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要素進行了描述，對水滑石生產工藝質量和成本控制的改進進行了敘述，指出了存在問題和開發動向。

共沉淀法；質量；工藝

1　前言

合成水滑石作為高分子材料的熱穩定劑，阻燃劑等功能助劑，產品無鹵，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。在農膜中起到增透、緩釋、保溫、與光穩定劑有協同和熱穩定作用。

共沉淀法合成水滑石有以下優點：（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的水滑石，并且產物中的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　合成水滑石的質量要求

合成水滑石行業標準已發布實施，但作為新型阻燃劑，其下游客戶通常有更高的質量要求，為能提供更價廉質優的產品，現通過其生產工序，對其控制指標進行詳細說明。

其主要成分和PH值以客戶需要和行業要求不同，控制范圍較寬，主要通過配液濃度比來調整。激光粒度、比表面積、堆積密度、團聚指數等主要通過成核設備和工藝改性來調整和控制。下文通過最常見的鎂鋁型水滑石生產工藝來討論雜質成分相關聯的控制指標。

表1　行業標準HG/T3819—2006雜質成分指標要求

由于其主要用于PVC及農膜中，氯含量也是水滑石生產中控制的一項重要指標。

3　工藝流程及其影響指標

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的方法除去溶液中的不溶物和可參與共沉淀反應的離子，如Fe、Ca等。此工序是至關重要的，它決定產品的主要成分和鐵、重金屬的質量分數，同時對PH值和白度有較大影響。

成核晶化工序通過對反應過程和反應液的控制，對水滑石的電鏡平均粒徑，對激光粒徑、團聚指數、比表面積等參數調整。

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。

干燥工序對濾餅進行干燥，得到產品。可調控激光粒徑、干燥減量、團聚指數、比表面積、堆積密度等指標。

4　工藝控制和指標要求

4.1原料控制

原料控制和配液除雜工序是相關聯的。除雜難以去除的雜質在原料的控制上就應該考慮到。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生成沉淀，會造成水滑石中雜質含量高。原料采購上就應對含量作要求。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準，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生成沉淀，由于整個反應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，并根據一定比例換算成產品水滑石中鐵含量，誤差不超過15PPm。如偏差較大，應立即查找原因處理。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。經濟節約的方法，是采用板框式濾布過濾，定期或根據過濾效果清理濾布。而且具有處理量大，設備投資低，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品氯質量分數小于0.2%時產品白度達到96以上。

（2）可溶性鹽的分離。由于采用共沉淀反應，反應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。經過多次分離，至可溶性鹽含量達到要求。

根據原料來源、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。由于使用軟水作為生產用水，水中含有很少量氯化鈉。如需達到更高的質量要求，可在洗滌工序后期使用除鹽水作為洗滌水。

4.6配液濃度

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

同時成核晶化工序對配液濃度有一定要求，濃度過低時，經濟效益差；濃度過高時，對下游設備要求高，一般常見設備控制晶化液中固含量在6～7%為宜。

5　結束語

在我國實施可持續性發展戰略的今天，合成水滑石作為綠色環保的阻燃劑發展將越來越快，競爭越來越激烈，降低生產成本，提高產品質量，探尋經濟環保的新工藝新方法是企業發展之路。