Ферромолибден
Особенности ферромолибдена FeMo
Молибден относится к категории металлов плотностью в 10,3 грамм на кубический сантиметр. Данный материал плавиться при температуре 2640 °С, а закипает при температуре 4800 °С.
При смешивании Мо и углерода получаются карбиды Mo2С и MoС. Они плавятся при температуре в 2380 °С и закипают при температуре 2570 °С. При смешивании кислорода и Мо получаются следующие оксиды Mo2O5, MoO3, MoO2.
При содержании 36 % Mo в системе Fe—Mo образуется эвтектика, имеющая температуру плавления 1440 °С.
С использованием металла производятся жаропрочные, инструментальные, нержавеющие, кислостойкие и другие сплавы. Также с помощью данного материала производится ферромолибден, обожженный молибденовый концентрат или металлический молибден. Ферромолибден может плавиться при температуре в 1800 градусов.
Таблица 1. Хим. состав FeMo
Производство ферромолибдена FeMo
При производстве материала наблюдается восстановление 99 процентов окислов молибдена. Если оксиды железной руды окисляют кремний, то это приводит к дополнительному выделению тепла. Восстановление оксида железа руды до Fe наблюдается на 42 процентов, остальная её часть является закисью железа, после чего она переходит в шлак и разжижает его.
Производство ферромолибдена характеризуется образованием достаточно вязкого высококремнеземистого шлака. Если в него ввести глинозем, железо, плавиковый шпат, известь, то это приведет к снижению его вязкости. Заменяя кремний алюминием, в шлак вводят глинозём, что способствует уменьшению вязкости шлака, увеличению температуры расплава и увеличивается приход тепла.
Если при производстве FeMo рассчитать шихту, то состав порции шихтовых материалов (колош), загружаемых в печь будет следующим: 75 % феросицилий – 30 кг, молибденовый концентрат – 100 кг, алюминиевая крупка – 3-5 кг, железная руда – 18 кг, известь – 3 кг, железная стружка – 23 кг, плавиковый шпат – 3 кг. Одна плавка требует использования 42 колош. Шихта, которая загружается в шахту, подлежит уплотнению, это приводит к повышению получения Mo на 0,1 процент.
Для производства материала используется футерованный шамотный кирпичный цилиндр – плавильная шахта. Для ее установки в песке делается углубление, называемое «гнездом». Плавильная шахта характеризуется наличием летки, с помощью которой осуществляется отвод газов. Для изготовления ферромолибдена используется верхний запал, это приводит к тому, что потери материала значительно снижаются.
Длительность нормальной плавки составляет от 25 до 40 минут. Плавка должна производиться при температуре от 1850 до 1950 °С. При нормальном технологическом процессе с поверхности колошника выходят газы в большом количестве. При выпуске из печи и при взятии проб шлака образуются шлаковые нити. Для него характерна стекловидность и синеватая окраска. После того, как закончится плавка, материал выдерживается в течение 40 – 50 минут, что позволяет королькам сплава полностью осесть. После этого производится выпуск материала в изложницу или его гранулирование.
Таблица 2. Примерный состав шлака промышленных плавок ферромолибдена, %
Ферромолибден оставляют в форме на 7 – 8 часов, за которые он полностью затвердевает. После этого, чтобы он полностью остыл, производится его помещение в бак для замачивания, в который подают воду. Полное остывание сплава в этом агрегате происходит за 4 часа. После этого сплав подлежит дроблению кусками до пяти килограмм, чистке и упаковке.
В период производства ферромолибдена необходимо обеспечить высокое использование Mo – практически 99 %. Этого можно достичь при максимально качественном пылеулавливании и утилизации отходов, в состав которых входит металл.
Для того чтобы из отходов извлечь молибден, необходимо использовать электрическую печь, мощность которой составляет 1,5 МВА. Она должна периодически выпускать шлак, осуществляя плавку на «блок». После получения ферромолибдена производится его переплавка с шихтой. С этой целью применяется металлотермическая плавка. Переработка пыли из электрофильтров необходима для получения молибденосодержащих шлаков, которые необходимы для производства FeMo и свинцововисмутовых сплавов.
Для того чтобы произвести одну тонну ферромолибдена, необходимо использовать молибденовый концентрат в количестве 1191 килограмм. Также с этой целью используется железная руда – 270 килограмм. 75-процентный феросицилий – 362 килограмма, стальная стружка – 230 килограмма, плавиковый сплав – 30 килограмм, алюминий – 57 килограмм, электрическую энергию – 2,88 ГДж.
Для того чтобы восстановить молибден с применением углерода по реакции:
2/3MoO3 + 2C = 2/3Mo + 2СO;
G° = 209047 - 318,1 Дж/моль (49930 - 75,98 Г кал/моль),
необходимо использовать электрическую печь. На этом этапе наблюдаются значительные потери металла и создание определенных трудностей в области рафинирования сплава от углерода. Это объясняется параллельным протеканием реакции:
2/3MoO3 + 7/3C = 1/3Mo2C + 2CO;
G° = 214960 - 317,1 Т Дж/моль (51360 - 74,51 Т кал/моль).
Именно поэтому в СНГ осуществляется применение только металлотермического метода изготовления материала, при котором используется реакция:
2/3MoO3 + Si = 2/3Mo + SiO2;
G° = -469520 + 66,52 ГДж/ моль (-112150 + 15,66 Т кал/моль);
MoO2 + Si = Mo + SiO2;
G° = -342780 + 19,61 Т Дж/моль (-81880 + 4,67 Т кал/моль).
Оксиды металла восстанавливаются более быстро с применением реакции:
2/3MoO3 + 4/3Аl = 2/3Мо + 2/3Al2O3;
G° = -632930 + 51,17 Т Дж/моль (-151180 + 12,23 Т кал/моль);
MoO2 + 4/3Al = Mo + 2/3Al2O3;
G° = 51880 + 5,16 Т Дж/моль (-12380 + 1,24 Т кал/моль).
Особенности молибденовых руд. Требования к качеству молибденовых концентратов
Молибденовые руды, которые состоят из рудного минерала молибдена, являются сульфидом молибдена. Они используются для производства ферромолибдена. Молибденовые руды в больших количествах наблюдаются в Соединенных Штатах Америки (Колорадо), в Чили (Бродви, Чугикамата), на Кавказе (Сорское, Каджаранское месторождения).
Молибденовые минералы характеризуются рассеянностью. Для переработки в промышленности осуществляется применение молибденовых руд, которые содержат 0,2 % Мо. При гидрометаллургическом переделе или флотационном обогащении осуществляется получение концентратов, в состав которых входит от 45 до 58 процентов Мо, а содержание других примесей приведено в табл.3.
Таблица 3. Хим. состав молибденовых концентратов
В состав сырого молибденового концентрата входит 35 процентов S. Для ее устранения производится окислительный обжиг, с использованием многоподовых печей.
При обжиге молибденовых концентратов производится суммарная реакция:
MoS2 + 7/2O2 = MoO3 + 2SO2
Так как для МоО3 характерна высокая летучесть, которая увеличивается при росте температуры, то обжиг концентрата должен производиться при максимальной температуре в 680 градусов. При реакции окисления производится выделение тепла и внешнего подогрева, это объясняется тем, что сжигается газ. Данная реакция необходима при последней стадии обжига, которая характеризуется небольшой концентрацией сульфида.
При температуре в 600 °С образуется МоО2 в соответствии с реакцией:
MoS2 + 6MoO2 —> 7MoO2 + 2SO2
Обожженный молибденовый концентрат в виде МоО2 составляет от 5 до 10 процентов в молибдене. Также наблюдается параллельное протекание реакции, при которых образовываются молибдаты типа СаMoO4, FeMoO4 и т.д. При этой реакции окисляются сульфиды других металлов. Если выдерживается температура не более 600 градусов, то наблюдается частичное окисление SO2 до SO3. При его взаимодействии с окислами металлов будет наблюдаться образование сернооксидных солей. Образование данных солей является нежелательным процессом, это объясняется тем, что будет наблюдаться оплавление и окомкование концентрата. При этом значительно снижается уровень работоспособности обжиговых печей, и повышаться количество серы в обожженных молибденовых концентратах.
Если будет обеспечена равномерная нагрузка и хорошее перемешивание концентрата, то это приведет к нормальному протеканию процесса обжига. При этом будет наблюдаться постоянный состав металла по содержанию, постоянный размер металлочастиц, качественное устранение реакции сернистых газов из сферы, наличие кислорода в необходимом количестве.
Восьми-подовая ферросплавная печь, которая имеет диаметр 6,8 метров, характеризуется производительностью в 800 килограмм обожженного концентрата в час.
Таблица 4. Хим. состав обожженного концентрата
После того, как концентрат пройдет процесс обжига, производится его измельчение до 2 – 0 миллиметров. Это значительно увеличивает количество получаемого из него молибдена, что приводит к значительному сокращению потерь. Если легирование стали производится с применением концентрата, то для его упаковки применяется металлическая тара.
В данном случае восстановителем выступает смесь, в состав которой входит ферросицилий ФС75, имеющий фракции в 0,8 миллиметров, алюминиевая крупка, размером до 2 миллиметров, ферросиликоалюминий, размерами до 1 миллиметра.
Для производства FeMo применяют железную руду, с содержанием железа не более 65 процентов в виде Fe2O3 и по 0,05 % серы и фосфора. Руда подлежит просушиванию и дроблению. Размер ее частиц должен составлять не более 3 миллиметров.
Железо вводится мелкой стружкой. Разжижение шлака осуществляется с помощью плавикового шпата и извести.
Молибден относится к категории металлов плотностью в 10,3 грамм на кубический сантиметр. Данный материал плавиться при температуре 2640 °С, а закипает при температуре 4800 °С.
При смешивании Мо и углерода получаются карбиды Mo2С и MoС. Они плавятся при температуре в 2380 °С и закипают при температуре 2570 °С. При смешивании кислорода и Мо получаются следующие оксиды Mo2O5, MoO3, MoO2.
При содержании 36 % Mo в системе Fe—Mo образуется эвтектика, имеющая температуру плавления 1440 °С.
С использованием металла производятся жаропрочные, инструментальные, нержавеющие, кислостойкие и другие сплавы. Также с помощью данного материала производится ферромолибден, обожженный молибденовый концентрат или металлический молибден. Ферромолибден может плавиться при температуре в 1800 градусов.
Таблица 1. Хим. состав FeMo
|
Марки |
Химический состав, % |
|||||||||
|
Mo |
W |
Si |
S |
P |
C |
Cu |
As |
Sb |
Sn |
|
|
не менее |
не более |
|||||||||
|
ФМ1 ФМ2 ФМ3 |
58,0 55,0 55,0 |
0,6 1,0 1,0 |
0,8 1,5 2,0 |
0,05 0,10 0,20 |
0,05 0,10 0,20 |
0,10 0,15 0,20 |
0,5 1,5 2,5 |
0,03 0,05 0,10 |
0,02 0,05 0,10 |
0,015 0,050 0,100 |
Производство ферромолибдена FeMo
При производстве материала наблюдается восстановление 99 процентов окислов молибдена. Если оксиды железной руды окисляют кремний, то это приводит к дополнительному выделению тепла. Восстановление оксида железа руды до Fe наблюдается на 42 процентов, остальная её часть является закисью железа, после чего она переходит в шлак и разжижает его.
Производство ферромолибдена характеризуется образованием достаточно вязкого высококремнеземистого шлака. Если в него ввести глинозем, железо, плавиковый шпат, известь, то это приведет к снижению его вязкости. Заменяя кремний алюминием, в шлак вводят глинозём, что способствует уменьшению вязкости шлака, увеличению температуры расплава и увеличивается приход тепла.
Если при производстве FeMo рассчитать шихту, то состав порции шихтовых материалов (колош), загружаемых в печь будет следующим: 75 % феросицилий – 30 кг, молибденовый концентрат – 100 кг, алюминиевая крупка – 3-5 кг, железная руда – 18 кг, известь – 3 кг, железная стружка – 23 кг, плавиковый шпат – 3 кг. Одна плавка требует использования 42 колош. Шихта, которая загружается в шахту, подлежит уплотнению, это приводит к повышению получения Mo на 0,1 процент.
Для производства материала используется футерованный шамотный кирпичный цилиндр – плавильная шахта. Для ее установки в песке делается углубление, называемое «гнездом». Плавильная шахта характеризуется наличием летки, с помощью которой осуществляется отвод газов. Для изготовления ферромолибдена используется верхний запал, это приводит к тому, что потери материала значительно снижаются.
Длительность нормальной плавки составляет от 25 до 40 минут. Плавка должна производиться при температуре от 1850 до 1950 °С. При нормальном технологическом процессе с поверхности колошника выходят газы в большом количестве. При выпуске из печи и при взятии проб шлака образуются шлаковые нити. Для него характерна стекловидность и синеватая окраска. После того, как закончится плавка, материал выдерживается в течение 40 – 50 минут, что позволяет королькам сплава полностью осесть. После этого производится выпуск материала в изложницу или его гранулирование.
Таблица 2. Примерный состав шлака промышленных плавок ферромолибдена, %
|
Элемент |
Mo |
SiO2 |
FeO |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
|
% |
0,06 – 0,15 |
62 – 68 |
7 – 11 |
9 – 13 |
6 – 8 |
1 – 3 |
Ферромолибден оставляют в форме на 7 – 8 часов, за которые он полностью затвердевает. После этого, чтобы он полностью остыл, производится его помещение в бак для замачивания, в который подают воду. Полное остывание сплава в этом агрегате происходит за 4 часа. После этого сплав подлежит дроблению кусками до пяти килограмм, чистке и упаковке.
В период производства ферромолибдена необходимо обеспечить высокое использование Mo – практически 99 %. Этого можно достичь при максимально качественном пылеулавливании и утилизации отходов, в состав которых входит металл.
Для того чтобы из отходов извлечь молибден, необходимо использовать электрическую печь, мощность которой составляет 1,5 МВА. Она должна периодически выпускать шлак, осуществляя плавку на «блок». После получения ферромолибдена производится его переплавка с шихтой. С этой целью применяется металлотермическая плавка. Переработка пыли из электрофильтров необходима для получения молибденосодержащих шлаков, которые необходимы для производства FeMo и свинцововисмутовых сплавов. Для того чтобы произвести одну тонну ферромолибдена, необходимо использовать молибденовый концентрат в количестве 1191 килограмм. Также с этой целью используется железная руда – 270 килограмм. 75-процентный феросицилий – 362 килограмма, стальная стружка – 230 килограмма, плавиковый сплав – 30 килограмм, алюминий – 57 килограмм, электрическую энергию – 2,88 ГДж.
Для того чтобы восстановить молибден с применением углерода по реакции:
2/3MoO3 + 2C = 2/3Mo + 2СO;
G° = 209047 - 318,1 Дж/моль (49930 - 75,98 Г кал/моль),
необходимо использовать электрическую печь. На этом этапе наблюдаются значительные потери металла и создание определенных трудностей в области рафинирования сплава от углерода. Это объясняется параллельным протеканием реакции:
2/3MoO3 + 7/3C = 1/3Mo2C + 2CO;
G° = 214960 - 317,1 Т Дж/моль (51360 - 74,51 Т кал/моль).
Именно поэтому в СНГ осуществляется применение только металлотермического метода изготовления материала, при котором используется реакция:
2/3MoO3 + Si = 2/3Mo + SiO2;
G° = -469520 + 66,52 ГДж/ моль (-112150 + 15,66 Т кал/моль);
MoO2 + Si = Mo + SiO2;
G° = -342780 + 19,61 Т Дж/моль (-81880 + 4,67 Т кал/моль).
Оксиды металла восстанавливаются более быстро с применением реакции:
2/3MoO3 + 4/3Аl = 2/3Мо + 2/3Al2O3;
G° = -632930 + 51,17 Т Дж/моль (-151180 + 12,23 Т кал/моль);
MoO2 + 4/3Al = Mo + 2/3Al2O3;
G° = 51880 + 5,16 Т Дж/моль (-12380 + 1,24 Т кал/моль).
Особенности молибденовых руд. Требования к качеству молибденовых концентратов
Молибденовые руды, которые состоят из рудного минерала молибдена, являются сульфидом молибдена. Они используются для производства ферромолибдена. Молибденовые руды в больших количествах наблюдаются в Соединенных Штатах Америки (Колорадо), в Чили (Бродви, Чугикамата), на Кавказе (Сорское, Каджаранское месторождения).
Молибденовые минералы характеризуются рассеянностью. Для переработки в промышленности осуществляется применение молибденовых руд, которые содержат 0,2 % Мо. При гидрометаллургическом переделе или флотационном обогащении осуществляется получение концентратов, в состав которых входит от 45 до 58 процентов Мо, а содержание других примесей приведено в табл.3.
Таблица 3. Хим. состав молибденовых концентратов
|
Элемент |
SiO2 |
As |
Sn |
P |
Cu |
|
Не более, % |
0,3 - 12 |
0,04 – 0,07 |
0,01 – 0,07 |
0,01 – 0,05 |
0,01 – 2,5 |
В состав сырого молибденового концентрата входит 35 процентов S. Для ее устранения производится окислительный обжиг, с использованием многоподовых печей.
При обжиге молибденовых концентратов производится суммарная реакция:
MoS2 + 7/2O2 = MoO3 + 2SO2
Так как для МоО3 характерна высокая летучесть, которая увеличивается при росте температуры, то обжиг концентрата должен производиться при максимальной температуре в 680 градусов. При реакции окисления производится выделение тепла и внешнего подогрева, это объясняется тем, что сжигается газ. Данная реакция необходима при последней стадии обжига, которая характеризуется небольшой концентрацией сульфида.
При температуре в 600 °С образуется МоО2 в соответствии с реакцией:
MoS2 + 6MoO2 —> 7MoO2 + 2SO2
Обожженный молибденовый концентрат в виде МоО2 составляет от 5 до 10 процентов в молибдене. Также наблюдается параллельное протекание реакции, при которых образовываются молибдаты типа СаMoO4, FeMoO4 и т.д. При этой реакции окисляются сульфиды других металлов. Если выдерживается температура не более 600 градусов, то наблюдается частичное окисление SO2 до SO3. При его взаимодействии с окислами металлов будет наблюдаться образование сернооксидных солей. Образование данных солей является нежелательным процессом, это объясняется тем, что будет наблюдаться оплавление и окомкование концентрата. При этом значительно снижается уровень работоспособности обжиговых печей, и повышаться количество серы в обожженных молибденовых концентратах.
Если будет обеспечена равномерная нагрузка и хорошее перемешивание концентрата, то это приведет к нормальному протеканию процесса обжига. При этом будет наблюдаться постоянный состав металла по содержанию, постоянный размер металлочастиц, качественное устранение реакции сернистых газов из сферы, наличие кислорода в необходимом количестве.
Восьми-подовая ферросплавная печь, которая имеет диаметр 6,8 метров, характеризуется производительностью в 800 килограмм обожженного концентрата в час.
Таблица 4. Хим. состав обожженного концентрата
|
Элемент |
MoO3 |
FeO |
SiO2 |
CuO |
S |
P |
|
% |
80 – 90 |
3 – 8 |
3 – 10 |
0,4 – 2 |
0,05 – 0,15 |
0,02 – 0,15 |
После того, как концентрат пройдет процесс обжига, производится его измельчение до 2 – 0 миллиметров. Это значительно увеличивает количество получаемого из него молибдена, что приводит к значительному сокращению потерь. Если легирование стали производится с применением концентрата, то для его упаковки применяется металлическая тара.
В данном случае восстановителем выступает смесь, в состав которой входит ферросицилий ФС75, имеющий фракции в 0,8 миллиметров, алюминиевая крупка, размером до 2 миллиметров, ферросиликоалюминий, размерами до 1 миллиметра.
Для производства FeMo применяют железную руду, с содержанием железа не более 65 процентов в виде Fe2O3 и по 0,05 % серы и фосфора. Руда подлежит просушиванию и дроблению. Размер ее частиц должен составлять не более 3 миллиметров.
Железо вводится мелкой стружкой. Разжижение шлака осуществляется с помощью плавикового шпата и извести.