专利名称：制备硫氧镁晶须的新方法
技术领域：
本发明属于无机化学技术领域，具体涉及到含有硫酸镁的金属镁化合物。
硫氧镁晶须的分子式为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O，它具有密度低、强度和弹性模量高等特点，通常用作塑料、橡胶以及陶瓷等复合材料的添加增强剂。
专利号为5283267、发明名称为《聚丙烯树脂组成》的美国专利，公开了硫氧镁晶须作为聚丙烯、树脂等复合材料的配比组分物质，增强了这种复合材料的强度和硬度以及机械性能，而且表面光滑。专利中使用硫氧镁晶须是用Mg(OH)2和MgSO4作为原料，在水热条件下合成，其平均直径为0.3μm，长径比为100。以Mg(OH)2为反应物料，由于它是固体颗粒，难溶于水，在化学反应过程中，反应的转化率和产率较低，产品的纯度不高。另一方面，Mg(OH)2原料成本高，造成硫氧镁晶须生产成本高、销售价格贵，使得该产品不能大规模生产，难以广泛应用。
本发明的目的在于克服上述硫氧镁晶须制备方法的缺点，提供一种制备工艺简单、生产成本低、产率高、无污染物排放、产品纯度高的制备硫氧镁晶须的新方法。为达到上述目的，本发明采用的解决方案包括如下步骤①水热反应将35～45％氢氧化钠水溶液、20～30％硫酸镁水溶液、5～10％硫酸钠水溶液，按35～45％氢氧化钠水溶液20～30％硫酸镁水溶液5～10％硫酸钠水溶液＝1∶5～15∶0.5～5重量比配制成水热反应原料物，加入到水热式高压反应釜中，用搅拌机搅拌，使其均匀混合并反应，加热到130℃～200℃，使压力达到5～20kg/cm2，进行水热反应，水热反应的化学反应方程式为水热反应2～10小时，得到硫氧镁晶须、含硫酸钠和未反应硫酸镁的母液。在水热反应中，由于是液—液作用，中间物的活性与转化率高，在水热条件下再与MgSO4反应生成5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O晶体并在水热温度条件下生长形成晶须，产物的转化率和纯度较高，在水热反应原料物中加入5～10％的Na2SO4水溶液，用于将水热反应生成溶于水的Na2SO4从水热反应后的母液中冷冻析出芒硝，分离后的母液可用于配料。
②固液分离将水热反应所得到的硫氧镁晶须与母液用离心机分离，取出硫氧镁晶须。
③洗涤提纯将经过固液分离后所得到的硫氧镁晶须按以下三步进行洗涤第一步洗涤将已分离的硫氧镁晶须放入第一步三级旋流重力分离器内，加入固液重量比为1∶2～3的70℃～100℃的热水，洗涤20～40分钟，进行固液分离，固相为硫氧镁晶须，分离后的洗涤液用泵送入水热式高压反应釜中，继续作为水热反应的配料。
第二步洗涤将经过第一步洗涤后的硫氧镁晶须放入第二步三级旋流重力分离器内，在室温下加入固液比为1∶2～4的水洗涤，洗涤时间为20～40分钟，然后进行固液分离，分离后的洗涤液用泵送入第一步三级旋流重力分离器内，用于第一步洗涤，固相为硫氧镁晶须。
第三步洗涤将经过第二步洗涤后的硫氧镁晶须放入第三步旋流重力分离器内，使用蒸馏水或去离子水洗涤，洗涤方法与第二步洗涤方法完全相同，洗至洗涤液中无SO4-2离子，固液分离后的洗涤液用泵送入第二步旋流重力分离器内用于第二步洗涤，固液分离后得硫氧镁晶须纯品。
④检验包装按采用本发明生产的产品质量检验标准进行检验，包装，入库。
⑤副产物Na2SO4回收将固液分离后的反应液用泵送入冰柜内，采用冷冻法，结晶析出Na2SO4·10H2O，分离出Na2SO4·10H2O，分离后的母液用泵送入高压反应釜中作为继续进行水热反应的配料。
在本发明水热反应原料物的配比中，35～45％的氢氧化钠水溶液与20～30％的硫酸镁水溶液与5～10％的硫酸钠水溶液的优选重量比为1∶8～12∶1～4，本发明水热反应的加热优选温度为140℃～180℃，优选压力达到8～15kg/cm2，水热反应的优选时间为4～8小时。
在本发明水热反应原料物的配比中，35～45％的氢氧化钠水溶液与20～30％的硫酸镁水溶液与5～10％的硫酸钠水溶液的最佳重量比为1∶10∶3，本发明水热反应的最佳加热温度为160℃，最佳压力达到12kg/cm2，水热反应的最佳时间为6小时。
本发明与制备硫氧镁晶须的原方法相比，化学反应原料中用NaOH替代原制备方法中的Mg(OH)2，使得硫氧镁晶须的产率高、产品的纯度高。在化学反应的原料中加入Na2SO4，调整了母液中反应后总的Na2SO4量与反应剩余MgSO4量的比值，用冷冻法分离出Na2SO4·10H2O后，使硫酸盐母液能够循环使用。它具有制备工艺简单、生产成本低、产率高、无污染物排放、产品纯度高等优点。
图1是采用本发明制备的硫氧镁晶须的X射线粉末衍射图谱。
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为①水热反应将氢氧化钠配制成40％氢氧化钠水溶液100kg，硫酸镁配制成25％硫酸镁水溶液1000kg，硫酸钠配制成8％硫酸钠水溶液300kg，按40％氢氧化钠水溶液∶25％硫酸镁水溶液∶8％硫酸钠水溶液＝1∶10∶3重量比配制成水热反应的原料物，加入到水热式高压反应釜中，用搅拌机搅拌，使其均匀混合并反应，加热到150℃，使加压力到12kg/cm2，进行水热反应，水热反应6小时，得到硫氧镁晶须、硫酸钠和未反应的母液。在水热反应中，NaOH作为反应的原料物之一，价格远低于Mg(OH)2的价格，使得产品的成本大大降低。
②固液分离水热反应得到的硫氧镁晶须固相与母液用离心机分离，取出硫氧镁晶须。
③洗涤提纯将经固液分离后所得到的硫氧镁晶须按以下三步进行洗涤第一步洗涤将已分离的硫氧镁晶须放入第一步三级旋流重力分离器内，加入固液重量比为1∶2.5的85℃的热水，洗涤30分钟，进行固液分离，固相为硫氧镁晶须，分离后的洗涤液用泵送入水热式高压反应釜中，继续作为水热反应的配料。
第二步洗涤将经过第一步洗涤后的硫氧镁晶须放入第二步三级旋流重力分离器内，在室温下加入固液比为1∶3的水洗涤，洗涤时间为30分钟，然后进行固液分离，分离后的水溶液用泵送入第一步三级旋流重力分离器内，用于第一步洗涤，固相为硫氧镁晶须。
第三步洗涤将经过第二步洗涤后的硫氧镁晶须放入第三步旋流重力分离器内，使用蒸馏水或去离子水洗涤，方法与第二步洗涤方法完全相同，洗至洗涤液中无SO4-2离子，固液分离后的洗涤液用泵送入第二步旋流重力分离器内用于第二步洗涤，固液分离后得硫氧镁晶须纯品。
④检验包装按本发明的质量检验标准进行检验，包装，入库。
⑤副产物Na2SO4回收将固液分离后的反应液用泵送入冰柜内，采用冷冻法，结晶析出Na2SO4·10H2O，分离出Na2SO4·10H2O，分离后的母液用泵送入高压反应釜中作为继续用于水热反应的配料。
实施例2
以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为35％氢氧化钠水溶液134kg、20％硫酸镁水溶液670kg、5％硫酸钠水溶液67kg，按35％氢氧化钠水溶液∶20％硫酸镁水溶液∶5％硫酸钠水溶液＝1∶5∶0.5重量比配制成水热反应的原料物，加热至130℃，使压力达到5kg/cm2，水热反应的时间为10小时。水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶2的70℃的热水洗涤20分钟。第二步洗涤加入固液重量比1∶2的水洗涤20分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例3以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为45％氢氧化钠水溶液90kg、30％硫酸镁水溶液1350kg、10％硫酸钠水溶液450kg，按45％氢氧化钠水溶液∶30％硫酸镁水溶液∶10％硫酸钠水溶液＝1∶15∶5重量比配制成水热反应的原料物，加热到200℃，使压力达到20kg/cm2，水热反应的时间为2小时。水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶3，100℃的热水洗涤40分钟。第二步洗涤加入固液重量比1∶4的水洗涤40分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例4以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为45％氢氧化钠水溶液90kg、30％硫酸镁水溶液1350kg、5％硫酸钠水溶液180kg，按45％氢氧化钠水溶液∶30％硫酸镁水溶液∶5％硫酸钠水溶液＝1∶15∶2重量比配制成水热反应的原料物，加热到200℃，使压力达到20kg/cm2，水热反应的时间为2小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶3的70℃的热水洗涤20分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶4的水洗涤20分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例5以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为35％氢氧化钠水溶液134kg、30％硫酸镁水溶液670kg、10％硫酸钠水溶液67kg，按35％氢氧化钠水溶液∶30％硫酸镁水溶液∶10％硫酸钠水溶液＝1∶5∶0.5重量比配制成水热反应的原料物，加热到140℃，使压力达到10kg/cm2，水热反应的时间为2小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶2.5的80℃的热水洗涤40分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶4的水洗涤30分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例6以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为45％氢氧化钠水溶液90kg、20％硫酸镁水溶液1350kg、10％硫酸钠水溶液45kg，按45％氢氧化钠水溶液∶20％硫酸镁水溶液∶10％硫酸钠水溶液＝1∶15∶0.5重量比配制成水热反应的原料物，加热到200℃，使压力达到20kg/cm2，水热反应的时间为4小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶3的70℃的热水洗涤30分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶4的水洗涤30分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例7以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为35％氢氧化钠水溶液134kg、30％硫酸镁水溶液1340kg、5％硫酸钠水溶液134kg，按35％氢氧化钠水溶液∶30％硫酸镁水溶液∶5％硫酸钠水溶液＝1∶10∶1重量比配制成水热反应的原料物，加热到160℃，使压力达到14kg/cm2，水热反应的时间为2小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶3的80℃的热水洗涤30分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶3的水洗涤30分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例8以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为45％氢氧化钠水溶液90kg、20％硫酸镁水溶液1340kg、5％硫酸钠水溶液90kg，按45％氢氧化钠水溶液∶20％硫酸镁水溶液∶5％硫酸钠水溶液＝1∶15∶1重量比配制成水热反应的原料物，加热到200℃，使压力达到20kg/cm2，水热反应的时间为2小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶2的90℃的热水洗涤40分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶4的水洗涤20分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
实施例9以生产本发明产品100kg为例所用的原料配比以及制备方法为水热反应的原料为35％氢氧化钠水溶液134kg、20％硫酸镁水溶液2010kg、10％硫酸钠水溶液67kg、按35％氢氧化钠水溶液∶20％硫酸镁水溶液∶10％硫酸钠水溶液＝1∶15∶0.5重量比配制成水热反应的原料物，加热到200℃，使压力达到20kg/cm2，水热反应的时间为2小时，水热反应生成的硫氧镁晶须第一步洗涤加入固液重量比为1∶3的70℃的热水洗涤40分钟，第二步洗涤加入固液重量比1∶2的水洗涤40分钟。所用设备以及其它工艺过程与第一个实施例相同。
参见图1，发明人采用本发明第一个实施例制备的硫氧镁晶须进行了X射线粉末衍射图谱分析，采用日本理学D/MAX-3C型X射线衍射仪，铜靶，石墨单色器，工作电压40kv。由X射线粉末衍射图谱分析结果证明，该产品为5Mg(OH)2·MgSO4·3H2O。
权利要求
1.一种制备硫氧镁晶须的新方法，其特征在于它包括如下步骤①水热反应将35～45％氢氧化钠水溶液、20～30％硫酸镁水溶液、5～10％硫酸钠水溶液，按35～45％氢氧化钠水溶液20～30％硫酸镁水溶液5～10％硫酸钠水溶液＝1∶5～15∶0.5～5重量比配制成水热反应原料物，加入到水热式高压反应釜中，用搅拌机搅拌，使其均匀混合并反应，加热到130℃～200℃，使压力达到5～20kg/cm2，进行水热反应，水热反应2～10小时，得到硫氧镁晶须、含硫酸钠和未反应硫酸镁的母液；②固液分离将水热反应所得到的硫氧镁晶须与母液用离心机分离，取出硫氧镁晶须；③洗涤提纯将经过固液分离后所得到的硫氧镁晶须按以下三步进行洗涤第一步洗涤将已分离的硫氧镁晶须放入第一步三级旋流重力分离器内，加入固液重量比为1∶2～3的70℃～100℃的热水，洗涤20～40分钟，进行固液分离，固相为硫氧镁晶须，分离后的洗涤液用泵送入水热式高压反应釜中；第二步洗涤将经过第一步洗涤后的硫氧镁晶须放入第二步三级旋流重力分离器内，在室温下加入固液比为1∶2～4的水洗涤，洗涤时间为20～40分钟，然后进行固液分离，分离后的洗涤液用泵送入第一步三级旋流重力分离器内，固相为硫氧镁晶须；第三步洗涤将经过第二步洗涤后的硫氧镁晶须放入第三步旋流重力分离器内，使用蒸馏水或去离子水洗涤，洗涤方法与第二步洗涤方法完全相同，洗至洗涤液中无SO4-2离子，固液分离后的洗涤液用泵送入第二步旋流重力分离器内，固液分离后得硫氧镁晶须纯品；④检验包装按采用本发明生产的产品质量检验标准进行检验，包装，入库；⑤副产物Na2SO4回收将固液分离后的反应液用泵送入冰柜内，采用冷冻法，结晶析出Na2SO4·10H2O，分离出Na2SO4·10H2O，分离后的母液用泵送入高压反应釜中。
2.按照权利要求1所述的制备硫氧镁晶须的新方法，其中35～45％的氢氧化钠水溶液与20～30％的硫酸镁水溶液与5～10％的硫酸钠水溶液的重量比为1∶8～12∶1～4，水热反应的加热温度为140℃～180℃，使压力达到8～15kg/cm2，水热反应时间为4～8小时。
3.按照权利要求1所述的制备硫氧镁晶须的新方法，其中35～45％的氢氧化钠水溶液与20～30％的硫酸镁水溶液与5～10％的硫酸钠水溶液的重量比为1∶10∶3，水热反应的加热温度为160℃，使压力达到12kg/cm2，水热反应时间为6小时。
全文摘要
一种制备硫氧镁晶须的新方法,包括水热反应,原料物为35～45%氢氧化钠、20～30%硫酸镁、5～10%硫酸钠水溶液,其重量比为1∶5～15∶0.5～5,加入到高压反应釜中,加热130℃～200℃,使压力达到5～20kg/cm
文档编号C01F5/00GK1346800SQ0113175
公开日2002年5月1日 申请日期2001年10月22日 优先权日2001年10月22日
发明者高世扬, 岳涛, 朱黎霞, 夏树屏 申请人:陕西师范大学