[發明專利]一種無含硫氣體排放的低成本制備硅化鉬的方法

有效

• 申請號: 202110321383.2
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113086985B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 張國華;常賀強
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C01B33/06
• 分類號: C01B33/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

本發明公開了一種無含硫氣體排放的低成本制備硅化鉬的方法，直接使用以MoS₂為主要成分的物質，如鉬精礦為鉬源，以Si為主要成分的物質作為還原劑，石灰作為固硫劑，在高溫惰性氣氛條件下一步制備出硅化鉬。反應過程中，MoS₂中的S全被被脫硫劑石灰捕獲并以CaS的形式存在外部脫硫層中，通過簡單的剝離操作即可分離脫硫層與內部硅化鉬(MoSi₂、Mo₅Si₃或Mo₃Si)。本發明可以直接使用鉬精礦為鉬源，避免了鉬精礦的焙燒過程，極大縮短了鉬源生產流程；本發明使用石灰作為脫硫劑，能夠避免使用鉬精礦為鉬源時其中的硫元素以含硫氣體的形式排放到大氣中，反應完成后脫硫層與內層產物可簡單破碎分離，適合規模化工業生產。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，公開了一種硅化鉬材料的制備的方法。

背景技術

硅和鉬在不同條件下可以生成Mo₃Si、Mo₅Si₃和MoSi₂三種金屬間化合物，目前只有MoSi₂有著廣泛的應用。MoSi₂具備高溫條件下的抗氧化性能，主要用作于工業爐的發熱元件和高溫結構材料。相較于MoSi₂，Mo₅Si₃和Mo₃Si具有更高的熔點和更好的抗高溫蠕變性能，但高溫抗氧化性較差。此外，Mo₃Si具有三種化合物中最高的Mo含量(約91％)，Mo₅Si₃的Mo含量為79.7％，二者的鉬含量高于常規鉬添加劑鉬鐵中的Mo含量，因此有希望作為鉬添加劑用于冶煉含鉬鋼。此外，Mo₃Si、Mo₅Si₃和MoSi₂被用作鈦合金表面涂層材料以增強其的耐腐蝕性能。

自1906年硅化鉬被發現以來，包括粉末冶金還原法、自蔓延高溫合成法、機械合金化法、低真空等離子沉積和噴涂法、固態轉移反應法和熱彌散法等眾多工藝被應用于制備硅化鉬。以上方法所使用的鉬源包括高純MoO₃、鉬粉和碳化鉬，這三種原料都是通過氧化鉬焙燒鉬精礦、氨水浸出、鉬酸銨熱解等一系列步驟制備的，過長的生產流程導致原料成本較高，此外，在鉬精礦的焙燒環節會產生大量不可回收的低濃度SO₂氣體。為了避免硅化鉬制備過程中使用以上三種原料作為鉬源，有專利和文章提出直接使用MoS₂作為鉬源，使用Si粉作為還原劑制備MoSi₂，但是所制備的產物中除了有MoSi₂，還有SiS和SiS₂氣體。SiS和SiS₂氣體難以被收集，并且排放到空氣中后會發生水解反應生成H₂S氣體，造成對環境的污染，因此很難被應用于工業化制備MoSi₂。

發明內容

本發明的目的是解決目前硅化鉬生產過程中使用的Mo、MoO₃或Mo₂C的制備所造成的低濃度含硫氣體的排放問題，提供一種原料廣泛、無含硫氣體排放、工藝簡單、適合大規模工藝生產的制備硅化鉬的方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

使用鉬精礦或以MoS₂為主要成分的物質作為鉬源，使用以Si為主要成分的物質作為還原劑，使用石灰作為脫硫劑。將鉬源與還原劑按照一定比例混合均勻并壓制成型作為內層樣品，隨后在內層樣品的外部覆蓋一層一定量的還原劑，在反應溫度區間為1100-1600℃的惰性氣氛下反應一定時間。當樣品冷卻至室溫后剝離外部脫硫層即可獲得目標產物硅化鉬。

本發明提供的一種無含硫氣體排放的低成本制備硅化鉬的方法，具體包括以下步驟：