CN102060314B

CN102060314B - 一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法

Info

Publication number: CN102060314B
Application number: CN2010105659394A
Authority: CN
Inventors: 梁勇; 韩绍娟; 许壮志; 薛健; 张明; 亢永珍
Original assignee: SHENYANG XINJIN POWDER ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Liaoning Faku County Ceramic Engineering Technology Research Center
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102060314A

Abstract

本发明涉及一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法。采用轻烧氧化镁为镁离子提供来源，先用硫酸将其制成MgSO₄溶液，过滤除杂质后利用氨水和NaOH溶液作为沉淀剂，控制[NH₃·H₂O]/[Mg²⁺]＝1.5～1、[OH^-]/[Mg²⁺]＝2～1.5，两步法合成片状阻燃级氢氧化镁，氨水沉淀阶段温度为50～60℃、NaOH溶液沉淀阶段温度为120～160℃，水热反应时间为2～10h，得到一次粒径0.5～1μm、氢氧化镁含量大于97％的片状氢氧化镁。该方法成本低廉、附加值高，制得的氢氧化镁纯度高、结构稳定、粒径分布窄，为氢氧化镁乃至菱镁矿资源的高度利用提供了一条较好的途径。利用本发明制备的氢氧化镁产品可作为阻燃剂用于橡胶、塑料、电线电缆及建材等行业。

Description

一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法

技术领域

本发明涉及一种片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，具体涉及一种采用轻烧氧化镁粉为镁源、氨水和氢氧化钠为沉淀剂的制备片状阻燃级氢氧化镁的方法，属于无机化工技术领域。

背景技术

我国拥有丰富的菱镁矿资源，其中菱镁矿资源在辽宁省的探明储量达到30亿吨，菱镁矿被广泛地用作耐火材料的原料，分别用于制备轻烧氧化镁、重烧氧化镁和电熔镁，以及少量用于制备各种镁盐。但是，多年来对菱镁矿的利用均存在取富舍贫的问题，且在开采过程中产生数量庞大(约占采出矿石的25％-35％)的粉矿。就利用菱镁矿生产最多的轻烧氧化镁来讲，现阶段产品的经济附加值很低，且生产其他镁化工产品的过程中也会产生部分氧化镁废弃粉料，因此急需研制出一种能够提高轻烧氧化镁粉经济价值的新方法，从而生产高附加值的镁化工产品。

随着塑料、橡胶、合成纤维等高分子材料生产的发展及其应用领域的扩展，其易燃性也日益引起人们的关注。尤其当高分子材料与电器组合使用时(如电线电缆等塑料制品)，由于在高压、发热、放电等条件下工作，容易燃烧引发火灾，同时产生大量烟雾和有毒气体，造成财物损失及人员伤亡。为此人们研究出各种阻燃剂来解决高分子材料的耐燃和抑烟问题。氢氧化镁具有阻燃抑烟、热稳定性高(分解温度为340～490℃)、无毒等特点，尤其适合与加工温度较高的PP、PA、POM等聚合物配合使用。因此，在各种镁产品中，高性能、高附加值氢氧化镁的研究与开发正成为国内外的关注热点。现有的氢氧化镁产品大多粒度分布宽、团聚现象严重、纯度低(氢氧化镁含量低于90～96％)，使其售价低廉，应用面受限；而附加值较高、市场需求增长较快的高纯片状氢氧化镁阻燃剂产量甚微，致使塑料、橡胶、电线电缆等行业所需的高性能氢氧化镁阻燃剂，与大量闲置的镁资源现状形成鲜明的对比。

由于氢氧化镁是一种表面极性很强的无机化合物，其晶体表面具有亲水性，且常温条件下采用传统工艺合成的氢氧化镁表面极性较强，易于团聚形成粒径为10-100μm的二次粒子，具有很大的表面积，直接添加到高聚物中时分散性及相容性均较差，影响复合材料的加工性能。为了制备分散性较好的氢氧化镁，必须采用合适的工艺手段对常温合成的氢氧化镁进行结构改性，以降低晶体的微观应力和表面极性，制备比表面积小、粒径适中的高纯氢氧化镁产品。

发明内容

本发明的目的是针对现有菱镁矿资源利用价值较低的情况而设计的一种用轻烧氧化镁粉生产阻燃级氢氧化镁的方法，该法较大程度的提高了轻烧氧化镁粉的经济利用价值，而且生产的片状阻燃级氢氧化镁纯度高、结构稳定、过滤容易、操作简单，易于工业化生产。

具体制备工艺步骤如下：

(1)采用MgO含量在97％以上的轻烧氧化镁粉为原料，用去离子水将其配成镁离子浓度即[Mg²⁺]为1.2～2.0mol/L的料浆，在搅拌状态下向其中加入一定量的H₂SO₄(控制镁源料浆与H₂SO₄的体积比约为8∶1～10∶1)，持续搅拌30～90min，温度控制在30～50℃，即制得MgSO₄溶液。

(2)将步骤1中制得的镁源溶液过滤后将滤液倒入反应器中并向其中加入占理论氢氧化镁产量0.1％～0.5％的十二烷基苯磺酸钠，控制温度为50～60℃，搅拌转速为200～500r/min，先将氨水按照[NH₃·H₂O]/[Mg²⁺]＝1.5～1(此处[Mg²⁺]为镁源溶液中的镁离子浓度)的比例加入反应器中反应10～20min，然后将NaOH溶液按照[OH^-]/[Mg²⁺]＝2～1.5(此处[OH^-]仅为NaOH溶液中的[OH^-]，[Mg²⁺]为镁源溶液中的镁离子浓度)的比例加入反应器中反应10～20min，即得粗制Mg(OH)₂料浆悬浮液。

(3)将步骤2中制得的Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中在120～160℃反应2～10h，即得精制Mg(OH)₂料浆。

(4)将步骤(3)中制得的Mg(OH)₂料浆过滤、洗涤、干燥后即得片状阻燃级氢氧化镁。

上述氨水沉淀阶段[Mg²⁺]相对过量，而NaOH溶液沉淀阶段[OH^-]相对过量。

本发明采用轻烧氧化镁为镁离子提供来源，先用一定量硫酸将其制成MgSO₄溶液，过滤除杂质，然后利用氨水和NaOH溶液作为沉淀剂，两步法合成片状阻燃级氢氧化镁：第一步，将MgSO₄溶液与氨水进行常温混合阶段，该过程由于[Mg²⁺]基本上处于过量状态，氢氧化镁的成核速率远大于其生长速率，故产生大量的氢氧化镁晶核；第二步，将第一步制得的氢氧化镁悬浮液置于反应釜中，并加入适当过量的氢氧化钠溶液，此时反应体系处于处于[OH^-]含量高而[Mg²⁺]含量低的状态，故氢氧化镁的生长速率远大于其成核速率，拟合成的片状氢氧化镁应该具有较低的极性，能使与其他有机材料如高分子树脂等具有更好的相容性，具有更高的工业应用价值。

本发明的显著效果在于：利用轻烧氧化镁粉制备片状阻燃级氢氧化镁，很好的提高了轻烧氧化镁粉乃至菱镁矿资源的利用价值，拓宽其应用领域；采用氨法与氢氧化钠发相结合并在水热条件下制备阻燃级氢氧化镁，既克服了氨法工艺产物的粒径分布较宽且收率偏低和氢氧化钠法容易造成生成的氢氧化镁粒径偏小过滤困难的缺点，获得产率较高、分散性较好且其形貌、结构和尺寸均可控制的氢氧化镁目标产物。

具体实施方式

实施例一：

称取1.98g轻烧氧化镁粉倒入烧杯中，向烧杯中加入36mL去离子水后放置于磁力加热搅拌器中，控制温度为30℃，搅拌转速为200r/min，搅拌2min后向其中加入5mL49％的H₂SO₄，继续搅拌反应30min即得粗制MgSO₄溶液。

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，先向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，之后加入2.4mol/L的NaOH溶液40mL，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为160℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。

实施例二：

称取1.98g轻烧氧化镁粉倒入烧杯中，向烧杯中加入36mL去离子水后放置于磁力加热搅拌器中，控制温度为30℃，搅拌转速为200r/min，搅拌2min后向其中加入4.7mL49％的H₂SO₄，继续搅拌反应30min即得粗制MgSO₄溶液。

实施例三：

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，先向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，之后加入2.4mol/L的NaOH溶液25mL(用去离子水稀释至40mL)，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为120℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。

实施例四：

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，先向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，之后加入2.4mol/L的NaOH溶液40mL，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为120℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。

Claims

1.一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，具体制备工艺步骤如下：

(1)采用MgO含量在97％以上的轻烧氧化镁粉为原料，用去离子水将其配成镁离子浓度即[Mg²⁺]为1.2mol/L的料浆，在搅拌状态下向其中加入一定量的49％H₂SO₄，控制镁源料浆与49％H₂SO₄的体积比约为8∶1，持续搅拌30～90min，温度控制在30～50℃，即制得MgSO₄溶液；

(2)将步骤1中制得的MgSO₄溶液过滤后将滤液倒入反应器中并向其中加入占理论氢氧化镁产量0.5％的十二烷基苯磺酸钠，控制温度为50～60℃，搅拌转速为200～500r/min，先将氨水按照[NH₃·H₂O]/[Mg²⁺]＝1.5～1的比例加入反应器中反应10～20min，然后将NaOH溶液按照[OH^-]/[Mg²⁺]＝2～1.5的比例加入反应器中反应10～20min，即得粗制Mg(OH)₂料浆悬浮液；

(3)将步骤2中制得的Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中在120～160℃反应2～10h，即得精制Mg(OH)₂料浆；

(4)将步骤3中制得的Mg(OH)₂料浆过滤、洗涤、干燥后即得片状阻燃级氢氧化镁。

2.如权利要求1所述的采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，其特征在于：氨水沉淀阶段[Mg²⁺]相对过量，而NaOH溶液沉淀阶段[OH^-]相对过量。

3.一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，其特征在于具体的制备工艺步骤和技术条件：

称取1.98g轻烧氧化镁粉倒入烧杯中，向烧杯中加入36mL去离子水后放置于磁力加热搅拌器中，控制温度为30℃，搅拌转速为200r/min，搅拌2min后向其中加入5mL 49％H₂SO₄，继续搅拌反应30min即得粗制MgSO₄溶液；

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，然后向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，最后加入2.4mol/L的NaOH溶液40mL，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为160℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。

4.一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，其特征在于具体的制备工艺步骤和技术条件：

称取1.98g轻烧氧化镁粉倒入烧杯中，向烧杯中加入36mL去离子水后放置于磁力加热搅拌器中，控制温度为30℃，搅拌转速为200r/min，搅拌2min后向其中加入4.7mL 49％H₂SO₄，继续搅拌反应30min即得粗制MgSO₄溶液；

5.一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，其特征在于具体的制备工艺步骤和技术条件：

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，然后向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，最后加入2.4mol/L的NaOH溶液25mL(用去离子水稀释至40mL)，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为120℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。

6.一种采用轻烧氧化镁粉合成片状阻燃级氢氧化镁的制备方法，其特征在于具体的制备工艺步骤和技术条件：

用普通漏斗将粗制MgSO₄溶液过滤至三口烧瓶中，待完全过滤后，调整磁力加热搅拌器的温度为58℃，搅拌转速为200r/min，然后向其中加入20mL2％的氨水，滴加完毕后持续反应10min，最后加入2.4mol/L的NaOH溶液40mL，滴加完毕后再持续反应10min，即初步制得Mg(OH)₂料浆，然后将Mg(OH)₂料浆转移至反应釜中，温度控制为120℃水热反应6h，最后，将制得Mg(OH)₂料浆抽滤、干燥即得片状阻燃级氢氧化镁产品。