趙新瑞,張增祥

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司,陜西 西安 710077)

工業(yè)生產鉬粉中鉀含量控制淺析

趙新瑞,張增祥

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司,陜西 西安 710077)

近年來,低鉀鉬粉市場需求不斷擴大。本文結合工業(yè)鉬粉生產實際,對鉬粉生產原料、料層厚度、還原溫度、還原時間、氫氣流量等影響鉬粉中鉀含量的各因素進行了實驗研究與分析,得到了低鉀鉬粉的較優(yōu)生產控制條件。

鉬粉鉀含量;控制因素;工業(yè)鉬粉

0 引 言

隨著鉬金屬應用領域的不斷拓寬,市場對鉬粉的需求逐步向特殊化、高純化發(fā)展,企業(yè)原有的鉬粉規(guī)格已不能滿足市場的需要。近年來,低鉀鉬粉逐漸成為市場新寵,特別是在超大型集成電路、高清晰度電視、LCD液晶顯示器、靶材等方面需求量不斷擴大[4]。因此,低鉀鉬粉的生產控制成為鉬專業(yè)人員的研究熱點。鉬粉中鉀的來源主要是生產原料引入,要生產出鉀含量較低的鉬粉首先要保證原料鉀含量足夠低,但在生產中往往存在低鉀原料供應不足等問題,所以在鉬粉生產中必須探索出通過合適工藝條件的選擇,實現(xiàn)在既定原料條件下控制鉬粉鉀含量的目的。本文結合工業(yè)鉬粉生產[1～3]實際過程,對鉬粉中鉀含量工藝控制因素進行了實驗研究。

2 實驗設備及基本原理

2.1 實驗設備

低溫還原轉爐、高溫還原多管爐、溫度控制系統(tǒng)、料舟等。

2.2 基本原理

用氫氣高溫還原二氧化鉬工業(yè)生產鉬粉過程中,伴隨鉀的轉移大致可以分為3個步驟:

①二氧化鉬中的鉀由固態(tài)變成氣態(tài)。

②由固體內部向固體表面擴散。

③由固體表面向氣相主體擴散。

工業(yè)生產鉬粉中要獲取低的鉀含量,就要嚴格控制生產過程中各影響因素,取最優(yōu)工藝參數,加速上述鉀轉移的3個過程,以達到預期目標。本實驗通過對鉀含量不同的鉬酸銨(因為鉬酸銨在轉化為二氧化鉬的過程是在低溫條件下進行,該階段鉀的揮發(fā)不明顯,只是隨著原料中其他元素的脫去重量的變化而表現(xiàn)出了一定的濃縮)在二次還原多管爐生成的鉬粉中鉀含量的對比、二次還原階段不同還原溫度、料層厚度、還原時間、氫氣流量等工藝參數對生產的鉬粉鉀含量的分析,探索鉬粉鉀含量與原料及各工藝條件的關系。

3 實驗結果與討論

3.1 原料鉀含量對鉬粉的鉀含量的影響

選擇多批鉀含量不同其他指標基本一致的鉬酸銨作為實驗原料,在同一工藝下進行還原試驗,并對生產的鉬粉做對應鉀含量分析,考察原料鉀含量與鉬粉鉀含量的關系,將所得數據整理并作圖1。

從圖1可以看出,鉬粉中的鉀含量與生產所用原料鉀含量的關系呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律,即生產所用原料鉀含量越低對應生產出的鉬粉鉀含量越低,反之,原料鉀含量越高對應生產出的鉬粉鉀含量越高,這是因為從鉬酸銨到鉬粉還原生產過程中原料的性質具有遺傳性。

圖1 鉬粉鉀含量與原料鉀含量關系圖

3.2 還原溫度對鉬粉鉀含量的影響

在本試驗中,取同一批次的二氧化鉬,分別加入二次還原爐,通過改變二次還原溫度,使還原溫度在一定區(qū)間內變化,考察二次還原溫度的變化對還原鉬粉鉀含量的變化規(guī)律,將實驗所得數據作圖2。

圖2 鉬粉鉀含量與還原溫度關系圖

通過分析可以得出,鉬粉的鉀含量隨還原溫度的升高,呈現(xiàn)出逐漸降低,隨著溫度達到1 000℃以上,還原所得鉬粉的鉀含量降低的趨勢更加明顯。溫度升高,一方面有利于鉀由固態(tài)轉為氣態(tài)促進了過程①的進行,另一方面,加速了分子的運動,即加速了氣態(tài)鉀的擴散,促進了過程②和③的進行,所以溫度升高有利于物料中鉀的擴散轉移。故在生產中要獲得鉀含量較低的鉬粉,可選用較高的還原溫度,但過高的溫度會造成能耗的增加及爐管、料舟老化、變形速度加劇。綜合考慮,在進行低鉀鉬粉生產中工藝溫度相比于正常還原溫度提高5%～10%。

3.3 料層厚度對鉬粉鉀含量的影響

在本次試驗中,取同一批次的二氧化鉬,改變二氧化鉬的裝舟厚度,使裝舟厚度在一定區(qū)間內變化,保持其他工藝相同的條件下考察料層厚度對鉬粉鉀含量的影響規(guī)律,將實驗所得數據整理分析作圖3。

圖3 鉬粉鉀含量與料層厚度關系圖

從圖3可以看出,對于同一批次的二氧化鉬在二次還原過程中,在相同的二次還原工藝條件下,鉬粉的鉀含量隨著料層厚度的增加鉬粉的鉀含量也在逐步增大。料層的厚度在鉀的轉移中阻礙過程②的進行,在鉀擴散過程中料層厚度越厚,鉀從高濃度的料層內部向表層低濃度表層擴散過程中,所受到的阻力越大,料層厚度越厚越不利于過程②的進行。料層越薄,越有利于物料中鉀的揮發(fā),要獲得鉀含量較低的鉬粉,可適當降低裝舟厚度,但裝舟量過小,會影響產能。綜合考慮,在進行生產低鉀鉬粉時,料層厚度一般選取比正常還原時料層厚度降低10%～20%。

3.4 還原時間對鉬粉鉀含量的影響

取同一批次二氧化鉬,在保持工藝條件一致的前提下,通過改變還原時間來研究還原時間對鉬粉鉀含量的影響,對所得數據作圖4。

從圖4對比分析可以看出,對于同一批次的二氧化鉬,隨著還原時間的增加,鉬粉鉀含量逐漸降低。在擴散過程中,時間的增長會使鉀的轉移過程進行得更徹底,即促使了過程①、②、③的進行,所以時間的增長有利于降低鉬粉中的鉀含量,即隨著時間的增長,鉀元素得到了充分的揮發(fā)。因此,適當增大還原時間,對除去鉬粉中的鉀有利,但還原時間的增加,會造成產能相應降低、能耗增加。故此,生產低鉀鉬粉還原時間可適當延長15%～20%。

3.5 氫氣流量對鉬粉鉀含量的影響

對同一批次的二氧化鉬,在二次還原過程中,保持其他工藝條件一致的前提下,通過采用不同的氫氣流量進行還原,研究鉬粉的鉀含量與還原所用氫氣流量之間的關系,并將所得數據作圖5。

圖5 鉬粉鉀含量與氫氣流量關系圖

從圖5分析可以看出,鉬粉的鉀含量隨著還原所用氫氣流量的逐步增加,鉀含量逐漸降低。氫氣流量能將擴散出的鉀及時帶走,形成了較大的鉀濃度梯度,即促使了過程②和③的進行,所以氫氣流量越大越有利于還原過程中鉀的降低。為獲得較低鉀含量鉬粉,可適當增大氫氣流量,但過高的氫氣流量會造成能耗的增加,所以在實際生產低鉀鉬粉氫氣流量的選擇適當增大3%～8%。

4 結 論

(1)工業(yè)生產鉬粉過程中,原料鉀含量、還原溫度、還原時間、二氧化鉬裝舟厚度、氫氣流量等變化均會引起鉬粉中鉀含量的變化。

(2)當工業(yè)生產原料確定后,要獲得較低鉀含量的鉬粉,可對常規(guī)還原工藝參數作如下優(yōu)化:還原溫度提高5%～10%、料層厚度降低10%～20%、還原時間增長15%～20%、氫氣流量增大3%～8%,這樣既能確保較高的生產率,也是確保低鉀含量的關鍵。

[1] 向鐵根.鉬冶金[M].長沙:中南工業(yè)大學出版社, 2002.

[2] 李洪桂.稀有金屬冶金學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1990,5.

[3] 黃培云.粉末冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 1997.11.

[4] 武洲,李晶,厲學武.低鉀鉬粉制備方法淺析,中國鉬業(yè),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

趙新瑞(1975-),男,工程師。