工业生产钼粉中钾含量控制浅析

赵新瑞,张增祥

(金堆城钼业股份有限公司金属分公司,陕西 西安 710077)

工业生产钼粉中钾含量控制浅析

赵新瑞,张增祥

(金堆城钼业股份有限公司金属分公司,陕西 西安 710077)

近年来,低钾钼粉市场需求不断扩大。本文结合工业钼粉生产实际,对钼粉生产原料、料层厚度、还原温度、还原时间、氢气流量等影响钼粉中钾含量的各因素进行了实验研究与分析,得到了低钾钼粉的较优生产控制条件。

钼粉钾含量;控制因素;工业钼粉

0 引 言

随着钼金属应用领域的不断拓宽,市场对钼粉的需求逐步向特殊化、高纯化发展,企业原有的钼粉规格已不能满足市场的需要。近年来,低钾钼粉逐渐成为市场新宠,特别是在超大型集成电路、高清晰度电视、LCD液晶显示器、靶材等方面需求量不断扩大[4]。因此,低钾钼粉的生产控制成为钼专业人员的研究热点。钼粉中钾的来源主要是生产原料引入,要生产出钾含量较低的钼粉首先要保证原料钾含量足够低,但在生产中往往存在低钾原料供应不足等问题,所以在钼粉生产中必须探索出通过合适工艺条件的选择,实现在既定原料条件下控制钼粉钾含量的目的。本文结合工业钼粉生产[1～3]实际过程,对钼粉中钾含量工艺控制因素进行了实验研究。

2 实验设备及基本原理

2.1 实验设备

低温还原转炉、高温还原多管炉、温度控制系统、料舟等。

2.2 基本原理

用氢气高温还原二氧化钼工业生产钼粉过程中,伴随钾的转移大致可以分为3个步骤:

①二氧化钼中的钾由固态变成气态。

②由固体内部向固体表面扩散。

③由固体表面向气相主体扩散。

工业生产钼粉中要获取低的钾含量,就要严格控制生产过程中各影响因素,取最优工艺参数,加速上述钾转移的3个过程,以达到预期目标。本实验通过对钾含量不同的钼酸铵(因为钼酸铵在转化为二氧化钼的过程是在低温条件下进行,该阶段钾的挥发不明显,只是随着原料中其他元素的脱去重量的变化而表现出了一定的浓缩)在二次还原多管炉生成的钼粉中钾含量的对比、二次还原阶段不同还原温度、料层厚度、还原时间、氢气流量等工艺参数对生产的钼粉钾含量的分析,探索钼粉钾含量与原料及各工艺条件的关系。

3 实验结果与讨论

3.1 原料钾含量对钼粉的钾含量的影响

选择多批钾含量不同其他指标基本一致的钼酸铵作为实验原料,在同一工艺下进行还原试验,并对生产的钼粉做对应钾含量分析,考察原料钾含量与钼粉钾含量的关系,将所得数据整理并作图1。

从图1可以看出,钼粉中的钾含量与生产所用原料钾含量的关系呈现出基本一致的变化规律,即生产所用原料钾含量越低对应生产出的钼粉钾含量越低,反之,原料钾含量越高对应生产出的钼粉钾含量越高,这是因为从钼酸铵到钼粉还原生产过程中原料的性质具有遗传性。

图1 钼粉钾含量与原料钾含量关系图

3.2 还原温度对钼粉钾含量的影响

在本试验中,取同一批次的二氧化钼,分别加入二次还原炉,通过改变二次还原温度,使还原温度在一定区间内变化,考察二次还原温度的变化对还原钼粉钾含量的变化规律,将实验所得数据作图2。

图2 钼粉钾含量与还原温度关系图

通过分析可以得出,钼粉的钾含量随还原温度的升高,呈现出逐渐降低,随着温度达到1 000℃以上,还原所得钼粉的钾含量降低的趋势更加明显。温度升高,一方面有利于钾由固态转为气态促进了过程①的进行,另一方面,加速了分子的运动,即加速了气态钾的扩散,促进了过程②和③的进行,所以温度升高有利于物料中钾的扩散转移。故在生产中要获得钾含量较低的钼粉,可选用较高的还原温度,但过高的温度会造成能耗的增加及炉管、料舟老化、变形速度加剧。综合考虑,在进行低钾钼粉生产中工艺温度相比于正常还原温度提高5%～10%。

3.3 料层厚度对钼粉钾含量的影响

在本次试验中,取同一批次的二氧化钼,改变二氧化钼的装舟厚度,使装舟厚度在一定区间内变化,保持其他工艺相同的条件下考察料层厚度对钼粉钾含量的影响规律,将实验所得数据整理分析作图3。

图3 钼粉钾含量与料层厚度关系图

从图3可以看出,对于同一批次的二氧化钼在二次还原过程中,在相同的二次还原工艺条件下,钼粉的钾含量随着料层厚度的增加钼粉的钾含量也在逐步增大。料层的厚度在钾的转移中阻碍过程②的进行,在钾扩散过程中料层厚度越厚,钾从高浓度的料层内部向表层低浓度表层扩散过程中,所受到的阻力越大,料层厚度越厚越不利于过程②的进行。料层越薄,越有利于物料中钾的挥发,要获得钾含量较低的钼粉,可适当降低装舟厚度,但装舟量过小,会影响产能。综合考虑,在进行生产低钾钼粉时,料层厚度一般选取比正常还原时料层厚度降低10%～20%。

3.4 还原时间对钼粉钾含量的影响

取同一批次二氧化钼,在保持工艺条件一致的前提下,通过改变还原时间来研究还原时间对钼粉钾含量的影响,对所得数据作图4。

从图4对比分析可以看出,对于同一批次的二氧化钼,随着还原时间的增加,钼粉钾含量逐渐降低。在扩散过程中,时间的增长会使钾的转移过程进行得更彻底,即促使了过程①、②、③的进行,所以时间的增长有利于降低钼粉中的钾含量,即随着时间的增长,钾元素得到了充分的挥发。因此,适当增大还原时间,对除去钼粉中的钾有利,但还原时间的增加,会造成产能相应降低、能耗增加。故此,生产低钾钼粉还原时间可适当延长15%～20%。

3.5 氢气流量对钼粉钾含量的影响

对同一批次的二氧化钼,在二次还原过程中,保持其他工艺条件一致的前提下,通过采用不同的氢气流量进行还原,研究钼粉的钾含量与还原所用氢气流量之间的关系,并将所得数据作图5。

图5 钼粉钾含量与氢气流量关系图

从图5分析可以看出,钼粉的钾含量随着还原所用氢气流量的逐步增加,钾含量逐渐降低。氢气流量能将扩散出的钾及时带走,形成了较大的钾浓度梯度,即促使了过程②和③的进行,所以氢气流量越大越有利于还原过程中钾的降低。为获得较低钾含量钼粉,可适当增大氢气流量,但过高的氢气流量会造成能耗的增加,所以在实际生产低钾钼粉氢气流量的选择适当增大3%～8%。

4 结 论

(1)工业生产钼粉过程中,原料钾含量、还原温度、还原时间、二氧化钼装舟厚度、氢气流量等变化均会引起钼粉中钾含量的变化。

(2)当工业生产原料确定后,要获得较低钾含量的钼粉,可对常规还原工艺参数作如下优化:还原温度提高5%～10%、料层厚度降低10%～20%、还原时间增长15%～20%、氢气流量增大3%～8%,这样既能确保较高的生产率,也是确保低钾含量的关键。

[1] 向铁根.钼冶金[M].长沙:中南工业大学出版社, 2002.

[2] 李洪桂.稀有金属冶金学[M].北京:冶金工业出版社,1990,5.

[3] 黄培云.粉末冶金原理[M].北京:冶金工业出版社, 1997.11.

[4] 武洲,李晶,厉学武.低钾钼粉制备方法浅析,中国钼业,32(5):36-39.

THE CONTROLL ING OF POTASSIUM ELEM ENT CONTENT IN MOLYBDENUM POWDER PRODUC ING

ZHAO Xin-rui,ZHANG Zeng-xiang
(MetalBranch,JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

The key points of controlling potassium element content in molybdenum powder reducing reaction were preliminarily generalized by studying the influences of the raw materials,reducing reaction temperature,reducing reaction time and the thickness of bed materials on the potassium element content in molybdenum powder producing.

potassium element content;controlling factors;molybdenum powder

TG146.4+12

A

1006-2602(2010)04-0044-03

2009-09-03;修改稿返回日期:2010-03-30

赵新瑞(1975-),男,工程师。