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你是否见过这种灰的金属?它是如今能源与高端制造的核心材料之一,属于不可再生的重要战略资源。
这种灰的金属是能源与高端制造的核心材料之一
当然,其本身也是一种十分神奇的金属元素,叫做钼。
那么,钼元素到底是什么?它又有哪些应用呢?
大多数人对于钼元素并不熟悉,因为它在元素周期表当中的排名并不算靠前,日常生活中似乎也没见过它的身影。不过这家伙的出镜频率还是比较高的,只是相对低调一些罢了。
钼的化学符号为Mo,原子系数为42,在元素周期表当中属于第五周期第六副族,是一种难熔的稀有金属。根据资料来看,钼的熔点为2623摄氏度,沸点为4639摄氏度,这就意味着它还是比较“耐热”的。
钼元素在元素周期表当中的位置
此外,钼元素的膨胀系数小、强度大、电导率大、导热性能好、耐腐蚀,这些优势都使它在电气、化工、宇航等方面,都有着较好的发展前景。不过,它在地球上的含量并不多,可谓是用一点儿就少一点儿。
资料显示,钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.001%,钼矿总储量约为1500万t,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。
钼元素的地球化学参数,它的蕴藏量是比较少的
值得一提的是,这种拥有多重优点的神奇元素,身世却有些坎坷。
在1778年被确认之前,钼元素总是被人们当成铅来对待,因为它常常出现于辉钼矿当中,而这种矿长的和铅实在是太像了。所以在瑞典化学家舍勒帮钼元素“正名”之前,钼元素一直籍籍无名,顶着别人的名字“活着”。
瑞典化学家舍勒发现钼元素之前,它总是被人们当成铅对待
人们重视钼,大多是因为它不但延展性强,热膨胀系数也低。若我们将其的密度与钨进行对比,就会发现它只有钨的1/2左右,但是延展性却明显更强,所以更容易被压成薄片或者细丝,用于切割加工。
热膨胀系数低,主要说的是它在高温之下,依旧能保持稳定的形态和尺寸,少会变形。不过,这个优点放在低温下就很尴尬了,会让它变得嘎嘣脆。
如今大部分工业切割当中,都会使用到钼,只不过它并不引人注目,因为这时的钼常常是以一根细细的金属丝模样出现的。
工业切割当中使用到的钼丝
那么,这么细的一根钼丝,为何能在切割领域“如鱼得水”,它真有这么锋利能直接切开钢板吗?
钼丝莫式硬度5.5的性质虽然很不错,但是用这么细一根拿来切钢板,似乎还是有些夸张了,毕竟钢板又不是“豆腐”,本身的强度摆在那的。
因此工业切割钢板并不单是靠钼丝,还有切割装置原理。因为这种线切割技术也被称之为电火花切割,它是在电火花穿孔和成形加工的基础上发展而来的,初的发现者是拉扎连科夫妇。
在发现电火花瞬时产生的高温能够让金属融化、腐蚀之后,他们便发明了使用电火花进行切割加工的方法,后来演化为了线切割机。
线切割机的主要结构示意图
一般来说,这一方法需要利用移动的金属丝来当“电丝”,然后让电丝和元件之间的脉冲产生电火花,而这个电火花的高温就能够让被切割物质融化了。所以如果大家观察线切割机工作,就会发现它一直滋滋啦啦的冒火花。
那么,发明者为何从众多金属元素当中,选择了钼元素呢?
这其实就与咱们上文中所说的钼元素的特性有关了。在线切割机进行切割的时候,往往会产生高温,而钼的耐高温性在此时就能发挥优势了。再加上这类切割机对于线的形态和稳定性也有着明确的要求,起码不能切着切着金属丝就变形了。
钼元素的物理特性,使得它在线切割当中发挥了优势
在这种情况下,热膨胀系数很低的钼就能地充当“切割线”,确保加工部件被切割出来是完整的,符合规格的。
要知道,线切割基本都是被运用在精加工领域的,若是使用其他容易变形的金属丝来替代钼丝,那么肯定会产生不少的“废件”。
所以,钼丝一直都是电火花加工当中理想的电丝,使用它可以来切割各种钢材和硬质合金,还能够加工一些对形状和精度要求高的复杂零件,放电加工的稳定性高。
钼丝是电火花加工当中理想的电丝
得益于上世纪与苏联之间短暂的“蜜月期”,我国也算是个将电火花线切割机用于工业生产的国家了。在这类切割机需求居高不下的情况下,钼元素的当然也就变得很高了。
此外,不起眼的钼丝还会被用在灯泡制造业中,比如钼元素和其他元素的合金,常常被用来当做高功率微波管和毫米波管中热离子阴的结构元件,能在1200摄氏度左右的温度当中工作。
资料显示据中国照明协会统计, 2001年,全国生产钼丝就已经达到31 .5亿m, 实际产量估计达到40亿m, 消耗将近800t钼条, 其数量十分可观。而其中线切割用钼丝产量,也超过了20亿m。
由于钼的性质,导致我国对它的需求很大,产量也十分可观
除了能够一路火花带闪电的切开钢板以外,钼元素的用途还有很多,可以说是让人“钼不暇接”。那么,它还被运用在哪些领域当中呢?
首先就是用在钢铁工业当中,一般来说它是以合金化元素的身份存在的,算是“添加剂”。当人们在钢铁生产中加入一定剂量的钼元素后,就能够提高钢的强度,使其在高温和韧性方面有更加的表现。
钼元素在钢铁工业当中的应用
其次就是运用在农业生产当中,这一点大多数人都不知道也无法理解,难道说咱们吃的粮食还需要金属元素参与?
还真是这样,因为钼其实是植物当中必不可少的微量元素之一,有着关键的作用。有时候,它的存在甚至能让农作物“起死回生”。
研究显示,钼能催化硝酸盐向盐转化,然后在固氮酶的作用下生成铵态氮,参与植物中碳、氮代谢等重要的生理过程。钼还能促进植物对磷的吸收和空气中氮的固定,提高其抗寒性能。
钼元素能够帮助植物提升固氮作用
比如以大豆为例,当其根瘤变长变少后,叶片也会出现斑点并随之萎缩。而这种症状,就是因为它体内缺少“钼元素”了。此时将钼元素按配比制成的化肥拿来,就能很快解决问题,帮助大豆重新焕发生机。
此外,钼元素对于人体来说也很重要,只不过它的含量比较少,所以大家鲜少注意到它。根据估算,体重为70千克的健康人体当中,钼的含量也不会超过9克,其广泛存在于肝、骨骼、肾脏之类的器官当中。
钼元素对于人体来说也很重要
人体中的钼元素可以有效地抑制胺类强致癌物的合成,还具备运载作用,帮助人体输送一些金属离子。此外,它还有保护心血管、预防龋齿的功能,总的来说算是比较全能的元素了。
如果大家察觉到缺乏钼元素,可以通过食用黄豆、玉米、黑米之类的粮食,进行补充。当然,补充也不可过量,具体还是要根据个人情况和医嘱而定。
如果需要补充钼元素,可以采取食补的方式
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。
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。除此之外,二硫化钼因其的抗硫性质,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。 钼在其它合金领域及化工领域的应用也不断扩大。例如,二硫化钼润滑剂广泛用于各类机械的润滑,钼金属逐步应用于核电、新能源等领域。由于钼的重要性,各国政府视其为战略性金属,钼在二十世纪初被大量应用于制造装备,现代高、精、尖装备对材料的要求更高,如钼和钨、铬、钒的合金用于制造军舰、火箭、卫星的合金构件和零部件。 钼在薄膜太阳能及其他镀膜行业中,作为不同膜面的衬底也被广泛的应用。
废钼回收的主要来源与分类
废钼的回收来源多样,主要包括工业生产废料、报废设备和消费后废品三大类。工业废料如钼合金切削屑、轧制废料和废钼电极,通常纯度较高,回收价值大;报废设备中的耐热部件、航空发动机叶片等含钼部件需经过拆解和分选;消费后废品如废旧电子元件(如半导体散热基板)和废弃化工催化剂则需化学提取。根据钼含量和杂质水平,废钼可分为高品位(Mo>90%)和低品位(Mo<50%),不同类别对应不同的回收工艺和定价标准。
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。
钼是一种银白的可塑性金属,具有高熔点、高强度、高弹性系数等特点,主要应用于钢铁行业,提高钢的强度、弹性等性能。
我国是钼资源为的国家。钼资源储量为830万吨,其次是美国(270万吨)和秘鲁(230万吨),合计约占总储量的83%。
钼原矿石经过破碎、研磨及浮选后产出钼精矿,钼精矿一般含钼 45%-51%。
钼精矿经入炉焙烧后产出氧化钼,再制备成钼铁,钼铁一般含钼约 60%,是国内钼市场的主要消费形式。
二. 上游钼精矿供给端
国内钼精矿产量维持在20-22万吨之间,供给端较为稳定,河南、内蒙、黑龙江是我国钼精矿产量大省。
目前国内具有一定规模的钼矿企业约 20 家,包括、、鸣钼矿和德兴铜矿等,前5市占率合计达52%,行业集中度较高。
和的钼精矿以自用为主,因此整个钼市场的流通体量较小,较容易受到矿山停产检修等事件影响,造成原材料紧缺。
从2013年开始,我国钼精矿和氧化钼的原材料的供给已不足,此后钼原料净额逐年扩大。三. 下游需求端
由于钼优良的特性,因此常以钼铁形式作为钢材冶炼的添加剂,制成的钢材被广泛用于输油管道、热交换管道、海上建筑等高温、腐蚀性强的环境中,主要以铬镍系不锈钢和低合金钢为主。
近年来钢铁行业钼需求占我国钼总需求的 80%左右。
四. 钼价走势影响因素
短期价格容易出现跳涨:主要根源在于钼铁供应集中度较高,市场现货流通量占比较小。一旦某家矿山停工,钼铁原料就显紧缺。钢厂集中采购,也会刺激库存量不多的钼铁的短期价格上涨。
长期来看,钼精矿已经进入一个较为平衡的态势,在需求保持稳定增长的同时,供应端基本维持稳定。并且,低钼精矿在钢铁成本占比较低,价格可以顺利向下游传导。
钼铁价格和钢铁行业采购经理人指数相关性较强。
五. 相关公司
:钼行业,钼精矿产量国内,钼产品产量第二。钼产品包括钼炉料、钼金属和钼化工。
:化矿业巨头,大的白钨生产商和第二大的钴铌生产商,亦是前七大钼生产商和领先的铜生产商。
:化矿业巨头,经营的矿种有金、铜、锌铅、铁、银、钨、钼、钴等金属。亚洲大钼矿金沙钼业,推进矿产多元化布。
$中国交建(SH601800)$ $浪潮信息(SZ000977)$ $中国卫星(SH600118)$