共沉淀法合成水滑石工藝控制研究

馮　凱,吳秀敏（.大化集團大連碳化工有限公司；.大連華信理化檢測中心有限公司,遼寧大連6000）

共沉淀法合成水滑石工藝控制研究

馮凱1,吳秀敏2
（1.大化集團大連碳化工有限公司；2.大連華信理化檢測中心有限公司,遼寧大連116000）

本文對共沉淀法合成鎂鋁水滑石生產(chǎn)要素進行了描述，對水滑石生產(chǎn)工藝質(zhì)量和成本控制的改進進行了敘述，指出了存在問題和開發(fā)動向。

共沉淀法；質(zhì)量；工藝

1　前言

合成水滑石作為高分子材料的熱穩(wěn)定劑，阻燃劑等功能助劑，產(chǎn)品無鹵，不含重金屬，具有納米尺寸。主要用在PVC加工中作熱穩(wěn)定劑，納米水滑石的添加可降低平衡扭矩、提高加工性能、降低成本。在農(nóng)膜中起到增透、緩釋、保溫、與光穩(wěn)定劑有協(xié)同和熱穩(wěn)定作用。

共沉淀法合成水滑石有以下優(yōu)點：（1）可以在常溫常壓下進行;（2）幾乎所有的金屬M2+、M3+都可以用此方法制備相應(yīng)的水滑石，并且產(chǎn)物中的M2+/M3+值和初始加入鹽的比例相同;（3）通過選擇不同種類的鹽可以得到層間不同陰離子的合成水滑石。

2　合成水滑石的質(zhì)量要求

合成水滑石行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布實施，但作為新型阻燃劑，其下游客戶通常有更高的質(zhì)量要求，為能提供更價廉質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品，現(xiàn)通過其生產(chǎn)工序，對其控制指標(biāo)進行詳細說明。

其主要成分和PH值以客戶需要和行業(yè)要求不同，控制范圍較寬，主要通過配液濃度比來調(diào)整。激光粒度、比表面積、堆積密度、團聚指數(shù)等主要通過成核設(shè)備和工藝改性來調(diào)整和控制。下文通過最常見的鎂鋁型水滑石生產(chǎn)工藝來討論雜質(zhì)成分相關(guān)聯(lián)的控制指標(biāo)。

表1　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T3819—2006雜質(zhì)成分指標(biāo)要求

由于其主要用于PVC及農(nóng)膜中，氯含量也是水滑石生產(chǎn)中控制的一項重要指標(biāo)。

3　工藝流程及其影響指標(biāo)

共沉淀法合成水滑石工藝流程包括配液除雜工序、成核晶化工序、壓濾洗滌工序、干燥工序。

配液除雜首先是配制兩種一定比例濃度的混合溶液，一般是用含兩種金屬陽離子M2+或M3+的鹽與水混合形成鹽溶液，用含所需陰離子堿加水成堿溶液。然后通過物理或化學(xué)的方法除去溶液中的不溶物和可參與共沉淀反應(yīng)的離子，如Fe、Ca等。此工序是至關(guān)重要的，它決定產(chǎn)品的主要成分和鐵、重金屬的質(zhì)量分數(shù)，同時對PH值和白度有較大影響。

成核晶化工序通過對反應(yīng)過程和反應(yīng)液的控制，對水滑石的電鏡平均粒徑，對激光粒徑、團聚指數(shù)、比表面積等參數(shù)調(diào)整。

壓濾洗滌工藝是用水將可溶性鹽從水滑石乳液中分離，得到固含量較高的濾餅，影響白度、PH值和可溶性鹽含量。

干燥工序?qū)V餅進行干燥，得到產(chǎn)品。可調(diào)控激光粒徑、干燥減量、團聚指數(shù)、比表面積、堆積密度等指標(biāo)。

4　工藝控制和指標(biāo)要求

4.1原料控制

原料控制和配液除雜工序是相關(guān)聯(lián)的。除雜難以去除的雜質(zhì)在原料的控制上就應(yīng)該考慮到。原料主要有以下5種，自來水、鎂鹽、鋁鹽、純堿、燒堿。

水中鈣鎂離子遇堿產(chǎn)生沉淀，為降低鈣含量，常用方法是用鈉離子交換樹脂交換水中的鈣鎂子，得到含少量氯化鈉的軟水。

4.2鹽溶液

鎂鋁鹽按照一定比例配制成溶液，根據(jù)鎂、鋁鹽原料狀況，鎂鹽一般控制鈣、鐵、重金屬的含量，鋁鹽控制鐵、重金屬含量。在成核晶化工序鎂鋁鹽中鐵和重金屬與堿反應(yīng)生成沉淀，會造成水滑石中雜質(zhì)含量高。原料采購上就應(yīng)對含量作要求。HG/T3819—2006對總鐵含量要求小于0.03%，通常下游使用要求要低于這個標(biāo)準(zhǔn)，一般在0.01%左右。

4.3堿溶液

堿溶液一般使用氫氧化鈉和碳酸鈉配制，具有價格低，原料易得，易溶于水的優(yōu)點。其中鐵含量稍高也可，主要是由于碳酸鐵在溶液中水解成氫氧化鐵，氫氧化鐵在水中的溶解度很小（約為3×10-9），兩種堿在混配攪拌過程中，在溶液上層形成了棕紅色絮狀膠體氫氧化鐵，通過除雜裝置較易除去。

4.4水滑石中鐵含量的過程檢測

在成核晶化工序兩種溶液反應(yīng)生成沉淀，由于整個反應(yīng)在堿性條件下進行和氫氧化鐵溶解度很小，氫氧化鐵和水滑石混合沉淀析出，沉淀的氫氧化鐵量最終決定水滑石中鐵的含量。因此可以在溶液除雜和成核晶化后分別檢測鹽堿溶液中鐵含量，并根據(jù)一定比例換算成產(chǎn)品水滑石中鐵含量，誤差不超過15PPm。如偏差較大，應(yīng)立即查找原因處理。一般控制配液除雜后鐵在鹽堿溶液中含量在4PPm以下。

4.5白度

影響產(chǎn)品白度的因素主要有以下3個方面，原料中水不溶物的帶入、較高的鐵含量、殘余的可溶性鹽。

（1）水不溶物。經(jīng)濟節(jié)約的方法，是采用板框式濾布過濾，定期或根據(jù)過濾效果清理濾布。而且具有處理量大，設(shè)備投資低，能耗低，對鹽堿溶液的損耗低，對鹽堿溶液不溶物含量要求低，可直接觀察過濾效果，過濾系統(tǒng)壓力較低可使用塑料管材、使用周期長過濾物容易處理等優(yōu)點。另采用過一些失敗的方法作簡要說明，離心機分離時鹽溶液對離心機腐蝕嚴重；陶瓷過濾器容易堵塞增大壓差損壞設(shè)備；活性炭纖維過濾時反洗困難，處理效果差。濾布過濾效果可以在產(chǎn)品氯質(zhì)量分數(shù)小于0.2%時產(chǎn)品白度達到96以上。

（2）可溶性鹽的分離。由于采用共沉淀反應(yīng)，反應(yīng)液中存在大量可溶性鹽。壓濾洗滌工序通過加水溶解濾餅中的可溶性鹽，通過壓濾分離可溶性鹽。經(jīng)過多次分離，至可溶性鹽含量達到要求。

根據(jù)原料來源、性價比和可溶性鹽的溶解度，一般以氯含量檢測作為洗滌工序的控制指標(biāo)。由于使用軟水作為生產(chǎn)用水，水中含有很少量氯化鈉。如需達到更高的質(zhì)量要求，可在洗滌工序后期使用除鹽水作為洗滌水。

4.6配液濃度

沉淀反應(yīng)包含鋁鹽和強堿性溶液的反應(yīng)，當(dāng)堿過量時，少量鋁以偏鋁酸根形式溶解在反應(yīng)液中。工藝控制要綜合考慮合適的鎂鋁比和堿的濃度，達到經(jīng)濟環(huán)保的要求。

同時成核晶化工序?qū)ε湟簼舛扔幸欢ㄒ螅瑵舛冗^低時，經(jīng)濟效益差；濃度過高時，對下游設(shè)備要求高，一般常見設(shè)備控制晶化液中固含量在6～7%為宜。

5　結(jié)束語

在我國實施可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的今天，合成水滑石作為綠色環(huán)保的阻燃劑發(fā)展將越來越快，競爭越來越激烈，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，探尋經(jīng)濟環(huán)保的新工藝新方法是企業(yè)發(fā)展之路。