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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。
钼是一种稀有金属,纯金属钼和钼合金具有强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等多种优点,广泛应用于冶金、机械、化工、军工、航空航天等领域。我国铜钼矿资源,但普遍存在贫矿多富矿少、共生伴生严重、嵌布粒度细等问题,再加上辉钼矿和铜硫化矿可浮性相近,导致铜钼分离困难,从铜钼矿石中分离回收钼矿物一直是世界性难题。
中国黄金乌山铜钼矿项目开发的铜钼矿山,是我国第四大铜钼伴生矿床,属于特大型低品位斑岩型铜钼伴生金属矿,其铜矿物大部分为次生铜矿物,在浮选过程中,常规的抑铜浮钼技术,回收率和产品质量波动大。同时,国内外铜钼分离效果较好的浮选工艺,用水基本以清水为主,对于水资源贫乏的乌山,是一项难突破的资源“瓶颈”。
中国黄金针对乌山铜钼矿石铜钼分离,组织开展试验研究工作,取得重大技术突破。一是取消铜钼分离流程中常用的混合精矿再磨作业,减少过磨对分离作业的负面影响,提高了浓密机的工作效率,了铜钼分离运行的稳定性。二是通过增加铜钼分离精选次数、提高分离浮选浓度,使分离工艺由原来的“强压强选”变为“轻压轻选”,使用抑制剂XY751代替硫化钠,提高次生铜矿物与钼矿物的分离效率,实现了回水的循环利用,在钼精矿品位的同时,显著提高钼的作业回收率。三是在铜钼分离精选流程中采用浮选机取代原有的浮选柱,有效提高了操作稳定性和分离效果。在原矿铜品位为0.33%、钼品位为0.02%的条件下,取得了钼品位为47.10%、含铜0.93%、钼作业回收率为81.18%的钼精矿。
该成果获得中国黄金协会科学技术特等奖,并入选国土适用技术推广目录。中国黄金协会组织的鉴定专家组认为,该成果在相关技术领域达到领先水平。工程化应用以来,共产出钼金属8500多吨,累计新增产值近10亿元,累计新增利润达5亿元,经济效益显著,具有大的社会推广应用价值。
钼简介:密度10.2克/立方厘米。熔点2610℃。沸点5560℃。化合价+2、+4和+6,稳定价为+6。钼是一种过渡元素,易改变其氧化状态,在体内的氧化还原反应中起着传递电子的作用。在氧化的形式下,钼很可能是处于+6价状态。
虽然在电子转移期间它也很可能首先还原为+5价状态,但是在还原后的酶中也曾发现过钼的其他氧化状态。钼是黄嘌呤氧化酶/脱氢酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分,从而确知其为人体及动植物的微量元素。
钼的发现过程:
1782年,瑞典的埃尔姆,用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,而得到钼。
1953年确知钼为人体及动植物的微量元素。主要矿物是辉钼矿[1](MoS2)。
天然辉钼矿MoS是一种软的黑矿物,外型和石墨相似。18世纪末以前,欧洲市场上两者都以 “molybdenite”名称出售。
1779年,舍勒指出石墨与molybdenite(辉钼矿)是两种不同的物质。他发现硝酸对石墨没有影响,而与辉钼矿反应,获得一种白垩状的白粉末,将它与碱溶液共同煮沸,结晶析出一种盐。他认为这种白粉末是一种金属氧化物,用木炭混合后强热,没有获得金属,但与硫共热后却得到原来的辉钼矿。
1782年,瑞典一家矿场主埃尔摩从辉钼矿中分离出金属,命名为molybdenum,元素符号定为Mo。我们译成钼。它得到贝齐里乌斯等人的承认。
钼-99是钼的放射性同位素之一,他在医院里用于制备锝-99。锝-99是一种放射性同位素,病人服用后可用于内脏器官造影。用于该种用途的钼-99通常用氧化铝粉吸收后存储在相对较小的容器中。当钼-99衰变时生成锝-99,在需要时可把锝 -99从容器中取出发给病人。
钼的主要用途: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。
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。
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钼的及投资策略
1、战争金属一一钼
钼是一种银白的坚硬金属,具备一身耐主温的好本领,其溶点 高达2620C,是一种珍贵的稀有高熔点金属及重要的战略性物质。
钼以多种形态存在,一般将钼产品分为:钼炉料新产品(钼精矿、 氧化钼、钼铁),钼化工新产品(钼酸铵、钼酸钠、钼酸钡),钼金属 制品(钼粉、钼条、钼板、钼棒、钼丝、钼异件)。
钢铁工业是钼的消费大户,主要作为生产合金钢、不锈钢、耐热 钢和合金铸铁等的重要合金元素,作为钢铁行业的添加剂有金属钼 条、钼铁和钼酸钙。钢中含钼量低于 1%时,用工业氧化钼块;当钢 中钼含量高于1%时,常用钼铁、耐热合金和耐腐蚀合金中都添加了 1%-2%的钼,钼含量越高耐腐蚀性越好,作此种添加剂一般使用金属 钼。钼及其合金具有良好的导热性、导电性、低热膨胀系数、耐高温 性、低蒸气压、耐磨性、耐腐蚀性和化学稳定等特性。
尽管钼主要应用于钢铁行业,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。当今,金属钼、钼合金 和钼的化合物广泛地用于航空航天、 军事工业、核工业等现代技术的 很多领域中。例如,钼可用于火箭、导弹部件,如喷嘴、发动机的燃 气轮片、冲压发动机喷管、火焰导向器及燃烧室等。在液体燃料火箭 发动机上广泛使用金属钼和钼合金(如 Mo-0.5Ti-0.08Zr)作燃烧室、 喉部管套筒。是宇宙飞船发射和返回通过大气层时, 由于速度快,暴露于空气中的部件温度高达 1482-1464C,因而采用钼做蒙 皮、喷管、火焰挡板、翼面及导向叶片等。钼具有热中子捕获截面较 小,有持久强度,对核燃料的稳定性能和抵抗液体金属的腐蚀等特性, 故用作核反应堆的结构材料,如隔热屏等。
钼之所以被称为 战争金属”原因很简单:把钼加到钢里,钢的 强度、韧性及及耐高温、抗腐蚀的本领都会得到很大的提高。早在上 世纪一战时期,钼的合金钢就被广泛应用于制造枪炮筒、装板、坦克 和其他装备,因为枪炮同弹打交道,不坚硬强韧、不抗腐蚀是 根本不行的。直到现在,钼仍是重要的战备物资,全世界大部分的钼 仍被用来制造枪炮、装甲车、坦克等战争。并且随着时代的进步, 钼还被广泛应用于航空航天、核工业等国防军工领域,可以看出,把 钼称为战争金属”是再合适不过的了。
2、中国钼资源行业堪比稀土
我国的钼资源无论从行业基本面还是从战备价值方面, 堪比稀土
毫不为过。
目前,钼资源探明总储量为890万吨,分布呈现高度的不均 衡状态,主要分布在中国及美洲的科迪勒拉山系。 中国是大的 钼资源国,根据美国地质勘探的统计资料显示, 中国的钼资源占钼资源储量的38.4%及储量基础的43.7%;美国是世界第二大钼资 源国,占钼储量及储量基础的分别为 31.4%和 28.4%。智利排名 第三,其钼储量几乎全集中在三个世界级特大型铜钼矿床(埃尔特尼 思特、丘基卡马塔和埃尔萨尔瓦多)中,占钼储量及储量基础的 分别约12.8%和13.2%;加拿大、俄罗斯和亚美尼亚也是钼资源较为 的国家。作为一种重要的不可再生的稀缺战备资源,日本、俄罗 斯等大国先后建立了钼的战备储备。
据加拿大金属经济小组年的数据显示,2009年钼产量约19 万吨,虽然较2008年的产量有所下降,但1998年至2009年的11年 期间,钼产量的年均增长率仍为 3.33%。
钼资源储量位居世界前三的中国、美国和智利同样也是前三 大钼生产国。据美国国家地质调查的数据显示,中国、美国和智利 的钼产量分别占总产量的 38.5%、25%、16%,这三个国家的钼 产量占钼产量近80%,此外秘鲁和加拿大也有的产蛳。2008 年26座矿山的钼金属储量/资源量合计1560.7万吨,平均品 位0.016%,生产总能力为18.3万吨(金属量),其中铜矿山的副新产 品钼约占40%。可见,钼生产格集中。
2009年,受低迷钼价影响,中国国内除金钼股份和洛钼集团这 两家大型钼矿山企业的产量仍在增长外,中小型钼矿山普遍开工不 足。河南地区钼矿山1季度开工率仅在60%左右;内蒙除中钢外,大 多数企业到2季度才逐步复产;辽宁除新华钼业外大多处于停产状 态;河北、浙江的企业也都采取减产措施。尽管中钢金鑫、龙宇公司 和金钼汝阳等项目陆续实现投产,但 2009年我国钼精矿产量仍比上 年同比下降10%至7.3万吨钼。
据中国有金属工业协会的统计数据显示, 2010年上半年
我国钼精矿产量为45344吨钼,同比增长13%。其中,河南省产量同 比增长6.6%至21055吨钼,陕西省产量同比增长16.2%至8795吨钼, 内蒙古产量同比增长119.8%至 6270吨钼,以上地区产量占总产量的 79.7%。
3、钼价:后市仍具上涨空间
钼,英文名称molybdenum。钼的密度10.2克/立方厘米,熔点2610℃,沸点5560℃。。钼是一种过渡元素,易改变其氧化状态,稳定价为+6。
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的应用。
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;钼坩埚用于稀土炼制;钼顶头用与无缝钢管的热穿孔;钼耐高温烧蚀,主要用于热流口,火炮内膛、火箭喷口、电灯泡钨丝支架的制造。
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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。