降低工業氧化鉬中鉀含量的工藝研究

王 磊，周新文

(金堆城鉬業股份有限公司技術中心，陜西 西安 710077)

0 前言

目前，世界上大多數工業氧化鉬都是采用氧化焙燒鉬精礦的方法得到【1】。而降低工業氧化鉬中的鉀陽離子工藝，傳統方法采用酸洗工藝【2】。金堆城鉬業股份公司采用國際上先進的焙燒工藝進行工業氧化鉬的生產，并且采用先進的氧化鉬水洗工藝進行鉀陽離子的去除。根據生產經驗，在焙燒高溶氧化鉬時，焙燒爐溫不低于580 ℃，將剛出爐的熱產品用冷卻機極速冷卻，這樣就會使鉀在氧化鉬中的存在形態發生變化，更易于在水洗過程中將鉀去除。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

工業氧化鉬，工業純水。工業氧化鉬主要化學元素含量如表1 所示。

表1 工業氧化鉬元素分析 %

1.2 儀 器

1 000 mL 玻璃燒杯，50 mL、500 mL 的量筒，玻璃溫度計，布氏漏斗，MH3000 型電子調溫加熱套，Ⅱ-1 精密增力電動攪拌器，DHG-9240A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，2 ×Z-1 型旋片真空泵。

1.3 降鉀工藝路線

高溫氧化鉬→急速冷卻→水洗→過濾→烘干→檢測

為了驗證焙燒工業氧化鉬中鉀含量的水洗去除率，首先要對傳統的水洗降鉀工藝以及急冷降鉀工藝進行結合，工藝路線如圖1 所示。

由圖1 可知:水洗工藝中關鍵問題有3 個，一是鉀元素是否能夠溶于水;二是鉀的賦存狀態具備可溶性，是否可以和水充分接觸溶解;第三個問題看似簡單，卻往往被人忽略，即如何降低濾餅中的殘留水分，因為殘留的水分越多，則濾餅中殘留雜質越多。

圖1 降低鉀含量的工藝路線

1.4 實驗方案

將500 g 高溫氧化鉬(溫度在400～600 ℃之間)，通過急速冷卻工藝迅速冷卻到室溫30 ℃左右，然后倒入燒杯加入1 500 mL 工業純水，加熱攪拌1 h，之后過濾，將濾餅烘干后檢測濾餅及濾液。

2 實驗結果與討論

2.1 水洗工藝、急速冷卻工藝對鉀含量的總體影響

根據相關資料以及相關測試［3］，表明氧化鉬中鉀元素大部分是可溶性的鉀，這一點已經得到驗證并且達成共識。但是，水洗過的氧化鉬通過過濾后還有部分水分殘留，這是導致鉀含量較高的一大原因。

如何降低濾餅中的殘留水分，在工藝中是應該得到充分重視:一是濾餅中的水分殘留在10%～15%，二是氧化鉬急速冷卻后水洗濾液中鉀含量0.4 g/L左右。

表2 水洗工藝、急速冷卻工藝對鉀含量的總體影響

急冷工藝只能解決鉀元素充分溶于水的問題，無法解決濾餅殘留水分的問題，還需進行相關試驗。

2.2 急速冷卻溫度及工藝對水洗工藝鉀含量的影響

2.2.1 不同溫度對急冷、水洗效果的影響

將氧化鉬加熱到400 ℃、500 ℃、600 ℃后急冷，然后水洗，試驗結果見表3。

表3 氧化鉬不同急冷溫度水洗后的濾餅結果

試驗結果表明，氧化鉬不同溫度對急冷效果有一定的影響。在一定范圍內溫度越高急冷效果越好。600 ℃急冷料水洗鉀含量可以降至45 mg/kg。

2.2.2 不同急冷工藝對水洗效果的影響

(1)接觸法急冷:直接將500 ℃氧化鉬投入20 ℃冷水中急冷;(2)非接觸法急冷:將500 ℃氧化鉬隔絕急冷，冷源溫度20 ℃。試驗結果見表4。

表4 不同急冷工藝水洗后的濾餅結果

兩種方法都可以起到降鉀的效果，相比之下接觸法降低到45 mg/kg，非接觸法降低到50 mg/kg。原因是采用接觸法時，冷卻水可以將氧化鉬中的一部分雜質溶解，其中包括部分鉀元素。

2.2.3 急冷時間對水洗工藝的影響

將600 ℃氧化鉬隔絕急冷，冷源溫度20 ℃，不同急速冷卻速率得到不同效果的冷料。試驗結果見表5。

表5 不同急冷速率水洗后的濾餅結果

由表5 可知，不同急速冷卻速率對后續的水洗工藝有一定影響，急冷速率越高，則水洗后的鉀元素含量相應降低，急冷速率大于28.5 ℃/s 時，水洗氧化鉬濾餅的鉀含量穩定在65 mg/kg。

2.3 水洗工藝的調整

(1)水洗工藝的調整主要是對水洗氧化鉬濾餅采用少量熱水沖洗，這有助于將濾餅上吸附的金屬鉀離子去除，采用的熱水溫度為80 ℃。試驗結果見表6。

表6 80 ℃水沖濾餅處理結果

從試驗結果可以看出，濾餅經過80 ℃水沖后，對鉀有一定的洗脫效果，基本可以將濾餅中的吸附鉀洗脫干凈，該鉀能占到濾餅中總鉀的30%左右。但是這種工藝加大了純水的用量。

(2)總水量不變，固液總比為1∶3，首先用2 份的水進行水洗，然后再用1 份的水進行濾餅沖洗，采用的沖洗水溫度為80 ℃。試驗結果見表7。

表7 水洗濾餅2 次處理結果

從試驗結果可以看出，總水量不變，采用分步(水洗、水沖)水洗得到的濾餅，鉀含量也有所減低，與直接洗脫的方法結果近似。

4 結論

(1)急速冷卻工藝對氧化鉬水洗工藝鉀含量的降低有很好的作用。對急速冷卻后的工業氧化鉬進行水洗降鉀，產品K 含量為65～70 mg/kg，相對于沒有急冷的情況的85 mg/kg，鉀含量降低。

(2)先采用急速冷卻工藝，再采用適當純水沖洗的方法，可以使產品的鉀含量降至50～60 mg/kg，最低可達到45 mg/kg 。

(3)氧化鉬不同溫度對急速冷卻工藝的效果有一定的影響，在合理的溫度范圍內，溫度越高，急冷速率越高效果越好。

(4)氧化鉬水洗后、再采用80 ℃純水沖洗濾餅的工藝，可以有效降低產品中鉀元素的含量。

(5)在保證水洗工藝效果，且不增加純水用量的情況下，可以采取多次水洗的方法進行分部式水洗操作，效果與水洗后再水沖洗濾餅的效果相當。

［1］張文鉦.鉬酸銨研究進展［J］.中國鉬業，2005，29(2):29-32.

［2］馬榮駿.濕法冶金原理［M］.北京:冶金工業出版社，2007.

［3］天津大學無機化學教研室.無機化學［M］.北京:高等教育出版社，1999.