一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝的制作方法
【專利摘要】一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，本發(fā)明屬于無機(jī)化工合成和無機(jī)材料領(lǐng)域。以輕燒粉或氫氧化鎂為原料，經(jīng)碳化反應(yīng)和去除鐵離子及重金屬雜質(zhì)后，重鎂水在超重力定?轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中與凈化的空氣逆向接觸(或抽真空)，強(qiáng)化相間傳遞，使液相的二氧化碳迅速擴(kuò)散到氣相，加快碳酸氫鎂分解生成三水碳酸鎂和二氧化碳的過程，沉淀過濾后與一定濃度碳酸氫銨溶液混合配制成均勻漿料，在反應(yīng)器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到單一物相高純超細(xì)無水碳酸鎂松散粉末。本發(fā)明工藝綠色環(huán)保，原料低廉，生產(chǎn)過程中無須有機(jī)添加劑，產(chǎn)品高純超細(xì)無水碳酸鎂應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，具有顯著的價(jià)格和性能優(yōu)勢，市場競爭力強(qiáng)。該發(fā)明具有顯著的創(chuàng)新性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。
【專利說明】
一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)化工合成和無機(jī)材料領(lǐng)域，具體涉及高純超細(xì)無水碳酸鎂制備新工藝，是一種清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排、新型無機(jī)阻燃材料。
【背景技術(shù)】
[0002]無水碳酸鎂是一種重要的無機(jī)化工材料，廣泛應(yīng)用于工程塑料和玻璃制品中。目前市場上簡稱的所謂碳酸鎂產(chǎn)品，除了天然菱鎂礦碳酸鎂外，大多都是水合堿式碳酸鎂，產(chǎn)品顆粒粗且純度不高、雜質(zhì)多，嚴(yán)重影響應(yīng)用范圍和產(chǎn)品市場競爭力。
[0003]制備單一物相碳酸鎂的難點(diǎn)在于氫氧化鎂的溶解度比碳酸鎂低，因而極易形成共生沉淀，生成水合堿式碳酸鎂。目前，科研工作者通過大量試驗(yàn)研究提出了一些有用制備方法，如專利CNl36237IA中沈興教授報(bào)道的一種循環(huán)介質(zhì)中制備碳酸鎂的方法，專利CN102153115A中報(bào)道了一種水熱法利用氯化鎂和尿素為原料合成單一物相碳酸鎂的方法。還有專利CN1854068A中記錄了一種超臨界流體制備碳酸鎂的方法以及專利CN104724735A單一物相的無水碳酸鎂粉體的制備方法，是以可溶性鎂鹽和可溶性碳酸鹽為原料，在溶劑熱的體系中制備無水碳酸鎂。
[0004]以上專利在制備過程中，必須反復(fù)洗滌去除可溶性雜質(zhì)，產(chǎn)生大量有機(jī)和氨氮廢水，因原料選取產(chǎn)品中硫酸鹽和氯化物含量較高，顆粒粒度較大。尚無可以制得高純超細(xì)的無水碳酸鎂、且在制備過程無水污染、可大規(guī)模生產(chǎn)的專項(xiàng)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決了當(dāng)前國內(nèi)外無法通過傳統(tǒng)生產(chǎn)方式制備出高純超細(xì)無水碳酸鎂的問題。本發(fā)明采用超重力技術(shù)制備出超細(xì)分散性好的三水碳酸鎂，三水碳酸鎂在管式或釜式反應(yīng)器中進(jìn)行水熱處理，制備出單一物相組成的無水碳酸鎂粉體。產(chǎn)品能夠替代氫氧化鎂、堿式碳酸鎂等無機(jī)阻燃劑粉體，可作為一種新型無機(jī)粉體添加劑應(yīng)用于很多領(lǐng)域。并且該方法操作簡單，無水污染，可大規(guī)模生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的制備工藝操作步驟如下:
[0007](I)制備重鎂水:以輕燒粉或低品質(zhì)氫氧化鎂為原料，以水為溶劑，懸浮液經(jīng)二氧化碳碳化反應(yīng)后，加入有機(jī)硫重金屬捕捉劑去除鐵離子及重金屬雜質(zhì)，用精密過濾裝置對懸浮液進(jìn)行固液分離，去除雜質(zhì)得到澄清透明的重鎂水；
[0008]有機(jī)硫重金屬捕捉劑為化學(xué)名稱為1.3.5-三嗪-2.4.6_三硫醇三鈉鹽、2.4.6-三硫醇基鈉硫代-1.3.5-三嗪、三巰基均三嗪三鈉鹽等中的一種或幾種。
[0009](2)超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂:重鎂水輸送至超重力定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器的循環(huán)罐中，啟動循環(huán)栗和鼓風(fēng)機(jī)或真空栗，重鎂水進(jìn)入定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中與凈化的空氣逆向接觸強(qiáng)化傳遞過程，分解生成三水碳酸鎂沉淀和二氧化碳，含有二氧化碳的氣體從定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中心出口排出；操作溫度1 °C?50 °C、鎂離子濃度0.1?0.4mo I /L、氣液比2-100、時(shí)間0.5-5小時(shí);若采用真空栗時(shí)抽真空操作的真空度為0.01?0.05MPa。
[0010]上述步驟(2)超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂是循環(huán)過程；
[0011 ] 步驟(2)中定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器超重力水平為50G?500G。
[0012](3)水熱制備高純超細(xì)無水碳酸鎂:將步驟(2)制備的三水碳酸鎂沉淀過濾后與一定濃度碳酸氫銨溶液混合配制成均勻漿料，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后水冷降溫，漿料過濾，淋洗，得到含碳酸氫銨的濾液回用，濾餅經(jīng)干燥，得到單一物相的超細(xì)高純單一物相無水碳酸鎂松散粉末。
[0013]碳酸氫銨溶液濃度:0.2?2mo I /1，優(yōu)選0.5?Imo I /1;反應(yīng)溫度:140?210 °C，優(yōu)選120?170°C;反應(yīng)時(shí)間0.5?10小時(shí)，優(yōu)選I?3小時(shí)，設(shè)備可選擇管式連續(xù)反應(yīng)器或攪拌釜式間歇反應(yīng)器。
[0014]含碳酸氫銨的濾液循環(huán)使用。
[0015]所得產(chǎn)品粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(MgO)彡47%、氧化鈣(CaO)彡0.05 %、鐵(?6203)<20(^口111、重金屬(以？13計(jì))<2(^。111、氯化物<10(^。111，顆粒平均粒徑為0.5-5μ?? (但粒徑基本集中在2μπι左右，粒徑范圍比較窄)。
[0016]本發(fā)明超重力反應(yīng)器采用專利技術(shù)(專利號:200410042631.6)“定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器及其應(yīng)用”的定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器RSR，RSR與栗和循環(huán)罐連接組成一個高效反應(yīng)器。
[0017]對所得的白色粉末進(jìn)行物理表征和化學(xué)分析，用X射線衍射(XRD)分析晶相，掃描電子顯微鏡(SEM)觀測粉體的顆粒形貌和粒徑。經(jīng)過所述方案I合成的無水碳酸鎂，從附圖2所示意的X射線衍射圖可以看出:該譜圖與無水碳酸鎂標(biāo)準(zhǔn)譜圖JCPDS N0.08-479完全一致，沒有出現(xiàn)雜質(zhì)峰，主峰尖銳，說明產(chǎn)品為無水碳酸鎂單晶且結(jié)晶度高，為六方方解石晶型。附圖3所示意的該產(chǎn)品的SEM照片，顆粒均勻且分散性良好，粒徑集中在2μπι左右。經(jīng)化學(xué)分析，粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(|%0)》47%、氧化鈣(0&0)彡0.05%、鐵收203)彡20(^111、重金屬(以Pb計(jì))彡20ppm、氯化物彡I OOppm。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:利用這種新工藝可以制備出單一晶相、化學(xué)純度高，超細(xì)顆粒的無水碳酸鎂，所使用的原料易得且價(jià)格低廉，工藝要求簡單，生產(chǎn)過程易控制，很容易放大進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明工藝合理，成本低廉，生產(chǎn)過程綠色環(huán)保，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場潛力大，競爭力強(qiáng)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本專利工藝流程圖。
[0019]圖2是實(shí)施例1所得的無水碳酸鎂的X-射線粉末衍射圖。
[0020]圖3是實(shí)施例1所得的無水碳酸鎂的微觀形貌SEM照片。
[0021 ]圖4是實(shí)施例2所得的無水碳酸鎂的微觀形貌SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面用實(shí)例能夠進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，僅供用來說明和體現(xiàn)本發(fā)明的工藝方法，而不是限制本發(fā)明的范圍及應(yīng)用場所。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然當(dāng)使用不同設(shè)備和通常可得到的原料實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可引入新的變型，但是這樣的變型不能認(rèn)為超出了由所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的范圍。
[0023]實(shí)施例1:
[0024]制備重鎂水:輕燒粉水化懸浮液經(jīng)二氧化碳碳化反應(yīng)后，加入TMT_15(有機(jī)硫重金屬捕捉劑1.3.5-三嗪-2.4.6-三硫醇三鈉鹽，15 % ) 120ppm，去除鐵離子及重金屬雜質(zhì)，用精密過濾裝置對懸浮液進(jìn)行固液分離，去除固體雜質(zhì)得到澄清透明的重鎂水，鎂離子濃度0.25mol/L，鐵離子含量為30ppm、重金屬離子5ppm。
[0025]超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂:重鎂水輸送至超重力定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器的循環(huán)罐中，啟動定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器電機(jī)、循環(huán)栗和鼓風(fēng)機(jī)或真空栗，重鎂水進(jìn)入定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中與凈化的空氣逆向接觸強(qiáng)化傳遞過程，分解生成三水碳酸鎂沉淀和二氧化碳，含有二氧化碳的氣體從RSR中心出口排出。定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器轉(zhuǎn)速為900r/min，操作溫度35 °C、氣液比5、反應(yīng)時(shí)間I小時(shí)。
[0026]水熱制備高純超細(xì)無水碳酸鎂:沉淀過濾后與lmol/L濃度的碳酸氫銨溶液混合配制成均勻漿料，在溫度160°C、壓力0.4MPa下進(jìn)行水熱反應(yīng)保溫2小時(shí)后，水冷降溫，漿料過濾，淋洗，濾液循環(huán)回用，濾餅120°C下干燥得到無水碳酸鎂松散粉末。
[0027]所得樣品采用X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡進(jìn)行檢測，從附圖2所示意的X光射線衍射圖(XRD)可以看出即得單一物相無水碳酸鎂，附圖3所示意的產(chǎn)品的SEM照片，顆粒均勻且分散性良好，粒徑集中在2μπι左右，經(jīng)化學(xué)分析，粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(MgO) =47.2%、氧化I丐(CaO) = 0.02%、鐵(Fe203) = 120ppm、重金屬(以Pb計(jì)X lOppm、氯化物<I OOppm、硫酸根 SlOOppm。
[0028]實(shí)施例2:
[0029]制備重鎂水:將低品質(zhì)氫氧化鎂粉體配置成含量為22克/升漿料，經(jīng)二氧化碳碳化反應(yīng)后，加入TMT-15 (有機(jī)硫重金屬捕捉劑1.3.5-三嗪-2.4.6-三硫醇三鈉鹽，15 % )120ppm，去除鐵離子及重金屬雜質(zhì)，用精密過濾裝置對懸浮液進(jìn)行固液分離，去除固體雜質(zhì)得到澄清透明的重鎂水，鎂離子濃度0.20mol/L，鐵離子含量為30ppm，重金屬離子5ppm。
[0030]超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂:重鎂水輸送至超重力定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器的循環(huán)罐中，啟動定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器電機(jī)、真空栗，重鎂水分解生成三水碳酸鎂沉淀和二氧化碳，二氧化碳?xì)怏w從RSR中心出口排出。定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器轉(zhuǎn)速為1200r/min，操作溫度30°C、真空度為0.03MPa、時(shí)間0.5小時(shí)，過濾漿料。
[0031]水熱制備高純超細(xì)無水碳酸鎂:操作與實(shí)施例1水熱處理一樣。對樣品XRD分析證明為單一物相無水碳酸鎂，附圖4所示意的產(chǎn)品的SEM照片，顆粒均勻且分散性良好，粒徑集中在2μπι左右，經(jīng)化學(xué)分析，粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(MgO )=47.25%,氧化鈣(CaO)=0.01%、鐵(Fe203) =80ppm，重金屬(以Pb計(jì)XlOppm、氯化物<lOOppm、硫酸根<lOOpprn。
[0032]實(shí)施例3:制備操作步驟與實(shí)施例1不同之處在于，制備三水碳酸鎂時(shí)通入空氣的氣液比50、反應(yīng)時(shí)間0.5小時(shí)。所得樣品為單一物相無水碳酸鎂，顆粒均勻且分散性良好，粒徑集中在2μπι左右，經(jīng)化學(xué)分析，粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(MgO )=47.1%,氧化鈣(CaO)=
0.025%、鐵(Fe203) = 100ppm，重金屬(以Pb計(jì))<10口口1!1、氯化物<10(^口111、硫酸根<100卩卩1]1。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)制備重鎂水:以輕燒粉或低品質(zhì)氫氧化鎂為原料，以水為溶劑，懸浮液經(jīng)二氧化碳碳化反應(yīng)后，加入有機(jī)硫重金屬捕捉劑去除鐵離子及重金屬雜質(zhì)，用精密過濾裝置對懸浮液進(jìn)行固液分離，去除雜質(zhì)得到澄清透明的重鎂水； (2)超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂:重鎂水輸送至超重力定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器的循環(huán)罐中，啟動循環(huán)栗和鼓風(fēng)機(jī)或真空栗，重鎂水進(jìn)入定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中與凈化的空氣逆向接觸強(qiáng)化傳遞過程，分解生成三水碳酸鎂沉淀和二氧化碳，含有二氧化碳的氣體從定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器中心出口排出； (3)水熱制備高純超細(xì)無水碳酸鎂:將步驟(2)制備的三水碳酸鎂沉淀過濾后與一定濃度碳酸氫銨溶液混合配制成均勻漿料，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后水冷降溫，漿料過濾，淋洗，得到含碳酸氫銨的濾液回用，濾餅經(jīng)干燥，得到單一物相的超細(xì)高純無水碳酸鎂松散粉末。2.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，有機(jī)硫重金屬捕捉劑為化學(xué)名稱為1.3.5-三嗪-2.4.6-三硫醇三鈉鹽、2.4.6-三硫醇基鈉硫代-1.3.5-三嗪、三巰基均三嗪三鈉鹽中的一種或幾種。3.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，步驟(2)操作溫度10°C?500C、鎂離子濃度0.1?0.4mol/L、氣液比2-100、時(shí)間0.5-5小時(shí)；若采用真空栗時(shí)抽真空操作的真空度為0.01?0.05MPa。4.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，步驟(3)碳酸氫銨溶液濃度:0.2?2mo I /1，反應(yīng)溫度:140?21 (TC，反應(yīng)時(shí)間0.5?1小時(shí)。5.按照權(quán)利要求4所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，碳酸氫銨溶液濃度0.5?ImoI/1;反應(yīng)溫度120?170°C ;反應(yīng)時(shí)間I?3小時(shí)。6.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，水熱制備高純超細(xì)無水碳酸鎂時(shí)，設(shè)備選擇管式連續(xù)反應(yīng)器或攪拌釜式間歇反應(yīng)器。7.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，步驟(2)超重力技術(shù)制備三水碳酸鎂是循環(huán)過程;含碳酸氫銨的濾液循環(huán)使用。8.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，步驟(2)中定-轉(zhuǎn)子反應(yīng)器超重力水平為50G?500G。9.按照權(quán)利要求1所述的一種高純超細(xì)無水碳酸鎂環(huán)境友好的制備工藝，其特征在于，所得產(chǎn)品粉體中各物質(zhì)含量:氧化鎂(MgO)彡47%、氧化鈣(CaO)彡0.05%、鐵(Fe2O3)彡200ppm、以?13計(jì)重金屬<20卩卩111、氯化物<100卩卩111，顆粒平均粒徑為0.5-541]1。
【文檔編號】C01F5/24GK105883865SQ201610228738
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】宋云華, 王英偉, 陳建銘
【申請人】北京化工大學(xué)