本發(fā)明涉及一種超重力-晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的裝置及工藝，屬于無機(jī)化工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著高分子材料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料、合成橡膠、合成纖維等高分子材料越來越廣泛應(yīng)用于建材、家電、電子設(shè)備、汽車、化工、交通等領(lǐng)域。但高分子材料的易燃性問題日益引起人們的重視。據(jù)統(tǒng)計，火災(zāi)中的死亡事故有30%以上是材料產(chǎn)生的濃煙和有毒氣體造成的。因而，對于易燃制品，除了研究所添加阻燃劑的阻燃效果外，低毒、低煙也是阻燃劑必不可少的指標(biāo)，這也是近幾年來阻燃劑研究領(lǐng)域內(nèi)最活躍的課題之一。

氫氧化鎂作為一種無機(jī)阻燃劑，除具有高效的阻燃性能外，還具有抑煙、中和燃燒過程中生成的酸性氣體等特點(diǎn)，而且材料無毒、無腐蝕性，是一種環(huán)境友好型綠色無機(jī)阻燃劑，目前已成為國內(nèi)外開發(fā)與研究的熱點(diǎn)。在西方發(fā)達(dá)國家，氫氧化鎂阻燃劑已占整個阻燃劑市場的30%以上，并以明顯的趨勢增長。我國雖然鎂資源豐富，但生產(chǎn)規(guī)模小、品種少、產(chǎn)品質(zhì)量差、技術(shù)水平低，產(chǎn)量和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需求，行業(yè)整體水平亟待提高。

普通氫氧化鎂作為阻燃劑，要達(dá)到鹵系阻燃劑的阻燃效果，其在高分子材料中的添加量高達(dá)60%，因而對高分子材料的機(jī)械性能有一定的影響。研究表明：使氫氧化鎂超細(xì)化是解決這一問題的有效方法之一。但在超細(xì)氫氧化鎂合成過程中存在兩大問題：（1）所得的氫氧化鎂的粒徑分布不均勻；（2）過濾沉降性能差。

目前，國內(nèi)外合成氫氧化鎂的主要方法有常溫固相法、直接沉淀法、水熱反應(yīng)法、均相沉淀法、溶膠-凝膠法等，但各種方法都有一定的局限性。常溫固相法產(chǎn)品純度不高（一般為95%～96%），晶型不易控制，粒徑較大（豐世鳳等，行星式球磨法制備超細(xì)水鎂石粉體[J]，中國粉體技術(shù)，2007(14): 193-198.）；直接沉淀法易形成膠體，難以進(jìn)行沉降、過濾和洗滌，產(chǎn)品純度低、雜質(zhì)含量高（Hui X., Deng X. R. Preparation and properties of superfine Mg(OH)₂ flame retardant[J]. Transzctions of Nonferrous Metals Society of China, 2006, 16(2): 488-492.）；水熱反應(yīng)法工藝復(fù)雜、設(shè)備投資較大，條件苛刻，工業(yè)化實(shí)施較困難（Jin D. L., Gu X. Y., Yu X. J., et al. Hydrothermal synthesis and characterization of hexagonal Mg(OH)₂ nano-flake as a flame retardant[J]. Materials Chemistry Physics, 2008, 112(3): 962-965.）；均相沉淀法反應(yīng)時間長，尿素用量大，產(chǎn)率相對較低，生產(chǎn)成本高（徐旺生等，新型無機(jī)阻燃劑的研究進(jìn)展[J]，江蘇化工, 2002, 30(4): 20-22.）；溶膠-凝膠法工藝復(fù)雜，能耗大，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)（Ranjit K. T., Klabunde K. J. Solvent effects in the hydrolysis of magnesium methoxide, and the production of nanocrystalline magnesium hydroxide. An aid in understanding the formation of porous inorganicmaterials[J]. Chemistry of materials, 2005, 17(1): 65-73.）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種超重力-晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的裝置及工藝，工藝設(shè)備簡單、強(qiáng)化了反應(yīng)物的混合效率，使產(chǎn)品分散性好、粒度分布均勻，產(chǎn)品過濾、沉降性能良好而且運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、易維護(hù)，改善了超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑在高分子材料中的填充和分散性能，在提高阻燃性能的同時盡量不影響材料的機(jī)械、物理性能。

晶種法是指在直接沉淀法的基礎(chǔ)上，將初次形成的氫氧化鎂漿料作為晶種，向其中加入相同濃度的原料液，使初次獲得的氫氧化鎂漿料繼續(xù)參加后續(xù)沉淀反應(yīng)，從而獲得具有一定粒度的氫氧化鎂漿料，隨著晶種循環(huán)次數(shù)的增加，氫氧化鎂晶體顆粒不斷長大，其過濾、沉降性能得到大幅度改善，強(qiáng)化其分離性能。因此，將超重力直接沉淀法和晶種法結(jié)合的超重力-晶種法的合成工藝能夠合成出粒徑均一、過濾及沉淀性能良好、分散性較好的超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑。

本發(fā)明提供了一種超重力-晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的裝置，包括超重力反應(yīng)器，超重力反應(yīng)器的入口分別連接氯化鎂溶液儲槽、氫氧化鈉溶液儲槽和氫氧化鎂漿料儲槽，連接管道上分別設(shè)有隔膜泵和閥門，超重力反應(yīng)器的出液口與氫氧化鎂漿料儲槽相通；超重力反應(yīng)器外形為圓柱形，內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)填料層，中部入口處設(shè)有液體分布器，液體分布器位于填料層中央的空腔部位；超重力反應(yīng)器中部通過連接軸與電機(jī)連接，電機(jī)固定在電機(jī)架上，電機(jī)與變頻器連接。

上述裝置中，所述超重力反應(yīng)器的出液口為錐形，出液口與氫氧化鎂漿料儲槽相通。殼體底部開孔焊接出液口，所合成的氫氧化鎂沉淀物不會沉積在設(shè)備邊角，而從底部出液口直接排出，避免了氫氧化鎂產(chǎn)物質(zhì)量的損失。產(chǎn)物槽設(shè)置閥門，以便控制氫氧化鎂漿料的循環(huán)次數(shù)。

上述裝置中，所述液體分布器包括內(nèi)徑包括內(nèi)徑相等的三根進(jìn)液管，進(jìn)液管Ⅰ和進(jìn)液管Ⅱ?yàn)橹毙蛨A管，進(jìn)液管Ⅲ為前端設(shè)有90度彎頭的圓管，進(jìn)液管Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別為氫氧化鈉溶液進(jìn)液管、氫氧化鎂漿料進(jìn)液管和氯化鎂溶液進(jìn)液管，三根進(jìn)液管的端部設(shè)有噴嘴，噴嘴為圓形孔，其直徑為1～3 mm。進(jìn)一步地，所述進(jìn)液管Ⅲ端部的噴嘴與進(jìn)液管Ⅰ端部的噴嘴相對設(shè)置，且其中心線位于同一水平線上，以實(shí)現(xiàn)均勻撞擊。進(jìn)液管Ⅱ的噴嘴位于進(jìn)液管Ⅰ的上方，與進(jìn)液管Ⅰ和Ⅲ的噴嘴對撞形成的霧面中心相對設(shè)置，使得氫氧化鎂漿料與兩股原料液充分混合反應(yīng)，從而促使兩股原料液碰撞形成的氫氧化鎂在氫氧化鎂漿料所提供的晶種表面上繼續(xù)長大，形成粒徑較大的氫氧化鎂顆粒。

本發(fā)明的原理：利用氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液為原料，將初步得到的氫氧化鎂漿料作為晶種，加入到原料中進(jìn)行反應(yīng)，氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液同時由超重力反應(yīng)器的進(jìn)液口進(jìn)入液體分布器，并在進(jìn)液管的噴嘴處相向撞擊，完成第一次快速均勻的混合、反應(yīng)，隨后進(jìn)入以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的填料層內(nèi)緣，在高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的超重力場的作用下，液體變成更細(xì)小的液絲、液膜或液滴，使溶液呈高度分散狀態(tài)，氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液由內(nèi)向外徑向通過填料層，在環(huán)狀填料內(nèi)完成第二次快速均勻地接觸并反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)超重力反應(yīng)器的錐形出液口排出。所得到的氫氧化鎂漿料提供氫氧化鎂晶種，以與兩股原料液相同的體積流量進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床中進(jìn)行混合反應(yīng)，依次循環(huán)反應(yīng)，待循環(huán)一定次數(shù)后，氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后制成一定粒度的氫氧化鎂粉體。

本發(fā)明提供了一種將晶種法和超重力技術(shù)結(jié)合合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的工藝，包括以下步驟：

（A）首先配制氯化鎂溶液；

（B）將氯化鎂溶液加入到氯化鎂溶液儲槽中，加熱至50～80 ℃，同時配制氫氧化鈉溶液并置于氫氧化鈉溶液儲槽中，加熱至50～80 ℃；

（C）啟動旋轉(zhuǎn)填料床，并根據(jù)產(chǎn)品要求調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，采用隔膜泵將兩種原料液經(jīng)液體流量計計量后泵入液體分布器，在旋轉(zhuǎn)填料床中進(jìn)行混合反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料進(jìn)入氫氧化鎂漿料儲槽；

（D）將氫氧化鎂漿料作為晶種，循環(huán)泵入液體分布器，與氯化鎂溶液、氫氧化鈉溶液同時輸送到旋轉(zhuǎn)填料床中進(jìn)行反應(yīng)，得到氫氧化鎂漿料，作為晶種的氫氧化鎂漿料和兩股原料液的體積流量保持一致；

（E）所獲得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后，得到超細(xì)氫氧化鎂粉體產(chǎn)品。

上述工藝中，利用氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液為原料，將初步得到的氫氧化鎂漿料作為晶種，加入到原料中進(jìn)行反應(yīng)，所述的氯化鎂溶液濃度為0.5～2.0 mol/L，所述的氫氧化鈉溶液濃度為1.0～4.0 mol/L，反應(yīng)時兩種原料液的體積流量相同，且作為晶種的氫氧化鎂漿料和兩種原料液的體積流量保持一致。

上述工藝中，所述氫氧化鎂漿料和兩種原料液的體積流量均為20～120 L/h，其通入旋轉(zhuǎn)填料床液體分布器噴嘴的線速度為5～12 m/s。

上述工藝中，產(chǎn)物槽中的氫氧化鎂漿料可以進(jìn)行循環(huán)，可根據(jù)所要求的產(chǎn)品粒徑確定循環(huán)次數(shù)。所述氫氧化鎂漿料進(jìn)行循環(huán)的次數(shù)為3～8次，所得超細(xì)氫氧化鎂粉體產(chǎn)品的粒徑為16.7～18.2 μm。

上述工藝中，在超重力反應(yīng)器中，填料層的轉(zhuǎn)速為200～1600 rpm，通過變頻器控制，反應(yīng)溫度為50～80 ℃，反應(yīng)壓力為常壓。

上述工藝中，填料層的轉(zhuǎn)速為200～1600 rpm，采用變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，反應(yīng)循環(huán)時間為0.5～2.5 h，提供晶種的氫氧化鎂漿料、氯化鎂和氫氧化鈉原料液的撞擊初速為5～12 m/s，反應(yīng)溫度為50～80 ℃，反應(yīng)壓力為常壓。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明所述的工藝在直接沉淀法的基礎(chǔ)上，將初次形成的氫氧化鎂漿料作為晶種，向其中加入相同濃度的原料液，使初次獲得的氫氧化鎂漿料繼續(xù)參加后續(xù)沉淀反應(yīng)，從而獲得具有一定粒度的氫氧化鎂漿料，隨著晶種循環(huán)次數(shù)的增加，氫氧化鎂晶體顆粒不斷長大，其過濾、沉降性能得到大幅度改善，強(qiáng)化其分離性能。

（2）本發(fā)明所述的裝置簡單、設(shè)備體積小、易操作、能耗低，其合成的超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑與常規(guī)技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品相比易洗滌，耗水量大大減小，過濾沉降性能良好，粒徑分布均勻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明超重力-晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的工藝流程圖；

圖2為超重力反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為液體分布器結(jié)構(gòu)圖；

圖4為晶種次數(shù)對產(chǎn)物平均粒徑的影響曲線圖。

圖中：1氯化鎂溶液儲槽，2攪拌器，3氫氧化鈉溶液儲槽，4隔膜泵，5閥門，6液體流量計，7超重力反應(yīng)器，8電機(jī)，9變頻器，10氫氧化鎂漿料儲槽，11連接軸，12填料層，13殼體，14錐形出液口，15液體分布器，16進(jìn)液管Ⅰ，17進(jìn)液管Ⅱ，18進(jìn)液管Ⅲ。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

圖1～圖3示出了本發(fā)明的反應(yīng)裝置圖以及部分反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

一種超重力-晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的裝置，包括超重力反應(yīng)器7，超重力反應(yīng)器7的入口分別連接氯化鎂溶液儲槽4、氫氧化鈉溶液儲槽6和氫氧化鎂漿料儲槽10，連接管道上分別設(shè)有隔膜泵4和閥門5，超重力反應(yīng)器7的出液口與氫氧化鎂漿料儲槽10相通；超重力反應(yīng)器7外形為圓柱形，內(nèi)部為旋轉(zhuǎn)填料層12，中部入口處設(shè)有液體分布器15，液體分布器15位于填料層12中央的空腔部位；超重力反應(yīng)器7中部通過連接軸11與電機(jī)8連接，電機(jī)8固定在電機(jī)架上，電機(jī)8與變頻器9連接。

進(jìn)一步地，所述超重力反應(yīng)器的出液口為錐形出液口14，便于產(chǎn)物排出反應(yīng)器。

所述液體分布器15包括內(nèi)徑相等的三根進(jìn)液管，進(jìn)液管Ⅰ16和進(jìn)液管Ⅱ17為直型圓管，進(jìn)液管Ⅲ18為前端設(shè)有90度彎頭的圓管，進(jìn)液管Ⅰ16、進(jìn)液管Ⅱ17、進(jìn)液管Ⅲ18分別為氫氧化鈉溶液進(jìn)液管、氫氧化鎂漿料進(jìn)液管和氯化鎂溶液進(jìn)液管，三根進(jìn)液管的端部設(shè)有噴嘴，噴嘴為圓形孔，其直徑為1～3 mm。進(jìn)一步地，所述進(jìn)液管Ⅲ端部的噴嘴與進(jìn)液管Ⅰ端部的噴嘴相對設(shè)置，且其中心線位于同一水平線上，以實(shí)現(xiàn)氫氧化鈉溶液和氯化鎂溶液的均勻撞擊。進(jìn)液管Ⅱ的噴嘴與上述兩個噴嘴對撞形成的霧面中心相對設(shè)置，使得氫氧化鎂漿料與兩股原料液充分混合反應(yīng)，從而促使兩股原料液碰撞形成的氫氧化鎂在氫氧化鎂漿料所提供的晶種表面上繼續(xù)長大，形成粒徑較大的氫氧化鎂顆粒。

本發(fā)明提供的上述裝置，采用超重力—晶種法合成超細(xì)氫氧化鎂阻燃劑的工藝，其步驟為：開啟攪拌裝置，在氯化鎂溶液儲槽中配制一定濃度的氯化鎂溶液，開啟加熱保溫裝置將其加熱，控制其溫度在50～80 ℃。開啟攪拌裝置，在氫氧化鈉溶液儲槽中配制的一定濃度的氫氧化鈉溶液，開啟加熱保溫裝置將其加熱，控制其溫度在50～80 ℃。同時開啟隔膜泵4，將所述的氫氧化鈉溶液和氯化鎂溶液以體積流量20～120 L/h輸送到液體分布器的進(jìn)液管Ⅰ16和進(jìn)液管Ⅲ18，并在進(jìn)液管的噴嘴處以5～12 m/s的初速相向撞擊形成扇形撞擊面，完成兩股原料液的初次混合。混合效果較差的撞擊面邊緣處的溶液進(jìn)入以200～1600 rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的環(huán)形填料中，完成第二次混合，形成的氫氧化鎂漿料進(jìn)入氫氧化鎂漿料儲槽中，所得到的氫氧化鎂漿料提供氫氧化鎂晶種，以與兩股原料液相同的體積流量進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床中進(jìn)行混合反應(yīng)，依次循環(huán)反應(yīng)，待循環(huán)一定次數(shù)后，待反應(yīng)結(jié)束后，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后，制得超細(xì)氫氧化鎂粉體。

下面通過具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明的工藝過程：

實(shí)施例一：

采用本發(fā)明工藝流程附圖1，將配置好的濃度為0.50 mol/L的氯化鎂溶液置于氯化鎂溶液儲槽中，2 mol/L的氫氧化鈉溶液置于氫氧化鈉溶液儲槽中，開啟變頻器帶動電機(jī)、隔膜泵，通過調(diào)節(jié)參數(shù)將超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速控制在970 r/min，提供晶種的氫氧化鎂漿料、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液體積流量分別控制為40 L/h、40 L/h和40 L/h，晶種的循環(huán)次數(shù)為2次，反應(yīng)時間為0.5 h，整個反應(yīng)均在反應(yīng)溫度60 ℃下進(jìn)行，在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行液液接觸反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后其平均粒徑為15.0 μm。

實(shí)施例二：

將配制好的濃度為1.0 mol/L的氯化鎂溶液置于氯化鎂溶液儲槽中，2 mol/L的氫氧化鈉溶液置于氫氧化鈉溶液儲槽中，開啟變頻器帶動電機(jī)、隔膜泵，通過調(diào)節(jié)參數(shù)將超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速控制在1480 r/min，提供晶種的氫氧化鎂漿料、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液體積流量分別控制為100 L/h、100 L/h和100L/h，晶種的循環(huán)次數(shù)為4次，反應(yīng)時間為1.0 h，整個反應(yīng)均在反應(yīng)溫度60 ℃下進(jìn)行，在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行液液接觸反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后其平均粒徑為17.2 μm。

實(shí)施例三：

將配制好的濃度為0.5 mol/L的氯化鎂溶液置于氯化鎂溶液儲槽中，2 mol/L的氫氧化鈉溶液置于氫氧化鈉溶液儲槽中，開啟變頻器帶動電機(jī)、隔膜泵，通過調(diào)節(jié)參數(shù)將超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速控制在1370 r/min，提供晶種的氫氧化鎂漿料、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液體積流量分別控制在80 L/h、80 L/h和80 L/h，晶種的循環(huán)次數(shù)為6次，反應(yīng)時間為2.0 h，整個反應(yīng)均在70 ℃下進(jìn)行，在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行液液接觸反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后其平均粒徑為17.9 μm。

實(shí)施例四：

將配制好的濃度為1.00 mol/L的氯化鎂溶液置于氯化鎂溶液儲槽中，2 mol/L的氫氧化鈉溶液置于氫氧化鈉溶液儲槽中，開啟變頻器帶動電機(jī)、隔膜泵，通過調(diào)節(jié)參數(shù)將超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速控制在1250 r/min，提供晶種的氫氧化鎂漿料、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液體積流量分別控制在60 L/h、60 L/h和60 L/h，晶種的循環(huán)次數(shù)為7次，反應(yīng)時間為2.5 h，整個反應(yīng)均在55 ℃下進(jìn)行，在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行液液接觸反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后其平均粒徑為18.0 μm。

實(shí)施例五：

將配置好的濃度為0.75 mol/L的氯化鎂溶液置于氯化鎂溶液儲槽中，2 mol/L的氫氧化鈉溶液置于氫氧化鈉溶液儲槽中，開啟變頻器帶動電機(jī)、隔膜泵，通過調(diào)節(jié)參數(shù)將超重力反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速控制在1120 r/min，提供晶種的氫氧化鎂漿液、氯化鎂溶液和氫氧化鈉溶液體積流量分別控制在40 L/h，40 L/h和40 L/h，晶種的循環(huán)次數(shù)為5次，反應(yīng)時間為1.5 h，整個反應(yīng)均在65 ℃下進(jìn)行，在超重力反應(yīng)器中進(jìn)行液液接觸反應(yīng)，所得的氫氧化鎂漿料經(jīng)過濾、洗滌、干燥、研磨后其平均粒徑為17.5 μm。