硝酸鈉替代部分硝酸在二硫化鉬生產中的應用研究

惠三順，解小鋒，胡耕科，李航宇

(金堆城鉬業股份有限公司化學分公司，陜西渭南 714000)

0 前言

隨著科學技術的迅猛發展，鉬化工產品的應用范圍逐漸向各個領域滲透并擴大，人們對產品的要求也逐漸精細化。MoS2是最主要的鉬化工產品之一，屬于輝鉬礦的主要成分。MoS2由于其特殊的結構和穩定的物理化學性質，廣泛應用于固體潤滑劑、潛在的儲氫材料、電池陰極材料、場發射材料以及熱塑性高彈體復合材料、涂層、光澤顏料、摩擦材料和脫硫劑等［1-2］。目前，國內外工業化生產MoS2的主要方法是天然法和化學合成法。天然法即輝鉬礦提純法，通過物理或化學的方法將Mo＞57%的鉬精礦中的有害雜質(主要是酸不溶物、SiO2、Fe)去除，再進行干燥和氣流粉碎工藝［6］。金堆城鉬業股份有限公司化學分公司采用兩段酸浸工藝進行除雜，生產實踐證明:在一段酸浸中，采用濃硝酸除鐵，雖然可以滿足產品對Fe值的要求，但是濃硝酸的加入會帶來兩方面的不利因素:(1)由于濃硝酸反應過度劇烈，揮發份進入尾氣吸收裝置后，反應不夠充分，排放的煙氣中偶爾含有少量的略帶淡黃色的NOX混合氣體，造成對大氣環境的污染。(2)一段酸浸廢液中的鉬金屬損失量較大。針對以上兩個方面的問題，經過長期的工業實驗和探索，采用硝酸鈉替代硝酸應用于一段酸浸中，來解決上述問題。

1 理論基礎

一段酸浸的主要工作是除去以FeS2為代表的金屬化合物，一段酸浸用到的輔助材料主要是硝酸和鹽酸，采用硝酸鈉替代部分硝酸，在酸性介質下，硝酸根所起的氧化作用和硝酸相當。主要的反應化學方程式如下:

2 工藝介紹

金堆城鉬業股份有限公司化學分公司二硫化鉬車間是該公司唯一的MoS2產品生產線，主要承擔不同規格MoS2產品的生產及研發工作。原料為Mo＞57%的輝鉬精礦，按照客戶的需求制備不同規格的產品銷往國內外，原礦和某批產品的的化學組分見表1。

表1 原礦和產品化學組分含量

結合本公司現狀以及客戶對產品的要求，采用兩段酸浸工藝，即一段浸出和二段浸出。將Mo＞57%的鉬精礦與HCl、HNO3和H2O按一定比例混合在一定溫度下反應，除去以FeS2為代表的金屬化合物，然后將除以FeS2為代表的金屬化合物后的鉬精礦與HF、HCl和水按照一定比例混合，除去SiO2，達到二硫化鉬產品生產的需求。

采用硝酸鈉替代部分硝酸的工藝，和原工藝操作方式幾乎等同，只是酸浸一段工藝中通過調整HNO3、NaNO3的加入比例，即可實現去除以FeS2為代表的金屬化合物雜質的目的。由于加入硝酸鈉，反應速率延緩，有效解決了廢氣處理的壓力，同時也降低了濃硝酸對二硫化鉬的氧化，提高了鉬金屬回收率。

3 結果與分析

由于一段酸浸硝酸揮發的煙氣不能被煙氣回收系統完全吸收，采用部分NaNO3來替代HNO3，解決了這一環境污染問題。為了更好地指導工業化生產，研究小組分別進行實驗室試驗和工業化試驗。

3.1 實驗室試驗

為了更好地接近工業化生產條件，Mo＞57%的鉬精礦、HCl、HNO3、H2O 和 NaNO3均來自生產一線，反應溫度、各個組分之間的比例、攪拌速率、反應溫度等條件同工業化生產保持一致，得到的數據見表2。

從表2可以看出，采用NaNO3替代部分HNO3，產品的指標均合格，因此，在實驗室條件下是可行的。這是由于NaNO3在酸性介質中扮演著與HNO3同樣的角色，有效地降低了反應速度，反應較為充分。

表2 用硝酸鈉替代部分硝酸小試結果

3.2 工業化試驗

在實驗室試驗的基礎上，研究人員在生產一線進行了工業化試驗研究，采集到的數據見表3。

在長達兩個月的工業化試驗中所采集的數據表明:采用NaNO3替代部分HNO3在生產線上可以生產出各項指標合格的高純MoS2，與此同時，在一段酸浸中廢水中的可溶性鉬較正常使用HNO3時的含量大大降低，有效提高了鉬金屬的回收率。由于硝酸鈉的加入反應速率得到一定程度的緩解，煙氣的排放大大降低，在工業化試驗期間無淡黃色的NOX混合氣體排放。產品的微觀形貌見圖1。

圖1 高純MoS2產品SEM圖

表3 用硝酸鈉替代部分硝酸工業試驗結果

4 結論

(1)用NaNO3替代部分HNO3，在MoS2生產線酸浸一段工業生產中能夠滿足不同規格MoS2產品的需求，效果和正常使用硝酸在產品質量上相當。

(2)用NaNO3替代部分HNO3，比正常使用硝酸一段廢水中可溶性鉬含量減小，提高了生產二區的鉬金屬回收率，有一定的經濟效益。

(3)采用硝酸鈉替代部分硝酸生產工藝比正常使用硝酸廢氣處理效果好，煙氣達標排放，實現了“綠色”生產。

5 展望

(1)本公司MoS2生產線仍為傳統上的手工作坊模式，勞動強度大，由此導致的人力物力損耗巨大，且產品回收率較低，因此，MoS2從傳統上的手工作坊模式向自動化生產線改造迫在眉睫。

(2)本公司MoS2生產線生產出來的超細粉的粒徑大多為500 nm左右且微觀形貌單一，隨著科學技術的發展，首先，對MoS2的粒徑要求會越來越小。其次，不同微觀形貌的MoS2會表現出不同的物化性質，應用于不同的領域。因此，研究并開發小粒徑且微觀形貌的多樣化的MoS2是今后MoS2工業化生產的發展方向。

［1］張文鉦.發掘中的二硫化鉬新用途［J］.中國鉬業，1997，21(2):130-132.

［2］何江山，崔雅茹，陳傲黎，等.水熱法制備不同形貌納米MoS2制備研究進展［J］.中國鉬業，2012，36(6):34-37.

［3］李大成，周新文，唐麗霞.二硫化鉬生產技術及應用分析［J］.中國鉬業，2008，32(3):8-11.