احیای آلومینوترمی تری اکسید مولیبدن خاتون آباد در ماکروویو: بررسی تاثیر اندازه ذرات آلومینیوم و جرم نمونه بر فرآیند احیا

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 7، دوره 11، شماره 40، شهریور 1399، صفحه 91-106   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

کاظم شیبانی تذرجی¹؛ محمد حسین پایدار^{* 2}؛ محمد حسین شریعت³

¹بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

²بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز،

³گروه مهندسی مواد داشگاه شیراز

تاریخ دریافت: 26 فروردین 1399،  تاریخ بازنگری: 22 خرداد 1399،  تاریخ پذیرش: 29 شهریور 1399 

چکیده

در این پژوهش، ابتدا امکان سنجی  احیای آلومینوترمی تری اکسید مولیبدن با استفاده از ماکروویو در نمونه 10 گرمی بررسی شد و سپس تاثیر اندازه ذرات آلومینیوم بر احیای آلومینوترمی تری اکسید مولیبدن با استفاده از ماکروویو مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز پراش پرتو ایکس محصولات واکنش به همراه بررسی­های ترمودینامیکی نشان داد که احیای آلومینوترمی تری اکسید مولیبدن با تشکیل محصولات میانی Al₂ (MoO₄)₃ و MoO₂ پیش رفته و محصولات نهایی واکنش شامل مولیبدن فلزی و اکسید آلومینیوم می­باشد. در این پژوهش، جهت بررسی تاثیر اندازه ذرات عامل احیا کننده آلومینیوم بر محصولات واکنش، آلومینیوم در سه اندازه ذره متوسط 45، 100 و 150 میکرون تهیه و در نسبت استوکیومتری با تری اکسید مولیبدن مخلوط و پرس گردیده و در ماکروویو احیا شد. احیای نمونه­ها در محیط ماکروویو نشان داد که با کاهش اندازه ذرات آلومینیوم، زمان لازم جهت احتراق و انجام واکنش احیا کاهش می­یابد. الگوی پراش محصولات احیا نیز نشان داد که با کاهش اندازه ذرات آلومینیوم، تشکیل فازهای میانی MoO₂ و Al₂(MoO₄)₃ کاهش یافته و عمدتا فلز مولیبدن و اکسید آلومینیوم به عنوان محصولات نهایی فرآِیند احیا تشکیل می­شود. در تحقیق حاضر، جهت بررسی تاثیر جرم نمونه بر احیای آلومینوترمی تری اکسید مولیبدن، سه جرم 10، 100 و 1000 گرم انتخاب گردید. جهت تهیه نمونه­های 10 و 100 گرمی از روش فشردن پودر در قالب پرس استفاده شد و نمونه­ها درون ماکروویو احیا گردیدند. در این تحقیق با توجه به عدم امکان فشرده سازی پودر با جرم 1000 گرم با استفاده از قالب و پرس و احیا آن در مایکرویو خانگی، برای تهیه این نمونه­ها از روش ملات سازی و برای احیا آن­ها از شعله اکسی استیلن بهره استفاده شد. نتایج الگوی پراش پرتو ایکس نشان داد که با افزایش جرم نمونه، خلوص مولیبدن فلزی افزایش یافته و درصد مولیبدن باقی مانده در سرباره کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

اکسید مولیبدن؛ احیای آلومینوترمی؛ محصول میانی؛ ماکروویو؛ جرم نمونه

عنوان مقاله [English]

Aluminothermic Reduction of Khatoon Abad Molybdenum Trioxide in Microwave: Investigation on the Effect of Aluminum Particle Size and Scale-up on the Reduction Process

نویسندگان [English]

Kazem Sheybani Tezerji¹؛ Mohammad Hossein Paydar²؛ Mohammad Hossein Shariat³

¹Department of Materials Science and Engineering, School of Engineering, Shiraz University, Shiraz

²Department of Materials Science and Engineering, School of Engineering, Shiraz University

³Department of Materials Science and Engineering, School of Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran

چکیده [English]

Feasibility of aluminothermic reduction of molybdenum trioxide by microwave oven and then the effect of aluminum powder particle size and size of the sample on the reduction process was studied. XRD patterns and thermodynamic studies indicated that aluminothermic reduction of molybdenum oxide progressed through the formation of intermediate phases such as Al2 (MoO4)3 and MoO2, where the final products were elemental Mo and Al2O3. Effect of aluminum powder particles size on reduction process, aluminum powder with three different average sizes of 45, 100 and 150 microns were mixed with the molybdenum oxide in stoichiometric ratio and reduced in microwave. Results revealed that by decreasing particle size of the Al powders, the time required for both combustion and reduction processes decreased. XRD pattern revealed that undesired phases of molybdenum dioxide (MoO2) and aluminum molybdate Al2(MoO4)3 decreased by decreasing alumunim particles size and mostly Mo and Al2O3 were detected as final products. In order to investigate the effect of sample’s weight on the aluminothermic reduction of molybdenum oxide, three samples with the weight of 10, 100 and 1000 g were selected. The samples with 10 and 100 g weight were prepared by pressing in a die and were reduced in microwave. For the large sample, a traditional brick fabrication method was used and the reduction process was initiated by the help of oxyacetylene firing. XRD results showed that by increasing the mass of system, the amount of metallic Mo in molten metal was increased and decreased in slag phase.

کلیدواژه‌ها [English]

Molybdenum oxide, Aluminothermic reduction, Intermediate phase, Microwave, Sample’s mass

مراجع

 [1] V. Werner, M. Hugo, “Mechanisms of the hydrogen reduction ofmolybdenumoxides”, International Journal of Refractory Metals, Vol.20, pp.261-269, 2002.     

[2] M.j. Kennedy,  C. Bevans C., “A kinetic study of the reduction of molybdenum trioxide by hydrogen”, Journal of The Less-Common Metals, Vol.36, pp.23-30, 1974.

[3] Zh.Cao,  H. Zhong, “A novel technology for molybdenum extraction from molybdenite concentrate”, Hydrometallurgy, Vol.99, pp.2-6, 2009.

 

 

 

 

 

[4] P.M. Prasad, T.R. Mankhand, “Lime-scavenged reduction of molybdenite”,

Minerals Engineering, Vol.6, No.8-10, pp.857-871, 1993.    

[5] S. Aydinyan, Zh. Gumruyan, Kh.V. Manukyan, "Self-sustaining reduction of MoO₃ by the Mg–C mixture". Materials Science and Engineering: B,Vol. 172(3), pp. 267-271, 2010.       

[6] D. Davtyan, Kh. Manukyan, R. Mnatsakanyan, "Reduction of MoO₃ by Zn: Reducer migration phenomena", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol.28(5),pp. 601-604, 2010.

[7] O. Torabi, M.H. Golabgir, H. Tajizadegan, "A study on mechanochemical behavior of MoO₃–Mg–C to synthesize molybdenum carbide". International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol.47, pp. 18-24, 2014.

[8]  A. Hoseinpur, M. Bafghi, J. Vahdati Khaki, "A mechanistic study on the production of nanosized Mo in microwave assisted combustive reduction of MoO3 by Zn", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol.50, pp. 191-196, 2015.  

[9] K. Manukyan, S. Aydinyan, A. Aghajanyan, "Reaction pathway in the MoO3+ Mg+ C reactive mixtures", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 31, pp. 28-32, 2012.

[10] H. Ramezanalizadeh, S. Heshmati-Manesh, "Mechanochemical reduction of MoO3 powder by silicone to synthesize nanocrystalline MoSi2. in Advanced Materials Research",  . Trans Tech Publ., Vol. 11, pp. 231-237, 2011.  

[11] H. Zhu, R. Gao, W.J. Jin, "Reduction characteristics of molybdenum trioxide with aluminum and silicon", Rare Metals, Vol. 9, pp. 1-4, 2015.

[12] H. Zhu, L. Zheng, "Carbothermic reduction of MoO 3 for direct alloying process," Journal of Iron and Steel Research International",  Vol. 20(10), pp. 51-56, 2013.        

[13] M. Saghafi, A. Ataie, "Effects of mechanical activation of MoO3/C powder mixture in the processing of nano-crystalline molybdenum", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 29(4), pp. 419-423, 2011.

[14] R.K. Enneti, T.A. Wolfe, "Agglomeration during reduction of MoO3", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 31, pp. 47-50, 2012.          

[15] K. Sheybani, M.H. Paydar, M.H. Shariat, "Effect of mechanical activation on aluminothermic reduction of molybdenum trioxide", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,Vol. 82, pp.245–254, 2019.  

[16] S. Aydinyan, Zh. Gumruyan,Kh.V. Manukyan, "Self-sustaining reduction of MoO3 by the Mg–C mixture", Materials Science and Engineering: B, Vol. 172(3), pp. 267-271, 2010.      

]17[ نیلوفر غنی کله لو، نادر ستوده، عباس محصل، "احیا آلومینوترمی سولفیدروی در حالت تحریک شده آسیاکاری- تاثیر نسبت مولیAl:ZnS  در مخلوط مواد اولیه، مجله مواد نوین، جلد 9، شماره 2، ص. 44-31، زمستان 1397.