硝酸钠替代部分硝酸在二硫化钼生产中的应用研究

惠三顺，解小锋，胡耕科，李航宇

(金堆城钼业股份有限公司化学分公司，陕西渭南 714000)

0 前言

随着科学技术的迅猛发展，钼化工产品的应用范围逐渐向各个领域渗透并扩大，人们对产品的要求也逐渐精细化。MoS2是最主要的钼化工产品之一，属于辉钼矿的主要成分。MoS2由于其特殊的结构和稳定的物理化学性质，广泛应用于固体润滑剂、潜在的储氢材料、电池阴极材料、场发射材料以及热塑性高弹体复合材料、涂层、光泽颜料、摩擦材料和脱硫剂等［1-2］。目前，国内外工业化生产MoS2的主要方法是天然法和化学合成法。天然法即辉钼矿提纯法，通过物理或化学的方法将Mo＞57%的钼精矿中的有害杂质(主要是酸不溶物、SiO2、Fe)去除，再进行干燥和气流粉碎工艺［6］。金堆城钼业股份有限公司化学分公司采用两段酸浸工艺进行除杂，生产实践证明:在一段酸浸中，采用浓硝酸除铁，虽然可以满足产品对Fe值的要求，但是浓硝酸的加入会带来两方面的不利因素:(1)由于浓硝酸反应过度剧烈，挥发份进入尾气吸收装置后，反应不够充分，排放的烟气中偶尔含有少量的略带淡黄色的NOX混合气体，造成对大气环境的污染。(2)一段酸浸废液中的钼金属损失量较大。针对以上两个方面的问题，经过长期的工业实验和探索，采用硝酸钠替代硝酸应用于一段酸浸中，来解决上述问题。

1 理论基础

一段酸浸的主要工作是除去以FeS2为代表的金属化合物，一段酸浸用到的辅助材料主要是硝酸和盐酸，采用硝酸钠替代部分硝酸，在酸性介质下，硝酸根所起的氧化作用和硝酸相当。主要的反应化学方程式如下:

2 工艺介绍

金堆城钼业股份有限公司化学分公司二硫化钼车间是该公司唯一的MoS2产品生产线，主要承担不同规格MoS2产品的生产及研发工作。原料为Mo＞57%的辉钼精矿，按照客户的需求制备不同规格的产品销往国内外，原矿和某批产品的的化学组分见表1。

表1 原矿和产品化学组分含量

结合本公司现状以及客户对产品的要求，采用两段酸浸工艺，即一段浸出和二段浸出。将Mo＞57%的钼精矿与HCl、HNO3和H2O按一定比例混合在一定温度下反应，除去以FeS2为代表的金属化合物，然后将除以FeS2为代表的金属化合物后的钼精矿与HF、HCl和水按照一定比例混合，除去SiO2，达到二硫化钼产品生产的需求。

采用硝酸钠替代部分硝酸的工艺，和原工艺操作方式几乎等同，只是酸浸一段工艺中通过调整HNO3、NaNO3的加入比例，即可实现去除以FeS2为代表的金属化合物杂质的目的。由于加入硝酸钠，反应速率延缓，有效解决了废气处理的压力，同时也降低了浓硝酸对二硫化钼的氧化，提高了钼金属回收率。

3 结果与分析

由于一段酸浸硝酸挥发的烟气不能被烟气回收系统完全吸收，采用部分NaNO3来替代HNO3，解决了这一环境污染问题。为了更好地指导工业化生产，研究小组分别进行实验室试验和工业化试验。

3.1 实验室试验

为了更好地接近工业化生产条件，Mo＞57%的钼精矿、HCl、HNO3、H2O 和 NaNO3均来自生产一线，反应温度、各个组分之间的比例、搅拌速率、反应温度等条件同工业化生产保持一致，得到的数据见表2。

从表2可以看出，采用NaNO3替代部分HNO3，产品的指标均合格，因此，在实验室条件下是可行的。这是由于NaNO3在酸性介质中扮演着与HNO3同样的角色，有效地降低了反应速度，反应较为充分。

表2 用硝酸钠替代部分硝酸小试结果

3.2 工业化试验

在实验室试验的基础上，研究人员在生产一线进行了工业化试验研究，采集到的数据见表3。

在长达两个月的工业化试验中所采集的数据表明:采用NaNO3替代部分HNO3在生产线上可以生产出各项指标合格的高纯MoS2，与此同时，在一段酸浸中废水中的可溶性钼较正常使用HNO3时的含量大大降低，有效提高了钼金属的回收率。由于硝酸钠的加入反应速率得到一定程度的缓解，烟气的排放大大降低，在工业化试验期间无淡黄色的NOX混合气体排放。产品的微观形貌见图1。

图1 高纯MoS2产品SEM图

表3 用硝酸钠替代部分硝酸工业试验结果

4 结论

(1)用NaNO3替代部分HNO3，在MoS2生产线酸浸一段工业生产中能够满足不同规格MoS2产品的需求，效果和正常使用硝酸在产品质量上相当。

(2)用NaNO3替代部分HNO3，比正常使用硝酸一段废水中可溶性钼含量减小，提高了生产二区的钼金属回收率，有一定的经济效益。

(3)采用硝酸钠替代部分硝酸生产工艺比正常使用硝酸废气处理效果好，烟气达标排放，实现了“绿色”生产。

5 展望

(1)本公司MoS2生产线仍为传统上的手工作坊模式，劳动强度大，由此导致的人力物力损耗巨大，且产品回收率较低，因此，MoS2从传统上的手工作坊模式向自动化生产线改造迫在眉睫。

(2)本公司MoS2生产线生产出来的超细粉的粒径大多为500 nm左右且微观形貌单一，随着科学技术的发展，首先，对MoS2的粒径要求会越来越小。其次，不同微观形貌的MoS2会表现出不同的物化性质，应用于不同的领域。因此，研究并开发小粒径且微观形貌的多样化的MoS2是今后MoS2工业化生产的发展方向。

［1］张文钲.发掘中的二硫化钼新用途［J］.中国钼业，1997，21(2):130-132.

［2］何江山，崔雅茹，陈傲黎，等.水热法制备不同形貌纳米MoS2制备研究进展［J］.中国钼业，2012，36(6):34-37.

［3］李大成，周新文，唐丽霞.二硫化钼生产技术及应用分析［J］.中国钼业，2008，32(3):8-11.