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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。
废钼回收的经济效益与成本分析
废钼回收的盈利空间受国际钼价、回收成本和下游需求三重影响。当前钼价波动较大(约20-40美元/磅),回收企业需灵活调整采购策略。成本方面,物流、分选和化学试剂占总支出的60%以上,尤其是低品位废料的提纯成本较高。但相比原矿开采,废钼回收可节省50%以上的能源费用,长期看经济效益显著。部分企业通过规模化回收和工艺创新(如废催化剂协同处理)降低成本,利润率可达15%-25%。
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。
钼是一种银灰金属,在1778年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现,因为钼矿常与铅矿共生,钼的名称也是来源于希腊语“molybdos”,意为铅。
钼有为良好的性质,熔点、导热、导电、耐腐蚀性能,它的膨胀系数低,被使用在钢铁、石油化工、航空航天、电子器件等领域。
报废的钼金属通常呈现出以下几种形态和外观:
有关钼废材的回收,包括以下的几个流程。由于不同形态的钼废料其回收方法有所不同,需要将含钼废料从其他废料中分离出来。
其中对于较大的钼废料,可以通过机械切割、破碎等方法进行初步处理,来减小废料体积。针对钼催化剂等形态复杂的钼废料,则需要通过化学溶剂进行溶解、浸出等处理,将钼与其他物质分离。
将经过初步处理的钼废料进行高温处理,蒸发除去杂质,留下纯钼。,通过电解精炼的方法进一步提纯钼,使其达到工业应用的要求。
钼简介:密度10.2克/立方厘米。熔点2610℃。沸点5560℃。化合价+2、+4和+6,稳定价为+6。钼是一种过渡元素,易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下,钼很可能是处于+6价状态。
虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态,但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分,从而确知其为人体及动植物的微量元素。
钼的发现过程:
1782年,瑞典的埃尔姆,用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,而得到钼。
1953年确知钼为人体及动植物的微量元素。主要矿物是辉钼矿[1](MoS2)。
天然辉钼矿MoS是一种软的黑矿物,外型和石墨相似。18世纪末以前,欧洲市场上两者都以 “molybdenite”名称出售。
1779年,舍勒指出石墨与molybdenite(辉钼矿)是两种不同的物质。他发现硝酸对石墨没有影响,而与辉钼矿反应,获得一种白垩状的白粉末,将它与碱溶液共同煮沸,结晶析出一种盐。他认为这种白粉末是一种金属氧化物,用木炭混合后强热,没有获得金属,但与硫共热后却得到原来的辉钼矿。
1782年,瑞典一家矿场主埃尔摩从辉钼矿中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。我们译成钼。它得到贝齐里乌斯等人的承认。
钼-99是钼的放射性同位素之一,他在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中。当钼-99衰变时生成锝-99,在需要时可把锝 -99从容器中取出发给病人。
钼的主要用途: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。
纯钼丝用于高温电炉和电火花加工还有线切割加工;钼片用来制造无线电器材和X射线器材;钼耐高温烧蚀,主要用于火炮内膛、火箭喷口、电灯泡钨丝支架的制造。合金钢中加钼可以提高弹性限、抗腐蚀性能以及保持永久磁性等,钼是植物生长和发育中所需七种微量营养元素中的一种,没有它,植物就无法生存。动物和鱼类与植物一样,同样需要钼。
产品介绍
钼(Mo)为银白金属,硬而坚韧,与钨一样是一种难熔稀有金属;钼在常温下不与HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及碱溶液反应;钼只溶于浓HNO3、王水或热而浓的H2SO4、煮沸的HCI中。钼的化学性质比较稳定,常温或在不太高的温度下,钼在空气或水里是稳定的;在空气中加热,颜开始由白()转暗灰;温升至520℃,钼开始被缓慢氧化,生成三氧化钼;温升至600℃以上,钼迅速被氧化成MoO3。钼在水蒸气中加热至700~800℃便开始生成MoO2,将它进一步加热,二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。
产品参数
中文名 钼 化学式 Mo 分子量 95.95
熔点 2620 ℃ 沸点 5560℃ 密度 10.2g/cm3
纯度 99.95%
摘要:从铜含量为0.77%~1.32%之间的铜渣中回收金属,回收金属主要为铜;然而一些渣也含有0.4%左右的钼,有可能将熔融的铜渣变为一种新原料来开发新工艺,得到新产品。从这点来讲,使用焙烧-浸出工艺处理铜渣是为了回收渣中的钼,用氧化焙烧法将氧化铁转化为不溶性赤铁矿,而铜和钼转化为可溶态溶于酸溶液。因为钼与氧化铁类晶石相结合,在浸出过程中它的还原会受四氧化三铁成分影响,使用硫酸进行渣浸出,钼的回收率超过80%。因此,使用两段工艺,即氧化焙烧后酸浸对钼进行回收,得到的结果表明这种方法的可行性。
0前 言
当前,受经济、环境及金属高消费问题的影响,迫使人们开发更经济有效、从二次资源中回收有价金属的方法得到了推广。智利每年要产出含铜量为0.77%~1.32%、含钼0.4%及大量的铁和二氧化硅的铜渣超过350万t,因而,在循环利用金属萃取工艺上,铜渣就显示出了它的经济潜力[1]。
从铜渣中萃取金属有许多湿法冶金方面的建议,这包括直接从硫酸或氯化铁中浸出,也有将渣与硫酸、硫酸铵、硫酸铁焙烧或在还原的条件下酸浸这方面的报道。然而,的报道都是涉及铜和钴或镍还原方面,关于通过湿法冶金工艺从铜渣中回收钼的数据少有报道[4-8]。
因此,有人提议焙烧低品位的钼精矿与石灰或碳酸钠,将钼转化为钼酸盐,也有人研究将废催化剂与碳酸钠焙烧,还原可溶性钼酸盐[9-12]。因此,生产钼有效的方法是将钼精矿焙烧得到三氧化钼,随后对三氧化钼进行还原得到金属钼[12]。所以,本工作的重点是研究氧化物经过焙烧后酸浸,从铜渣中回收钼的可行性。
1从理论上讲
铜渣中的矿物学成分及所呈现的相取决于加
工矿物的类型、炉子的类型及冷却方法等几方面的因素。缓冷导致渣的组分有相当数量的结晶,形成大量的不同矿物相,冷却的速度越慢,矿物相增长越大;缓冷速度快,有可能产生非晶体渣,因而金属在渣中分布越均匀[14]。当铜渣是晶体时,主相通常是伴有硅酸盐的硅酸铁盐及金属氧化物,铜以氧化物或硫化物或两者的混合体存在。
在铜的回收过程中,比较典型的铜渣分析显示,钼分散在整个氧化铁相中,钼高度氧化,并与四氧化三铁的化学结构相结合,如图1所示。
在冶炼前,由于钼从硫化铜矿中浮选的效率低,所以钼出现在渣中。同时,也有报道说钼与属于2FeO·MoO2-Fe3O4系列的尖晶石结合,浸出率低[15]。
在熔融状态下,除了带入液体的一些铜及硫化铜以外,从化学性质上讲,渣是均质的,在急速冷却条件下,它仍保持均质状态。当渣缓慢冷却时,它不会过氧化,且至少可能形成两种固体相:硅酸亚铁和部分被氧化成的四氧化三铁,铜仍为硫化物;这种条件下通常通过浮选回收铜。然而,根据以下反应,铜、硫化铜及氧化铜在高度氧化焙烧条件下,温度在600~800 ℃时,能被转化。
Cu+1/2O2=CuO (1)
Cu2S+2O2=2CuO+SO2 (2)
Cu2O+2/3O2=2CuO (3)
在这些条件下,当温度达到800~1 100 ℃之间时,硅酸铁在有氧条件下分解,具体如下:
2FeO·SiO2+1/2O2=Fe2O3+SiO2 (4)
2FeO·SiO2+1/3O2=2/3Fe2O3+SiO2 (5)
根据以下反应,钼从它与氧化铁的尖晶石的组合物中分离出
2FeO·MoO2·Fe2O3+O2= 2Fe2O3+MoO3 (6)
图2实验室实验的结构图
因而,氧化焙烧会使铁硅酸盐分解,形成不溶于酸溶液的四氧化三铁和二氧化硅,这样在室温条件下,经过焙烧工序处理的产品就很容易通过酸浸进行处理,钼的还原效果就好,铜仍留在渣里面。
2实 验
缓冷和速冷却的系列冶炼铜渣的化学特性,如表1所示。
表1系列冶炼铜渣的化学性质* %
在一个典型的试验中,渣在实验室的管式Lindberg-Blue 炉0.5 cm厚的固定床上进行焙烧,条件如下:温度700 ℃,所用气体中混有90%的空气及10%的二氧化硫,物料粒度400目为100%,所得到的煅烧砂使用标准浸出测试法用如下条件在实验室中浸出:温度为18~20 ℃,硫酸为50 g/L,液固比为10∶1,物料粒度200目为100%,如图2所示浸出2 h。进行浸出测试以确定不经过煅烧步骤渣的溶解性,条件如下:温度为20 ℃,硫酸150 g/L,液固比为10∶1。
空气与二氧化硫混合是为了评估使用冶炼烟气促成四氧化三铁反应的可行性,正如以前报告中提到的计划那样,增加铜渣的商用价值[17]。
3结果与讨论
图3显示的是使用扫描电镜技术扫描到的缓冷渣的特性,微探针分析显示的是沉积的氧化物及硅酸盐的络合物,钼在这里形成了一个Fe-Mo-O的分离相,如1#、2#和4#相所示,络合物中铁的含量在52.03%~63.57%之间,钼含量在1.25%~6.35%之间。同时,这些相中二氧化硅的含量低,表明铁能在磁铁矿中呈现如FeO·MoO2-Fe3O4样的尖晶石结构,3#相显示的是玻璃状的铁硅酸盐型含钼量低的二氧化硅富集溶液。
图4是渣的扫描电镜分析,如图4a所示,可观察到铁分布在整个玻璃状的铁硅酸盐相中;图4b显示的是钼散布在渣中并与铁的分布路径紧邻的硅酸盐相。
铁的高萃取率表明铁硅酸盐的主要部分分解,这导致酸的消耗及溶液中胶态氧化硅增加,也增加了后期钼分离的难度。每吨渣所消耗的硫酸量在800~1 000 kg,溶液中的二氧化硅的富集量在10~15 g/L。
如图5所示,含不同成份磁铁矿的渣使用焙烧-浸出工艺,可观察到渣随着钼还原量的增加,四氧化三铁含量减少。
由于钼与氧化铁尖晶石结合在一起,酸浸不易分解,需要氧化成为钼的易溶态或氧化钼,这样才能在浸出过程中溶解,铁被氧化成为氧化铁,以便对钼进行选择性浸出。
在氧化过程中,氧化铁尖晶石转化为氧化铁,钼从铁尖晶石相中分离出,同时也被氧化成为它的高氧化态并反应生成热稳定的合成物,该合成物可以从氧化铁及硅酸盐合成物中不受限进行选择性浸出。
这里应当注意渣的熔点,这些合成物可以互溶,且由于氧化亚铁和四氧化三铁决定了铜渣的氧化态,可以得出钼的还原态为Mo4+。
因为渣中钼的浓度比较低,与以高的浓度并以Fe2+及Fe3+氧化物形态存在的氧化铁相比,很难经过分析实二氧化钼的存在。然而,有一点清楚,渣与四氧化三铁尖晶石晶化,形成二氧化钼固溶体,钼的浸出率低。
4结 论
铁和钼分布在整个玻璃状硅酸盐相,且在渣中钼的分布与铁的分布路径紧紧相邻,因此,钼主要与氧化铁尖晶石相结合。
由于氧化反应破坏了渣的结构,产生赤铁矿及方晶石,氧化铁及二氧化硅成为渣的主要成份,二氧化硅相中也应当有次要的氧化物成份出现,因而,在被氧化的渣中,硅酸盐及氧化铁就成为预期的两个主要的基本相。
人们普遍认为,渣氧化的结果是钼和铁被氧化成高氧化态,因而使用酸浸工艺就可以将钼从渣的氧化微粒中选择性浸出。
渣中的四氧化三铁显示,钼是嵌入在尖晶石固体相中,说明它在酸溶液中的溶解度低。然而,渣的溶解度测试结果显示,当渣中的四氧化三铁含量减少时,钼的萃取率提高,这对渣的焙烧转化同样有效。