一种低成本、高效率的方法,用于从钼矿焙烧粉尘中提取并提纯高铼酸铵形式的铼

《Resources Policy》:A low-cost, high-efficiency method for the extraction and purification of rhenium as ammonium perrhenate from molybdenite roasting dust

【字体: 时间:2025年12月01日 来源:Resources Policy CS17

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  从铜矿焙烧辉钼矿粉尘中高效提取铼并制备高纯度铵高铁酸盐,实验室及工业验证表明该低成本工艺可显著降低操作成本,提升铼回收率,助力伊朗等资源国实现战略金属自给。

  
Saeid Narimany | Mahboubeh Rabbani | Shahriar Ghamami
伊朗科学技术大学化学系,德黑兰,伊朗

摘要

铼是一种极其稀有且具有战略意义的过渡金属,由于其在中空航天、国防和能源技术中的不可或缺的作用,被归类为关键矿产。它卓越的高温稳定性使其在喷气发动机的镍基超级合金以及用于清洁燃料生产的铂-铼催化剂中至关重要。然而,由于原生矿床的稀缺性和供应集中在少数国家,全球工业面临着地缘政治和供应链风险。本研究提出了一种低成本、高效率的从钼矿焙烧粉尘中提取和纯化铼的方法,该方法使用的是当地可获得的设备和化学试剂。该工艺在实验室和工业规模上均进行了测试,与常规方法相比,实现了较高的回收率并显著降低了运营成本。除了技术上的成就外,所提出的方法还为产铼国家提供了战略价值,通过促进国内附加值、减少进口依赖性和增强高科技及能源领域的竞争力。这项工作的潜在意义突显了其在政策和市场方面的广泛相关性。

引言

铼是一种稀有的银白色过渡金属,以其卓越的物理和化学性质而著称,包括所有元素中最高的沸点以及仅次于钨和碳的熔点(Hammond, 2004)。这些特性使其在各种先进技术应用中不可或缺,特别是在高性能喷气发动机的镍基超级合金和用于生产高辛烷值无铅汽油的铂-铼催化剂中(Bhadeshia, 2008; Cantor and Assender, 2015)。铼还用于热电偶、电接触元件,以及越来越多的放射制药领域,用于癌症诊断和治疗(Feng et al., 2017; Dilworth and Parrott, 1998; Uccelli et al., 2022)。
尽管铼具有重要的工业价值,但它仍是地壳中最稀有的元素之一,平均丰度仅为十亿分之一。全球生产主要集中在少数几个国家——主要是智利、美国和俄罗斯——这使得供应链极易受到地缘政治和经济中断的影响(Geological Survey, 2024; Shen et al., 2021)。因此,铼在多项国家政策中被认定为关键矿产,反映了其在航空航天、能源和国防产业中的战略重要性(国际能源署(IEA),2022)。
对于拥有含铼资源的国家(如伊朗)来说,发展本地提取和精炼能力是一个提高国内附加值和减少对进口高纯度材料依赖的战略机会。然而,传统的提取和纯化技术仍然资本密集、复杂且依赖于进口试剂,这限制了这些技术在资源生产地区的应用(Abisheva et al., 2011)。
为了解决这些挑战,本研究提出并验证了一种从伊朗Sarcheshmeh铜矿综合体生产的钼矿焙烧粉尘中提取和纯化铼为铼酸铵的成本效益高且可扩展的方法。该方法使用价格低廉、耐腐蚀的设备以及容易获得的试剂,实现了高回收率和产品纯度,为工业规模的应用提供了可行的途径。除了技术贡献外,这项研究还展示了提取技术的创新如何与国家关键矿产战略相契合,增强工业竞争力,减少进口依赖性,并加强全球铼供应链的韧性(Shen et al., 2021; Abisheva et al., 2011)。
根据美国地质调查局每年发布的数据,全球最大的铼生产国是智利,美国和俄罗斯分别位列其后(图1)。根据该机构的数据,全球铼储量约为2500吨,其中智利位居首位,美国和俄罗斯紧随其后(图2)。这种金属的年产量估计为50-60吨,智利、美国、俄罗斯和波兰是最主要的生产国(表1)。
几乎所有原生铼都是钼矿提取的副产品,而钼矿提取又是铜提取的副产品,因此实际上铼是铜矿加工的副产品。市场上80%的铼来自钼矿加工,20%的铼来自含有铼的催化剂的回收,这被认为是铼的次要来源。从铜矿中提取的钼矿含有100-3000百万分之一的铼,而世界上大多数钼矿的铼含量在100-300百万分之一之间(Shen et al., 2021; Summaries MC, 2021)。
在本研究中,从伊朗国家铜业公司Sarcheshme分公司的钼矿焙烧粉尘中生产纯铼酸铵的过程已在实验室和工业规模上进行了研究、实施并报告。

所需材料

所需材料

作为铼的来源,使用了伊朗国家铜业公司Sarcheshme Kerman分公司提供的钼精矿(MoS2)。过滤粉尘中的铼含量分析为0.4-0.5%(表2)。
实验室工作使用的氯化钾、氢氧化钙、盐酸和过氧化氢均从Merck购买,工业工作则使用了市售材料。

设备

由于环境呈酸性,在从钼矿焙烧粉尘中提取铼时需要...

结果与讨论

在本研究中,使用了伊朗国家铜业公司Sarcheshme Kerman分公司提供的钼精矿作为铼的来源。所有铼的提取和纯化过程首先在实验室小规模进行。随后设计了必要的工业规模设备,并在工业规模上实施了相应过程。
在实验室和工业规模上进行的实验均证实了...

结论

本研究开发了一种从钼矿焙烧粉尘中提取和纯化铼为铼酸铵的成本效益高且可扩展的方法。实验室和工业规模的实验表明,使用价格低廉的试剂和耐腐蚀的设备可以实现高回收率和产品纯度。与传统方法相比,所提出的工艺大幅降低了运营成本和设备折旧费用,使其非常适合...

作者贡献声明

Saeid Narimany:撰写——初稿、方法论、正式分析。Mahboubeh Rabbani:撰写——审稿与编辑、监督、项目管理。Shahriar Ghamami:项目管理、方法论。

利益冲突声明

所有作者声明没有利益冲突。他们知晓并同意这一点。提交文章意味着所描述的工作尚未在其他地方发表,也未在其他地方接受发表审核;其发表得到了所有作者的同意,以及工作开展地的负责机构的默许或明确批准。提交还意味着,如果文章被接受,也不会以相同形式在其他地方发表。

致谢

作者感谢Heydarieh Carbon Company在项目实施中的支持以及该公司的财务支持。在本研究中,还利用了伊朗科学技术大学、伊玛目霍梅尼国际大学和吉兰大学的实验室资源,我们对他们的努力表示感谢。
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