Активный высокочистый оксид магния и способ его производства

Изобретение относится к химической технологии, а именно, к активному высокочистому оксиду магния и способу его производства. Способ производства активного высокочистого оксида магния, в том числе поверхностно обработанного, заключается в прокаливании гидроксида магния, полученного взаимодействием водного раствора соли магния с щелочным агентом. Получение кристаллов гидроксида магния проводят непрерывным способом в разделенных и изолированных между собой зонах в присутствии затравочных кристаллов гидроксида магния и жидких нефтепродуктов при мольном отношении ионов щелочного агента и хлорида магния ОН^- : Mg⁺⁺ в пределах (1,9÷2,1):1, температуре во всех зонах не ниже 40°C и времени пребывания суспензии кристаллов гидроксида магния в каждой изолированной зоне не менее 20 мин. Обеспечивается повышение активности и химической чистоты оксида магния. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к химической технологии, а именно, к активному высокочистому оксиду магния и способу его производства.

Оксид магния применяется при производстве огнеупорных материалов, в электротехнической и целлюлозно-бумажной промышленности, в строительстве, при производстве резины, периклаза и др.

Производство активного оксида магния основано на термическом разложении соединений магния природного и синтетического происхождения: карбоната магния, основного карбоната магния, гидроксида магния, хлорида магния [Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч. I, Л.: Химия, 1974, 792 с; Mark A. Shand. The Chemistry and technology of magnesia. Wiley-Interscience, 2006].

Оксид магния, полученный термическим разложением природного сырья, имеет значительные количества примесей, которые присутствуют в природном сырье. Синтетический оксид магния, полученный из очищенных реагентов, отличается высокой химической чистотой.

Известно, что в зависимости от температуры обжига сырьевого материала, оксид магния может быть мало обожженным, сильно обожженным, намертво спеченным, а также плавленым. В соответствии с этим, по активности оксид магния может быть активным (легким) и неактивным (тяжелым) [Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч. I, Л.: Химия, 1974, 792 с; Mark A. Shand. The Chemistry and technology of magnesia. Wiley-Interscience, 2006].

Активный оксид магния применяется в качестве наполнителя для резин, адгезивов, пластических масс, полимеров, в качестве стабилизаторов при производстве хлоропреновых каучуков, рафинирующих присадок органических растворителей, в производстве катализаторов, специальной керамики, специальных стекол (линз фото-, кино-, астро- объективов), в фармацевтической, фармакопейной и пищевой промышленности, в производстве магнезиальных цементов и других магнийсодержащих материалов.

К наиболее важным показателям активного оксида магния относятся его высокая реакционная способность. Активность оксида магния может быть описана такими характеристиками, как удельная поверхность, активность по йодному числу, активность по лимонному числу, активность по уксусному числу, типичная реакционная способность.

Следует отметить, что для некоторых областей применения активного оксида магния, таких как фармацевтика, фармакопея, пищевая промышленность, производство специальной керамики, специальных стекол, катализаторов и других, важное значение имеет химическая чистота оксида магния.

Описан оксид магния для пищевых добавок [патент JP 2003033159, опубл. 2003 г.], который имеет массовую долю свинца не более 10 ppm, содержание частиц с диаметром более 8 мкм не более 5 об. % (методом лазерной дифракции), удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 1 до 50 м /г, активность по лимонной кислоте от 80 до 450 с. В примерах приведена химическая чистота получаемого оксида магния, определенная методом эмиссионной плазменной спектрометрии (ICP) - массовые доли примесей составили: свинец Pb от 0,3 до 1,4 ppm, хром Cr не более 2 ppm, кадмий Cd от 0,2 до 2,4 ppm, медь Cu от 0,1 до 0,2 ppm. Однако, величина удельной поверхности и активности по лимонной кислоте указывают на то, что указанный оксид магния не является активным.

Известен способ получения активного оксида магния с удельной поверхностью 10-200 м²/г, диаметром вторичных частиц d50 в диапазоне 0,1-1,5 мкм и d90 не более 3,0 мкм [патент ЕР 0370728, опубл. 1989 г.], в котором из хлористого магния или нитрата магния получают оксихлорид магния формулы Mg(OH)_2-xA_x⋅mH₂O, в котором А представляет собой Cl или NO₃, x - это число от 0 до 0,2, и m - это целое число от 0 до 6 с последующим нагреванием в маточном растворе полученного продукта при повышенном или атмосферном давлении при температуре от 50 до 200°C. Недостатком данного способа является получение на первой стадии псевдоаморфного осадка оксихлорида магния, суспензия которого представляет собой вязкую гелеобразную трудноперемешиваемую субстанцию. Для обеспечения однородности такой реакционной массы требуются специальные перемешивающие устройства и высокие скорости перемешивания, что приводит к усложнению и удорожанию технологии при реализации данного способа в промышленных масштабах.

Известен также способ получения активного оксида магния [US 3800032, опубл. 1974 г] путем промывки водой либо оксида магния, полученного термическим расщеплением, либо гидроксида магния, и последующей сушкой и прокаливанием при температурах от 300 до 500°C. Промывка состоит из следующих стадий: а) диспергирование гидроксида магния или оксида магния в воде при температуре от 80 до 100°C с образованием мутной жидкости, имеющей плотность мутности от 5 до 20%; б) энергичное перемешивание указанной мутной жидкости в течение 5-60 минут при температуре от 80 до 110°C путем введения пара в мутную жидкость и с) отделение гидроксида магния или оксида магния от мутной жидкости. Приведенный в примерах оксид магния имеет высокую активность - йодное число составляет от 136 до 192 мг-экв йода на 100 г MgO. Однако авторами не приводится химическая чистота полученного оксида магния, его гранулометрический состав и другие характеристики.

Авторы [JP 5037066, опубл. 2012 г] получают активный оксид магния с удельной поверхностью, определенной методом БЭТ, в диапазоне от 230 до 500 м /г и проход через сито 0,25 мм не менее 80% нагреванием и прокаливанием порошка гидроксида магния, имеющего удельную поверхность БЭТ в диапазоне от 10 до 200 м / г и проход через сито 0,25 мм не менее 80% по массе при температуре 250-550°C под давлением не более 300 Па в течение от 1 до 10 часов. Недостатком данного способа является сложное аппаратурное оформление, применяемое для проведения прокаливания гидроксида магния под вакуумом. Полученный активный оксид магния имеет достаточно крупный размер частиц, химическая чистота продукта не приводится.

В изобретениях [JP 3563269, опубл. 2004 г, JP 3980569, опубл. 2007 г., JP 3939102, опубл. 2007 г.] описано получение оксида магния с низким содержанием свинца прокаливанием гидроксида магния, полученного взаимодействием морской воды и гидроксида кальция, содержащего свинец или соединения свинца, в присутствии источника галогена, который является галогенидом или газообразным галогеном при температуре 700-1300°C. Полученный оксид магния с содержанием свинца менее 2×10^-7 моль на 1 моль оксида магния предназначен для использования в качестве добавок для удобрения, пищи, сырья для лекарственных средств, косметических средств и т.д. К сожалению, авторами не приводятся ни характеристики активности полученного оксида магния, такие как величина удельной поверхности или йодное число, ни его гранулометрический состав.

Наиболее близким, принятым за прототип, является изобретение [WO 2014155764, опубл. 2014 г], в котором частицы оксида магния имеют удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 143 до 200 м /г, средний размер частиц, определенный методом лазерной дифракции, не более 5 мкм и остаток при просеве на сите 45 мкм не более 0,1% мас. Способ получения указанных частиц оксида магния включает следующие стадии: взаимодействие водорастворимой соли магния, морской воды или соленой воды с водным раствором гидроксида щелочного металла, водным раствором гидроксида щелочноземельного металла или водного раствора аммиака с получением дисперсии в жидкости; введение дисперсии в жидкости в реакцию затравочного кристалла однократно или многократно при температуре в диапазоне от 1 до 100°C, или в гидротермальную обработку при температуре от 100 до 200°C с получением исходного материала для обжига и обжиг исходного материала при температуре в диапазоне от 350 до 900°C. В приводимых примерах указан значительный избыток хлорида магния при синтезе гидроксида магния: мольное отношение Mg⁺²/ОН^- составляет 1/1,8, что приводит к получению кека с высоким содержанием MgCl₂, а, следовательно, увеличению объема воды на промывку гидроксида магния от хлоридов, а также получению оксида магния с повышенным содержанием хлоридов. Авторами не приводится химическая чистота полученного продукта, что не позволяет оценить его применимость в основных областях применения активного оксида магния.

Для применения активного оксида магния в некоторых областях, например, в фармацевтической промышленности, при использовании его в качестве прекурсора для получения магнийсодержащих соединений необходимо приготовление водных суспензий активного оксида магния. Однако, водные суспензии активного оксида магния часто имеют гелеобразную или сметанообразную консистенцию, что затрудняет их перемешивание, перекачивание и дозирование.

Целью настоящего изобретения является получение активного высокочистого оксида магния, который имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, от 70 до 200 м²/г, предпочтительно, от 130 до 180 м²/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 10 мкм, предпочтительно, не более 8 мкм, активность по йодному числу в диапазоне от 70 до 200 мг I/г MgO, объем пор от 3,2×10^-2 см³/г до 10,2×10^-2 см³/г, активность по лимонному числу не более 40 с, диаметр 10% частиц не более 2 мкм, диаметр 90% частиц не более 30 мкм, массовую долю остатка на сите 150 мкм не более 1%, массовую долю остатка на сите 45 мкм не более 2%, массовую долю хлоридов не более 0,1%, массовую долю кальция не более 0,1%, массовую долю нерастворимых в соляной кислоте веществ не более 0,05%, массовую долю железа не более 0,005%, массовую долю примесей каждого из катионов Ti, Co, Мо, V, Sb, Ва не более 1 ppm, Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm, предпочтительно, массовую долю карбонатов не более 1% мас., динамическую вязкость водной суспензии не более 30 сП.

Поставленная цель достигается тем, что активный высокочистый оксид магния, возможно, поверхностно обработанный, получают прокаливанием гидроксида магния, полученного взаимодействием водного раствора соли магния с щелочным агентом. Получение кристаллов гидроксида магния проводят непрерывным способом в разделенных и изолированных между собой зонах: зоне обработки затравочных кристаллов, зоне образования и роста кристаллов гидроксида магния и зоне наращивания и агломерирования кристаллов, причем в зону обработки затравочных кристаллов подают водный раствор хлорида магния в присутствии жидких нефтепродуктов и суспензию затравочных кристаллов гидроксида магния в количестве 1-80% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов, в зону образования и роста первичных кристаллов направляют суспензию обработанных кристаллов гидроксида магния из предыдущей зоны и щелочной агент при мольном отношении ионов щелочного агента и хлорида магния ОН^-: Mg⁺⁺ в пределах (1,9÷2,1):1, в зону наращивания и агломерирования кристаллов направляют суспензию из предыдущей зоны, при этом температуру во всех зонах поддерживают не ниже 40°C, время пребывания суспензии кристаллов гидроксида магния в каждой изолированной зоне составляет не менее 20 мин.

Известно [Вассерман И.М. Химическое осаждение из растворов], что фильтрационные и седиментационные свойства осадков зависят от температуры, продолжительности выдержки, рН среды, мольного отношения реагентов, концентрации реагирующих веществ, затравки осадком и т.д. Отмечено, что закономерности, справедливые для наиболее изученных разбавленных растворов, оказываются неприменимыми для концентрированных растворов. В то же время использование в технологических процессах высокоминерализованных рассолов, содержащих более 200 г/л хлорида магния, без предварительного разбавления дает возможность сократить объемы реакторного и емкостного оборудования и, тем самым, повысить технико-экономические показатели процесса. Поэтому для получения суспензий с улучшенными седиментационными и фильтрационными свойствами необходим выбор и строгое соблюдение технологических параметров процесса.

Для получения осадка гидроксида магния в кристаллической форме необходимо поддерживать температуру в зоне дозирования исходных реагентов и в зоне выдержки осадка не ниже 40°C. Это позволяет избежать даже локальных очагов образования осадка в псевдоаморфной форме, который представляет собой гелеобразное вязкое трудноперемешиваемое вещество. Затем для получения суспензии с улучшенными седиментационными и фильтрационными свойствами необходимо обеспечить рост кристаллов и агломерацию первичных частиц гидроксида магния. Этому способствует достаточная продолжительность выдержки, в течение которого происходит вторичное укрупнение частиц за счет их слипания в блоки и агломерации, наличие затравки, содержащей кристаллы с требуемыми свойствами, направляющее формирование кристаллов по заданному типу и многократное наращивание, совершенствующее структуру осадка. Обработка затравочных кристаллов раствором соли магния, являющейся исходным реагентом, способствует при последующем дозировании щелочного агента, также являющегося исходным реагентом, зарождению на их поверхности первичных кристаллов, формированию по заданному типу и последующему укрупнению кристаллов.

Важным фактором для указанных процессов является медленное перемешивание, не разрушающее образующиеся блоки и агломераты частиц.

Техническим воплощением указанных процессов является непрерывное образование гидроксида магния в каскаде реакторов с разделением реакционных зон по их функциональному назначению: в первом реакторе, в который одновременно дозируют суспензию затравочных кристаллов и раствор соли магния в присутствии жидких нефтепродуктов, происходит обработка затравочных кристаллов, во втором реакторе, в который одновременно дозируют раствор соли магния с обработанными затравочными кристаллами и щелочной агент в реакционную массу, представляющую собой суспензию кристаллов гидроксида магния в растворе хлорида натрия, происходит образование первичных частиц гидроксида магния в кристаллической форме, в последующих реакторах происходит дозревание, наращивание и агломерирование вторичных частиц на уже сформировавшихся кристаллах гидроксида магния. Затравкой является реакционная масса из последнего реактора, содержащая в своем составе кристаллы гидроксида магния с требуемыми фильтрационными и седиментационными свойствами.

Необходимым и достаточным для обеспечения разделенных функциональных зон является от 3 до 5 реакторов в указанном каскаде реакторов непрерывного синтеза.

Продолжительность пребывания в каждой отдельной зоне составляет не менее 20 минут, предпочтительно от 20 минут до 2 часов в зависимости от концентрации реагирующих веществ и выбранной температуры, которая должна быть не ниже 40°C. Продолжительность пребывания в отдельной зоне менее 20 мин не обеспечивает требуемых фильтрационных и седиментационных свойств получаемой суспензии, в то же время продолжительность пребывания более 2 часов является экономически неэффективной.

В качестве водорастворимой соли магния используют раствор хлорида магния синтетического или природного происхождения. Например, раствор бишофита, возможно, предварительно очищенный известными методами от тяжелых металлов и/или железа и/или сульфатов, и/или бора, и/или брома, и/или других нежелательных примесей.

Полученные по предлагаемому способу агломераты кристаллов гидроксида магния обеспечивают эффективные фильтрационные и седиментационные свойства, однако, способствуют получению оксида магния с повышенным гранулометрическим составом. Для последующего разрушения агломератов в раствор хлорида магния добавляют жидкие нефтепродукты, представляющие собой продукт прямой и/или вакуумной нефтепереработки с температурой начала кипения не ниже 150°C, температурой конца кипения не выше 400°C, плотностью от 750 до 880 кг/м³ в количестве 0,0001-0,01% по массе. Примерами жидких нефтепродуктов являются дизельное топливо, топливо маловязкое судовое, керосин и подобные нефтепродукты.

В зоне обработки затравочных кристаллов жидкие нефтепродукты адсорбируются на затравочных кристаллах гидроксида магния с образованием тонкой пленки. В дальнейшем при прокаливании агломератов кристаллов гидроксида магния в печи обжига происходит вскипание и испарение жидких нефтепродуктов при температурах в диапазоне от 150 до 400°C, которое приводит к разрыву и разрушению агломератов вторичных частиц, что облегчает помол и снижает размеры вторичных частиц полученного активного высокочистого оксида магния. Испаренные жидкие нефтепродукты разлагаются в печи обжига до CO₂ и H₂O.

Добавление жидких нефтепродуктов в раствор хлорида магния, а также получение по предлагаемому способу, способствует образованию частиц активного высокочистого оксида магния, которые позволяют получать водные суспензии с пониженой вязкостью без образования гелеобразных и сметанообразных консистенций, затрудняющих перемешивание, перекачивание и дозирование.

В качестве щелочного агента используют раствор гидроксида щелочного металла, например, раствор гидроксида натрия.

Предпочтительным является мольное отношение ионов щелочного агента и хлорида магния ОН^-: Mg⁺⁺ в пределах (1,9÷2,1):1. Увеличение избытка хлорида приведет к загрязнению получаемого гидроксида магния хлоридом магния, необходимости увеличения объема воды на его промывку, а также повышению массовой доли хлоридов в получаемом оксиде магния. Увеличение избытка щелочного агента приведет к образованию мелкодисперсного трудно фильтруемого осадка гидроксида магния, что приведет к снижению производительность процесса.

Экспериментально установленная эффективная скорость перемешивания, обеспечивающая достаточную площадь контакта фаз, но не разрушающая образованные агломераты частиц, находится в пределах от 20 до 300 об/мин.

В качестве затравки используют суспензию готовых кристаллов гидроксида магния в маточном растворе. Затравку подают в первую функциональную зону в количестве 1-80% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов.

Кристаллы гидроксида магния после зоны наращивания и агломерирования кристаллов могут быть направлены на гидротермальную перекристаллизацию при температуре в диапазоне от 120 до 220°C, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 24 ч. Гидротермальная перекристаллизация кристаллов гидроксида магния способствует более эффективной промывке кристаллов гидроксида магния от хлоридов, а также снижению размеров вторичных частиц гидроксида магния.

Возможно проведение гидротермальной перекристаллизации в широком диапазоне концентраций реагентов в реакционном маточном растворе, предпочтительным является содержание гидроксида магния в диапазоне от 2 до 10% мас.

Отделение кристаллов гидроксида магния от маточного раствора осуществляют любым известным способом, например, фильтрованием полученной суспензии или отстаиванием с последующим фильтрованием сгущенной части.

Промывку кристаллов гидроксида магния от хлоридов осуществляют любым известным способом, например, промывкой осадка на фильтре и/или репульпацией осадка с последующим фильтрованием. Для повышения эффективности промывки в качестве промывочной жидкости используют водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01-0,50%.

Промывку кристаллов гидроксида магния проводят в один или два этапа: на первом этапе кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре обессоленной водой и/или щелочной водой, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01-0,50%, на втором этапе кристаллы гидроксида магния диспергируют в водной среде, включающей обессоленную воду и/или щелочную воду, представляющую собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01-0,50%, в массовом отношении водная среда: гидроксид магния в пределах (5÷30):1, с образованием суспензии гидроксида магния и фильтруют.

Для получения оксида магния промытые кристаллы гидроксида магния прокаливают в печи обжига при температуре в диапазоне от 300 до 700°C и измельчают. Прокаливание кристаллов гидроксида магния проводят периодическим или непрерывным способом.

Получаемый активный высокочистый оксид магния имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, от 70 до 200 м²/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 10 мкм, активность по йодному числу в диапазоне от 70 до 200 мг I/г MgO, активность по лимонному числу не более 40 с, объем пор в диапазоне от 3,2×10^-3 см³/г до 10,2×10^-2 см³/г, диаметр 10% частиц не более 2 мкм, диаметр 90% частиц не более 30 мкм, массовую долю остатка на сите 150 мкм не более 1%, массовую долю остатка на сите 45 мкм не более 2%, массовую долю хлоридов не более 0,1%, массовую долю кальция не более 0,1%, массовую долю нерастворимых в соляной кислоте веществ не более 0,05%, массовую долю железа не более 0,005%, массовую долю примесей каждого из катионов Ti, Co, Mo, V, Sb, Ва не более 1 ppm, Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm.

Указанный оксид магния имеет массовую долю карбонатов не более 1%, массовую долю марганца Mn не более 2 ppm.

Указанный оксид магния имеет динамическую вязкость водной суспензии не более 30 сП, что позволяет получать водные суспензии с пониженной вязкостью, технологически удобные для перемешивания, перекачивания и дозирования.

Активный высокочистый оксид магния, полученный указанным способом, может быть модифицирован одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами и/или связующими силановыми агентами.

В качестве поверхностно-обрабатывающих агентов используют соединения, выбранные из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода или их соли щелочных металлов и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются стеариновая, олеиновая кислота, лауриловая кислота, пальмитиновая кислота, бегеновая кислота, миристиновая кислота, жирные кислоты талового масла и другие.

В качестве силановых связующих агентов используют соединения, выбранные из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, алкилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы, аминосиланы и др. и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются метилтриэтоксилан, октилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан, винил-трис-(2-метоксиэтокси)силан, 3-метакрилоксипропил-триметоксисилан, 2-(3,4-эпоксициклогекси)-этилтриметоксисилан, глицидокси-пропилтриметоксисилан, аминопропилтриэтоксисилан, аминопропил- триметоксисилан и другие.

Предпочтительным является использование агентов для проведения обработки поверхности в количестве в диапазоне от 0,1 до 5,0% мас. в расчете на оксид магния.

Поверхностную обработку проводят любым известным способом, например, суспензионным или сухим способом.

Активный высокочистый оксид магния, полученный по предлагаемому способу, имеет регулируемые активность и гранулометрический состав, высокую химическую чистоту, что позволяет его применять в фармацевтической, фармакопейной и пищевой промышленности, в производстве катализаторов, специальной керамики, специальных стекол, качестве наполнителя для резин, адгезивов, пластических масс, полимеров, в качестве стабилизаторов при производстве хлоропреновых каучуков, рафинирующих присадок органических растворителей, в производстве магнезиальных цементов и других магнийсодержащих материалов.

Для анализа оксида магния были использованы следующие методы анализа:

- Удельную площадь поверхности по методу БЭТ и объем пор определяли на высокоскоростном анализаторе площади поверхности и размера пор «Nova 2200 е» производства компании «Quantachrome Instruments)), США;

- Гранулометрический состав определяли методом лазерной дифракции на приборе «Malvern MasterSizer - 2000 Е» с модулем Scirocco 2000 компании Malvern Limited, Великобритания;

- Активность по йодному числу (в мг I/г MgO) определяли йодометрическим титрованием в среде четыреххлористого углерода;

- Активность по лимонному числу (в секундах) определяли, как время появления малиновой окраски после добавления 0,4 N раствора лимонной кислоты с индикатором фенолфталеином к суспензии оксида магния в воде при температуре 29±2°C;

Массовую долю хлоридов Cl^- и сульфатов определяли фототурбидиметрическим методом;

- Массовую долю нерастворимых в соляной кислоте веществ определяли гравиметрическим методом по ГОСТ 4526 «Реактивы. Магний оксид»;

- Массовую долю остатка на сите 150 мкм определяли сухим рассевом с кистью;

- Массовую долю остатка на сите 45 мкм определяли мокрым рассевом под струей воды;

- Массовую долю примесей Fe, Ca, Pb, Cd, As, Hg, Ti, Co, Mo, V, Sb, Ba, Mn, определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе «Optima 8000» производства компании «PerkinElmer», США;

- Массовую долю карбонатов определяли методом нейтрализации;

- Динамическую вязкость определяли на вискозиметре Брукфильда. Оксид магния (50 г) суспендировали в воде (400 мл) при комнатной температуре в течение 1 ч и определяли динамическую вязкость полученной суспензии.

Предлагаемый способ производства активного высокочистого оксида магния иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Процесс получения кристаллов гидроксида магния осуществляют в непрерывном режиме на установке, представляющей собой каскад из трех реакторов, снабженных перемешивающими устройствами якорного типа с числом оборотов равным 37. Рабочий объем реакторов составляет 120 дм³. Температуру во всех реакторах каскада поддерживают 50-60°C.

В первый реактор каскада непрерывно подают раствор бишофита, предварительно очищенный от тяжелых металлов и железа, с массовой долей хлорида магния 31,6%, массовой долей дизельного топлива 0,001% с расходом 24,8 кг/ч и затравку с расходом 38,5 кг/ч. Затравка представляет собой суспензию готовых кристаллов, поступающую из последнего реактора каскада.

Суспензия затравочных кристаллов гидроксида магния, обработанных раствором бишофита, из первого реактора поступает во второй реактор каскада. Одновременно во второй реактор каскада подают раствор гидроксида натрия с массовой долей 9,3% с расходом 70,7 кг/ч. Полученную суспензию кристаллов гидроксида магния из второго реактора направляют в третий реактор каскада, содержащий суспензию сформировавшихся кристаллов гидроксида магния. Время пребывания в каскаде реакторов составляет 1 ч.

Кристаллы гидроксида магния фильтруют, промывают на фильтре щелочной водой, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,05%, при массовом отношении щелочная вода: гидроксид магния равном 10:1, затем диспергируют в щелочной воде, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01%, в массовом отношении щелочная вода: гидроксид магния равном 20:1, с образованием суспензии гидроксида магния и фильтруют.

Кристаллы гидроксида магния после финишной промывки нагревают в печи обжига со скоростью 10°C/ мин, прокаливают в течение двух часов при температуре 600°C, измельчают на молотковой мельнице и получают активный высокочистый оксид магния.

Характеристики полученного оксида магния приведены в таблицах 1-2.

Пример 2

Получение оксида магния проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что подают раствор бишофита с массовой долей топлива маловязкого судового 0,0002%, во второй реактор каскада подают раствор гидроксида натрия с массовой долей 9,3% с расходом 71,1 кг/ч, промывку на фильтре проводят обессоленной водой при массовом отношении обессоленная вода: гидроксид магния равном 6:1, после промывки на фильтре кристаллы гидроксида магния диспергируют в обессоленной воде и фильтруют.

Кек гидроксида магния прокаливают при температуре 450°C.

Характеристики полученного оксида магния приведены в таблицах 1-2.

Пример 3

Получение оксида магния проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что подают раствор бишофита, очищенный от тяжелых металлов, железа и сульфатов с массовой долей топлива маловязкого судового 0,0002%, суспензию гидроксида магния из третьего реактора каскада направляют на гидротермальную перекристаллизацию в течение 2 ч при температуре 170°C и давлении 0,6 МПа, промывку кристаллов гидроксида магния проводят на фильтре при массовом отношении щелочная вода: гидроксид магния равном 6:1, диспергирования кристаллов не проводят.

Кек гидроксида магния прокаливают при температуре 450°C.

Характеристики полученного оксида магния приведены в таблицах 1-2.

Пример 4

Получение оксида магния проводят аналогично примеру 3, за исключением того, что кристаллы гидроксида магния после промывки диспергируют в щелочной воде, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,05%, в массовом отношении щелочная вода: гидроксид магния равном 20:1, с образованием суспензии гидроксида магния и фильтруют.

Кек гидроксида магния прокаливают при температуре 450°C.

Характеристики полученного оксида магния приведены в таблицах 1-2.

Пример сравнения

В реактор с рабочим объемом 500 дм³ загружают 361,5 кг раствора гидроксида натрия с массовой долей 9,2% и дозируют 118,5 кг раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 33,46%. Реакционную массу выдерживают при температуре 20-30°C и перемешивании 2 часа. Затем кристаллы гидроксида магния фильтруют, промывают на фильтре обессоленной водой при массовом отношении щелочная вода: гидроксид магния равном 10:1. Кристаллы гидроксида магния нагревают в печи обжига со скоростью 10°C / мин, прокаливают в течение двух часов при температуре 600°C, измельчают на молотковой мельнице и получают оксид магния.

Характеристики полученного оксида магния приведены в таблице 1.

Пример поверхностной обработки

В смеситель типа Хеншеля загружают 200 г оксида магния, полученного по примеру 3, подают 7 г стеариновой кислоты, перемешивают при температуре 80°C в течение 10-20 минут. Получают поверхностно обработанный оксид магния, массовая доля стеариновой кислоты составляет 3,5%.

Приведенные примеры демонстрируют сущность представляемого изобретения, являются иллюстрацией и не ограничивают область заявленного изобретения.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ производства позволяет получать активный высокочистый оксид магния с регулируемой активностью, химической чистотой и гранулометрическим составом.

1. Активный высокочистый оксид магния, имеющий удельную поверхность, определенную методом БЭТ, от 70 до 200 м²/г, средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 10 мкм, отличающийся тем, что имеет активность по йодному числу в диапазоне от 70 до 200 мг J/г MgO, активность по лимонному числу не более 40 с, объем пор в диапазоне от 3,2×10^-2 см³/г до 10,2×10^-2 см³/г, диаметр 10% частиц не более 2 мкм, диаметр 90% частиц не более 30 мкм, массовую долю остатка на сите 150 мкм не более 1%, массовую долю остатка на сите 45 мкм не более 2%, массовую долю хлоридов не более 0,1%, массовую долю кальция не более 0,1%, массовую долю нерастворимых в соляной кислоте веществ не более 0,05%, массовую долю железа не более 0,005%, массовую долю примесей каждого из катионов Ti, Co, Mo, V, Sb, Ba не более 1 ppm, Pb, Cd, As, Hg не более 0,1 ppm;

2. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет удельную поверхность, определенную методом БЭТ, в диапазоне от 130 до 180 м²/г.

3. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет средний размер частиц (d50), определенный методом лазерной дифракции, не более 2 мкм.

4. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю хлоридов не более 0,02% мас..

5. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю кальция не более 0,05% мас..

6. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю карбонатов не более 1% мас..

7. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю сульфатов не более 0,01%.

8. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю железа Fe не более 0,003%.

9. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю марганца Mn не более 2 ppm.

10. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю остатка на сите 150 мкм не более 0,05%.

11. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет массовую долю остатка на сите 45 мкм не более 0,1%.

12. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что имеет динамическую вязкость водной суспензии не более 30 сП.

13. Активный высокочистый оксид магния по п. 1, отличающийся тем, что поверхностно обработан одним или несколькими силановыми связующими агентами, выбранными из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтри-этоксисиланы, аклилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы и/или одним или несколькими поверхностно обрабатывающими агентами, выбранными из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, включающей стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, бегеновую кислоту, миристиновую кислоту, жирные кислоты талового масла и/или их соли щелочных, и/или щелочноземельных металлов, и/или их смеси в количестве 0,1-5,0% от массы оксида магния.

14. Способ получения активного высокочистого оксида магния, возможно, поверхностно обработанного, прокаливанием гидроксида магния, полученного взаимодействием водного раствора соли магния с щелочным агентом, отличающийся тем, что получение кристаллов гидроксида магния проводят непрерывным способом в разделенных и изолированных между собой зонах: зоне обработки затравочных кристаллов, зоне образования и роста кристаллов гидроксида магния и зоне наращивания и агломерирования кристаллов, причем в зону обработки затравочных кристаллов подают водный раствор хлорида магния в присутствии жидких нефтепродуктов и суспензию затравочных кристаллов гидроксида магния в количестве 1-80% от суммарной массы подаваемых исходных реагентов, в зону образования и роста первичных кристаллов направляют суспензию обработанных кристаллов гидроксида магния из предыдущей зоны и щелочной агент при мольном отношении ионов щелочного агента и хлорида магния OH^-:Mg⁺⁺ в пределах (1,9÷2,1):1, в зону наращивания и агломерирования кристаллов направляют суспензию из предыдущей зоны, при этом температуру во всех зонах поддерживают не ниже 40°С, время пребывания суспензии кристаллов гидроксида магния в каждой изолированной зоне составляет не менее 20 мин..

15. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что в качестве водного раствора хлорида магния используют водный раствор хлорида магния синтетического или природного происхождения, предварительно очищенный от тяжелых металлов и/или железа, и/или сульфатов, и/или бора, и/или брома, и/или других нежелательных примесей.

16. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют водный раствор гидроксида натрия.

17. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что в раствор хлорида магния добавляют жидкие нефтепродукты, представляющие собой продукт прямой и/или вакуумной нефтепереработки с температурой начала кипения не ниже 150°С, температурой конца кипения не выше 400°С, плотностью в диапазоне от 750 до 880 кг/м в количестве 0,0001-0,01% по массе.

18. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что суспензию гидроксида магния после зоны наращивания и агломерирования кристаллов направляют на гидротермальную перекристаллизацию частиц гидроксида магния при температуре в диапазоне от 120 до 220°С, давлении в диапазоне от 0,1 до 2,3 МПа и продолжительности в диапазоне от 1 до 24 ч.

19. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что для промывки кристаллов гидроксида магния используют обессоленную воду и/или щелочную воду, представляющую собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей в диапазоне от 0,01 до 0,50%.

20. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что промывку кристаллов гидроксида магния проводят в один или два этапа: на первом этапе кристаллы гидроксида магния промывают на фильтре обессоленной водой и/или щелочной водой, представляющей собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей 0,01-0,50%, на втором этапе кристаллы гидроксида магния диспергируют в водной среде, включающей обессоленную воду и/или щелочную воду, представляющую собой водный раствор гидроксида натрия с массовой долей в диапазоне от 0,01 до 0,50%, в массовом отношении водная среда : гидроксид магния в пределах (5÷30):1, с образованием суспензии гидроксида магния и фильтруют.

21. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что промытые кристаллы гидроксида магния прокаливают в печи обжига при температуре в диапазоне от 300 до 700°С.

22. Способ получения активного высокочистого оксида магния по п. 14, отличающийся тем, что поверхность оксида магния обрабатывают одним или несколькими силановыми связующими агентами, выбранными из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, аклилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы и/или одним или несколькими поверхностно обрабатывающими агентами, выбранными из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, включающей стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, пальмитиновую кислоту, бегеновую кислоту, миристиновую кислоту, жирные кислоты талового масла и/или их соли щелочных и/или щелочноземельных металлов, и/или их смеси в количестве в диапазоне от 0,1 до 5,0% от массы оксида магния.