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废钼回收的社会效益与行业挑战
该行业的社会效益远超经济价值:一方面缓解资源短缺,保障战略金属供应链安全;另一方面创造大量就业,如废料分拣、技术研发等岗位。但挑战亦存:小作坊式回收导致环境污染,需加强监管;高端应用(如核工业钼材)对回收技术要求极高,国内企业仍依赖进口设备。推动产学研合作(如共建钼再生实验室)和行业标准统一,将是破局关键。
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、钼箔片、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。
钼坩埚烧蚀,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。
钼这一曾被冠以“战争金属”之名的稀有材料,其熔点高达2610℃的物理特性与的化学稳定性,不仅重塑了机器人核心部件的性能边界,更在产业链上下游掀起一场从资源争夺到技术突破的深度变革。
钼的应用早已突破传统钢铁行业的藩篱。在特斯拉Optimus的线性驱动模块中,含钼合金制成的行星滚柱丝杠以每秒数千次的往复运动承受着端载荷。这种材料的高温稳定性,使得机器人关节在连续运转中避免了传统钢材因热膨胀导致的精度衰减。
在更微观的层面,二硫化钼(MoS₂)纳米涂层技术正颠覆机械传动设计——厚度仅为头发丝千分之一的润滑层,可将齿轮磨损率降低70%,这对于需要终身免维护的服务型机器人。
电子系统的进化则进一步释放了钼的潜能。金钼股份(601958.SH)研发的结构钼粉,成功替代了日本产品,成为精密传感器外壳的首选材料。这种粉末冶金技术的突破,使得机器人触觉模块在潮湿、腐蚀性环境中仍能保持信号传输稳定性,为海底勘探机器人等特种设备铺平道路。
中国以590万吨钼储量占据39%的资源话语权,但低品位矿占比高达81%的现实,迫使产业向高附加值领域突围。2024年钼消费28.6万吨中,12.6万吨来自中国,其中新兴领域需求增速达18%。这背后是钢铁行业高端化转型的——每吨高端的钼添加量从0.3%提升至2.5%,直接推动洛阳钼业(603993.SH)将钼铁年产能扩至4.42万吨。
杠杆正在撬动更深层次的变革。2025年1月实施的钼制品出口管制新政,将纯度≥97%、粒径≤50μm的钼粉纳入管控,这既是对战略资源的保护,也倒逼企业加速技术升级。攀钢钒钛(000629.SZ)开发的氯化法提纯工艺,将钼精矿加工成本降低20%,其99.9%高纯钼产品已进入波士顿动力供应链。
在人形机器人制造链中,两类钼基材料扮演着关键角:钼铁合金(FeMo70)作为结构增强剂,通过“一步法”焙烧工艺融入机器人骨架;99.95%以上纯度的高纯钼粉,则经由氢气氛烧结炉在1500℃下成型,成为神经网络的电子接点。紫金矿业(601899.SH)沙坪沟钼矿的智能化配矿系统,通过AI算法实时优化矿石入选品位,将资源利用率从68%提升至92%,这种数字孪生技术正在改写传统采矿模式。
技术正在突破物理限。美国罗格斯大学开发的二硫化钼微型致动器,以1.6毫克自重拉动265毫克负载的能量密度,为微型化驱动单元提供了新思路。而河钢股份(000709.SZ)的亚熔盐法清洁生产体系,不仅将废水回用率提升至95%,更使钼制品晶界纯度达到航空级标准。
当前钼价已从2024年的3600元/吨度攀升至2025年3月的4200元/吨度,12%的涨幅背后是结构性缺口的持续扩大。若2030年人形机器人出货量突破1000万台,仅此领域就将新增500-1000吨钼需求,叠加风电、半导体等产业拉动,市场规模有望突破120亿元。但挑战同样尖锐:中国81%的钼矿品位低于0.12%,开采能耗是智利伴生矿的3倍,这迫使企业转向生物浸出等绿冶金技术,湖南某企业的微生物提钼工艺已使低品位矿利用率提升至75%。
钼产业的未来不仅关乎材料本身,更是高端智能制造与可持续开发的新。
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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。
【论文】氧化铝陶瓷的低温钼金属化研究
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钼金属可行性研究报告
【论文】钼基非金属材料研究进展
金属钼行业研究报告
2014-2018年中国金属钼市场行情态势及投资前景研究报告
2014-2018年中国金属钼行业市场分析及投资方向研究报告
粉冶金属钼的动态再结晶行为研究
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钼金属通常采用粉末冶金技术生产。采用液压技术将钼粉压实,并在约2100°C的温度下进行烧结。在870-1260°C温度范围进行热加工。当钼在高于约600℃的空气中加热时,会形成挥发性氧化物,因此高温应用于非氧化性环境或真空环境。
钼粉球形团块(蕾丝花边状),中间有镍铬合金实心球体粘附钼粉。
钼基合金在高温(高达1900°C)下具有出的强度和力学性能稳定性。它们的延展性高,韧性好,对缺陷和脆性断裂的耐受性高,优于陶瓷。钼合金的性能可应用于许多领域,如:
高温加热元件、辐射防护装置、挤压部件、锻模等;
用于临床诊断的旋转X射线阳;
玻璃熔炉电和耐熔融玻璃的部件;
用于半导体芯片安装的散热器,其热膨性能与硅匹配;
厚度仅几埃(10-7毫米)的溅射层,用于集成电路芯片上的门与互连元件;
汽车活塞环和机器零件的喷射涂层,可减小摩擦改善耐磨性能。
高温炉热区采用钼金属@奥地利PLANSEE AG
钼添加许多其他金属合金元素后,有专门的用途:
钼钨合金以其出的耐熔融锌能力而著称;
钼包覆铜可用于低膨胀率、高导电率的电子电路板;
钼-25%铼合金用于火箭发动机部件和液态金属热交换器,它们在室温下具有延展性。