專利名稱：鎂鹽晶須的制備方法
技術領域：
本發明涉及晶須的制備技術，特別是堿式硫酸鎂晶須的制備方法。
用無機纖維材料增強各種樹脂，制作高性能樹脂基復合材料，其應用越來越廣泛。特別是用無機纖維材料作功能材料，更是倍受重視。首先由日本宇部興產株式會社開發的纖維狀堿式硫酸鎂(JP昭56-149318，JP昭61-256920，JP平4-36092)已經用作樹脂的增強劑、阻燃劑、紙漿用添加劑，作過濾用材料等。
以往制備針狀或纖維狀堿式硫酸鎂的方法是將硫酸鎂與氫氧化鎂或氧化鎂混合進行水熱反應生成(JP昭56-149318)，或者用在硫酸鎂水溶液中加進堿金屬的氫氧化物或其水溶液(JP昭61-256920，JP平4-36092)，然后進行水熱反應生成。但上述這些制備方法各有不足前法得到的纖維狀鎂鹽質量不穩定，是纖維狀和扇狀混合物，且長徑比較小；后法得到的基本上是扇狀堿式硫酸鎂。而且兩者的制作原料成本比較高，不能利用我國的富產資源，因而大規模工業生產和推廣應用受到影響。
本發明的目的在于提供一種鎂鹽晶須制備方法，其生產成本低廉，晶須品質好，收率高。
本發明提供了一種鎂鹽晶須制備方法，其特征在于具體制備工藝過程如下-將晶質菱鎂礦經750～1000℃鍛燒1～10h、粉碎，其產物MgO含量在90％以上，加水磨成的漿液，去除沉淀物和雜質，以其作原料；-按前述漿液中氧化鎂含量與硫酸鎂水溶液(或硫酸水溶液)中溶質含量，以適當摩爾比配量加入到反應釜中，攪拌混合均勻；-在反應釜中加入0.1～4wt.％的堿式硫酸鎂作晶核促進劑；-在100～250℃溫度和靜水壓下，合成30分鐘～10小時，壓力0.2～1MPa；-水洗，過濾，干燥。
在其制備堿式硫酸鎂晶須過程中，特別要指出的是①原料采用晶質菱鎂礦(比重在2.9～3.1)，煅燒在750～1000℃，粉碎。如高于1200℃煅燒，不宜作為漿液原料；②原料漿液在硫酸鎂水溶液或硫酸水溶液中分散的MgO濃度不能大于30wt.％，不然，因混合液在合成中會變得粘稠影響晶須生長；③要控制好原料的配比，對加入硫酸鎂水溶液中的原料漿液，其摩爾比在1～5較好，2～4為佳；對加入硫酸水溶液的漿液，摩爾比在2～6較好，3～5為佳。摩爾比大于指定的上限，由于合成反應后，有殘余的氫氧化鎂顆粒，難以去除，影響晶須品質；而摩爾比小于指定的下限，有過多的硫酸鎂不能參加反應而造成原料浪費，使收率降低；④最好要在混合液中加入適量的晶核促進劑(0.1～4wt.％)，以促進晶須生長，降低合成溫度，提高晶須品質和收率；⑤合成反應溫度在100～250℃為宜。低于100℃，不利于晶須生長，反應時間過長，效果不好，高于250℃，反應釜內壓力大，對設備裝置要求高，能耗大，不利于生產。
為了降低制造鎂鹽晶須的生產成本，充分利用我國的富產資源，發明人對制造鎂鹽晶須的原料和工藝進行了反復研究，最后終于發現用我國的富礦資源菱鎂礦經750～1000℃鍛燒、粉碎，其產物(MgO含量在90％以上)加水磨成的漿液作原料，再以適當的摩爾比加入硫酸鎂水溶液或硫酸水溶液，混合后放入反應釜中，并加入少量的堿式硫酸鎂作晶核促進劑，攪拌使其均勻分散，于100～250℃時的靜水壓力下加熱反應0.5～10小時，生成直徑為0.2～2μm，長為20～200μm的纖維狀鎂鹽單晶體，經X-光結構分析檢測，為堿式硫酸鎂，其化學式為MgSO4.5MgO.8H2O或MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O。用此法制成的鎂鹽晶須比以往方法制成的纖維狀堿式硫酸鎂直徑細了1/2～1/4，長度提高了2～4倍，晶須品質和收率都提高了許多。從而完成了本發明。
總之，本發明中合成原料使用了我國的富礦資源晶質菱鎂礦，大大降低了原料的成本；同時在合成過程中還加入了晶核促進劑，這不僅大大縮短了合成時間，降低了合成溫度，還有助于增大晶須的長徑比，提高晶須的品質和收率。
下面通過實施例詳述本發明。
在以下實施例中所用的煅燒菱鎂礦粉的制備工藝為①選用我國東北地區特產晶質菱鎂礦；②經750～1000℃煅燒1～10小時；③粉碎。粉碎物經分析，含氧化鎂量約95％。
實施例1取煅燒菱鎂礦粉848克，加水8升，磨制成漿液(去除沉淀物和雜質)，放入反應釜中，邊攪拌邊加入1N濃度的硫酸水溶液10升，再加堿式硫酸鎂晶核促進劑20克，使其充分混合均勻。然后，在150℃加熱，壓力0.45Mpa下反應2小時。冷卻后，將反應生成物取出放于水中浸泡攪碎；經過濾甩干去除水分，放入電烘箱中干燥；收得白色針狀物1328克，收率95％。反應產物經掃描電鏡觀察，為纖維狀結晶。直徑為0.2～1μm，長度在20～100μm，品質均勻，其電子顯微鏡照片如
圖1。X-射線衍射分析，為堿式硫酸鎂，其化學式為MgSO4.5MgO.8H2O或MgSO4.5Mg(OH)2.3H2O(見圖2)。
實施例2方法基本同實施例1，用煅燒菱鎂礦粉1273克，加水10.5升，磨制成漿液(去除沉淀物和雜質)，放入反應釜中，邊攪拌邊加入2N濃度的硫酸水溶液7.5升，再加堿式硫酸鎂晶核促進劑30克，使其充分混合均勻。然后，在150℃加熱，壓力0.45Mpa下反應2小時。反應釜冷卻后，將其取出放于水中浸泡攪碎；再過濾去除水分，在電烘箱中干燥；收得鎂鹽晶須1929克，收率92％。反應物經X-射線衍射分析和掃描電鏡觀察，為堿式硫酸鎂針狀晶。直徑為0.5～2μm，長度在20～120μm。
實施例3配制硫酸鎂水溶液用1232克七水硫酸鎂，加水10升溶解。將煅燒菱鎂礦粉636克，加水8升，磨制成漿液(去除沉淀物和雜質)。將以上法配制的兩種液料放入反應釜中，再加堿式硫酸鎂晶核促進劑20克，攪拌混合。然后，在150℃加熱，壓力0.45MPa下反應2小時。冷卻后，將反應產物取出放于水中浸泡攪碎；再過濾去除水分，在電烘箱中干燥；和實施例1相同，得到白色針狀堿式硫酸鎂晶須1286克。直徑為0.2～1μm，長度在20～80μm。品質均勻，結構完整。收率92％。
實施例4方法同實施例3。配制硫酸鎂水溶液用1848克七水硫酸鎂，加水10升溶解。將煅燒菱鎂礦粉954克，加水8升，磨制成漿液(去除沉淀物和雜質)。將上述兩種液料放入反應釜中，再加堿式硫酸鎂晶核促進劑20克，攪拌混合。然后，在150℃加熱，壓力0.45MPa下反應2小時。反應物隨釜冷卻后，將其取出放于水中浸泡攪碎；再過濾去除水分，在電烘箱中干燥；和實施例1相同，得到白色針狀堿式硫酸鎂晶須1887克。直徑為0.5～2μm，長度在20～100μm。品質均勻，結構完整。收率90％。
實施例5(比較例1)不用煅燒菱鎂礦粉。在1升水中，加246克七水硫酸鎂(1Mol)，放入反應釜中，邊攪拌邊加入40克氧化鎂(1Mol)，使其充分混合均勻。然后，在170℃加熱，壓力0.8Mpa下反應7小時。反應物隨釜冷卻后，將其取出放于水中浸泡攪碎；再過濾去除水分，在電烘箱中干燥。反應物經電鏡觀察，纖維狀堿式硫酸鎂品質不均勻，有纖維狀須，也有扇狀須。尺寸分散大，直徑為0.1～10μm，長度在5～250μm。
實施例6(比較例2)不用煅燒菱鎂礦粉。配制1.2Mol/升的硫酸鎂水溶液1升，加2N-氫氧化鈉水溶液600毫升，在容量為2升的反應釜中180℃(壓力0.98MPa)下，加熱混合5小時，反應后，將生成的固形物從母液中分離出，水洗、過濾、干燥。得到由白色針狀結晶束組成的扇狀堿式硫酸鎂晶須。尺寸分散，直徑為0.5～10μm，長度在20～250μm，但品質均勻，無顆粒。
實施例7(比較例3)方法同實施例1，但不加堿式硫酸鎂晶核促進劑。在150℃加熱，壓力0.45MPa下反應2小時。所得到白色針狀物很少，電鏡觀察，晶須直徑為1～10μm，長度在5～100μm，品質不均勻，長徑比較小。收率68％。
實施例8(比較例4)方法同實施例1，但不加堿式硫酸鎂晶核促進劑。在160℃加熱，壓力0.6MPa下反應6小時。所得到白色針狀物較少，電鏡觀察，晶須直徑為1～10μm，長度在5～60μm，收率80％。
實施例9(比較例5)方法同實施例3，但不加堿式硫酸鎂晶核促進劑。在160℃加熱，壓力0.6MPa下反應6小時。所得到白色針狀物很少，電鏡觀察，晶須直徑為1～10μm，長度在5～80μm，收率80％。
由實施例和比較例相比較可明顯看出本發明的方法采用了我國的富礦資源晶質菱鎂礦，經煅燒、粉碎，成品(含MgO量約95％)加水后磨制成的漿液為原料，大大降低了原料成本；同時，在合成反應中，采用了加入堿式硫酸鎂作晶核促進劑，促進了晶須的生長，增加了晶須的長徑比，降低了合成溫度，得到了品質良好的鎂鹽晶須，收率也有提高。
應用結果表明本發明方法所制備的晶須具有較高的物理性能和機械性能，可用作塑料的增強劑、阻燃劑，涂料的增粘劑，優良的過濾材料和助劑等。可廣泛應用于汽車、電子電氣、機械、化工和建筑等領域。
按本發明提供的制備工藝，方法簡便、成本低廉，無環境污染，適用于工業批量生產。
權利要求
1.一種鎂鹽晶須制備方法，其特征在于具體制備工藝過程如下-將晶質菱鎂礦經750～1000℃鍛燒1～10h、粉碎，其產物MgO含量在90％以上，加水磨成的漿液，去除沉淀物和雜質，以其作原料；-按前述漿液中氧化鎂含量與硫酸鎂水溶液或硫酸水溶液中溶質含量，以適當摩爾比配量加入到反應釜中，當加入硫酸鎂水溶液時，其摩爾比在1～5，當加入硫酸水溶液時，摩爾比在2～6，攪拌混合均勻；-在反應釜中加入0.1～4wt.％的堿式硫酸鎂作晶核促進劑；-在100～250℃溫度和靜水壓下，合成30分鐘～10小時，壓力0.2～1MPa；-水洗，過濾，干燥。
2.按權利要求1所述鎂鹽晶須制備方法，其特征在于當加入硫酸鎂水溶液時，摩爾比在2～4；當加入硫酸水溶液時，摩爾比在3～5。
全文摘要
一種鎂鹽晶須制備方法,其特征在于將晶質菱鎂礦經750～1000℃煅燒1～10h、粉碎,加水磨成的漿液;按前述漿液中氧化鎂含量與硫酸鎂水溶液或硫酸水溶液中溶質含量,以適當摩爾比配量加入到反應釜中,攪拌混合均勻:在反應釜中加入0.1～4wt.%的堿式硫酸鎂作晶核促進劑;在100～250℃溫度和靜水壓下,合成30分鐘～10小時,壓力0.2～1MPa;水洗,過濾,干燥。
文檔編號C01F5/40GK1288860SQ9911325
公開日2001年3月28日 申請日期1999年9月22日 優先權日1999年9月22日
發明者隗學禮, 趙寬放 申請人:中國科學院金屬研究所