CN101396741A - 一种制备高纯超细金属钼粉的方法 - Google Patents

一种制备高纯超细金属钼粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种制备高纯超细金属钼粉的方法，其工艺步骤为：(1)将辉钼矿粉制备成球状或块状；对球团进行干燥；然后将干燥后的球团送入高温真空炉中真空分解，获得有色金属杂质和S含量极低的钼粉；(2)将上述步骤获得的球状钼粉转入氧化焙烧装置中，进行氧化焙烧，得到高温气态MoO3；(3)将高温气态MoO3送入气体还原装置中，用氢气作为还原剂，还原气态MoO3，得到高纯超细金属钼粉。本发明无SO2废气排放和回收问题，并可同时利用钼和硫两种资源，避免了钼精矿氧化焙烧所释放的SO2综合处理负担和相关排放，既减轻了排放又提高了资源综合效率。

Description

一种制备高纯超细金属钼粉的方法
技术领域
本发明属于钼粉的制备技术领域，尤其是涉及一种以辉钼矿为原料制备高纯超细金属钼粉的方法。
背景技术
钼是我国重要的战略资源，资源非常丰富，总储量稳居世界第2位。钼主要消耗在钢铁行业，约占钼产品的70％～80％，其中各种结构合金钢消耗的钼占到钼消耗总量的43％～44％，不锈钢消耗的钼所占比例为22％～23％，工具钢及高速钢消耗的钼所占比例约为8％，铸钢及轧辊消耗量约占6％。几乎所有的钢材中都含有钼，其含量一般在0.1％～10％。这是因为钼作为合金添加剂，可以赋予钢材均匀的微晶结构，并改善钢铁的性能，如提高钢材的硬度，抗蠕变性能，特别是高温强度和韧性；提高钢材的耐腐蚀性能和耐磨性能；改善钢材的淬透性、焊接性和耐热性能等。
随着技术的发展，对金属钼粉的质量要求越来越高。这就要求生产金属钼粉的纯度越高越好。目前生产钼粉的主流程依然是首先将辉钼矿(MoS2)进行氧化焙烧，然后通过湿法冶金方法制备MoO3，再通过二步氢气还原法生产钼粉。通过这种流程得到的中间产品MoO3的纯度一般大于99.5％，且粒度能够控制在几微米～几十微米之间。因此，传统的方法，难以得到高纯(99.9％)且超细(<1微米)的金属钼粉。
另一种方法是将焙烧后的氧化钼矿使用升华法制取MoO3，一般纯度可达到99.8％，这种方法对原料的要求非常高，特别是对易挥发的低熔点有色金属元素。
传统的辉钼矿氧化焙烧方法，在低温下将硫化钼氧化，生产氧化钼和SO2，由于反应温度低，矿中的有色金属元素如Pb、Zn、Sb等依然留在焙烧后的氧化钼矿中。用化学方法，部分有色元素无法去除。升华法将MoO3变成气态，部分有色金属元素进入气态MoO3中。
上述两种方法，都需要将辉钼矿氧化焙烧，但过程中释放的二氧化硫对生态环境构成了极大威胁，虽然目前也能对尾气中二氧化硫进行无公害处理，但是存在工艺复杂、处理成本高昂、处理不彻底等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种制备高纯超细金属钼粉的方法，其以辉钼矿为原料，采用真空分解、氧化焙烧、氢气还原三步法获得高纯超细金属钼粉，而且无SO2废气排放和回收问题，既减轻了排放又提高了资源综合效率。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备高纯超细金属钼粉的方法，其包括以下工艺步骤：
(1)、制备有色金属杂质和S含量极低的钼粉
将辉钼矿粉制备成球状或块状，粒度为5mm～15mm；对球团进行干燥；然后将干燥后的球团送入高温真空炉中在温度为1500℃～1700℃，真空度为5～100Pa的条件下真空分解，恒温时间为40min～120min；
(2)、通过氧化法将钼粉氧化成高纯三氧化钼
将上述步骤获得的球状钼粉转入氧化焙烧装置中，进行氧化焙烧，温度控制在950℃～1200℃，得到高温气态MoO3；
(3)、制备高纯超细金属钼粉
将高温气态MoO3送入气体还原装置中，用氢气作为还原剂，氢气与气态MoO3的摩尔比值范围为3:1～8:1，还原所述的气态MoO3，还原温度为850℃～1250℃，得到高纯超细金属钼粉，纯度大于99.9％，粒度为0.1μm～1μm。
所述的制备高纯超细金属钼粉的方法，其在上述步骤(1)的真空分解过程中产生的的硫蒸气，通过冷凝固化、然后液化、最后再通过冷凝固化的方式回收，液化温度为130～200℃。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
该制备高纯超细金属钼粉的方法，与传统辉钼矿氧化焙烧方法+氨溶+钼酸氨热解+两步法氢还原工艺相比，具有如下优点：
(1)本发明无SO2废气排放和回收问题，并可同时利用钼和硫两种资源，避免了钼精矿氧化焙烧所释放的SO2综合处理负担和相关排放，既减轻了排放又提高了资源综合效率；
(2)本发明得到的金属钼粉纯度可大于99.9％，优于辉钼矿氧化焙烧方法+氨溶+钼酸氨热解+两步法氢还原工艺；
(3)本发明的金属钼粉粒度可以控制在小于1微米，而传统方法则控制在微米级水平；
(4)本发明对制备高纯MoO3的原料要求低于辉钼矿氧化焙烧方法+氨溶+钼酸氨热解工艺或辉钼矿氧化焙烧方法+升华工艺。
本发明与简单的辉钼矿高温真空分解法相比，辉钼矿高温真空分解法只能得到粗钼粉，杂质含量高；而本发明生产出来的高纯超细MoO3，附加值更高。
附图说明
图1是制备高纯超细金属钼粉的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示：本发明所述的制备高纯超细金属钼粉的方法，其具体工艺步骤为：
(1)、首先通过滚筒造球机将辉钼矿造球，粒度约为5mm～15mm；由于在真空分解过程中产生大量气体，如果粉体粒度太小，很容易被真空内气流夹带，因此，本发明还需将辉钼矿粉造成球状或块状，目前的圆盘造球机或滚筒造球机均能制造出本发明所需的球团，粒度以1mm～20mm为佳；然后对球团进行干燥；将干燥的球团送入高温真空炉中真空分解，根据研究表明，高温真空炉分解辉钼矿过程中，温度选为1500℃～1700℃时，分解速度很快、残余硫含量和低熔点易挥发杂质非常低；反应时间控制在40min～120min内，温度过低，反应时间延长；温度过高，对耐火材料要求高。研究表明真空度控制在5～100Pa，能够取得非常好的脱硫和去除低熔点易挥发杂质效果，炉内压力高于100Pa，分解变慢，炉内压力低于5Pa，高温下耐火材料不好选择。
高温真空分解产生的硫蒸气，本发明首先通过快速冷凝的方法得到固态硫磺粉末，为了防止硫磺粉末自燃或爆炸，再对固态硫磺粉末加热成液态，液化后然后再通过固化的方式进行回收。这种方法可得到大块的硫磺，避免直接固化容易引发自燃或爆炸的危险。试验表明，液化温度控制在130～200℃比较适宜。
(2)、将上述步骤获得的球状钼粉转入氧化焙烧装置中，进行氧化焙烧，得到高温气态MoO3；由于通过高温真空炉很容易去除易挥发的有色金属元素，如Pb、Zn、As、Sb等，同时也易去除其中的硫含量，但是矿粉中的石墨、Cu、Fe、SiO2、CaO等通过真空法无法去除。因此，本发明的第二步是对热态的粗钼粉进行氧化，由于MoO3极易气化，通过这种方法，很容易去除石墨、Cu、Fe、SiO2、CaO等杂质，同时省去加热能量。研究表明，为了直接利用高温分解后的粗钼粉热能，并充分考虑到钼粉的二次氧化特性，将分解后粗钼粉的的氧化焙烧温度控制在950℃～1200℃比较适宜。辉钼矿的化学成分见表1。
表1 辉钼矿的化学成分/wt％
 
Mo SiO2 As Sn P Cu Pb CaO Fe
47 11.0 0.06 0.05 0.04 0.26 0.31 2.50 0.95
(3)、将高温气态MoO3送入气体还原装置中，用氢气作为还原剂，氢气与气态MoO3的摩尔比值范围为3:1～8:1，还原所述的气态MoO3，还原温度为850℃～1250℃，得到高纯超细金属钼粉，纯度大于99.9％，粒度为0.1μm～1μm。实施参数与结果见表2。
表2 本发明实施例工艺条件与结果
Figure A200810230851D00071
从表2可见，高温真空炉对温度和真空度也有要求，温度越高，所需真空度降低，时间也相应缩短。温度低于1500℃，硫化钼的分解速度过慢；温度高于1700℃，对耐材质量要求严格，并且寿命短，因此，本发明所需高温真空炉的温度范围为1500℃～1700℃。本发明对高温真空室的真空度要求是5Pa～100Pa，在高温恒温40min～120min内，基本上将辉钼矿中的硫去除。
从表2同时可见，高温钼粉的氧化焙烧温度控制在950℃～1200℃，可以得到本发明所需要的纯度与粒度。
从表2同时可见，气体还原温度控制在850℃～1250℃，氢气与气态MoO3的摩尔比值范围为3:1～8:1，可以得到本发明所需要的纯度与粒度。
综上所述，通过本发明所述的方法，可以得到高纯度的超细金属钼粉，其纯度超过99.9％，粒度小于1微米。

Claims (2)

1、一种制备高纯超细金属钼粉的方法，其特征在于：其包括以下工艺步骤：
(1)、制备有色金属杂质和S含量极低的钼粉
将辉钼矿粉制备成球状或块状，粒度为5mm～15mm；对球团进行干燥；然后将干燥后的球团送入高温真空炉中在温度为1500℃～1700℃，真空度为5～100Pa的条件下真空分解，恒温时间为40min～120min；
(2)、通过氧化法将钼粉氧化成高纯三氧化钼
将上述步骤获得的球状钼粉转入氧化焙烧装置中，进行氧化焙烧，温度控制在950℃～1200℃，得到高温气态MoO3；
(3)、制备高纯超细金属钼粉
将高温气态MoO3送入气体还原装置中，用氢气作为还原剂，氢气与气态MoO3的摩尔比值范围为3∶1～8∶1，还原所述的气态MoO3，还原温度为850℃～1250℃，得到高纯超细金属钼粉，纯度大于99.9％，粒度为0.1μm～1μm。
2、根据权利要求1所述的制备高纯超细金属钼粉的方法，其特征在于：其在上述步骤(1)的真空分解过程中产生的的硫蒸气，通过冷凝固化、然后液化、最后再通过冷凝固化的方式回收，液化温度为130～200℃。
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Assignor: Luoyang pioneer management of investment Co., Ltd.

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Denomination of invention: Preparation method of high-purity superfine metal molybdenum powder

Granted publication date: 20110126

License type: Exclusive License

Open date: 20090401

Record date: 20110816

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Granted publication date: 20110126

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