专利名称：碱式硫酸镁晶须的制备方法
技术领域：
本发明属于无机盐材料技术领域，涉及一种硫酸镁晶须材料的制备方法， 尤其涉及一种碱式硫酸镁晶须材料的制备方法。
背景技术：
晶须是指直径几微米、长度几十微米的单晶纤维材料。它具有长径比大， 无晶粒(边)界，缺陷数小于多晶等特点。晶须正是由于这种内在的完整性， 其强度不受其表面完整性严格限制，因此被赋予了与多晶纤维和玻璃纤维相 比，非常坚韧和不脆的性质。
我国镁资源丰富，但受技术及经济条件的限制，目前的镁盐产品多是技术 含量少、附加值低的初级产品，应大力研究与开发高附加值的镁系列产品。其 中，碱式硫酸镁晶须以优越的增强阻燃性能及相对低廉的价格而格外引人注 目。
水合碱式硫酸镁以晶须形式存在的有MgS(V5Mg(OHk3H20 、 2MgS045Mg(OH)2.3H20、 MgS04.3Mg(OH)2.8H20、 MgS04.5Mg(OH)2等，其 中MgS(V5Mg(OH)r3H20或MgSCV5Mg(OH)r2H20的形貌为单根针状或扇形
晶须。近年来人们对其合成制备过程进行了很多研究，概括起来，水合碱式硫 酸镁晶须的制备方法主要有以下几种(1)活性氧化镁与硫酸镁溶液或硫酸溶 液制成料浆进行水热反应；(2)氢氧化镁与硫酸镁溶液制成料桨后水热反应； (3)水溶性镁盐与氢氧化钠等沉淀剂生成氢氧化镁沉淀，过滤洗涤后再与硫 酸镁或硫酸钠等溶液进行水热反应；(4)硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液制成料浆 后进行水热反应。第一类方法，能够生长出较均匀细长的晶须，但是一般要求 氧化镁具有较高的活性和一定的粒径，增加了原料制取的工序与难度；第二类 方法，同样能制备出形貌良好的长纤维状晶须，但同样要求一定粒径规格的氢 氧化镁原料，而氢氧化镁由于生产困难成本较高，不适于工业化生产。另外， MgO和Mg(OH)2属微溶物，与MgS04溶液反应时速率较低，且反应转化率较低， 纯度不高。后两类方法属于直接水热法合成碱式硫酸镁晶须，可以避免头两类 方法的缺点，但是在以往的工艺中同样存在不少问题，比如有的需要添加各种絮凝剂、分散剂等助剂，这无疑增加了工艺工序和原料种类，有的甚至需要首 先过滤洗涤氢氧化镁沉淀，这也是一道费时费力的工序。而且大多数工艺中硫 酸镁溶液或氢氧化钠溶液浓度较低，虽然可以减少反应时间，但是批次产量小，
不适宜工业化生产。另外，MgS04与Mg(OH)2或NaOH的比例过高，同样会减 少批次产量且造成MgS04原料的大量浪费。由于上述原因，限制了碱式硫酸镁 晶须的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备周期短，工艺简单，产品纯度高、品质好， 收率高的碱式硫酸镁晶须材料的制备方法。
本发明的碱式硫酸镁晶须材料的制备方法，包括以下工艺步骤
① 常温沉淀反应将浓度为0.5 2.5mol丄—1的硫酸镁溶液与固体氢氧化钠 以0.6'丄0 1.0'丄5的摩尔比混合，常温下搅拌，使氢氧化钠与硫酸镁完全反应 并混合生成均匀的氢氧化镁溶胶-硫酸镁溶液反应前驱体。
② 水热反应将常温沉淀得到的反应前驱体移入高压反应釜中，填充度为
50~80%，在130 18(TC下反应4 20h，反应结束后自然冷却，得到白色絮状物
分散于溶液中。
③ 洗涤抽滤将水热反应得到的白色絮状产物进行固液分离，液相为一 定浓度的硫酸镁溶液，可以回收重复利用，作为下一轮反应的原料；固相为碱 式硫酸镁晶须，用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子，得到碱式硫酸镁晶须滤饼；
④ 干燥:将晶须滤饼于40 8(TC下烘干，得到不同形貌的碱式硫酸镁晶须。 本发明制备的晶须产品经X-射线衍射鉴定为纯相MOS513或MOS512,
可以通过控制反应条件得到不同物相的碱式硫酸镁晶须，包括单向扇形束状晶 须、双向扇形束状晶须和分散的单根晶须。 本发明相比现有技术具有如下优点
1、 本发明以硫酸镁和氢氧化钠为反应原料，首先在常温下进行沉淀反应 生成前驱体，再进行水热反应而生成碱式硫酸镁晶须，不需要添加任何助剂， 反应原料简单且廉价易得。
2、 本发明在常温沉淀反应时直接使用固体氢氧化钠，无需控制氢氧化钠 溶液浓度，并且省去了配制高浓度氢氧化钠的困难，有效的降低了操作难度和 反应时间；反应前驱体氢氧化镁沉淀无需过滤，省时省力，简便易行。
3、 本发明在配制反应物料时最大程度的降低了硫酸镁与氢氧化钠的比例，
4提高了硫酸镁溶液的利用率及批次产量；并且可使反应在高浓度硫酸镁溶液中 进行，极大地提高了批次产量。
4、 本发明中水热反应后的硫酸镁溶液可重复利用，节省资源。
5、 本发明制备的碱式硫酸镁晶须产品纯度高、品质好，收率达90%以上。 晶须产品经X-射线衍射鉴定为纯相，控制反应条件可得到扇形束状晶须或分 散的晶须。
6、 发明的工艺易于控制，操作简单、制备周期短、生产成本低、能耗小、 产品质量好，易于实现规模化工业生产。
图1为实施例1制备的碱式硫酸镁晶须产品的SEM扫描图 图2为实施例2制备的碱式硫酸镁晶须产品的SEM扫描图 图3为实施例3制备的碱式硫酸镁晶须产品的SEM扫描图 图4为实施例4制备的碱式硫酸镁晶须产品的SEM扫描图
具体实施例方式
所用试剂均为分析纯，MgS047H20含量99%， NaOH含量96。/0。 实施例1、用MgS04'7H20配制l.Omol丄"的硫酸镁溶液1.4L，在室温， 搅拌状态下向其中添加氢氧化钠固体56g，不断搅拌使其充分反应以形成均匀 的氢氧化镁溶胶一硫酸镁混合前驱体。将常温下制备的反应料桨1.4L转移到 2L的高压反应釜中，填充度为70%，在17(TC下进行水热反应10小时，初始 搅拌速度约450rpm，恒温反应3h后调整为300rpm。待反应结束后，让其自 然冷却，反应产物过滤将固液分离，并用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子。晶须滤 饼在8(TC下烘干lh得到产品61g。产品微观形貌为(单向或双向)扇形束状 纤维，双向扇形纤维束长约10(Him，扇根直径约5-l(Him，而扇尾辐射直径约 20 50nm,见图l。经XRD鉴定为MOS513即MgS(V5Mg(OH)2'2H20。
实施例2、用MgS(V7H20配制2.5mol丄"的硫酸镁溶液1.45L，在室温， 搅拌状态下向其中添加氢氧化钠固体181g，不断搅拌使其充分反应以形成均 匀的氢氧化镁溶胶一硫酸镁混合前驱体。将常温下制备的反应料浆1.6L转移 到2L的高压反应釜中，填充度为80%，在17(TC下进行水热反应10小时，搅 拌强度为500rpm。待反应结束后，让其自然冷却，反应产物过滤将固液分离， 并用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子。晶须滤饼在80'C下烘干4h得到产品195g。产品微观形貌为部分为扇形束状纤维，另生成部分分散的晶须，直径约
0.3~lpm，长10 30jim，见图2。经XRD鉴定为MOS513艮卩MgS04.5 Mg(OH)23H20。
实施例3、用MgS04'7H20配制2.0mol'L—1的硫酸镁溶液1.5L，在室温， 搅拌状态下向其中添加氢氧化钠固体150g，不断搅拌使其充分反应以形成均 匀的氢氧化镁溶胶-硫酸镁混合前驱体。将常温下制备的反应料浆1.6L转移到 2L的高压反应釜中，填充度为80%，在170"C下进行水热反应IO小时，搅拌 强度为500 600rpm。待反应结束后，让其自然冷却，反应产物过滤将固液分 离，并用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子。晶须滤饼在8(TC下烘干4h得到产品 155g。产品微观形貌为(双向或单向)扇形束状纤维，双向扇形束状纤维长约 40 5(Hrni，扇尾辐射直径约5 10pm，见图3。经XRD鉴定为MOS513即 MgS04.5 Mg(OH)2.3H20。
实施例4、用MgS(V7H2O配制0.5mol七"的硫酸镁溶液1.5L，在室温， 搅拌状态下向其中添加氢氧化钠固体42.9g，不断搅拌使其充分反应以形成均 匀的氢氧化镁溶胶-硫酸镁混合前驱体。将常温下制备的反应料浆1.6L转移到 2L的高压反应釜中，填充度为80%，在150'C下进行水热反应8小时，搅拌 强度为600rpm。待反应结束后，让其自然冷却，反应产物过滤将固液分离， 并用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子。晶须滤饼在8(TC下烘干4h得到产品45g。 产品微观形貌基本上是分散的单根晶须，直径约0.5pm，长约100pm，另外存 在个别扇形束状纤维，见图4。经XRD鉴定为MOS513即MgS04-5 Mg(OH)2.2H20。
权利要求
1、一种碱式硫酸镁晶须的制备方法，是先将硫酸镁溶液与固体氢氧化钠以0.6∶1.0～1.0∶1.5的摩尔比混合，常温下搅拌，反应生成均匀的氢氧化镁溶胶-硫酸镁溶液反应前驱体；再将得到的反应前驱体移入水热反应釜中，于130～180℃下反应6～20h，自然冷却后固液分离，固体用蒸馏水洗涤至无硫酸根离子，干燥即得碱式硫酸镁晶须成品；
2、 如权利要求1所述碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于所述硫 酸镁溶液的浓度为0.5 2.5mol丄一1。
3、 如权利要求1所述碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于所述干 燥在40 8(TC下进行。
全文摘要
本发明提供了一种碱式硫酸镁晶须材料的制备方法，是先将硫酸镁溶液与固体氢氧化钠以0.6∶1.0～1.0∶1.5的摩尔比混合，常温下搅拌，反应生成均匀的氢氧化镁溶胶-硫酸镁溶液反应前驱体；再将得到的反应前驱体移入水热反应釜中，于130～180℃下反应6～20h，自然冷却后固液分离，固体用蒸馏水抽滤，并洗涤至无硫酸根离子，干燥即得碱式硫酸镁晶须成品。本发明工艺易于控制，操作简单、制备周期短、生产成本低、能耗小、产品质量好，制备的碱式硫酸镁晶须产品纯度高、品质好，收率达90％以上。晶须产品经X-射线衍射鉴定为纯相。本发明可以通过控制反应条件得到不同物相的碱式硫酸镁晶须。
文档编号C01F5/40GK101319378SQ20081001825
公开日2008年12月10日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者乃学瑛, 鑫 刘, 武 李, 洁 李, 边绍菊, 明 魏 申请人:中国科学院青海盐湖研究所