Процесс ультратонкого измельчения гидроксида магния: полное руководство по технологическим схемам, выбору оборудования и высокоценным областям применения

В связи с ужесточением глобальных экологических норм и углублением реализации стратегии “двойного углеродного целевого показателя”, гидроксид магния – в качестве нетоксичного, подавляющего дым и некоррозионного экологически безопасного неорганического антипирена – переживает взрывной рост спроса. Мировое производство гидроксида магния в 2022 году достигло 305 000 тонн, а стоимость произведённой продукции составила 3,47 млрд юаней. Однако рыночная стоимость гидроксида магния тесно связана с его чистотой, степенью измельчения, гранулометрическим составом и удельной поверхностью. Ультратонкое измельчение, являясь ключевой технологией для повышения добавленной стоимости продукции на основе гидроксида магния, стала предметом пристального внимания со стороны отрасли. В данной статье представлен всесторонний анализ технологических схем, основного оборудования и тенденций развития в области ультратонкого измельчения гидроксида магния.

1. Почему Ультратонкое измельчение Нужен ли гидроксид магния?

Огнезащитные свойства гидроксида магния тесно связаны с размером его частиц. Чем меньше размер частиц антипирогенного добавки на основе гидроксида магния, тем выше её огнезащитный эффект. По мере уменьшения размера частиц удельная поверхность увеличивается, а поверхностные свойства изменяются, что способствует улучшению дисперсии и механических свойств в полимерных матрицах.

В частности, основные преимущества, обеспечиваемые ультратонким измельчением, включают:

• Повышенная огнестойкость: Гидроксид магния разлагается с поглощением тепла при температуре около 340 °C, что примерно на 100 °C выше, чем у гидроксида алюминия, благодаря чему он подходит для переработки пластмасс при более высоких температурах. После измельчения частиц удельная поверхность может быть увеличена до 30–50 м²/г, что улучшает межфазную совместимость с полимерной матрицей.
• Улучшенные эксплуатационные характеристики наполнителя: Ультрадисперсный порошок распределяется в полимерных материалах более равномерно, что позволяет эффективно снизить необходимое количество наполнителя. В полиэтилене долю добавки наногидроксида магния можно снизить с 60% до 40%, при этом сохранённость прочности на разрыв увеличивается с 50% до 80%.
• Более эффективное подавление дыма: Исследования показывают, что по мере уменьшения размера частиц порошка гидроксида магния эффективность подавления дыма постепенно повышается.

Измельчение частиц посредством дробления является более простым процессом, чем многие другие способы переработки, что позволяет с минимальными затратами производить высококачественный порошок, обладающий более широкими возможностями применения.

2. Основные технологии получения гидроксида магния Ультратонкое измельчение

Ультрамелкое измельчение гидроксида магния подразделяется на два основных технологических способа: сухое измельчение и мокрое измельчение, каждый из которых имеет свои собственные сценарии применения и технологические особенности.

2.1 Процесс сухого измельчения

Сухое измельчение является основным методом ультратонкого измельчения гидроксида магния и особенно подходит для гидроксида магния высокой чистоты. К основному оборудованию относятся струйные мельницы, кольцевые вальцовые мельницы и вертикальные вальцовые мельницы ультратонкого измельчения.

Типичная технологическая схема:

Сырье (бруцитовая руда или синтетический гидроксид магния) → Грубое дробление (щековая дробилка/молотковая дробилка) → Ультратонкое измельчение (струйная мельница/кольцевая вальцовая мельница/вертикальная мельница) → Классификация → Сбор → Готовая продукция

Гидроксид магния высокой чистоты, как правило, перерабатывается с помощью струйной мельницы, с помощью которой можно без труда получить ультрадисперсный порошок в 1–74 мкм диапазон. Система струйного измельчения обычно включает в последовательности: загрузочный бункер, устройство струйного измельчения, воздушный классификатор, циклонный коллектор, пылевой фильтр и вентилятор с принудительной тягой.

2.2 Процесс влажного измельчения

Влажное измельчение — ещё один важный способ ультратонкого измельчения, особенно подходящий для получения частиц субмикронного или даже наноразмерного размера. Типичная схема этого процесса следующая:

Предварительная обработка сырья (предварительное измельчение, сушка) → Приготовление суспензии (вода + диспергатор) → Мокрое измельчение (шариковая мельница/мельница с перемешивателем) → Классификация → Сушка → Упаковка готовой продукции

При мокром измельчении в качестве дисперсионной среды используется вода, в которую добавляются поверхностно-активные вещества или диспергаторы для получения стабильной суспензии. Измельчение частиц происходит под действием ударных и сдвиговых сил, создаваемых измельчающими элементами высокой плотности (например, шариками из силиката циркония).

Сравнение «сухого» и «мокрого» способов:

3. Сравнение вариантов выбора основного оборудования

Различные установки для ультратонкого измельчения отличаются по принципу действия, степени измельчения и энергопотреблению. Выбор должен основываться на целевых характеристиках продукции и масштабах производства.

3.1 Струйная мельница — лучший выбор для ультратонкого измельчения с высокой степенью чистоты

Струйная мельница — это классическое оборудование для ультратонкого измельчения гидроксида магния. Принцип её работы заключается в том, что сжатый воздух после охлаждения, фильтрации и осушения расширяется при прохождении через сопла, образуя сверхзвуковой воздушный поток который поступает в камеру измельчения. Частицы материала интенсивно сталкиваются, ударяются друг о друга, трутся и подвергаются сдвигу в точке пересечения нескольких струй из сопел, что обеспечивает измельчение до ультрамелкого размера.

Основные преимущества:

• Измельчение без использования носителей – отсутствие металлических примесей, высокая чистота
• Высокая степень измельчения — позволяет без труда получить ультратонкий порошок с D90 = 1–74 мкм
• Работа в условиях отрицательного давления — отсутствие запыленности на объекте
• Некоторые возможности по изменению формы частиц

Справочник технических характеристик: конечная степень измельчения 1–75 мкм, размер сырья ≤5 мм, производительность одной установки 1–4000 кг/ч. Некоторые модели струйных мельниц позволяют измельчать порошок гидроксида магния до 3000–10 000 меш.

3.2 Кольцевая вальцовая мельница — революционное решение для энергосбережения и сокращения затрат

Для решения проблем, связанных с высоким энергопотреблением и значительными затратами на техническое обслуживание традиционных струйных мельниц, кольцевая вальцовая мельница В последние годы эта технология стала революционным решением в области ультратонкого измельчения гидроксида магния.

Гидроксид магния обладает относительно низкой твёрдостью (по шкале Мооса ~2,5–3), но требует чрезвычайно высокой степени измельчения и характеризуется некоторой липкостью. Кольцевая вальцовая мельница, благодаря своей уникальной “Трехмерный механизм измельчения ”удар + экструзия + дробление», идеально соответствует характеристикам помола гидроксида магния.

Результаты практического применения (пример крупного производителя антипиренов на основе гидроксида магния в Восточном Китае):

• Увеличение объема производства: При одинаковой степени измельчения (D97: 10 мкм) производительность одной установки кольцевой вальцовой мельницы составляет на 30% выше чем у струйной мельницы.
• Снижение энергопотребления: Общее энергопотребление на тонну составляет сократился более чем на 35%, что позволяет ежегодно экономить миллионы юаней на расходах на электроэнергию.
• Повышение качества: Частицы приобретают более округлую форму, сыпучесть улучшается, а эффективность использования связующего вещества повышается.
• Регулируемый размер частиц: Скорость встроенного классификатора регулируется плавно, что позволяет точно контролировать распределение частиц по размерам.

Кольцевая вальцовая мельница способна перерабатывать гидроксид магния за один проход до 325 меш – 2500 меш (D97), причем доля частиц размером менее 2,5 мкм составляет около 40%. Дробильные валки и кольца изготовлены из специальной износостойкой легированной стали, что позволяет увеличить срок службы в 2–3 раза.

3.3 Ультратонкая вертикальная валковая мельница – Еще один вариант для крупносерийного производства

Ультрамелкодисперсные вертикальные вальцовые мельницы (например, серии HLMX) объединяют в одном агрегате процессы ультрамелкого измельчения и классификации, что делает их пригодными для крупномасштабного непрерывного производства. Они отличаются высокой производительностью отдельного агрегата и высоким уровнем автоматизации, благодаря чему идеально подходят для производственных линий с годовой мощностью в десятки тысяч тонн и более.

3.4 Рекомендации по выбору оборудования

4. Основные области применения ультрадисперсного порошка гидроксида магния

Ультрадисперсный гидроксид магния, обладающий тремя функциями: огнестойкость, подавление дыма и заполнение, широко применяется в следующих областях:

4.1 Составы для кабелей с низким уровнем дымовыделения и без галогенов (LSZH)

Ультрадисперсный гидроксид магния является одним из важнейших безгалогенных антипиренов для промышленности по производству проводов и кабелей. В типичной рецептуре 55 частей ультрадисперсного гидроксида магния (модифицированного силаном, размер частиц 1 мкм) позволяют достичь индекса кислорода 38 и класса огнестойкости UL94 V-0.

4.2 Инженерные пластики и резина

Ультрадисперсный гидроксид магния может широко применяться в инженерных пластиках, эпоксидных смолах, каучуке и т. д. Благодаря измельчению частиц значительно улучшаются его диспергируемость и совместимость с полимерными матрицами, что способствует повышению механических свойств готовой продукции.

4.3 ПВХ-пленки и оболочки кабелей для горнодобывающей промышленности

Исследования показывают, что ультрадисперсный гидроксид магния может заменить борат цинка и триоксид кобальта, обеспечивая более эффективные свойства подавления дыма и одновременно отвечая требованиям к огнестойкости. Он особенно подходит для применения в случаях, когда предъявляются строгие требования к огнестойкости и подавлению дыма, например, в оболочках горнодобывающих кабелей и кабельной фурнитуре.

4.4 Исходное вещество для получения магнезии высокой чистоты

Ультрадисперсный гидроксид магния высокой чистоты также является важным сырьем для производства магнезии высокой чистоты, магнезии для кремниевой стали и различных видов активной магнезии.

5. Развитие отрасли и тенденции в области технологий

5.1 Основное внимание уделяется продуктам ультрамелкого и наноразмерного размера

Снижение размера частиц гидроксида магния с 5–10 мкм до 0,5–2 мкм (ультрадисперсный) или 50–200 нм (нанодисперсный) с помощью струйного измельчения и мокрого измельчения является основным направлением современного технологического развития.

5.2 Постоянные прорывы в области технологий масштабируемого производства

Такие компании, как «Хэфэй Чжунке Флейм-Ретардэнт Нью Материалс», подали заявки на патенты, касающиеся масштабируемого производства ультрадисперсного гидроксида магния с размером частиц D50: 1–2 мкм. Крупномасштабное, энергоэффективное и непрерывное производство становится целью отрасли.

5.3 Постоянная модернизация оборудования для сухого измельчения

Оборудование нового поколения для сухого ультратонкого измельчения, представленное кольцевой вальцовой мельницей, опровергает традиционное представление о том, что “ультратонкое измельчение обязательно должно быть энергоемким”. При одинаковой степени измельчения оно обеспечивает целый ряд преимуществ, таких как на более чем 30% выше производительность и на более чем 35% ниже энергопотребление.

5.4 Экологичное производство становится нормой

Работа в полностью герметичной камере с отрицательным давлением, полное отсутствие выбросов пыли и низкий уровень шума стали стандартными требованиями к производственным линиям по ультратонкому измельчению гидроксида магния. Показатели экологической эффективности, такие как герметичность оборудования и работа системы с отрицательным давлением, напрямую влияют на конкурентоспособность компании на рынке.