一種“水洗”低K高純三氧化鉬生產鉬粉的工藝研究

程 進,李 敏,陳 成

(金堆城鉬業股份有限公司金屬分公司,陜西 西安 710077)

0 引 言

鉬粉的制備受多種因素影響，目前，普遍集中在“酸洗“工藝生產的MoO3制備鉬粉的工藝研究上，主要研究有鉬粉粒度對深加工產品的影響[1]，還原過程中氧化鉬、鉬粉的形貌演變及還原動力學、熱力學[2-3]以及還原工藝的制定[4-6]等。但是，隨著國家對環境保護越來越重視，“酸洗”原料在生產過程中產生的環境污染已無法滿足環境保護要求，而“水洗” MoO3的出現解決了“酸洗” MoO3的環境污染問題，是大勢所趨。因此，對“水洗” MoO3生產鉬粉的工藝研究則顯得尤為重要，“水洗” MoO3工藝的差異決定了其在制備鉬粉的過程中應存在差異。本文則集中對低K“水洗”類 MoO3生產鉬粉的工藝進行了研究，找出了該類原料適合何種規格鉬粉生產，為“水洗” MoO3生產鉬粉的工藝研究提供了有益借鑒。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗所用原料均為“水洗”低K(k≤80 mg/kg)MoO3,其主要指標見表1。

表1 試驗原料主要指標

MoO3原料對應的5 000倍、2 000倍及100倍掃描電子顯微鏡下顆粒形貌見圖1中a、b、c。

1.2 試驗工藝

MoO3作為原料經過一、二段高溫還原反應后生產鉬粉，并對鉬粉進行主要指標檢測。一、二段高溫還原反應均使用平四管還原爐進行，氫氣作為還原氣體。鉬粉粒度使用費氏粒度儀進行檢測。試驗工藝見表2。

表2 一、二段工藝參數

圖1 低K“水洗”MoO3幾種典型掃描電子顯微照片(10 μm、50 μm、500 μm)

1.3 試驗結果

按表2中工藝參數選擇高低兩種不同工藝進行試驗，所獲得鉬粉粒度、K含量及成品過篩率如表3：

表3 鉬粉主要性能指標

由表3中數據可以看出，生產試驗所出鉬粉的粒度均不大，K含量變化范圍大，鉬粉成品過篩率差異大。

2 結果與分析

2.1 粒 度

試驗用“水洗”低K(K≤80 mg/kg)MoO3費氏平均粒度較大，經過兩種不同工藝試驗結果見圖2、圖3。

圖2 兩種不同工藝所出Mo粉粒度及對應的MoO3、MoO2粒度

圖3 試驗所出MoO2掃描電子顯微照片(10 μm、50 μm、500 μm)

由圖2可以看出，MoO3原料的費氏粒度相對普遍較大。結合圖1掃描電鏡照片看，MoO3原料粒度大是一種“假象” ，是由大量非常細小的(1 μm及以下)MoO3晶體顆粒聚集組成的團聚“假顆粒”。MoO2及Mo粉的顆粒又相對較小，且基本遵循MoO2粒度大、鉬粉粒度大的遺傳特性。工藝②所出鉬粉整體平均費氏粒度較工藝①小。

如圖3所示，a、b、c分別為MoO2的5 000倍、2 000倍及100倍掃描電子顯微鏡下顆粒形貌。圖中a可以看出有大量片狀顆粒，厚度不大，但最大長度超過10 μm，。 MoO2顆粒是由高純MoO3顆粒由外及內剝層裂解[7]而來，繼承了MoO3的微觀形貌。從圖3中可以看出，左下a工藝②的MoO2顆粒形狀較左上a工藝①的小，其顆粒外形更接近長方體或立方體、菱形體等，兩者存在差異。工藝②中一段還原溫度及氫氣流量較工藝①大，高純MoO3的反應更進一步，其表層剝層裂解速度更快，易形成更趨近于顆粒狀鉬粉形貌的小顆粒。

圖4 試驗所出MoO2掃描電子顯微照片(10 μm、50 μm、500 μm)

如圖4所示，a、b、c分別為Mo粉的5 000倍、2 000倍及100倍掃描電子顯微鏡下顆粒形貌。在2 000倍下，鉬粉顆粒普遍非常小，大部分不超過2 μm。而且鉬粉顆粒之間的團聚現象非常明顯。按三氧化鉬到鉬粉形貌演變假設模型[7]看，高純MoO3顆粒裂解成MoO2層片狀顆粒直至形成球型鉬粉顆粒，顆粒之間形成大量的燒結頸，顆粒之間互相連接、互相“搭橋”形成了大量的長條形的鉬粉顆粒形貌。相同條件下鉬粉小顆粒比表面積大、活性強，一定數量的一次顆粒通過表面張力或固有的鍵橋作用形成更大的顆粒，即團聚體[8]，而圖4中左下a中鉬粉顆粒硬團聚顆粒[8]較左上a多。更高溫度使顆粒更容易長大的同時，也更加容易從內部破壞顆粒的穩定性，使其裂解成更小顆粒。顆粒間互相搭架形成燒結頸現象增多。

2.2 K含量

由圖5可以看出，工藝②的鉬粉K含量整體較工藝①的小，較高的溫度有利于K元素的升華，而較大的氫氣流量在同等條件下，能帶走更多的水汽等雜質。但是過高的溫度又影響K含量的分離效果[9]，較低K含量的MoO3生產的鉬粉K含量也相對較低。

圖5 試驗所出Mo粉K含量

2.3 成品過篩率

成品過篩率也可稱為一次過篩率。由圖6可以看出，試驗工藝②的鉬粉一次過篩率整體低于試驗工藝①。試驗工藝②工藝溫度高，但粒度小，K相對低，同時一次過篩率也低。試驗工藝②所出鉬粉中小顆粒更多，團聚顆粒也較嚴重,(如圖4觀察更直觀)，導致鉬粉篩分難度增大，表現為一次過篩率低。

圖6 試驗所出Mo粉一次過篩率

3 結 論

(1)這種低K(K≤80 mg/kg)MoO3原料適合生產小粒度鉬粉，粒度范圍主要在2.5～3.0 μm之間。

(2)這種低K(K≤80 mg/kg)MoO3原料生產出的鉬粉粒度大，一次過篩率則大，當鉬粉粒度達到3.0 μm以上時成品率高達90%以上，粒度2.5 μm以下時，成品率只有50%左右。

(3)該種原料適合生產粒度不大于2.8 μm、松裝密度不大于1.0 g/cm3的韓國喜新鉬粉，但是一次過篩率則較低。

(4)該種原料生產大粒度鉬粉則存在較大困難。同等工藝條件下，K元素含量高低對鉬粉晶體顆粒的長大有較大影響[9]，過低的K含量不利于鉬粉顆粒的長大。