鉬酸銨生產中氨浸工序控制要素分析

田建榮

(金堆城鉬業股份有限公司，陜西 渭南 714000)

0 引 言

鉬是一種珍貴的高熔點金屬，被國家列為重要的戰略金屬。主要應用于不銹鋼及鉬金屬制品行業，隨著科技的發展，鉬的應用滲透到化工、催化劑等各個領域，具有廣闊的發展前景。因此，鉬資源的合理利用對于企業和國家都非常重要。

鉬酸銨生產工藝主要有傳統的酸鹽預處理工藝和水洗預處理工藝，這兩種工藝有各自的優勢和劣勢，但無論是酸鹽預處理工藝還是水洗預處理工藝，都必須使用到氨浸工序。氨浸工序是鉬酸銨生產工藝的一個核心工序，是利用工業氧化鉬易溶解于氨水的特性，實現鉬從固相向液相轉移的過程。筆者對鉬酸銨的生產工藝和各工序特點進行深入分析后，認為氨浸工序直接影響氨浸渣中的鉬金屬含量，進而影響整個鉬酸銨生產工藝的金屬回收率。因而對氨浸工序進行深入研究，以降低氨浸渣中的鉬含量，對提高整個鉬酸銨生產工藝的金屬回收率有著極其重要的影響[1]。

1 氨浸工序的主要化學反應

氨浸的過程主要是將經過預處理的工業三氧化鉬(鉬焙砂)溶于氨水中，三氧化鉬和氨水反應生成鉬酸銨溶液。三氧化鉬和氨水反應，鉬金屬以鉬酸根的形式入液相，其他雜質進入固相，實現鉬金屬離子的富集和凈化[2]。反應方程式為：

MoO3+2NH4OH=(NH4)2MoO4+H2O

2 影響氨浸渣中鉬含量的因素

氨浸渣是鉬酸銨生產工藝中氨浸工序產生的固相廢棄物，氨浸過程的處理效果直接決定了氨浸渣中鉬含量的高低，也決定了鉬酸銨生產工藝的金屬回收率，因此，研究氨浸工序的反應機理，可以從理論上找到影響氨浸渣中鉬含量的因素，進而有效直接地指導生產。

氨浸過程屬固相與液相之間的多相反應，浸出劑必須擴散通過兩相間的擴散層及礦料外圍的固態生成物才能與礦料進行反應，要使浸出率高，鉬焙砂中三氧化鉬的溶解速度就要快，且溶解的越完全越好，因此固態物料的浸出過程用溶解速度數學式進行分析：

ds/dt=D×F×(Cn-Cp)/δ

式中：ds/dt—溶解速度，即單位時間內發生反應的物質量；

D—擴散系數；

F—固體溶質的表面積；

Cn—固體礦粒表面生成物的濃度；

Cp—整個礦粒中生成物的濃度；

δ—固體溶質表面生成物的擴散層厚度。

從上式中可以看出，要使溶解速度ds/dt增大，就必須使D、F、和(Cn-Cp)的值增大，使δ減小；依據理論從以下幾點來研究，為了保證試驗數據的通用性，我們統一采用酸鹽預處理后氨浸方式進行。

圖1 鉬酸銨生產工藝氨浸工序流程圖

2.1 鉬焙砂的粒度

由于溶解反應是在固體與溶劑的相界面進行，因此鉬焙砂粒度越細，其表面積F就越大，從而鉬焙砂與溶劑的接觸面積也就越大，使溶劑和鉬焙砂發生反應的機會就越多，其反應就越快，反之，情況截然相反。

為了驗證粒度對氨浸渣的影響，我們利用兩種不同粒度的工業氧化鉬進行氨浸試驗。

表1 兩種不同粒度的工業氧化鉬指標

表2 兩種工業氧化鉬原料反應后氨浸渣的指標 %

從表1和表2結果來看，兩種不同粒度的工業氧化鉬進行氨浸試驗，氨浸渣中不可溶鉬的結果差別不大，可溶鉬的結果差別較大。分析原因為粒度大的氧化鉬比表面積小，與反應溶劑的接觸面積也小，造成了顆粒內部的部分工業氧化鉬沒有與氨水接觸并反應，直接滯留在氨浸渣中，造成了鉬金屬的流失。

2.2 固液比

由于溶解過程的速度決定于固體溶質的表面生成物濃度Cn(也稱飽和濃度)和生成物在整個溶液中的濃度Cp之差，該濃度差越大，生成物向整個溶液中的擴散速度就越快，使溶解速度增加；但是液固比太大時，浸出液中鉬金屬含量低，所形成的浸出液體積增大。

當Cp=0時，(Cn-Cp)的差值最大，溶解開始，溶解速度最快。隨著時間的逐漸增加，Cp慢慢增大，直至Cp=Cn時，溶解速度等于零，反應處于平衡狀態。

使用同一批原料，以不同固液比進行試驗，對氨浸渣的指標進行統計。

表3 相同原料在不同固液比下氨浸后氨浸渣的指標

結合日常工藝實踐經驗數據以及經濟性等考慮，鉬酸銨的氨浸固液比為1∶3比較合理。

2.3 浸出溫度

擴散速度取決于擴散系數，而擴散系數與溫度的關系是：

D=7.4×10-8(XM)0.5T/mv

式中：D—d在溫度為T時，溶質在溶劑的稀溶液中的擴散系數，cm2/s；

M—溶劑的分子量；

T—絕對溫度，K；

m—溶液的粘度，厘泊；

v—溶質在正常沸點時的分子容積；

X—溶劑的綜合參數。

擴散系數正比于溶解過程的溫度，溫度升高，分子獲得能量增加，分子運動的速度加快；同時還可使溶液的粘度降低，分子擴散的阻力減小，擴散速度增加。不過在浸出過程中溫度的提高受溶劑的沸點限制，并非越高越好，使用的氨水隨浸出溫度的升高，氨氣的揮發速度也會加快，造成體系中pH值下降，對浸出不利。

表4 不同溫度區間進行氨浸的指標對比

綜合上述各種影響因素和氨氣的特性，氨浸反應溫度控制在50～65 ℃，具有較好的經濟性。

2.4 攪拌速度的影響

浸出劑在與鉬焙砂接觸的表面積上發生反應時，擴散層的厚度與攪拌速度成正比：

δ=K/2μn

式中:δ—飽和層厚度；

K—常數；

μ—攪拌速度；

n—指數，一般取0.6；

增加攪拌速度可以減少飽和層厚度，加快反應速度，但攪拌過快會降低浸出設備的利用系數。攪拌速度控制在可以攪拌均勻即可。

2.5 浸出劑濃度的影響

一般來講，溶劑的濃度大，它的含量就高，浸出速度加快，但是浸出時濃度過高，液氨用量過多，浸出后尚有一部分溶劑剩余下來未被充分利用，造成浸出劑消耗量增大。

氨浸過程無論使用液態氨還是氨水，氨總量控制在理論需要量的1.2～1.5倍，這樣既保證了反應充分性，又不會浪費。

在工業實踐中，一般是通過給溶液中直接通入氨氣進行反應，反應容器為常壓敞口，反應過程中不斷有氣體的逸出，導致氨氣使用量達到理論反應量的2～3倍。

2.6 浸出時間的影響

浸出時間增加則浸出率增加，但時間過長，浸出率改變不大而又影響生產周期。

根據工業實際，浸出時間控制在1 h比較合理。

2.7 鉬焙砂質量的影響

若鉬焙砂中有不溶或難溶于氨水的鉬酸鈣、鉬酸鉛和未氧化好的二硫化鉬、二氧化鉬以及熔融燒結塊存在，還有焙砂中的鐵含量高，尤其是兩價鐵在浸出過程中形成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵呈膠狀，其很難沉降，并以薄膜的形式包裹著焙砂顆粒，阻礙三氧化鉬的繼續溶解；有氫氧化亞鐵的存在，濾餅也很難抽干，當鉬焙砂中有這些不溶或難溶物質，以及鐵含量高時，氨浸渣中的鉬含量就高，鉬焙砂的浸出率降低[3]。

3 結 論

(1)對鉬酸銨生產工藝氨浸工序影響氨浸渣鉬含量因素的分析，得到影響因子的數學模型和控制重點，利用這些可以在生產中作為依據調節工藝參數，降低氨浸渣中的鉬含量，從而使鉬酸銨生產過程的金屬回收率得到有效提高。

(2)把多相反應原理和生產實踐相結合，可以直接有效系統地對氨浸的反應過程進行分析，對影響氨浸過程的各種因子進行剖析，進而系統性地解決生產過程中出現的各種問題，達到理論和實踐相結合解決實際問題的目的。

(3)結合生產實踐，影響氨浸過程最重要的3個因素是工業氧化鉬的質量、固液比以及反應時間，控制好這3個主要因素，就可以得到一個高效的反應過程，氨浸渣中的鉬金屬流失就會減少，鉬酸銨工藝的金屬回收率就會得到提高。