CN102126733B

CN102126733B - 一种由菱镁矿制备亚微米片状氢氧化镁的方法

Info

Publication number: CN102126733B
Application number: CN201010034209A
Authority: CN
Inventors: 卢旭晨; 王体壮; 闫岩
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: CN102126733A

Abstract

一种由菱镁矿制备亚微米片状氢氧化镁的方法，其步骤包括：1)将粉碎的菱镁矿焙烧制得焙烧菱镁矿粉体；2)将焙烧菱镁矿粉体、碱、分散剂和水按质量比1∶0.1-20∶0.001-0.1∶1-50混合制得料浆；3)步骤2中的浆料经机械化学处理，制成待晶化浆料；4)将步骤3中待晶化浆料置于反应釜中，在60℃-250℃下，自压水热晶化；5)将步骤4完成晶化处理的浆料固液分离、洗涤、干燥后制得亚微米片状氢氧化镁粉末。本发明制得亚微米片状氢氧化镁大大降低了生产成本，并且该工艺不产生化工盐类副产物，为清洁生产工艺。所得亚微米片状氢氧化镁在阻燃、催化载体以及其他功能材料领域应用广泛。

Description

一种由菱镁矿制备亚微米片状氢氧化镁的方法

发明领域

本发明属于精细化工材料制备技术领域，具体地涉及一种亚微米片状氢氧化镁。它可在材料、化工、环境和医药等多个领域广泛应用，是由菱镁矿经粉碎-焙烧-机械化学处理-水热晶化处理而制成。

背景技术

氢氧化镁(Mg(OH)₂)属于六方晶系，可根据结晶条件生长成各种大小和形貌的晶体。亚微米氢氧化镁广泛应用于材料、化工、环境和医药等多个领域。特别是亚微米片状氢氧化镁用作阻燃剂时，具有适当的分解温度(623K)，吸热量大，不仅具有阻燃、消烟和填充功能，而且不产生有毒气体，无腐蚀，因而发展较快。从而，亚微米片状氢氧化镁的制备成为广泛关注。

我国菱镁矿储量丰富，分布集中。辽宁、山东两省兴建了多个以大规模的开采和加工菱镁矿为主的企业。菱镁矿加工已经成为以上两省的优势产业，从业人数多、产值大。我国优质菱镁矿的应用主要是制备镁质耐火材料、镁质金属材料和镁质化工原料等。以菱镁矿为原料生产氢氧化镁的方法主要有：

①酸解法(CN 02109685.6，CN 200810010163.2，CN 200710000049.7，CN 01141787.0)，主要分为酸解、煅烧、分离钙、酸溶、沉镁、干燥六个步骤。强酸溶解法需要酸作为原料，该方法耗酸量大，生成大量盐副产品。例如，用硫酸溶解，每生产1吨氢氧化镁消耗浓硫酸2.5吨和氨气0.85吨以上，产生副产品硫酸铵3.3吨。如果没有合适的、廉价的酸来源，生产成本会大大提高，并且难以得到片状氢氧化镁。

②强酸弱碱盐溶解法(CN 02130915.9)，将焙烧菱镁矿与硫酸铵、氯化铵、硝酸铵等强酸弱碱盐反应，得到镁盐并回收氨气，镁盐再次吸氨沉淀制得氢氧化镁。该方法设备庞大，工艺较为繁琐，镁元素利用率较低且难以得到片状氢氧化镁。

③菱镁矿焙烧-水解法(CN 99118918.3、CN 200410021248.2，200810055776.8，03133955.7)，该方法简化工艺流程，涉及的反应和循环较少，经营成本较低，但所得氢氧化镁的水化率、结晶性、大小、形貌难以达到亚微米片状氢氧化镁的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种由菱镁矿制备亚微米片状氢氧化镁的方法。

为实现上述目的，本发明的主要步骤包括：

(1)将菱镁矿粉碎；

(2)将步骤1粉碎的菱镁矿焙烧制得焙烧菱镁矿粉体；

(3)将步骤2中的焙烧粉体、碱、分散剂和水按质量比1∶0.1-20∶0.001-0.1∶1-50混合制得料浆；

(4)将步骤3中浆料经机械化学处理，制成待晶化浆料；

(5)将步骤4中待晶化浆料置于反应釜中，在60℃-250℃下，自压水热晶化0.1-100小时；

(6)将步骤5完成晶化处理的浆料固液分离、洗涤、干燥后制得得亚微米片状氢氧化镁粉末；

(7)将步骤6中的滤液和洗液回收循环使用。

本发明整个过程中发生的主要反应有：

碱的强化作用主要使得氧化镁的水解速度增加，起到加快水解过程作用。

本发明所述菱镁矿包括碳酸镁质量含量大于80％的菱镁矿，粉碎至平均粒径小于500μm。菱镁矿粉体焙烧温度优选在600-1200℃之间，时间少于100小时。

本发明菱镁矿粉焙烧设备可以为各种窑、炉、床等，包括倒焰窑、隧道窑、回转窑、反射窑、马弗炉、竖炉、沸腾床、流化床、循环床、快速床，其工艺参数根据焙烧设备和工艺确定。其中采用倒焰窑、隧道窑、回转窑、反射窑、马弗炉、竖炉时焙烧处理时间较长，一般在0.5-80小时之间；采用沸腾床、流化床、循环床、快速床是焙烧处理时间较短，一般在2-2000秒之间。

本发明所述碱包括微溶和可溶性的无机和有机碱性物质。无机碱有氨水或氨气、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡；有机碱包括乙二胺、二乙胺、三乙胺、正丙胺、异丙胺、二正丙胺、二异丙胺、正丁胺、正戊胺、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、吗啡啉等。

本发明所述分散剂优选聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、柠檬酸钠、硫酸化蓖麻油、甘胆酸钠之中的一种或几种。

本发明所述焙烧菱镁矿粉、碱、分散剂和水一般按照质量比为1∶0.1-20∶0.001-0.1∶1-50混合，优选在质量比为1∶0.1-10∶0.005-0.05∶2-30混合。在保证分散效果的基础上，分散剂的加入量适当减少，从而有利于减少成品氢氧化镁的洗涤次数和提高氢氧化镁的纯度。根据所用焙烧菱镁矿粉体的活性不同，水的含量应保证球磨浆料的流动性。

本发明所述浆料机械化学处理设备为研磨机，可采用间断球磨、连续球磨和高能球磨方式。磨球、球磨罐、球磨机内衬优选重烧氧化镁材料制成，磨球大小和比例根据焙烧粉的粒度而定。机械化学处理时间根据处理方式进行调整，高能球磨一般少于2小时，普通间断球磨方式一般在0.5-100小时，连续球磨根据球磨的其他参数进行调整。

本发明所述晶化温度为60℃-250℃，优选在120℃-220℃。自压水热晶化时间为0.1-100小时，优选在0.5-50小时。

本发明水热晶化设备可选用具备搅拌功能或不具备搅拌功能的反应釜，并且与浆料直接接触的材质不与浆料中成分发生反应，以免影响产物纯度。

本发明所述固液分离工艺可选用各种固液分离设备，如离心、压滤等设备。洗涤工艺中应使固体物料充分分散在洗涤剂中，再进行固液分离。洗涤3-4遍即可，第一、二遍可采用水洗，去除碱和有机分散剂，第三、四遍采用极性较小或没有极性的工业纯度的有机溶剂进行洗涤，使得后序干燥后固体不易团聚。干燥可在各种干燥设备中进行，注意干燥温度不要超过200℃，时间根据具体设备来确定。

本发明所述滤液和洗液回收是指在晶化产物的固液分离过程和水洗过程中产生的水溶液均可回收利用，继续加入焙烧粉进行机械化学处理和水热晶化，从而使得其中的介质水、碱和分散剂得到循环使用。而极性较小的有机溶剂则可以通过蒸馏或共沸提纯，使其得到重复利用。

本发明可以大大降低片状氢氧化镁生产成本，并且滤液和洗液中的碱、水和分散剂均可循环使用，生产过程中不产生化工盐类副产物，为清洁生产工艺。所制得亚微米片状氢氧化镁在阻燃、催化载体以及其他功能材料领域应用广泛。

附图说明

图1为本发明制备亚微米片状氢氧化镁的工艺流程图。

图2为本发明制备亚微米片状氢氧化镁的XRD图谱。

图3为本发明制备亚微米片状氢氧化镁的SEM图谱。

具体实施方法

本发明以菱镁矿为原料，经过粉碎-焙烧-机械化学处理-水热晶化法制备亚微米片状氢氧化镁。在水热晶化浆料中碱的加入从根本上提高液相中的氢氧根离子浓度，促进界面间的水解胶体产物的形成与成核，提高浆料中水解产物的浓度和晶核的数量；同时采用机械化学处理强化粉碎、混合和水解成核，充分利用机械化学处理过程中产生的冲击、挤压、剪切等作用改变焙烧菱镁矿颗粒大小及其表面的晶体结构，降低反应活化能，增加反应活性，提高表面激活速度；再在此基础上进行高温自压水热晶化，使得水化完全、结晶度好。

实施例1

辽宁海城菱镁矿，碳酸镁含量为98.5％，破碎至平均粒度小于100μm。采用马弗炉在750℃焙烧2h，取出冷却至200℃粉体80g，加入250g水、50g浓氨水、2g聚乙烯吡咯烷酮，得浆料。

将上述浆料转移到500ml树脂球磨罐，利用500g直径为6mm重烧氧化镁磨球球磨4h，转速为400r/min，形成待晶化料浆。

将上述待晶化料浆转入聚四氟乙烯内衬的500ml的压力容弹中，在200℃晶化6h；

将上述反应完浆料室温抽滤，去离子水洗3次，工业乙醇洗涤1次，在120℃烘箱中烘干3h，得到目标氢氧化镁。

所得氢氧化镁结构的XRD衍射图谱如图2所示，形貌如图3所示。

实施例2

将上述焙烧粉1kg、氢氧化钠0.4kg、0.05g聚乙烯醇和4kg水混合；

转移到SX-30型搅拌球磨机中，利用5kg直径为6mm重烧氧化镁磨球球磨8h，功率为2kw，形成待晶化浆料。

将上述待晶化浆料移入10L的搅拌反应釜中，在180℃、晶化10h，

Claims

1.一种由菱镁矿制备亚微米片状氢氧化镁的方法，主要步骤包括：

1)将粉碎的菱镁矿焙烧制得焙烧菱镁矿粉体，其中菱镁矿包括MgCO₃质量含量大于80％的中等品位以上菱镁矿，菱镁矿粉碎至平均粒度小于500μm，焙烧温度低于1200℃，焙烧设备包括倒焰窑、隧道窑、回转窑、反射窑、马弗炉、竖炉或流化床；

2)将焙烧菱镁矿粉体、碱、分散剂和水按质量比1∶0.1-20∶0.001-0.1∶1-50混合制得料浆，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、硬脂酸、柠檬酸钠、硫酸化蓖麻油、甘胆酸钠之中的一种或几种，所述碱为无机碱和有机碱性物质；

3)步骤2中的浆料经机械化学处理，制成待晶化浆料，所述机械化学处理采用研磨机；

4)将步骤3中待晶化浆料置于反应釜中，在60℃-250℃下，自压水热晶化；

5)将步骤4完成晶化处理的浆料固液分离、洗涤、干燥后制得亚微米片状氢氧化镁粉末。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，步骤5中固液分离出的滤液和洗液回收循环使用。