科普链接:走进现代钼铜冶炼工业

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  1782年,瑞典的埃尔姆(P.J. Hjelm,1746-1813)用亚麻子油调过的木炭和钼酸混合物密闭灼烧,而得到钼。1953年确知钼为人体及动植物必须的微量元素。
  钼主要用于钢铁工业,其中的大部分是以工业氧化钼压块后直接用于炼钢或铸铁,少部分熔炼成钼铁后再用于炼钢。低合金钢中的钼含量不大于1%,但这方面的消费却占钼总消费量的50%左右。不锈钢中加入钼,能改善钢的耐腐蚀性。在铸铁中加入钼,能提高铁的强度和耐磨性能。含钼18%的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性,用于制造航空和航天的各种高温部件。金属钼在电子管、晶体管和整流器等电子器件方面得到广泛应用。氧化钼和钼酸盐是化学和石油工业中的优良催化剂。二硫化钼是一种重要的润滑剂,用于航天和机械工业部门。除此之外,二硫化钼因其独特的抗硫性质,可以在一定条件下催化一氧化碳加氢制取醇类物质,是很有前景的C1化学催化剂。钼是植物所必需的微量元素之一,在农业上用作微量元素化肥。钼在电子行业有可能取代石墨烯:
  美国加州纳米技术研究院(简称CNSI)成功使用MoS2(辉钼,二硫化钼)制造出了辉钼基柔性微处理芯片,这个MoS2为基础的微芯片只有同等硅基芯片的20%大小,功耗极低,辉钼制成的晶体管在待机情况下的功耗为硅晶体管的十万分之一,而且比同等尺寸的石墨烯电路更加廉价!而最大的变化是其电路有很强的柔性,极薄,可以附着在人体皮肤之上。
  2011年,瑞士联邦理工学院洛桑分校(EPFL)科学家制造出全球第一个辉钼矿微晶片(上面有更小且更节能的电晶体)辉钼是未来取代硅基芯片强力竞争者!领导研究的安德拉斯·基什教授表示,辉钼是良好的下一代半导体材料,在制造超小型晶体管、发光二极管和太阳能电池方面具有很广阔的前景秀,而这次美国加州纳米技术研究院制成的辉钼基柔性微处理芯片未来前景将更加广泛。
  同硅和石墨烯相比,辉钼的优势之一是体积更小,辉钼单分子层是二维的,而硅是一种三维材料。在一张0.65纳米厚的辉钼薄膜上,电子运动和在两纳米厚的硅薄膜上一样容易,辉钼矿是可以被加工到只有3个原子厚的。
  辉钼所具有的机械特性也使得它受到关注,有可能成为一种用于弹性电子装置(例如最近出现在弹性薄层晶片设计中的那种)中的材料。可以用在制造可卷曲的电脑或是能够贴在皮肤上的装置。甚至可以植入人体。
  英国《自然·纳米技术》杂志就指出:单层的辉钼材料显示出良好的半导体特性,有些性能超过现在广泛使用的硅和研究热门石墨烯,可望成为下一代半导体材料。
  目前,世界上最大的钼矿为美国科罗拉多州克莱麦克斯钼矿,储量300余万吨。河南西部的栾川钼矿,总储量206万吨、平均品位0.103%,是此前亚洲最大的钼矿。金寨沙坪沟巨型钼矿,是我省建国以来发现的最大金属矿床,它的发现无论在储量还是品位上都超越了栾川钼矿,也改写了大别山东段无大矿的历史。
  铜是人类最早使用的金属。早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿,铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%,在个别铜矿床中,铜的含量可以达到3%-5%。自然界中的铜,多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石,开采出来的铜矿石,经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。是唯一的能大量天然产出的金属,也存在于各种矿石(例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和孔雀石)中,能以金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术和工艺上。如:铜山(出产铜矿的山);铜花(铜屑);铜金(赤铜);铜粉(铜屑。铜和其他金属熔融在一起所做出来的黄金色粉状合金,可当作颜料);铜陵(产铜的山);铜落(铜屑,可入药)……
  铜它是人类最早发现的金属之一,也是最好的纯金属。
  世界铜矿资源比较丰富。铜不难从它的矿石中提取,但可开采的矿藏相对稀少。有些,如在瑞典法伦的铜矿,从13世纪开始,曾是巨大财富的来源。一种提取这种金属的方法是烘烤硫化矿石,然后用水分离出其形成的硫酸铜。之后流淌过铁屑表面铜就会沉淀,形成的薄层很容易分离。世界上已探明的铜约为3.5-5.7亿吨,其中斑岩铜矿约占76%。
  钼铜是钼和铜的复合材料,一种很好的替代铜、钨铜应用的材料。钼铜合金综合铜和钼的优点,高强度、高比重、耐高温、耐电弧烧蚀、导电电热性能好、加工性能好。采用高品质钼粉及无氧铜粉,应用等静压成型(高温烧结-渗铜),组织细密,断弧性能好,导电性好,导热性好,热膨胀小。
  钼铜在航天领域的应用具有更优异于钼的性能,因此它同样可用于火箭和导弹的高温部分的材料。
  钼铜具有优良的热传导性,因为使用了钼铜无烧结添加剂。把钼铜用于航天是因为热膨胀系数匹配。
  用于航天的钼铜有很高的熔点,而且有良好的机械技能,有利于生产。
  此外钼铜合金已规模应用的有高压真空开关用电工合金、微电子封装热沉材料,以及仪器仪表元器件。
  智利、美国、加拿大、秘鲁、墨西哥,是从铜钼矿石中回收钼精矿的主要国家。国外的实践表明、近年开采的铜钼矿床,其最低铜品位为0.2-0.3%,最低钼品位为0.01-0.011%。
  目前国外铜钼矿石选矿有三个特点:一是大多采用混合浮选加分离的流程;二是快速建设具有现代化高效工艺的大型新选厂,仅1975年-1980年就建了平托瓦利选厂(36000吨/日,美国)、夸霍内选厂(41000吨/日,秘鲁)、拉卡利达德选厂(90000吨/日,墨西哥)、厄登内汀奥勃选厂(40000吨/日)、卡普切什墨赫选厂(40000吨/日,伊朗)、萨契什曼选厂(40000吨/日)、巴格达德选厂(36000吨/日,美国);三是大力加强钼回收工艺的研究。
  从天上的飞机,到身边的空调,在我们的生产生活中,钼和铜不可或缺,发挥着巨大的作用,被广泛应用在钢铁、微电子、电气、轻工、建筑、国防等领域。国家相关环境标准中,所指的有毒重金属为汞、镉、砷、铅、铬这五种,钼和铜属于一般重金属,不在其列。
  传统的钼和铜冶炼技术设备,工艺落后、自动化程度低,会产生含有二氧化硫、粉尘等污染物质的废气,以及含有铅和砷的废水和废渣,由于处理不到位,对外排放的废水、废气、废渣就会对环境和人体造成危害。
  如今,随着科学技术快速发展,国际上运用先进成熟的技术和设备,使钼和铜的清洁生产、环保冶炼,成为了现实。
  澳大利亚新南威尔士州肯布拉港铜厂,该厂距离居民区仅有二百多米。位于德国汉堡的惠特维尔.凯撒冶炼厂,厂址周边五百多米就有大片的居民区。
  现在关于铜和钼的冶炼的技术已经很成熟了,现在看来在国外,美国也好,其他国家也好,已经可以对环保,对资源的综合利用,高效的提炼,技能的方面,都可以做很大的对以往的改进,例如山东阳谷祥光铜业有限公司,是一家现代化大型有色金属冶炼企业,其冶炼厂区与肉鸡生产企业凤祥集团,直线距离不足3公里,凤祥集团生产的肉鸡,主要出口到对食品监管非常严格的欧盟、韩国、日本等国家;并且,新建的住宅社区距工厂仅1公里。
  同样,我国其他先进的金属冶炼企业,也实现了环保冶炼、清洁生产。云南驰宏锌锗,紧邻着曲靖师范学院和曲靖医专两所高等院校,企业运行近10年来一直与师生和谐共处;河南洛钼集团的钼铁生产线,距离娃哈哈洛阳生产基地仅有不到2公里。
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