專利名稱：一種以鹵水為原料制備納米級(jí)鎂鋁水滑石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用鹵水制備納米鎂鋁水滑石的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)具有豐富的鹽湖和海洋化工資源，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活提供了優(yōu)質(zhì)的氯化鈉、鉀鹽和溴素等產(chǎn)品，在從鹽湖和海洋中提取上述產(chǎn)品之后，所剩含有大量氯化鎂的粘稠溶液俗稱鹵水。鹵水的成分復(fù)雜，除含有氯化鎂外還含有數(shù)量相當(dāng)可觀的有機(jī)雜質(zhì)，通常是以回排大?；螓}湖的方式進(jìn)行處理，目前國(guó)內(nèi)只將其中很小一部分用于制備固體結(jié)晶氯化鎂作為基本無機(jī)化工原料來使用，但是制備固體結(jié)晶氯化鎂耗能較高，且產(chǎn)品價(jià)格低廉且市場(chǎng)用量有限，其利用率一直保持在很低的水平。大量鹵水回排，導(dǎo)致鹽湖和近海海水化學(xué)組成發(fā)生變化，使提鉀、提溴日趨困難，并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，開展鹵水的應(yīng)用研究對(duì)減輕環(huán)境負(fù)荷、促進(jìn)鹽湖和海洋資源平衡開采和鹽湖和海洋化工的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。
水滑石作為無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料中的無鹵高抑煙阻燃劑和PVC樹脂的環(huán)保型熱穩(wěn)定劑獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，是一種新型層狀無機(jī)功能材料。合成水滑石的主要原料為可溶性鎂鹽以及少量可溶性鋁鹽、燒堿和碳酸鈉。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)中均采用試劑級(jí)或工業(yè)級(jí)固體鎂鹽為原料合成水滑石，因此成本較高，較大程度地限制了其廣泛應(yīng)用。
近年來，發(fā)明人圍繞水滑石的制備技術(shù)進(jìn)行了較深入研究，并申請(qǐng)了系列專利。在專利申請(qǐng)0013214646中，利用無機(jī)晶體材料不同尺寸晶粒在不同溫度下的溶解平衡差異，采用強(qiáng)制循環(huán)變溫技術(shù)，最大限度地調(diào)控晶體生長(zhǎng)速度，保證了晶體尺寸的均勻性，使制備的水滑石產(chǎn)品粒度達(dá)窄分布。在專利申請(qǐng)00132145中，發(fā)明了一種全返混液膜反應(yīng)器，采用強(qiáng)制微觀混合技術(shù)，將鹽溶液和堿溶液在反應(yīng)器轉(zhuǎn)子與定子之間的縫隙處快速混合、接觸，反應(yīng)后的成核漿液迅速脫離反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)快速成核、晶體同步生長(zhǎng)，從而可制備納米水滑石層狀材料。但以上研究所用的鎂鹽均是試劑級(jí)或工業(yè)級(jí)固體，原料成本較高，使用時(shí)需要與鋁鹽一起溶于水配成混合鹽溶液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了開發(fā)鹵水的綜合利用新途徑，降低鎂鋁水滑石的制造成本，發(fā)明一種利用鹵水制備納米鎂鋁水滑石的方法。
該發(fā)明目的是通過如下途徑實(shí)現(xiàn)的，首先通過過濾脫除鹵水中的機(jī)械雜質(zhì)，然后通過吸附床對(duì)鹵水進(jìn)行吸附處理以脫除其中有機(jī)雜質(zhì)和有色物質(zhì)。用上述精制處理的鹵水無須重結(jié)晶分離出氯化鎂而直接作為制備鎂鋁水滑石的原料制備鎂鋁水滑石。
具體步驟是A.先將鹵水過濾以分離出其中的砂粒、海藻等機(jī)械雜質(zhì)，再將過濾后的鹵水經(jīng)過吸附床脫除其中的有機(jī)物質(zhì)和有色物質(zhì)，然后調(diào)配鹵水濃度使其中的Mg2+離子濃度為0.8-1.6M；B.將固體可溶性鋁鹽加入到上述稀釋后的鹵水中，配制Mg2+與Al3+的摩爾比為2-4∶1的混合鹽溶液，溶液中Mg2+的摩爾濃度仍保持在0.8-1.6M；將工業(yè)燒堿溶液和工業(yè)碳酸鈉溶于水配制混合堿溶液，碳酸鈉的用量按照CO32-與Al3+的摩爾比為1-4∶1的比例而確定，燒堿的用量以控制混合鹽溶液與混合堿溶液初始混合后pH值在8.5-12.5之間為宜；C.將上述混合鹽溶液和混合堿溶液同時(shí)加入專利申請(qǐng)00132145所述的全返混旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中，控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1000～8000rpm，使兩種物料在反應(yīng)器轉(zhuǎn)子與定子之間的縫隙處充分混合、反應(yīng)，并停留1-18min，所得成核漿液經(jīng)出料口排放到晶化反應(yīng)器中；D.控制晶化反應(yīng)器的晶化溫度為60～100℃，攪拌反應(yīng)2～6h，過濾并反復(fù)用去離子水洗滌沉淀物至pH＝7-8，最后在70-150℃下干燥12-24h，得鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
步驟A所述的過濾可采用板框壓濾或離心分離；所述吸附床內(nèi)是內(nèi)部裝填吸附材料的固定床；床內(nèi)裝填的吸附材料可以是大孔吸附樹脂、活性炭、硅膠、氧化鋁中的一種。
步驟B所述的固體可溶性鋁鹽可以是結(jié)晶氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁中的一種。
分別采用X射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外(FT-IR)、等離子體發(fā)射光譜(ICP)、熱重-差熱分析(TG-DTA)、透射電鏡(TEM)和激光粒度分析等手段表征和分析鎂鋁水滑石樣品，證明鎂鋁水滑石樣品具有很高的結(jié)晶度，粒子的粒徑尺寸均分布在20-100nm范圍，粒徑分布的D90(90％的粒子)小于80nm。上述結(jié)果與用試劑級(jí)或工業(yè)級(jí)鎂鹽制備出的產(chǎn)品性能指標(biāo)相一致。
本發(fā)明的顯著效果是，實(shí)現(xiàn)了利用鹵水制備納米級(jí)鎂鋁水滑石的新工藝，不僅大幅度降低鎂鋁水滑石的生產(chǎn)成本，還為鹵水的綜合利用，變傳統(tǒng)鹽化工的廢棄物為化工原料生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品開辟了一條新的途徑；對(duì)鹽湖和海洋資源的平衡開采和高質(zhì)利用起到積極作用。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1A.將300kg固含量為36％左右的鹵水板框壓濾去除機(jī)械雜質(zhì)后得到褐色粘稠狀鹵水，再通入裝有大孔吸附樹脂的吸附床進(jìn)行吸附處理，得到285kg微顯黃色的精制鹵水，測(cè)定鹵水中所含各種成分指標(biāo)如下。
檢驗(yàn)項(xiàng)目 硫酸鎂 氯化鎂 氯化鉀 氯化鈉 水份 溴質(zhì)量百分含量(％) 2.2832.02 0.230.5664.86 0.05B.將19.3kg結(jié)晶氯化鋁(AlCl3·6H2O)加入到95kg上述精制鹵水中并加水稀釋配制成混合鹽溶液，溶液中Mg2+的摩爾濃度為1.6M，Mg2+與Al3+的摩爾比為4；再用燒堿溶液和工業(yè)碳酸鈉配制堿混合溶液，碳酸鈉的用量為16.9kg，燒堿的用量為25.5kg，以控制混合鹽溶液與混合堿溶液成核后的pH值為8.5。
C.將上述混合鹽鹽溶液和混合堿溶液迅速加入全返混旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中混合，控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1000rpm，成核后物料在反應(yīng)器內(nèi)再循環(huán)反應(yīng)5min后由出料口排放到晶化釜。
D.控制晶化釜內(nèi)溫度為60℃，攪拌下晶化2hr，然后過濾，充分洗滌至pH＜8，最后在70℃下干燥20hr，得28.5kg鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
分別采用XRD、FT-IR、ICP、TG/DTA、TEM和激光粒度分析儀等手段分析和表征得到的鎂鋁水滑石產(chǎn)品，證明該產(chǎn)品具有較高的結(jié)晶度，粒徑尺寸在20-97nm之間，粒徑分布D90(90％的粒子)小于85nm，水滑石的純度為99.5％。
實(shí)施例2用活性炭裝填吸附床，按實(shí)施例1的方法得到的精制鹵水，其成分與實(shí)施例1基本相同，將硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O加入精制鹵水中配制混合鹽溶液，使溶液中Mg2+的摩爾濃度為1.2，Mg2+與Al3+的摩爾比為3。配制的混合堿溶液中碳酸鈉的用量按照CO32-與Al3+摩爾比為2.5的比例確定。
將上述混合鹽溶液和混合堿溶液迅速加入全返混旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中混合，控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為4000rpm，成核后物料在反應(yīng)器中再循環(huán)反應(yīng)3min由出料口排放到晶化釜。成核后漿液的pH值等于9.0。
控制晶化釜內(nèi)溫度為60℃，攪拌晶化4hr，然后過濾，充分洗滌至pH＜8，最后在70℃下干燥24hr，即得鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
分別采用XRD、FT-IR、ICP、TG/DTA、TEM和激光粒度分析儀等手段分析和表征得到的鎂鋁水滑石產(chǎn)品，證明該產(chǎn)品具有較高的結(jié)晶度，粒徑尺寸在20-83nm之間，粒徑分布D90(90％的粒子)小于71nm，水滑石的純度為99.3％。
實(shí)施例3用實(shí)施例1得到的精制鹵水和硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)配制混合鹽溶液，使溶液中Mg2+的摩爾濃度為1.2M，Mg2+與Al3+的摩爾比為2。配制的混合堿溶液中碳酸鈉的用量按照CO32-與Al3+摩爾比為2.0的比例確定。
將上述混合鹽溶液和混合堿溶液迅速加入全返混旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中混合，控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為8000rpm，成核后物料在反應(yīng)器中再循環(huán)反應(yīng)2min由出料口排放到晶化釜。成核后漿液的pH值等于12.0。
控制晶化釜內(nèi)溫度為100℃，攪拌晶化6hr，然后過濾，充分洗滌至pH＜8，最后在80℃下干燥15hr，即得鎂鋁水滑石產(chǎn)品。
分別采用XRD、FT-IR、ICP、TG/DTA、TEM和激光粒度分析儀等手段分析和表征得到的鎂鋁水滑石產(chǎn)品，證明該產(chǎn)品具有較高的結(jié)晶度，粒徑尺寸在20-98nm之間，粒子分布D90(90％的粒子)小于93nm，水滑石的純度為99.6％。
權(quán)利要求
1.一種以鹵水為原料制備納米鎂鋁水滑石的方法，納米鎂鋁水滑石的制備是先配制鎂、鋁混合鹽溶液，再配制混合堿溶液，將上述兩種混合溶液同時(shí)加入全返混旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中成核，再經(jīng)過晶化反應(yīng)器晶化，得到納米鎂鋁水滑石產(chǎn)品，其主要技術(shù)特征是用精制鹵水與可溶性固體鋁鹽配制鎂、鋁混合鹽溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以鹵水為原料制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是鎂、鋁混合鹽溶液的配制步驟如下A.先將鹵水過濾以分離出其中的砂粒、海藻等機(jī)械雜質(zhì)，再將過濾后的鹵水經(jīng)過吸附床脫除其中的有機(jī)物質(zhì)和有色物質(zhì)得到精制鹵水，然后調(diào)配鹵水濃度使其中的Mg2+離子濃度為0.8-1.6M；B.將固體可溶性鋁鹽加入到上述調(diào)配好濃度的鹵水中，配制Mg2+與Al3+的摩爾比為2-4∶1的混合鹽溶液，溶液中Mg2+的摩爾濃度仍保持在0.8-1.6M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的以鹵水為原料制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是步驟A所述的過濾可采用板框壓濾或離心分離；所述的吸附床內(nèi)是內(nèi)部裝填吸附材料的固定床；步驟B所述的固體可溶性鋁鹽可以是結(jié)晶氯化鋁、硝酸鋁、硫酸鋁中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以鹵水為原料制備納米鎂鋁水滑石的方法，其特征是所述的吸附材料可以是大孔吸附樹脂、活性炭、硅膠、氧化鋁中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以鹵水為原料制備納米級(jí)鎂鋁水滑石的方法，將工業(yè)鹵水進(jìn)行脫除機(jī)械雜質(zhì)和有色物質(zhì)的處理后，用其中所含的鎂鹽代替試劑級(jí)固體鎂鹽制備鎂鋁水滑石。該方法一方面可降低鎂鋁水滑石生產(chǎn)的成本，另一方面為鹵水的綜合利用又開辟了一條新途徑。該方法制備的鎂鋁水滑石的純度、粒度和結(jié)構(gòu)與用試劑級(jí)固體鎂鹽制備的鎂鋁水滑石一致。
文檔編號(hào)C04B35/622GK1579937SQ0315003
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者段雪, 李殿卿, 何俊玲, 張法智 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)