鉬酸銨生產(chǎn)中氨浸工序控制要素分析

田建榮

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 渭南 714000)

0 引 言

鉬是一種珍貴的高熔點金屬，被國家列為重要的戰(zhàn)略金屬。主要應用于不銹鋼及鉬金屬制品行業(yè)，隨著科技的發(fā)展，鉬的應用滲透到化工、催化劑等各個領域，具有廣闊的發(fā)展前景。因此，鉬資源的合理利用對于企業(yè)和國家都非常重要。

鉬酸銨生產(chǎn)工藝主要有傳統(tǒng)的酸鹽預處理工藝和水洗預處理工藝，這兩種工藝有各自的優(yōu)勢和劣勢，但無論是酸鹽預處理工藝還是水洗預處理工藝，都必須使用到氨浸工序。氨浸工序是鉬酸銨生產(chǎn)工藝的一個核心工序，是利用工業(yè)氧化鉬易溶解于氨水的特性，實現(xiàn)鉬從固相向液相轉(zhuǎn)移的過程。筆者對鉬酸銨的生產(chǎn)工藝和各工序特點進行深入分析后，認為氨浸工序直接影響氨浸渣中的鉬金屬含量，進而影響整個鉬酸銨生產(chǎn)工藝的金屬回收率。因而對氨浸工序進行深入研究，以降低氨浸渣中的鉬含量，對提高整個鉬酸銨生產(chǎn)工藝的金屬回收率有著極其重要的影響[1]。

1 氨浸工序的主要化學反應

氨浸的過程主要是將經(jīng)過預處理的工業(yè)三氧化鉬(鉬焙砂)溶于氨水中，三氧化鉬和氨水反應生成鉬酸銨溶液。三氧化鉬和氨水反應，鉬金屬以鉬酸根的形式入液相，其他雜質(zhì)進入固相，實現(xiàn)鉬金屬離子的富集和凈化[2]。反應方程式為：

MoO3+2NH4OH=(NH4)2MoO4+H2O

2 影響氨浸渣中鉬含量的因素

氨浸渣是鉬酸銨生產(chǎn)工藝中氨浸工序產(chǎn)生的固相廢棄物，氨浸過程的處理效果直接決定了氨浸渣中鉬含量的高低，也決定了鉬酸銨生產(chǎn)工藝的金屬回收率，因此，研究氨浸工序的反應機理，可以從理論上找到影響氨浸渣中鉬含量的因素，進而有效直接地指導生產(chǎn)。

氨浸過程屬固相與液相之間的多相反應，浸出劑必須擴散通過兩相間的擴散層及礦料外圍的固態(tài)生成物才能與礦料進行反應，要使浸出率高，鉬焙砂中三氧化鉬的溶解速度就要快，且溶解的越完全越好，因此固態(tài)物料的浸出過程用溶解速度數(shù)學式進行分析：

ds/dt=D×F×(Cn-Cp)/δ

式中：ds/dt—溶解速度，即單位時間內(nèi)發(fā)生反應的物質(zhì)量；

D—擴散系數(shù)；

F—固體溶質(zhì)的表面積；

Cn—固體礦粒表面生成物的濃度；

Cp—整個礦粒中生成物的濃度；

δ—固體溶質(zhì)表面生成物的擴散層厚度。

從上式中可以看出，要使溶解速度ds/dt增大，就必須使D、F、和(Cn-Cp)的值增大，使δ減??；依據(jù)理論從以下幾點來研究，為了保證試驗數(shù)據(jù)的通用性，我們統(tǒng)一采用酸鹽預處理后氨浸方式進行。

圖1 鉬酸銨生產(chǎn)工藝氨浸工序流程圖

2.1 鉬焙砂的粒度

由于溶解反應是在固體與溶劑的相界面進行，因此鉬焙砂粒度越細，其表面積F就越大，從而鉬焙砂與溶劑的接觸面積也就越大，使溶劑和鉬焙砂發(fā)生反應的機會就越多，其反應就越快，反之，情況截然相反。

為了驗證粒度對氨浸渣的影響，我們利用兩種不同粒度的工業(yè)氧化鉬進行氨浸試驗。

表1 兩種不同粒度的工業(yè)氧化鉬指標

表2 兩種工業(yè)氧化鉬原料反應后氨浸渣的指標 %

從表1和表2結(jié)果來看，兩種不同粒度的工業(yè)氧化鉬進行氨浸試驗，氨浸渣中不可溶鉬的結(jié)果差別不大，可溶鉬的結(jié)果差別較大。分析原因為粒度大的氧化鉬比表面積小，與反應溶劑的接觸面積也小，造成了顆粒內(nèi)部的部分工業(yè)氧化鉬沒有與氨水接觸并反應，直接滯留在氨浸渣中，造成了鉬金屬的流失。

2.2 固液比

由于溶解過程的速度決定于固體溶質(zhì)的表面生成物濃度Cn(也稱飽和濃度)和生成物在整個溶液中的濃度Cp之差，該濃度差越大，生成物向整個溶液中的擴散速度就越快，使溶解速度增加；但是液固比太大時，浸出液中鉬金屬含量低，所形成的浸出液體積增大。

當Cp=0時，(Cn-Cp)的差值最大，溶解開始，溶解速度最快。隨著時間的逐漸增加，Cp慢慢增大，直至Cp=Cn時，溶解速度等于零，反應處于平衡狀態(tài)。

使用同一批原料，以不同固液比進行試驗，對氨浸渣的指標進行統(tǒng)計。

表3 相同原料在不同固液比下氨浸后氨浸渣的指標

結(jié)合日常工藝實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及經(jīng)濟性等考慮，鉬酸銨的氨浸固液比為1∶3比較合理。

2.3 浸出溫度

擴散速度取決于擴散系數(shù)，而擴散系數(shù)與溫度的關系是：

D=7.4×10-8(XM)0.5T/mv

式中：D—d在溫度為T時，溶質(zhì)在溶劑的稀溶液中的擴散系數(shù)，cm2/s；

M—溶劑的分子量；

T—絕對溫度，K；

m—溶液的粘度，厘泊；

v—溶質(zhì)在正常沸點時的分子容積；

X—溶劑的綜合參數(shù)。

擴散系數(shù)正比于溶解過程的溫度，溫度升高，分子獲得能量增加，分子運動的速度加快；同時還可使溶液的粘度降低，分子擴散的阻力減小，擴散速度增加。不過在浸出過程中溫度的提高受溶劑的沸點限制，并非越高越好，使用的氨水隨浸出溫度的升高，氨氣的揮發(fā)速度也會加快，造成體系中pH值下降，對浸出不利。

表4 不同溫度區(qū)間進行氨浸的指標對比

綜合上述各種影響因素和氨氣的特性，氨浸反應溫度控制在50～65 ℃，具有較好的經(jīng)濟性。

2.4 攪拌速度的影響

浸出劑在與鉬焙砂接觸的表面積上發(fā)生反應時，擴散層的厚度與攪拌速度成正比：

δ=K/2μn

式中:δ—飽和層厚度；

K—常數(shù)；

μ—攪拌速度；

n—指數(shù)，一般取0.6；

增加攪拌速度可以減少飽和層厚度，加快反應速度，但攪拌過快會降低浸出設備的利用系數(shù)。攪拌速度控制在可以攪拌均勻即可。

2.5 浸出劑濃度的影響

一般來講，溶劑的濃度大，它的含量就高，浸出速度加快，但是浸出時濃度過高，液氨用量過多，浸出后尚有一部分溶劑剩余下來未被充分利用，造成浸出劑消耗量增大。

氨浸過程無論使用液態(tài)氨還是氨水，氨總量控制在理論需要量的1.2～1.5倍，這樣既保證了反應充分性，又不會浪費。

在工業(yè)實踐中，一般是通過給溶液中直接通入氨氣進行反應，反應容器為常壓敞口，反應過程中不斷有氣體的逸出，導致氨氣使用量達到理論反應量的2～3倍。

2.6 浸出時間的影響

浸出時間增加則浸出率增加，但時間過長，浸出率改變不大而又影響生產(chǎn)周期。

根據(jù)工業(yè)實際，浸出時間控制在1 h比較合理。

2.7 鉬焙砂質(zhì)量的影響

若鉬焙砂中有不溶或難溶于氨水的鉬酸鈣、鉬酸鉛和未氧化好的二硫化鉬、二氧化鉬以及熔融燒結(jié)塊存在，還有焙砂中的鐵含量高，尤其是兩價鐵在浸出過程中形成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵呈膠狀，其很難沉降，并以薄膜的形式包裹著焙砂顆粒，阻礙三氧化鉬的繼續(xù)溶解；有氫氧化亞鐵的存在，濾餅也很難抽干，當鉬焙砂中有這些不溶或難溶物質(zhì)，以及鐵含量高時，氨浸渣中的鉬含量就高，鉬焙砂的浸出率降低[3]。

3 結(jié) 論

(1)對鉬酸銨生產(chǎn)工藝氨浸工序影響氨浸渣鉬含量因素的分析，得到影響因子的數(shù)學模型和控制重點，利用這些可以在生產(chǎn)中作為依據(jù)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，降低氨浸渣中的鉬含量，從而使鉬酸銨生產(chǎn)過程的金屬回收率得到有效提高。

(2)把多相反應原理和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，可以直接有效系統(tǒng)地對氨浸的反應過程進行分析，對影響氨浸過程的各種因子進行剖析，進而系統(tǒng)性地解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題，達到理論和實踐相結(jié)合解決實際問題的目的。

(3)結(jié)合生產(chǎn)實踐，影響氨浸過程最重要的3個因素是工業(yè)氧化鉬的質(zhì)量、固液比以及反應時間，控制好這3個主要因素，就可以得到一個高效的反應過程，氨浸渣中的鉬金屬流失就會減少，鉬酸銨工藝的金屬回收率就會得到提高。