Глава 3. Методы и методики получения молибдена и его соединений

 

3.1 Основы технологии переработки молибденовых руд

 

Основной метод обогащения молибденовых руд – флотация. Наи­более просто обогащаются руды жильных кварц молибденовых место­рождений. В результате первоначальной коллективной флотации получают концентрат с 5 – 10% Мо [2, 8]. Селективную флотацию молибде­нита проводят затем при подавлении флотации других сульфидов. После переочисток получают стандартный концентрат с 80 – 90% MoS₂ при общем извлечении до 90 – 95 % и выше. Низкосортные молибденовые концентраты и промежуточные про­дукты подвергают «химическому» обогащению, иначе говоря, гидрометаллургической переработке с получением в итоге молибдата каль­ция для ферросплавной промышленности. Такая комбинация флота­ционного обогащения и гидрометаллургической обработки позволяет экономичнее достигать большего извлечения молибдена из руды, чем это можно было бы сделать флотационными методами. Концентраты, содержащие молибден в виде молибденита, обрабатывают, прежде всего, для окисле­ния серы сульфидов. С этой целью в промышленности наиболее часто прибегают к окислительному обжигу. Вместо обжига может применять­ся малораспространенная в заводской практике обработка сильными окислителями в водной среде: азотной кислотой, гипохлоритом, кисло­родом или воздухом под давлением, либо хлорирование [8]. Огарки, полу­чаемые после обжига богатых и чистых концентратов, используют в производстве ферромолибдена, для получения чистой трехокиси мето­дом возгонки и для химической переработки на чистые соединения молибдена. Последние, в свою очередь, могут использоваться для полу­чения металла высокой чистоты. Огарки от обжига более бедных, низко­сортных концентратов и промпродуктов обогащения обязательно под­вергают химической переработке. В процессе обжига до 30 – 40% Мо и основная масса Re переходят в пыль и газы.

Первичная обработка в окисляющих растворах может быть при­менена для любых концентратов. Растворы, полученные после окисли­тельного выщелачивания концентратов, очищают от примесей, после чего из них выделяют необходимые соединения молибдена и рения. Из полученных растворов чистые молибденовые и рениевые соедине­ния могут быть селективно выделены ионообменом или экстракцией.

 

3.2 Получение парамолибдата аммония (NH₄)₆Mo₇O₂₄ × 4H₂O

 

Химическую переработку «огарков» после обжи­га богатых высококачественных концентратов производят с целью полу­чения чистых соединений молибдена – парамолибдата аммония и молибденового ангидрида [20, 23]. Из этих последних в случае необходимости легко получить любые другие соединения, в том числе и соединения вы­сокой чистоты. Молибденовый ангидрид, находящийся в огарке, раство­ряется в растворах аммиака, щелочей, соды, некоторых кислот. Но щелочные металлы – нежелательные примеси для соединений молиб­дена, применяемых в электротехнической и химической промышлен­ности. В щелочах, соде и кислотах растворяется большое число и дру­гих примесей.

Раствор аммиака обладает тем преимуществом, что в нем не растворимо большинство примесей, сопутствующих молибдену в огарке. По­этому аммиачный способ переработки богатых молибденовых огарков более распространен. Его преимуществами, помимо высокого извлече­ния МоО₃ в раствор и достаточно полного отделения примесей, явля­ются простота дальнейшей очистки аммиачного раствора, легкость вы­деления молибдена в виде чистого парамолибдата аммония, простота подбора материала для аппаратуры. Схема аммиачного метода пере­работки огарков после обжига молибденита представлена на рис.3

Рис. 3. Cхема переработки огарков с кислотным разложение хвостов выщелачивания

Перед обработкой раствором аммиака рекомендуется промывать огарок водой для удаления растворимых в воде сульфатов (CuSO₄, части CaSO₄ и др.) и солей щелочных металлов. Но так как при этом несколько теряется молибден, то промывают не всегда. Потеря молиб­дена при промывке достигает 4 – 5% [20].

При обработке огарка аммиаком происходят реакции:

MoO₂ + 2NH₄OH = (NH₄)₂МоО₃ +H₂О

CuO + 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 3H₂O

CuMoO₄ + 6NH₄OH = [Cu (NH₃)₄] (OH)₂ + (NH₄)₂ MoO₄ + 4H₂О

ZnMoO₄ + 6NH₄OH = (NH₄)₂ MoO₄ + [Zn (NH₃)₄] (OH)₂ + 4H₂O NiMoO₄ + 6NH₄OH = (NH₄)₂ MoO₄ + [Ni (NH₃)₄] (0H)₂ + 4H₂O

Аналогично молибдатам реагируют сульфаты меди, цинка, никеля и железа, если они образовались при обжиге. Железо (II) (в составе сульфата или окиси) частично реагирует по уравнению

FeSO₄ + 4NH₄OH → [Fe (NH₃)₄] SO₄ + 4H₂О

и переходит в раствор в составе комплекса. Железо (III), образующееся в результате окисления Fe²⁺ кислородом воздуха при обжиге и выщелачивании, частично остается в составе химически стойкого Fe₃O₄, частично дает нерастворимую гидроокись Fe(OH)₃.

Остаются без изменения МоО₂, СаМоО₄, кварц, неокислившиеся при обжиге сульфиды. В аммиачные растворы в зависимости от минерало­гического состава концентрата и условий обжига переходит 80 – 95% молибдена. Для более полного перевода молибдена в раствор добавля­ют 60 – 80 кг (NH₄)₂CO₃ на 1 т огарка. Влияние карбоната аммония на извлечение молибдена связано со следующими реакциями:

CaSО₄ + (NH₄)₂ MoO₄ → CaMoO₄ + (NH₄)₂ SO₄

CaSО₄ + (NH₄)₂ CO₃ → Ca CO₃ + (NH₄)₂ SO₄

Растворимость CaSO₄ и СаМоО₄ соответственно 2 и 0,028 г/л при 20°С. Поэтому реакция смещена в сторону образования СаМоО₄. Без добавки (NH₄)₂CO₃ в процессе выщелачивания раствором аммиака сульфат кальция, образовавшийся в огарке в ходе обжига, превраща­ется в СаМоО₄, устойчивый в аммиачных растворах. Добавка (NH₄)₂CO₃ ведет к образованию СаСО₃ из CaSO₄. Возможно и частичное растворение СаМоО₄:

СаМоО₄ + (NH₄)₂ CO₃ = (NH₄)₂ МоО₄ + СаСО₃

Осаждение СаСО₃ на частицах CaSO₄ затрудняет растворение последнего [20]. Осаждение его же на зернах СаМоO₄ прекращает растворение последнего. Кроме того, благодаря наличию ионов СО в растворе в отвальные хвосты переходит не гидроокись железа, а карбонат, ко­торый меньше адсорбирует молибден. Это снижает переход молибдена в остатки от выщелачивания. Сухой остаток после выщелачивания и сушки составляет 10 – 30% от массы огарков. В нем 5 – 25% Мо. Поэтому на заводах дополнительно обрабатывают остаток по особой схеме.

В заводских условиях огарок выщелачивают 8 – 10%-ным раство­ром аммиака при 20 – 60° С [23]. Процесс проводят во вращающихся горизонтальных герметических стальных барабанах с шарами или в вертикальных реакторах с мешалками. Вращающиеся герметические барабаны более экономичный по извлечению молибде­на, и по расходу аммиака процесс. Процесс в обоих случаях периодический и идет в несколько стадий, хотя в принципе возможна организация не­прерывного или полунепрерывного выщелачивания в каскадах герметизированных реакторов. Раствор с первых стадий поступает на очистку и дальнейшее извлечение молибдена. Слабые растворы и промывные воды поступают на первую стадию. Общий расход аммиака на всех стадиях в зависимости от состава концентрата и аппаратуры колеблется в пределах 115 – 140% от теоретически необходимого количества. В крепких растворов плотность более 1,1 г/см³,они содержат 140 – 190 г/л МоО₃. Остатки от выщелачивания отфильтровывают на фильтрах не­прерывного или периодического действия [8].

В последнее время предложено выщелачивать огарки аммиаком в кипящем слое. Это интенсифицирует выщелачивание и может осу­ществляться в непрерывном процессе.

Концентрированные растворы после фильтрования очищают от тя­желых металлов, осаждая их в виде сульфидов:

Me²⁺+NH₄HS = MeS + NH₄⁺ + H⁺

где Ме²⁺ - Cu²⁺, Pb²⁺.

Fe²⁺ частично осаждается в виде FeS, частично захватывается осадком других сульфидов. Благодаря очень малому произведению растворимости сульфидов, все тяжелые металлы осаждаются практичес­ки полностью. Это, в частности, можно наглядно наблюдать по исчезновению характерной интенсивной сине-фиолетовой окраски раствора..................................................... характерной для медно-аммиачного комплекса..

Из очищенного аммиачного раствора молибден может быть выделен:

1) кристаллизацией парамолибдата аммония;

2) осаждением тетрамолибдата;

3) осаждением молибденовой кислоты;

4) осаждением СаМоО₄:

7 (NH₄)₂МоО₄ =3(NH₄)₂О• 7МоО₈ ∙ 4Н₂О + 8NH₃

4 (NH₄)₂ MoO₄ + 5H₂O = (NH₄)₂О ∙ 4MoO₃ ∙ 2H₂O + 6NH₄OH (NH₄)₂ МоO₄ + 2HNO₃ = Н₂МоО₄ + 2NH4NO₃

(NH₄)₂ MoO₄ + СаС1₂ = CaMoO₄ + 2NH₄C1

Кристаллизацию парамолибдата производят в несколько стадий. После первых стадий получается наиболее чистый продукт, но с не­большим выходом. Увеличения выхода достигают дальнейшей, более глубокой кристаллизацией, но при этом продукт получается более низкого качества. Молибденовая кислота частично растворима в кис­лотах и выделяется в виде трудно отстаивающихся и трудно промывае­мых осадков. Осаждение тетрамолибдата дает высокое извлечение молибдена и богатый молибденом продукт. Осадок его лучше отстаивается, но продукт требует переочистки. Осаждение СаМоО₄ из аммиачных растворов нерационально, так как он применяется лишь при выплавке ферромолибдена и может быть получен более простым путем. Для других же целей требовалась бы дальнейшая химическая переработка СаМоО₄. Введение иона Са²⁺ усложняло бы дальнейшую очистку со­единений молибдена.

Для осаждения парамолибдата аммония аммиачный раствор упа­ривают до 400 г/л МоО₃, что соответствует плотности раствора 1,40 г/см³. В производственных условиях выпаривают сначала до плотности 1,20 – 1,23 г/см³. После этого дают отстояться дополнительно выпав­шему осадку сульфидов Cu(II), Fe(II), Pb(II) и гидроокиси железа. Осадок отделяют, раствор упаривают далее. Горячий раствор фильт­руют и направляют в кристаллизаторы. Кристаллизовать рациональ­нее при перемешивании и искусственном охлаждении. При этом выде­ляются более мелкие кристаллы, но процесс протекает быстрее. После первых двух операции получают продукт наивысшей чистоты [9, 17]. По­следующие кристаллы более грязны. Их либо направляют на пере­кристаллизацию, либо квалифицируют более низшим сортом. Выпа­ривают и кристаллизуют в аппаратуре, стойкой против действия раст­вора аммиака.

 

3.3 Получение молибденовой кислоты Н₂МоО₄ или молибдата кальция СаМоО₄

 

Остатки (отвалы) от выщелачивания раствором NH₃ огарков, полученных после обжига богатых молибденовых концентратов, могут содержать до 20 – 25% Мо в составе соединений, не разлагаемых раст­ворами аммиака, - СаМоО₄, MoO₂, MoS₂. Молибден из остатков от выщелачивания извлекают одним из трех методов: 1) спеканием ос­татков (отвалов) с содой и последующим выщелачиванием спеков во­дой; 2) выщелачиванием растворами соды в автоклавах; 3) обработ­кой отвалов кислотами. В первых двух способах молибден переходит в раствор в составе Na₂MoО₄:

СаМоО₄ + Na₂CO₃ = Na₂MoO₄ + СаСО₃

2МоО₂ + О₂ + 2NaСО₃ = 2Na₂MoO₄ + 2CO₂

2MoS₂ +6Na₂CO₃ + 9О₂ = 2Na₂MoO₄ + 4Na₂SO₄ + 6 CO₂

Из раствора Na₂MoO₄ молибден осаждается в составе молибдатов кальция или железа (после удаления избытка ионов СО частичной нейтрализацией кислотой):

NaMoO₄ + СаС1₂ = СаМоО₄ + 2NaCl

3Na₂MoO₄ + 2FeCl₃ — Fe₂O₃ ∙ ЗMоО₃ + 6NaCl

Получаемые молибдаты кальция и железа (III) используются в промышленности ферросплавов. Кроме того, молибдат железа может быть разложен раствором аммиака:

Fe₂O₃ ∙ ЗMоО₃ + 6NH₄OH = 3(NH₄)₃MoO₄ + 2Fe (OH)₃

Полученный аммиачный раствор после очистки перерабатывают на парамолибдат аммония. При кислотной обработке отвалов используется азотная или соляная кислота. Молибдаты разлагаются кислотами, выделяя молибденовую кислоту:

СаМоO₄ + 2HNO₃ = Н₂МоО₄ + Ca (NO₃)₂

MOS₂ и МоО₂, оставшиеся в отвалах в результате неполного окис­ления концентрата при обжиге, окисляются при выщелачивании азот­ной кислотой, также образуя молибденовую кислоту:

MоS₂ + 14HNO₃ = Н₂SО₄ + 12NO₂ + 2NO + 4H₂O

При обработке отвалов на холоду соляной кислотой образующаяся молибденовая кислота переходит в раствор. Это удобно при переработке отвалов, содержащих значительное количество соединений вольфрама. Вольфрамат кальция соляной кислотой на холоду не разлагается. Таким образом можно в принципе частично разделять соединения воль­фрама и молибдена. Поэтому солянокислая обработка рациональна, если в отвалах от аммиачного выщелачивания есть соединения воль­фрама.

Режим и схема спекания отвалов с содой следующие. Смесь отвалов с содой спекают 6 – 9 частями при 700 – 750°С на поду пламенной печи. Спек выщелачивают водой. Пульпу фильтруют и промывают. Из фильтрата осаждают молибдаты железа или кальция (молибдат железа осаждает­ся при рН 3,5 – 5). В осадке получается смесь молибдата и гидроокиси железа. Осадок выщелачивают раствором аммиака. Полученный раст­вор молибдата аммония перерабатывают на парамолибдат аммония обычным путем. Хвосты после выщелачивания осадка молибдата же­леза содержат 1 – 1,5% МоО₃ и являются отвальными. Выщелачивают отвалы растворами соды в автоклавах при 180 – 200°С, что соответствует давлению 12 – 15 атмосфер. Автоклавный процесс рационален при низком содержании MoS₂ и МоО₂ в отвале [20].

3.4 Возгонка из огарков МоО₃

 

Возгонка и испарение из расплава МоО₃ применяются для получения чистого окисла [20, 23]. Возгонка начинается заметно с 800°С, расплав кипит при 1150°С. Способы возгонки и испаре­ния МоО₃ из расплава дают возможность получить чистый МоО₃ по очень короткой схеме. Количество МоО₃, испарившегося с поверх­ности расплава при 930°С за 1,5 ч (1,0 г/см²)10^-4, за 4 ч (1,5 г/см²)10^-4. Значительное влияние на возгонку МоО₃ оказывают примеси. Это связано с образованием молибдатов, особенно Са и Mg, устойчивых при температуре испарения. Эти соединения растворяются в расплаве МоО₃, понижая упругость его пара. Упругость пара молибдатов повышается с температурой, и перенос примеси увеличивается. Так, дав­ление пара РbМоО₄ при 1016°С 0,08, при 1060°С 0,23 мм. рт. ст. В процес­се возгонки к порошку МоО₃ добавляют кварц, облегчающий разгруз­ку невозогнанного остатка. В противном случае остаток МоО₃ налипает на под и пропитывает его.

В промышленности при малом масштабе производства МоО₃ при 1100 - 1200°С возгоняют в тигельных наклонных вращающихся электропечах, при большом масштабе – в карусельной электропечи с вращаю­щимся подом и силитовыми нагревателями. На поду находится слой кварцевого песка. Воздух в тигли вдувают через трубку на поверхность испарения, а возгон выносится током воздуха из тигля через приемный зонт и трубопровод в приемные устройства. В карусельных печах воз­дух продувают над поверхностью пода; газы выносятся через отверстия в своде печи в общий приемный коллектор, далее в кулеры и мешочные фильтры. В печи есть две зоны: зона питания с загрузочными бунке­рами и зона возгонки с отверстиями для вывода возгона и пара. За один оборот пода возгоняется около 60% МоО₃, имеющегося в огарке. По­довый остаток поступает на химическую переработку растворением или на выплавку ферромолибдена. За сутки печь дает 3,75 т чистой МоО₃. Чистота зависит от температуры, состава исходного огарка и может быть достаточно высокой. Повышение температуры снижает чистоту возгона, которая колеблется от 99,5 до 99,75%.

Исходные для возгонки огарки получаются обжигом богаты и
чистых концентратов и содержат 80 – 90% МоО₃. Для этого в концентратах должны быть не менее 60% молибдена, ~5% SiO₂ и сотые доли процента примесей металлов.

 

3.5 Получение гетерополикислот

 

Тетрамолибдат аммония, или, точнее, полимолибдат, так как состав осадка может отклоняться от формулы (NН₄)₂О∙4МоО₃∙2Н₂О, осаж­дают, нейтрализуя аммиачный раствор кислотой, непрерывно пере­мешивая, до рН 2,5 – 3,5; температуру поддерживают около 55°С [23]. При начальной концентрации раствора 280 – 300 г МоО₃ на 1 л в осадок в составе полимолибдата выделяется 96 – 97% Мо, находившегося в растворе до нейтрализации. Необходимо быстро отделять осадок полимолибдата от маточного раствора, иначе может образовываться мелкокристаллическая труднофильтрующаяся безводная соль. Осадки достаточно чисты, так как примеси металлов, мышья­ка, фосфора, серы остаются в основном в растворе.

В осадок полимолибдат увлекает большое количество ионов хлора и вольфрам. Перекристаллизацией полимолибдата в парасоль 3(NH₄)₂О ∙ 7МоО₃ ∙ 4Н₂О эти примеси удаляют. Для этого полисоль рас­творяют в 3 – 5 % -ном растворе аммиака при 70 – 80°С столько, чтобы плотность стала 1,41 – 1,42. Затем, охлаждая раствор до 15 – 20°С, кристаллизуют парамолибдат аммония:

7 [(NH₄)₂О ∙ 4МоО₃] + 10NH₄OH → 4 [3 (NH₄)₂О ∙ 7МоО₃] + 5Н₂О

В кристаллы выделяется до 60% всего молибдена, бывшего в раст­воре. Оставшийся маточный раствор без очистки используют для пере­кристаллизации ряда порций осадков полимолибдата.

Описанный метод переработки дает конечный продукт более высо­кой чистоты, чем просто парамолибдатный. Содержание примесей в конечном продукте (%): Fe<0,005; S<0,003; Al<0,003; Zn, Ni, Са, Mg, As, P и других элементов <0,001 каждого. Примесь вольфрама осаждается вместе с молибденом. Для процесса применяются эмалированные чугунные выпарные аппараты и кристаллизаторы. Возмож­но применение и других аппаратов. В маточных растворах, подлежащих очистке, содержится до 10 г/л Мо. Подкислением до рН 3 – 2 из них можно выделить осадки полимолибдатов, которые направляют на очистку. Из маточных растворов, содержащих < 1г/л Мо, последний выделяют ионообменом.

 

3.6 Другие методы получения соединений молибдена

 

По одному из вариантов кислотной обработки отвалы, содержащие помимо соединений молибдена до 5% W, обрабатывают 20 – 30%-ной соляной кислотой при нагревании [8, 20]. Молибден в основном переходит в раствор. Кислотой не разлагаются МоО₂, MoS₂ минералы вольфрама. Кислую пульпу нейтрализуют раствором аммиака до рН 2,5 – 3. Молиб­ден осаждают в составе молибдата железа или полимолибдатов. Осадок отфильтровывают. С раствором отделяются Са, Си, часть Fe. Осадок обжигают, чтобы окислить Мо и МоO₂. После обжига его выщелачи­вают аммиачным раствором. В полученный раствор извлекается до 85% Мо. Соединения вольфрама остаются в остатке от выщелачивания. Ам­миачный раствор молибденовых соединений присоединяют к основному раствору от выщелачивания огарков. Общее извлечение молибдена из концентрата достигает 93 – 95%. Потери при обжиге ~ 1,5 %, при выщелачивании (с использованием хвостов) ~2,5%, на прочих операциях до 3%. Переработка отвалов повышает общее извлечение молибдена из концентратов в готовую продукцию.

Из анализа себестоимости парамолибдата с учетом использования хвостов первичного выщелачивания следует, что более 90% себестоимости составляет стоимость сырья.

Для получения молибдена можно использовать также и растворение в азотной кислоте, но этот процесс имеет несколько отличительных черт. Для рентабельности азотнокислотного вскрытия необходимо, чтобы избыток азотной кислоты и продукты ее разложения могли быть реге­нерированы и эффективно использованы. В противном случае метод нерентабелен, так как вместо прямого использования кислорода воз­духа, как это происходит при окислительном обжиге в печах, окисле­ние производится дорогой азотной кислотой, предварительно полученной тоже из азота и кислорода воздуха. Нельзя допускать и выброса в атмосферу окислов азота, получающихся при разложении кислоты в ходе реакции. Схема азотнокислотного метода показана на рис. 4. Основная реакция взаимодействия M0S₂ с HNO₃:

MoS₂ + 6HNO₃ = Н₂МоО₄ + 2H₂SO₄ + 6N0

Реальный расход кислоты на окисление чистого MoS₂ близок к теоретическому по этой реакции. Но при разложении концентрата кис­лота расходуется еще и на разложение примесных минералов, испаре­ние, термическое разложение. Поэтому общий расход кислоты значите­льно выше расчетного (расчетный расход 3,16 т, в пересчете на 60%-ную кислоту, на окисление молибденита в 1 т концентрата, содержа­щего 48 – 50% Мо).

Некоторые возможные реакции взаимодействия примесных минералов с азотной кислотой:.............................................................................................................

CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

Са₃ (РО₄)₂ + 6HNO₃ = 3Са (NO₃)₂ + 2Н₃РО₄

As₂S₃ + 12HNO₃ = 2H₃AsO₄ + 3H₂SO₄ + 8NO + 4NO.

Молибденовая кислота первоначально оказывается полностью в растворе, а затем в значительной степени выпадает в осадок. В растворе молибден находится в основном в составе комплексных анионов [MoO(MoO₄) (SO₄)₂]^2-. В газовой фазе, помимо NО, находятся другие окислы азота и пары кислот. К концу разложения молибденита азотной кислотой в растворе содержится 15—25 г/л Мо. Растворимость Н₂МоО₄ в воде ~2 г/л при 20°.

Рис. 4. Получение молибдена с использованием азотной кислоты

Из азотнокислых растворов молибден можно выделить в зависимости от избытка кислоты, содержания молибдена и примесей экстракцией или осаждением ферромолибдата.

Окисление MoS₂ гипохлоритом в растворах. Молибденит окисляется гипохлоритом кальция по реакции.

MoS₂ + 9СlО^- + 6ОН^- = МоО + 2SO + 3Н₂О + 9Сl^-

Реакция протекает со значительным выделением свободной энергии: ΔZ₂₉₈= - 343, 6 ккал. Преимущества процесса гипохлоритного окисления – это избирательность окисления молибдена и полнота извлечения его в раствор при низкой температуре. Практический расход в 1,5 – 2 раза выше теоретического. В заводской практике способ не применяется.

Oкисление молибденита кислородом в автоклавах [20]. Окисление может производиться в растворах КОН, NH₄ОН, NaOH, Na₂CO₃. Принципиальная реакция окисления кислородом проходит по уравнению

2MoS₂ + 9O₂ +2OH^- = 2МоО + 4SO + 6Н₂О

Окисление проходит через промежуточную стадию образования тиосульфата и гидроксокатиона молибдена (VI) [МоО₂Н ]⁺. На степень перехода молибдена в раствор влияют давление, температура, концентрация щелочи. Скорость реакции зависит от концентрации ионов ОН^-, поэтому она возрастает в ряду растворов аммиака→соды→щелочи. Ионы меди действуют на окисление каталитически: при концентрациимеди 100 мг/л скорость его в два раза выше, чем в отсутствие меди. Добавка меди позволяет снизить давление, температуру и время обработки.

При автоклавном окислении молибдено – медных промпродуктов (5,8 – 6,3% Мо и 6 – 9% Сu) рекомендуется проводить процесс в растворе соды или аммиака при 200°С, а в растворе едкого натра при 130 – 140°С и давлении кислорода соответственно 9 – 10 и 1 – 2 атмосфер. Работая с едким натром, кислород можно заменить сжатым воздухом. В растворах аммиака вместе с молибденом растворяется много меди, что нежелатель­но. При работе с содой обра­зуется гидрокарбонат:

Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О → 2NaHCO₃

Избыток соды поэтому должен быть выше, чем щелочи. В качестве аппаратуры можно использовать автоклавы с механиче­ским перемешиванием из нержавеющей стали специальных сортов. Автоклавное выщелачивание связано с трудностями подбора аппаратуры из-за образования больших количеств CaSO₄ и в отношении техники безопасности.

Хлорирование молибденовых огарков, окисленных промежуточных продуктов и чистых соединений молибдена. Хлорирование – перспективный метод переработки низкосортных огарков, окисленных кон­центратов и промежуточных продуктов обогащения, окисленных руд, содержащих молибден. Хлорирование может также применяться для получения чистых хлоридов с целью выработки из них металлического молибдена методами диссоциации или металлотермии. Хлорировать можно хлором, летучими хлоридами (например, S₂Cl₂, ССl₄), твердыми хлоридами. Хлорирование низкосортных концентратов, содержащих сульфиды, целесообразно применять к обожженным «огаркам» таких концентратов. Ректификацией продуктов хлорирования могут быть получены соединения высокой чистоты.

Ионный обмен в технологии молибдена может применяться для:

а) селективного извлечения Мо из основных растворов как относительно богатых им, так и бедных;

б) извлечения очень малых количеств Мо из сбросных растворов и промывных вод;

в) извлечения Мо из рудничных молибденсодержащих вод,

г) разделения Мо и Re в кислых растворах;

д) очистки мо­либденовых растворов от примесей тяжелых, щелочноземельных и щелочных металлов.

До настоящего времени наиболее широко распространено ионообменное извлечение молибдена из бедных маточных и сбросных раство­ров и промывных вод [20,11]. Остальные возможности применения ионитов в технологии молибдена весьма перспективны. Ионообменное извле­чение из растворов после кислотной обработки бедных окисленных руд и концентратов – актуальная задача, так как эти руды и методы обра­ботки приобретают большое промышленное значение.

Молибден сорбируется и катионитами, и анионитами. Большое практическое значение имеет сорбция молибдена на анионитах. Ион МоО₂²⁺существует лишь в сильнокислых растворах, в которых одновременно могут сорбироваться и многие другие металлические ионы и где велика концентрация конкурирующего иона Н⁺. В этих условиях может вестись ионитная очистка молибденовых растворов от примесей тяжелых цветных, щелочных и других металлов. В сильнощелочной среде (рН = 8) молибден находится в форме неполимеризованного анио­на МоО₄^2-. Полная обменная емкость анионитов по молибдену в сильно­щелочной среде ниже, чем при более низком рН, при котором молибден в растворе находится в виде полимеризованных, большого объема, ионов пара-, мета- и других полимолибдатов. Но большой объем этих ионов вносит пространственные затруднения в процесс сорбции: требу­ется, чтобы активные группы ионита были возможно менее экраниро­ваны другими элементами его структуры.

В слабокислой среде для сорбции молибдена из растворов эффек­тивен сульфоуголь [20]. Захват им молибдена носит сорбционный харак­тер, без обмена ионами. Активированный уголь также хорошо сорби­рует молибден из бедных кислых растворов. Так, уголь марки КАУ (8, с. 415)для раствора, содержащего 0,144 г/л Мо и 0,1 моль/л H₂SO₄, показал дина­мическую обменную емкость (емкость до проскока – ДОЕ) 14 мг Мо на 1 г сорбента и полную обменную емкость (ПОЕ) 145 мг/г.

В технологии извлечения молибдена из растворов и их очистки ис­пользуются и испытываются аниониты с разными основностью, струк­турой, пористостью. В слабокислой среде (рН 2 – 5) эффективно приме­нение как сильноосновных, так и слабоосновных смол. В нейтральных и слабощелочных растворах обладают достаточной емкостью лишь сильноосновные смолы.

При 1,6 г/л Мо и рН раствора равном 3, сильноосновная смола АВ-16 пока­зала ПОЕ-394 мг/г и коэффициент распределения по молибдену Kр=20615, а слабоосновной анионит АН-1 показал ПОЕ 233 мг/г и Kр= -3598. Но так как сильноосновные смолы прочнее удерживают молиб­ден и для десорбции (элюирования или вымывания) из них требуются растворы более сильных щелочей (NaOH, КОН), а для вымывания со среднеосновной и тем более со слабоосновной смолы вполне достаточ­ны 5 – 10%-ные растворы аммиака, то в практических условиях чаще находят применение средне- и слабоосновные аниониты. Применение раствора аммиака как элюента не вносит загрязнений щелочами и дает возможность получать более технологичные аммиачные соединения молибдена – поли - и парамолибдаты.

Для очистки аммиачно-молибденовых растворов от тяжелых метал­лов в полупромышленном масштабе использовали амфолиты. Амфолит – амфотерный сложный анионит, синтезированный из более простых анионитов с введением в них дополнительных органических групп. В результате получаются конденсированные продукты с крупной внутриструктур­ной и межструктурной пористостью и не полностью насыщенными связями. Разным соотношением реагентов при синтезе могут быть получены различные модифи­кации амфолита, отличающиеся соотношением кислотных и основных групп.

Глава 4.Извлечение молибдена из отработанных руд методом экстракции

 

Степень извлечения молибдена из рудного сырья зависит не только от полноты химического вскрытия минерала и перевода молибдена в раствор, но и от полноты последую­щего извлечения его из растворов. В изложенных выше технологиче­ских схемах молибден извлекался из первичных растворов осаждением пара - и полимолибдата аммония, молибдата кальция, ферримолибдатов, а из бедных растворов и промывных вод – ионным обменом.

Сейчас наиболее экономичны и перспективны методы извлечения молибдена из растворов экстракцией и ионным обменом. Их достоинства:

1) полнота выделения полезного элемента из раствора;

2) селективность выделения элементов из комплексных растворов:

3) пол­нота отделения примесей;

4) простота аппаратурного оформления;

5) высокая производительность (причем производительность экстракции выше ионного обмена).

Извлечение молибдена из растворов и пульп экстракцией до настоящего времени находится на стадии укрупненных лабораторных и полупромышленных испытаний, показывающих в ряде случаев весьма перспективные результаты для промышленного использования [11, 13]. Этому способствует то, что молибден может находиться в растворах в разнообразных формах (катионы, анионы, полианионы, комплексные анионы). Молибденсодержащие ионы способны сольватироваться и давать комплексы со многими органическими соединениями. Поэтому возможна экстракция молибдена экстрагентами различных типов, анионо- и катионообменными, нейтральными. К первому типу экстрагентов относятся ами­ны и четвертичные аммониевые основания, ко второму – алкилфосфорные кислоты, к третьему – спирты, кетоны, эфиры, в том числе трибутилфосфат.

Как показала практика [20], из анионообменных экстрагентов молибден достаточно успешно экстрагируется триоктиламином (сокращенно ТОА) (C₈H₁₇)₃N и аммониевым основанием – диалкилметилбензиламмонийхлоридом [СН₃—NR₂—СН₂С₆Н₅]Cl (так называемый дамбас). Молибден экстрагируется катионообменным экстрагентом Д2ЭГФК – ди-2-этилгексилфосфорной кислотой (С₈Н₁₇)2HPO₄, экстрагентом нейтрального типа - трибутилфосфатом (C₄H₉)₃PO₄ (ТБФ), метилизобутилкетоном C₅H₁₂CO (МИБК), циклогексаноном (СН₂)₅СО и метилфенилкетоном (ацетофеноном) СН₃СОС₆Н₅.

Указанные соединения отвечают требованиям, предъявляемым к экстрагентам: мало растворимы в воде, кипят при высоких температу­рах, большинство из них легче воды. Для понижения их вязкости, увеличения разности в плотности с водой и повышения температур вос­пламенения применяются они в виде растворов в керосине или других растворителях. Повышение температуры воспламенения особенно важ­но для применения циклогексанона и ацетофенона.

В табл. 2 дан предположительный состав экстрагируемых разными экстрагентами соединений

Таблица 2. Состав экстрагируемых веществ

Кислотность исходного раствора	Экстрагент	Мольное отношение	Формула
pH	HCl, и.	[Mo]	экстрагент	Cl свя занный
3,0	-	ТОА		2,3	-	(R3NH)2MoO4
1,0	-	»		0,97	-	(R3NH)2 [Mo6O14 (OH)10]
-		»		1,0	3,1	(R3NH) [MoO2Cl3]
1,0	-	Д2ЭГФК		4,10	-	MoO2 (R2PO4)2 ∙ 2HR3PO4
-		ТБФ		2,05	2,0	MoO2Cl2 ∙ 2ТБФ
-		»		2,0	2,9	[H30 (H20) ∙ ТБФ [MoO2Cl3 ∙ (H20)]
-		МИБК		3,0	3,0	[H30 (H20) ∙ 3МИБК [MoO2Cl3 ∙ (H20)]

С помощью экстракции можно решать ряд задач технологии молиб­дена:

а) повышение извлечения из бедных и сбросных растворов;

б) извлечение из растворов, получаемых при выщелачивании бедных руд и некондиционных концентратов;

в) отделение молибдена от воль­фрама, что особенно важно в тех случаях, когда молибден находится в малом количестве по сравнению с близким ему по свойствам вольфрама.

Выводы

 

В результате выполнения данной работы можно сделать следующие выводы, которые позволят повысить выход молибдена из отработанных молибденовых руд и отходов производства, а также позволят использовать отходы молибденовой промышленности в народном хозяйстве:

Для получения особо чистого МоО₃ необходимо использовать метод возгонки при высоких температурах, что позволит получить особо чистый МоО₃, необходимый в металлургии и других отраслях промышленности

Для повышения выхода молибдена из отходов молибденовой промышленности можно использовать получение молибдена при помощи ионного обмена или экстракции органическими растворителями. Учитывая большой объем отходов можно предложить использовать ионный обмен, поскольку этот метод позволяет повторно использовать катиониты и аниониты и не требует сложной аппаратуры для улавливания паров органических растворителей.

Производительность метода экстракции для получения молибдена является большей, но требует строительства установок по поглощению паров органических растворителей и герметизации установок. Метод ионного обмена является технологически более простым, что будет предпочтительнее.

Отходы производства после выделения молибдена можно использовать в виде комплексных молибден содержащих удобрений в сельском хозяйстве, что позволит повысить урожайность зерновых.

Список использованной литературы

 

1. Ахметов Н.С. "Общая и неорганическая химия" М.: Высшая школа, 2001.

2. Берт Р.О. "Технология гравитационного обогащения" М.: Недра, 1990.

3. Бусев А. И. Аналитическая химия молибдена. М.: Издательство АН СССР, 1962, - 300с.

4. Васильев В. П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технологическим специальностям – 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Дрофа, 2002. - 384 с.

5. Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – 702 с.

6. Гороновский И. Т., Назаренко Ю. П., Некряч Е. Ф. Краткий справочник по химии К.: Издательство АН СССР, 1962, 658 с.

7. Жарский И. М., Новиков И. Г. Физическ