張文鉦,姚云芳

(1.西北有色金屬研究院,陜西 西安 710016) (2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

美國(guó)鉬業(yè)管窺

張文鉦1,姚云芳2

(1.西北有色金屬研究院,陜西 西安 710016) (2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

1918年,美國(guó)地質(zhì)學(xué)家于科羅拉多州發(fā)現(xiàn)大型克萊麥科斯鉬礦床,隨后開(kāi)始生產(chǎn)鉬。目前,美國(guó)最大的鉬礦山-亨德森鉬礦產(chǎn)出含Mo 56%～57%、Pb 0.026%、P 0.01%的鉬精礦,用多膛爐生產(chǎn)工業(yè)氧化鉬,用窯式爐生產(chǎn)升華氧化鉬。2010年11月肯尼柯特銅公司將用熱壓法生產(chǎn)工業(yè)氧化鉬。埃克森·美孚石油公司用鎳鉬催化劑對(duì)原油加氫脫硫,生產(chǎn)低硫燃油。美國(guó)鋼鐵公司等生產(chǎn)的“貧”雙相不銹鋼強(qiáng)度高、更耐蝕。通用電氣公司等生產(chǎn)的鎳基單晶超合金用作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片,該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)已用于“夢(mèng)想”波音787客機(jī)。

鉬;生產(chǎn);研發(fā)

0 前 言

鉬是難熔金屬。它是鑄鐵、合金鋼和超合金的增強(qiáng)、增硬、增耐蝕和增高溫性能的添加劑。其添加形式以工業(yè)氧化鉬為主,其次是鉬鐵。鉬金屬用作熔煉玻璃的電極、電光材料、X-射線靶材和熔煉金屬的坩堝等。

鉬的化學(xué)品,如鈷鉬、鎳鉬和鉬與其他多種金屬的氧化物用作石油精制加氫脫硫、丙烷氨氧化和煤液化的催化劑。二硫化鉬是潤(rùn)滑脂的減摩抗磨極壓添加劑,有機(jī)鉬化合物用作內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的燃油經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能減排添加劑。鉬的鹽類,如鉬酸鈉和八鉬酸銨是環(huán)境友好型緩蝕劑和消煙阻燃劑。

鉬的多用性和廣用性,使得鉬已成為現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代軍事工業(yè)不可或缺的重要材料。

美國(guó)是鉬資源大國(guó)、生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó),美國(guó)科羅拉多州的克萊麥科斯鉬礦(Cl imax從1918年,發(fā)現(xiàn)并生產(chǎn)鉬,是世界上最早的鉬礦山。多年來(lái),美國(guó)是現(xiàn)代鉬工業(yè)發(fā)展的重要引擎,其生產(chǎn)現(xiàn)狀與技術(shù)進(jìn)步一直受人矚目。

1 鉬資源狀況

據(jù)2007年U.S.Geological Survey報(bào)告,美國(guó)鉬儲(chǔ)量為270萬(wàn)t(動(dòng)態(tài))、儲(chǔ)量基礎(chǔ)為540萬(wàn)t,居世界第2位,僅次于2007年的中國(guó)鉬儲(chǔ)量。

美國(guó)鉬資源十分豐富,既有大型和特大型原生鉬礦床,又有大型和特大型斑巖型銅鉬礦床。其中斑巖型銅鉬礦床鉬儲(chǔ)量占67%,原生鉬礦床鉬儲(chǔ)量占33%。鉬礦床和銅鉬礦床主要分布在亞利桑那州、科羅拉多州、愛(ài)德華州、蒙塔那州、新墨西哥州和尤它州等六大州,其中以亞利桑那州和科羅拉州的為最多。

1918年,美國(guó)地質(zhì)學(xué)家經(jīng)過(guò)多年的勘探,于科羅拉多州發(fā)現(xiàn)了特大型原生鉬礦床,即Massive Climaxmolybdenum deposit,礦床上部主要為鐵鉬華礦,深部為輝鉬礦,輝鉬礦含量在0.2%～0.25%之間,品位較高,浸染粒度較粗,結(jié)晶較完好。除鉬外,礦床中含黃鐵礦和少量的磷鈰鑭礦,伴生脈石礦物主要為石英和黑云母等,礦石易采易選,儲(chǔ)量超過(guò)百萬(wàn)噸。

在銅鉬礦床中以亞利桑那州為最多,其中有Yavapai地區(qū)的巴格達(dá)銅鉬礦礦床,Pima地區(qū)的米森復(fù)合銅鉬石床、Grecnice地區(qū)的莫林西銅鉬礦床, Pima地區(qū)的謝麗達(dá)銅鉬礦床等。尤它州鹽湖城地區(qū)的賓厄姆銅鉬礦床,該銅鉬礦床為特大型銅礦,銅儲(chǔ)量為3 500萬(wàn)t,含鉬0.015%～0.025%。還有新墨西哥州,Grant地區(qū)的蔡諾銅鉬礦床。美國(guó)的銅鉬礦床大多為斑巖型銅鉬礦床,礦床中除銅鉬外還含有不同數(shù)量的稀散金屬錸,錸以類質(zhì)同相賦存于輝鉬礦晶格中。大部分斑巖型銅鉬礦床的輝鉬礦礦物中含錸較高,平均大約為150～1 500 mg/kg Re。例如鹽湖城的賓厄姆銅鉬礦石中的輝鉬礦含Re 380 mg/kg。在整個(gè)美國(guó)的銅鉬礦床中錸儲(chǔ)量約400 t(動(dòng)態(tài))。

美國(guó)的幾個(gè)銅鉬礦床的銅鉬礦石中含有與輝鉬礦等可浮性的滑石,如Pima地區(qū)的Mission Complex銅鉬礦石和尤它州的Bingham Canyon銅鉬礦石中除含輝銅礦、藍(lán)銅礦、斑銅礦和輝鉬礦外尚含硫砷銅礦(CuAsS4)、硫砷銅鐵礦[(Cu,Fe)12As4S13]和滑石[Mg3Si4O10(OH)],礦石含Cu 0.64%、Mo 0.013%、Mg 1.70%。

其他大中型原生鉬礦床有科羅拉多州Clear Creek地區(qū)的亨德森鉬礦床。愛(ài)德華州Custer地區(qū)的Thompson Creek鉬礦床。內(nèi)達(dá)華州Humboldt地區(qū)的阿斯頓鉬礦床和新墨西哥州Taos地區(qū)的石英山鉬礦床。

據(jù)報(bào)導(dǎo),2007年Thompson CreekMetal Co.(TCMC)對(duì)Thompson Creek原生鉬礦床進(jìn)行了重新評(píng)估,結(jié)果表明,該地區(qū)含鉬0.076%以下的鉬的儲(chǔ)量數(shù)十萬(wàn)噸,可供開(kāi)采的儲(chǔ)量增加9.88萬(wàn)t。0.04% Mo表外鉬礦約8.1萬(wàn)t。

KennecottUtah Coppex Corp.在其附近的銅鉬礦床區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了一些新礦體,預(yù)期儲(chǔ)量增長(zhǎng)數(shù)萬(wàn)噸。

2 鉬礦山生產(chǎn)現(xiàn)狀[1]

2008年,美國(guó)主流大型原生鉬礦山有3家,即特大型鉬礦山Henderson鉬礦、Tomposon Creek鉬礦和石英山鉬礦在生產(chǎn)鉬精礦。有6家主流大型銅鉬礦山在生產(chǎn)副產(chǎn)品鉬精礦,它們是Bagdad銅鉬礦、Sierrita銅鉬礦、Continenta Pit銅鉬礦、Bobinson銅鉬礦、蔡諾銅鉬礦和Binghum Canyon銅鉬礦等。2008年鉬礦山共生產(chǎn)鉬約6萬(wàn)t。在原生鉬礦中以Henderson鉬礦為最大,礦山選廠日處理量為45 000 t。銅鉬礦山中以Bagdad銅鉬礦為最大,日處理銅鉬礦石約110 000 t,其次為Sierrita銅鉬礦,日處理礦石約60 000 t。

Henderson鉬礦主要產(chǎn)品如下:

·鉬精礦,含Mo 55%～56%、Cu 0.1%、Pb 0.026%、P 0.015%、Ca 0.04%、Sn 0.02%

·工業(yè)氧化鉬,含Mo 60%～62%、Pb 0.02%、P 0.01%、MoO21%～3%。用多膛爐生產(chǎn)

·升華三氧化鉬,磷酸鹽<0.005%、氧化物< 0.001%、硝酸鹽<0.01%、硫酸鹽<0.001%、氨不溶物<0.004%、松裝密度0.25 g/cm3。用升華爐生產(chǎn),除氯化物較高外,其他雜質(zhì)均較低

·鉬鐵(含Mo 70%)

·無(wú)碳氧化鉬壓塊

·潤(rùn)滑劑級(jí)二硫化鉬,含MoS2≥98%、C 1.5%

·純?nèi)趸f

·仲鉬酸銨和二鉬酸銨

·八鉬酸銨(消煙阻燃級(jí))

·鉬酸鈉

·錸粉,含Re 99.95%

·高錸酸銨,含Re 69%

鹽湖城區(qū)的肯尼柯特尤它銅公司是美國(guó)較大的銅鉬礦山,該公司投資2.7億美元,在馬格納西部,占地22 500 m2建筑一條MAP(Molybdenum Autolave Process)鉬壓熱法生產(chǎn)線[2]。用鉬精礦生產(chǎn)含Mo 63%～64%、S 0.016%的工業(yè)氧化鉬,同時(shí)從壓熱鉬精礦時(shí)產(chǎn)出的可溶性鉬部分溶液中用萃取法回收錸。熱壓工程設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力為1.30萬(wàn)～1.36萬(wàn)t鉬、回收錸4 t。鉬回收率≥99%,整個(gè)工藝過(guò)程符合環(huán)保要求。

鉬精礦由管道運(yùn)送至熱壓廠,熱壓廠的余熱循環(huán)使用,并提供熱壓廠需求熱能的40%。熱壓時(shí)產(chǎn)出的廢氣進(jìn)行了妥善處理。預(yù)計(jì)該大型熱壓生產(chǎn)線將于2010年上半年建成,2010年11月產(chǎn)出第1批工業(yè)氧化鉬產(chǎn)品。熱壓法與傳統(tǒng)的鉬精礦氧化焙燒生產(chǎn)工業(yè)氧化法的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和投資效益等的比較將露出水面,人們正拭目以待。

美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局還對(duì)美國(guó)大型鉬礦的選廠尾礦進(jìn)行了詳盡的工藝礦物學(xué)研究。對(duì)尾礦中存在的鉀長(zhǎng)石和石英等可能利用工業(yè)礦物進(jìn)行了可選性研究。

結(jié)果表明,用檸檬酸鈉-碳酸鈉-脂肪酸浮選-磁選法可從幾個(gè)大型選廠尾礦中選出含K2O 12%、Na 0.65%、CaO 0.13%、Al2O319.2%、S iO263.3%的鉀長(zhǎng)石精礦。浮選-磁選法可從幾個(gè)大型鉬選廠尾礦中選出含SiO298.1%～99.7%、Fe 0.04%的石英精礦。

2007年,美國(guó)的最大鉬生產(chǎn)公司Freeport MCMORanCopper and Gold Inc宣布,鑒于2007年鉬的需求增長(zhǎng),鉬價(jià)高昂,該公司計(jì)劃將1918年生產(chǎn)、1995停產(chǎn)的Cl imax鉬礦經(jīng)現(xiàn)代化改建后重新啟動(dòng),氧化焙燒廠也經(jīng)改建啟動(dòng),預(yù)計(jì)將在2010年末投產(chǎn)。由于Climax鉬礦原礦品位較高,含Mo 0.18%～0.2%。鉬礦可采性和可選性均好,鉬回收率較高,預(yù)計(jì)生產(chǎn)成本僅為3.5美元/磅鉬(工業(yè)氧化鉬),競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng)(由于2009年后鉬價(jià)下滑,按計(jì)劃是否延緩不詳)。

3 鉬粉生產(chǎn)與研發(fā)

鉬粉及其粉冶制品用作熔煉玻璃電極、電光材料和銅鉬假合金等,應(yīng)用廣泛。2008年鉬金屬耗鉬約1 500 t。

Cl imax EngineeredMaterialsLLC(原克萊麥科斯工程材料公司)等是美國(guó)主流大型生產(chǎn)鉬金屬公司。該公司鉬粉有2種規(guī)格,性能見(jiàn)表1。

表1 克萊麥科斯工程材料公司鉬粉特性

這2種鉬粉的電子顯微鏡形貌圖見(jiàn)圖1。

圖1 0.47μm鉬粉和1.52μm鉬粉的電子顯微鏡攝像形貌圖

近年來(lái),Climax工程材料公司研發(fā)出許多新產(chǎn)品,如致密鉬粉,該粉基本上為球形,表面積質(zhì)量比小于0.5 m2/g、流動(dòng)性32 s/50 g。含氧量為0.06%～0.15%。另一種鉬粉為表面積質(zhì)量比為1～3.0 m2/g、流動(dòng)性為29～64 s/50g[3],還有一種為鉬鈉金屬粉[4]。

該公司還生產(chǎn)各種規(guī)格與型號(hào)的粉冶制品,如鉬棒、鉬絲和鉬箔等,噴涂鉬絲馳名全球。通用電氣公司研制的納米氧化釔強(qiáng)化的X-射線鉬靶,其屈服強(qiáng)度較傳統(tǒng)X-射線鉬靶高出200 MPa,達(dá)到580 MPa,該鉬靶是用50～100 nm的Y2O5與44μm的鉬粉混合、壓制再熱壓制成的。

4 鉬化學(xué)品生產(chǎn)與研發(fā)

4.1 催化劑的生產(chǎn)與研發(fā)

美國(guó)是石油消費(fèi)大國(guó),也是排碳大國(guó),多年來(lái)其石油消費(fèi)居全球之首。

石化產(chǎn)品的生產(chǎn)離不開(kāi)催化劑。在催化劑領(lǐng)域含鉬催化劑占據(jù)十分重量的地位。特別是石油精制加氫、加氫脫硫、脫氮、煤的液化、丙烷氨氧化制取丙烯酸、丙烯腈、氧化NOx的鉬酸銀、碳纖維合成含鉬催化劑等。

近年來(lái),隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽油和柴油需求量的增大,美國(guó)、歐盟等國(guó)家環(huán)保法規(guī)定,汽車必須使用低硫燃油,規(guī)定含硫量為<100 mg/kg,今后將含硫規(guī)定<50 mg/kg,十分嚴(yán)格,特別苛刻。因此今后幾年,業(yè)界人士預(yù)測(cè),美國(guó)含鉬催化劑需求將以7%左右的速度增長(zhǎng)。2006年美國(guó)催化劑消費(fèi)鉬約2 300 t,2010年將增至2 450～2 800 t,增幅加大。

催化劑產(chǎn)業(yè)是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè),石油加氫精制用過(guò)的“廢催化劑”可以再生,且再生技術(shù)日趨發(fā)展,“廢催化劑”中的鉬鈷鎳釩等幾乎95%以上可以回收。

美國(guó)生產(chǎn)含鉬催化劑的廠家主要有:埃克森美孚石油公司、氰胺公司和菲爾普斯石油公司等等。其中以生產(chǎn)石油加氫精制脫硫?yàn)樽畲?生產(chǎn)的品種有:

N iMo/r·Al2O3加氫脫硫催化劑,含N iO 3%～4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、MoO313%～15%。載體為余量、形狀條形或球形,尺寸φ1.6 mm和φ3.2 mm、堆密度0.54～0.64 kg/L,比表面積150～250 m2/g、孔容0.6～0.7 mL/g,徑向抗壓強(qiáng)度>68 N/cm。

另一種Ni Mo/r·Al2O3加氫脫硫催化劑,含N iO 4%～5%、MoO313%～15%、載體余量,形狀條形和球形,尺寸φ1.6 mm和φ3.2 mm、孔容0.6～0.7 mL/g,徑向抗壓強(qiáng)度>91 N/cm。

另一種加氫脫硫催化劑為CoMo/r·Al2O3,含CoO 1.5%～2.5%、MoO311%～13%,載體為余量。

還有一種加氫脫硫催化劑CoMo P/r-Al2O3、含CoO 5.47%、MoO322.95%、P2O50.03%,催化劑形狀為球形,尺寸φ1.3 mm。與該催化劑相仿的一種催化劑為CoMoPNi/r-Al2O3,含Co 2.9%、Mo 12%、P 0.09%、Ni 0.02%。

SheellOiL Company(US區(qū))[5]研制出一種適于重質(zhì)原油加氫轉(zhuǎn)換催化劑,該催化劑為N iMoP/r-Al2O3,催化劑含Ni 2.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、Mo 4.8%、P 0.6%、Al2O388.37%。該催化劑比表面積217 m2/g、孔容0.716 3 mL/g、平均孔徑φ10.5 nm、總孔徑中φ21 nm占25%。這種催化劑的生產(chǎn)技術(shù)十分復(fù)雜。先制取r-Al2O3載體,即將純Al2O3粉末與適宜數(shù)量的稀硝酸,形成膏劑,再將膏劑置于擠出機(jī)中擠成φ0.8 mm的擠出物,干燥,再在480℃中溫下煅燒4 h,而后負(fù)載上鎳、鉬和磷等元素。

研究表明,該催化劑對(duì)重質(zhì)原油,即高含瀝青的原油加氫轉(zhuǎn)化效率較高。

除石油加氫脫硫N iMo/r-Al2O3和CoMo/r-Al2O3催化劑外。再烷氨氧化制取丙烯腈用的鉬釩銻等多金屬氧化物催化劑也是美國(guó)最大催化劑生產(chǎn)商。美國(guó)是世界丙烯腈最大生產(chǎn)者,其年生產(chǎn)能力約1 900 kt,約占世界丙烯腈生產(chǎn)能力的1/4。其主要催化劑為鉬鉍釩銻等10種金屬混合氧化物,50%以上載體為二氧化硅。BP公司是主流大型生產(chǎn)企業(yè),還有氰胺公司等。催化劑組成多種多樣,其中主要有:MoVSbNbTiLaO,MoVA lMnSbCaO,MoVA lWP-dO,N iMoWO,VMoNiFeO。

另一種催化劑是生產(chǎn)單壁納米碳管,即碳纖維材料。該催化劑盡管種類繁多,但以鉬為輔助的催化劑為佳。如美國(guó)通用電氣公司研制的催化劑[6],即FeN iMoCr/S iO2催化劑、NiC rMo/SiO2和NiFeY/ SiO2等催化劑。在催化劑存在下,乙烯與氫反應(yīng)可產(chǎn)出50 nm的碳纖維。

4.2 有機(jī)鉬的生產(chǎn)與研發(fā)

油溶性有機(jī)鉬是各種潤(rùn)滑油的減摩抗磨添加劑。隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展,有機(jī)鉬在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)潤(rùn)滑油中已成為重要減摩劑。有機(jī)鉬在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用已廣被接受,被稱之為節(jié)能減排產(chǎn)品。

美國(guó)和日本是最早使用有機(jī)鉬添加劑的國(guó)家。美國(guó)的R.T.Vanderbilt Co.是世界上最早也是最大的生產(chǎn)有機(jī)鉬添加劑的公司。目前該公司生產(chǎn)的有機(jī)鉬添加劑產(chǎn)品示于表2中。

表2 R.T.Vanderbilt Co.的有機(jī)鉬產(chǎn)品表

該公司生產(chǎn)的有機(jī)鉬添加劑油溶性好,顏色較淺,含鉬量較高。其產(chǎn)品很有競(jìng)爭(zhēng)力,其主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是日本的旭化成工業(yè)公司生產(chǎn)的有機(jī)鉬。2009年R.T.Vanderbilt Co.也開(kāi)發(fā)出許多新型有機(jī)鉬,如不對(duì)稱烷基二硫代氨基甲酸鉬,申請(qǐng)了專利,但未見(jiàn)批量生產(chǎn)。

5 不銹鋼的生產(chǎn)與研發(fā)

不銹鋼發(fā)明于20世紀(jì)20年代。它锃亮不銹深受人們青睞。不銹鋼是耗鉬大戶。2008年,美國(guó)不銹鋼生產(chǎn)耗鉬約2 900 t,消費(fèi)工業(yè)氧化鉬約2 000 t(鉬),其余為鉬鐵和回收的少量鉬屑等。

美國(guó)生產(chǎn)各種牌號(hào)的不銹鋼,其最大生產(chǎn)廠家為美國(guó)鋼鐵公司(USS)。常見(jiàn)的不銹鋼和近年來(lái)新研發(fā)的不銹鋼示于表3[7]。

表3 不銹鋼的種類與化學(xué)組成表

表中PRen=Cr%+3.3 Mo%+16 N%

表3中的S32205不銹鋼為近年來(lái)新研發(fā)的新型“貧”雙相不銹鋼(“Lean”cluplex stainless steel)。它的顯微結(jié)構(gòu)大約是鐵素體和奧氏體結(jié)構(gòu)各占約50%。其PRen=36。它的顯微結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 S32003不銹鋼的顯微結(jié)構(gòu)圖

研究顯示,正是這種貧雙相的顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成使得這種S32205不銹鋼擁有優(yōu)異的耐蝕特性和較高的強(qiáng)度。

按AST M G150標(biāo)準(zhǔn),在電化學(xué)臨界斑點(diǎn)腐蝕溫度下測(cè)定出的各種牌號(hào)不銹鋼的斑點(diǎn)腐蝕結(jié)果示于表4、表5中。

表4 各種不銹鋼的耐蝕試驗(yàn)結(jié)果

CSSCC試驗(yàn),在26%NaCl中煮沸時(shí)間。

表5 各種不銹鋼的臨界斑點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn):按AST M G150

試驗(yàn)結(jié)果表明,2205雙相不銹鋼的耐蝕性能比傳統(tǒng)的316L等不銹鋼均好,其中S32003不銹鋼也具有十分優(yōu)異的耐蝕性。

機(jī)械性能:S32003不銹鋼和2205不銹鋼不但擁有優(yōu)異的抗蝕性能,其機(jī)械性能比傳統(tǒng)的316L不銹鋼也好得多。如表6所示。

表6 各種不銹鋼的機(jī)械性能比較表

各種牌號(hào)不銹鋼的屈服應(yīng)力和抗拉應(yīng)力測(cè)定結(jié)果表明,S32003不銹鋼和新型2205不銹鋼具有優(yōu)異的機(jī)械性能,其屈服應(yīng)力和抗拉應(yīng)力比傳統(tǒng)的316L不銹鋼和317L不銹鋼要強(qiáng)得多。值得注意的是,用來(lái)制造焊接管的不銹鋼帶材其屈服強(qiáng)度在500～550 MPa左右。這是深海不銹鋼管的極限,這一點(diǎn)十分重要,在上述不銹鋼中只有S32003不銹鋼和2205不銹鋼可滿足這一要求。

實(shí)踐表明,S32003和2205不銹鋼可廣泛用于海底石油、天然氣的開(kāi)采和運(yùn)輸、海水淡化、造紙工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和建筑工業(yè)。由于2205不銹鋼耐蝕、屈服強(qiáng)度高,盡管其價(jià)格較貴,但使用重量要少,在經(jīng)濟(jì)上易被用戶接受。

6 超合金的生產(chǎn)與研發(fā)

超合金泛指各類高溫合金,如鎳基合金、鉬基合金、鈦基合金和鈮基合金等。超合金消費(fèi)鉬居鉬總消費(fèi)量的第3位。2008年消費(fèi)鉬與2008年不銹鋼消費(fèi)鉬持平。

隨著航空工業(yè)的發(fā)展,超合金的生產(chǎn)與研發(fā)十分活躍,特別是應(yīng)用最多、最廣的鎳基單晶超合金的生產(chǎn)與研發(fā)已成為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造的重大關(guān)鍵技術(shù),各國(guó)相關(guān)部門(mén)斥巨資研發(fā)鎳基單晶超合金。例如空客A380型飛機(jī)、夢(mèng)想號(hào)波音787飛機(jī)等渦輪葉片、導(dǎo)向葉片及F22型戰(zhàn)斗機(jī)和F35型戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪葉片均采用鎳基單晶超合金制造。

在美國(guó)生產(chǎn)與研發(fā)鎳基單晶超合金的廠商有Howmet公司、General Electric Company和PCC公司等。這些廠家生產(chǎn)的第3代鎳基單晶超合金已用于飛機(jī)制造中。

國(guó)際知名的Rene Nb鎳基超合金典型的化學(xué)組成為Co 12.5%、Cr 4.2%、Ta 7.2%、Al 5.75%、W 5.8%、Re 5.4%、Mo 1.4%、Hf 0.2%、C 0.05%、B 0.004%、Y 0.01%、Ni余量。該鎳基單晶超合金可滿足渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片所要求的各種性能,如高溫蠕變強(qiáng)度、耐氧化性能、耐蝕性能、可鑄性、耐急冷急熱環(huán)境下的斷裂性能等。

鎳基單晶超合金的基體是Ni3Al,各種難熔金屬,如鈷、鉭、鉬、鎢、錸等彌散溶融在基體中從而明顯提高了合金的強(qiáng)度,鉻和鉬明顯提高了鎳基合金的抗氧化性能和耐蝕性能。

2006年,世界上最大的鎳基單晶超合金生產(chǎn)廠家之一的通用電氣公司制出一種新型超合金[8]。該合金含Al 5.75%～6.5%、Ta 4%～5%、Cr 2%～6%、W 5.5%～7%、Mo 1.5%～3%、Re 4%～5%、Nb 1%、Co 10%～16%、Ti<1%、C 0.01%～0.05%、B 0.005%、T 0.01%、Hf 0.5%～1%、Ni余量。超合金密度8.87 g/cm3,該合金可以與Nb鎳基單晶超合金的力學(xué)性相仿,但Ta和Re的含量較Nb低,Hf的含量較高。2006～2008年期間Re的價(jià)格飛漲,因此通用公司又研制出低Re的鎳基單晶超合金,其高溫性能也不差。

7 幾點(diǎn)思考

(1)美國(guó)的鉬業(yè)發(fā)展較早,比較成熟,基本上實(shí)現(xiàn)了有序開(kāi)采和保護(hù)性開(kāi)采。

(2)重視鉬產(chǎn)品的質(zhì)量,特別是源頭性鉬精礦質(zhì)量較高,含鉛很低。

(3)重視環(huán)境保護(hù)。

(4)舍得投資,技術(shù)創(chuàng)新不斷。特別是大公司的原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新專利申請(qǐng)較多。不過(guò)某些技術(shù)創(chuàng)新重復(fù)性多,研創(chuàng)內(nèi)容較亂,如碳纖維生產(chǎn)的催化劑研究等。

[1] Desiree.E.Polyak.2007 Minerals Yearbook[R].U.S. Geological survey,May 2009.

[2] Debbi.Olson.Enterprise[R].The Enterprise,2009.

[3] Loyal.M.Johnson,Molybdenum metal powder and production thereof.US 7276102[P].2007.

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[5] G INESTRA.Josiane.Marise·rose.A Catalyst compasition and a process that uses the catalyst composition for the hydrocoversion of heavy hydrocarbon feedstock.WO 2010002699[P].

[6] Xiao Dong Sun.Catalyst system for producing carbon fibrils.US 2003149163[P].2003.

[7] John.J.Dunn.Development of new“l(fā)ean”duplek stainless steel.AL 2003 Alloy[R].www.stainless-steelworld.met,2003.

[8] Rangopal.NMN.DaroLia.Nickel-base superalloy.US 20070044869[P].2007.

ON AM ERICANMOLYBDENUM INDUSTRY

ZHANGWen-zheng1,YAO Yun-fang2
(1.Northwest Institute forNonferrousMetal Research,Xi’an 710016,Shaanxi,China) (2.JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shannxi,China)

The US geologist discoved massive Cl imaxmolybdenum deposit at Colorado and started its intal operation in 1918.Henderson mine,The largest molybdenum mine in USA,produced molybdenum concentrates containing Mo 56%、Pb 0.026%and P 0.01%,technicalmolybdenum oxides bymultiple hearth furnace,volatiled molybdenum oxides by kinfurnace.Kenneott Utah Copper Corp.will produced technical molybdenum oxides byMAP in 2010.ExxonMobilOil Co.use N iMo/rAl2O3and CoMo/rAl2O3catalyst for hydrogenation feedstock to produce ultra-low sulfur distillate products.USS produced“l(fā)ean”stainless steelwith high strength and high corrosion-resistane.Nickel-based superalloy produced by General Electric Co.was used as turbine engine blades on“dream”Boeing 787 aircraft.

molybdenum;production;research and development

TF125.4+41

A

1006-2602(2010)03-0001-06

2010-02-22

張文鉦(1934-),男,西北有色金屬研究院教授,《中國(guó)鉬業(yè)》編委。