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选矿技术
天然法生产二硫化钼
来源:选矿技术网2017-04-1210594
    所谓天然法,指在不破坏钼精矿里辉钼矿的结构与组成,仅脱除精矿中混入的杂质矿物,获得天然晶格二硫化钼产品的工艺。由于除杂方式不同,又可分选矿法,浸出法、选矿加浸出法。
    1、选矿法
    选矿法不仅辉钼矿没经物相转化,杂质矿物也不须经物相转化。常见的实践有:
    单一浮选工艺:它利用辉钼矿与杂质矿物间天然可浮性的巨大差异,通过多次精选工艺提纯,生产出含MoS2≥97%的高纯钼精矿。例如:北京天河化工厂采用浮选柱,钼精矿经过七次开路浮选,获得含MoS297%、钼回收率37%的二硫化钼产品。又如智利的萨尔瓦多(Salvador)采用九次浮选工艺,获得含MoS297%左右、钼回收率约65%的二硫化钼产品。
    控制磨矿-分级工艺:它利用辉钼矿各向异性的力学特征,与杂质矿物通常为各向同性的力学性能差异,通过控制磨矿和分级,杂质矿物破磨细进入筛下,而片状辉钼矿却难以粉碎留在筛上得到纯化。例如,加拿大钼有限公司采用四辊磨机加分级,获得少量MoS2含量>97%的高纯产品和大量中矿供冶炼。又如,肯尼柯特公司采用三段控制磨矿工艺,获得MoS2含量97%、钼回收率30.1%的产品。
    上述的两种选矿法尽管工艺简单、加工费低廉,但钼产品的回收率太低(如前述,最高的萨尔瓦多也仅达65%),导致二硫化钼成本偏高。笔者研究出脱活强浮新工艺,基本解决了选矿法钼回收率低的不足。
    脱活-强浮工艺:鉴于钼选矿所采用烃油类非极性捕收剂选择性很差,而且,过程中所加油量的3/4左右富集在产率仅0.2%~0.8%的钼精矿的表面。当大剂量、选择性差的烃油随钼精矿进入生产二硫化钼的再精选工艺,势必造成:(1)一些杂质矿物因吸附有烃油捕收剂而被选进高纯精矿。(2)因油大泡粘,一些杂质矿物又因机械夹杂混进高纯精矿,构成纯化的困难。笔者自行研制出TL药剂[T-脱(To),L-林(Lin)],并采用TL脱活剂强化钼精矿再精选,在工业试验中获得MoS2含量>97%,钼回收率>97%的高纯钼精矿。在发挥选矿法工艺简单、加工费低廉优势的同时,又取得高回收率。TL药剂脱油效果见下表。
 
表  强浮过程脱油效果
 
试验序号
含油量(%)
脱油率(%)
试 料
产 品
闭路试验
1.53
0.45
79.59
验证试验
2.11
0.65
69.19
 
    对钼精矿再精选的影响见图1。
 
 
图1  TL用量对MoS2品位及回收率的影响
 
    2、浸出法
    此法虽然不改变钼精矿里辉钼矿的结构(与合成法不同),但须改变杂质矿物的物相,通过杂质的物相转变与固液分离来纯化。常见的实践有:
    单一氟化浸出工艺:采用HF加HCI(或H2SO4)在50~90℃温度下,将钼精矿浸出4~24h,使其中的硅类杂质和部分可溶于酸的矿物转化进液相或气相而脱除,主要反应式为:[next]
 
SiO2+6HF=H2SiF6+4H2O
 
Fe2O3+6HCl=FeCl2+3H2O
 
FeS+2HCl=FeCl2+H2S↑
 
CaCO4+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
 
    HF是一个中等强度一元酸,电离度很低,即使在0.01~0.lmol/L的低浓度下,电离度也仅8.5%,电离常数Ka=3.53×10-4或PKa=3.45。而H2SiF6是一个强二元酸,电离度很高,即使在蒸汽状态中,也有50%以上的分子已电离。SiF2-6很稳定,SiF2-6←→SiF4+2F-的解离常数很小,Ka= 7×10-7。HF溶SiO2反应机理是:
 
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
 
SiF4+2HF=H2SiF6
 
    在气相中SiF4会逸出;在液相中SiF4不待逸出就会与溶液中F-反应,形成H2SiF6
    浸液中HF用量取决钼精矿中SiO2的重量。笔者对浸出时间、HF用量与SiO2含量间的研究结果见图2。显然,HF耗量为SiO2重量4倍以上为佳。
 
 
图2  HF用量对SiO2浸出率的影响
 
    浸液中HCI或(H2SO4)用量在原则上,只需保证足够的酸度(PH≤2),但生产中所加30%HCl或(H2SO4)量往往达到钼精矿重量的1~2.5倍。例如国内某厂浸出工艺中,每产1tMoS2粉,须加入50%的HF350kg,30%的HCl 2t,几乎不再需要添加清水。这样高酸耗有否必要值得考虑。
    经浸除硅类及可溶于酸的杂质后,料浆经固液分离、洗滤等,可获高质量二硫化钼滤饼。但该产品往往还夹杂有滤液而含游离酸,最好再用碱液(NaOH、KOH或NH4OH均可,以KOH为佳)洗滤以中和游离酸。净化后的滤饼再经干燥、细磨,即成最终二硫化钼粉。
    此法可最大限度脱除硅类杂质,但却无法脱除黄铁矿(FeS2)、黄铜矿(CuFeS2)…等难溶于HCI、H2SO4的硫化杂质。而莫氏硬度高达6.5的黄铁矿对产品润滑性能影响很大。为此。对含FeS2较高的钼精矿往往采用以下两种工艺:
    (1)焙烧-浸出工艺:钼精矿在常规氟化浸出前,先在有氮气或惰性气氛保护下,经650~800℃焙烧1~2h。此时,黄铁矿将转化为硬度小(3.5)、易溶于HCI(或H2SO4)的磁黄铁矿(FeSx 1<x<2)。或者,将钼精矿掺入H2SO4,在惰性气氛焙烧,黄铁矿转化成可溶的硫酸亚铁(FeSO4)。焙烧后的钼精矿再经上述氟化浸出,就既可除硅又可除去黄铁矿。
    (2)两段浸出工艺:钼精矿先经氯化浸出(——布伦达法)-脱除硫化杂质(布伦达法见第二章有关章节)。经除去了硫化杂质的钼精矿再给入常规氟化浸出以脱硅类杂质。
    浸出法以杂质矿物的物相转化为手段来纯化钼精矿,钼损耗少、回收率高。但药耗大,成本高,尤其在钼精矿中黄铁矿等硫化杂质偏高时,焙烧-浸出工艺难控制,二次浸出工艺成本太高,困难较大。
    3、选矿+浸出法
    该法分别吸收选矿和浸出的特点,先经选矿法获得含FeS2少的高纯钼精矿,再经氟化浸出脱硅类杂质,可获高质量的天然晶格的二硫化钼产品。用高纯钼精矿作浸出原料,药耗也会大幅度降低。
    西北有色金属研究院研究出的新工艺,就是选矿+浸出法:采用TL脱活强化浮选,获得MoS2含量≥97%、钼回收率≥97%的高纯钼精矿;再经液固比1:1每吨产品添加50%HF150kg,30%HCl 30kg,在50~800℃浸出3h,获得MoS2含量≥99%SiO2含量0.0275%的高质量二硫化钼粉。
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