專利名稱：利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于無機材料制備技術領域，具體是一種利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法。
背景技術：
氫氧化鎂具有阻燃、抑煙、無毒及熱分解溫度高等性能，被廣泛用于聚合物阻燃、 廢水處理、煙氣脫硫等領域。但是氫氧化鎂在作為填充型無機阻燃劑，大量填充會使其在聚合物中的分散性變差，并使得復合材料的機械性能下降。研究表明氫氧化鎂的改性及顆粒尺寸形貌的控制可以改善這一缺點，當加入的氫氧化鎂粒徑減小到ι μ m時，其阻燃聚合物體系的氧指數(shù)顯著提高，且隨著粒徑的減小，無機粒子對聚合物材料有增強增韌作用，當氫氧化鎂形貌為纖維狀和片狀時，可大幅提高復合材料的機械性能，但常規(guī)方法制備的氫氧化鎂很難解決這一問題。本發(fā)明之前，申請?zhí)枮?00510086473.9的中國發(fā)明專利公開了一種液氨加壓沉淀-水熱改性法制備氫氧化鎂阻燃劑的方法，以氯化鎂為原料，以液氨為沉淀劑，密閉加壓條件下進行沉淀反應并進行水熱改性，制得片狀氫氧化鎂，但該專利不足之處為，制備過程復雜，且生成的氫氧化鎂易團聚。申請?zhí)枮?0101(^84921. 7的中國發(fā)明專利公開的一種氫氧化鎂六方晶體制備方法，提出的是一種將硝酸鎂置于氫氧化鈉和氫氧化鉀混合物中，制備六方晶系的氫氧化鎂。但該專利制備的氫氧化鎂結構不均勻，且制備過程中，熔融狀態(tài)的強堿配比不易控制。因此，研究開發(fā)高性能價格比、適于工業(yè)化生產(chǎn)的高純度的纖維狀和片狀氫氧化鎂阻燃劑，是學術界和工業(yè)技術界的重要課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，該方法制備的氫氧化鎂粒徑分布均勻，分散性好，形貌為規(guī)則的纖維狀或片狀，且生產(chǎn)過程操作簡單，易于控制。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，包括以下步驟1)輕燒白云石粉料加入足量水中進行消化處理，得到輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液中通入二氧化碳氣體，至反應產(chǎn)物的PH = 6. 7 7.0時停止通入二氧化碳，將產(chǎn)物過濾；3)向濾液中加入無水乙醇，控制無水乙醇的量為濾液體積的30 40%，加熱并控制溫度為50 80°C，反應后再次過濾，得到碳酸氫鎂固體過濾物；4)向碳酸氫鎂固體過濾物中加入鹽酸至氣泡消失，得到氯化鎂溶液；5)向氯化鎂溶液中加入可溶性堿液，得到氫氧化鎂漿液；6)向氫氧化鎂漿液中加入占漿液體積2 6%的聚乙烯吡咯烷酮或乙二胺，然后將所述漿液放入高壓反應釜中，控制溫度在80 200°C，保持恒溫攪拌10 20h，即可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。進一步的，所述步驟幻中，在加入可溶性堿液之前，先加入占漿料體積0. 07
0. 11%的聚乙二醇或十二烷基苯磺酸鈉。再進一步的，所述步驟6)中，加入聚乙烯吡咯烷酮時控制其加入量為氫氧化鎂漿液體積的2% ；加入乙二胺時控制其加入量為氫氧化鎂漿液體積的6%。還進一步的，所述步驟2中，在通入二氧化碳氣體至反應產(chǎn)物的pH = 6. 89 6. 94 時停止通入二氧化碳。更進一步的，所述步驟幻中，可溶性堿液為氨水或尿素。本發(fā)明采用輕燒白云石為原料制備高純氫氧化鎂各步驟反應中參數(shù)限定原因如下輕燒白云石粉料主要成分為氧化鎂、氧化鈣，加入到足量水中充分攪拌進行消化處理，得輕燒白云石灰乳液；而后在攪拌條件下向輕燒白云石灰乳中通入二氧化碳氣體，同時檢測混合液的pH值，當pH = 6. 7 7. 0，優(yōu)選為pH = 6. 89 6. 94時即停止通入二氧化碳，此條件下輕燒白云石中的氧化鈣與水和二氧化碳充分反應生產(chǎn)碳酸鈣沉淀，而此時氧化鎂轉化成重鎂水(M^(OH)2CO3)仍在溶液中。然后將混合物靜止后過濾分離，除去碳酸鈣固體，這樣可實現(xiàn)第一次鈣鎂分離。再向濾液中加入無水乙醇，并控制無水乙醇的量為所述濾液體積的30 40%，并加熱控制溫度為50 80°C時溶液中重鎂水(Ife2(OH)2CO3) 的介電常數(shù)降低，溶液中異號離子的相互吸引作用增強，Mg2+和HC03_就相互結合，因為碳酸氫鎂在無水乙醇中溶解度很低會沉淀析出，在50 80°C范圍內(nèi)，可使重鎂水的分解率達到99%以上，然后，將沉淀產(chǎn)物過濾干燥后即為碳酸氫鎂粉末。向碳酸氫鎂粉末中緩慢滴加鹽酸，直至氣泡消失為止，可得到氯化鎂溶液。向所得氯化鎂溶液中加入可溶性堿液即可出現(xiàn)絮狀沉淀，邊加堿液邊攪拌至沉淀完全，得氫氧化鎂漿液，所述可溶性堿液優(yōu)選為氨水或尿素。此時，如果向所述氫氧化鎂漿液中加入表面活性劑聚乙二醇或十二烷基苯磺酸鈉，能有效提高氫氧化鎂顆粒的分散性，降低表面極性，表面活性劑的加入量為所述漿料體積的0. 07 0. 11%效果最好。再向所述氫氧化鎂漿液中加入占漿液體積2 6%的聚乙烯吡咯烷酮或乙二胺等晶習改性劑，能有效控制所得氫氧化鎂晶形為纖維狀或片狀。因為， 在溶液中聚乙烯吡咯烷酮高分子鏈的立體化學構象會隨著濃度變化發(fā)生改變，當所加入的聚乙烯吡咯烷酮的體積等于漿液體積2 6%時晶形為線形，控制為2%時線性晶形效果最好。也可以在漿液中加入乙二胺，能在晶須的生長過程中起著結構導向配位模板的作用，在漿液中加入等于漿液體積2 6%的乙二胺，優(yōu)選為6%，能在一定程度上增加溶液的過飽和度，使得溶液的環(huán)境更有利于纖維狀晶體的生長，而且乙二胺分子中含有兩個N原子，每一個N原子都有一對孤對電子，孤對電子與氫氧根產(chǎn)生的靜電排斥作用有利于氫氧化鎂沿著某一方向規(guī)則生長成晶須狀。最后，將溶液放入高壓反應釜中，控制溫度在80 200°C的條件下，保持恒溫攪拌10 20h，即可得到纖維狀或片狀結構的納米級氫氧化鎂。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明可選用工礦企業(yè)輕燒白云石粉料粒徑小于5mm的副產(chǎn)品作原料，因為該部分產(chǎn)品價值利用率低，且鈣鎂分離困難，大部分粉料堆積填放，對環(huán)境也造成了污染，以此為原料，不僅節(jié)約了資源，還有利于環(huán)保。本發(fā)明通過采用輕燒白云石粉料為原料，經(jīng)過消化反應、通入二氧化碳沉淀反應以及控制反應的PH值來實現(xiàn)鈣鎂離子的分離，然后酸化，通過控制水熱反應過程中水熱溫度、沉淀劑及晶習改性劑實現(xiàn)氫氧化鎂晶體結構和形貌的改變，實現(xiàn)控制氫氧化鎂沉淀晶形為纖維狀或片狀，所得氫氧化鎂純度高，質(zhì)量百分含量可達99%。而且，該制備方法操作簡單，反應條件溫和易于控制。
圖1是實施例1所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片示意圖。圖2是實施例2所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片示意圖。圖3是實施例3所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片示意圖。圖4是實施例4所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實例，對本發(fā)明的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法作進一步詳細說明。實施例11)將60g輕燒白云石粉料倒入1升70°C的水中，消化40min后，得輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液中通入二氧化碳，控制二氧化碳氣流量為40 50L · h—1， 邊通邊攪拌，攪拌速度控制為150r/min，通入二氧化碳的同時檢測反應混合液的pH值，當 PH = 6. 89時即停止通入二氧化碳，除去濾渣碳酸鈣，留下重鎂水溶液，完成鈣鎂第一次分離并除去大部分的雜質(zhì)和鈣離子；3)取重鎂水溶液，加相當于重鎂水溶液體積40%的無水乙醇，水浴加熱并控制水浴溫度為80°C熱解Ih后，過濾得碳酸氫鎂固體，此為鈣鎂第二次分離，此次分離能進一步除去鎂離子中的鈣雜質(zhì)，并使過濾所得的碳酸氫鎂度高達99%。4)取36. 5g碳酸氫鎂，向碳酸氫鎂中滴加濃鹽酸將其酸化后，邊加邊攪拌，直到加入時不再產(chǎn)生氣泡為止，得氯化鎂溶液；5)向氯化鎂溶液中滴加氨水，控制滴速為lmL/min，直至沉淀完全，所耗氨水與鎂離子的摩爾比為2. 2，制得氫氧化鎂漿料；6)向氫氧化鎂漿料中加入等于漿料體積0. 的十二烷基苯磺酸鈉，然后將漿料放入高壓反應釜中，控制溫度在180°C的條件下，保持恒溫以200r/min速度攪拌，反應IOh
即得氫氧化鎂晶體。實施例1所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片如圖1所示，得到的氫氧化鎂為直徑IOOnm左右，大小均勻，形貌規(guī)則的六方形片狀。實施例21)將60g輕燒白云石粉料倒入1升55°C的水中，消化50min后，得輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液通入二氧化碳，控制二氧化碳氣流量為70 80L · h—1，邊通邊攪拌，攪拌速度控制為160r/min，通入二氧化碳的同時檢測反應混合液的pH值，當pH =6. 94時即停止通入二氧化碳，除去濾渣碳酸鈣，留下重鎂水溶液，完成鈣鎂第一次分離并除去大部分的雜質(zhì)和鈣離子。3)取重鎂水溶液，加相當于重鎂水溶液體積30%的無水乙醇，水浴加熱并控制水浴溫度為60°C熱解1.證后，過濾得碳酸氫鎂固體，此為鈣鎂第二次分離，此次分離能進一步除去鎂離子中的鈣雜質(zhì)，并能使過濾所得的碳酸氫鎂純度高達99%。4)取36. 5g碳酸氫鎂，向碳酸氫鎂中滴加濃鹽酸將其酸化后，邊加邊攪拌，直到加入時不再產(chǎn)生氣泡為止，得氯化鎂溶液；5)向氯化鎂溶液中滴加氨水，控制滴速為lmL/min，直至沉淀完全，所耗氨水與鎂離子的摩爾比為2. 3，制得氫氧化鎂漿料；6)將漿料放入高壓反應釜中，控制溫度在180°C的條件下，保持恒溫并已200r/ min速度攪拌，在此條件下，通過水熱反應進行重結晶來改變其形貌和結構，反應20h即得
氫氧化鎂晶體。所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片如附圖2所示，為直徑IOOnm左右，大小均勻，形貌規(guī)則的六方形片狀氫氧化鎂。實施例31)將60g輕燒白云石粉料倒入1升65°C的水中，消化45min后，得輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液通入二氧化碳，控制二氧化碳氣流量為60 70L · h—1，邊通邊攪拌，攪拌速度控制為150r/min，通入二氧化碳的同時檢測反應混合液的pH值，當pH =6. 70時即停止通入二氧化碳，除去濾渣碳酸鈣，留下重鎂水溶液，完成鈣鎂第一次分離并除去大部分的雜質(zhì)和鈣離子；3)取重鎂水溶液，加相當于重鎂水溶液體積35%的無水乙醇，水浴加熱并控制水浴溫度為5o°c熱解池后，過濾得碳酸氫鎂固體，此為鈣鎂第二次分離，此次分離能進一步除去鎂離子中的鈣雜質(zhì)，并能使過濾所得的碳酸氫鎂純度高達99% ；4)取36. 5g碳酸氫鎂，向碳酸氫鎂中滴加濃鹽酸將其酸化后，邊加邊攪拌，保持溫度在60°C，直到加入時不再產(chǎn)生氣泡為止，得氯化鎂溶液；然后，向上述漿液中，加入聚乙二醇作為分散劑，其體積為所述漿料體積的0. 07 0. 11% ；5)向氯化鎂溶液中滴加氨水，控制滴速為lmL/min，直至沉淀完全，所耗氨水與鎂離子的摩爾比為2. 3，制得氫氧化鎂漿料；6)向氫氧化鎂漿料中加入體積分數(shù)6%的乙二胺，然后將漿料放入高壓反應釜中，控制溫度在160°C的條件下，保持恒溫并以200r/min速度攪拌，在此條件下，通過水熱反應進行重結晶來改變其形貌和結構，反應15h即得氫氧化鎂晶體。所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片如附圖3所示，為大小均勻，形貌規(guī)則的纖維狀氫氧化鎂。實施例41)將60g輕燒白云石粉料倒入1升70°C的水中，消化40min后，得輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液通入二氧化碳，控制二氧化碳氣流量為50 60L · h—1，邊通邊攪拌，攪拌速度控制為150r/min，通入二氧化碳的同時檢測反應混合液的pH值，當pH =7. 00時即停止通入二氧化碳，出去濾渣碳酸鈣，留下重鎂水溶液，完成鈣鎂第一次分離并除去大部分的雜質(zhì)和鈣離子；3)取重鎂水溶液，加相當于重鎂水溶液體積30%的無水乙醇，水浴加熱并控制水浴溫度為70°C熱解Ih后，過濾得碳酸氫鎂固體，此為鈣鎂第二次分離，此次分離能進一步除去鎂離子中的鈣雜質(zhì)，并能使過濾所得的碳酸氫鎂純度高達99%。4)取36. 5g碳酸氫鎂，向碳酸氫鎂中滴加濃鹽酸將其酸化后，邊加邊攪拌，保持溫度在65°C，直到加入時不再產(chǎn)生氣泡為止，得氯化鎂溶液；然后向上述漿液中，加入十二烷基苯磺酸鈉作為分散劑，其體積為所述漿料體積的0. 07 0. 11%。5)向氯化鎂溶液中滴加尿素，控制滴速為3mL/min，直至沉淀完全，所耗尿素與鎂離子的摩爾比為2. 2，制得氫氧化鎂漿料；6)向氫氧化鎂漿料中分別加入體積分數(shù)2%聚乙烯吡咯烷酮，然后將漿料放入高壓反應釜中，控制溫度在80°C的條件下，保持恒溫并以200r/min速度攪拌，在此條件下，通過水熱反應進行重結晶來改變其形貌和結構，反應20h即得氫氧化鎂晶體。所得產(chǎn)物的掃描電鏡照片如附圖4所示，為大小均勻，形貌規(guī)則的纖維狀氫氧化鎂。
權利要求
1.一種利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，包括以下步驟1)輕燒白云石粉料加入足量水中進行消化處理，得到輕燒白云石灰乳液；2)向輕燒白云石灰乳液中通入二氧化碳氣體，至反應產(chǎn)物的pH= 6. 7 7. 0時停止通入二氧化碳，將產(chǎn)物過濾；3)向濾液中加入無水乙醇，控制無水乙醇的量為濾液體積的30 40%，加熱并控制溫度為50 80°C，反應后再次過濾，得到碳酸氫鎂固體過濾物；4)向碳酸氫鎂固體過濾物中加入鹽酸至氣泡消失，得到氯化鎂溶液；5)向氯化鎂溶液中加入可溶性堿液，得到氫氧化鎂漿液；6)向氫氧化鎂漿液中加入占漿液體積2 6%的聚乙烯吡咯烷酮或乙二胺，然后將所述漿液放入高壓反應釜中，控制溫度在80 200°C，保持恒溫攪拌10 20h，即可獲得氫氧化鎂產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于所述步驟幻中，在加入可溶性堿液之前，先加入占漿液體積0. 07 0. 11%的聚乙二醇或十二烷基苯磺酸鈉。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于 所述步驟6)中，加入聚乙烯吡咯烷酮時控制其加入量為氫氧化鎂漿液體積的2%，加入乙二胺時控制其加入量為氫氧化鎂漿液體積的6%。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于 所述步驟2中，在通入二氧化碳氣體至反應產(chǎn)物的pH = 6. 89 6. 94時停止通入二氧化碳。
5.根據(jù)權利要求3所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于所述步驟2中，在通入二氧化碳氣體至反應產(chǎn)物的pH = 6. 89 6. 94時停止通入二氧化碳。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于 所述步驟幻中，可溶性堿液為氨水或尿素。
7.根據(jù)權利要求3所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于所述步驟幻中，可溶性堿液為氨水或尿素。
8.根據(jù)權利要求4所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于所述步驟幻中，可溶性堿液為氨水或尿素。
9.根據(jù)權利要求5所述的利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，其特征在于所述步驟幻中，可溶性堿液為氨水或尿素。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用輕燒白云石粉料制備氫氧化鎂的方法，包括以下步驟輕燒白云石粉料加入足量水中進行消化處理；向所得輕燒白云石灰乳液中通入二氧化碳氣體至反應產(chǎn)物的pH＝6.7～7.0時停止通入二氧化碳，將產(chǎn)物過濾；向濾液中加無水乙醇，控制無水乙醇的量為濾液體積的30～40％，加熱并控制溫度為50～80℃，反應后過濾；向所得碳酸氫鎂固體中加入鹽酸至氣泡消失；向所得氯化鎂溶液中加入堿液；向所得氫氧化鎂漿液中加入等于漿液體積2～6％的聚乙烯吡咯烷酮或乙二胺，然后將漿液放入高壓反應釜中，控制溫度在80～200℃的條件下，保持恒溫攪拌10～20h。利用本發(fā)明方法制備的氫氧化鎂沉淀晶形為纖維狀或片狀，純度高，而且該制備方法操作簡單，反應條件溫和易于控制。
文檔編號C01F5/14GK102259898SQ201110180349
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者伍朝蓬, 劉家祥, 勇昕, 季佳善, 李敏, 章啟忠, 饒發(fā)明 申請人:北京化工大學, 武漢鋼鐵(集團)公司