張 亨
(錦西化工研究院有限公司,遼寧 葫蘆島 125000)
鉬酸鈉[1-3]是最重要的鉬酸鹽類之一,用于染料、鉬紅顏料、耐曬色沉淀劑等制造的原料;用于磷鉬酸、磷鉬酸鈉、鉬酸鹽、含鉬催化劑、無公害型工業冷卻水系統的金屬腐蝕抑制劑、阻燃劑等的制造;還用作生物堿等的分析試劑、鍍鋅、磨光劑、動植物必需的微量成分。
鉬酸鈉種類繁多,名稱(正鉬酸鈉和多鉬酸鈉等)比較復雜,文獻上的稱謂比較混亂。如果不做特別說明,一般即為二水正鉬酸鈉或無水正鉬酸鈉。
鉬酸鈉為白色有光澤的結晶粉末或菱形小塊、片狀結晶。英文別名sodium molybdate dihydrate,sodium molybdate,disodium molybdate 等。CAS 名 稱molybdenum sodium oxide,登錄號[12680-49-8]。二水正鉬酸鈉分子式Na2MoO4·2H2O,CAS 登錄號[10102-40-6],分子量241.95,相對密度(d184)3.28,熔點100 ℃;無水正鉬酸鈉分子式Na2M∶oO4,CAS 登錄號[7631-95-0],分子量205.92,相對密度(d254)2.37,熔點687 ℃。易溶于水(見表1),不溶于丙酮。25 ℃時5%水溶液呈弱堿性(pH 值9.0~10.0)。當Na2O∶MoO3>1 時,從溶液中結晶出鉬酸鈉。在25~100 ℃范圍內,析出含2 個結晶水的鉬酸鈉;低于0 ℃時,則含10 個結晶水。二水鉬酸鈉加熱到100 ℃或較長時間加熱時失去2 個結晶水變成無水物。無水物有α、β、γ、δ4 種晶型,各種晶型轉變溫度見圖1。

表1 鉬酸鈉在不同溫度下的溶解度(不同文獻有差異)

圖1 無水鉬酸鈉4 種晶型轉變溫度
鉬酸鈉對環境污染程度低,是目前應用較多的一種新型水處理劑。為獲得較好緩釋效果,鉬酸鈉常與聚磷酸鹽、葡萄糖酸鹽、鋅鹽、苯并三氮唑復配使用,減少使用量,提高緩蝕效果,復配后鉬酸鈉用量由200~500 mg/L 下降至4~6 mg/L。鉬酸鈉成膜過程中,必須要有溶解氧存在,無需鈣離子或其他二價金屬離子。鉬酸鈉熱穩定性高,用于熱流密度高及局部過熱的循環水系統。
鉬酸鈉和重金屬鹽反應生成沉淀:BaMoO4(白色)、FeMoO4(深棕色)、CuMoO4(綠色)、Ag2MoO4(白色)、PbMoO4(白色)等。
鉬酸鈉有毒,具有刺激性,LD50為344 mg/kg(小鼠,腹腔)。中毒會引起關節疼痛,造成血壓偏低和血壓波動,神經功能紊亂,代謝過程出現障礙。其氣溶膠的最大容許濃度為2 mg/m3,粉塵為4 mg/m3。工作時要戴防毒口罩,穿防塵工作服,工作場所要將起塵的設備加以密封、掩蓋,注意通風、防潮。運輸時須防雨淋、日曬。
全球鉬酸鈉知名生產商或供應商120 家。比利時2 家,德國8 家,加拿大2 家,捷克1 家,美國46家,墨西哥1 家,歐洲4 家,日本5 家,瑞士1 家,英國8 家,中國42 家。國外鉬酸鈉一般由純三氧化鉬或工業三氧化鉬制取。主要生產公司或企業有美國著名的阿麥克斯公司、美國北方公司;英國AMC Chemicals、英 國Norkem Ltd.、英 國Thomson and Joseph Ltd.、英國Twinstar Chemicals Ltd.、英國Roy Wilson Dickson Ltd.;日本無機化學公司、日本太陽公司及德國斯達克公司等。
國內鉬酸鈉主要以低品位鉬礦、廢鉬酸鹽渣、非標準三氧化鉬和廢鉬粉等為原料制取。主要生產公司或企業有江蘇東臺峰峰鎢鉬制品有限公司、金堆城鉬業集團有限公司、吉林冶煉廠、上海膠體化工廠、天津四方化工有限公司、株洲硬質合金有限公司、浙江青田鎢鉬化工有限公司、安慶月山銅礦冶金化工廠、洛陽欒川鉬業集團股份有限公司等。國內企業年平均生產能力200 t/a 左右。
以鉬酸銨和液堿(純堿)為原料制備鉬酸鈉,反應式為:

施善友等[5-8]利用四鉬酸銨不溶于水,其他雜質鹽溶于水的特性,將工業四鉬酸銨用去離子水洗去雜質后,與氫氧化鈉反應生成鉬酸鈉,加熱驅除產生的氨,冷卻、重結晶得試劑鉬酸鈉。該工藝流程短,設備簡單,操作方便,鉬回收率95%~96%。
金堆城鉬業公司王志誠等[9]針對金鉬科技3000 t 四鉬酸銨生產線,提出采用二次酸沉生成鉬酸生產純度較高鉬酸鈉,經過小試、中試研究,各項技術經濟指標可行,增加1 個品種,提高鉬金屬回收率。
昆明理工大學材料與冶金工程學院彭金輝等[10]探討微波合成鉬酸鈉新工藝。將鉬酸銨、氫氧化鈉溶液及無水乙醇在超聲波作用下混合反應制備鉬酸鈉。影響微波合成的因素為物料質量、合成時間和微波功率。獲得最佳條件為:微波功率560 W、合成時間20 min、物料質量5 g,鉬酸鈉產率99.97%,采用X 衍射對產品進行物相分析。
深圳大學材料學院鄒繼兆等[11]以鉬酸銨和氫氧化鈉為原料,研究微波合成鉬酸鈉的工藝條件及影響因素,探索微波合成時間、微波合成溫度、物料質量等工藝條件對鉬酸鈉合成的影響規律,采用正交試驗優化工藝條件。微波合成溫度180 ℃,輻射時間20 min,物料質量5 g,鉬酸鈉產率73.32%。X射線衍射表明產物為鉬酸鈉。
以液堿(純堿)、輝鉬礦為原料制備鉬酸鈉,反應式為:

將60~80 目輝鉬礦粉放入焙燒爐于500~550 ℃氧化焙燒5~8 h,生成三氧化鉬。用3%的工業氫氧化鈉(或一定濃度碳酸鈉)于80 ℃左右攪拌浸取約40 min 得粗鉬酸鈉溶液。過濾分離,反復用水洗滌濾渣至可溶性鉬含量<1%。為除去粗鉬酸鈉溶液中大量硅的雜質,需在不斷攪拌下于85~90 ℃加入鹽酸,使溶液pH 值為8 左右,再加入少量氯化鎂溶液除去磷。澄清過濾,濾液在80~90 ℃用活性炭或在常溫下加入少量雙氧水脫色。然后蒸發、冷卻結晶、離心分離,于70~80 ℃干燥得二水鉬酸鈉,或100 ℃干燥得無水鉬酸鈉。
生產試劑級鉬酸鈉常規工藝[12-13]是將鉬精礦焙燒成三氧化鉬,與氫氧化鈉反應生成工業鉬酸鈉,重結晶后的晶體再溶于水,加硝酸沉淀出三氧化鉬二水物,充分洗滌后干燥,于700 ℃升華得高純三氧化鉬,溶于氫氧化鈉溶液,濃縮、冷卻,得試劑級二水鉬酸鈉。
安徽省環境保護科學研究所汪金發[14]介紹采用低品位輝鉬礦生產鉬酸鈉過程中硫酸鹽的產生及不利影響,提出有效防治方法。
銅陵有色金泰化工有限責任公司梅支舵[15]研究鉬酸鈉溶液在不同pH 值,一次結晶率與產品純度的關系,導出鉬酸鈉生產最佳控制工藝條件。
成都市雙流有色金屬冶煉加工廠杜長福等[16]通過控制浸出時溶液pH 值,凈化溶液,獲得高質量的鉬酸鈉;焙砂預處理后鉬回收率提高,該工藝已用于生產。
西安建筑科技大學史玲等[17]介紹鉬品位0.18% 的某鉬鉛礦經混合浮選,鉬品位提高到3.3%,此時用常規浮選手段難以繼續富集,將混合精礦經氧化焙燒、脫硫脫碳、Na2CO3選擇性浸出、濃縮等化學方法生產鉬酸鈉。實現金鉬分離及超低品位鉬的低成本回收。
以氧化鉬、液堿(純堿)為原料制備鉬酸鈉,反應式為:

金堆城鉬業公司王志誠[18]針對傳統工藝生產鉬酸鈉試劑存在產量小、成本高的問題,提出用工業氧化鉬直接生產鉬酸鈉試劑的設想,經過小試、中試研究,確定新的生產工藝,投入批量生產,各項技術經濟指標顯著提高,對試劑及工業級鉬酸鈉的生產具有現實意義。
以輝鉬礦、純堿、硝石為原料制備鉬酸鈉,反應式為:

將輝鉬礦、純堿和硝石按70∶40∶4(質量)比例配料,球磨至一定粒度后放入回轉窯,于800~1000℃焙燒1.5 h。當物料變成松散的棕褐色粉末時即可出料,按固液比1∶2左右加水浸取,不斷攪拌,控制溫度95 ℃以上,浸取時間30~40 min,形成鉬酸鈉溶液。過濾,濾渣用沸水洗滌,洗液返回浸取。其他工序與焙燒液堿(純堿)法相同。該法適用于以低品位鉬礦、浸出渣、尾礦為原料提取鉬酸鈉,加入少量液堿浸取效果更好。
吉清科技開發有限公司李殿起等[19]改進傳統處理低品位鉬精礦工藝路線,將低品位鉬精礦于500~550 ℃焙燒2~4 h,再按含鉬量加入理論反應量1.5~1.8 倍的硝酸鈉和碳酸鈉混合研磨2~3 h,于800 ℃左右焙燒1.5 h。按一定固液比加水攪拌控溫浸取適當時間,形成鉬酸鈉溶液。該法采用簡單設備,低成本高收率提取低品位鉬精礦中鉬,制備晶體工業一級鉬酸鈉,環保指標達到國家標準。
堿濕法是以鉬精礦、次氯酸鈉、氫氧化鈉為原料制備鉬酸鈉。反應式為:

低品位鉬精礦在低于40 ℃,用30 g/L 次氯酸鈉和20~30 g/L 游離堿氧化得低濃度鉬酸鈉,選用特種離子交換樹脂從輝鉬礦氧化浸出懸浮液直接吸附Mo、Re 等,然后進行提純,利于固液分離導致的設備投資大、操作費用高等問題的解決。
硝酸分解堿液中和法以硝酸、鉬精礦、氫氧化鈉為原料制備鉬酸鈉,反應式為:

在密閉反應系統中,將濃度大于25%的硝酸與鉬精礦粉進行氧化還原反應,生成鉬酸,經過濾洗滌后用堿液浸出得鉬酸鈉溶液,再按通用工藝流程處理制得鉬酸鈉。
自20 世紀70 年代以來,已開發出輝鉬礦硝酸分解、氧壓煮等全濕法工藝,可解決SO2污染、強化伴生元素Re 等的回收。
液堿(純堿)加壓浸出法是在高壓釜中,將鉬精礦加水制漿,并加入理論量的氫氧化鈉或碳酸鈉,于150~160 ℃,2.0~2.5 MPa 壓力下反應,反應完成后,98%的鉬以鉬酸鈉形式進入溶液。其他工序與焙燒液堿(純堿)法相同。

廢催化劑、廢鉬粉、鉬金屬制品生產下腳料、鉬酸銨和鉬酸鈉生產廢渣廢水直接排放造成鉬資源的大量流失,嚴重污染環境?;厥詹⒕C合利用這些可再生資源,其中稀貴金屬含量一般比原礦高得多,生產成本較低,選擇適當工藝控制條件,可生產出高純精細化工產品,具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。
隨著全球工業化進程的加速,每年廢棄催化劑量相當可觀。美國1995 年就從廢催化劑回收鉬約3 800 t,約占其鉬總供應量的30%。我國每年從石化、化肥等生產裝置卸下廢催化劑數千噸,應加強催化劑中稀貴金屬回收工作。通常將廢鈷鉬催化劑與純堿混合熔融焙燒轉化為可溶性鉬酸鈉,水浸后回收鉬、鈷、鎳、鋁等。
無錫輕工大學化工系朱振中等[25]提出從廢催化劑中回收鉬的新工藝。采用新型復合浸取劑,與現行生產工藝相比,鉬的浸取率得以提高,反應時間大大縮短。在最優工藝條件下,反應時間僅2~6 h,鉬的浸取率95.5%。
安徽省冶金科學研究所林治坤等[26]以Mo、Co、Ni 合金料氧化焙燒堿浸出,濾餅再加純堿焙燒水浸出使鉬與鈷鎳分離,最后用萃取法分離鈷鎳的工藝流程,對廢鉬合金催化劑進行綜合回收。采用該工藝流程和生產線分別生產出合格的工業級鉬酸鈉、氧化鈷和氧化鎳。
南昌大學環化學院劉小成等[27]敘述用廢鉬催化劑生產鉬酸鈉的工藝過程,對加堿焙燒過程主要影響因素進行分析,得到加堿焙燒的最佳工藝參數。該工藝穩定可行,產品達到工業級鉬酸鈉標準。
河南大學化學化工學院劉錦等[28]采用堿熔法將廢催化劑與純堿按質量比1∶18 混合,在900 ℃焙燒2 h;用2 倍于熔塊的沸水浸取30 min;用稀硫酸調節浸取液pH 值至6,浸取液中的鋁形成氫氧化鋁被回收;除鹽回收鉬酸鈉;使酸浸黑渣中的鈷形成氫氧化鈷脫水氧化為氧化鈷。用該工藝回收鋁、鉬和鈷,回收率>95%,回收產品純度>97%。
吉清科技開發有限公司楊萬軍等[29]突破傳統工藝,提出廢催化劑酸浸法主要步驟為:鹽酸浸廢催化劑→氨水中和酸浸液析出鉬酸→NaOH 浸鉬酸得鉬酸鈉溶液→調節pH 值沉淀除Fe3+、Al3+、Mg2+等雜質→蒸發凈化液析出鉬酸鈉結晶→烘干→鉬酸鈉產品。該法鉬浸出率98.5%,鉬金屬總收率97.5%,省去焙燒,工藝設備簡化,成本降低,產品質量穩定。
湖南科技大學化學化工學院李國斌等[30]研究從廢催化劑中回收鉬的新工藝,用碳酸鈉焙燒,再用熱水浸取。分析催化劑顆粒度、焙燒條件、浸取條件對浸取率的影響?;厥浙f最佳工藝條件為:廢催化劑顆粒度≤122 μm、焙燒溫度750 ℃、焙燒時間2 h、浸取溫度75 ℃、浸取時間4 h、液固質量比6∶1。該條件下鉬的浸取率>93%,產品鉬酸鈉純度>95%。該工藝能耗低、浸出率高,具有潛在的應用前景。
金堆城鉬業公司史興元[33]敘述用鉬酸銨生產氨浸尾渣、凈化渣生產鉬酸鈉的工藝過程。硫酸鹽等強酸鹽對鉬酸鈉結晶造成危害,提出解決的工藝措施。
梁宏等[34]介紹用離子交換法從含鉬酸性廢液中回收鉬的實驗數據和工業化操作要點,比較離子交換樹脂的性能,探討離子交換流程組合的優化,綜合評價本法的技術經濟性。
安徽省冶金科學研究所朱傳貴等[35]將氨浸渣加堿氧化焙燒,使焙燒產物中有價鉬浸出到溶液中,討論溶液濃度與產品質量問題。
金堆城鉬業公司王志誠等[36]介紹采用酸鹽分解→堿浸→水洗→凈化→濃縮結晶等過程從氨浸渣中回收鉬并生產鉬酸鈉的工藝。鉬浸取率80%,制備的工業鉬酸鈉符合Q/JDC102-2002 標準,滿足國內外用戶的要求。
中鐵資源集團有限公司施友富等[37]研究采用氧壓堿浸工藝處理氨浸鉬渣,在浸出溫度180 ℃、時間2 h、氧分壓200kPa、液固比2∶1、純堿量為化學反應理論量的2.5 倍時鉬的浸出率>96%。本工藝鉬浸出率高、對環境友好及經濟效益好。
在生產鉬酸鈉過程中,堿浸渣中含鉬3%~10%需要回收[38-39]。用蘇打加氧化劑焙燒熱水浸出工藝可有效地回收其中的鉬,生產出符合標準的鉬酸鈉、鉬酸鋇、鉬酸鈣等產品。除硅結晶鉬酸鈉,含Mo≥39%,水不溶物<0.03%;用氯化鈣溶液沉淀鉬酸鈣,含鉬>40%,母液殘鉬<1 g/L;用氯化鋇溶液沉淀鉬酸鋇,含鉬>29%,母液殘鉬<0.03 g/L。鉬的總回收率均>70%。
硫化鉬潤滑劑是一種新興工業材料,在鈦、鋯、鉿擠管成型工藝中不可缺少。分粉劑和液劑兩種,擠管時用汽缸油調和使用。擠管后產生黑色糊狀物殘料以廢物棄去,既浪費金屬鉬,又嚴重污染環境。綜合治理硫化鉬潤滑劑廢料,制取工業原料鉬酸鈉[40]具有重要意義。
安徽省冶金科學研究所汪洋等[41]介紹從復雜的硫化物廢料中回收鉬,生產合格的鉬酸鈉和工業氧化鉬,工藝簡單,成本低,鉬的回收率高,效果顯著。
鉬酸鹽生產酸洗廢水中除含多種重金屬雜質外,還含>1 g/L 的鉬。長期以來只經中和沉淀過濾簡單處理后排入水系,造成水生生物大量死亡,破壞生態環境?,F有處理方法包括硫化銨沉淀法、氨水沉淀法、加酸沉淀法、離子交換法、活性碳吸附法、溶液萃取法等。各種處理方法多因適應的污染物單一、效率低或成本高,難以實現工業應用。
華鉬新材料股份有限公司劉敏婕等[42]采用DK型大孔交換樹脂、AH 型樹脂和普通交換樹脂,對鉬酸銨生產酸洗廢水進行回收鉬、銅的研究,同時氨化沉淀除去其余重金屬,并從廢水中結晶得產品硝酸銨。鉬回收率86%~92%,其余重金屬去除率98%,硝酸銨產品純度超過99%,可用于配制乳化炸藥,具有出良好的環境效益與經濟效益。
安慶月山銅礦唐傳久[43]利用一種簡單的有機化合物沉淀鉬鹽生產過程中產生的廢水中的鉬,達到回收有價元素鉬的目的。
我國目前尚無鉬酸鈉國家標準。CNS12032-2003 適用于鉬酸鈉肥料。HG3-1087-77 為鉬酸鈉化學試劑標準。津Q/HG1-996-87 為天津化學試劑四廠鉬酸鈉標準。Q/JDC-102-2002 為金堆城鉬業公司工業鉬酸鈉標準,滿足國外一般用戶要求。
鉬酸鈉是重要的無機精細化工產品和無機化工中間體,可以衍生出許多鉬化合物,生產附加值較高。隨著國民經濟突飛猛進,高新技術產業日新月異,對鉬及其深加工產品的需求量不斷增加。鉬酸鈉生產市場前景廣闊。
我國鉬礦以輝鉬礦為主,共伴生元素多,資源十分豐富,是世界上主要產鉬國家之一。隨著環保要求日趨嚴格,鉬礦石貧、雜、細化,含鉬再生資源與日俱增,綜合節約和再生循環利用是充分發揮資源效益的基本要求。傳統鉬焙燒工藝流程長,能耗高,污染嚴重,弊端日漸突出,可再生鉬資源綜合回收稀貴金屬的技術日益提高。發展趨勢為:采用全濕法,研發廉價氧化劑或簡便可行的氧化工藝;探索提鉬技術,研發綜合回收多種元素的分離富集工藝。產品精制對提高產品的附加值至關重要,產品純度每提高一個等級,其價值就會翻番或成倍增長。在生產各環節要加強分析檢測,根據檢測結果隨時調整工藝控制條件。
鉬酸鈉的研發應用每年都有文獻報道,綜合利用與回收可再生鉬資源有價元素已取得不少進展。研發生產新工藝,縮短反應時間,降低生產成本,提高產品質量,增強產品競爭力,綜合回收利用可再生鉬資源,無疑具有積極意義。從低品位鉬礦和可再生鉬資源中回收鉬等有價元素,生產鉬酸鈉等無機精細化工產品的研發應用完善工作千頭萬緒,任重道遠。
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