王通融，楊 軍，王 雄

(長(zhǎng)沙隆泰微波熱工有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410126)

利用微波及超聲波技術(shù)提高M(jìn)oS2質(zhì)量的研究

王通融，楊 軍，王 雄

(長(zhǎng)沙隆泰微波熱工有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410126)

針對(duì)二硫化鉬(MoS2)的結(jié)構(gòu)特性和應(yīng)用要求，介紹了天然法和合成法生產(chǎn)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(diǎn)，研究了天然法生產(chǎn)MoS2的工藝中使用微波與超聲波除油和去鐵、脫硅的效果。對(duì)金堆城鉬精礦的除油率達(dá)98.4%，TFe、SiO2去除率為96.7%、98.7%，表明微波與超聲波技術(shù)引入天然法生產(chǎn)MoS2工藝中前景廣闊。

二硫化鉬(MoS2)；微波；超聲波；質(zhì)量

二硫化鉬(MoS2)為鉬最常見(jiàn)的自然形態(tài)，屬于六方晶系，是一種具抗磁性且有半導(dǎo)體性質(zhì)的層狀結(jié)構(gòu)化合物，具有較低的摩擦系數(shù)和石墨烯類(lèi)似的二維層狀結(jié)構(gòu)[1-3]。MoS2用作高純固體潤(rùn)滑劑，具有優(yōu)良的耐高溫、減摩、抗壓和穩(wěn)定的化學(xué)性能等特性，已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、防腐工程的機(jī)械潤(rùn)滑，航空航天的真空潤(rùn)滑和催化、涂層、密封材料，并擴(kuò)展到電子、光電器件等領(lǐng)域。生產(chǎn)MoS2的工藝主要為天然法和合成法，天然法產(chǎn)品MoS2含量大于98%，合成法則可達(dá)到純度為99.9%以上的高純或超細(xì)MoS2產(chǎn)品[3-7]。目前天然法產(chǎn)品產(chǎn)量占MoS2總產(chǎn)量的95%，由于對(duì)潤(rùn)滑級(jí)MoS2純度要求的提高和MoS2應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，天然法生產(chǎn)的MoS2工藝不能滿(mǎn)足相關(guān)要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)和優(yōu)化。本文介紹了將微波與超聲波技術(shù)引入天然法生產(chǎn)MoS2工藝中，得到了純度更高的MoS2。

1 MoS2的生產(chǎn)工藝及其改進(jìn)需求

2 微波與超聲波強(qiáng)化除油與浸出原理和方法

2.1 微波與超聲波強(qiáng)化試驗(yàn)原理

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

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

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?dú)獗Ｗo(hù)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(jī)油脂揮發(fā)而排出、達(dá)到除去殘留在鉬精礦中烴油的目的，節(jié)約能耗達(dá)到40%～50%，避免了常規(guī)的真空干燥除油方法中真空系統(tǒng)難清理的問(wèn)題。

圖1 天然法生產(chǎn)MoS2原則工藝流程圖

酸浸出除TFe、SiO2雜質(zhì)時(shí)，利用超聲波的分散、乳化、剝離原理使超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生的高速微射流拉裂大團(tuán)的雜質(zhì)，以及微波的激化化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，使混在MoS2里面的TFe、SiO2雜質(zhì)及包裹在雜質(zhì)和MoS2上的油膜迅速反應(yīng)或溶解，達(dá)到快速、徹底的除雜效果。

2.2 除油與除雜試驗(yàn)原料及性質(zhì)

微波強(qiáng)化焙燒除油及微波超聲波聯(lián)合浸出除雜試驗(yàn)原料為金堆城浮選鉬精礦，其原料的化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可知，原料中MoS2為96.90%，單質(zhì)硫及油為1.9%，另外試樣中還含有TFe、SiO2雜質(zhì)分別為0.32%、0.81%。

2.3 除油與除雜試驗(yàn)裝備與方法

除油試驗(yàn)采用連續(xù)式微波推舟窯WT13進(jìn)行焙燒除油實(shí)驗(yàn)；除雜試驗(yàn)采用微波與超聲波聯(lián)合浸出裝置進(jìn)行，該裝置均由隆泰微波熱工有限公司生產(chǎn)，其裝置簡(jiǎn)圖如圖2所示。

表1 某潤(rùn)滑級(jí)MoS2產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比/%

表2 試驗(yàn)原料的化學(xué)分析結(jié)果/%

微波推舟窯除油時(shí)，根據(jù)物料性質(zhì)設(shè)定所需的溫度、推舟時(shí)間以及物料經(jīng)過(guò)高溫段的保溫時(shí)間，微波加熱過(guò)程中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，以多組物料連續(xù)試驗(yàn)，間隔抽取樣品檢驗(yàn)試驗(yàn)效果，試驗(yàn)后計(jì)算出平均失重率。微波與超聲波聯(lián)合浸出除雜過(guò)程則是裝置中根據(jù)雜質(zhì)與含量輸入相應(yīng)的酸或堿，經(jīng)微波與超聲波聯(lián)合強(qiáng)化處理，加速雜質(zhì)的溶解、剝離，待設(shè)定時(shí)間后，脫水烘干檢測(cè)。

圖2 隆泰公司微波與超聲波聯(lián)合浸出裝置示意圖

3 微波與超聲波除油與強(qiáng)化浸出結(jié)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(zhì)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(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)定溫度為600℃，設(shè)定推舟時(shí)間為10 min，微波加熱過(guò)程中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，物料經(jīng)過(guò)微波推舟窯高溫段的時(shí)間為60 min，共有4組每組20缽。每缽500 g左右，每缽稱(chēng)重，計(jì)算出平均失重率為1.81%。

除油后再采用微波與超聲波聯(lián)合浸出裝置(圖2 )進(jìn)行除雜試驗(yàn)。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(kāi)啟液體循環(huán)，開(kāi)微波及超聲波，控制溫度保持在80℃左右，再開(kāi)始將45 kg經(jīng)微波焙燒的物料緩慢投入微波超聲波聯(lián)合浸出裝置中。循環(huán)2h后經(jīng)壓濾、熱水洗滌、烘干，分析濾餅成分見(jiàn)表3。

對(duì)比表2與表3可知，試料經(jīng)微波強(qiáng)化焙燒與微波超聲波聯(lián)合浸出后，得到了MoS2含量為99.9%的高純度產(chǎn)品。其除油率可達(dá)98.4%，TFe、SiO2雜質(zhì)去除率為96.9%、97.5%，顯示出優(yōu)良的除油除雜效果，去除效果比不用微波和超聲時(shí)分別提高了30.5%、45.4%。同時(shí)取消了硝酸的加入，有利于減輕環(huán)境污染。

表3 除油除雜后試樣的化學(xué)分析結(jié)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(zhǔn)，將不同含油量鉬精礦用微波焙燒進(jìn)行除油試驗(yàn)，考察其對(duì)鉬精礦的除油效果見(jiàn)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(guò)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(duì)鉬精礦的除油效果均比較明顯，試料經(jīng)微波處理后剩余含油量?jī)H為0.22～0.29%。再經(jīng)過(guò)微波聯(lián)合超聲波除雜、過(guò)濾后用熱水洗滌，可把殘余的絕大部分油去除，使含油量達(dá)到0.03%左右，除油率可達(dá)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(shí)間對(duì)試樣中的雜質(zhì)去除率具有較大的影響，表5為考察了不同時(shí)間的微波超聲波除鐵脫硅的效果。

表5 不同時(shí)間的微波超聲波除鐵脫硅效果

表5結(jié)果顯示，在0.5～3h范圍內(nèi)，隨著時(shí)間增加，微波超聲波除鐵脫硅效果越好，當(dāng)處理1h，鐵硅雜質(zhì)已去除89.2%和90.5%，2h后鐵硅雜質(zhì)去除率已達(dá)到96.9%、97.5%，顯示已處理比較干凈。

4 結(jié) 語(yǔ)

1)天然法生產(chǎn)的MoS2占總量的95%，由于對(duì)潤(rùn)滑級(jí)MoS2純度要求的提高及MoS2應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，迫切需要對(duì)天然法生產(chǎn)MoS2的工藝進(jìn)行改進(jìn)。

2)以隆泰公司微波與超聲波裝置的除油去雜試驗(yàn)表明：對(duì)金堆城鉬業(yè)含MoS2為96.94%的鉬精礦，其含油為1.90%，TFe、SiO2雜質(zhì)分別為0.32%、0.81%。通過(guò)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(dá)98.4%，TFe、SiO2雜質(zhì)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(duì)浮選鉬精礦除油和去雜是可行。隨著微波與超聲波技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)日漸成熟，天然法生產(chǎn)MoS2工藝中引入微波與超聲波技術(shù)的前景廣闊。

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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(zhǎng)沙人，主要從事化工過(guò)程裝備與應(yīng)用研究，E-mail: ss_wtr@163.com。

TQ051.8；TF841.2；TQ314

A

1004-4051(2015)08-0120-03