RU2773754C1 - Высокочистый оксид магния и способ его производства - Google Patents
Высокочистый оксид магния и способ его производства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773754C1 RU2773754C1 RU2021123779A RU2021123779A RU2773754C1 RU 2773754 C1 RU2773754 C1 RU 2773754C1 RU 2021123779 A RU2021123779 A RU 2021123779A RU 2021123779 A RU2021123779 A RU 2021123779A RU 2773754 C1 RU2773754 C1 RU 2773754C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnesium oxide
- mass fraction
- magnesium
- purity
- range
- Prior art date
Links
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 259
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L Magnesium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 97
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 95
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims abstract description 93
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 93
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L MgCl2 Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 92
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000005216 hydrothermal crystallization Methods 0.000 claims abstract description 18
- -1 Mg++ ions Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000004438 BET method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract 2
- 235000012245 magnesium oxide Nutrition 0.000 claims description 125
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052784 alkaline earth metal Chemical class 0.000 claims description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 7
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 7
- 238000002459 porosimetry Methods 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 230000002431 foraging Effects 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical class O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229960005069 Calcium Drugs 0.000 claims description 5
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N Boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 235000005979 Citrus limon Nutrition 0.000 claims description 4
- 240000002268 Citrus limon Species 0.000 claims description 4
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 4
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 claims description 3
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H Tricalcium phosphate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000379 antimony sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MVMLTMBYNXHXFI-UHFFFAOYSA-H antimony(3+);trisulfate Chemical compound [Sb+3].[Sb+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O MVMLTMBYNXHXFI-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000389 calcium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229960001714 calcium phosphate Drugs 0.000 claims description 3
- 235000011010 calcium phosphates Nutrition 0.000 claims description 3
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 claims description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000003009 phosphonic acids Chemical class 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 235000003441 saturated fatty acids Nutrition 0.000 claims description 3
- 150000004671 saturated fatty acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000005624 silicic acid group Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 3
- VLCLHFYFMCKBRP-UHFFFAOYSA-N tricalcium;diborate Chemical class [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]B([O-])[O-].[O-]B([O-])[O-] VLCLHFYFMCKBRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000004670 unsaturated fatty acids Chemical class 0.000 claims description 3
- 235000021122 unsaturated fatty acids Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims description 2
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims 2
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 13
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 9
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 8
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 abstract description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 3
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 abstract 1
- 235000012254 magnesium hydroxide Nutrition 0.000 description 77
- 229960002337 magnesium chloride Drugs 0.000 description 39
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 38
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 26
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 7
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 7
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L Calcium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 4
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920001429 Chelating resin Polymers 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L Barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- UKMSUNONTOPOIO-UHFFFAOYSA-N Behenic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O UKMSUNONTOPOIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M Dioctyl sodium sulfosuccinate Chemical group [Na+].CCCCC(CC)COC(=O)CC(S([O-])(=O)=O)C(=O)OCC(CC)CCCC APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N Lauric acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L Magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229940050906 Magnesium chloride hexahydrate Drugs 0.000 description 2
- TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N Myristic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC(O)=O TUNFSRHWOTWDNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N Oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N Palmitic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 2
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 2
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N Stearic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 2
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000011068 load Methods 0.000 description 2
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 2
- 239000011776 magnesium carbonate Substances 0.000 description 2
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L magnesium dichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Mg+2].[Cl-].[Cl-] DHRRIBDTHFBPNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 2
- LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N titanium ion Chemical compound [Ti+4] LCKIEQZJEYYRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-Aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEKHISJGRIEHRE-UHFFFAOYSA-N 16-methylheptadecanoic acid;propan-2-ol;titanium Chemical compound [Ti].CC(C)O.CC(C)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O.CC(C)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O.CC(C)CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IEKHISJGRIEHRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N Ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940058905 Antimony compounds for treatment of leishmaniasis and trypanosomiasis Drugs 0.000 description 1
- WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L Barium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ba+2] WDIHJSXYQDMJHN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000021357 Behenic acid Nutrition 0.000 description 1
- DJICMBAHCRMPDT-UHFFFAOYSA-N CCCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1C(C)C Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC1=CC=CC=C1C(C)C DJICMBAHCRMPDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L Calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002483 Cu Ka Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 description 1
- UHNWOJJPXCYKCG-UHFFFAOYSA-L Magnesium oxalate Chemical compound [Mg+2].[O-]C(=O)C([O-])=O UHNWOJJPXCYKCG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229940091250 Magnesium supplements Drugs 0.000 description 1
- 235000021360 Myristic acid Nutrition 0.000 description 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 description 1
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N Phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000014961 Protein Precursors Human genes 0.000 description 1
- 108010078762 Protein Precursors Proteins 0.000 description 1
- FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N Silanamine Chemical class [SiH3]N FZHAPNGMFPVSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036909 Volume distribution Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229940077747 antacids containing calcium compounds Drugs 0.000 description 1
- 229940077744 antacids containing magnesium compounds Drugs 0.000 description 1
- 150000001463 antimony compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001626 barium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940116226 behenic acid Drugs 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001674 calcium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229940043430 calcium compounds Drugs 0.000 description 1
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 description 1
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010192 crystallographic characterization Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- LMMTXHUCDIPKDU-UHFFFAOYSA-J dimagnesium;carbonate;dihydroxide;hydrate Chemical compound O.[OH-].[OH-].[Mg+2].[Mg+2].[O-]C([O-])=O LMMTXHUCDIPKDU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- VELFFNYFZHVFNA-UHFFFAOYSA-L dioctoxyphosphoryl phosphate Chemical compound CCCCCCCCOP(=O)(OP([O-])([O-])=O)OCCCCCCCC VELFFNYFZHVFNA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229950008690 docosanoic acid Drugs 0.000 description 1
- FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(triethoxy)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C=C FWDBOZPQNFPOLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WOXXJEVNDJOOLV-UHFFFAOYSA-N ethenyl-tris(2-methoxyethoxy)silane Chemical compound COCCO[Si](OCCOC)(OCCOC)C=C WOXXJEVNDJOOLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N ethyl(trimethoxy)silane Chemical compound CC[Si](OC)(OC)OC SBRXLTRZCJVAPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- 235000013373 food additive Nutrition 0.000 description 1
- 239000002778 food additive Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- NBZBKCUXIYYUSX-UHFFFAOYSA-N iminodiacetic acid Chemical compound OC(=O)CNCC(O)=O NBZBKCUXIYYUSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 201000002161 intrahepatic cholestasis of pregnancy Diseases 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical group 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 229960003493 octyltriethoxysilane Drugs 0.000 description 1
- MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N oxidoboron Chemical class O=[B] MOWNZPNSYMGTMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000003918 potentiometric titration Methods 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003784 tall oil Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N triethoxy(octyl)silane Chemical compound CCCCCCCC[Si](OCC)(OCC)OCC MSRJTTSHWYDFIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к химической технологии получения высокочистого оксида магния, используемого в фармацевтической, косметической и пищевой промышленности, в производстве керамики, стекол, оптических материалов, электронных материалов, катализаторов, полимерных материалов, трансформаторной стали. Высокочистый оксид магния имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 5 до 70 м2/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 5 мкм, массовую долю примесей каждого из элементов Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Ва, Zn, Ti, Mn, Со, Mo, V, Sb, Sr не более 1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Al, F не более 5 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Р, Cr, Ni, K, Li не более 10 ppm, массовую долю Fe не более 50 ppm, массовую долю Si не более 0,01%, массовую долю примесей каждого из элементов Са, В не более 0,02%, массовую долю сульфатов не более 0,02%, массовую долю примеси элемента Na не более 0,05%, массовую долю примеси хлоридов не более 0,05%, и включает в себя первичные частицы и агломераты, состоящие из первичных частиц. Высокочистый оксид магния получают прокаливанием гидроксида магния, полученного взаимодействием очищенного концентрированного водного раствора хлорида магния с водным раствором гидроксида натрия непрерывным способом при температуре 40-90°С, перемешивании со скоростью 20-300 об/мин, при мольном отношении ионов ОН-:Mg++ в пределах (1,9÷2,1):1 при непрерывной подаче в реакционную массу суспензии затравочных кристаллов гидроксида магния в количестве 5-200% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов, причем затравочные кристаллы гидроксида магния предварительно обрабатывают концентрированным водным раствором хлорида магния, после взаимодействия реагентов суспензию гидроксида магния направляют на старение при температуре 40-90°С, затем проводят гидротермальную кристаллизацию частиц гидроксида магния в присутствии двухатомного спирта: этиленгликоля или пропиленгликоля при температуре в диапазоне от 120 до 220°С, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 10 ч, полученную суспензию гидроксида магния фильтруют, промывают, а прокаливание гидроксида магния осуществляют при температуре 700-1100°С. Полученный высокочистый оксид магния имеет высокую химическую чистоту, регулируемые удельную поверхность, объем пор и распределение пор по размерам, гранулометрический состав и активность. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.
Description
Изобретение относится к химической технологии, конкретно, к высокочистому оксиду магния и способу его производства.
Оксид магния является нетоксичным, пожаро-взрывобезопасным веществом и находит широкое применение в химической, электротехнической, электронной, целлюлозно-бумажной, сельскохозяйственной, фармацевтической и пищевой промышленностях, при производстве периклаза, резины, трансформаторных сталей, строительных, огнестойких, огнеупорных материалов и т.д.
Производство оксида магния основано на термическом разложении соединений магния природного и синтетического происхождения: карбоната магния, основного карбоната магния, гидроксида магния, хлорида магния [Mark A. Shand. The Chemistry and technology of magnesia. Wiley-Interscience, 2006; Kirk-Othmer. Encyclopedia of chemical technology. Fourth edition. Vol. 15, p. 353, 354].
При получении оксида магния из природного сырья в нем присутствует значительное количество примесей, которые имеются в природном сырье.
Однако, существует целый ряд областей применения, таких как фармацевтика, фармакопея, косметика, пищевая промышленность, производство специальной керамики, специальных стекол, оптических материалов, электронных материалов, катализаторов и других, для которых важное значение имеет химическая чистота оксида магния.
Наличие в оксиде магния даже незначительного содержания таких примесей как железо, марганец, хром, никель, медь, кобальт и кадмий могут придавать нежелательную окраску изделиям, в которых он будет использован (стекла, изделия из полимеров и так далее).
Примеси тяжелых металлов в оксиде магния не допустимы при использовании его в фармацевтике, фармакопее, косметике и пищевой промышленности.
Примеси отдельных ионов, например, хлоридов, фторидов, сульфатов, натрия, калия, лития и кальция являются нежелательными при использовании оксида магния в производстве катализаторов, трансформаторных сталей, электронной промышленности, атомной промышленности и т.д.
Синтетический оксид магния, содержит значительно меньше примесей, чем оксид магния, полученный обжигом природного сырья.
Важными показателями оксида магния являются реакционная способность (активность) и физико-химические свойства оксида магния, которые могут быть охарактеризованы такими показателями, как удельная поверхность, объем пор и распределение пор по размерам, модальный диаметр пор, гранулометрический состав, вязкость водной суспензии и ее стабильность во времени. Указанные показатели оксида магния обуславливают его технологические свойства: сыпучесть, диспергируемость (в том числе в воде и органических растворителях), равномерность его распределения в полимерной матрице, равномерность его распределения в других смесях и формах при использовании его в качестве добавок.
Активность оксида магния может быть охарактеризована такими показателями, как удельная поверхность, активность по йодному числу, активность по лимонному числу, активность по уксусному числу, типичная реакционная способность. В зависимости от сферы применения используют оксид магния соответствующей активности.
Для указанных выше (выбранных) сфер применения обычно используют оксид магния с удельной поверхностью в диапазоне от 5 до 70 м2/г.
Реакционная способность (активность) и физико-химические свойства оксида магния зависят от формы, размеров и однородности первичных частиц оксида магния и формы, размеров и однородности агломератов (вторичных частиц, образованных первичными частицами оксида магния), а также от соотношений между ними. Первичные частицы и агломераты формируются на стадиях синтеза и гидротермальной кристаллизации предшественника оксида магния (гидроксида магния, основного карбоната магния, тригидрокарбоната магния и т.д.) и до определенной температуры обжига оксид магния сохраняет форму своего предшественника.
Первичные частицы оксида магния могут быть получены в виде частиц неопределенной формы, виде многоугольных пластин [JPS6136119, опубл. 20.02.1986 г] тонких чешуек, кубиков [JP2007091525, опубл. 12.04.2007 г], и могут образовывать агломераты различной формы: неопределенной формы [WO0183848, опубл. 08.11.2001 г], сферические [JPS6136119, опубл. 20.02.1986 г, JP3821633, опубл. 24.04.2001 г], стержнеподобные [WO2014126075, опубл. 21.08.2014 г, CN107188207, опубл. 22.09.2017 г] и прочие.
В зависимости от формы и размеров первичных частиц и формы и размеров агломератов, а также соотношения между ними, оксид магния будет иметь различный объем пор, распределение пор по размерам, и, соответственно, модальный диаметр пор, различную долю макропор, мезопор и микропор в общем объеме пор.
В соответствии с международной классификацией IUPAC поры делятся на виды по размерам: микропоры (<2 нм), мезопоры (2-50 нм); макропоры (>50 нм).
При этом объем макропор характеризует объем пустот (пор) между агломератами частиц (вторичными частицами, состоящими из первичных частиц). Объем мезопор характеризует объем межчастичных пустот (пор) между первичными частицами, образующими агломерат и соприкасающимися между собой. Объем микропор характеризует объем пустот (пор) в самих первичных частицах.
Агрегация первичных частиц может происходить по разным причинам и может быть вызвана, например, наличием поверхностного заряда у частиц, диспергированных в жидкости, осаждением ингредиентов, растворенных в процессе сушки, наличием электростатического заряда в сухом состоянии, физическим напряжением во время размалывания или пограничным ростом зерна в процессе обжига. Таким образом, порошок часто имеет характерную упорядоченную структуру частиц, зависящую от видов или условий производственных процессов и качества сырья [WO0183848, опубл. 08.11.2001].
Большинство производителей оксида магния направляют свои усилия на решение вопросов, касающихся чистоты, активности, и получения оксида магния различных форм и размеров первичных частиц и агломератов, оптимальных для определенной области применения.
Более тщательно очищенное исходное сырье и обжиг при более высоких температурах позволяет повысить чистоту получаемого оксида магния.
Описан высокочистый порошок оксида магния [JP201211078, опубл. 01.11.2012], имеющий чистоту не менее 99,9% по массе и содержание Pb менее 0,1 ppm, в котором полуширина пика каждой из плоскостей (111), плоскости (200) и плоскости (220), определенная методом порошковой дифракции рентгеновских лучей с использованием Cu-Ka-излучения составляет не более 0,20 градуса, и средний диаметр частиц (d50), измеренный методом лазерной дифракции, составляет от 0,1 до 10 мкм.
Согласно описанию, для очистки раствора хлорида магния от примесей к водному раствору, полученному смешиванием безводного хлорида магния и сверхчистой воды, добавляли водный раствор щелочи в количестве 20% мол. по отношению к ионам магния, с получением суспензии гидроксида магния, и затем выдерживали суспензию гидроксида магния при температуре около 80-100°С в течение 10-100 часов при интенсивном перемешивании со скоростью 15000-3000 об/мин. Очищенный раствор хлористого магния, полученный после удаления осадка гидроксида магния, адсорбировавшего примеси, использовали для синтеза гидроксида магния путем взаимодействия с очищенным раствором гидроксида натрия. Полученную суспензию гидроксида магния подвергали гидротермальной обработке при температуре 100-150°С и времени 0-60 мин. По мнению авторов, при выполнении обработки в автоклаве образуются кристаллические зерна гидроксида магния и примеси, содержащиеся в кристаллах, выщелачиваются в раствор, при этом количество примесей в гидроксиде магния уменьшается. Полученный порошок гидроксида магния прокаливали при температуре 1000-1500°С.
Авторами не приводятся массовые доли примесей, придающих окраску - железа, марганца, никеля, хрома, массовая доля хлоридов, а также удельная поверхность и объем пор. Свежевыпавший осадок гидроксида магния в растворе бишофита является гелеобразным и псевдоаморфным, что приводит к трудностям при его выделении: отстаивании и фильтровании, поэтому авторы проводят длительную выдержку при повышенной температуре - 10-100 ч при 80-100°С, что является экономически не выгодным.
В изобретениях [JP3980569, опубл. 26.09.2007 г; JP3939102, опубл. 04.07.2007 г; JP3563269, опубл. 08.09.2004 г] описано получение оксида магния с низким содержанием свинца Pb прокаливанием высушенного гидроксида магния, полученного взаимодействием морской воды и гидроксида кальция, содержащего свинец или соединения свинца, в присутствии источника галогена, который является галогенидом или газообразным галогеном при температуре 700-1300°С. Полученный оксид магния с содержанием свинца менее 2x10-7 моль на 1 моль оксида магния предназначен для использования в качестве добавок для удобрения, пищи, сырья для лекарственных средств, косметических средств и т.д. При этом, авторами не приводятся ни массовые доли других примесей, ни величина удельной поверхности или активности, ни параметры первичных и вторичных частиц.
Описан оксид магния для пищевых добавок [патент JP2003033159, опубл. 04.02.2003 г. ], который имеет массовую долю свинца не более 10 ppm, содержание частиц с диаметром более 8 мкм не более 5 об. % (методом лазерной дифракции), удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 1 до 50 м2/г, активность по лимонной кислоте от 80 до 450 с. В примерах приведена химическая чистота получаемого оксида магния, определенная методом эмиссионной плазменной спектрометрии (ICP) - массовые доли примесей составили: свинец от 0,3 до 1,4 ppm, хром не более 2 ppm, кадмий от 0,2 до 2,4 ppm, медь от 0,1 до 0,2 ppm. В полученном оксиде магния не указаны массовые доли примесей, придающих окраску - железа, марганца, никеля, массовая доля хлоридов, а также не приведены параметры первичных и вторичных частиц.
Наличие агломератов с контролируемым размером частиц позволяет улучшить некоторые свойства порошка оксида магния, такие, как, например, перерабатываемость, сыпучесть, диспергируемость (в том числе в воде и органических растворителях), о чем указывают приводимые ниже изобретения.
Описан порошок оксида магния [JP2007091525, опубл. 12.04.2007 г.], содержащий первичные частицы и вторичные частицы, в которых агрегировано множество первичных частиц, имеющий средний диаметр частиц от 0,5 до 10 мкм и удельную поверхность, определенную методом БЭТ, от 0,1 до 3 м2/г. Примеси в оксиде магния составили: массовая доля хлоридов, кальция, алюминия, кремния, железа, натрия и калия каждого не более 20 ppm. Авторы отмечают, что форма не менее 90% частиц оксида магния является шестигранной (кубической). Указанный оксид магния получали обжигом при температуре 1200-1400°С оксалата магния, имеющего средний диаметр частиц от 50 до 200 мкм, полученного путем взаимодействия водных растворов оксалата аммония и хлорида магния. Указанный порошок оксида магния предназначен для использования в качестве сырья для формирования защитной пленки диэлектрического слоя цветной плазменной индикаторной дисплейной панели. Следует отметить, что величина удельной поверхности (от 0,1 до 3 м2/г) оксида магния указывает на его низкую реакционную способность, и следовательно, ограниченную применимость в таких сферах, как пища, лекарственные препараты, катализаторы, полимерные композиции, в качестве разделительного агента в производстве трансформаторных сталей, и т.д.
Наиболее близким, принятым за прототип, является изобретение [WO2009001883, опубл. 31.12.2008 г], в котором описан агрегат частиц оксида магния, состоящий из частиц оксида магния, имеющих средний размер не более 1 мкм. Агрегат частиц оксида магния имеет диаметр частиц не менее 10 мкм, приблизительно сферическую форму и содержит примеси Si, Al, Са, Fe, V, Cr, Mn, Ni, Zr, В и Zn каждый не более 10 ppm, а общее содержание примесей составляет не более 100 ppm. Агрегат частиц оксида магния имеет размер первой моды и размер второй моды больше, чем размер первой моды в распределении пор, измеренном ртутной порометрией, при этом размер первой моды составляет от 0,1 до 1 мкм, а размер второй моды составляет 8 до 20 мкм.
Способ получения агломерата частиц оксида магния состоит из следующих стадий: очистка исходного раствора хлорида магния и водного раствора щелочи свежевыпавшим гидроксидом магния, фильтрование, синтез, гидротермальная обработка при температуре 100-150°С, фильтрование, промывка, сушка, обжиг порошка гидроксида магния, диспергирование частиц оксида магния в растворителе и распылительная сушка с получение агрегатов частиц оксида магния.
Авторы отмечают, что агрегаты сферической формы способствуют улучшению диспергируемости и текучести порошка оксида магния. Но агрегаты сферической формы и высокой чистоты имеют достаточно крупный размер агрегатов (не менее 10 мкм) и низкую активность (температура обжига 1400°С), что ограничивает сферы применения указанного агрегата частиц оксида магния в производстве катализаторов, полимерных композиций, в трансформаторных сталей и т.д. Кроме того, дополнительные приемы диспергирования оксида магния в органическом растворителе и последующая распылительная сушка приводят к увеличению расхода сырья, усложнению аппаратурного оформления и, следовательно, к удорожанию производства.
Таким образом, проблема получения высокочистого оксида магния с низким содержанием примесей и, при этом, достаточной активностью (удельной поверхностью в диапазоне от 5 до 70 м2/г) и параметрами первичных и вторичных частиц, обеспечивающих хорошие технологические свойства в выбранных сферах применения, в настоящее время остается нерешенной.
Целью настоящего изобретения является получение высокочистого оксида магния, который имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, от 5 до 70 м2/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 5 мкм, массовую долю примесей каждого из элементов Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Ва, Zn, Ti, Mn, Со, Mo, V, Sb, Sr не более 1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Al, F не более 5 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Р, Cr, Ni, K, Li не более 10 ppm, массовую долю Fe не более 50 ppm, массовую долю Si не более 0,01%, массовую долю примесей каждого из элементов Са, В не более 0,02%, массовую долю сульфатов SO4 2- не более 0,02%, массовую долю примесей каждого из элементов Na, Cl- не более 0,05%, имеет объем пор в диапазоне от 0,9x10-6 м3/г до 1,5x10-6 м3/г, включает в себя первичные частицы и агломераты, состоящие из первичных частиц.
Технический результат достигается тем, что высокочистый оксид магния получают прокаливанием предшественника - гидроксида магния, полученного непрерывным взаимодействием концентрированного водного раствора хлорида магния с водным раствором гидроксида натрия при мольном отношении ионов ОН- : Mg++ в пределах (1,9÷2,1):1 при непрерывной подаче в реакционную массу суспензии затравочных кристаллов гидроксида магния, причем затравочные кристаллы гидроксида магния предварительно обрабатывают концентрированным водным раствором хлорида магния, после взаимодействия реагентов суспензию гидроксида магния направляют на старение, при этом температуру поддерживают не менее 40°С, затем проводят гидротермальную кристаллизацию частиц гидроксида магния в присутствии двухатомного спирта, при температуре в диапазоне от 120 до 220°С, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 10 ч.
В качестве водного раствора гидроксида натрия используют водный раствор гидроксида натрия, полученный электрохимическим методом (ртутным, диафрагменным или мембранным электролизом). Использование указанного водного раствора гидроксида натрия позволяет получать гидроксид магния более высокой чистоты по сравнению с методами, использующими в качестве щелочного агента известковое молоко, аммиачную воду или гидроксид натрия, полученный химическими методами.
В качестве концентрированного водного раствора хлорида магния используют водный раствор хлорида магния синтетического или природного происхождения, предварительно очищенный известными методами от нежелательных примесей тяжелых металлов и/или железа, и/или сульфатов, и/или бора, и/или брома, и/или других нежелательных примесей или их смеси, причем финальной стадией очистки является ионообменная очистка.
Механическая и реагентная обработка водного раствора хлорида магния не обеспечивают высокой степени очистки от нежелательных примесей. Очистка водного раствора хлорида магния свежевыпавшим гидроксидом магния (путем добавления в него гидроксида натрия в количестве 5-10% от стехиометрического) позволяет удалить значительные количества примесей, но является грубой и может являться только промежуточной стадией очистки. Кроме того, в ряде случаев реагентная обработка может вносить в раствор хлорида магния дополнительные нежелательные примеси. Так, например, при очистке водного раствора хлорида магния от сульфатов (SO4 2-) используется раствор хлорида бария. После отделения осадка сульфата бария в водном растворе хлорида магния остаются следовые количества бария, который в растворимых формах является токсичным, и его присутствие нежелательно при применении оксида магния в пищевой, фармацевтической и косметической промышленностях.
Для решения указанной проблемы в настоящем изобретении в качестве финальной очистки используется очистка водного раствора хлорида магния от тяжелых металлов с помощью ионообменных смол, селективных в отношении тяжелых металлов. Примерами ионнобменных смол являются ионообменные смолы с хелатными группами иминодиуксусной кислоты, например, LEWATIT TP 208 производства фирмы Lanxess (Германия), Amberlite IRC 748 производства фирмы ROHM and HAAS (США) или другие.
Предпочтительным является использование водного раствора хлорида магния с концентрацией не менее 350 г/дм3.
Известно, что низкие концентрации хлорида магния (низкое пересыщение) способствуют росту зародыша кристалла гидроксида магния, создавая таким образом относительно более крупные кристаллы гидроксида магния. Высокие концентрации (высокое пересыщение) соответственно приводят к быстрой и обширной нуклеации и малым размерам частиц гидроксида магния. [Huaxiong Fang, Tao Zhou, Xiangping Chen et all / Controlled preparation and characterization of nano-sized hexagonal Mg(OH)2 flame retardant. Particulogy, Volume 14, 2014, page 51-56.]
Таким образом, для получения более крупных частиц, обеспечивающих хорошую технологичность и фильтруемость суспензии, необходимо использовать разбавленные растворы хлорида магния. Однако, в промышленных процессах более технологичным является использование концентрированного водного раствора, содержащего не менее 350 г/дм3 хлорида магния, так как это дает возможность сократить объемы реакторного и емкостного оборудования и тем самым повысить технико-экономические показатели процесса. Поэтому авторами изобретения были проведены обширные исследования для преодоления указанного противоречия.
Предпочтительным является мольное отношение ионов гидроксида натрия и хлорида магния ОН- : Mg++в пределах (1,9÷2,1):1. Увеличение избытка хлорида магния приводит к загрязнению получаемого гидроксида магния хлоридом магния, необходимости увеличения объема воды на его промывку, а также повышению массовой доли хлоридов в получаемом оксиде магния. Увеличение избытка щелочного агента приводит к образованию мелкодисперсного гелеобразного трудно фильтруемого осадка гидроксида магния, и, следовательно, к снижению производительности процесса.
В зону непрерывного взаимодействия концентрированного водного раствора хлорида магния с водным раствором гидроксида натрия непрерывно подают суспензию затравочных кристаллов гидроксида магния в количестве 5-200% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов. Снижение количества суспензии затравочных кристаллов менее 5% не позволяет получить достаточного количества агломератов частиц гидроксида магния. Повышение количества суспензии затравочных кристаллов выше 200% снижает экономическую эффективность процесса и не дает заметного улучшения формы и размеров первичных частиц и агломератов.
В качестве суспензии затравочных кристаллов используется
предварительно полученная суспензия кристаллов гидроксида магния. Затравочные кристаллы гидроксида магния перед подачей в зону синтеза предварительно обрабатывают концентрированным водным раствором хлорида магния, что приводит к формированию на поверхности затравочных кристаллов оболочки из хлорида магния. При попадании в зону синтеза затравочных кристаллов с оболочкой из хлорида магния, при последующем дозировании водного раствора гидроксида натрия происходит равномерное образование на поверхности затравочных кристаллов гидроксида магния новых (свежевыпавших) частиц гидроксида магния, то есть формирование агломератов, ядром которых являются затравочные кристаллы. Наличие в зоне синтеза затравочных кристаллов способствует также формированию вновь образованных частиц гидроксида магния по заданному типу.
Суспензию гидроксида магния из зоны синтеза направляют в зону старения. Известно [Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов. Л.: Химия, 1974, 208 с], что в условиях непрерывного процесса осаждения рост частиц осадка имеет свои характерные черты. В установившемся непрерывном процессе осаждения все свойства системы осадок - раствор непрерывно воспроизводятся и в их числе воспроизводятся количественные характеристики образования, роста и свойства новых частиц осадка. Осадок, находящийся в реакторе, обладает достаточно стабильными свойствами (структурными, гранулометрическими и др.) и выполняет роль затравки для вновь образующихся частиц. Следовательно, затравка осадком является параметром процесса осаждения, оказывающим сильное влияние на свойства образующегося осадка.
Экспериментально было определено, что для получения осадка гидроксида магния в кристаллической форме необходимо поддерживать температуру в зоне дозирования исходных реагентов и в зоне старения осадка гидроксида магния не ниже 40°С, более предпочтительно в диапазоне от 50 до 90°С. Это позволяет избежать даже локальных очагов образования осадка гидроксида магния в псевдоаморфной форме, суспензия которого представляет собой гелеобразную вязкую трудноперемешиваемую массу и получать подвижную суспензию гидроксида магния с низкой вязкостью (особенно важно для непрерывных процессов), что повышает технологичность и экономическую эффективность процесса.
Экспериментально установленная эффективная скорость перемешивания, обеспечивающая достаточную площадь контакта фаз и формирование определенной структуры кристаллов гидроксида магния, находится в пределах от 20 до 300 об/мин.
Кристаллы гидроксида магния после старения направляют на гидротермальную кристаллизацию для получения кристаллов гидроксида магния, являющихся предшественниками кристаллов оксида магния.
Гидротермальную кристаллизацию проводят в присутствии двухатомного спирта при температуре в диапазоне от 120 до 220°С, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 10 ч. В данном процессе гидротермальной кристаллизации гидроксида магния продолжается формирование определенной структуры и размеров первичных частиц и агломератов, состоящих из первичных частиц, и выщелачивание примесей в маточный раствор, что приводит к более эффективной промывке кристаллов гидроксида магния от примесей и позволяет в последующем после обжига получать оксид магния с высокой чистотой, и заданными удельной поверхностью и свойствами первичных частиц и агломератов.
Экспериментально было обнаружено, что добавление двухатомного спирта, например, этиленгликоля или пропиленгликоля, в количестве 0,01-1,0% от массы гидроксида магния на стадии гидротермальной кристаллизации, достаточно для исключения неконтролируемой агломерации частиц гидроксида магния и вторичного укрупнения за счет слипания агломератов в блоки. Вероятно, двухатомные спирты препятствуют агломерированию частиц гидроксида магния за счет ОН- групп, которые ориентируются вокруг частиц гидроксида магния и создают сольватную оболочку.
Гидротермальная кристаллизация кристаллов гидроксида магния в присутствии двухатомного спирта влияет на объем макропор, мезопор и микропор в конечном продукте и их соотношение. При возрастании температуры и увеличении продолжительности гидротермальной кристаллизации в присутствии двухатомного спирта содержание микропор снижается, а содержание макропор и мезопор возрастает.
Таким образом, авторами было обнаружено, что сочетание используемых технологических приемов, а именно: добавления затравочных кристаллов и их предварительная обработка очищенным от примесей концентрированным бишофитом, а также гидротермальная кристаллизация в присутствии двухатомного спирта позволяют получать высокочистый гидроксид магния, обеспечивающий получение высокочистого оксида магния, включающего в себя первичные частицы и агломераты, состоящие из первичных частиц, с контролируемыми активностью, структурой первичных и вторичных частиц, объемом пор и гранулометрическим составом.
Гидротермальную кристаллизацию проводят в реакционном маточном растворе, предпочтительным является содержание гидроксида магния в диапазоне от 2 до 15% мас.
Отделение кристаллов гидроксида магния от маточного раствора осуществляют любым известным способом, например, фильтрованием полученной суспензии или отстаиванием с последующим фильтрованием сгущенной части.
Промывку кристаллов гидроксида магния от хлоридов осуществляют любым известным способом, например, промывкой осадка обессоленной водой на фильтре и/или репульпацией осадка с последующим фильтрованием. Для повышения эффективности промывки в качестве промывочной жидкости используют водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01-0,10%.
Для получения оксида магния промытые и отфильтрованные кристаллы гидроксида магния с влажностью 20-50% мас. прокаливают в печи обжига при температуре в диапазоне от 700 до 1100°С. Прокаливание кристаллов гидроксида магния проводят периодическим или непрерывным способом. Во время прокаливания кристаллов гидроксида магния, являющегося предшественником кристаллов оксида магния, окончательно формируется необходимая структура частиц высокочистого оксида магния.
После охлаждения оксид магния измельчают известным способом, например, в роторной, молотковой или струйной мельнице, и, при необходимости, модифицируют.
Получаемый высокочистый оксид магния имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 5 до 70 м2/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 5 мкм, массовую долю примесей каждого из элементов Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Ва, Zn, Ti, Mn, Со, Mo, V, Sb, Sr не более 1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Al, F не более 5 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Р, Cr, Ni, K, Li не более 10 ppm, массовую долю Fe не более 50 ppm, массовую долю Si не более 0,01%, массовую долю примесей каждого из элементов Са, В не более 0,02%, массовую долю сульфатов SO4 2- не более 0,02%, массовую долю примесей каждого из элементов Na, Cl- не более 0,05%, имеет объем пор, определенный методом ртутной порометрии, в диапазоне от 0,9x10-6 м3/г до 1,5x10-6 м3/г и включает в себя первичные частицы и агломераты, состоящие из первичных частиц.
Высокочистый оксид магния, полученный по приведенному способу, состоит из первичных частиц и агломератов (вторичных частиц, образованных первичными частицами оксида магния).
Наличие в порошке оксида магния агломератов улучшает его сыпучесть, диспергируемость и перерабатываемость (технологичность), а способствует наиболее равномерному распределению оксида магния при использовании его в качестве основных компонентов или добавок в различных смесях и формах. При использовании указанного оксида магния в полимерных матрицах может быть достигнута более высокая степень наполнения при сохранении высоких показателей полимерных материалов.
Кроме того, наличие в порошке оксида магния первичных частиц и агломератов способствует более растянутому по времени вступлению оксида магния в химические реакции, например, в реакции нейтрализации и гидратации, так как неагломерированные первичные частицы будут первыми вступать в реакцию, а затем начнут вступать в реакции агломераты оксида магния. Постепенное вступление в реакцию является полезным качеством при использовании оксида магния в составе лекарственных и косметических препаратов, а также при использовании оксида магния в качестве разделительного агента при производстве трансформаторных сталей.
Контролируемые размеры первичных частиц, агломератов и их соотношения позволяют получать контролируемые распределения пор по объемам, общий объем пор и модальный диаметр пор. Агломерированным структурам свойственно наличие макропор, в то время, как поры, образованные первичными частицами, находящимися обособленно или в составе агломератов, относятся к мезопорам и микропорам. Таким образом, соотношение между макропорами, мезопорами и микропорами указывает на соотношение между агломератами и первичными частицами, и, следовательно, является важной характеристикой для порошковых материалов, в состав которых входят агломераты.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, имеет общий объем пор в диапазоне от 0,9x10-6 м3/г до 1,5x10-6 м3/г, определенный ртутной порометрией. При этом высокочистый оксид магния имеет следующее соотношение объемов пор: объем макропор в диапазоне 85-93% об., объем мезопор в диапазоне 6,5-14% об., объем микропор в диапазоне 0,5-1,5% об. При этом модальный диаметр пор, определенный методом ртутной порометрии, находится в диапазоне 150-400 нм.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, имеет вязкость водной суспензии не более 400 сП, предпочтительно, не более 200 сП, что позволяет получать водные суспензии, технологически удобные для перемешивания, перекачивания и дозирования в различных технологических процессах.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, обеспечивает получение стабильных во времени суспензий, которые обладают седиментационной устойчивостью и имеют скорость осаждения суспензии не более 10% об. в час.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, имеет контролируемый размер частиц, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, составляет не более 5 мкм, диаметр 10% частиц не более 2 мкм, диаметр 90% частиц не более 30 мкм. При этом остаток на сите 325 меш, определенный методом мокрого просева, составляет не более 0,1%, предпочтительно, не более 0,05%.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, имеет активность по лимонному числу в диапазоне от 40 с до 200 с. Данные значения активности оксида магния обеспечивают его эффективность при использовании в выбранных сферах применения.
Высокочистый оксид магния, полученный предлагаемым способом, имеет при относительно невысокой температуре обжига 700-1100°С высокую химическую чистоту, регулируемые удельную поверхность, общий объем пор, соотношение между макро- мезо- и микропорами, модальный диаметр пор, гранулометрический состав и активность, что позволяет его применять в фармацевтической, фармакопейной, косметической и пищевой промышленностях, в производстве специальной керамики, специальных стекол, оптических материалов, электронных материалов, катализаторов, полимерных материалов, трансформаторной стали и других областях, для которых важное значение имеет химическая чистота оксида магния.
Высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, может быть модифицирован одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами и/или связующими силановыми агентами и/или специальными добавками и/или их смесью.
В качестве поверхностно-обрабатывающих агентов используют соединения, выбранные из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода или их соли щелочных металлов и/или щелочноземельных металлов, и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются стеариновая кислота, олеиновая кислота, лауриловая кислота, пальмитиновая кислота, бегеновая кислота, миристиновая кислота, жирные кислоты талового масла и другие.
В качестве силановых связующих агентов используют соединения, выбранные из группы органофункциональных триалкоксисиланов, тетраалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, алкилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы, аминосиланы и др. и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются метилтриэтоксилан, октилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан, винил-трис-(2-метоксиэтокси)силан, 3-метакрилоксипропил-триметоксисилан, 2-(3,4-эпоксициклогекси)-этилтриметоксисилан, глицидокси-пропилтриметоксисилан, аминопропилтриэтоксисилан, аминопропилтриметоксисилан, тетраэтоксисилан и другие.
В качестве модифицирующих специальных добавок используют органические и неорганические соединения кремния, бора, кальция, фосфора, сурьмы, титана или их смеси.
Соединения кремния включают неорганические соли кремниевых кислот и щелочных и щелочноземельных металлов, диоксид кремния или их смеси.
Соединения бора включают оксиды бора, борную кислоту и ее соли щелочных и щелочноземельных металлов или их смеси.
Соединения кальция включают карбонат кальция, фосфат кальция, бораты кальция или их смеси.
Соединения фосфора включают фосфорную кислоту и фосфоновые кислоты, их соли щелочных и щелочноземельных металлов или их смеси.
Соединения сурьмы включают оксид сурьмы, сульфат сурьмы и др. или их смеси.
Соединения титана включают диоксид титана и органофункциональные титанаты, например, такие как титан(IV) 2,2-бис (2 пропенолатометил) бутанолато трис (диоктил) фосфато-О, титан(IV) 2,2-бис (2 пропенолатометил) бутанолато трис (диоктил) пирофосфато-О, изопропил триизостеароил титанат, изопропил (диоктил пирофосфат) титанат, изопропил три (N-аминоэтил аминоэтил) титанат и изопропил тридецил бензол сульфонил титанат или их смеси.
Предпочтительным является использование агентов для модифицирования в количестве в диапазоне от 0,001 до 5,0% мас. в расчете на оксид магния.
Модифицирование проводят любым известным способом, например, суспензионным или сухим способом.
Для анализа высокочистого оксида магния были использованы следующие методы анализа и приборы:
- Удельную площадь поверхности по методу БЭТ определяли на высокоскоростном анализаторе площади поверхности и размера пор «Quadrasorb» производства компании «Quantachrome Instruments)), США;
- Гранулометрический состав определяли методом лазерной дифракции на приборе «Malvern MasterSizer - 2000 E» с модулем Scirocco 2000 компании Malvern Limited, Великобритания;
- Массовую долю примесей Pb, Cd, As, Hg, Ва, Zn, Ti, Mn, Co, Mo, V, Sb, Sr, Al, P, Si, Cr, Ni, Fe, B, Ca, Li, Na, K, определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе «Optima 8000» производства компании «PerkinElmer», США;
- Массовую долю F определяли потенциометрическим титрованием;
- Массовую долю хлоридов Cl- и сульфатов SO4 2- определяли фототурбидиметрическим методом;
- Объем пор, объем макропор и модальный диаметр пор определяли методом ртутной порометрии с помощью ртутного порозиметра Pascal 140-440 производства компании Thermo Scientific (США);
- Объем микропор и мезопор определяли методом адсорбции азота с помощью анализатора ASAP 2020 производства компании Micrometrics Instrument Corporation (США);
- Общий объем пор рассчитывали как сумму объема пор (макро-, мезо- и микро);
- Объемную долю объема макро-, мезо- и микропор рассчитывали как отношение объема макропор, или объема микропор, или объема мезопор, к общему объему пор, выраженному в объемных процентах;
- Остаток при просеве на сите 325 меш определяли методом мокрого рассева;
- Активность по лимонному числу (в секундах) определяли, как время появления малиновой окраски после добавления 0,4 N раствора лимонной кислоты с индикатором фенолфталеином к суспензии оксида магния в воде при температуре 30±2°С;
- Динамическую вязкость суспензии оксида магния, приготовленную из расчета 125 г оксида магния на 1 дм3 воды, после перемешивания 1 ч при температуре 23±2°С определяли на визкозиметре Брукфильда.
- Скорость осаждения суспензии, приготовленной из расчета 125 г оксида магния на 1 дм3 воды, после перемешивания 1 ч определяли в цилиндре объемом 100 см3 после отстаивания в течение 1 ч путем определения объема прозрачного слоя над слоем суспензии.
Предлагаемый способ производства высокочистого оксида магния иллюстрируется следующими примерами.
Установка для получения оксида магния
Синтез гидроксида магния проводят в каскаде, состоящем из трех реакторов. Рабочий объем каждого реактора составляет 120 дм3. Скорость перемешивания составляет 45 об/мин.
Гидротермальную кристаллизацию проводят в автоклаве с рабочим объемом 1,6 м3 и скоростью перемешивания 90 об/мин.
Фильтрование суспензии гидроксида магния проводят на опытном пресс-фильтре фирмы ANDRITZ (Германия).
Обжиг влажного осадка гидроксида магния проводят в камерной печи с трехсторонним нагревом марки Nabertherm N500 E (Германия).
Измельчение оксида магния проводят на молотковой мельнице фирмы NETZSCH (Германия).
Пример 1
Раствор хлорида магния готовят растворением шестиводного хлорида магния в обессоленной воде, затем очищают от железа и сульфатов, и пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой TP 208 MonoPlus производства фирмы Lanxess. В очищенном растворе массовая доля хлорида магния составляет 32,1%.
Раствор гидроксида натрия, полученный электролизом с ртутным катодом, разбавляют обессоленной водой до массовой доли гидроксида натрия 16,6%.
В первый реактор каскада одновременно подают очищенный раствор хлорида магния с расходом 33,5 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов с расходом 44 кг/ч, направляемую после старения из третьего реактора каскада.
Во второй реактор каскада одновременно подают раствор гидроксида натрия с расходом 54,4 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов, обработанных раствором хлорида магния, из первого реактора. Полученную суспензию кристаллов гидроксида магния непрерывно направляют на старение в третий реактор каскада.
Температуру во всех реакторах каскада поддерживают в диапазоне 50-60°С.
Время пребывания в каскаде реакторов составляет 2 ч.
После старения суспензию кристаллов гидроксида магния направляют на гидротермальную кристаллизацию при температуре 170°С в присутствии 0,1% мас. пропиленгликоля от массы гидроксида магния в течение 3 ч.
Суспензию гидроксида магния фильтруют. Влажные кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре щелочной водой с массовой долей гидроксида натрия 0,02%. Отжатый осадок с влажностью 48% обжигают при температуре 950°С в течение 2 ч и измельчают.
Характеристики полученного высокочистого оксида магния приведены в таблицах 1-2.
Пример 2
Раствор бишофита, очищенный от сульфатов и бора, пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой TP 208 MonoPlus производства фирмы Lanxess. В очищенном растворе массовая доля хлорида магния составляет 30,5%.
Раствор гидроксида натрия, полученный диафрагменным электролизом, разбавляют обессоленной водой до массовой доли гидроксида натрия 10,0%.
В первый реактор каскада одновременно подают очищенный раствор хлорида магния с расходом 35,3 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов с расходом 12,6 кг/ч, направляемую после старения из третьего реактора каскада.
Во второй реактор каскада одновременно подают раствор гидроксида натрия с расходом 90,8 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов, обработанных раствором бишофита, из первого реактора. Полученную суспензию кристаллов гидроксида магния непрерывно направляют на старение в третий реактор каскада.
Температуру во всех реакторах каскада поддерживают в диапазоне 50-60°С.
Время пребывания в каскаде реакторов составляет около 2 ч.
После старения суспензию кристаллов гидроксида магния направляют на гидротермальную кристаллизацию при температуре 200°С в присутствии 0,05% мас. этиленгликоля от массы гидроксида магния в течение 1 ч.
Суспензию гидроксида магния фильтруют. Влажные кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре щелочной водой с массовой долей гидроксида натрия 0,02%. Отжатый осадок с влажностью 38% обжигают при температуре 850°С в течение 2 ч и измельчают на молотковой мельнице.
Характеристики полученного высокочистого оксида магния приведены в таблицах 1-2.
Пример 3
Раствор хлорида магния готовят растворением шестиводного хлорида магния в обессоленной воде, затем очищают от сульфатов, и пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой AMBERLITE IRC 748 производства фирмы «ROHM and HAAS». В очищенном растворе массовая доля хлорида магния составляет 32,1%.
Раствор гидроксида натрия, полученный мембранным электролизом, разбавляют обессоленной водой до массовой доли гидроксида натрия 12,5%.
В первый реактор каскада одновременно подают очищенный раствор хлорида магния с расходом 31,8 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов с расходом 33,3 кг/ч, направляемую из второго реактора каскада.
Во второй реактор каскада одновременно подают раствор гидроксида натрия с расходом 68,1 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов, обработанных раствором бишофита, из первого реактора. Полученную суспензию кристаллов гидроксида магния непрерывно направляют на старение в третий реактор каскада.
Температуру во всех реакторах каскада поддерживают в диапазоне 70-80°С.
Время пребывания в каскаде реакторов составляет 2 ч.
После старения суспензию кристаллов гидроксида магния направляют на гидротермальную кристаллизацию при температуре 130°С в присутствии 0,02% мас. этиленгликоля от массы гидроксида магния в течение 2 ч.
Суспензию гидроксида магния фильтруют. Влажные кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре щелочной водой с массовой долей гидроксида натрия 0,02%. Отжатый осадок с влажностью 48% обжигают при температуре 750°С в течение 3 ч и измельчают на молотковой мельнице.
Характеристики полученного высокочистого оксида магния приведены в таблицах 1-2.
Пример 4
Раствор бишофита очищают от брома, пропускают через колонну, заполненную ионообменной смолой AMBERLITE IRC 748 производства фирмы «ROHM and HAAS». В очищенном растворе массовая доля хлорида магния составляет 28,0%.
Раствор гидроксида натрия, полученный диафрагменным электролизом, разбавляют обессоленной водой до массовой доли гидроксида натрия 13,5%.
В первый реактор каскада одновременно подают очищенный раствор хлорида магния с расходом 63,6 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов с расходом 85,5 кг/ч, направляемую из второго реактора каскада.
Во второй реактор каскада одновременно подают раствор гидроксида натрия с расходом 110,5 кг/ч и суспензию затравочных кристаллов, обработанных раствором бишофита, из первого реактора. Полученную суспензию кристаллов гидроксида магния непрерывно направляют на старение в третий реактор каскада.
Температуру во всех реакторах каскада поддерживают в диапазоне 50-60°С.
Время пребывания в каскаде реакторов составляет 1 ч.
После старения суспензию кристаллов гидроксида магния направляют на гидротермальную кристаллизацию при температуре 150°С в присутствии 0,5% мас. пропиленгликоля от массы гидроксида магния в течение 4 ч.
Суспензию гидроксида магния фильтруют. Влажные кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре обессоленной водой. Отжатый осадок с влажностью 39% обжигают при температуре 900°С в течение 2 ч и измельчают на молотковой мельнице.
Характеристики полученного высокочистого оксида магния приведены в таблицах 1-2.
Пример Сравнения
В реактор загружают 45 кг раствора хлорида магния с массовой долей 32% и при непрерывном перемешивании в течение 1 ч дозируют 82 кг известкового молока с массовой долей гидроксида кальция 15%. Перемешивание продолжают 24 ч при температуре 20-30°С.
Суспензию гидроксида магния фильтруют, влажные кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре обессоленной водой. Отжатый осадок с влажностью 65% обжигают в муфельной печи при температуре 900°С в течение 2 ч и измельчают на молотковой мельнице.
Характеристики полученного оксида магния приведены в таблице 1.
Пример модифицирования 1
В смеситель типа Хеншель загружают 100 г высокочистого оксида магния, полученного по Примеру 1, и 0,5 г винилтриметоксисилана, перемешивают в течение 10-15 мин при температуре не выше 70°С. Получают модифицированный оксид магния.
Пример модифицирования 2
В смеситель типа Хеншель загружают 100 г высокочистого оксида магния, полученного по Примеру 1, и 2,0 г стеарата кальция, перемешивают в течение 10-15 мин при температуре не выше 100°С. Получают модифицированный оксид магния.
Пример модифицирования 3
В смеситель типа Хеншель загружают 100 г высокочистого оксида магния, полученного по Примеру 1, и 0,5 г борной кислоты, перемешивают в течение 10-15 мин при температуре не выше 80°С. Получают модифицированный оксид магния.
Приведенные примеры иллюстрируют сущность представляемого изобретения и не ограничивают область заявленного изобретения.
Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ производства позволяет получать высокочистый оксид магния с низким содержанием примесей, регулируемой активностью, объемом пор и распределением пор по размерам и гранулометрическим составом.
Claims (35)
1. Высокочистый оксид магния, имеющий удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 5 до 70 м2/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 5 мкм, отличающийся тем, что имеет массовую долю примесей каждого из элементов Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Ва, Zn, Ti, Mn, Со, Mo, V, Sb, Sr не более 1 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Al, F не более 5 ppm, массовую долю примесей каждого из элементов Р, Cr, Ni, K, Li не более 10 ppm, массовую долю Fe не более 50 ppm, массовую долю Si не более 0,01%, массовую долю примесей каждого из элементов Са, В не более 0,02%, массовую долю сульфатов не более 0,02%, массовую долю примеси элемента Na не более 0,05%, массовую долю примеси хлоридов не более 0,05%, и включает в себя первичные частицы и агломераты, состоящие из первичных частиц.
2. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю хлоридов не более 0,025%.
3. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю железа Fe не более 20 ppm.
4. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 10 до 30 м2/г.
5. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет объем пор, определенный методом ртутной порометрии, в диапазоне от 0,9×10-6 до 1,5×10-6 м3/г.
6. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет объем макропор в диапазоне 85-93% об., объем мезопор в диапазоне 6,5-14% об., объем микропор в диапазоне 0,5-1,5% об. в расчете от общего объема пор.
7. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет модальный диаметр пор, определенный методом ртутной порометрии, в диапазоне от 150 до 400 нм.
8. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 3,5 мкм.
9. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет диаметр 10% частиц не более 2 мкм, диаметр 90% частиц не более 30 мкм, определенный методом лазерной дифракции.
10. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет остаток на сите 325 меш не более 0,1%.
11. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет активность по лимонному числу в диапазоне от 40 до 200 с.
12. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет вязкость водной суспензии не более 400 сП.
13. Высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что модифицирован одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами, выбранными из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, и/или их солей щелочных и щелочно-земельных металлов, и/или связующими силановыми агентами, выбранными из группы органофункциональных триалкоксисиланов, тетраалкоксисиланов, и/или добавками, выбранными из группы, включающей неорганические соединения
кремния: соли кремниевых кислот и щелочных и щелочно-земельных металлов, диоксид кремния или их смеси;
бора: борную кислоту и ее соли щелочных и щелочно-земельных металлов или их смеси;
кальция: карбонат кальция, фосфат кальция, бораты кальция или их смеси;
сурьмы: оксид сурьмы, сульфат сурьмы или их смеси;
органические и неорганические соединения
фосфора: фосфорную кислоту, фосфоновые кислоты, их соли щелочных и щелочно-земельных металлов или их смеси;
титана: диоксид титана и органофункциональные титанаты или их смеси; или
их смеси в количестве от 0,001 до 5,0% от массы оксида магния.
14. Способ получения высокочистого оксида магния прокаливанием гидроксида магния, полученного взаимодействием водного раствора хлорида магния с водным раствором гидроксида натрия, отличающийся тем, что взаимодействие очищенного концентрированного водного раствора хлорида магния с водным раствором гидроксида натрия проводят непрерывным способом при температуре 40-90°С, перемешивании со скоростью 20-300 об/мин, при мольном отношении ионов ОН-:Mg++ в пределах (1,9÷2,1):1 при непрерывной подаче в реакционную массу суспензии затравочных кристаллов гидроксида магния в количестве 5-200% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов, причем затравочные кристаллы гидроксида магния предварительно обрабатывают концентрированным водным раствором хлорида магния, после взаимодействия реагентов суспензию гидроксида магния направляют на старение при температуре 40-90°С, затем проводят гидротермальную кристаллизацию частиц гидроксида магния в присутствии двухатомного спирта: этиленгликоля или пропиленгликоля при температуре в диапазоне от 120 до 220°С, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 10 ч, полученную суспензию гидроксида магния фильтруют, промывают, а прокаливание гидроксида магния осуществляют при температуре 700-1100°С.
15. Способ получения высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что в качестве концентрированного водного раствора хлорида магния используют водный раствор хлорида магния синтетического или природного происхождения, предварительно очищенный от примесей тяжелых металлов и/или железа, и/или сульфатов, и/или бора, и/или брома, и/или их смеси, причем финальной стадией очистки является ионообменная очистка.
16. Способ получения высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что в качестве водного раствора гидроксида натрия используют водный раствор гидроксида натрия, полученный электрохимическим методом.
17. Способ получения высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что гидротермальную кристаллизацию гидроксида магния проводят в присутствии двухатомного спирта в количестве 0,01-1,0% мас.
18. Способ получения высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что для промывки кристаллов гидроксида магния используют обессоленную воду и/или щелочную воду, представляющую собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей в диапазоне 0,01-0,1%.
19. Способ получения высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что оксид магния модифицируют одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами, выбранными из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, и/или их солей щелочных или щелочно-земельных металлов, и/или одним или несколькими связующими силановыми агентами, выбранными из группы органофункциональных триалкоксисиланов, тетраалкоксисиланов, и/или добавками, выбранными из группы, включающей неорганические соединения
кремния: соли кремниевых кислот и щелочных и щелочно-земельных металлов, диоксид кремния или их смеси;
бора: борную кислоту и ее соли щелочных и щелочно-земельных металлов или их смеси;
кальция: карбонат кальция, фосфат кальция, бораты кальция или их смеси,
сурьмы: оксид сурьмы, сульфат сурьмы или их смеси;
органические и неорганические соединения
фосфора: фосфорную кислоту, фосфоновые кислоты, их соли щелочных и щелочно-земельных металлов или их смеси;
титана: диоксид титана и органофункциональные титанаты или их смеси;
или их смеси в количестве от 0,001 до 5,0% от массы оксида магния.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP22856326.8A EP4385950A1 (en) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | High-purity magnesium oxide and process for producing same |
PCT/RU2022/050214 WO2023018358A1 (ru) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | Высокочистый оксид магния и способ его производства |
CN202280061022.1A CN118019711A (zh) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | 高纯度氧化镁及其生产方法 |
JP2024507894A JP2024529076A (ja) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | 高純度酸化マグネシウム及びその製造方法 |
MX2024001837A MX2024001837A (es) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | Oxido de magnesio de alta pureza y metodo para la produccion del mismo. |
KR1020247005762A KR20240044446A (ko) | 2021-08-09 | 2022-07-06 | 고순도 산화마그네슘 및 이를 생산하는 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773754C1 true RU2773754C1 (ru) | 2022-06-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115893883A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-04-04 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 由水氯镁石-钙基固体废弃物制备镁水泥用氧化镁的方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007091525A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 酸化マグネシウム粉末、酸化マグネシウム成形体用前駆体、それらの製造方法および酸化マグネシウム成形体並びに酸化マグネシウム焼結体ペレット |
WO2009001883A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 酸化マグネシウム粒子凝集体及びその製造方法 |
RU2611510C2 (ru) * | 2013-03-25 | 2017-02-27 | Коносима Кемикал Ко., Лтд. | Частицы оксида магния, полимерная композиция, каучуковая композиция и формованное изделие |
RU2690808C1 (ru) * | 2018-08-09 | 2019-06-05 | Акционерное общество "Каустик" | Активный высокочистый оксид магния и способ его производства |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007091525A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Nippon Chem Ind Co Ltd | 酸化マグネシウム粉末、酸化マグネシウム成形体用前駆体、それらの製造方法および酸化マグネシウム成形体並びに酸化マグネシウム焼結体ペレット |
WO2009001883A1 (ja) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Tateho Chemical Industries Co., Ltd. | 酸化マグネシウム粒子凝集体及びその製造方法 |
RU2611510C2 (ru) * | 2013-03-25 | 2017-02-27 | Коносима Кемикал Ко., Лтд. | Частицы оксида магния, полимерная композиция, каучуковая композиция и формованное изделие |
RU2690808C1 (ru) * | 2018-08-09 | 2019-06-05 | Акционерное общество "Каустик" | Активный высокочистый оксид магния и способ его производства |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NGUYEN KIM NGA et al., A facile synthesis of nanostructured magnesium oxide particles for enhanced adsorption performance in reactive blue 19 removal," Journal of Colloid and Interface Science", 2013, Vol.398, pp. 210-216. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115893883A (zh) * | 2022-09-09 | 2023-04-04 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 由水氯镁石-钙基固体废弃物制备镁水泥用氧化镁的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9061919B2 (en) | Magnesium oxide powder having excellent dispersibility and method for producing the same | |
TWI545085B (zh) | 高純度沉澱碳酸鈣的製造 | |
EP0722422B1 (en) | Preparation of spheroidal aggregates of platy synthetic hydrotalcite | |
Song et al. | Synthesis and characterization of magnesium hydroxide by batch reaction crystallization | |
EP3398908B1 (en) | Method for producing synthetic hectorite at low temperature and under atmospheric pressure | |
Ma et al. | Preparation of magnesium hydroxide nanoflowers from boron mud via anti-drop precipitation method | |
JP6008642B2 (ja) | 平板状結晶性アルミナ複合酸化物微粒子集合体、平板状結晶性アルミナ複合酸化物微粒子集合体からなる結晶性アルミナ複合酸化物粒子ならびに該平板状結晶性アルミナ複合酸化物微粒子集合体および該結晶性アルミナ複合酸化物粒子の製造方法 | |
KR101235123B1 (ko) | 다공성 알루미나의 제조방법 | |
KR102560453B1 (ko) | 활성 고순도 산화 마그네슘 및 이의 생산 방법 | |
US7022302B2 (en) | Process for preparing hydrotalcite and brucite type posite charged layers | |
RU2402483C2 (ru) | Способ получения нанодисперсного гидроксиапатита для медицины | |
JP4944466B2 (ja) | 無水炭酸マグネシウム粉末及びその製造方法 | |
RU2773754C1 (ru) | Высокочистый оксид магния и способ его производства | |
JPH03170325A (ja) | 水酸化マグネシウムの製造方法 | |
KR101173728B1 (ko) | 입방체상 산화마그네슘 분말 및 그 제조방법 | |
WO2023018358A1 (ru) | Высокочистый оксид магния и способ его производства | |
RU2350637C2 (ru) | Многофункциональный наполнитель на основе химически осажденного карбоната кальция и способ его получения | |
CN113860342B (zh) | 一种制备高纯平行六面体状勃姆石的方法及高纯平行六面体状勃姆石 | |
KR20050010610A (ko) | 나노 크기 하이드로탈사이트 제조방법 | |
CN108698840B (zh) | 在低温和大气压下制造合成锂蒙脱石的方法 | |
RU2690808C9 (ru) | Активный высокочистый оксид магния и способ его производства | |
JP2014058438A (ja) | 結晶性アルミナ積層粒子および該結晶性アルミナ積層粒子の製造方法 | |
Duan et al. | Effect of Synthetic Parameters on Synthesis of Magnesium Aluminum Spinels | |
CN114314618B (zh) | 碳酸镁复盐晶体、含镁无定型碳酸盐及活性氧化镁的制备方法 | |
JP2013010056A (ja) | 重金属イオン吸着材およびその製造方法 |