利用微波及超声波技术提高MoS2质量的研究

王通融，杨 军，王 雄

(长沙隆泰微波热工有限公司，湖南 长沙 410126)

利用微波及超声波技术提高MoS2质量的研究

王通融，杨 军，王 雄

(长沙隆泰微波热工有限公司，湖南 长沙 410126)

针对二硫化钼(MoS2)的结构特性和应用要求，介绍了天然法和合成法生产MoS2的原则工艺，利用微波与超声波选择性加热和分散、乳化、剥离的特点，研究了天然法生产MoS2的工艺中使用微波与超声波除油和去铁、脱硅的效果。对金堆城钼精矿的除油率达98.4%，TFe、SiO2去除率为96.7%、98.7%，表明微波与超声波技术引入天然法生产MoS2工艺中前景广阔。

二硫化钼(MoS2)；微波；超声波；质量

二硫化钼(MoS2)为钼最常见的自然形态，属于六方晶系，是一种具抗磁性且有半导体性质的层状结构化合物，具有较低的摩擦系数和石墨烯类似的二维层状结构[1-3]。MoS2用作高纯固体润滑剂，具有优良的耐高温、减摩、抗压和稳定的化学性能等特性，已广泛应用于石油、化工、冶金、防腐工程的机械润滑，航空航天的真空润滑和催化、涂层、密封材料，并扩展到电子、光电器件等领域。生产MoS2的工艺主要为天然法和合成法，天然法产品MoS2含量大于98%，合成法则可达到纯度为99.9%以上的高纯或超细MoS2产品[3-7]。目前天然法产品产量占MoS2总产量的95%，由于对润滑级MoS2纯度要求的提高和MoS2应用领域的拓展，天然法生产的MoS2工艺不能满足相关要求，需要进一步优化改进和优化。本文介绍了将微波与超声波技术引入天然法生产MoS2工艺中，得到了纯度更高的MoS2。

1 MoS2的生产工艺及其改进需求

2 微波与超声波强化除油与浸出原理和方法

2.1 微波与超声波强化试验原理

烃油是辉钼矿的捕收剂，在浮选过程中约70%的捕收剂残留在钼精矿中，使钼精矿的含油量达到3%～4%，由于烃油的熔点较低(300～400℃)，包覆在钼精矿的表面，使钼精矿在焙烧初期过热，形成团聚，影响钼精矿的酸洗除杂以及深部氧化。

传统二硫化钼除油工艺是将钼精矿放置于真空加热电阻炉内，抽真空加热到640℃，保温一段时间冷却。其真空状态主要是防止MoS2氧化，因MoS2易和氧气发生如式(1)所示的化学反应。

2MoS2+7O2=2MoO3+4SO2

(1)

利用微波选择性加热原理，将二硫化钼精矿物料在氮气保护气氛下加热到600℃左右，并保温1h左右，可使物料中残留的有机油脂挥发而排出、达到除去残留在钼精矿中烃油的目的，节约能耗达到40%～50%，避免了常规的真空干燥除油方法中真空系统难清理的问题。

图1 天然法生产MoS2原则工艺流程图

酸浸出除TFe、SiO2杂质时，利用超声波的分散、乳化、剥离原理使超声空化效应产生的高速微射流拉裂大团的杂质，以及微波的激化化学反应的机理，使混在MoS2里面的TFe、SiO2杂质及包裹在杂质和MoS2上的油膜迅速反应或溶解，达到快速、彻底的除杂效果。

2.2 除油与除杂试验原料及性质

微波强化焙烧除油及微波超声波联合浸出除杂试验原料为金堆城浮选钼精矿，其原料的化学分析结果见表2。从表2中可知，原料中MoS2为96.90%，单质硫及油为1.9%，另外试样中还含有TFe、SiO2杂质分别为0.32%、0.81%。

2.3 除油与除杂试验装备与方法

除油试验采用连续式微波推舟窑WT13进行焙烧除油实验；除杂试验采用微波与超声波联合浸出装置进行，该装置均由隆泰微波热工有限公司生产，其装置简图如图2所示。

表1 某润滑级MoS2产品标准对比/%

表2 试验原料的化学分析结果/%

微波推舟窑除油时，根据物料性质设定所需的温度、推舟时间以及物料经过高温段的保温时间，微波加热过程中通入氮气保护，以多组物料连续试验，间隔抽取样品检验试验效果，试验后计算出平均失重率。微波与超声波联合浸出除杂过程则是装置中根据杂质与含量输入相应的酸或碱，经微波与超声波联合强化处理，加速杂质的溶解、剥离，待设定时间后，脱水烘干检测。

图2 隆泰公司微波与超声波联合浸出装置示意图

3 微波与超声波除油与强化浸出结果

3.1 微波超声波焙烧除油除杂综合效果

将含1.9%左右单质硫及浮选剂油脂的物料放入微波推舟窑中WT13，在前期探索试验基础上，设定温度为600℃，设定推舟时间为10 min，微波加热过程中通入氮气保护，物料经过微波推舟窑高温段的时间为60 min，共有4组每组20钵。每钵500 g左右，每钵称重，计算出平均失重率为1.81%。

除油后再采用微波与超声波联合浸出装置(图2 )进行除杂试验。由于原料较纯净，可采用一步酸浸除杂工艺。先加入水60 L、浓盐酸17 L、浓氢氟酸33 kg及氯酸钾0.2 kg，开启液体循环，开微波及超声波，控制温度保持在80℃左右，再开始将45 kg经微波焙烧的物料缓慢投入微波超声波联合浸出装置中。循环2h后经压滤、热水洗涤、烘干，分析滤饼成分见表3。

对比表2与表3可知，试料经微波强化焙烧与微波超声波联合浸出后，得到了MoS2含量为99.9%的高纯度产品。其除油率可达98.4%，TFe、SiO2杂质去除率为96.9%、97.5%，显示出优良的除油除杂效果，去除效果比不用微波和超声时分别提高了30.5%、45.4%。同时取消了硝酸的加入，有利于减轻环境污染。

表3 除油除杂后试样的化学分析结果/%

3.2 不同含油量钼精矿的微波焙烧除油

以钼精矿中需要去除的“油+水+硫”合量为基准，将不同含油量钼精矿用微波焙烧进行除油试验，考察其对钼精矿的除油效果见表4。

表4 不同含油量钼精矿的微波焙烧除油效果

由表4可知，通过钼精矿中含油量为1.95～3.71%的物料微波除油效果表明，微波对钼精矿的除油效果均比较明显，试料经微波处理后剩余含油量仅为0.22～0.29%。再经过微波联合超声波除杂、过滤后用热水洗涤，可把残余的绝大部分油去除，使含油量达到0.03%左右，除油率可达98.46～99.19%。

3.3 微波与超声波除铁脱硅效果

微波与超声波的处理时间对试样中的杂质去除率具有较大的影响，表5为考察了不同时间的微波超声波除铁脱硅的效果。

表5 不同时间的微波超声波除铁脱硅效果

表5结果显示，在0.5～3h范围内，随着时间增加，微波超声波除铁脱硅效果越好，当处理1h，铁硅杂质已去除89.2%和90.5%，2h后铁硅杂质去除率已达到96.9%、97.5%，显示已处理比较干净。

4 结 语

1)天然法生产的MoS2占总量的95%，由于对润滑级MoS2纯度要求的提高及MoS2应用领域的拓展，迫切需要对天然法生产MoS2的工艺进行改进。

2)以隆泰公司微波与超声波装置的除油去杂试验表明：对金堆城钼业含MoS2为96.94%的钼精矿，其含油为1.90%，TFe、SiO2杂质分别为0.32%、0.81%。通过微波焙烧除油、微波混合超声波除杂的工艺处理，其中油的去除率达98.4%，TFe、SiO2杂质去除率为96.9%、97.5%。

3)利用微波与超声波选择性加热和分散、乳化、剥离的原理，对浮选钼精矿除油和去杂是可行。随着微波与超声波技术应用于工业生产日渐成熟，天然法生产MoS2工艺中引入微波与超声波技术的前景广阔。

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

[2] 邱浩，王欣然.二硫化钼的电子输运与器件[J].南京大学学报：自然科学版，2014，50(3)：280-293.

[3] 王国栋，蒋丽娟，李来平，等.二硫化钼润滑剂应用研究进展[J].中国钼业，2013，37(5)：10-14

[4] 余伟.二硫化钼的制备工艺及其应用[J].稀有金属与硬质合金，2009，37 (2)：55-57

[5] 张夏弟，伍颖贤，袁姝莉，等.浮选法制备优质钼精矿的试验研究[J].黑龙江冶金，2005 (4)：1-2.

[6] 郭培民，庞建明，赵沛.超纯二硫化钼粉体的制备[J].有色金属：冶炼部分，2012(7)：50-52

[7] 俞国庆.超声波强化制备超细二硫化钼研究[D].西安：西安建筑科技大学，2007.

Improving quality of MoS2by microwave and ultrasonic technology

WANG Tong-rong，YANG Jun，WANG Xiong

(SYNO Therm Co.，Ltd.，Changsha 430126，China)

The basic principles of the production technology of molybdenum disulfide (MoS2) by natural method and synthetic method were briefly introduced according to the requirements of structural characteristics and application.The effects of microwave and ultrasonic degreasing and iron removal，desilication process in natural method of MoS2were investigated by using microwave and ultrasonic characteristics of selective heating and dispersion，emulsification，stripping.The results show that removal rate of grease，total iron and silicon dioxide to the molybdenum concentrate of Jingduicheng，Shaanxi province was up to 98.4%，96.7% and 98.7%，respectively.This new technology would indicate that the microwave and ultrasonic technique in the fields of natural method of MoS2technology has wide application prospects.

molybdenum disulfide(MoS2)；microwave；ultrasonic；quality

2015-03-06

王通融(1984-)，男，湖南长沙人，主要从事化工过程装备与应用研究，E-mail: ss_wtr@163.com。

TQ051.8；TF841.2；TQ314

A

1004-4051(2015)08-0120-03