趙新瑞,張?jiān)鱿?/p>

(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(chǎn)鉬粉中鉀含量控制淺析

趙新瑞,張?jiān)鱿?/p>

(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(lái),低鉀鉬粉市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大。本文結(jié)合工業(yè)鉬粉生產(chǎn)實(shí)際,對(duì)鉬粉生產(chǎn)原料、料層厚度、還原溫度、還原時(shí)間、氫氣流量等影響鉬粉中鉀含量的各因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與分析,得到了低鉀鉬粉的較優(yōu)生產(chǎn)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(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,市場(chǎng)對(duì)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(chǎng)的需要。近年來(lái),低鉀鉬粉逐漸成為市場(chǎng)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(kuò)大[4]。因此,低鉀鉬粉的生產(chǎn)控制成為鉬專業(yè)人員的研究熱點(diǎn)。鉬粉中鉀的來(lái)源主要是生產(chǎn)原料引入,要生產(chǎn)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(chǎn)中往往存在低鉀原料供應(yīng)不足等問(wèn)題,所以在鉬粉生產(chǎn)中必須探索出通過(guò)合適工藝條件的選擇,實(shí)現(xiàn)在既定原料條件下控制鉬粉鉀含量的目的。本文結(jié)合工業(yè)鉬粉生產(chǎn)[1～3]實(shí)際過(guò)程,對(duì)鉬粉中鉀含量工藝控制因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及基本原理

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

低溫還原轉(zhuǎn)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(chǎn)鉬粉過(guò)程中,伴隨鉀的轉(zhuǎn)移大致可以分為3個(gè)步驟:

①二氧化鉬中的鉀由固態(tài)變成氣態(tài)。

②由固體內(nèi)部向固體表面擴(kuò)散。

③由固體表面向氣相主體擴(kuò)散。

工業(yè)生產(chǎn)鉬粉中要獲取低的鉀含量,就要嚴(yán)格控制生產(chǎn)過(guò)程中各影響因素,取最優(yōu)工藝參數(shù),加速上述鉀轉(zhuǎn)移的3個(gè)過(guò)程,以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)鉀含量不同的鉬酸銨(因?yàn)殂f酸銨在轉(zhuǎn)化為二氧化鉬的過(guò)程是在低溫條件下進(jìn)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(duì)比、二次還原階段不同還原溫度、料層厚度、還原時(shí)間、氫氣流量等工藝參數(shù)對(duì)生產(chǎn)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(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 原料鉀含量對(duì)鉬粉的鉀含量的影響

選擇多批鉀含量不同其他指標(biāo)基本一致的鉬酸銨作為實(shí)驗(yàn)原料,在同一工藝下進(jìn)行還原試驗(yàn),并對(duì)生產(chǎn)的鉬粉做對(duì)應(yīng)鉀含量分析,考察原料鉀含量與鉬粉鉀含量的關(guān)系,將所得數(shù)據(jù)整理并作圖1。

從圖1可以看出,鉬粉中的鉀含量與生產(chǎn)所用原料鉀含量的關(guān)系呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律,即生產(chǎn)所用原料鉀含量越低對(duì)應(yīng)生產(chǎn)出的鉬粉鉀含量越低,反之,原料鉀含量越高對(duì)應(yīng)生產(chǎn)出的鉬粉鉀含量越高,這是因?yàn)閺你f酸銨到鉬粉還原生產(chǎn)過(guò)程中原料的性質(zhì)具有遺傳性。

圖1 鉬粉鉀含量與原料鉀含量關(guān)系圖

3.2 還原溫度對(duì)鉬粉鉀含量的影響

在本試驗(yàn)中,取同一批次的二氧化鉬,分別加入二次還原爐,通過(guò)改變二次還原溫度,使還原溫度在一定區(qū)間內(nèi)變化,考察二次還原溫度的變化對(duì)還原鉬粉鉀含量的變化規(guī)律,將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)作圖2。

圖2 鉬粉鉀含量與還原溫度關(guān)系圖

通過(guò)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(dá)到1 000℃以上,還原所得鉬粉的鉀含量降低的趨勢(shì)更加明顯。溫度升高,一方面有利于鉀由固態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)促進(jìn)了過(guò)程①的進(jìn)行,另一方面,加速了分子的運(yùn)動(dòng),即加速了氣態(tài)鉀的擴(kuò)散,促進(jìn)了過(guò)程②和③的進(jìn)行,所以溫度升高有利于物料中鉀的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。故在生產(chǎn)中要獲得鉀含量較低的鉬粉,可選用較高的還原溫度,但過(guò)高的溫度會(huì)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(jìn)行低鉀鉬粉生產(chǎn)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(duì)鉬粉鉀含量的影響

在本次試驗(yàn)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(nèi)變化,保持其他工藝相同的條件下考察料層厚度對(duì)鉬粉鉀含量的影響規(guī)律,將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)整理分析作圖3。

圖3 鉬粉鉀含量與料層厚度關(guān)系圖

從圖3可以看出,對(duì)于同一批次的二氧化鉬在二次還原過(guò)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(zhuǎn)移中阻礙過(guò)程②的進(jìn)行,在鉀擴(kuò)散過(guò)程中料層厚度越厚,鉀從高濃度的料層內(nèi)部向表層低濃度表層擴(kuò)散過(guò)程中,所受到的阻力越大,料層厚度越厚越不利于過(guò)程②的進(jìn)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(dāng)降低裝舟厚度,但裝舟量過(guò)小,會(huì)影響產(chǎn)能。綜合考慮,在進(jìn)行生產(chǎn)低鉀鉬粉時(shí),料層厚度一般選取比正常還原時(shí)料層厚度降低10%～20%。

3.4 還原時(shí)間對(duì)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(guò)改變還原時(shí)間來(lái)研究還原時(shí)間對(duì)鉬粉鉀含量的影響,對(duì)所得數(shù)據(jù)作圖4。

從圖4對(duì)比分析可以看出,對(duì)于同一批次的二氧化鉬,隨著還原時(shí)間的增加,鉬粉鉀含量逐漸降低。在擴(kuò)散過(guò)程中,時(shí)間的增長(zhǎng)會(huì)使鉀的轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行得更徹底,即促使了過(guò)程①、②、③的進(jìn)行,所以時(shí)間的增長(zhǎng)有利于降低鉬粉中的鉀含量,即隨著時(shí)間的增長(zhǎng),鉀元素得到了充分的揮發(fā)。因此,適當(dāng)增大還原時(shí)間,對(duì)除去鉬粉中的鉀有利,但還原時(shí)間的增加,會(huì)造成產(chǎn)能相應(yīng)降低、能耗增加。故此,生產(chǎn)低鉀鉬粉還原時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)15%～20%。

3.5 氫氣流量對(duì)鉬粉鉀含量的影響

對(duì)同一批次的二氧化鉬,在二次還原過(guò)程中,保持其他工藝條件一致的前提下,通過(guò)采用不同的氫氣流量進(jìn)行還原,研究鉬粉的鉀含量與還原所用氫氣流量之間的關(guān)系,并將所得數(shù)據(jù)作圖5。

圖5 鉬粉鉀含量與氫氣流量關(guān)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(kuò)散出的鉀及時(shí)帶走,形成了較大的鉀濃度梯度,即促使了過(guò)程②和③的進(jìn)行,所以氫氣流量越大越有利于還原過(guò)程中鉀的降低。為獲得較低鉀含量鉬粉,可適當(dāng)增大氫氣流量,但過(guò)高的氫氣流量會(huì)造成能耗的增加,所以在實(shí)際生產(chǎn)低鉀鉬粉氫氣流量的選擇適當(dāng)增大3%～8%。

4 結(jié) 論

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

(2)當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)原料確定后,要獲得較低鉀含量的鉬粉,可對(duì)常規(guī)還原工藝參數(shù)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(shí)間增長(zhǎng)15%～20%、氫氣流量增大3%～8%,這樣既能確保較高的生產(chǎn)率,也是確保低鉀含量的關(guān)鍵。

[1] 向鐵根.鉬冶金[M].長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社, 2002.

[2] 李洪桂.稀有金屬冶金學(xué)[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(xué)武.低鉀鉬粉制備方法淺析,中國(guó)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。