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      粉體合成
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      高檔氫氧化鎂阻燃劑
      來(lái)源:中國粉體技術(shù)網(wǎng)    更新時(shí)間:2014-01-06 10:14:00    瀏覽次數:
      技術(shù)名稱(chēng):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
      內容摘要: 本項目經(jīng)過(guò)多年對使用水鎂石礦通過(guò)超細粉碎和表面改性制備高檔氫氧化鎂阻燃劑進(jìn)行了一系列的研究,成功的制備出可以滿(mǎn)足PVC阻燃用的超細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(diǎn)。同時(shí),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(zhù)火和著(zhù)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用。但是,加入鹵素阻燃劑的聚合物在燃燒時(shí)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,當今世界的阻燃劑研究朝著(zhù)無(wú)鹵化的方向發(fā)展。氫氧化鋁、氫氧化鎂阻燃劑在應用時(shí)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(wú)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)穩定,因此不產(chǎn)生二次危害。隨著(zhù)火災事故的頻繁發(fā)生以及由此帶來(lái)的重大的人員和財產(chǎn)的損失,我國已經(jīng)規定在修建地鐵等重要的建筑時(shí)使用的電線(xiàn)電纜必須是無(wú)鹵阻燃電線(xiàn)電纜,而隨著(zhù)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(wú)鹵阻燃必然稱(chēng)為今后的發(fā)展方向。近年來(lái),氫氧化鋁(ATH)阻燃劑是無(wú)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(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(jìn)聚合物碳化的作用。因此近年來(lái)對氫氧化鎂阻燃劑的研究較多,應用領(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(guò)利用含有氯化鎂的鹵水、鹵礦等原料與苛性堿類(lèi)在水介質(zhì)中反應,生成的氫氧化鎂經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌干燥就可得到;另一種方式是通過(guò)天然礦物水鎂石經(jīng)過(guò)磨細到所需粒度制得。近年來(lái)世界氫氧化鎂等無(wú)機阻燃劑的用量在80萬(wàn)噸/年,而且預計每年以10%左右的需求增長(cháng)。
      使用氫氧化鎂做阻燃劑又存在以下缺點(diǎn):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(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(shí),聚合物材料的其它性能(如力學(xué)性能和加工性能等)嚴重惡化。解決這一問(wèn)題的方法是對氫氧化鎂粉體在使用前進(jìn)行超細粉碎、表面改性以及與其它阻燃劑進(jìn)行協(xié)同阻燃。這一問(wèn)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(wàn)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(wàn)噸,日本為46萬(wàn)噸,美國40萬(wàn)噸,荷蘭20萬(wàn)噸,意大利15萬(wàn)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(jìn)行單獨阻燃;另一方面,目前我國使用的全部無(wú)毒、低煙無(wú)鹵阻燃劑仍依賴(lài)進(jìn)口,雖然近年阻燃劑的價(jià)格有所下降,然而進(jìn)價(jià)仍然達到1.1~1.5萬(wàn)元/噸,僅電纜業(yè)年需求量就達1萬(wàn)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(jiàn)的構造有塊狀、球狀及纖維狀,是迄今為止自然界發(fā)現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(wàn)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(diǎn)。
              本項目經(jīng)過(guò)多年對使用水鎂石礦通過(guò)超細粉碎和表面改性制備高檔氫氧化鎂阻燃劑進(jìn)行了一系列的研究,成功的制備出可以滿(mǎn)足PVC阻燃用的超細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(diǎn)。同時(shí),該技術(shù)具有生產(chǎn)工藝先進(jìn)、生產(chǎn)成本較國內同類(lèi)成本低、質(zhì)量高、生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有廢水廢渣產(chǎn)生和排放等優(yōu)點(diǎn)。因此,該產(chǎn)品具有廣闊的市場(chǎng)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(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(lèi)和用量)。這一方面需要根據用戶(hù)的要求不斷進(jìn)行技術(shù)試驗和調整。但是該調整不需要進(jìn)行設備和工藝流程的變化,只需要改性工藝的研發(fā)。
              同時(shí),根據用戶(hù)的要求,可以制備出部分經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的表面改性處理的超細氫氧化鎂粉,與其他種類(lèi)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(chǎn)線(xiàn)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(guò)了葫蘆島市科委組織的科技成果鑒定,鑒定結果為技術(shù)水平達到國內領(lǐng)先水平。但是因為該廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)不善,經(jīng)濟效益不佳。
       
        生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介
              本項目擬利用遼寧省營(yíng)口、大石橋、丹東等地產(chǎn)的水鎂石為原料,購買(mǎi)其已經(jīng)研磨粉碎至200目的粉體進(jìn)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(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
              本項目同時(shí)制備兩個(gè)產(chǎn)品,一個(gè)是直接研磨至1250目~2500目的普通粉,沒(méi)有改性(下稱(chēng)產(chǎn)品1);另一個(gè)是研磨至2500目~6000目并經(jīng)過(guò)復合表面改性處理的(下稱(chēng)產(chǎn)品2)。根據國內主要市場(chǎng)的要求,產(chǎn)品指標見(jiàn)表1。
      軟質(zhì)PVC填充阻燃劑的應用配方和軟質(zhì)PVC的主要性能指標見(jiàn)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(chǎn)品1 產(chǎn)品2

      學(xué)

      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(hù)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(zhì)PVC的應用試驗配方
      原料名稱(chēng) 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
      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(cháng)率(%) 70 95 124
      簡(jiǎn)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(fā)煙情況 無(wú) 無(wú) 無(wú)
      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(chǎng)房1000m2,層高局部需要達到8米,按照1000元/m2估算,需要100.00萬(wàn)元;本項目計劃租賃土地和廠(chǎng)房,預計20萬(wàn)元/年;
         2) 設備與安裝投資情況
      介質(zhì)攪拌磨 2臺,                               30萬(wàn)元
      調漿罐  2臺,                                      4萬(wàn)元
      粉體表面改性機 1臺,                        20萬(wàn)元
      板筐壓濾機,1臺                                 6萬(wàn)元
      閃蒸干燥機 1臺,                               25萬(wàn)元
      輔助設備                                              10萬(wàn)元
      合計                                                      95萬(wàn)元
      3 項目流動(dòng)資金                             200萬(wàn)元
      4 其他費用                                      50萬(wàn)元
      按照租賃廠(chǎng)房的方式估算,需要投資375萬(wàn)元。企業(yè)建設期為半年。
      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 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(dòng))1500元
      包裝成本                                                    120元
       
      合計:  產(chǎn)品1的車(chē)間成本為1320元/噸;
      產(chǎn)品2的車(chē)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(chǎng)價(jià)格
              市場(chǎng)售價(jià)根據改性情況和應用性能,未改性超細氫氧化鎂的售價(jià)為1800元左右,改性后的氫氧化鎂售價(jià)根據改性的效果和應用性能,在0.45萬(wàn)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(wàn)元;
          年總銷(xiāo)售額為1800元/噸×2500噸+4500元/噸×2500噸=1575萬(wàn)元;
          年稅前利潤為565萬(wàn)元??鄢鲋刀悾ㄔ鲋挡糠值?7%)96.05萬(wàn)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(wàn)元,企業(yè)所得稅前利潤為458.766萬(wàn)元??鄢髽I(yè)所得稅(稅前利潤的25%)114.70萬(wàn)元,年企業(yè)實(shí)際獲利為344.066萬(wàn)元。
      按照租賃廠(chǎng)房估算,企業(yè)建設期為半年,資金回收期為2年(含建設期和試生產(chǎn)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(yè)協(xié)會(huì )加工利用技術(shù)專(zhuān)委會(huì )副秘書(shū)長(cháng)。
      聯(lián)系電話(huà):010-82322039,18801102618
      E-maildgx@cugb.edu.cn, dugaox@sohu.com
      聯(lián)系地址:100083北京市海淀區學(xué)院路29號中國地質(zhì)大學(xué)材料學(xué)院
       

       
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