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废钼回收的环保意义与政策支持
钼矿开采伴生重金属污染和生态破坏,而废钼回收可大幅减少环境负荷。每回收1万吨废钼,相当于减少30万吨矿石开采和10万吨二氧化碳排放。全球多国通过政策鼓励回收:欧盟将钼列为关键原材料,要求成员国提高回收率;中国《“十四五”循环经济发展规划》明确支持稀有金属再生利用。企业若通过ISO 14001认证或采用清洁生产技术(如废酸循环利用),还可获得税收优惠,进一步强化环保与经济的双赢。
钼(Mo)是一种金属元素,原子序数为42。它是一种银白的有光泽的金属,具有高熔点和高热导率。钼在自然界中以多种矿石的形式存在,常见的是钼辉矿和钼铜矿。
钼具有许多重要的工业应用。由于其高熔点和耐高温性能,钼被广泛用于制造高温合金、耐火材料和真空炉。钼还是电子产业中重要的材料,用于制造电子管、半导体器件和薄膜电阻器。此外,钼还被用于制造钼丝、钼箔、钼片等材料,用于电子显微镜、X射线管和真空设备。
钼也是一种重要的合金元素。它可以与其他金属如铁、镍、铜等形成合金,提高合金的硬度、强度和耐腐蚀性。钼合金广泛应用于航空航天、汽车、化工等领域。
此外,钼还有一些其他应用。例如,钼在农业中作为植物的微量元素,促进植物生长和提高产量。在医学领域,钼被用作放射性示踪剂和物成分。钼的同位素还被用于放射治疗和核能研究。总体而言,钼在各个领域都有着重要的应用和价值。
化工领域
润滑剂:二氧化钼是一种良好的固体润滑剂,因为它的摩擦系数很低,屈服强度很高,能在真空和各种温、高温下正常使用,因而被广泛应用于燃气轮机、齿轮、模具、航空航天、核工业等领域。
催化剂:钼的化合物是用途广的催化剂之一,被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如:二硫化钼具有抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂;钼与钴、镍结合用作石油提炼预处理的催化剂。其他常见的含催化剂有:二硫化钼、氧化钼、钼酸盐、仲钼酸铵等。
电子电气领域
钼具有良好的导电性和耐高温性,热膨胀系数与玻璃相近,被广泛用于制造螺旋灯丝的芯线、引出线及挂钩等部件。此外,钼丝也是理想的电火花线切割机床用电丝,能切割各种钢材和硬质合金,其放电加工稳定,能有效提高模具精度。
医学领域
钼是人体的微量元素之一,也是多种酶的组成部分,在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。适量的钼能够促进人体发育,增强氧在体内的储留下,抑制肿瘤,维护心肌的能量代谢,保护心肌,而钼的缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等疾病,因而钼也被用于医中,如钼酸铵这种就主要用于长期依赖静脉高营养的患者。
畜牧领域
钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分,间接影响酶的生物学活性来实现的。除此之外,钼元素在反刍动物营养代谢中发挥着的作用,一方面,钼作为反刍动物瘤胃微生物硝酸盐氧化酶的组成成分,直接参与瘤胃中饲料硝酸盐的转化,另一方面,钼作为硫酸盐氧化酶的辅助因子对瘤胃微生物有刺激作用,这有助于反刍动物对粗纤维类物质的消化,进而促进反刍动物的生长。所以,当牧草和饲料中钼元素含量不足时,就需要按照严格的营养需要和工艺技术要求,将钼元素添加剂加入饲料中,达到满足动物需要的目的,常见的例子就是在奶牛饲料中添加10mg/d的钼。
农业领域
钼为植物体内的“微量元素”之一,缺钼会影响植物正常生长。作为植物生长所的微量元素,钼不仅能促进植物对磷的吸收,还能加速植物体内醇类的形成与转化,提高植物叶绿素和维生素丙的含量,提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。鉴于钼对植物的重要性,很多国家已经开始生产和使用含钼的微量肥料,例如我国湖南长沙县南华乡用钼酸铵拌种,花生增产32.2%,黑龙江国营农场对大豆施用钼肥,大豆增产10%左右。
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。
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钨钼材料的化学性质与氧化反应
各种含碳气体和固体碳(碳黑、煤、石墨)在1000~1200℃范围与钨和钼开始反应,生成碳化物(W3C、WC和Mo2C、MoC)1400~1600℃下,反应加剧。金属钨和钼中即使含有少量的碳化物杂质,也会使钨和钼脆化。钨和钼与氮气反应:钨在低于2000℃时,不与氮气反应,高于2000℃与氮气作用生成氮化物WN2。氮气在600℃以上缓慢地溶解于钼中,1200℃以上使钼发脆,高于1500℃钼与氮气反应生成氮化物。
钨和钼与氧和空气的反应:金属钨和钼常温下在空气中是稳定的,在约400℃开始氧化,在更高的温度下迅速氧化,生成三氧化钨和三氧化钼。钨和钼与氢气的反应: 直到熔点温度,氢气都不与钨和钼发生作用,使氢气成为钨和钼热处理过程中的重要介质。但在低于1200℃时,钨轻微吸收氢气。钨和钼与氯气的反应:金属钨加热至500℃时,直接与氯气发生作用,生成WCl6,温度更高时,WCl6分解成WCl5。碘蒸汽对钨不起作用。钨和钼与水蒸气的反应:钨和钼容易与水蒸气发生氧化反应,这种作用在600℃以上更为急剧。
钼与钨的性能与应用
钼和钨是周期系ⅥB族元素,地壳中的丰度均为1.2ppm。18世纪前,一直误将辉钼矿(MoS2)和石墨混同于铅。1782年瑞典耶尔姆制得金属钼。重要的矿物是辉钼矿,还有钼酸钙矿(CaMoO4 )、钼酸铁矿(Fe2(MoO4)2·nH2O)。钨的主要矿物是黑钨矿(Fe,Mn)WO4 ,白钨矿(CaWO4 )。钼与钨是我国的丰产元素,其储量占世界首位,辽宁杨家杖子的辉钼矿闻名于世。钨的储量占世界总量的50%以上,以江西省的大庾岭等地为。
金属的性质与用途
钼和钨是银白高熔点金属,在常温下很不活泼,与大多数非金属(F2除外)不作用。在高温下易与氧、硫、卤素、炭及氢反应。钼和钨不被普通酸所侵蚀或溶解,但浓硝酸或热浓硫酸可侵蚀钼。这两种金属都溶于王水或HF和HNO3的混合物。它们不被碱溶液侵蚀,但被熔融的碱性氧化剂迅速腐蚀,如KNO3。它们的主要反应见图9—4。
钼和钨大量用于制合金钢,可提高钢的耐高温强度,耐磨性、耐腐蚀性等。在机械工业中,钼钢和钨钢可做刀具、钻头等各种机器零件;钼和金属的合金在制造,以及导弹火箭等尖端领域里有重要。此外,钨丝用于制作灯丝,高温电炉的发热元件。金属钼易加工成丝、带、片、棒等,在电子工业中有广泛应用。钼丝用作支撑电灯泡中加热丝的小钩,电子管的栅等。
高温钼/钼镧合金MoLa合金加工与订制
什么是钼镧合金?
钼镧合金由基体金属钼与在基体中以弥散质点存在的三氧化二镧组成的合金。合金中La2O3含量一般为0.5%~5.0%(质量分数)。
钼镧合金历史
钼具有高熔点,的高温性能,良好的导电、导热等特点,是重要的高温结构材料。但是,由于钼的塑脆转变温度比较高,所以在高温条件(高于再结晶温度)下使用的钼回到室温附近时却出现严重的脆性。为此,国内外研究者对钼中添加稀土进行了大量的研究,得出在钼中添加稀土,可以细化晶粒,降低钼的塑脆转变温度,提高钼的再结晶温度、高温强度、改善韧塑性和高温蠕变性能。
经研究发现微量的氧化镧的加入大地改善了钼的力学性能,经高温热处理后的镧钼材在室温即液氮温区都具有优良的强韧性。但是在塑性变形和热处理中氧化镧的行为研究尚不充分。近年来,西部材料难熔厂对钼镧合金进行了大量的试验,对粉末、压制、烧结、薄板材的轧制及板材的性能等进行了系统研究。
钼镧合金棒
钼镧合金坯料制备
钼镧合金采用液-固混合法,将氧化镧以La(NO3)3酒精溶液形式掺杂在钼粉中,其加入量在1%左右,将钼粉在氢气气氛下700~900℃预处理2 h,等静压制后,经高温烧结成相对理论密度为92%~96%的钼镧合金坯料。
钼镧合金板材的轧制及热处理
钼镧合金坯料在1500℃开坯后,经温轧、冷轧到2.4 mm厚的板材。道次加工率为25%~35%,总加工率为80%。将所轧制的钼镧板分别在1100、1250、1400、1550和1950℃的氢气炉中进行退火处理。
钼镧合金板研究结论
稀土元素镧与钼不发生化学反应,以镧La2O3的形式存在于钼基体中。在合金粉中,稀土镧以La2O3的形式镶嵌在钼粉颗粒表面。烧结坯料中,La2O3颗粒分布均匀,不仅存在于钼晶界上,也分布在钼晶粒内,晶界上的稀土颗粒粒径一般比晶内大。稀土氧化物颗粒主要以球形,等轴状形式存在;
钼镧合金板在1400℃以下热处理, La2O3颗粒小,辨认。1400℃以上热处理, La2O3小颗粒聚集成较大的球状或短棒状的小颗粒串,且在1550℃以后,随热处理温度的升高, La2O3颗粒的大小、形状变化不大。钼镧合金
钼镧合金料舟
钼元素在元素周期表中位于第 VIB 族,为高熔点高强度金属,弹性模量高,膨胀系数小导电导热性能优良,是高温合金理想的基体材料。在钼粉中添加适量的稀土元素,经过粉末冶金、压力加工方法制取的稀土钼板具有良好的高温力学性能和工艺性能,作为舟皿、隔热屏、高温结构件等,广泛应用于高温炉、电子元器件、发热体及钢铁冶炼等行业。
制备钼粉需要选用高温合金的料舟作为载体,并能在高温、变载荷的苛刻环境中长期工作。国内生产的钼粉载体大多采用镍基高温合金料舟,由于其中的低熔点金属会在高温环境下逐渐析出渗入钼粉,致使高纯钼粉的杂质元素含量控制。此外,镍基高温合金料舟强度低、易变形,导致钼粉生产的设备故障率较高。针对这一难题,难熔金属企 PLANSEE、HC.STARK 使用 18 管炉生产高纯钼粉,选用钼舟作为载体。钼舟 (深 65 mm,宽 88 mm) 头尾相顶依次穿过炉管,钼舟内的 MoO2粉在 1000 ℃左右的高温环境中与氢气发生还原反应生成杂质元素含量低的高纯钼粉。由于上述钼舟制备技术在国内尚属空白,借助当前已有添加稀土元素制备钼合金的理论基础和加工技术,采用在钼粉中掺杂稀土元素镧的方法制备出钼镧合金板,并完成了钼镧料舟的成功制备。
钼镧合金钼镧合金
在其制备过程中发现弥散分布于钼烧结坯中的 La2O3经交叉轧制后,一方面形成了沿纵向及横向分布的处于分段状态的{001}、{110}、{111}3 种板织构,阻碍了晶粒长大,从而提高了再结晶温度;形成了沿板材定向二维分布的弥散质点,阻碍了高温下晶界沿纵向及横向的移动,从而减少了纵、横向力学性能的差异,利于钼镧合金板的冲压成型;
冲压钼舟前对 2.8 mm 厚 Mo-1.0%La2O3合金板及冲压模具进行加热,550 ℃是此规格钼镧合金板产生冲压大变形率的佳加热温度。
钼镧合金料舟承受长期变温变载荷后的断裂是由于空位迁移与滑移面上的位错滑移所导致韧窝撕裂,提高了材料的服役寿命,其机制为变形不均匀的蠕变断裂,具有典型的塑性变形特征。
镧钼合金丝的制备
以二氧化钼粉为原料,掺入一定量的硝酸镧水溶液(氧化镧重量比含量在0.2%~0.8%),进行混粉、干燥。将掺杂后的氧化钼粉进行还原、压型、烧结,再经旋锻、拉丝制成Φ0.18 mm的钼丝。
高温钼板也被称为钼铜合金板或MO-LA板和ML板,通过在纯钼中掺杂入适量氧化锏,使材料的再结晶温度得到显著提高,抗蠕变性能大幅加强,从而延长了产品的适用范围和使用寿命。我公司制作高温钼板的钼粉原料纯度大于99.95%,可以根据客户要求提供各种尺寸各种形状的高温钼产品。高温钼板在生产中经过真空退火去除应力,具有优良的加工性能,产品被广泛运用在真空炉钼隔热屏、钼发热体、炉内支撑架、钼容器,镀膜行业制作钼舟、钼盒、阴,以及电子行业制作高温钼靶材和各种高温钼深加工制品。我公司生产的高温钼板质量符合美标ASTM-B386。与纯钼板相比,高温钼板/钼锏合金板具有更高的再结晶温度,更强的抗蠕变能力,的焊接性能,的高温强度以及更高的抗拉强度。
钼(Molybdenum,Mo)是一种过渡金属元素,为人体及动植物的微量元素。钼单质为银白金属,硬而坚韧。钼在钢铁工业中的应用居首要,占钼总消耗量的八成,化工领域约占一成,医和农业等领域约占一成。
钼主要用于生产合金钢,在钢铁领域的消费量大。例如,含钼量为4%-5%的不锈钢往往用于诸如、化工设备等侵蚀、腐蚀比较严重的地方。钼合金是一种熔点高、抗磨损和抗腐蚀性能良好的难熔金属,在石油、国防和航空航天等领域有着广泛的应用。
钼的化合物是高性能催化剂,被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如,在煤油共炼过程中,铁基催化剂的加氢性能较差,大幅度提高重油转化率。而钼基催化剂在加氢过程中可以有效促进沥青等大分子的加氢转化,被视作优秀的加氢催化剂。纳米碳化钼材料具有熔点高、稳定性好、导电导热性优良的特点,在催化加氢脱氧、电催化析氢、甲烷间接转化、水汽变换和逆水汽变换中应用。钼的催化活性高、性能稳定、廉价易得,具有很好的发展前景。
钼是人体所需微量元素钼是人体的微量元素之一,也是多种酶的组成部分,在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。不仅如此,近年来,以二硫化钼(MoS2)为代表的二维过渡金属硫化物在生物医学领域得到了广泛的应用, 在疾病光热疗法、化学疗法、基因疗法等单一治疗策略及多种方法联合治疗中。
钼是植物生长不可缺少的元素,不仅能促进植物对磷的吸收,还能加速植物体内醇类的形成与转化,提高植物叶绿素和维生素丙的含量,提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。目前,在花生、茄子和大蒜增产中。在畜牧业,钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分,间接影响酶的生物学活性。