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钼(Molybdenum),是一种具有性能的金属元素,原子序数为42,原子量约为95.95。纯钼为具有金属光泽的银白金属,质地坚硬且坚韧,主要以氧化物或硫化物形式存在于自然界中,如辉钼矿等。
图1 辉钼矿在钢铁生产中,钼常被用作合金元素,显著提高钢材的强度、韧性和耐热性,适用于制造汽车零部件、机械结构件等高强度、高耐腐蚀性的产品。钼还广泛应用于电子工业,用于制造电子管、晶体管的电和灯丝等部件,因其高熔点和稳定性而成为电子管、半导体器件和集成电路中的关键材料。在化工领域,钼可用作催化剂,促进一些化学反应的进行,同时由于其耐腐蚀性,也用于制造化工设备的零部件。由于钼及其合金具有的耐高温、高强度等特性,因此被广泛应用于制造军事装备中的关键零部件,如坦克装甲、导弹外壳等。钼作为一种重要的战略性矿产资源,在推动国家工业发展、科技进步和国防建设等方面发挥着不可替代的作用。随着科技的不断进步和工业的持续发展,钼的应用前景将更加广阔。一、钼的基本属性钼是一种位于元素周期表第五周期第6族的过渡金属元素,在自然界中,钼的丰度较高,且存在多种同位素,如Mo-92、Mo-94、Mo-95、Mo-96、Mo-97、Mo-98、Mo-100等。其中,Mo-98是常见的同位素,占钼元素总量的约25%。这些同位素在地壳中的分布受到地球演化和岩浆活动的影响,主要富集在岩石圈和生物圈中。
图2 钼矿在室温下,钼为银白的坚硬金属,具有良好的延展性和可塑性。熔点2610℃-2622℃,沸点4612℃-5560℃;密度10.2g/cm3-10.28g/cm3;随着温度的升高,钼的强度和硬度会有所下降,但即使在高温下,钼仍能保持较高的强度和硬度。此外,钼还具有良好的热传导性和电导性。钼的化学性质相对稳定,但在特定条件下仍能与其他元素发生反应。在常温下,钼表面会形成一层致密的氧化膜,从而阻止进一步的氧化。但在高温下,钼可以与氧发生反应生成氧化钼。钼可以与硫反应生成硫化钼,这是钼在自然界中的主要存在形式之一。在高温下,钼可以与氮反应生成氮化钼。此外,钼与酸、碱的反应性相对较弱。它通常不溶于稀酸(如盐酸、氢氟酸)和碱溶液,但可溶于热浓硫酸、硝酸和熔融中。在熔融状态下,钼还可以与一些金属(如铜、镍等)形成合金。二、资源分布与勘查(一)资源分布钼资源的分布情况相对集中,主要分布在中国、美国、秘鲁、智利等国家。这些国家不仅是钼矿的主要生产国,也是钼储量为的国家。特大型钼矿床包括中国栾川钼矿和安徽金寨沙坪沟钼矿、美国Climax和Henderson钼矿、智利Chuquicamata和Pelambre钼矿等。
图3 世界钼矿资源分布图从储量来看,中国是钼资源为的国家,据不同年份数据显示,中国钼储量占比在38.7%-51.9%之间波动,这主要是由于资源储量的评估和更新是一个动态过程,会受到勘探进展、技术更新和市场需求等多种因素的影响。除中国外,美国、秘鲁和智利也是重要的钼矿储量国,它们的储量占比合计也相对较高。
图4 2013—2022年中国钼金属产量和消费量在中的占比变化主要钼矿的类型和特点包括火山岩浸染型和花岗岩型两种。火山岩浸染型钼矿通常与火山活动有关,矿石中钼的含量较低,但分布广泛;而花岗岩型钼矿则通常与花岗岩侵入体有关,矿石中钼的含量较高,是主要的工业钼矿类型。世界主要钼矿生产国包括中国、智利和美国等。其中,中国是大的钼矿生产国,其钼矿产量占产量的比例一直保持在较高水平。智利和美国也是重要的钼矿生产国,它们的产量在市场中占有重要。(二)中国资源分布中国钼资源的分布情况相对广泛,但主要集中在某些特定区域。中国的钼矿床主要分布在东秦岭-大别钼成矿带、兴-蒙钼成矿带、长江中下游钼成矿带、华南钼成矿带、青藏钼成矿带和天山北山钼成矿带。这些成矿带中的钼矿资源储量,品位较高,是中国钼矿资源的主要来源。具体来说,河南、内蒙古、西藏、黑龙江、吉林等地是中国主要的钼矿产区。其中,河南栾川钼矿是中国大的钼矿之一,也是大的钼矿之一,其储量,品位高,开采条件。内蒙古赤峰市翁牛特旗也发现了一处大型钼矿床,初步探明钼资源矿石量约1亿吨,金属量13万吨,这一发现进一步了中国钼矿资源。
图5 中国矿产资源分布示意图(钼)除了上述主要产区外,中国其他地区如大兴安岭、南岭等地也分布着一定数量的钼矿资源。这些地区的钼矿资源虽然规模较小,但也在一定程度上满足了当地和周边地区的钼矿需求。(三)勘查进展1.勘查历史与现状中国钼矿勘查的历史可以追溯到上世纪初,但真正的勘查工作大规模开展是在新中国成立以后。随着国家经济建设的需要,中国对钼矿资源的勘查工作逐渐加强,取得了一系列重要成果。近年来,随着勘查技术的不断进步和勘查工作的深入,中国钼矿资源的勘查成果更加,对钼矿资源的了解也更加深入。2.勘查技术传统的地质勘查方法在钼矿勘查中仍然发挥着重要作用。这些方法包括地质填图、地质剖面测量、地质勘探等,它们通过对地质构造、岩石类型、矿物组合等进行分析和研究,为钼矿的勘查提供了重要的基础资料。
图6 钼矿勘探现代勘查技术在钼矿勘查中的应用也越来越广泛。遥感技术、地球物理勘探技术、地球化学勘探技术等现代勘查技术的应用,大大提高了钼矿勘查的效率和准确性。遥感技术可以通过对地表和地下的信息进行远距离探测和识别,为钼矿的勘查提供重要的线索和依据;地球物理勘探技术可以通过对地下岩石和矿物的物理性质进行探测和分析,为钼矿的勘查提供重要的地球物理信息;地球化学勘探技术则可以通过对地表和地下的元素和化合物进行探测和分析,为钼矿的勘查提供重要的地球化学信息。
图7 钼矿岩心库三、开发与利用(一)开采技术钼矿的开采技术主要包括露天开采和地下开采两种。露天开采:适用于埋藏较浅、规模较大的矿床。露天开采具有成本低、效率高的优点,能够地获取大量的钼矿石。然而,这种方法可能会对环境造成较大的破坏,如土地破坏、植被损失等。
图8 钼矿区地下开采:适用于埋藏较深、矿体复杂的矿床。地下开采需要更高的技术和设备投入,以确保、地开采钼矿石。虽然成本相对较高,但这种方法能够减少对地表的破坏,并适用于复杂地质条件下的开采。(二)选冶工艺钼矿的选冶工艺流程包括破碎、磨矿、选矿、冶炼等环节。破碎:开采出来的钼矿石通常是大块的岩石,需要使用颚式破碎机、圆锥破碎机等设备将其破碎成不同粒度的颗粒,以便于后续的磨矿和选别。磨矿:经过破碎的钼矿石进入球磨机进行研磨,使其达到适合浮选的粒度。研磨后的矿石细料会进入螺旋分级机进行洗净和分级。选矿:浮选法是钼矿石选矿的主要方法之一。在浮选过程中,将破碎后的钼矿石与水和浮选剂混合形成矿浆,通过搅拌和充气使钼矿石颗粒与浮选剂结合形成泡沫层,然后将泡沫层刮出得到富含钼的精矿。此外,重选法也是钼矿石选别的一种方法,它利用钼矿石与其他杂质的密度差异进行分选。但重选法的分选效率相对较低,适用于处理粗粒级的钼矿石。冶炼:将钼精矿进行氧化焙烧,使其转化为三氧化钼。在焙烧过程中,钼精矿中的硫化钼与空气中的氧气反应,生成三氧化钼和二氧化硫。这一过程需要在高温下进行,通常采用回转窑、多膛炉等设备。之后进行氨浸处理,使三氧化钼溶解在氨水中形成钼酸铵溶液。在氨浸过程中需要控制好温度、压力、氨水浓度等参数以提高钼的浸出率。接着进行沉淀和结晶处理得到钼酸铵晶体。将钼酸铵进行还原熔炼得到金属钼。钼矿选冶工艺所需的设备主要包括给料机、颚式破碎机、球磨机、螺旋分级机、矿用搅拌桶、浮选机、浓缩机、烘干机等。(三)应用领域钼及其合金在多个领域有着广泛的应用和良好的前景。钢铁行业:钼可以提高钢的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性,是制造高强度、高韧性钢材的重要合金元素。有冶金:钼可用于制造钼铜、钼镍等合金,这些合金具有优良的导电性、导热性和耐腐蚀性。化工行业:钼可作为催化剂、润滑剂等,在石油、化工等行业中发挥重要作用。电子行业:钼可以作为电材料、电子元件等,用于制造半导体器件、集成电路等。航空航天:钼及其合金具有高温强度、良好的抗热冲击性能和的抗氧化性能,可用于制造火箭发动机、飞机发动机等高温部件。
图9 飞机发动机
图10 钼矿应用四、市场与贸易(一)市场供需1.钼市场供需状况钼市场近年来呈现出供需相对平衡但略有偏紧的趋势。产量方面,钼产量主要集中在中国、美国、智利和加拿大等国家。消费量方面,随着经济的复苏和制造业的升级,是航空航天、军工、新能源等领域的发展,对钼的需求持续增长。进出口量方面,由于各国资源禀赋和产业发展水平的差异,钼的贸易量较大,主要贸易流向是从资源国家向制造业发达国家转移。价格走势方面,受供需关系、货币、地缘政治等多种因素影响,钼价呈现波动上涨的趋势。
图11 钼行业供需现状2.中国钼市场供需状况中国是大的钼生产国和消费国。产量方面,中国钼矿资源,近年来随着开采技术的进步和矿山扩产,钼产量保持稳定增长。消费量方面,中国制造业的发展和产业升级,是中高端制造业对特钢、不锈钢等含钼材料的需求增加,推动了中国钼消费量的持续增长。进出口方面,中国钼产品进出口量较大,但近年来随着国内产能的提升和消费结构的优化,量逐渐减少,出口量有所增加。价格走势方面,中国钼价受国内外多种因素影响,但总体呈现稳中有升的态势。
图12 2013—2022年中国钼金属产量和消费量变化(二)贸易格1.主要贸易伙伴中国钼产品的主要贸易伙伴包括美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区。这些国家和地区对中国钼产品的需求量较大,主要用于高端制造业、航空航天、军工等领域。同时,中国也从这些国家和地区部分高品质的钼原料和深加工产品。2.贸易方式中国钼产品的贸易方式主要包括一般贸易、加工贸易和边境贸易等。一般贸易是中国钼产品进出口的主要方式,涉及的产品种类和数量较多。加工贸易则主要集中在沿海地区,利用当地的加工优势和便利的贸易条件,进行钼产品的深加工和出口。边境贸易则主要发生在与中国接壤的国家和地区,通过边境口岸进行钼产品的贸易往来。3.贸易壁垒在钼产品的贸易中,存在一些贸易壁垒,如关税壁垒、技术壁垒和绿壁垒等。关税壁垒主要体现在各国对钼产品征收的关税和出口关税上,影响了钼产品的贸易成本和市场竞争力。技术壁垒则主要体现在各国对钼产品的技术标准和质量要求上,需要中国钼产品企业不断提升产品质量和技术水平,以满足市场的需求。绿壁垒则主要体现在各国对和可持续发展的要求上,需要中国钼产品企业加强意识和技术的应用,以减少对环境的污染和破坏。(三)影响1.关税关税是影响钼产品贸易的重要因素之一。近年来,中国对钼产品的关税进行了多次调整,旨在优化产业结构、促进贸易平衡和保护环境。同时,其他国家也对钼产品的进出口关税进行了调整,影响了钼市场的供需关系和价格走势。2.产业产业是影响钼市场发展的重要因素之一。中国政府了一系列产业,旨在推动钼产业的转型升级和可持续发展。这些包括加强钼矿资源的保护和合理利用、推动钼产品深加工和高端化发展、加强和生产等方面的监管等。这些的实施有助于提升中国钼产业的竞争力和可持续发展能力。3.是影响钼产业发展的重要因素之一。随着意识的提高和法规的日益严格,中国政府对钼产业的要求也越来越高。这要求钼产品企业在生产过程中加强技术的应用和管理,减少污染物的排放和资源的浪费。同时,政府也加大了对违法行为的处罚力度,推动了钼产业的绿发展。五、环境保护与可持续发展(一)环境影响钼矿开采和冶炼对环境的影响是多方面的,主要包括土地破坏、水污染和大气污染等。土地破坏:钼矿开采过程中,需要进行大规模的剥离和挖掘,这会破坏原有的地表植被和土壤结构,导致土地退化、水土流失和生态失衡。此外,开采过程中产生的废石和尾矿堆积也会占用大量土地,对周边生态环境造成长期影响。水污染:钼矿开采和冶炼过程中会产生大量的废水,这些废水中含有重金属、酸碱物质和其他有毒有害物质。如果未经处理直接排放,会对周边水体造成污染,影响水质。废水的污染不仅会导致水生生物死亡,还可能通过食物链对人类健康造成威胁。大气污染:钼矿开采和冶炼过程中会释放大量的粉尘和有害气体,如二氧化硫、氮氧化物等。这些污染物会对大气环境造成污染,降低空气质量,影响人类健康。同时,粉尘和有害气体的排放还会加速温室效应和酸雨的形成,对气候和生态环境造成深远影响。(二)措施为了减轻钼矿开采和冶炼对环境的影响,当前采取了多项措施和技术手段。绿勘查:在钼矿勘查阶段,采用的勘查技术和方法,减少对环境的影响。例如,利用遥感技术、地球物理勘探和地球化学勘探等手段进行非破坏性勘查,降低对地表植被和土壤的破坏。绿矿山建设:在钼矿开采过程中,推行绿矿山建设,实现资源的利用和环境的影响。这包括采用的开采技术和设备,减少废石和尾矿的产生;加强废水处理,实现达标排放;实施土地复垦和生态恢复,恢复被破坏的土地和生态环境。技术应用:在钼矿冶炼过程中,采用的技术和设备,降低能耗和污染物排放。例如,采用的冶炼工艺和设备,提高能源利用效率;加强废气治理,减少二氧化硫、氮氧化物等有害气体的排放;推广使用清洁能源和可再生能源,降低化石能源消耗。这些措施和技术手段的实施取得了显著成效。通过绿勘查和绿矿山建设,降低了钼矿开采对环境的破坏程度;通过技术的应用和推广,提高了钼矿冶炼的水平和资源利用效率。然而,仍需要进一步加强监管和科技,以地保护环境和实现可持续发展。(三)可持续发展钼产业的可持续发展需要综合考虑资源、环境、经济和社会等多个方面。提高资源利用效率:通过技术和产业升级,提高钼矿资源的开采和冶炼效率,降低资源消耗和浪费。同时,加强低品位伴生矿的回收和尾矿的综合利用,提高资源利用率和附加值。降低环境污染:继续加强技术的应用和推广,降低钼矿开采和冶炼过程中的污染物排放。建立完善的废水、废气和固体废弃物处理系统,实现达标排放和资源的循环利用。同时,加强环境监管和执法力度,确保的落实和执行。加强科技:鼓励和支持科技和技术研发,推动钼产业向高端化、智能化和绿化方向发展。通过引进和消化吸收技术,提高钼产品的质量和性能;通过自主研发和,开发具有自主知识产权的新技术和新产品;通过智能化和自动化技术的应用,提高生产效率和性。推动产业升级和转型:优化产业结构,淘汰落后产能和工艺,推动钼产业向高端化发展。加强上下游企业之间的合作与整合,形成完整的产业链和供应链体系;拓展应用领域和市场空间,推动钼产业向多元化方向发展;加强合作与交流,积参与钼市场的竞争与合作。六、未来展望(一)技术趋势深部勘查技术:随着地表和浅部钼矿资源的逐渐枯竭,深部钼矿勘查将成为未来的重要方向。深部勘查技术将更加注重地球物理、地球化学和遥感技术的综合应用,以提高勘查精度和效率。同时,随着钻探技术的不断进步,深部钻探能力和性将得到进一步提升。智能化开采技术:智能化开采技术将成为未来钼矿开采的主流趋势。通过应用物联网、大数据、人工智能等技术,实现钼矿开采过程的智能化、自动化和远程化控制。这将有助于提高开采效率、降低生产成本、减少事故,并实现对环境的保护。绿开采和冶炼技术:随着意识的不断提高,绿开采和冶炼技术将成为未来钼产业发展的关键。这包括采用更加的开采方法、减少废水、废气和固废的产生和排放,以及提高资源利用率和能源效率等。(二)市场需求新兴应用领域的发展:随着科技的进步和新兴产业的发展,钼将应用于更多新的领域。例如,在新能源、新材料、航空航天等领域,钼及其合金因其的性能而具有广阔的应用前景。这将为钼产业带来新的增长点。替代品的出现:虽然目前尚未出现能够替代钼的材料,但随着科技的进步和材料的不断,未来可能会出现一些具有部分替代钼功能的材料。这将对钼市场产生一定的影响,但考虑到钼在多个领域的不可替代性,其市场需求仍将保持稳定增长。(三)战略建议资源储备:中国应继续加强钼矿资源的勘探和开发,提高资源储量和品位。同时,应加强对已开发钼矿的保护和管理,确保资源的可持续利用。此外,还可以通过海外投资、合作等方式,获取更多的钼矿资源储备。产业竞争力:中国钼产业应加强技术和产业升级,提高产品质量和附加值。同时,应优化产业结构,淘汰落后产能和工艺,提高产业整体竞争力。此外,还应加强品牌建设和市场营销,提高中国钼产品在市场上的度和影响力。合作:中国钼产业应加强与同行的合作与交流,共同推动钼产业的发展。这包括参与钼市场的竞争与合作、加强技术交流和人才培养、共同开发新的应用领域等。通过合作,可以实现资源共享、优势互补和互利共赢。综上所述,未来钼产业将面临更多的机遇和挑战。通过加强技术、优化产业结构、加强资源储备和合作等措施,中国钼产业将有望实现更加稳健和可持续的发展。
废钼回收的贸易模式与市场风险
废钼国际贸易以长期合约和现货交易为主。欧洲回收商多采用“废料换金属”模式,向亚洲出口废料并进口精钼;中国企业则倾向直接采购海外高品位废料。市场风险包括价格波动(如2022年钼价暴涨50%后骤跌)、贸易壁垒(如美国对废金属出口限制)及汇率变动。大型回收企业通过期货套保和多元化采购渠道分散风险,中小企业则更依赖本地化供应链。
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摘要:从铜含量为0.77%~1.32%之间的铜渣中回收金属,回收金属主要为铜;然而一些渣也含有0.4%左右的钼,有可能将熔融的铜渣变为一种新原料来开发新工艺,得到新产品。从这点来讲,使用焙烧-浸出工艺处理铜渣是为了回收渣中的钼,用氧化焙烧法将氧化铁转化为不溶性赤铁矿,而铜和钼转化为可溶态溶于酸溶液。因为钼与氧化铁类晶石相结合,在浸出过程中它的还原会受四氧化三铁成分影响,使用硫酸进行渣浸出,钼的回收率超过80%。因此,使用两段工艺,即氧化焙烧后酸浸对钼进行回收,得到的结果表明这种方法的可行性。
0前 言
当前,受经济、环境及金属高消费问题的影响,迫使人们开发更经济有效、从二次资源中回收有价金属的方法得到了推广。智利每年要产出含铜量为0.77%~1.32%、含钼0.4%及大量的铁和二氧化硅的铜渣超过350万t,因而,在循环利用金属萃取工艺上,铜渣就显示出了它的经济潜力[1]。
从铜渣中萃取金属有许多湿法冶金方面的建议,这包括直接从硫酸或氯化铁中浸出,也有将渣与硫酸、硫酸铵、硫酸铁焙烧或在还原的条件下酸浸这方面的报道。然而,的报道都是涉及铜和钴或镍还原方面,关于通过湿法冶金工艺从铜渣中回收钼的数据少有报道[4-8]。
因此,有人提议焙烧低品位的钼精矿与石灰或碳酸钠,将钼转化为钼酸盐,也有人研究将废催化剂与碳酸钠焙烧,还原可溶性钼酸盐[9-12]。因此,生产钼有效的方法是将钼精矿焙烧得到三氧化钼,随后对三氧化钼进行还原得到金属钼[12]。所以,本工作的重点是研究氧化物经过焙烧后酸浸,从铜渣中回收钼的可行性。
1从理论上讲
铜渣中的矿物学成分及所呈现的相取决于加
工矿物的类型、炉子的类型及冷却方法等几方面的因素。缓冷导致渣的组分有相当数量的结晶,形成大量的不同矿物相,冷却的速度越慢,矿物相增长越大;缓冷速度快,有可能产生非晶体渣,因而金属在渣中分布越均匀[14]。当铜渣是晶体时,主相通常是伴有硅酸盐的硅酸铁盐及金属氧化物,铜以氧化物或硫化物或两者的混合体存在。
在铜的回收过程中,比较典型的铜渣分析显示,钼分散在整个氧化铁相中,钼高度氧化,并与四氧化三铁的化学结构相结合,如图1所示。
在冶炼前,由于钼从硫化铜矿中浮选的效率低,所以钼出现在渣中。同时,也有报道说钼与属于2FeO·MoO2-Fe3O4系列的尖晶石结合,浸出率低[15]。
在熔融状态下,除了带入液体的一些铜及硫化铜以外,从化学性质上讲,渣是均质的,在急速冷却条件下,它仍保持均质状态。当渣缓慢冷却时,它不会过氧化,且至少可能形成两种固体相:硅酸亚铁和部分被氧化成的四氧化三铁,铜仍为硫化物;这种条件下通常通过浮选回收铜。然而,根据以下反应,铜、硫化铜及氧化铜在高度氧化焙烧条件下,温度在600~800 ℃时,能被转化。
Cu+1/2O2=CuO (1)
Cu2S+2O2=2CuO+SO2 (2)
Cu2O+2/3O2=2CuO (3)
在这些条件下,当温度达到800~1 100 ℃之间时,硅酸铁在有氧条件下分解,具体如下:
2FeO·SiO2+1/2O2=Fe2O3+SiO2 (4)
2FeO·SiO2+1/3O2=2/3Fe2O3+SiO2 (5)
根据以下反应,钼从它与氧化铁的尖晶石的组合物中分离出
2FeO·MoO2·Fe2O3+O2= 2Fe2O3+MoO3 (6)
图2实验室实验的结构图
因而,氧化焙烧会使铁硅酸盐分解,形成不溶于酸溶液的四氧化三铁和二氧化硅,这样在室温条件下,经过焙烧工序处理的产品就很容易通过酸浸进行处理,钼的还原效果就好,铜仍留在渣里面。
2实 验
缓冷和速冷却的系列冶炼铜渣的化学特性,如表1所示。
表1系列冶炼铜渣的化学性质* %
在一个典型的试验中,渣在实验室的管式Lindberg-Blue 炉0.5 cm厚的固定床上进行焙烧,条件如下:温度700 ℃,所用气体中混有90%的空气及10%的二氧化硫,物料粒度400目为100%,所得到的煅烧砂使用标准浸出测试法用如下条件在实验室中浸出:温度为18~20 ℃,硫酸为50 g/L,液固比为10∶1,物料粒度200目为100%,如图2所示浸出2 h。进行浸出测试以确定不经过煅烧步骤渣的溶解性,条件如下:温度为20 ℃,硫酸150 g/L,液固比为10∶1。
空气与二氧化硫混合是为了评估使用冶炼烟气促成四氧化三铁反应的可行性,正如以前报告中提到的计划那样,增加铜渣的商用价值[17]。
3结果与讨论
图3显示的是使用扫描电镜技术扫描到的缓冷渣的特性,微探针分析显示的是沉积的氧化物及硅酸盐的络合物,钼在这里形成了一个Fe-Mo-O的分离相,如1#、2#和4#相所示,络合物中铁的含量在52.03%~63.57%之间,钼含量在1.25%~6.35%之间。同时,这些相中二氧化硅的含量低,表明铁能在磁铁矿中呈现如FeO·MoO2-Fe3O4样的尖晶石结构,3#相显示的是玻璃状的铁硅酸盐型含钼量低的二氧化硅富集溶液。
图4是渣的扫描电镜分析,如图4a所示,可观察到铁分布在整个玻璃状的铁硅酸盐相中;图4b显示的是钼散布在渣中并与铁的分布路径紧邻的硅酸盐相。
铁的高萃取率表明铁硅酸盐的主要部分分解,这导致酸的消耗及溶液中胶态氧化硅增加,也增加了后期钼分离的难度。每吨渣所消耗的硫酸量在800~1 000 kg,溶液中的二氧化硅的富集量在10~15 g/L。
如图5所示,含不同成份磁铁矿的渣使用焙烧-浸出工艺,可观察到渣随着钼还原量的增加,四氧化三铁含量减少。
由于钼与氧化铁尖晶石结合在一起,酸浸不易分解,需要氧化成为钼的易溶态或氧化钼,这样才能在浸出过程中溶解,铁被氧化成为氧化铁,以便对钼进行选择性浸出。
在氧化过程中,氧化铁尖晶石转化为氧化铁,钼从铁尖晶石相中分离出,同时也被氧化成为它的高氧化态并反应生成热稳定的合成物,该合成物可以从氧化铁及硅酸盐合成物中不受限进行选择性浸出。
这里应当注意渣的熔点,这些合成物可以互溶,且由于氧化亚铁和四氧化三铁决定了铜渣的氧化态,可以得出钼的还原态为Mo4+。
因为渣中钼的浓度比较低,与以高的浓度并以Fe2+及Fe3+氧化物形态存在的氧化铁相比,很难经过分析实二氧化钼的存在。然而,有一点清楚,渣与四氧化三铁尖晶石晶化,形成二氧化钼固溶体,钼的浸出率低。
4结 论
铁和钼分布在整个玻璃状硅酸盐相,且在渣中钼的分布与铁的分布路径紧紧相邻,因此,钼主要与氧化铁尖晶石相结合。
由于氧化反应破坏了渣的结构,产生赤铁矿及方晶石,氧化铁及二氧化硅成为渣的主要成份,二氧化硅相中也应当有次要的氧化物成份出现,因而,在被氧化的渣中,硅酸盐及氧化铁就成为预期的两个主要的基本相。
人们普遍认为,渣氧化的结果是钼和铁被氧化成高氧化态,因而使用酸浸工艺就可以将钼从渣的氧化微粒中选择性浸出。
渣中的四氧化三铁显示,钼是嵌入在尖晶石固体相中,说明它在酸溶液中的溶解度低。然而,渣的溶解度测试结果显示,当渣中的四氧化三铁含量减少时,钼的萃取率提高,这对渣的焙烧转化同样有效。
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你是否见过这种灰的金属?它是如今能源与高端制造的核心材料之一,属于不可再生的重要战略资源。
这种灰的金属是能源与高端制造的核心材料之一
当然,其本身也是一种十分神奇的金属元素,叫做钼。
那么,钼元素到底是什么?它又有哪些应用呢?
大多数人对于钼元素并不熟悉,因为它在元素周期表当中的排名并不算靠前,日常生活中似乎也没见过它的身影。不过这家伙的出镜频率还是比较高的,只是相对低调一些罢了。
钼的化学符号为Mo,原子系数为42,在元素周期表当中属于第五周期第六副族,是一种难熔的稀有金属。根据资料来看,钼的熔点为2623摄氏度,沸点为4639摄氏度,这就意味着它还是比较“耐热”的。
钼元素在元素周期表当中的位置
此外,钼元素的膨胀系数小、强度大、电导率大、导热性能好、耐腐蚀,这些优势都使它在电气、化工、宇航等方面,都有着较好的发展前景。不过,它在地球上的含量并不多,可谓是用一点儿就少一点儿。
资料显示,钼在地球上的蕴藏量较少,其含量仅占地壳重量的0.001%,钼矿总储量约为1500万t,主要分布在美国、中国、智利、俄罗斯、加拿大等国。
钼元素的地球化学参数,它的蕴藏量是比较少的
值得一提的是,这种拥有多重优点的神奇元素,身世却有些坎坷。
在1778年被确认之前,钼元素总是被人们当成铅来对待,因为它常常出现于辉钼矿当中,而这种矿长的和铅实在是太像了。所以在瑞典化学家舍勒帮钼元素“正名”之前,钼元素一直籍籍无名,顶着别人的名字“活着”。
瑞典化学家舍勒发现钼元素之前,它总是被人们当成铅对待
人们重视钼,大多是因为它不但延展性强,热膨胀系数也低。若我们将其的密度与钨进行对比,就会发现它只有钨的1/2左右,但是延展性却明显更强,所以更容易被压成薄片或者细丝,用于切割加工。
热膨胀系数低,主要说的是它在高温之下,依旧能保持稳定的形态和尺寸,少会变形。不过,这个优点放在低温下就很尴尬了,会让它变得嘎嘣脆。
如今大部分工业切割当中,都会使用到钼,只不过它并不引人注目,因为这时的钼常常是以一根细细的金属丝模样出现的。
工业切割当中使用到的钼丝
那么,这么细的一根钼丝,为何能在切割领域“如鱼得水”,它真有这么锋利能直接切开钢板吗?
钼丝莫式硬度5.5的性质虽然很不错,但是用这么细一根拿来切钢板,似乎还是有些夸张了,毕竟钢板又不是“豆腐”,本身的强度摆在那的。
因此工业切割钢板并不单是靠钼丝,还有切割装置原理。因为这种线切割技术也被称之为电火花切割,它是在电火花穿孔和成形加工的基础上发展而来的,初的发现者是拉扎连科夫妇。
在发现电火花瞬时产生的高温能够让金属融化、腐蚀之后,他们便发明了使用电火花进行切割加工的方法,后来演化为了线切割机。
线切割机的主要结构示意图
一般来说,这一方法需要利用移动的金属丝来当“电丝”,然后让电丝和元件之间的脉冲产生电火花,而这个电火花的高温就能够让被切割物质融化了。所以如果大家观察线切割机工作,就会发现它一直滋滋啦啦的冒火花。
那么,发明者为何从众多金属元素当中,选择了钼元素呢?
这其实就与咱们上文中所说的钼元素的特性有关了。在线切割机进行切割的时候,往往会产生高温,而钼的耐高温性在此时就能发挥优势了。再加上这类切割机对于线的形态和稳定性也有着明确的要求,起码不能切着切着金属丝就变形了。
钼元素的物理特性,使得它在线切割当中发挥了优势
在这种情况下,热膨胀系数很低的钼就能地充当“切割线”,确保加工部件被切割出来是完整的,符合规格的。
要知道,线切割基本都是被运用在精加工领域的,若是使用其他容易变形的金属丝来替代钼丝,那么肯定会产生不少的“废件”。
所以,钼丝一直都是电火花加工当中理想的电丝,使用它可以来切割各种钢材和硬质合金,还能够加工一些对形状和精度要求高的复杂零件,放电加工的稳定性高。
钼丝是电火花加工当中理想的电丝
得益于上世纪与苏联之间短暂的“蜜月期”,我国也算是个将电火花线切割机用于工业生产的国家了。在这类切割机需求居高不下的情况下,钼元素的当然也就变得很高了。
此外,不起眼的钼丝还会被用在灯泡制造业中,比如钼元素和其他元素的合金,常常被用来当做高功率微波管和毫米波管中热离子阴的结构元件,能在1200摄氏度左右的温度当中工作。
资料显示据中国照明协会统计, 2001年,全国生产钼丝就已经达到31 .5亿m, 实际产量估计达到40亿m, 消耗将近800t钼条, 其数量十分可观。而其中线切割用钼丝产量,也超过了20亿m。
由于钼的性质,导致我国对它的需求很大,产量也十分可观
除了能够一路火花带闪电的切开钢板以外,钼元素的用途还有很多,可以说是让人“钼不暇接”。那么,它还被运用在哪些领域当中呢?
首先就是用在钢铁工业当中,一般来说它是以合金化元素的身份存在的,算是“添加剂”。当人们在钢铁生产中加入一定剂量的钼元素后,就能够提高钢的强度,使其在高温和韧性方面有更加的表现。
钼元素在钢铁工业当中的应用
其次就是运用在农业生产当中,这一点大多数人都不知道也无法理解,难道说咱们吃的粮食还需要金属元素参与?
还真是这样,因为钼其实是植物当中必不可少的微量元素之一,有着关键的作用。有时候,它的存在甚至能让农作物“起死回生”。
研究显示,钼能催化硝酸盐向盐转化,然后在固氮酶的作用下生成铵态氮,参与植物中碳、氮代谢等重要的生理过程。钼还能促进植物对磷的吸收和空气中氮的固定,提高其抗寒性能。
钼元素能够帮助植物提升固氮作用
比如以大豆为例,当其根瘤变长变少后,叶片也会出现斑点并随之萎缩。而这种症状,就是因为它体内缺少“钼元素”了。此时将钼元素按配比制成的化肥拿来,就能很快解决问题,帮助大豆重新焕发生机。
此外,钼元素对于人体来说也很重要,只不过它的含量比较少,所以大家鲜少注意到它。根据估算,体重为70千克的健康人体当中,钼的含量也不会超过9克,其广泛存在于肝、骨骼、肾脏之类的器官当中。
钼元素对于人体来说也很重要
人体中的钼元素可以有效地抑制胺类强致癌物的合成,还具备运载作用,帮助人体输送一些金属离子。此外,它还有保护心血管、预防龋齿的功能,总的来说算是比较全能的元素了。
如果大家察觉到缺乏钼元素,可以通过食用黄豆、玉米、黑米之类的粮食,进行补充。当然,补充也不可过量,具体还是要根据个人情况和医嘱而定。
如果需要补充钼元素,可以采取食补的方式