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钼 难熔金属材料
用途 钼的应用较广,在电子工业中用作灯泡和电子管中钨丝的支撑材料、阳、栅,还可作钨丝的缠绕芯杆。在金属加工工业中可用作压铸和挤压模具、热穿孔顶头、电阻铆焊的电、钻或镗刀具的刀杆。钼的膨胀系数与高温玻璃相近,是良好的玻璃与金属的封接材料。在原子能工业中用作在液态碱金属介质中工作的材料和在熔盐反应堆中使用。在化学工业中用作耐酸阀门等。用钼作发热体的加热炉在真空或氢气中温度可到2205℃。钼耐玻璃侵蚀,其少量氧化物不会使玻璃着,所以在玻璃及玻璃纤维工业中可代替铂作熔融玻璃的搅拌器,用钼棒或钼板作玻璃熔窑的加热电等。由于钼在高温下不抗氧化,即使加抗氧化保护涂层后也不能在高温下长期使用,因此在航空航天工业中只能作瞬时或短时工作的部件。如火箭发动机的喷管、火箭鼻锥、方向舵、防热屏等。
制取方法钼加工材的制备工艺主要包括坯锭制取、塑性加工、热处理和焊接。
坯锭制取钼坯锭的制取主要有熔炼和粉末冶金两种方法。(1)熔炼法。将垂熔钼条焊接、捆扎成自耗电,用真空白耗电弧炉或电子轰击炉熔炼成钼铸锭。为了脱氧和消除气孔,常加入钛或碳。熔炼钼锭杂质含量低,纯度高,密度可达理论值。但铸锭的晶粒粗大,塑性加工时需要挤压开坯,然后再进一步锻造或轧制。熔炼法产品收得率较低。(2)粉末冶金法。小规格坯锭可由钼粉用传统的机械模压成形,于炉中通氢垂熔烧结成垂熔钼条,作为加工杆、丝、窄带等的坯料或电弧熔炼的自耗电;大规格坯锭用等静压成形,成形压力一般为150MPa,通氢高温烧结,温度一般在1900℃。如需要塑性加工,则坯锭的相对密度(实测密度与理论密度之比)应在93%以上。粉末冶金坯锭的组织均匀、晶粒细,有利于塑性加工,可以不经挤压而直接锻造,板坯可以直接轧制,产品的收得率高。如轧制1.0mm厚的大型钼板,粉末板材的收得率可以比熔炼板材高出1倍以上。因此,粉末冶金法是制取钼坯锭的主要方法。
塑性加工塑性加工可以提高钼的强度和低温塑性,其方法有常规的挤压、锻造和轧制等。用这些方法可以生产钼的棒、板、带、丝和管材。虽然钼在高温下剧烈氧化,但氧并不向内部渗透,氧化层易于清洗,所以坯锭可以在煤气炉或燃油炉中加热,并不需防氧化保护。塑性加工也可在大气气氛中进行,但氧化物的挥发会污染空气,应注意通风防护。
废钼回收的技术创新与未来趋势
行业技术革新聚焦绿色高效方向。湿法冶金领域,离子交换和溶剂萃取技术提升钼回收率至98%以上;火法冶金中,等离子熔炼减少能耗20%。智能化趋势显著:AI分选机器人可识别含钼废料,区块链技术实现供应链透明化管理。未来,随着电动汽车(电池含钼材料)和氢能(钼基催化剂)的兴起,废钼回收将向高纯化、定制化发展,催生专业化细分市场。
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钼molybdenum
元素符号Mo,银灰难熔金属,在元素周期表中属ⅥB族,原子序数42,原子量95.94,面心立方晶体,常见化合价为+6、+5、+4。
在中世纪就使用辉钼矿(MoS2),因其外观很像石墨,被误认为是变态的石墨而用来制作铅笔芯。1778年瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)用硝酸分解辉钼矿,从中发现了一种新元素,以希腊文molybdos(似铅)命名。1782年瑞典化学家耶尔姆(P.J.Hjelm)首次制得金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)。
资源
钼矿分布虽广,但只有少数矿床有开采价值。美国是钼矿的国家,产量占世界总产量的60%以上,其次是智利和加拿大。中国的钼矿产于东北、西北和中南等地区。具有工业价值的钼矿物为辉钼矿,其开采量占钼矿总开采量的90%。辉钼矿容易浮选,可由含钼0.06~0.3%的原矿选得含钼47~50%的精矿。钼的次生矿钼钨钙矿[Ca(Mo,W)O4]、铁钼华(Fe2O3·MoO3·H2O)、钼铅矿 (PbMoO4)和钼铜矿[2CuMoO4·Cu(OH)2]等也有一定开采价值。主要钼矿生产国(中国除外)的钼矿储量和产量(1979年,以钼计)如下:
性质和用途
常温下钼在空气中很稳定,高于600℃时很快地氧化生成三氧化钼(MoO3)。钼与氢不发生化学反应,但钼粉能吸收氢。在温度高于700℃时,水蒸气能将钼氧化成二氧化钼(MoO2)。钼与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃下反应生成碳化钼(Mo2C)。钼能耐稀硫酸、氢氟酸、磷酸等酸腐蚀,但不耐硝酸、王水和氧化性熔盐的腐蚀。钼在常温下能耐碱,但在加热时则被碱腐蚀。
钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。钼是植物所的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。
冶炼
钼生产的主要原料为辉钼精矿。提取过程包括氧化焙烧,三氧化钼、钼粉和致密钼的制取等主要步骤,工艺流程见图。
辉钼精矿的氧化焙烧
一般在600℃下进行,主要化学反应为:2MoS2+7O2─→2MoO3+4SO2↑。焙烧温度不能超过650℃,否则造成MoO3的大量挥发和炉料的粘结。焙烧设备多采用连续操作的多膛炉或间歇操作的反射炉,也可以用流态化炉焙烧。
三氧化钼的制取
将焙砂用氢氧化铵溶液浸出(见浸取),生成钼酸铵溶液:
MoO3+2NH4OH─→(NH4)2MoO4+H2O
液中的铜、铁等杂质用硫化铵或硫化钠使它生成硫化物沉淀除去,然后加入硝酸铅除去过剩的硫离子。将溶液加热到55~65℃,用盐酸调节pH为2~2.5,在激烈的搅拌下析出多钼酸铵[(NH4)2O·mMoO3·nH2O]。为了进一步去除钙、镁、钠等杂质,可将多钼酸铵重新溶于氢氧化铵溶液中形成钼酸铵,过滤后将溶液蒸发,使氨挥发,而钼生成仲钼酸铵结晶[(NH4)2O·7MoO3·4H2O],经脱水和煅烧后得到纯度99.95%的三氧化钼。氧化钼的制取还可采用升华法,将焙砂在900~1000℃下加热,三氧化钼因蒸气压较高不断挥发,经布袋收尘器收集后,得到纯度大于99%的三氧化钼细粉。利用此法也可处理金属钼废料以回收钼。
金属钼粉的生产
在管状电炉中用氢还原三氧化钼。工业生产还原过程分两步:先在450~650℃下将MoO3还原成MoO2,再在900~950℃下将MoO2还原成钼粉。MoO3还可用碳还原成钼粉,但纯度较差。
致密钼的制取
①粉末冶金法,是将钼粉用酒精甘油溶液润湿混合,在压力约3吨力/厘米2下压制成坯条或坯块。将坯条在氢气氛中于1100~1200℃下预烧结,随后把电流直接通入坯条,使之加热到2200~2400℃进行高温垂熔(即高温烧结,见钨),得致密金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)坯条。②熔铸法,一般是将已烧结的钼条进行真空自耗电弧重熔,可以得到重达数吨的钼锭。为了制取高纯钼锭,可采用真空电子束熔炼法和区域熔炼法。
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牌号
化学成分
Mo
%
min
杂质,
% , Max
SiO2
As
Sn
P
Cu
Pb
CaO
WO3
Bi
Kmo53-A
53
6.5
0.01
0.01
0.01
0.015
0.15
1.50
0.05
0.05
Kmo53-B
53
5.0
0.05
0.05
0.02
0.20
0.30
2.00
0.25
0.10
Kmo51-A
51
8.0
0.02
0.02
0.02
0.20
0.18
1.80
0.06
0.06
Kmo51-B
51
5.5
0.10
0.06
0.03
0.40
0.40
2.00
0.30
0.15
Kmo49-A
49
9.0
0.03
0.03
0.03
0.22
0.20
2.20
--
--
Kmo49-B
49
6.5
0.15
0.06
0.04
0.60
0.60
2.00
--
--
Kmo47-A
47
11.0
0.04
0.04
0.04
0.25
0.25
2.70
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--
Kmo47-B
47
7.5
0.20
0.07
0.05
0.80
0.65
2.40
--
--
Kmo45-A
45
13.0
0.05
0.05
0.05
0.20
0.30
3.00
--
--
Kmo45-B
45
8.5
0.22
0.07
0.07
1.20
0.07
2.60
--
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