采用循环烟气焙烧高铼钼精矿的工艺研究

伍耀明

(广西冶金研究院，广西 南宁 530023)

0 引 言

据2017年12月09日头条(https://www.toutiao.com/i6511858251829608974)报道，大量铼资源被中国发现，美国情绪不稳。全球铼矿九成都由美国掌控，美国不仅国内铼矿储量大，还在许多产铼国获得了完全开采权。铼矿出口的巨大利润令尼日利亚等国纷纷愿意将"稀土黄金"大量出口给美国，获得大量的外汇收入。航空发动机研制不可仅迷信技术，还需要大量相关基础材料的研制为航空发动机提供配套完备的研制条件。飞行发动机里最稀有的材质就是铼，这种材料在单位质量上同相同质量的黄金等同。由于早期对铼矿的认识严重不足，中国贵州等地未将含铼矿的稀土元素进行分离，就打包出口了美欧国家，使我国蒙受了稀土元素的大量损失，而作为航空生命的铼矿更是受到了灭绝性的破坏。作为不可再生化资源的一种，许多国家都非常看重铼资源，因为它是制造飞机叶片的主要材料，能够显著提高飞机叶片的使用寿命和工作韧性，而这都是评价飞机优劣的指标。

国产长城352型航空发动机作为中国自制发动机的佼佼者共使用了5.2 kg的铼资源。因此国家加大铼矿寻找和开采范围，最终在西北地区一峡谷探明230余吨的铼矿，且均为纯正的富矿。这对于国家航空业发展有无比重大的意义，我国能借此机会大力发展国产民用军用发动机，推动航空领域繁荣。因此该消息在华尔街大量传开后，航空设备、基础设施类企业股票应声下跌。

1 钼精矿高温焙烧脱水脱油

浮选钼精矿在600 ℃高温焙烧，目的是为了彻底脱油，同时也就彻底脱水。

Re2O7的沸点363 ℃，MoO3在600 ℃开始蒸发，650 ℃以上显著升华。硫铁矿(FeS2)在350～500 ℃分解出一个元素硫，沸点444.6 ℃，所以转鼓温度必须控制在250 ℃，将钼、铼、硫混合冷凝收集下来。将这种混合物送入循环烟气焙烧炉。

浮选油的沸点是180～220 ℃，水的露点75 ℃，要冷凝油和水必须控制转鼓表面温度在40 ℃以下，也就是说在转鼓内通入常温冷水或冷空气，将水和油同时冷凝下来，并且同时流入同一个接液桶，油从上面的溢流管流出，水从下面的虹吸管控制液面线的高度虹吸出，这样油和水就分别得以回收，浮选油可以返回使用。

上述作业都是在密闭的回转窑内进行。

2 循环烟气焙烧钼精矿的理论根据

根据文献[2]中的参考文献[7]计算出来的钼精矿“在500～700 ℃焙烧的平衡常数值表明，钼精矿的焙烧反应实际上是不可逆的，因为气相中氧的浓度不管有多低，氧化作用还是可进行到底的。它的反应式如下：MoS2+3.5O2→MoO3+2SO2+266.2 kJ”。这个反应式是指辉钼矿直接氧化成MoO3，如果有足够的辉钼矿而空气中的氧气已经基本没有了，那么也会将空气中21%的含氧量全部消耗生成SO2，所以烟气中的SO2浓度就会足够高。反过来如果空气中有足够的氧气，钼精矿中的硫无论如何低，也会被氧夺去生成SO2。“铼和钼的结合可能是由于MoS2和ReS2类质同像(离子半径：Mo4+=0.68 nm，Re4+=0.56 nm)之故[3]”。笔者照此推论，铼和钼与空气的反应情况是相同的。由于铼的沸点只有363 ℃，而铼经过600 ℃脱水脱油阶段和700 ℃的循环烟气焙烧，就会彻底被空气氧化生成易挥发的Re2O7，铼就会获得最高回收率。

3 对已探明的纯正富铼矿的处理意见

由于笔者对钼冶炼的知识了解不够，尤其是对地采选的知识更是缺乏，“在西北地区一峡谷探明230余吨的铼矿，且均为纯正的富矿”，对“纯正的富矿”这5个字，笔者还是理解为含铼比往常高得多的钼精矿，而且也是属于“MoS2和ReS2类质同像”结构，只是没有(或少有)其他杂质元素。

笔者对于钼精矿的冶炼方法基本有所了解，而且知道采用什么设备焙烧以及工信部的文件规定。这个规定是正确的，但是并不约束创新工艺和创新设备。笔者发表的论文[2]就是属于创新工艺和创新设备。此次国内对铼资源的重大发现，是强国强军重大突破的坚强支柱。笔者在看到此信息时非常兴奋，所以立即提起笔来撰写论文准备向《中国钼业》投稿，力争将笔者提出的工艺和设备挤入回收铼的工程竞争中。

综合所有现行的钼精矿焙烧工艺来看，还没有哪一种焙烧方式是自产烟气可以制硫酸的。当然配气制酸已经实现，并不存在什么困难。不过配气在当地需要有合格的硫铁矿，建一坐庞大的的硫酸厂。一般钼精矿焙烧产生的烟气中SO2浓度低，即使是当前最先进的多膛炉，焙烧烟气含SO2约2%。这么低浓度的烟气需要将新建硫酸厂扩大许多倍才能容纳许多的空气量，这种配气毕竟是有一定的难度。笔者只是想将所有焙烧钼精矿的工艺、设备所存在的问题都能得到解决。例如焙烧结炉，产品挥发不彻底，挥发物回收效果差，产品质量不稳定，不达标等。笔者提出的方案，还不能说什么问题都能解决，这还只是根据理论分析的一种设想，希望有采纳的机会，进行试验考查。

采用循环烟气焙烧的方法，可以提高钼铼的收率，也提高产品质量，还可以获得高浓度的SO2烟气直接送去制硫酸，这是可以解释清楚的。例如这一炉辉钼矿需要5次循环烟气焙烧才能完成，那么前4次获得的SO2烟气都是高浓度的，只有最后一次才是低浓度的SO2烟气，这5次烟气混合起来肯定可以用于制硫酸。如果是2～3台以上的焙烧炉，错开作业，通过混合罐调节，就可以连续用于制硫酸。所以采用循环烟气焙烧钼精矿，是提高产品质量、提高钼铼回收率约100%、还可以用自己的焙烧烟气制硫酸的很好方案。

4 对文献[2]提出一些修改意见

文献[2]的炉子结构与操作方法不改动，但是安装在焙烧炉内的电热管应该改作换热管。笔者曾经在广西冶金研究院钢铁室的轧钢车间使用过一台电热丝炉，5 mm直径的电热丝就敞口搁置在炉子内壁的耐火砖上，电热丝用了很多年都不需要更换。因此笔者想到必须将文献[2]焙烧炉中的电热管改作换热管，管内再也不需要安装电热丝。自制或购买一台电热炉，用高温风机通过保温输送管向焙烧炉内的换热管内通热风，以传热方式加热炉内的钼精矿，从换热管出来的余热风返回热风炉回收余热。调节温度分别提供焙烧炉与脱油脱水炉。

5 关于转鼓收尘的问题

笔者在文献[2]中说到在一次评审会上有一位专家指出，钼精矿焙烧炉的烟道，曾经被挥发的MoO3凝结在烟道壁，将烟道堵死的现象，于是笔者就想到了安装一台冷凝转鼓就解决问题了。有了冷凝转鼓，可以取代一系列的收尘装置。因为焙烧炉的排气口安装了高密度的不锈钢滤网(市面有200～500目)，通过振打装置可让纯净的升华物通过，而矿尘则全部阻留在炉内。进入烟道的升华物冷凝在转鼓表面被刮刀刮下，转鼓表面没有粘附物积存，烟道也没有矿尘沉淀。旋风收尘、电收尘、布袋收尘、水雾收尘等收尘措施都不需要了。焙烧炉渣可以适当喷水凝结，便于外运到堆场。所以此工艺可以缩小厂房的建设面积和空间，大大减少投资。“转鼓冷凝”并不是笔者的发明，在国外以及一些高档产品的形成和收集早有使用，不过笔者将它延伸了，对精细的和粗糙的产品都想到用转鼓骤冷生成，或者将已生成的升华物冷凝收集，在转鼓结构设计上也不断做了改进。

6 结 语

笔者只是在做钼镍矿的试验之后，才触摸到钼精矿的冶炼问题。《中国钼业》编辑部在接纳了笔者第一篇“风冷凝转鼓收尘装置的设计及应用”论文以后，笔者就在钼冶炼方面发表了一些带遐想性的论文，直至在2016年第6期《中国钼业》发表了“一种新型钼精矿焙烧炉工艺设计初探”的论文后，很长时间没有论文可写了。最近看到“我国在西北地区一峡谷探明230余吨的铼矿，且均为纯正的富矿”的信息，又促使笔者提起笔来，希望“循环烟气焙烧钼精矿的冶炼工艺”能得到推广应用。因为它能够在钼精矿的冶炼方面解决许多现实存在的问题，所以就对“循环烟气焙烧钼精矿”的重要意义展开了全面的分析和宣传，如有不妥之处，欢迎读者批评指导！