年产6000吨氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告书.docx

年产6000吨氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告书.docx

《年产6000吨氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《年产6000吨氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告书.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

年产6000吨氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告书

6000吨/年氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告

题目6000吨/年氢氧化镁阻燃剂生产开发可行性研究报告

学生姓名陈儒涛

指导老师钟文周

学院树达学院

专业班级化工01

完成时间2016年5月

目录

第一章概述1

1.1阻燃剂的定义1

1.2氢氧化镁阻燃剂的发展1

1.3选择氢氧化镁阻燃剂的优势1

第二章市场应用2

2.1无机阻燃剂的应用2

2.2氢氧化镁阻燃剂的国际市场2

2.3氢氧化镁阻燃剂的国内市场2

第三章产品的性质3

3.1氢氧化镁阻燃剂的结构特点3

3.2氢氧化镁阻燃剂的理化性质3

3.3氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理3

3.4氢氧化镁阻燃剂的特殊要求3

第四章反应过程中影响的因素4

第五章生产原理及路线的选择6

第六章工艺流程7

第七章效益分析8

参考文献9

课后体会10

第一章概述

1.1阻燃剂的定义

阻燃剂（FR），顾名思义，指的是能够使易燃性高聚物材料获得一定阻燃性的功能助剂。

在品种繁多的阻燃剂种类中，当属卤素阻燃剂（以溴系阻燃剂为主）的发展为最快最广，然而，卤素阻燃剂在实际工业的应用中发烟量大、易释放腐蚀性有害气体。

目前，世界阻燃剂开发领域呈现出非卤、低害和低烟化的趋势，使得以氢氧化镁为主体的无机阻燃剂消费量迅速上升。

1.2氢氧化镁阻燃剂的发展

自20世纪五十年代初至今的60多年间，特别是自20世纪八十年代初至今的30多年间，阻燃剂在减少火灾引起的生命财产损失方面发挥了重大作用。

在经过上世纪末的蓬勃发展后，阻燃剂的生产和应用已进入稳步发展阶段。

随着我国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展，阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰以及衣食住行等各个领域都有了广阔的市场。

此外，煤田、油田、森林灭火等领域也促进了我国阻燃、灭火剂生产较快的发展。

当下，我国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂。

无机阻燃剂的发展迫在眉睫，氢氧化镁作为无卤环保阻燃剂具有广阔的应用前景。

1.3选择氢氧化镁阻燃剂的优势

现有阻燃剂在国际市场中氢氧化铝用量约占阻燃剂总用量的45%，远大于氢氧化镁，但是与氢氧化铝相比，氢氧化镁的阻燃性能有更大的优势，主要包括以下几点：

（l）原料易得，主要来源于天然矿物水镁石和方镁石、苦卤和老卤，同时还有大量工业生产镁盐产品未及处理的废盐如氯化镁、硫酸镁废液等也可用于制备氢氧化镁。

（2）氢氧化镁阻燃剂是一种环保型绿色阻燃剂，在其生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放。

（3）与氢氧化铝相比，氢氧化镁热稳定性更高（氢氧化铝分解温度为200~350℃，而氢氧化镁分解温度为340~490℃，高出约l00℃），这使得添加氢氧化镁的塑料能承受更高的加工温度，利于加快挤塑速度，因而氢氧化镁的应用范围更宽，尤其适用于加工温度高的聚丙烯（PP）等聚合物。

（4）火灾中超过80%的事故是由烟窒息导致死亡，因此当代阻燃剂技术应当更注重其抑烟效果，氢氧化镁的抑烟效果好于氢氧化铝。

（5）氢氧化铝的分解吸热能为1117kJ/g，而氢氧化镁的分解吸热能为1137kJ/g，高出约17%，故与其他阻燃剂协同作用更佳。

（6）氢氧化镁粒径细，硬度比氢氧化铝小，对设备磨损小，有利于延长加工设备使用寿命。

据资料，西方发达国家氢氧化镁阻燃剂消费量占无机阻燃剂消费量30%左右。

美国是目前世界氢氧化镁产量最大、品种最多的国家，用于阻燃剂的就有10个品种。

在西欧市场各类阻燃剂的用量中，氢氧化镁的增长率最高，达到15%，在日本市场甚至更高。

基于上述分析，氢氧化镁阻燃剂在未来的应用和发展中具有得天独厚的优势。

第二章市场应用

2.1无机阻燃剂的应用

由于无机阻燃剂毒性低、污染少的特点，符合当今阻燃剂的环保发展大方向，因此在各个领域中均有广泛应用。

但无机阻燃剂大多是填料型的，在树脂中必须大量添加才可达到阻燃标准，这对材料的加工性能和机械力学性能造成了一定影响。

为此，无机阻燃剂的表面改性和多种阻燃剂协同使用的研究，对解决这一问题提供了帮助。

例如，在实际应用中，单独使用一种无机阻燃剂常常无法满足材料阻燃性的要求，常选择两种或两种以上的阻燃剂进行配合或制成复合阻燃剂使用。

2.2氢氧化镁阻燃剂的国际市场

近年来，国际氢氧化镁阻燃剂市场发展较为平稳，除美国对氢氧化镁阻燃剂的需求量较大以外，其次是欧洲国家，对氢氧化镁阻燃剂的青睐越来越明显；新兴市场如俄罗斯也掀起了对氢氧化镁阻燃剂的喜爱。

在欧美等国家的带动下，国际氢氧化镁阻燃剂市场容量不断增长。

2011年国际氢氧化镁阻燃剂市场容量达到了3879亿美元，同比增长7.83%，近几年来仍维持这一水平，2015年年增长率10%~20%。

如果卤系阻燃剂受到限制，其增长率将会更高。

有关专家认为，欧洲的阻燃剂市场业已成熟，涉及防火安全方面的规范立法早已制定，这些都有利阻燃剂化学品的研究开发和生产应用。

2.3氢氧化镁阻燃剂的国内市场

我国的镁矿资源分布广、品位高，含镁卤水（苦卤和老卤）极其丰富，开发潜力巨大。

我国菱镁矿总储量为31亿吨，85%集中在辽宁东南部地区，其次是山东莱州、河北邢台。

白云石储量为40亿吨，水镁石资源约1000万吨，青海察尔汗内陆盐湖卤水中以氯化镁形式存在的镁盐约16亿吨，山西运城盐池以硫酸镁形式存在的镁盐约1050万吨。

海水制盐工业每年可回收利用的氯化镁、硫酸镁约500万吨。

但目前国内生产氢氧化镁的原料利用率、产品档次和价格都较低，我国使用的全部无毒、低烟阻燃剂仍依赖进口，价格约2~3万元/t，仅电缆业年需求量就近万t。

随着国内PVC建材行业的迅速崛起和新的消防法规强制实施，无机阻燃剂，尤其是氢氧化镁及其复合阻燃剂将具有极好的发展前景。

我国生产氢氧化镁的资源与日本相比有无可争议的优势，与美国相比也不相上下，这些条件对发展氢氧化镁阻燃剂都是十分有利的。

第三章产品的性质

3.1氢氧化镁阻燃剂的结构特点

氢氧化镁，登记号CAS[1309-42-8]，化学式Mg（OH）2，分子量58.33，属六方晶系，比表面积大，吸附能力强。

此外作为一种弱碱，无毒、腐蚀性较小，热稳定性也较好。

氢氧化镁阻燃剂具有特殊的层状结构及组成，具有优异的触变性、低表面能，外观为白色粉体，无机械杂质，具有阻燃、消烟、防滴、填充等多重功能，可用于塑料、橡胶领域。

3.2氢氧化镁阻燃剂的理化性质

氢氧化镁的化学成分，按重量计算，由58.62%的氢氧根和41.38%的镁组成，相对密度2.36。

几乎不溶于水或醇，在水中的溶解度（18℃）为0.0009g/100mL，溶度积为1.2×10-11，水溶液呈弱碱性。

溶于稀酸和铵盐溶液，当有水存在时吸收空气中二氧化碳生成碱式碳酸镁或碳酸镁。

在碱性溶液中加热到200℃以上时变成六方晶系结晶。

结晶粒径，一般地都在0.4μm以上，在表面上涂敷高级脂肪酸及其盐类和偶联剂，可作塑料阻燃剂。

在350℃分解而成氧化镁和水，高于500℃时失去水转化为氧化镁。

3.3氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理

氢氧化镁受热分解为氧化镁和水，其在340℃以下较为稳定，340℃时开始分解，430℃时分解速度最快，当温度达到490℃时才完全分解为氧化镁与水。

添加氢氧化镁阻燃剂的聚合物在受热分解时释放出水分，同时吸收大量热量，降低了材料表面的火焰温度，减缓了聚合物的降解速度，减少了可燃气体的产生；氢氧化镁分解过程中释放出的大量水蒸气冲淡了聚合物表面附近的氧气和可燃气体的浓度，使表面燃烧较难进行；氢氧化镁的表面炭化层可阻止氧气和热量的进入，起到隔绝空气的作用，其分解生成的氧化镁是良好的耐火材料，能提高聚合物材料的抗火能力。

其反应大致如下：

3.4氢氧化镁阻燃剂的特殊要求

普通氢氧化镁多为六方晶形或无定形晶体，它的晶体碎片中最大直径与最小直径之比一般小于5，通常为1~3。

普通氢氧化镁晶体用X-光测定在（101）方位的微观内应变（扭歪值）大约在3.0×10-3~10×10-3，比表面积（BET法）>20m2/g。

这使得当它作为阻燃剂填充到塑料中去时，对材料的机械强度影响很大，尤其是冲击强度及伸长率下降很多，同时所得到的树脂混合物在熔化成型时的加工流动性能恶化，成型后的制品外观常常出现银纹。

作为阻燃剂的氢氧化镁必须具有以下特殊要求：

（1）纯度高，Mg（OH）2>93%，（MgO>64.1%），纯度越高，其阻燃性能越好。

（2）在（101）方位的晶粒尺寸>8×10-8m，在（101）方位的扭歪值η≤3.0×10-3。

（3）比表面积（BET法）<20m2/g。

第四章反应过程中影响的因素

在本章中，我们主要针对氢氧化镁阻燃剂在制备过程中遇到的问题进行讨论，探讨其在反应过程中受到了哪些因素的影响，并且对其在工业上如何解决相应的问题展开了研究。

4.1氢氧化镁阻燃剂的制备

由于氢氧化镁阻燃剂的特殊要求，其制备方法不同于普通氢氧化镁，必须对普通氢氧化镁进行结构改性，以降低晶体的微观应力和表面极性。

传统的氢氧化镁阻燃剂制备方法采用三步法：

常温合成，水热处理，表面改性。

4.1.1常温合成

1.氢氧化钙法

指以卤水或其他可溶性镁盐为原料，使之与石灰乳反应，生成Mg（OH）2沉淀：

以氢氧化钙为沉淀剂的制法成本较低，有较高的工业应用价值，但产品粒度小（通常低于0.5μm），易聚附，难过滤，对于硅、镁、钙、铁等杂质离子吸附能力强，因此只适于对纯度要求不太高的行业，如烟道气脱硫、废水中和等，制备高纯度氢氧化镁一般不用此法。

2.氨法

以卤水或氯化镁为原料，以氨水作沉淀剂进行反应：

此法所得的氢氧化镁产品纯度较高，但产物的粒径分布大，同时收率偏低，并且由于氨水的强挥发性，使得操作环境较差，往往面临排污问题。

3.氢氧化钠法

以卤水或氯化镁为原料，与氢氧化钠反应制备氢氧化镁：

此法操作简单，产物的形貌、结构、粒径及纯度均易于控制，附加值较大，适于制备高纯精细产品。

但苛性钠成本略高，并且作为强碱，可能导致氢氧化镁粒径过小，产物性能控制及过滤难，且纯度相对于氨水法要低。

4.1.2水热处理

水热处理是以水为溶剂，在一定温度（介于水的沸点和超临界温度之间，即100~373℃）压力（0.1~22MPa）进行化学反应的方法。

水热处理使吸附在晶体表面上的水分化合，从而破坏吸附在晶面上的液体层，减少吸附层对晶体长大的阻力，以促使其生成晶粒大、比表面积小的具有特殊晶型的氢氧化镁。

4.1.3表面改性

改性处理就是通过表面活性剂与颗粒表面化学反应和表面包复处理改变颗粒的表面状态，提高表面活性，使表面产生新的物理、化学功能。

从而改善或改变颗粒的一些性能。

4.2氢氧化镁阻燃剂生产过程中主要难题

氢氧化镁阻燃剂因其颗粒表面极性小、粒子不易集聚或成团结块的特殊结构要求，在非极性材料中相容性和分散性均属上乘。

因此氢氧化镁阻燃剂在制备时难度很大，要求也很高。

氢氧化镁阻燃剂生产过程中主要难题有：

（l）普通氢氧化镁的表面极性较强，粒子间团聚性高，不利于在高分子材料中分散和相容，因此不可作为阻燃剂使用。

阻燃级别的氢氧化镁必须让表面极性降低到一定水平，并且要具有大晶粒和低比表面积。

为了制备纯度高、粒度和形貌易控的氢氧化镁阻燃剂，一般需采取特殊的合成工艺，要求对常温合成的氢氧化镁进行水热处理，含镁水溶液与碱的沉淀反应是比较好控制的一种工艺。

（2）氢氧化镁阻燃剂和其他无机阻燃剂一样，表面具有亲水性，当它与高分子材料共混加工时，与表面亲油性的高分子材料亲和力较差，导致分散性不好。

因此，在进行对氢氧化镁的表面性质进行改造时，必须要使其具有较好的亲油性。

（3）“三步法”工艺存在的主要不足是:

①工艺流程复杂，