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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(shù)網(wǎng)    更新時間：2014-01-06 10:14:00    瀏覽次數(shù)：
技術(shù)名稱：高檔氫氧化鎂阻燃劑
技術(shù)持有者：杜高翔
所屬行業(yè)：建筑材料
內(nèi)容摘要： 本項目經(jīng)過多年對使用水鎂石礦通過超細(xì)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(xì)活性氫氧化鎂阻燃劑。該產(chǎn)品可以單獨用于阻燃PVC塑料，具有抑煙、抑制熔滴、環(huán)保等一系列優(yōu)點。同時，該技術(shù)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(yè)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(yīng)用。但是，加入鹵素阻燃劑的聚合物在燃燒時發(fā)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(dāng)今世界的阻燃劑研究朝著無鹵化的方向發(fā)展。氫氧化鋁、氫氧化鎂阻燃劑在應(yīng)用時是依靠化學(xué)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此不產(chǎn)生二次危害。隨著火災(zāi)事故的頻繁發(fā)生以及由此帶來的重大的人員和財產(chǎn)的損失，我國已經(jīng)規(guī)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(huán)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(fā)展方向。近年來，氫氧化鋁（ATH）阻燃劑是無機阻燃劑中應(yīng)用最廣泛、用量最大的一種，而氫氧化鎂阻燃劑則是發(fā)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(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大。
        氫氧化鎂阻燃劑有兩種生產(chǎn)方式，一是利用化學(xué)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(zhì)中反應(yīng)，生成的氫氧化鎂經(jīng)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(jīng)過磨細(xì)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(yù)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(xiàn)“親水疏油”的性質(zhì)，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(xué)性能和加工性能等）嚴(yán)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(xì)粉碎、表面改性以及與其它阻燃劑進行協(xié)同阻燃。這一問題是制約我國氫氧化鎂阻燃劑發(fā)展的關(guān)鍵因素。
        目前我國的化學(xué)法氫氧化鎂產(chǎn)量約為3萬噸/年，在國際上排不上名次（2010年我國生產(chǎn)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(yè)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(jié)構(gòu)的氫氧化物，屬三方晶系，解理（0001）極完全。常見的構(gòu)造有塊狀、球狀及纖維狀，是迄今為止自然界發(fā)現(xiàn)的含鎂量最高的一種礦物。我國的水鎂石礦主要出產(chǎn)于遼寧省、陜西省和河南省，總儲量約2400萬噸。用水鎂石生產(chǎn)阻燃劑與化學(xué)法生產(chǎn)的氫氧化鎂相比較，具有成本低廉的優(yōu)點。
        本項目經(jīng)過多年對使用水鎂石礦通過超細(xì)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(xì)活性氫氧化鎂阻燃劑。該產(chǎn)品可以單獨用于阻燃PVC塑料，具有抑煙、抑制熔滴、環(huán)保等一系列優(yōu)點。同時，該技術(shù)具有生產(chǎn)工藝先進、生產(chǎn)成本較國內(nèi)同類成本低、質(zhì)量高、生產(chǎn)過程中沒有廢水廢渣產(chǎn)生和排放等優(yōu)點。因此，該產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)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(jù)用戶的要求不斷進行技術(shù)試驗和調(diào)整。但是該調(diào)整不需要進行設(shè)備和工藝流程的變化，只需要改性工藝的研發(fā)。
        同時，根據(jù)用戶的要求，可以制備出部分經(jīng)過簡單的表面改性處理的超細(xì)氫氧化鎂粉，與其他種類的阻燃劑（如有機阻燃劑）復(fù)合阻燃。
        該項目于2006年在遼寧省葫蘆島市建設(shè)生產(chǎn)線1條，產(chǎn)能為3000噸/年，并于2007年5月投產(chǎn)。相關(guān)成果通過了葫蘆島市科委組織的科技成果鑒定，鑒定結(jié)果為技術(shù)水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。但是因為該廠經(jīng)營不善，經(jīng)濟效益不佳。
 
二  生產(chǎn)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(chǎn)的水鎂石為原料，購買其已經(jīng)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(xì)活性氫氧化鎂阻燃劑的生產(chǎn)工藝流程示意圖如下：
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圖1  高檔氫氧化鎂阻燃劑生產(chǎn)工藝流程圖
 
三、產(chǎn)品指標(biāo)
        本項目同時制備兩個產(chǎn)品，一個是直接研磨至1250目~2500目的普通粉，沒有改性（下稱產(chǎn)品1）；另一個是研磨至2500目~6000目并經(jīng)過復(fù)合表面改性處理的（下稱產(chǎn)品2）。根據(jù)國內(nèi)主要市場的要求，產(chǎn)品指標(biāo)見表1。
軟質(zhì)PVC填充阻燃劑的應(yīng)用配方和軟質(zhì)PVC的主要性能指標(biāo)見表2、表3。
表1  氫氧化鎂阻燃劑物化性能指標(biāo)
物化性能 控制范圍
  產(chǎn)品1 產(chǎn)品2
化
學(xué)
成
分		 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(jù)用戶要求
包裝 內(nèi)襯高壓膜外加編織袋 內(nèi)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(zhì)PVC的應(yīng)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(zhì)PVC的性能指標(biāo)
樣品編號 1# 2# 3#
氫氧化鎂改性情況 未改性 改性產(chǎn)品1 改性產(chǎn)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(shù)（％O2） 31.5 29.2 28
發(fā)煙情況 無 無 無
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(chǎn)5000噸高檔氫氧化鎂阻燃劑為例：
3.1 項目投資
   1） 項目生產(chǎn)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(yù)計20萬元/年；
   2） 設(shè)備與安裝投資情況
介質(zhì)攪拌磨 2臺，                               30萬元
調(diào)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(shè)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(yè)建設(shè)期為半年。
3.2 經(jīng)濟效益初步分析
    按照年產(chǎn)2500噸產(chǎn)品1和2500噸產(chǎn)品2估算。
3.2.1 每1噸阻燃劑生產(chǎn)成本
    生產(chǎn)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(xì)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(chǎn)品1的車間成本為1320元/噸；
產(chǎn)品2的車間成本為2820元/噸。
   每噸產(chǎn)品的運費按照150元估算。
3.2.2 產(chǎn)品市場價格
        市場售價根據(jù)改性情況和應(yīng)用性能，未改性超細(xì)氫氧化鎂的售價為1800元左右，改性后的氫氧化鎂售價根據(jù)改性的效果和應(yīng)用性能，在0.45萬元。
3.2.3 經(jīng)濟效益估算
    產(chǎn)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。扣除增值稅（增值部分的17%）96.05萬元、城市建設(shè)費和教育附加費（城市建設(shè)費為增值稅的10%，教育附加費為城市建設(shè)費的6%）10.184萬元，企業(yè)所得稅前利潤為458.766萬元?？鄢髽I(yè)所得稅（稅前利潤的25%）114.70萬元，年企業(yè)實際獲利為344.066萬元。
按照租賃廠房估算，企業(yè)建設(shè)期為半年，資金回收期為2年（含建設(shè)期和試生產(chǎn)期）。

項目負(fù)責(zé)人：杜高翔  副教授、博士后、碩士生導(dǎo)師。現(xiàn)任中國非金屬礦工業(yè)協(xié)會加工利用技術(shù)專委會副秘書長。
聯(lián)系電話：010-82322039，18801102618
E-mail：dgx@cugb.edu.cn, dugaox@sohu.com
聯(lián)系地址：100083北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號中國地質(zhì)大學(xué)材料學(xué)院
 
 
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