利用微波及超聲波技術提高MoS2質量的研究

王通融，楊 軍，王 雄

(長沙隆泰微波熱工有限公司，湖南 長沙 410126)

利用微波及超聲波技術提高MoS2質量的研究

王通融，楊 軍，王 雄

(長沙隆泰微波熱工有限公司，湖南 長沙 410126)

針對二硫化鉬(MoS2)的結構特性和應用要求，介紹了天然法和合成法生產MoS2的原則工藝，利用微波與超聲波選擇性加熱和分散、乳化、剝離的特點，研究了天然法生產MoS2的工藝中使用微波與超聲波除油和去鐵、脫硅的效果。對金堆城鉬精礦的除油率達98.4%，TFe、SiO2去除率為96.7%、98.7%，表明微波與超聲波技術引入天然法生產MoS2工藝中前景廣闊。

二硫化鉬(MoS2)；微波；超聲波；質量

二硫化鉬(MoS2)為鉬最常見的自然形態，屬于六方晶系，是一種具抗磁性且有半導體性質的層狀結構化合物，具有較低的摩擦系數和石墨烯類似的二維層狀結構[1-3]。MoS2用作高純固體潤滑劑，具有優良的耐高溫、減摩、抗壓和穩定的化學性能等特性，已廣泛應用于石油、化工、冶金、防腐工程的機械潤滑，航空航天的真空潤滑和催化、涂層、密封材料，并擴展到電子、光電器件等領域。生產MoS2的工藝主要為天然法和合成法，天然法產品MoS2含量大于98%，合成法則可達到純度為99.9%以上的高純或超細MoS2產品[3-7]。目前天然法產品產量占MoS2總產量的95%，由于對潤滑級MoS2純度要求的提高和MoS2應用領域的拓展，天然法生產的MoS2工藝不能滿足相關要求，需要進一步優化改進和優化。本文介紹了將微波與超聲波技術引入天然法生產MoS2工藝中，得到了純度更高的MoS2。

1 MoS2的生產工藝及其改進需求

2 微波與超聲波強化除油與浸出原理和方法

2.1 微波與超聲波強化試驗原理

烴油是輝鉬礦的捕收劑，在浮選過程中約70%的捕收劑殘留在鉬精礦中，使鉬精礦的含油量達到3%～4%，由于烴油的熔點較低(300～400℃)，包覆在鉬精礦的表面，使鉬精礦在焙燒初期過熱，形成團聚，影響鉬精礦的酸洗除雜以及深部氧化。

傳統二硫化鉬除油工藝是將鉬精礦放置于真空加熱電阻爐內，抽真空加熱到640℃，保溫一段時間冷卻。其真空狀態主要是防止MoS2氧化，因MoS2易和氧氣發生如式(1)所示的化學反應。

2MoS2+7O2=2MoO3+4SO2

(1)

利用微波選擇性加熱原理，將二硫化鉬精礦物料在氮氣保護氣氛下加熱到600℃左右，并保溫1h左右，可使物料中殘留的有機油脂揮發而排出、達到除去殘留在鉬精礦中烴油的目的，節約能耗達到40%～50%，避免了常規的真空干燥除油方法中真空系統難清理的問題。

圖1 天然法生產MoS2原則工藝流程圖

酸浸出除TFe、SiO2雜質時，利用超聲波的分散、乳化、剝離原理使超聲空化效應產生的高速微射流拉裂大團的雜質，以及微波的激化化學反應的機理，使混在MoS2里面的TFe、SiO2雜質及包裹在雜質和MoS2上的油膜迅速反應或溶解，達到快速、徹底的除雜效果。

2.2 除油與除雜試驗原料及性質

微波強化焙燒除油及微波超聲波聯合浸出除雜試驗原料為金堆城浮選鉬精礦，其原料的化學分析結果見表2。從表2中可知，原料中MoS2為96.90%，單質硫及油為1.9%，另外試樣中還含有TFe、SiO2雜質分別為0.32%、0.81%。

2.3 除油與除雜試驗裝備與方法

除油試驗采用連續式微波推舟窯WT13進行焙燒除油實驗；除雜試驗采用微波與超聲波聯合浸出裝置進行，該裝置均由隆泰微波熱工有限公司生產，其裝置簡圖如圖2所示。

表1 某潤滑級MoS2產品標準對比/%

表2 試驗原料的化學分析結果/%

微波推舟窯除油時，根據物料性質設定所需的溫度、推舟時間以及物料經過高溫段的保溫時間，微波加熱過程中通入氮氣保護，以多組物料連續試驗，間隔抽取樣品檢驗試驗效果，試驗后計算出平均失重率。微波與超聲波聯合浸出除雜過程則是裝置中根據雜質與含量輸入相應的酸或堿，經微波與超聲波聯合強化處理，加速雜質的溶解、剝離，待設定時間后，脫水烘干檢測。

圖2 隆泰公司微波與超聲波聯合浸出裝置示意圖

3 微波與超聲波除油與強化浸出結果

3.1 微波超聲波焙燒除油除雜綜合效果

將含1.9%左右單質硫及浮選劑油脂的物料放入微波推舟窯中WT13，在前期探索試驗基礎上，設定溫度為600℃，設定推舟時間為10 min，微波加熱過程中通入氮氣保護，物料經過微波推舟窯高溫段的時間為60 min，共有4組每組20缽。每缽500 g左右，每缽稱重，計算出平均失重率為1.81%。

除油后再采用微波與超聲波聯合浸出裝置(圖2 )進行除雜試驗。由于原料較純凈，可采用一步酸浸除雜工藝。先加入水60 L、濃鹽酸17 L、濃氫氟酸33 kg及氯酸鉀0.2 kg，開啟液體循環，開微波及超聲波，控制溫度保持在80℃左右，再開始將45 kg經微波焙燒的物料緩慢投入微波超聲波聯合浸出裝置中。循環2h后經壓濾、熱水洗滌、烘干，分析濾餅成分見表3。

對比表2與表3可知，試料經微波強化焙燒與微波超聲波聯合浸出后，得到了MoS2含量為99.9%的高純度產品。其除油率可達98.4%，TFe、SiO2雜質去除率為96.9%、97.5%，顯示出優良的除油除雜效果，去除效果比不用微波和超聲時分別提高了30.5%、45.4%。同時取消了硝酸的加入，有利于減輕環境污染。

表3 除油除雜后試樣的化學分析結果/%

3.2 不同含油量鉬精礦的微波焙燒除油

以鉬精礦中需要去除的“油+水+硫”合量為基準，將不同含油量鉬精礦用微波焙燒進行除油試驗，考察其對鉬精礦的除油效果見表4。

表4 不同含油量鉬精礦的微波焙燒除油效果

由表4可知，通過鉬精礦中含油量為1.95～3.71%的物料微波除油效果表明，微波對鉬精礦的除油效果均比較明顯，試料經微波處理后剩余含油量僅為0.22～0.29%。再經過微波聯合超聲波除雜、過濾后用熱水洗滌，可把殘余的絕大部分油去除，使含油量達到0.03%左右，除油率可達98.46～99.19%。

3.3 微波與超聲波除鐵脫硅效果

微波與超聲波的處理時間對試樣中的雜質去除率具有較大的影響，表5為考察了不同時間的微波超聲波除鐵脫硅的效果。

表5 不同時間的微波超聲波除鐵脫硅效果

表5結果顯示，在0.5～3h范圍內，隨著時間增加，微波超聲波除鐵脫硅效果越好，當處理1h，鐵硅雜質已去除89.2%和90.5%，2h后鐵硅雜質去除率已達到96.9%、97.5%，顯示已處理比較干凈。

4 結 語

1)天然法生產的MoS2占總量的95%，由于對潤滑級MoS2純度要求的提高及MoS2應用領域的拓展，迫切需要對天然法生產MoS2的工藝進行改進。

2)以隆泰公司微波與超聲波裝置的除油去雜試驗表明：對金堆城鉬業含MoS2為96.94%的鉬精礦，其含油為1.90%，TFe、SiO2雜質分別為0.32%、0.81%。通過微波焙燒除油、微波混合超聲波除雜的工藝處理，其中油的去除率達98.4%，TFe、SiO2雜質去除率為96.9%、97.5%。

3)利用微波與超聲波選擇性加熱和分散、乳化、剝離的原理，對浮選鉬精礦除油和去雜是可行。隨著微波與超聲波技術應用于工業生產日漸成熟，天然法生產MoS2工藝中引入微波與超聲波技術的前景廣闊。

[1] 李大成，周新文，唐麗霞.二硫化鉬生產制備技術及應用分析[J].中國鉬業，2008，32(3)：8-11.

[2] 邱浩，王欣然.二硫化鉬的電子輸運與器件[J].南京大學學報：自然科學版，2014，50(3)：280-293.

[3] 王國棟，蔣麗娟，李來平，等.二硫化鉬潤滑劑應用研究進展[J].中國鉬業，2013，37(5)：10-14

[4] 余偉.二硫化鉬的制備工藝及其應用[J].稀有金屬與硬質合金，2009，37 (2)：55-57

[5] 張夏弟，伍穎賢，袁姝莉，等.浮選法制備優質鉬精礦的試驗研究[J].黑龍江冶金，2005 (4)：1-2.

[6] 郭培民，龐建明，趙沛.超純二硫化鉬粉體的制備[J].有色金屬：冶煉部分，2012(7)：50-52

[7] 俞國慶.超聲波強化制備超細二硫化鉬研究[D].西安：西安建筑科技大學，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，湖南長沙人，主要從事化工過程裝備與應用研究，E-mail: ss_wtr@163.com。

TQ051.8；TF841.2；TQ314

A

1004-4051(2015)08-0120-03