen Struktur üblicher Magnesiumhydroxidniederschläge drastisch und lässt sich mit einem minimalen Einsatz von Waschwasser zu einem Produkt hoher Reinheit aufarbeiten. Ein solches Produkt mit den gewünschten Filtrations- und Auswascheigenschaften entsteht, wenn die Fällungsreaktion in einem Schlaufenreaktor in Gegenwart inerter Umsetzungslösung und Feststoffgehalten von 200 – 800 kg Mg(OH)₂ je m³ Suspension durch Fällung hergestellt wird und dabei eine Erzeugungsrate an neugebildetem Mg(OH)₂ von 5 bis 8 kg Mg(OH)₂ je m³·h nicht überschritten wird. Das Verfahren verwendet konzentrierte Magnesiumsalzlösungen (360 g/l MgCl₂) und Fällungsmittel wie NaOH in Form konzentrierter Lösungen, vorzugsweise sog. Bäderlauge mit 120 g/l NaOH oder Kalkhydrataufschlämmungen.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahrens besteht in der gleichzeitigen Zugabe von weitgehend hydratisierungsfähigem MgO (MgO-Spühröstoxid aus einer Hydropyrolyse) in den Fällungsreaktor. Dabei laufen sowohl die Mg(OH)₂-Bildung durch Fällung als auch die Mg(OH)₂-Bildung durch MgO-Hydratation simultan im gleichen Reaktor ab. Aus dem MgO-stämmigen Mg(OH)₂-Anteil resultiert der größere Teil des für die Verfahrensdurchführung notwendigen hohen Feststoffgehaltes von 200 – 800 g/l im Fäll- bzw. Hydratationsreaktor. Bei dem beschriebenen Verfahren verlässt das gebildete Magnesiumhydroxid den Fällreaktor über den Überlauf als Suspension. Das vorgenannte bekannte Herstellungsverfahren für Magnesiumhydroxid ist geeignet zur Herstellung gut filtrier- und auswaschbarer Fällprodukte mit guter Weiterverarbeitbarkeit zu Feuerfestmaterialien. Nachteilig sind jedoch die relativ geringe Reaktorleistung von max. 8 kg/h gefälltes Mg(OH)₂ je m³ Reaktorvolumen und Stunde, sowie die Bindung des Verfahrens an die Verwendung industrieller Zwischenprodukte wie Bäderlauge aus einer NaOH-Elektrolyse oder MgO-Sprühröstoxid aus einem Pyrohydrolyseprozess.

Definierte und für den Verwendungszweck speziell angepasste Partikelgrößen, Partikelformen und Partikelverteilungshäufigkeiten sind nach dem vorbekannten Verfahren nicht herstellbar.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für reines Magnesiumhydroxid vorzugsweise für chemisch-technische oder pharmazeutische Verwendung mit vorgegebener und in weiten Grenzen variierbarer Größe, Form und Verteilungshäufigkeit der erzeugten Magnesiumhydroxidpartikel. Diese Aufgabe wird bei Beibehaltung des Grundprinzips des vorbekannten Verfahrens der Erzeugung in einem Schlaufenreaktor dadurch gelöst, dass:

– die Fällung in Gegenwart von frisch gefällten Mg(OH)₂-Partikeln durchgeführt wird, die einer nachgeschalteten Kläreinrichtung entnommen werden, während das Produkt direkt aus dem Zentralteil des Rührreaktors entnommen wird
– ein Feststoffbett mit einem Feststoffgehalt von 50 bis 350 g/l ausschließlich aus dem während der Reaktion gebildeten Magnesiumhydroxid aufgebaut wird
– ein spezifischer Apparatedurchsatz von 8 – 30 kg/h erzeugtes Mg(OH)₂ je m³ gerührtes Apparatevolumen gewählt wird
– als Reaktanten für die Magnesiumhydroxiderzeugung eine konzentrierte bis gesättigte Magnesiumsalzlösung verwendet wird und
– als Fällungsmittel für die Ausfällung der Mg-Ionen reine konzentrierte Natronlauge oder reines konzentriertes Ammoniak oder andere geeignete Basen verwendet werden.

Es wurde gefunden, dass unter diesen Bedingungen sich Produkte erhalten lassen, welche aus kugelförmigen, durch Agglomeration von Feinstkristalliten entstandenen Partikeln bestehen. Diese Partikel besitzen eine definierte Häufigkeitsverteilung und ergeben eine glockenförmige Häufigkeitsverteilungskunre. Der d₅₀-Kennwert der Häufigkeitsverteilung lässt sich je nach Anforderungen an die Eigenschaften des Produktes verschieben, wobei d₅₀-Werte von 10 – 15 μm ebenso möglich sind wie höhere d₅₀-Werte, beispielsweise 50 – 80 μm und mehr.

Die Beeinflussung der Korngrößenhäufigkeitsverteilung erfolgt durch folgende Mittel:

– spezifischer Produktionsrate im Bereich von 8 – 30 kg/m³h
– spezifischer Energieeintrag im Bereich 0,5 bis 5 kW/m³ gerührtes Volumen
– Konzentration der Magnesiumsalzlösung im Bereich von 30 bis 400 g/l
– Art der Magnesiumsalzlösung (MgCl₂ bzw. MgSO₄)
– Konzentration des basischen Fällungsmittels im Bereich 10 bis 50 Ma
– Art des Fällungsmittels (NaOH, NH₄OH, Ca(OH)₂)
– Temperatur im Bereich 15 bis 95 °C
– pH-Wert im Bereich 8,8 bis 10,8
– Feststoffgehalt im Zentralteil des Fällreaktors im Bereich 50 bis 400 g/l.

Unter diesen Bedingungen entstehen homogene Partikelverteilungen aus annähernd runden bis nahezu kugelförmigen Agglomeraten, welche je nach Feinheit unterschiedlich, aber stets gut sedimentieren, filtrieren und sich gut mit wenig Wasser auswaschen lassen.

Das Beispiel einer solchen Partikelverteilung ist in 1 dargestellt. Solche Produkte eignen sich besonders für chemisch-technische und pharmazeutische Anwendungen, weniger als Flammhemmer oder Füllstoffe für Plaste und Elaste.

Es wurde überraschend gefunden, dass es möglich ist, bei der Fällung von konzentrierten Magnesiumsalzlösungen Fällprodukte zu erhalten, die aus bis zu 100 μm großen, kugelförmigen Partikeln bestehen, wenn die Ausfällung und simultane Agglomeration allein durch kontinuierliches Vermischen der Reaktanten Magnesiumsalzlösung und Fällungsmittel ohne Zusatz von Fremd-MgO erfolgt. Dabei werden die Magnesiumhydroxidpartikel zunächst im gerührten Zentralteil des Reaktionsapparates erzeugt und über den Überlauf des Reaktors einer nachgeschalteten Klärfläche zugeführt. Im Klärer werden die Partikel abgeschieden und als Suspension erneut in den vom Rührer durchmischten Zentralteil des Rührapparates zurückgeführt. Dadurch kann praktisch kein Fällprodukt das System zusammen mit der gebildeten Lösungsphase verlassen, sondern alle gebildeten Partikel werden nur aus dem Zentralteil des Rührapparates abgezogen, wobei das Volumen der abgezogenen Suspension den Feststoffgehalt im Zentralteil des Rührapparates festlegt. Durch das wiederholte Rückführen der Partikel aus der Kläreinrichtung in den Zentralteil des Reaktors baut sich ein Feststoffbett aus eigenerzeugten Magnesiumhydroxidpartikeln auf, das immer von neuem in den Einflussbereich des Rührers und der im Reaktor befindlichen Strömungseinbauten gerät und auf diese Weise agglomeriert.

Außerdem wurde gefunden, dass das Vorhandensein von Neutralsalzen, die bei der Fällungsreaktion entstehen, insbesondere von Chloriden, die Zusammenballung der Einzelkristallite zu festen kugelförmigen Agglomeraten stark fördert.

Äußerst feinteilige und fast nur aus Plättchen bestehende Hydroxidpartikel entstehen auf folgende Weise:
Da keine Chloridionen vorhanden sein dürfen, wird als Rohstoff anstelle der Magnesiumsalzlösung und des Fällungsmittels eine Mischung aus Wasser und von auf Pigmentfeinheit gemahlenem MgO in den Rührapparat eingespeist. Die Temperatur im Rührreaktor wird auf 85 bis 95 °C gesteigert und die Rührintensität auf < 2 kW/m³ gerührtes Volumen reduziert. Dem Reaktor wird eine Mg(OH)₂-Suspension entnommen, die praktisch nur aus 0,5 bis 5 μm großen plättchenförmigen Partikeln besteht und die durch Sprühtrocknung oder auf andere geeignete Weise getrocknet werden kann. Überschüssiges Wasser verlässt die nachgeschaltete äußere Klärfläche. Ein auf diese Weise hergestelltes Magnesiumhydroxid hat hervorragende Flammhemmereigenschaften. Insbesondere in Polyamidschmelzen kann ein solches Produkt als flammenhemmender Füllstoff eingearbeitet werden.

Durch die Verwendungsfähigkeit der gleichen apparativen Ausrüstungen sowohl für die Herstellung sphärisch agglomerierten Magnesiumhydroxides durch alkalische Fällung als auch zur Herstellung von nicht agglomerierten plättchenförmigen Produkten ist das Verfahren sehr anpassungsfähig und flexibel.

Soll die Herstellung von kugelförmigen Agglomeraten erfolgen, so wird als erster Reaktant eine vorzugsweise aus Magnesiumchlorid bestehende Magnesiumsalzlösung und als zweiter Reaktant eine konzentrierte bis gesättigte wässrige Lösung von Natriumhydroxid oder Ammoniumhydroxid oder eine Calciumhydroxidaufschlämmung verwendet, die jeweils kontinuierlich in den durchmischten Zentralteil des Reaktors eingespeist werden. Soll dagegen feinstes plättchenförmiges Produkt erzeugt werden, so werden als Reaktanten feinstvermahlenes MgO und entsalztes Wasser verwendet.

Es wurde weiterhin gefunden, dass als Magnesiumsalzlösungen Magnesiumchloridlösungen, Magnesiumsulfatlösungen oder Lösungen beider Salze nebeneinander verwendbar sind. Als basisches Fällungsmittel kann Alkalihydroxid, vorzugsweise konzentrierte Natronlauge, oder alternativ wässriges Ammoniak geeignet sein. Kalkhydrataufschlämmungen sind ebenfalls verwendbar, aber insbesondere dann nicht geeignet, wenn an das Fällprodukt hohe Ansprüche hinsichtlich chemischer Reinheit oder Partikelgröße gestellt werden und wenn Chlorid und Sulfat in der Lösung enthalten ist. Sulfate müssen in einer vorgeschalteten Entsulfatisierungsstufe entfernt werden. Beide Reaktanten werden direkt, aber getrennt voneinander in den gerührten feststoffhaltigen Zentralteil des Fällreaktors dosiert.

Auf diese Weise lassen sich definierte Partikelformen (sphärisch) und Partikelverteilungen mit d₅₀-Kennwerten bis 80 μm und darüber herstellen, insbesondere wenn statt Natronlauge Ammoniakwasser als Fällungsmittel verwendet wird.

Die Fälltemperatur kann bei Natronlauge und Kalkmittel von etwa 20 bis 95 °C vorzugsweise 35 bis 65 °C variiert werden, bei Verwendung von Ammoniak als Fällungsmittel sollte die Fällungstemperatur 15 bis höchstens 45 °C betragen.

Für eine maximale Agglomeration günstige Bedingungen sind bei einem Energieeintrag (Rührintensität) von 1 bis 4 kW je m³ gerührtes Volumen und einem Feststoffgehalt zwischen 50 und 400 kg/m³ gegeben.

Als Fällreaktor ist ein Rührapparat mit Axialrührer und Leitrohr sehr gut geeignet, der auch als Schlaufenreaktor bekannt ist. Entscheidend ist es, dass dieser mit einer zusätzlichen Kläreinrichtung in Verbindung steht, die dafür sorgt, dass das System aus Fäll- bzw. Rührreaktor und Klärer kein gefälltes Material unkontrolliert verlassen kann, sondern ausgetragene Partikel stets wieder in das zentrale durchmischte Feststoffbett des Reaktors zurückgeführt werden. Bei kleineren Apparaten kann diese Klärfläche ganz oder teilweise in den Reaktor selbst integriert sein, beispielsweise durch eine ringförmige äußere Beruhigungszone. Möglich ist aber auch ein mit dem Reaktor in Verbindung stehender zusätzlicher Klärer, der so geschaltet ist, dass die im Klärer abgeschiedenen Partikel dem Reaktor wieder zugeführt werden. Das erzeugte Produkt wird nur direkt durch den Suspensionsabzug aus dem gerührten Zentralteil des Reaktors kontrolliert entnommen. Eine solche Schaltung ist in 2 dargestellt, wobei die verwendeten Apparate prinzipiell bekannt sind.

Unter diesen Bedingungen entstehen Produkte, die nahezu ausschließlich aus annähernd kugelförmigen Agglomeraten mit engem Kornband bestehen und die sich nach der Trocknung für eine Vielzahl chemisch-technischer Anwendungen und für pharmazeutische Zwecke verwenden lassen. Da diese Fällprodukte, insbesondere solche mit größerem Teilchendurchmesser sehr gut klärfähig, filtrierfähig und auswaschbar sind, lassen sich solche Produkte nicht nur durch Filtration, sondern sogar mit Zentrifugen entwässern und auf Restfeuchten um 15 % vortrocknen.

Für eine Verwendung als Vormaterial in der Feuerfestindustrie und auch als Füllmittel für den Flammschutz von Kunststoffen sind solche Produkte weniger oder garnicht geeignet.

Es gelingt jedoch mittels des modifiziert ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens aus Einzelpartikeln aufgebaute Produkte mit definierten Produkteigenschaften herzustellen, wenn die Agglomeration der ursprünglichen Primärpartikel zu kugelförmigen Agglomeraten zurückgedrängt wird.

Überraschend wurde gefunden, dass nicht oder kaum agglomerierte Produkte, die aus einzelnen hexagonalen Kristallen aufgebaut sind ebenfalls kontinuierlich hergestellt werden können, wenn auf jegliche Anwesenheit von Neutralsalzen wie NaCl, NH₄Cl oder Na₂SO₄ in der Lösungsphase verzichtet wird. Die erzeugten Partikel zeigen deutlich die hexagonale Struktur des Brucit und haben eine Länge von 0,5 – 5 μm sowie eine Dicke von 0,1 bis 3 μm.

Da aber bei Fällungsreaktionen von Salzen des Magnesiums stets Neutralsalze als Nebenprodukte entstehen, so lassen sich die gewünschten plättchenförmigen Mg(OH)₂-Partikel nicht durch Ausfällung mittels Basen herstellen.

Es wurde überraschend gefunden, dass in der gleichen Apparateanordnung statt kugelförmiger Partikelaggregate plättchenförmige Einzelpartikel entstehen, wenn als Rohstoffe eine Aufschlämmung aus MgO in Wasser als Träger- und Reaktionsmedium eingesetzt wird. Wird übliches, nicht aufbereitetes MgO-Pulver verwendet, resultieren aber daraus wegen der ungleichmäßigen Korngrößenverteilung der MgO-Partikel keine definierten Kornverteilungen des gebildeten Magnesiumhydroxids. Diese entstehen aber überraschend, wenn das zu hydratisierende MgO-Pulver vor der Hydratisierung in einem geeigneten Apparat, etwa in einer Rührwerkskugelmühle, auf Pigmentfeinheit gemahlen wird und diese Suspension anstelle der Reaktanten des Fällungsprozesses dem Reaktor zugeführt und bei einer Temperatur von > 80 °C, vorzugsweise bei 85 bis 95 °C hydratisiert wird.

Auf diese Weise entsteht in Abwesenheit von Neutralsalzen eine Mg(OH)₂-Suspension, welche ebenfalls eine regelmäßige glockenförmige Körnungsverteilung aufweist und die aus nicht agglomerierten Mg(OH)₂-Plättchen besteht. Der Energieeintrag kann dabei auf spezifische Werte von 0,2 bis 1,2 kW/m³ verringert werden.

Das für den Mahl- und Hydratationsprozess des MgO erforderliche Wasser kann entweder in voller Menge über den Feinstmahlprozess oder aber nur zum Teil über diesen Weg und zusätzlich als Heißwasser in den Reaktor eingeführt werden. Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren entstehen Mg(OH)₂-Aufschlämmungen mit 250 bis 400 g/l Feststoff, welche entweder nach bekannten Methoden der Fest-Flüssigtrennung noch eingedickt oder direkt dem Trocknungsprozess, z.B. in einem Sprühtrockner zugeführt werden können. Wegen der Abwesenheit jeglicher Neutralsalze ist keine Auswaschung von löslichen Verunreinigungen aus den hergestellten Produkten vor dem Trocknungsprozess erforderlich.

Die Erfindung wird durch nachfolgende Beispiele näher erläutert, die sowohl die Herstellung von kugelförmigen Partikeln mit definierter Korngrößenverteilung als auch die Herstellung nicht agglomerierter plättchenförmiger Produkte betreffen:

Beispiel 1 (Hierzu 2)
Die verwendete Fällapparatur besteht aus einem Vormischgefäß 1 zur Herstellung des basischen Reaktanten (Alkali- oder Ammoniumhydroxid) unter Mitverwendung anfallender Waschwässer, dem Vorratsgefäß (2) für die Magnesiumsalzlösung, dem Fällreaktor 3 mit Axialrührer, Leitrohr und optional weiteren Strömungseinbauten zur Abtrennung einer äußeren ringförmigen Beruhigungs- oder Klärzone, einem Flüssigkeitsüberlauf sowie einem Bodenabzug, dem Klärer 4 mit Einrichtungen zur Rückführung des eingedickten Feststoffes in den Reaktor 3, dem Lösungstank 5, dem Filter 6 sowie den erforderlichen Pumpen für Flüssigkeiten und Suspensionen. In diese Apparatur werden in getrennten Stoffströmen 215 l/h Magnesiumchloridlösung mit 325 g/l MgCl₂, 16 g/l MgSO₄, 5 g Alkalichloride und 910 g/l H₂O sowie 170 l/h Natronlauge mit 356 g/l NaOH, 3 g/l SO₄, 1 g/l CO₃, 956 g/l H₂O kontinuierlich in ein bereits vorhandenes Feststoffbett aus Mg(OH)₂-Partikeln so eingebracht, dass bei einer Temperatur im Reaktor von 85 °C der pH-Wert 9,0 ± 0,3 beträgt. Der Feststoffgehalt im Kristallbett wird durch die Menge des aus dem Reaktor abgezogenen Produktes auf 250 ± 30 g/l eingestellt. Es werden 44 kg Mg(OH)₂ pro Stunde erzeugt. Bei einem Reaktorvolumen von 2,2 m³ ergibt sich daraus eine spezifische Reaktorleistung von 20 kg Mg(OH)₂/m³·h. Der Reaktorüberlauf enthält noch suspendiertes Mg(OH)₂, das sich im nachgeschalteten Klärer (4) absetzt und in den Reaktor (3) zurückgeführt wird. Der Klärerüberlauf besteht aus einer NaCl-Lösung mit ca. 235 g/l NaCl, 10 g/l Na₂SO₄ und hat eine Mg-Restkonzentration von 0,1 g/l.
Das hergestellte Produkt hat eine Sedimentationsgeschwindigkeit von ca. 0,8 m/h ohne Flockungsmittelanwendung. Das Fällprodukt hat etwa folgende Körnungsverteilung:

d₁₀: 10 – 12 μm

d₅₀: 25 – 30 μm

d₉₀: 55 μm

und besitzt sphärische Partikelstruktur. Das gewaschene und getrocknete Produkt hatte > 99 % Mg(OH)₂, < 0,5 % NaCl, < 0,5 % H₂O und eine Schüttdichte von 0,7 kg/l.
Beispiel 2 (Hierzu 2)
Die Prozessführung erfolgt analog Beispiel 1, jedoch wird anstelle von MgCl₂-Lösung eine MgSO₄- Lösung mit 317 g/l MgSO₄ und als Fällungsmittel 50 %ige Natronlauge verwendet. Die Temperatur beträgt 70 °C, der Feststoffgehalt im Zentralteil des Reaktors 200 – 250 g/l. Der Massendurchsatz wird auf das Reaktorvolumen so abgestimmt, dass die spezifische Fällleistung für Mg(OH)₂ 10 kg/h·m³ beträgt. Über den Klärerüberlauf verlässt die Apparatur eine Natriumsulfatlösung mit 290 g/l Na₂SO₄, 1 g/l MgSO₄ uns 0,5 g/l NaOH.
Das gewaschene Produkt hat folgende charakteristischen Kennwerte:

Mg(OH)₂: > 97

CaSO₄: 0,8 %

MgSO4: 0,5 %

Na2SO4: 0,25 %

d 10: 9,5 μm

d 50: 14,5 μm

d 90: 29 μm

Schüttgewicht: 0,68 kg/l
Beispiel 3 (Hierzu 2)
200 l/h MgCl₂-Lösung mit 156 g/. MgCl₂ werden in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise mit 205 l/h Ammoniakwasser mit 15 % NH₃-Gehalt zur Reaktion gebracht. Die Reaktorgröße wird so gewählt, dass die spezifische Mg(OH)₂-Erzeugung 15 kg/h m³ beträgt. Im Reaktor wird ein Feststoffgehalt von 120 ± 20 g/l eingestellt. Den Prozess verlässt eine Reaktionslösung mit 17 g/l MgCl₂ und 69 g/l NH₄Cl, die auch das restliche Ammoniak enthält. Die Temperatur beträgt 23 °C, der pH-Wert 10,0 ± 0,2. Nach Filtration und mehrfacher Wäsche wird für das getrocknete Produkt folgende Qualität erhalten:

Mg(OH)₂: > 99 %

Chlorid: < 0,4 %

H₂O: < 0,5 %

d₁₀: 8 – 15 μm

d₅₀: 25 – 40 μm

d₉₀: 50 – 70 μm

Schüttgewicht: 0,72 kg/l
Die Kornform ist kugelig. Die Sinkgeschwindigkeit beträgt 0,4 – 0,6 m/h.
Beispiel 4 (Hierzu 2)
330 l/h Magnesiumchloridlösung mit 285 g/l MgCl₂-Gehalt, 400 l/h 25 %-iges Ammoniakwasser sowie 230 l/h weiteres Wasser werden kontinuierlich dem Zentralteil eines 4 m³-Reaktors zugeführt. Die Fälltemperatur beträgt 20 – 22 °C, der Feststoffgehalt im Reaktor wird auf 250 g/l ± 25 g/l eingestellt, was durch Abziehen einer konstanten Suspensionsmenge von 160 l/h aus dem Zentralteil des Reaktors reguliert wird. Der Reaktorüberlauf gelangt in den nachgeschalteten Klärer, aus dem das abgeschiedene Fällprodukt laufend in den Zentralteil des Reaktors zurückgeführt wird. Durch die Reaktion entstehen stündlich 35 kg Mg(OH)₂ entsprechend 60,5 der theoretischen Menge und eine abfließende Lösung mit 31,5 g/l MgCl2, 80,5 g/l NH₄Cl, 11 g/l Alkalichloriden und ca. 60 g/l Ammoniak. Die Dichte der Lösung beträgt 1033 kg/m³, der pH-Wert 10,1.
Nach Wäsche und der mechanischen Flüssigkeitsabtrennung auf einer Zentrifuge hat das Produkt einen Wassergehalt von 12 – 14 % und nach dem Trocknen folgende charakteristischen Kennwerte:

Mg(OH)₂:	98,8 %
Chlorid:	0,4 %
Sulfat:	0,4 %
Schüttdichte:	1,1 kg/l

Körnungsverteilung:

d₁₀: 40 μm

d₅₀: 100 μm

d₉₀: 140 μm
Die Sedimentationsgeschwindigkeit beträgt ohne Zugabe von Flockungsmittel 3 m/h. Das Produkt besteht aus kugelförmigen Partikeln.
Beispiel 5 (Hierzu 3)
Als Apparatur für die Mg-Hydroxidherstellung wird prinzipiell die gleiche apparative Anordnung wie für Fällprozesse verwendet. Behälter 1 wird optional mit Heißwasser gespeist. In den Behälter 2 wird MgO-Suspension aus einer Rührwerkskugelmühle eingespeist und von da aus dem Reaktor (3) zudosiert. Die Suspension aus dem Reaktor 3 gelangt auf das Drehfilter (6), das als Eindickfilter fungiert.
Den Prozess verlässt als Lösung aus dem Behälter (5) praktisch nur heißes Wasser, das größtenteils wiederverwendbar ist. Die Prozessführung erfolgt wie nachfolgend beschrieben.
100 kg/h Magnesiumoxid, technisch mit 88,8 % MgO, 2,0 % Karbonat, 0,1 % Sulfat, 0,01 % Chlorid, 1,1 % Calcium, 0,8 % R₂O3₃, 0,9 % Unlösliches und 7,7 % Glühverlust werden mit 600 l/h entsalztem Wasser in einer Rührwerkskugelmühle zu einer Paste auf Pigmentfeinheit vermahlen (d₅₀ < 2 μm). Die austretende Suspension aus MgO-Partikeln, geringen Mengen während des Mahlprozesses gebildeten Hydroxidpartikeln und Wasser wird unter Wärmezufuhr dem Reaktor 3 zugeführt. Durch Rühren bei 90 °C und einem spezifischen Mg(OH)₂-Durchsatz von 18 kg/m³·h wird ein Produkt erreicht, welches nach der Trocknung folgende Eigenschaften hat:

Mg(OH)₂-Gehalt: 98,0 %

CaO-Gehalt: 1,0 %

SiO₂-Gehalt: 0,6 %

R₂O₃-Gehalt: 0,6 %

CO₃-Gehalt: 0,9 %

Körnungsverteilung:

d₁₀: 1,2 μm

d₅₀: 3,8 μm

d₉₀: 0,9 μm

BET-Oberfläche: 8 – 16 m²/g

Schüttgewicht: 0,58 kg/l
Das Produkt bedarf vor der Trocknung keiner Wäsche. Die Lösungsphase der erhaltenen Mg(OH)₂-Suspension enthält weniger als 0,5 g/l gelöste salze und hat einen pH-Wert von 10,3 ± 0,5.
Das hergestellte Magnesiumhydroxid besteht durchweg aus plättchenförmigen bis prismatischen Einzelpartikeln mit deutlicher hexagonaler Kristallstruktur.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid mit definierter Partikelgröße und Partikelform dadurch gekennzeichnet, dass die Hydroxidbildung durch kontinuierliche Zuführung der Reaktanten in ein aus einem Schlaufenreaktor und einer damit verbundenen Kläreinrichtung bestehendes System erfolgt, wobei der Schlaufenreaktor und die Kläreinrichtung so verknüpft sind, dass die Hydroxidbildung im Zentralteil des gerührten Schlaufenreaktors in Gegenwart eines Feststoffbettes aus Magnesiumhydroxid mit einem Feststoffgehalt von 50 bis 400 g/l stattfindet, die Abführung des durch Reaktion gebildeten Magnesiumhydroxids aus dem Zentralteil des Schlaufenreaktors erfolgt, die Abführung der Reaktionslösung praktisch feststofffrei über die Kläreinrichtung vorgenommen wird und alles in der Kläreinrichtung abgeschiedene Magnesiumhydroxid dem Zentralteil des Schlaufenreaktors wieder zugeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung von aus kugelförmigen Agglomeraten bestehendem Magnesiumhydroxid durch Fällung erfolgt und als Reaktanten konzentrierte bis gesättigte Magnesiumsalzlösungen, in denen (a) Magnesiumchlorid der Hauptbestandteil ist und als zweiter Reaktant eine konzentrierte wässrige Lösung eines löslichen Hydroxides, vorzugsweise Natriumhydroxid mit 20 bis 50 % NaOH-Gehalt oder Ammoniumhydroxid als Ammoniakwasser mit 15 bis 25 % NH₃ oder aber eine Aufschlämmung aus gebranntem und gelöschtem Kalk oder Dolomit verwendet wird oder (b) Magnesiumsulfat der Hauptbestandteil ist und als zweiter Reaktant eine konzentrierte wässrige Lösung eines löslichen Hydroxides, vorzugsweise Natriumhydroxid mit 20 bis 50 % NaOH-Gehalt oder Ammoniumhydroxid als Ammoniakwasser mit 15 bis 25 % NH₃ verwendet wird oder (c) hauptsächlich Magnesiumchlorid und Magnesiumsulfat enthalten sind und als zweiter Reaktant eine konzentrierte wässrige Lösung eines löslichen Hydroxides, vorzugsweise Natriumhydroxid mit 20 bis 50 % NaOH-Gehalt oder Ammoniumhydroxid als Ammoniakwasser mit 15 bis 25 % NH₃ oder aber nach vorgeschalteter Sulfatfällung vorzugsweise mit Calciumchloridlösung eine Aufschlämmung aus gebranntem und gelöschtem Kalk oder Dolomit verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Agglomeration der ausgefällten Primärpartikel zu kugelförmigen Agglomeraten durch einen Energieeintrag von 1 bis 4 kW/m³ und bei einem Neutralsalzgehalt der Reaktionslösung > 75 g/l sowie bei einer spezifischen Durchsatzleistung von 8 – 30 kg gefälltes Mg(OH)₂ je m³ gerührtes Reaktorvolumen bei Temperaturen von 15 – 85 °C bewirkt wird.
Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus plättchenförmigen Partikeln bestehendes Magnesiumhydroxid durch Hydratation von Magnesiumoxid erfolgt und als erster Reaktant ein auf Pigmentfeinheit (< 2 μm) vorgemahlenes Magnesiumoxid und als zweiter Reaktant Wasser verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung von Magnesiumhydroxid nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung eines plättchenförmigen Magnesiumhydroxids durch die Abwesenheit von Chloridionen, einen spezifischen Energieeintrag von 0,2 bis 1,2 kW/m³ und eine Temperatur von 80 bis 95 °C bewirkt wird.