粉體合成
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                                            高檔氫氧化鎂阻燃劑
                                            來源:中國粉體技術網    更新時間:2014-01-06 10:14:00    瀏覽次數:
                                            技術名稱:高檔氫氧化鎂阻燃劑
                                            技術持有者:杜高翔
                                            所屬行業:建筑材料
                                            內容摘要: 本項目經過多年對使用水鎂石礦通過超細粉碎和表面改性制備高檔氫氧化鎂阻燃劑進行了一系列的研究,成功的制備出可以滿足PVC阻燃用的超細活性氫氧化鎂阻燃劑。該產品可以單獨用于阻燃PVC塑料,具有抑煙、抑制熔滴、環保等一系列優點。同時,該技術具有生...
                                            信息描述
                                            一、  項目背景
                                                    阻燃劑是能使聚合物不容易著火和著火后使其燃燒變慢的一種工業助劑。在眾多的阻燃劑品種中,鹵素阻燃劑以其阻燃效果好、不影響材料物化性能而得到廣泛的應用。但是,加入鹵素阻燃劑的聚合物在燃燒時發煙量大、易放出腐蝕性氣體(如HCl、HBr等)和有害性氣體,容易造成二次危害。因此,當今世界的阻燃劑研究朝著無鹵化的方向發展。氫氧化鋁、氫氧化鎂阻燃劑在應用時是依靠化學分解吸熱以及釋放出水而起到阻燃作用的,具有無毒性、不腐蝕加工機械、分解后生成的氧化鋁、氧化鎂化學性質穩定,因此不產生二次危害。隨著火災事故的頻繁發生以及由此帶來的重大的人員和財產的損失,我國已經規定在修建地鐵等重要的建筑時使用的電線電纜必須是無鹵阻燃電線電纜,而隨著人們環境保護和自身安全意識的不斷提高,聚合物材料的無鹵阻燃必然稱為今后的發展方向。近年來,氫氧化鋁(ATH)阻燃劑是無機阻燃劑中應用最廣泛、用量最大的一種,而氫氧化鎂阻燃劑則是發展最快的一種。與氫氧化鋁相比,氫氧化鎂的分解溫度更高一些(氫氧化鋁為220℃左右,氫氧化鎂則在350~400℃),更適合某些聚合物的加工要求,并且還有促進聚合物碳化的作用。因此近年來對氫氧化鎂阻燃劑的研究較多,應用領域也不斷擴大。
                                                    氫氧化鎂阻燃劑有兩種生產方式,一是利用化學合成的方法,即通過利用含有氯化鎂的鹵水、鹵礦等原料與苛性堿類在水介質中反應,生成的氫氧化鎂經過過濾、洗滌干燥就可得到;另一種方式是通過天然礦物水鎂石經過磨細到所需粒度制得。近年來世界氫氧化鎂等無機阻燃劑的用量在80萬噸/年,而且預計每年以10%左右的需求增長。
                                            使用氫氧化鎂做阻燃劑又存在以下缺點:一是阻燃效率比較低,從而要求較高的添加量才能達到阻燃要求;二是其表面天然呈現“親水疏油”的性質,在有機高聚物中難以均勻地分散。因此,用水鎂石粉體填充聚合物材料時,聚合物材料的其它性能(如力學性能和加工性能等)嚴重惡化。解決這一問題的方法是對氫氧化鎂粉體在使用前進行超細粉碎、表面改性以及與其它阻燃劑進行協同阻燃。這一問題是制約我國氫氧化鎂阻燃劑發展的關鍵因素。
                                                    目前我國的化學法氫氧化鎂產量約為3萬噸/年,在國際上排不上名次(2010年我國生產各種氫氧化鎂的能力為3.0~4.5萬噸,日本為46萬噸,美國40萬噸,荷蘭20萬噸,意大利15萬噸),可以用做阻燃劑的就更少,僅幾千噸,而且大部分不能對聚合物進行單獨阻燃;另一方面,目前我國使用的全部無毒、低煙無鹵阻燃劑仍依賴進口,雖然近年阻燃劑的價格有所下降,然而進價仍然達到1.1~1.5萬元/噸,僅電纜業年需求量就達1萬噸,。
                                                    水鎂石的主要成分為氫氧化鎂,是一種層狀結構的氫氧化物,屬三方晶系,解理(0001)極完全。常見的構造有塊狀、球狀及纖維狀,是迄今為止自然界發現的含鎂量最高的一種礦物。我國的水鎂石礦主要出產于遼寧省、陜西省和河南省,總儲量約2400萬噸。用水鎂石生產阻燃劑與化學法生產的氫氧化鎂相比較,具有成本低廉的優點。
                                                    本項目經過多年對使用水鎂石礦通過超細粉碎和表面改性制備高檔氫氧化鎂阻燃劑進行了一系列的研究,成功的制備出可以滿足PVC阻燃用的超細活性氫氧化鎂阻燃劑。該產品可以單獨用于阻燃PVC塑料,具有抑煙、抑制熔滴、環保等一系列優點。同時,該技術具有生產工藝先進、生產成本較國內同類成本低、質量高、生產過程中沒有廢水廢渣產生和排放等優點。因此,該產品具有廣闊的市場前景。
                                                    需要指出的是,塑料的品種眾多,對于不同的塑料品種在不同應用領域的不同要求,需要采取不同的改性措施(即不同的改性劑種類和用量)。這一方面需要根據用戶的要求不斷進行技術試驗和調整。但是該調整不需要進行設備和工藝流程的變化,只需要改性工藝的研發。
                                                    同時,根據用戶的要求,可以制備出部分經過簡單的表面改性處理的超細氫氧化鎂粉,與其他種類的阻燃劑(如有機阻燃劑)復合阻燃。
                                                    該項目于2006年在遼寧省葫蘆島市建設生產線1條,產能為3000噸/年,并于2007年5月投產。相關成果通過了葫蘆島市科委組織的科技成果鑒定,鑒定結果為技術水平達到國內領先水平。但是因為該廠經營不善,經濟效益不佳。
                                             
                                              生產工藝流程簡介
                                                    本項目擬利用遼寧省營口、大石橋、丹東等地產的水鎂石為原料,購買其已經研磨粉碎至200目的粉體進行加工。利用200目左右的水鎂石粉制備高檔超細活性氫氧化鎂阻燃劑的生產工藝流程示意圖如下:
                                            \
                                            圖1  高檔氫氧化鎂阻燃劑生產工藝流程圖
                                             
                                            三、產品指標
                                                    本項目同時制備兩個產品,一個是直接研磨至1250目~2500目的普通粉,沒有改性(下稱產品1);另一個是研磨至2500目~6000目并經過復合表面改性處理的(下稱產品2)。根據國內主要市場的要求,產品指標見表1。
                                            軟質PVC填充阻燃劑的應用配方和軟質PVC的主要性能指標見表2、表3。

                                            表1  氫氧化鎂阻燃劑物化性能指標
                                            物化性能 控制范圍
                                              產品1 產品2



                                            MgO >63% >63%
                                            Fe2O3 <0.5% <0.5%
                                            CaO <2.0% <2.0%
                                            K2O+Na2O <1.0% <1.0%
                                            重金屬總含量 70ppm 70ppm
                                            燒失量/% >28 >28
                                            白度 >93 改性前>93,改性后>88
                                            粒度分布 1250目至2500目 1250目至5000目
                                            含水率/% <0.5% <0.5%
                                            鹽酸不溶物/% <1.0% <1.0%
                                            表面改性 不改性 根據用戶要求
                                            包裝 內襯高壓膜外加編織袋 內襯高壓膜外加編織袋
                                            凈重 25~30kg/袋 25~30kg/袋
                                             
                                            表2 氫氧化鎂阻燃劑阻燃填充軟質PVC的應用試驗配方
                                            原料名稱 添加量(份)
                                            PVC(SG-2) 100
                                            DOP(絕緣級) 48
                                            EVA 4.0
                                            二鹽 2
                                            三鹽 2
                                            氫氧化鎂阻燃劑 82
                                            硬脂酸 1
                                             

                                            表3 表2中所用配方制備的軟質PVC的性能指標
                                            樣品編號 1# 2# 3#
                                            氫氧化鎂改性情況 未改性 改性產品1 改性產品2
                                            EVA添加量(%) 1.5 3.5 5.0
                                            拉伸強度(MPa) 14.6 16.5 18.7
                                            斷裂伸長率(%) 70 95 124
                                            簡支梁缺口沖擊強度(J/m) 79.5 83.2 106.4
                                            氧指數(%O2 31.5 29.2 28
                                            發煙情況
                                            UL-94阻燃等級 V-0 V-0 V-0
                                             
                                            三、  項目投資與收益初步分析
                                                以年產5000噸高檔氫氧化鎂阻燃劑為例:
                                            3.1 項目投資
                                               1) 項目生產需要廠房1000m2,層高局部需要達到8米,按照1000元/m2估算,需要100.00萬元;本項目計劃租賃土地和廠房,預計20萬元/年;
                                               2) 設備與安裝投資情況
                                            介質攪拌磨 2臺,                               30萬元
                                            調漿罐  2臺,                                      4萬元
                                            粉體表面改性機 1臺,                        20萬元
                                            板筐壓濾機,1臺                                 6萬元
                                            閃蒸干燥機 1臺,                               25萬元
                                            輔助設備                                              10萬元
                                            合計                                                      95萬元
                                            3 項目流動資金                             200萬元
                                            4 其他費用                                      50萬元
                                            按照租賃廠房的方式估算,需要投資375萬元。企業建設期為半年。
                                            3.2 經濟效益初步分析
                                                按照年產2500噸產品1和2500噸產品2估算。
                                            3.2.1 1噸阻燃劑生產成本
                                                生產1噸高檔氫氧化鎂阻燃劑所需原料等項目的成本:
                                            水鎂石原料(1.0噸)                              600元
                                            超細粉碎成本                                            300元
                                            干燥成本                                                    300元
                                            改性劑成本(隨改性工藝而有所變動)1500元
                                            包裝成本                                                    120元
                                             
                                            合計:  產品1的車間成本為1320元/噸;
                                            產品2的車間成本為2820元/噸。
                                               每噸產品的運費按照150元估算。
                                            3.2.2 產品市場價格
                                                    市場售價根據改性情況和應用性能,未改性超細氫氧化鎂的售價為1800元左右,改性后的氫氧化鎂售價根據改性的效果和應用性能,在0.45萬元。
                                            3.2.3 經濟效益估算
                                                產品年總成本為1470元/噸×2500噸+2970元/噸×2500噸=1110萬元;
                                                年總銷售額為1800元/噸×2500噸+4500元/噸×2500噸=1575萬元;
                                                年稅前利潤為565萬元??鄢鲋刀悾ㄔ鲋挡糠值?7%)96.05萬元、城市建設費和教育附加費(城市建設費為增值稅的10%,教育附加費為城市建設費的6%)10.184萬元,企業所得稅前利潤為458.766萬元??鄢髽I所得稅(稅前利潤的25%)114.70萬元,年企業實際獲利為344.066萬元。
                                            按照租賃廠房估算,企業建設期為半年,資金回收期為2年(含建設期和試生產期)。

                                            項目負責人:杜高翔  副教授、博士后、碩士生導師?,F任中國非金屬礦工業協會加工利用技術專委會副秘書長。
                                            聯系電話:010-82322039,18801102618
                                            E-maildgx@cugb.edu.cn, dugaox@sohu.com
                                            聯系地址:100083北京市海淀區學院路29號中國地質大學材料學院
                                             

                                             
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                                            技術推廣與應用
                                            粉體改性
                                            粉體合成
                                            破碎與粉磨
                                            粉體分級
                                            粉體分離
                                            粉體表征
                                            納米粉體
                                            選礦提純
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