硝酸鈉替代部分硝酸在二硫化鉬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

惠三順，解小鋒，胡耕科，李航宇

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司化學(xué)分公司，陜西渭南 714000)

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，鉬化工產(chǎn)品的應(yīng)用范圍逐漸向各個(gè)領(lǐng)域滲透并擴(kuò)大，人們對(duì)產(chǎn)品的要求也逐漸精細(xì)化。MoS2是最主要的鉬化工產(chǎn)品之一，屬于輝鉬礦的主要成分。MoS2由于其特殊的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于固體潤(rùn)滑劑、潛在的儲(chǔ)氫材料、電池陰極材料、場(chǎng)發(fā)射材料以及熱塑性高彈體復(fù)合材料、涂層、光澤顏料、摩擦材料和脫硫劑等［1-2］。目前，國(guó)內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)MoS2的主要方法是天然法和化學(xué)合成法。天然法即輝鉬礦提純法，通過物理或化學(xué)的方法將Mo＞57%的鉬精礦中的有害雜質(zhì)(主要是酸不溶物、SiO2、Fe)去除，再進(jìn)行干燥和氣流粉碎工藝［6］。金堆城鉬業(yè)股份有限公司化學(xué)分公司采用兩段酸浸工藝進(jìn)行除雜，生產(chǎn)實(shí)踐證明:在一段酸浸中，采用濃硝酸除鐵，雖然可以滿足產(chǎn)品對(duì)Fe值的要求，但是濃硝酸的加入會(huì)帶來兩方面的不利因素:(1)由于濃硝酸反應(yīng)過度劇烈，揮發(fā)份進(jìn)入尾氣吸收裝置后，反應(yīng)不夠充分，排放的煙氣中偶爾含有少量的略帶淡黃色的NOX混合氣體，造成對(duì)大氣環(huán)境的污染。(2)一段酸浸廢液中的鉬金屬損失量較大。針對(duì)以上兩個(gè)方面的問題，經(jīng)過長(zhǎng)期的工業(yè)實(shí)驗(yàn)和探索，采用硝酸鈉替代硝酸應(yīng)用于一段酸浸中，來解決上述問題。

1 理論基礎(chǔ)

一段酸浸的主要工作是除去以FeS2為代表的金屬化合物，一段酸浸用到的輔助材料主要是硝酸和鹽酸，采用硝酸鈉替代部分硝酸，在酸性介質(zhì)下，硝酸根所起的氧化作用和硝酸相當(dāng)。主要的反應(yīng)化學(xué)方程式如下:

2 工藝介紹

金堆城鉬業(yè)股份有限公司化學(xué)分公司二硫化鉬車間是該公司唯一的MoS2產(chǎn)品生產(chǎn)線，主要承擔(dān)不同規(guī)格MoS2產(chǎn)品的生產(chǎn)及研發(fā)工作。原料為Mo＞57%的輝鉬精礦，按照客戶的需求制備不同規(guī)格的產(chǎn)品銷往國(guó)內(nèi)外，原礦和某批產(chǎn)品的的化學(xué)組分見表1。

表1 原礦和產(chǎn)品化學(xué)組分含量

結(jié)合本公司現(xiàn)狀以及客戶對(duì)產(chǎn)品的要求，采用兩段酸浸工藝，即一段浸出和二段浸出。將Mo＞57%的鉬精礦與HCl、HNO3和H2O按一定比例混合在一定溫度下反應(yīng)，除去以FeS2為代表的金屬化合物，然后將除以FeS2為代表的金屬化合物后的鉬精礦與HF、HCl和水按照一定比例混合，除去SiO2，達(dá)到二硫化鉬產(chǎn)品生產(chǎn)的需求。

采用硝酸鈉替代部分硝酸的工藝，和原工藝操作方式幾乎等同，只是酸浸一段工藝中通過調(diào)整HNO3、NaNO3的加入比例，即可實(shí)現(xiàn)去除以FeS2為代表的金屬化合物雜質(zhì)的目的。由于加入硝酸鈉，反應(yīng)速率延緩，有效解決了廢氣處理的壓力，同時(shí)也降低了濃硝酸對(duì)二硫化鉬的氧化，提高了鉬金屬回收率。

3 結(jié)果與分析

由于一段酸浸硝酸揮發(fā)的煙氣不能被煙氣回收系統(tǒng)完全吸收，采用部分NaNO3來替代HNO3，解決了這一環(huán)境污染問題。為了更好地指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)，研究小組分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)化試驗(yàn)。

3.1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

為了更好地接近工業(yè)化生產(chǎn)條件，Mo＞57%的鉬精礦、HCl、HNO3、H2O 和 NaNO3均來自生產(chǎn)一線，反應(yīng)溫度、各個(gè)組分之間的比例、攪拌速率、反應(yīng)溫度等條件同工業(yè)化生產(chǎn)保持一致，得到的數(shù)據(jù)見表2。

從表2可以看出，采用NaNO3替代部分HNO3，產(chǎn)品的指標(biāo)均合格，因此，在實(shí)驗(yàn)室條件下是可行的。這是由于NaNO3在酸性介質(zhì)中扮演著與HNO3同樣的角色，有效地降低了反應(yīng)速度，反應(yīng)較為充分。

表2 用硝酸鈉替代部分硝酸小試結(jié)果

3.2 工業(yè)化試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究人員在生產(chǎn)一線進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)研究，采集到的數(shù)據(jù)見表3。

在長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的工業(yè)化試驗(yàn)中所采集的數(shù)據(jù)表明:采用NaNO3替代部分HNO3在生產(chǎn)線上可以生產(chǎn)出各項(xiàng)指標(biāo)合格的高純MoS2，與此同時(shí)，在一段酸浸中廢水中的可溶性鉬較正常使用HNO3時(shí)的含量大大降低，有效提高了鉬金屬的回收率。由于硝酸鈉的加入反應(yīng)速率得到一定程度的緩解，煙氣的排放大大降低，在工業(yè)化試驗(yàn)期間無淡黃色的NOX混合氣體排放。產(chǎn)品的微觀形貌見圖1。

圖1 高純MoS2產(chǎn)品SEM圖

表3 用硝酸鈉替代部分硝酸工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

(1)用NaNO3替代部分HNO3，在MoS2生產(chǎn)線酸浸一段工業(yè)生產(chǎn)中能夠滿足不同規(guī)格MoS2產(chǎn)品的需求，效果和正常使用硝酸在產(chǎn)品質(zhì)量上相當(dāng)。

(2)用NaNO3替代部分HNO3，比正常使用硝酸一段廢水中可溶性鉬含量減小，提高了生產(chǎn)二區(qū)的鉬金屬回收率，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)采用硝酸鈉替代部分硝酸生產(chǎn)工藝比正常使用硝酸廢氣處理效果好，煙氣達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)了“綠色”生產(chǎn)。

5 展望

(1)本公司MoS2生產(chǎn)線仍為傳統(tǒng)上的手工作坊模式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，由此導(dǎo)致的人力物力損耗巨大，且產(chǎn)品回收率較低，因此，MoS2從傳統(tǒng)上的手工作坊模式向自動(dòng)化生產(chǎn)線改造迫在眉睫。

(2)本公司MoS2生產(chǎn)線生產(chǎn)出來的超細(xì)粉的粒徑大多為500 nm左右且微觀形貌單一，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，首先，對(duì)MoS2的粒徑要求會(huì)越來越小。其次，不同微觀形貌的MoS2會(huì)表現(xiàn)出不同的物化性質(zhì)，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。因此，研究并開發(fā)小粒徑且微觀形貌的多樣化的MoS2是今后MoS2工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。

［1］張文鉦.發(fā)掘中的二硫化鉬新用途［J］.中國(guó)鉬業(yè)，1997，21(2):130-132.

［2］何江山，崔雅茹，陳傲黎，等.水熱法制備不同形貌納米MoS2制備研究進(jìn)展［J］.中國(guó)鉬業(yè)，2012，36(6):34-37.

［3］李大成，周新文，唐麗霞.二硫化鉬生產(chǎn)技術(shù)及應(yīng)用分析［J］.中國(guó)鉬業(yè)，2008，32(3):8-11.