钼酸铵的制取
钼酸铵主要用于制取三氧化钼、金属钼粉,也用作生产钼催化剂、钼颜料等钼的化工产品的基本原料。钼酸铵的制取多以钼焙砂为原料,采用“钼焙砂浸出一溶液净化一钼酸铵结晶”的工艺路线进行生产。
钼焙砂浸出
A 钼焙砂氨浸出
这一技术在我国钼冶炼企业应用广泛。钼焙砂氨浸前通常进行酸预处理除去碱金属、碱土金属及大部分重金属杂质,这一过程在搪瓷反应锅中进行,常温下用30%左右的盐酸或硝酸进行处理,控制终点pH值为0.5~1.5,酸洗液中的少量铝用离子交换法或钼酸钙沉淀法回收【S】。氨浸过程通常在密闭的钢制反应锅或搪瓷反应锅中进行,以8%~10%的氨水进行浸出,温度在50~80℃,氨用量为理论量的1.15~1.4倍,使钼以钼酸铵的形态进入溶液,浸出率通常在80%~95%。焙砂氨浸渣中一般含有1%~10%的钼,主要以钼酸钙、钼酸铁、二氧化钼以及MoS等形态存在,可用苏打烧结法或焙烧法进行回收。
B 钼焙砂苏打浸出
对于含有大量的铁、铜、镍等杂质的钼焙砂,用氨浸法会使铜、镍等金属进入溶液难以净化,采用碱浸工艺处理更为合理。通常采用8%~10%的苏打溶液进行4~5级浸出,在带搅拌的铁质反应釜或搪瓷反应釜中进行。部分磷、砷、硅等杂质也会进入到溶液中,当浸出液pH值降低到8~10时,大部分硅以偏硅酸形态沉淀析出,过滤后溶液中钼浓度在50~70g/L。
钼酸铵溶液净化
A 经典沉淀法
经典沉淀法就是硫化沉淀法。粗钼酸铵溶液中的主要杂质为重金属,如Cu、Fe、Zn、Ni等,而这些金属硫化物的溶度积都非常小,因此可用硫化法来沉淀去除。工业上,硫化沉淀一般在不锈钢或搪瓷搅拌槽中进行,加入稍高于理论量的硫化铵,控制终点pH在8~9,温度为85~90℃,搅拌速度为80~l10r/mm,保温时间为10~20min。净化后的溶液中铜、铁含量均低于0.003g/L,钼的回收率大于99%。
B 离子交换法品牌
离子交换法是采用铵型阳离子交换树脂进行交换,使溶液中的杂质阳离子取代铵根离子吸附到树脂上,而钼以阴离子形态留在溶液中得以净化,其交换反应如下:2RNH4+Me2+→R2Me+2NH4+。由于树脂对不同阳离子的吸附能力各不相同,工业生产时采用多柱串级交换。控制溶液密度为1.16g/mL,pH=8.5~9,经5级串柱交换后,流出液可直接用于多钼酸铵的生产,产品钼酸铵中含 Fe<8×10-6,Si<6×10-6,Mg<30×10-6,Cu<3×10-6。
多钼酸铵结晶
工业上制备多钼酸铵的方法主要有蒸发结晶法、酸沉法和联合法。
A 蒸发结晶法
钼酸铵溶液在加热过程中,大部分游离氨被蒸发除去,溶液中的钼以仲钼酸铵或二钼酸铵的形态结晶析出。发生的反应如下:
7(NH4)2MoO4—→3(NH4)2O·7MoO3·4H2O+8NH3 ↑
2(NH4)2MoO4—→2(NH4)2Mo2O7+H2O+2NH3↑
蒸发结晶通常在1~3m³的搪瓷结晶釜中进行,搅拌转速为60~110r/min,釜体采用夹套蒸汽加热。钼酸铵浓度为120~140g/L,当溶液密度到1.38~1.40g/mL 时停止加热,冷却结晶,过滤洗涤干燥后得到钼酸铵晶体。蒸发结晶法的缺点在于结晶母液中钼含量较高,约40%~50%的钼仍留在溶液中,需进行二次结晶,且二次结晶所得产品粒度较细,杂质含量偏高。
B 酸沉法
酸沉过程是将钼酸铵溶液的pH值调至1.5~2.0,溶液中绝大部分的钼以多钼酸铵晶体析出,大部分的杂质留在溶液中。结晶出来的多钼酸铵晶体以四钼酸铵为主,同时还含有三钼酸铵、八钼酸铵和十钼酸铵等多种晶体,其主要反应如下:
4(NH4)2MoO4—→(NH4)2O . 4MoO3 . 2H2O+6NH+4+H2O
理论上,硫酸、盐酸和硝酸都可用作酸沉剂,但工业硫酸因杂质较高和钼酸铵晶体含硫高等缺点而较少使用。提高酸沉温度有利于制备粗颗粒的钼酸铵含体,但温度过高会降低钼酸铵的析出率,工业上常将温度控制在70℃以下。确值是酸沉过程的关键条件,工业上钼酸铵溶液的pH值常控制在7~7.5,终点滴值控制在1.5~2.0。提高钼酸铵浓度有利于提高析出率,但不利于粗颗粒钼酸的晶体的制备,通常酸沉前的钼酸铵溶液密度控制在1.2~1.24g/mL。
C 联合法
联合法就是将蒸发结晶法和酸沉法联合起来,从钼酸铵溶液中析出高质量的钼酸铵产品。该工艺包括浓缩、酸沉、氨溶和蒸发结晶四个过程。
(1)浓缩。通常在不锈钢搅拌槽中进行,搅拌速度为80~110r/min,终点pH值为7.0,游离氨浓度约为15g/L。浓缩后液密度为1.18~1.20g/mL。
(2)酸沉。用HCl或HNO3调节pH,控制温度为55~60℃,终点pH值为2 3。酸沉后过滤,晶体含水小于8%,滤液中含钼为0.5~1g/L。
(3)氨溶。将酸沉得到的钼酸铵晶体在不锈钢搅拌槽中进行氨溶,得到饱和钼酸铵溶液,溶液密度在1.4g/mL以上。
(4)蒸发结晶。在搪瓷结晶釜中进行,蒸发过程保持游离氨为4~6g/L,母液密度为1.2~1.24g/mL,冷却后进行过滤。
联合法制备的钼酸铵晶体中,Fe、Al、S、Mn含量小于0.0006%,Ca、Mg、Ni、Cu 的含量小于0.0003%,Ti、V的含量小于0.0001%,W 的含量小于0.15%。
钼酸铵是生产高纯度钼制品的基本原料,如热解离钼酸铵生产高纯三氧化钼,用硫化氢硫化钼酸铵溶液生产高纯二硫化钼,用钼酸铵生产各种含钼的化学试剂等,同时钼酸铵也是生产钼催化剂、钼颜料等钼化工产品的基本原料。目前,全国钼酸铵的生产能力在60000~70000t/a。主要生产企业有金堆城钼业(约130000t/a)、成都虹波钼业(约80000t/a)、辽宁天桥(约80000t/a)、江西德兴铜业(约56000t/a)、江苏峰峰钨钼制品(约50000t/a)。
由于生产企业的生产过程和产品结构不尽相同,生产的工艺流程也各有特色,钼酸铵产品生产的主要经济技术指标如下:
钼的综合回收率 97.5%
吨产品液氨消耗量 0.35t
吨产品硝酸消耗量 0.79t(四钼酸铵)
吨产品综合能耗量 0.23t标煤(四钼酸铵)