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废钼回收的社会效益与行业挑战
该行业的社会效益远超经济价值:一方面缓解资源短缺,保障战略金属供应链安全;另一方面创造大量就业,如废料分拣、技术研发等岗位。但挑战亦存:小作坊式回收导致环境污染,需加强监管;高端应用(如核工业钼材)对回收技术要求极高,国内企业仍依赖进口设备。推动产学研合作(如共建钼再生实验室)和行业标准统一,将是破局关键。
钼(Mo)是一种金属元素,原子序数为42。它是一种银白的有光泽的金属,具有高熔点和高热导率。钼在自然界中以多种矿石的形式存在,常见的是钼辉矿和钼铜矿。
钼具有许多重要的工业应用。由于其高熔点和耐高温性能,钼被广泛用于制造高温合金、耐火材料和真空炉。钼还是电子产业中重要的材料,用于制造电子管、半导体器件和薄膜电阻器。此外,钼还被用于制造钼丝、钼箔、钼片等材料,用于电子显微镜、X射线管和真空设备。
钼也是一种重要的合金元素。它可以与其他金属如铁、镍、铜等形成合金,提高合金的硬度、强度和耐腐蚀性。钼合金广泛应用于航空航天、汽车、化工等领域。
此外,钼还有一些其他应用。例如,钼在农业中作为植物的微量元素,促进植物生长和提高产量。在医学领域,钼被用作放射性示踪剂和物成分。钼的同位素还被用于放射治疗和核能研究。总体而言,钼在各个领域都有着重要的应用和价值。
化工领域
润滑剂:二氧化钼是一种良好的固体润滑剂,因为它的摩擦系数很低,屈服强度很高,能在真空和各种温、高温下正常使用,因而被广泛应用于燃气轮机、齿轮、模具、航空航天、核工业等领域。
催化剂:钼的化合物是用途广的催化剂之一,被广泛应用到化学、石油、塑料、纺织等行业。例如:二硫化钼具有抗硫性质,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;钼与钴、镍结合用作石油提炼预处理的催化剂。其他常见的含催化剂有:二硫化钼、氧化钼、钼酸盐、仲钼酸铵等。
电子电气领域
钼具有良好的导电性和耐高温性,热膨胀系数与玻璃相近,被广泛用于制造螺旋灯丝的芯线、引出线及挂钩等部件。此外,钼丝也是理想的电火花线切割机床用电丝,能切割各种钢材和硬质合金,其放电加工稳定,能有效提高模具精度。
医学领域
钼是人体的微量元素之一,也是多种酶的组成部分,在机体的主要功能是参与硫、铁、铜之间的相互反应。适量的钼能够促进人体发育,增强氧在体内的储留下,抑制肿瘤,维护心肌的能量代谢,保护心肌,而钼的缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等疾病,因而钼也被用于医中,如钼酸铵这种就主要用于长期依赖静脉高营养的患者。
畜牧领域
钼的生物学作用主要是依靠作为动物体内某些含钼酶类的组成成分,间接影响酶的生物学活性来实现的。除此之外,钼元素在反刍动物营养代谢中发挥着的作用,一方面,钼作为反刍动物瘤胃微生物硝酸盐氧化酶的组成成分,直接参与瘤胃中饲料硝酸盐的转化,另一方面,钼作为硫酸盐氧化酶的辅助因子对瘤胃微生物有刺激作用,这有助于反刍动物对粗纤维类物质的消化,进而促进反刍动物的生长。所以,当牧草和饲料中钼元素含量不足时,就需要按照严格的营养需要和工艺技术要求,将钼元素添加剂加入饲料中,达到满足动物需要的目的,常见的例子就是在奶牛饲料中添加10mg/d的钼。
农业领域
钼为植物体内的“微量元素”之一,缺钼会影响植物正常生长。作为植物生长所的微量元素,钼不仅能促进植物对磷的吸收,还能加速植物体内醇类的形成与转化,提高植物叶绿素和维生素丙的含量,提高植物的抗旱、抗寒以及抗病能力。鉴于钼对植物的重要性,很多国家已经开始生产和使用含钼的微量肥料,例如我国湖南长沙县南华乡用钼酸铵拌种,花生增产32.2%,黑龙江国营农场对大豆施用钼肥,大豆增产10%左右。
钼是一种银白金属,熔点2617℃,沸点4612℃,物理化学性质与钨相似,性能是导电性和导热性强,膨胀系数小,加工性能稳定。钼主要应用于冶金工业,用作生产各种合金钢添加剂,并能与钨、镍、钴、锆、钛、钒、铼等组成高级合金,可提高其耐高温强度、耐磨性和抗腐性。钼和镍铬的合金用于制造飞机的金属构件,机车汽车上的耐蚀零件。钼和钨、铬、钒的合金钢适用于制造高速切削的刃具、军舰的甲板,坦克、枪炮、火箭、卫星等的合金构件和零部件。
钼是一种金属元素,通常用作合金及不锈钢的添加剂。它可增强合金的强度、硬度、可焊性及韧性,还可增强其耐高温强度及耐腐蚀性能。
尽管钼主要应用于钢铁领域,但由于钼本身具有多种特性,它在其它合金领域及化工领域的应用也不断扩大。
实验明,钼化合物具有低的毒性,这是钼区别于其它重金属的显著特征之一。
钼资源:
1、储 量
钼从来不以天然元素状态出现,而总是和其它元素结合在一起。虽然发现的钼矿物许许多多,但唯一有工业开采价值的只有辉钼矿(MoS2)-一种钼的天然硫化物。矿床中,辉钼矿的一般品位为0.01%~0.50%,并常常与其它金属(是铜)的硫化物结合在一起。
世界钼资源主要分布在北美及南美的西部山区,美国是世界上大产钼国,也是世界上钼储量较大的国家,为5 .4百万吨,几乎占钼总储量的一半。
2、矿 床
钼矿床可分为下面三种类型:
原生钼矿,主要提取辉钼矿精矿;
次生钼矿,从主产品铜中分离钼;
共生钼矿,这类钼矿床中钼和铜的工业开采价值均等。
不锈钢的钝化作用是在氧化性介质中形成的,通常所说的耐腐蚀,多指氧化介质而言。在非氧化性酸中,如稀硫酸和强有机酸中,一般铬不锈钢、铬镍不锈钢均不耐蚀。是在含有氯离子(Cl)的介质中,由于氯离子能破坏不锈钢表面的钝化膜,造成不锈钢部地区的腐蚀,即点腐蚀。在不锈钢中加入钼和铜是提高不锈钢在非氧化性介质中抗蚀性能的有效途径。
钼能促使不锈钢表面钝化,具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力,铁素体不锈钢中如果不含钼,铬含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能,但只有在含铬钢中钼才能发挥作用。一般来说,铬含量越高,钼提高钢耐点蚀性能效果越明显。研究表明,钼提高耐点蚀性能的能力相当于铬的3倍。1Cr17钢中加入1%的钼(1Cr17Mo)可使其在有机酸和盐酸中的耐腐蚀性能明显提高。18-8铬镍钢中加入1.5~4.0%的钼,可以提高其在稀硫酸、有机酸(醋酸、蚁酸、草酸)、硫化氢、海水中的耐蚀性能。
钼是形成铁素体的元素,因此,18-8铬镍钢加钼后,为保持纯奥氏体组织,镍含量也要相应提高。加钼后,18-8钢的镍含量一般提高至12%以上,如0Cr17Ni12Mo2和00Cr17Ni14Mo2。
钼能改善奥氏体不锈钢的高温力学性能,如表1-4。在马氏体不锈钢中加入0.5%~4.0%的钼可以增加钢的回火稳定性。钼在不锈钢中还能形成沉淀析出相,提高钢的强度,如沉淀硬化型不锈钢0Cr17Ni5Mo3。
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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.
钼molybdenum
元素符号Mo,银灰难熔金属,在元素周期表中属ⅥB族,原子序数42,原子量95.94,面心立方晶体,常见化合价为+6、+5、+4。
在中世纪就使用辉钼矿(MoS2),因其外观很像石墨,被误认为是变态的石墨而用来制作铅笔芯。1778年瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)用硝酸分解辉钼矿,从中发现了一种新元素,以希腊文molybdos(似铅)命名。1782年瑞典化学家耶尔姆(P.J.Hjelm)首次制得金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)。
资源
钼矿分布虽广,但只有少数矿床有开采价值。美国是钼矿的国家,产量占世界总产量的60%以上,其次是智利和加拿大。中国的钼矿产于东北、西北和中南等地区。具有工业价值的钼矿物为辉钼矿,其开采量占钼矿总开采量的90%。辉钼矿容易浮选,可由含钼0.06~0.3%的原矿选得含钼47~50%的精矿。钼的次生矿钼钨钙矿[Ca(Mo,W)O4]、铁钼华(Fe2O3·MoO3·H2O)、钼铅矿 (PbMoO4)和钼铜矿[2CuMoO4·Cu(OH)2]等也有一定开采价值。主要钼矿生产国(中国除外)的钼矿储量和产量(1979年,以钼计)如下:
性质和用途
常温下钼在空气中很稳定,高于600℃时很快地氧化生成三氧化钼(MoO3)。钼与氢不发生化学反应,但钼粉能吸收氢。在温度高于700℃时,水蒸气能将钼氧化成二氧化钼(MoO2)。钼与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃下反应生成碳化钼(Mo2C)。钼能耐稀硫酸、氢氟酸、磷酸等酸腐蚀,但不耐硝酸、王水和氧化性熔盐的腐蚀。钼在常温下能耐碱,但在加热时则被碱腐蚀。
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(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)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。
冶炼
钼生产的主要原料为辉钼精矿。提取过程包括氧化焙烧,三氧化钼、钼粉和致密钼的制取等主要步骤,工艺流程见图。
辉钼精矿的氧化焙烧
一般在600℃下进行,主要化学反应为:2MoS2+7O2─→2MoO3+4SO2↑。焙烧温度不能超过650℃,否则造成MoO3的大量挥发和炉料的粘结。焙烧设备多采用连续操作的多膛炉或间歇操作的反射炉,也可以用流态化炉焙烧。
三氧化钼的制取
将焙砂用氢氧化铵溶液浸出(见浸取),生成钼酸铵溶液:
MoO3+2NH4OH─→(NH4)2MoO4+H2O
液中的铜、铁等杂质用硫化铵或硫化钠使它生成硫化物沉淀除去,然后加入硝酸铅除去过剩的硫离子。将溶液加热到55~65℃,用盐酸调节pH为2~2.5,在激烈的搅拌下析出多钼酸铵[(NH4)2O·mMoO3·nH2O]。为了进一步去除钙、镁、钠等杂质,可将多钼酸铵重新溶于氢氧化铵溶液中形成钼酸铵,过滤后将溶液蒸发,使氨挥发,而钼生成仲钼酸铵结晶[(NH4)2O·7MoO3·4H2O],经脱水和煅烧后得到纯度99.95%的三氧化钼。氧化钼的制取还可采用升华法,将焙砂在900~1000℃下加热,三氧化钼因蒸气压较高不断挥发,经布袋收尘器收集后,得到纯度大于99%的三氧化钼细粉。利用此法也可处理金属钼废料以回收钼。
金属钼粉的生产
在管状电炉中用氢还原三氧化钼。工业生产还原过程分两步:先在450~650℃下将MoO3还原成MoO2,再在900~950℃下将MoO2还原成钼粉。MoO3还可用碳还原成钼粉,但纯度较差。
致密钼的制取
①粉末冶金法,是将钼粉用酒精甘油溶液润湿混合,在压力约3吨力/厘米2下压制成坯条或坯块。将坯条在氢气氛中于1100~1200℃下预烧结,随后把电流直接通入坯条,使之加热到2200~2400℃进行高温垂熔(即高温烧结,见钨),得致密金属钼(第三届全国有金属冶炼化工工程技术交流会暨成果展示会)坯条。②熔铸法,一般是将已烧结的钼条进行真空自耗电弧重熔,可以得到重达数吨的钼锭。为了制取高纯钼锭,可采用真空电子束熔炼法和区域熔炼法。
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该材质的用途有:钢铁工业,能源领域,电子行业,生物工业。1、钢铁工业:金属钼是钢铁生产过程中一种重要的合金添加剂,可以提高钢材的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性,使钢材更具有可塑性和可加工性。2、能源领域:金属钼在能源领域的应用主要是作为催化剂,促进反应的进行,提高催化剂的稳定性和催化效率。3、电子行业:金属钼也被广泛应用于电子行业,主要用于制造半导体材料和热电子器件等。4、生物工业:钼是生物体内的微量元素之一,可以作为肥料和饲料中的营养成分,此外,钼也是一些生物酶的重要组成部分,参与人体的蛋白质代谢等。