有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法

摘要

本发明提供了一种有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法，是将氧化镁物料粉碎后过80～100目筛，用工业水配制成含氧化镁10～35％的料浆，加入氧化镁物料重量0.5～10％的机酸类铵盐催化剂，置入搅拌反应釜中，于45～120℃反应2～6小时，固液分离获得结晶态氢氧化镁，含催化剂母液循环使用。本发明采用了可循环使用的有机酸类铵盐催化剂，可在较低的温度下高效催化氧化镁水化并提高氢氧化镁产物结晶度，产生的氢氧化镁单体粒径由原来的0.1～0.3微米提高至1～1.2微米，极大的降低了能耗，改善了氢氧化镁浆料的过滤性能，该方法工艺简单，所用设备均为普通化工反应、分离及干燥设备，具有低成本、易大规模实施的优点。

权利要求

1.一种有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法，是将氧化镁物料粉碎后过80～100目筛，用工业水配制成含氧化镁10～35％的料浆，加入氧化镁物料重量0.5～10％的有机酸类铵盐催化剂，置入搅拌反应釜中，于45～120℃反应2～6小时，固液分离获得结晶态氢氧化镁，含催化剂母液循环使用；所述有机酸类铵盐催化剂为甲酸铵、乙酸铵、丙酸铵、丁酸铵中的至少一种。

2.如权利要求1所述有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法，其特征在于：所述氧化镁物料为水氯镁石煅烧所得；或来自碱式碳酸镁煅烧得。

3.如权利要求1所述有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法，其特征在于：分离后的含催化剂母液去配料工段，循环使用。

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及一种氧化镁水化法生产氢氧化镁的方法，尤其涉及一种有机酸类铵盐催化水化生产氢氧化镁的方法。

技术背景

氧化镁水化法是目前国内外众多镁盐生产厂家以活性氧化镁为原料生产氢氧化镁工艺普遍采用的方法，该法原料来源有两种，一种是水氯镁石(MgCl2·6H2O)，另一种是菱镁矿。其中，水氯镁石煅烧获得的氧化镁纯度较高，在国外以以色列技术最为成熟，该技术是将水氯镁石经重结晶提纯后配制成氯化镁饱和母液，再经喷雾干燥、旋流动态煅烧后获得氧化镁，同时副产盐酸，所得氧化镁粉料于80～100℃水化3～4小时后升温至200～240℃晶化5～10小时，固液分离后经分散改性获得氢氧化镁产品，主要作为高档阻燃产品使用，售价一般在3500～4000美元/吨。另一种是将菱镁矿粉经900～1000℃高温煅烧首先获得活性氧化镁，然后经球磨、除杂、加水调浆后于80～100℃水化反应3～6小时获得氢氧化镁料浆，固液分离后经分散、洗涤、表面改性后获得氢氧化镁阻燃产品，这种产品由于受原料品质限制，难以达到高纯，产品中含大量无定形氢氧化镁，团聚严重，阻燃性能较差，一般只能作为低档次填料或者阻燃耐火板用料。

采用氧化镁水化法存在两个突出的问题，其一、该法获得氢氧化镁颗粒细微(0.1微米左右)、结晶度差、过滤十分困难，由于夹带杂质量大，氢氧化镁难以达到高纯，因此还需要要在200～240℃对其进行水热晶化5～10小时，因而导致操作成本高、产量低、严重制约了氢氧化镁的大规模生产；其二、该法要求氧化镁粉必须为高活性，对于低活性氧化镁通常水化率不足80％，为解决该问题，一般采用加强搅拌、升温、球磨的办法提高粉料水化反应速率，由此增加了生产能耗，产生了较高的生产成本，经济上不合理。

中国专利200710103127.6(一种用氧化镁生产阻燃剂级氢氧化镁的方法)公开了一种以无机酸类铵盐为催化剂的水化方法，较好的解决了氢氧化镁物料难过滤、难纯化的技术问题，但这种方法容易引入无机酸根，所得氢氧化镁需用纯净水洗涤除去所含少量无机酸根，因而增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有氧化镁水化法生产氢氧化镁工艺技术的不足，提供一种利用有机酸类铵盐催化剂的高效催化水化方法。
本发明催化水化生产氢氧化镁的方法，是将氧化镁物料粉碎后过80～100目筛，用工业水配制成含氧化镁10～35％的料浆(最佳10～20％)，加入氧化镁物料重量0.5～10％(最佳0.5～5％)的机酸类铵盐催化剂，置入搅拌反应釜中，于45～120℃(最佳60～100℃)反应0.5～6小时(最佳2～6小时)，固液分离获得结晶态氢氧化镁。分离后的含催化剂母液去配料工段，循环使用。
所述氧化镁物料为水氯镁石煅烧所得；或来自碱式碳酸镁煅烧得。
所述机酸类铵催化剂为甲酸铵、乙酸铵、丙酸铵、丁酸铵中的至少一种。其中以乙酸铵、甲酸铵催化性能最好。
本发明的催化水化的原理如下：
2NH4R(aq)+2H2O→2NH3OH(aq)+2HR(aq)    (1)
2HR(aq)+MgO(s)→MgR2(aq)+H2O          (2)
MgR2(aq)+2H2O→Mg(OH)2(s)+2HR(aq)     (3)
2NH3OH(aq)+2HR(aq)→2NH4R(aq)+2H2O    (4)
总反应：
MgO(s)+H2O→Mg(OH)2(s)                (5)
其中-R表示有机基团。
活化后的氧化镁同时也进行(5)式的反应。
有机酸类铵盐在水溶液体系中水解形成氢氧化铵和有机酸，由于溶液呈酸性，将与氧化镁发生溶解反应，因而极大的提高了氧化镁的反应活性，同时形成了中间活化产物，该产物不稳定，迅速分解形成了氢氧化镁和相应的有机酸，水解产物氢氧化铵含量的升高导致了体系碱度上升，在上升过程中氢氧化铵与产生的有机酸反应，达到酸碱反应平衡后维系了稳定的缓冲体系，因而，既完成了催化水化反应，在较短的时间内促使氧化镁以较快的速率分解并水化，又提供了氢氧化镁晶化所需的镁离子及氢氧根离子浓度，从而提高了氢氧化镁的结晶度，易于过滤。
由于氧化镁、氢氧化镁在铵盐溶液中有一定的溶解度，可形成较为稳定的缓冲体系，因此维系了较为充裕的氢氧根和镁离子供给，在较低的温度下即可生长出片状结晶态氢氧化镁。
从水化后所得氢氧化镁的扫描电子显微照片(见图1)可以看出，氧化镁物料在无添加催化剂时形成的氢氧化镁产物基本为无定形，影像模糊，说明颗粒细小，产生了大量微晶，团聚严重，这种产品作为阻燃剂使用显然是不具竞争力的；而添加催化剂后，氢氧化镁片状结构十分明显，单体颗粒直径达到了1～1.2微米，影像清晰，这是因为片状表面为极性面，有机酸盐中含有大量的H和O，容易和极性面形成氢键而使其在径向生长缓慢导致片状结晶朝水平面延伸，因而形成了较大直径的氢氧化镁片状晶化产物，过滤性能得到较大改善。从氢氧化镁产物的X射线衍射谱图(见图2)可看出，水化产物氢氧化镁衍射图谱完全符合氢氧化镁标准谱图，氢氧化镁特征峰峰形尖锐表明该产物具有良好的结晶度。
由于有机酸铵类物质在100～140℃时具有挥发性，在氢氧化镁中夹带的少量有机酸铵盐(＜0.2％)在产品干燥时即可挥发除去，因而不影响氢氧化镁纯度，无需经过洗涤将夹带的催化剂洗除，因而比无机酸类铵盐性能更优越。同时也解决水化产生细微氢氧化镁结晶度差、难以过滤的问题，亦可解决氧化镁原料活性差、水化率低的问题，氧化镁水化率达到99％以上。
本发明在较低温度下(45～120℃)实现快速催化水化和助长结晶的方法，相比于200～240℃水热晶化的方法对氢氧化镁进行晶化，显然对于降低能耗，节约生产成本是具有积极的意义的。同时操作温度的降低使得水化单元操作相对容易且简单，这更易于大规模实施氢氧化镁的生产。

附图说明

图1为氧化镁物料水化后氢氧化镁SEM照片
其中A为无添加催化剂下水化所得氢氧化镁的SEM照片；B为添加催化剂下水化所得氢氧化镁的SEM照片。
图2为水化产物氢氧化镁的XRD图谱

具体实施方式

实施例一：将氧化镁物料(该氧化镁系青海柴达木盆地盐湖副产的水氯镁石于1000℃煅烧3小时所得，氧化镁纯度＞99％，低活性)粉碎筛分通过100目筛，称取筛下物500g，加水配制成含氧化镁浓度15％的料浆，加入催化剂乙酸铵25g，搅拌均匀后置入3000ml带电加热密闭不锈钢反应釜中，迅速升温至60℃后搅拌反应5小时，搅拌桨采用两叶片折叶式双层搅拌桨，搅拌转速150～200转/分钟，反应完成后固液分离，母液循环使用，固体氢氧化镁于150℃干燥3小时，所得氢氧化镁纯度＞99％，水化率达到99.4％，片状结晶单体达到1微米，X射线衍射谱图符合图2显示。
实施例二：氧化镁物料同实施例一，过80目筛后称取筛下物500g，加水配制成含氧化镁浓度20％的料浆，加入催化剂甲酸铵20g，搅拌均匀后置入3000ml带电加热密闭不锈钢反应釜中，迅速升温至100℃后搅拌反应3小时，搅拌速度和搅拌桨形式与实施例一同，反应完成后固液分离，母液循环使用，固体氢氧化镁于150℃干燥3小时，所得氢氧化镁纯度＞99％，水化率达到99.6％，片状结晶单体达到1微米。
实施例三：氧化镁物料同实施例一，过80目筛后称取筛下物500g，加水配制成含氧化镁浓度20％的料浆，加入催化剂甲酸铵10g、乙酸铵10g，搅拌均匀后置入3000ml带电加热密闭不锈钢反应釜中，迅速升温至80℃后搅拌反应3小时，搅拌速度和搅拌桨形式与实施例一同，反应完成后固液分离，母液循环使用，固体氢氧化镁于150℃干燥3小时，所得氢氧化镁纯度＞99％，水化率达到100％，片状结晶单体达到1微米。
实施例四：氧化镁物料来自碱式碳酸镁900℃煅烧3小时所得，纯度＞99％，为高活性氧化镁，过80目筛后称取筛下物500g，加水配制成含氧化镁浓度15％的料浆，加入催化剂乙酸铵10g，搅拌均匀后置入3000ml带电加热密闭不锈钢反应釜中，迅速升温至60℃后搅拌反应3小时，搅拌桨形式与搅拌转速与实施例一同，反应完成后固液分离，母液循环使用，固体氢氧化镁于150℃干燥3小时，所得氢氧化镁纯度＞99％，水化率达到99.8％，片状结晶单体达到0.8～1微米。