劉大江

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司鉀肥分公司，青海格爾木 816000)

氫氧化鎂作為添加型無(wú)機(jī)阻燃劑，具有熱穩(wěn)定性好、無(wú)毒、抑煙、高效促基材成炭的作用，且在不產(chǎn)生腐蝕性氣體的同時(shí)還具有中和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的酸性和腐蝕性氣體功能，作為一種環(huán)境友好型的綠色阻燃劑具有很好的市場(chǎng)前景。以氯化鎂為原料，以氨水作為沉淀劑制備了一系列的氫氧化鎂。分析討論了制備過(guò)程中的主要因素對(duì)氫氧化鎂沉降性能的影響，通過(guò)采用氨水作沉淀劑直接沉淀鎂離子制備氫氧化鎂，反應(yīng)如下：

MgCl2+NH3·H2O→Mg(OH)2↓+NH4C1

根據(jù)原料的特點(diǎn)，采用圖1工藝流程，選擇合適的pH值、原料濃度、溫度、加料速度、反應(yīng)時(shí)間、陳化時(shí)間、洗滌方式等條件，制備出超微片狀氫氧化鎂。

1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)以鹽湖富產(chǎn)的氯化鎂為原料，氨水為鹽湖鎂業(yè)公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

SXJQ-1數(shù)顯電動(dòng)恒速攪拌器(上海一科有限公司)；MS8001S 電子天平(瑞士梅特勒有限公司)； SHB-B95A型循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科技工貿(mào)有限公司)；DZ-2BC型真空干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)；PSB200小型臺(tái)式離心機(jī)(蘇州巴拓有限公司。)

2 實(shí)驗(yàn)步驟

將一定量的氫氧化鎂加入到蒸餾水中，并用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右的料漿。稱取一定量的改性劑放在燒杯中，并用無(wú)水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行超聲分散(由于改性劑的用量比較少，將其分散在無(wú)水乙醇中，可以保證改性劑用量同時(shí)可以使改性劑與氫氧化鎂料漿在改性過(guò)程中比較均勻地混合)，將上述配制好的氫氧化鎂料漿放在一定溫度的恒溫水浴鍋中，加入已經(jīng)分散好的改性劑，并不斷地進(jìn)行機(jī)械攪拌，反應(yīng)一定時(shí)間以后進(jìn)行抽濾、洗滌，并在105 ℃下將其烘干，研磨后得到改性的氫氧化鎂樣品。

2.1 氫氧化鎂沉降性能的影響元素

2.1.1 加料順序

在圖1所示的工藝流程的操作下，制得氫氧化鎂產(chǎn)品A、B， 測(cè)試其沉降性能如表1。

圖1 制備氫氧化鎂的工藝流程圖Fig.1 Process flow chart for preparation of Mg(OH)2

由表1可以看到，氨水加入氯化鎂溶液中可以獲得較好的分散體系，而鎂離子溶液加入氨水則料漿穩(wěn)定性差，很快就聚沉了。故在實(shí)驗(yàn)中，選擇氨水加入到鎂離子溶液中為確定的加料方式。

表1 不同加料方式下制得的氫氧化鎂的沉降性能Tab.1 Settlement properties of Mg(OH)2 prepared by different feeding ways

2.1.2 鎂離子濃度

選擇所述的在圖1工藝流程的操作下條件下， 制得樣品A、B、C，其沉降性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鎂離子濃度對(duì)氫氧化鎂沉降性能的影響Tab.2 Effect of magnesium ion concentration on the deposition property of Mg(OH)2

由表2可以看出，鎂離子濃度在2.0 mol/L的時(shí)候，體系比較穩(wěn)定，沉降時(shí)間在24 h以上，這是因?yàn)轶w系中[OH-]濃度一定的情況下，Mg2+濃度越高，[Mg2+]· [OH-]2過(guò)飽和程度越大，瞬間氫氧化鎂成核速度遠(yuǎn)大于晶核生長(zhǎng)速度，生成的氫氧化鎂晶粒就越小， 沉降時(shí)間也就越長(zhǎng)。鎂離子濃度較低時(shí)，更有利于晶核生長(zhǎng)，晶粒較大，沉降也就較快；但鎂離子濃度比較高時(shí)(3.0 mol/L),體系中鹽濃度增大，壓縮了膠粒的雙電層，減小了膠粒間的距離，從而加劇了膠粒的團(tuán)聚，體系分散性差，易于沉降。

2.1.3 反應(yīng)終點(diǎn)pH值

實(shí)驗(yàn)中采用氨水加入到氯化鎂溶液中的加料方式，分別選擇反應(yīng)終點(diǎn)為pH值=9.0、pH值=10.0、pH值=11.0，其他條件同上，制得到樣品P1，P2，P3。其沉降性能測(cè)試見(jiàn)表3。

表3 不同反應(yīng)終點(diǎn)pH值對(duì)氫氧化鎂的沉降性能Tab.3 Deposition property of Mg(OH)2 at pH values of different reaction endpoints

由表3可以看出，當(dāng)反應(yīng)終點(diǎn)pH值控制在大于10.0就可以達(dá)到比較好的分散體系，小于10.0由于更接近氫氧化鎂膠粒的等電點(diǎn)，體系中膠粒間的斥力較小，容易沉降，分散體系不穩(wěn)定。

2.1.4 氨水加入速度

氨水加入速度對(duì)氫氧化鎂的沉降性能也有較大的影響，從理論上講，氨水加入速度慢，氫氧化鎂的成核速度小于晶核的生長(zhǎng)速度，得到的氫氧化鎂晶粒較大，分散度較低，沉降性能好；氨水加入速度快， 得到的氫氧化鎂晶粒小，分散度高，但過(guò)快的加料速度會(huì)導(dǎo)致體系局部氨水濃度過(guò)高，引起氫氧化鎂顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，顆粒大小不均一。但在實(shí)驗(yàn)中，由于加入了復(fù)合分散劑，使得無(wú)論在較高還是較低的氨水加入速度下，都可以得到分散性能較好的乳白色分散體系。 不同氨水加入速度下制得的氫氧化鎂的沉降性能測(cè)試見(jiàn)表4。

表4 氨水加入速度對(duì)氫氧化鎂沉降性能的影響Tab.4 Effect of ammonia addition rate on the settlement property of Mg(OH)2

可以看出，氨水加入速度較慢(1.5 mL/min)和較快(3.5 mL/min)都可以得到分散性較好的體系。但氨水加入速度較快會(huì)造成鎂轉(zhuǎn)化率的嚴(yán)重下降。綜合考慮分散性和沉鎂效率，選擇合適的氨水加入速度為1.5 mL/min。

2.1.5 陳化過(guò)程

陳化過(guò)程是能否制得良好晶形的氫氧化鎂的關(guān)鍵。陳化時(shí)間和陳化溫度是陳化過(guò)程中重要的因素，實(shí)驗(yàn)中在所選擇的條件下研究了陳化時(shí)間對(duì)鎂轉(zhuǎn)化率、氫氧化鎂沉降性能的影響。若沒(méi)有升溫陳化過(guò)程，形成的氫氧化鎂晶體沒(méi)有規(guī)則的外形，晶形極不完整；而60 ℃下陳化過(guò)程形成的氫氧化鎂有清晰的外形，晶形較完整。測(cè)試性能見(jiàn)表5。

表5 陳化時(shí)間、溫度對(duì)氫氧化鎂沉降性能的影響Tab.5 Effect of aging time and temperature on settlement property of Mg(OH)2

由表5可以看出， 由于氫氧化鎂形成需要一定的溫度和時(shí)間，陳化溫度過(guò)低不僅不利于析出氫氧化鎂，造成比較低的轉(zhuǎn)化率，而且會(huì)影響氫氧化鎂結(jié)晶的完整性。隨著陳化溫度的升高，氫氧化鎂的結(jié)晶性有較大幅度的提高，較高的陳化溫度更有利于得到晶粒較大的氫氧化鎂。實(shí)驗(yàn)中在常溫(30 ℃)陳化后，難于過(guò)濾，就是因?yàn)闊o(wú)升溫陳化得到的氫氧化鎂晶粒較小，堵住了濾紙的細(xì)孔。最終得出試驗(yàn)中陳化時(shí)間為60 min，陳化溫度對(duì)氫氧化鎂的沉降性能沒(méi)有明顯的影響在所選擇的溫度條件下，均可以得到分散性較好的乳白色體系，氫氧化鎂的沉降時(shí)間均超過(guò)24 h。故認(rèn)為60 ℃條件是最適合的陳化溫度水平。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)采用氨法制備氫氧化鎂阻燃劑，即常壓下以鹵水為原料，以氨水為沉淀劑進(jìn)行反應(yīng)，以加料順序、反應(yīng)終點(diǎn)pH值、鎂離子濃度、氨水加入速度、陳化過(guò)程對(duì)氫氧化鎂沉降性能的影響因素進(jìn)行多次試驗(yàn)，在所選擇的反應(yīng)下，考察多種條件對(duì)氫氧化鎂產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率、沉降性能的影響。主要結(jié)論如下：

1)由上述分析得出，所選擇的各影響因素在氫氧化鎂制備過(guò)程中對(duì)其沉降性能的影響程度依次為：鎂離子濃度>加料順序>反應(yīng)終點(diǎn)pH值>氨水加入速度>陳化過(guò)程；

2)適合的實(shí)驗(yàn)條件為：氨水加入鎂離子溶液的加料方式，氨水濃度為25%(13 mol/L)，鎂離子濃度為約2.0 mol/L，氨水加入速度為1.5 mL/min～2.0 mL/min，反應(yīng)終點(diǎn)pH值=10.0，反應(yīng)溫度30 ℃，陳化溫度60 ℃，陳化時(shí)間60 min。