Ученые из Технологического университета Лулео в Швеции разработали новый способ извлечения молибдена из отработанных железо-молибдатных катализаторов – распространенного промышленного отхода химической отрасли. Их работа показывает, как можно вернуть в оборот ценный и стратегически важный металл, не прибегая к энергоемким и сложным методам. Молибден широко используется в производстве прочных сталей, суперсплавов и химической продукции, но его добыча сосредоточена в немногих странах, поэтому поставки остаются уязвимыми. При этом сами катализаторы содержат более 50% молибдена по массе, фактически выступая «городским месторождением», зачастую более богатым, чем природная руда.
Главная техническая проблема, которую предстояло решить исследователям, заключалась в том, как эффективно растворить молибден, но при этом оставить в твердом остатке железо, также присутствующее в катализаторе. Традиционный подход (выщелачивание чистым раствором аммиака) требовал очень высокой концентрации реагента (5 моль на литр) и давал эффективность менее 90%. Команда из Швеции пошла другим путем: они использовали буферную смесь гидроксида аммония и сульфата аммония. Этот неожиданный ход позволил снизить расход аммиака более чем в два раза (до 2 моль на литр) и одновременно повысить выход молибдена в раствор до 92%, тогда как железо переходило в жидкость в количестве менее 5 процентов. Такой эффект объясняется тем, что буферная система поддерживает оптимальное значение pH (около 10) и отрицательный окислительно-восстановительный потенциал, при котором молибден образует хорошо растворимые молибдаты аммония, а железо выпадает в осадок в виде гидроксида.
Самое интересное начиналось после того, как молибден оказывался в растворе. Традиционно его осаждают выпариванием или нагреванием, что требует больших затрат энергии. Вместо этого авторы работы применили метод антирастворительной кристаллизации, добавив в водный аммиачный раствор этиловый спирт. Этанол, обладающий гораздо более низкой диэлектрической проницаемостью, чем вода, разрушает сольватную оболочку вокруг ионов молибдата, резко снижая их растворимость. Кристаллы начинают расти прямо при комнатной температуре, без какого-либо нагрева. Ученые подобрали оптимальные условия процесса: на одну часть раствора брали примерно полторы части спирта и перемешивали смесь около 45 минут со скоростью 400 оборотов в минуту. В результате удалось извлечь до 95% молибдена в виде чистых кристаллов гептамолибдата аммония.
Важно, что чистота полученного продукта превысила 99,9%, а сами кристаллы получились мелкими и однородными – около 3,7 микрометра. Такой материал востребован в промышленности: его можно использовать для производства катализаторов, покрытий, удобрений и других продуктов. При этом вся технология работает при комнатной температуре, без нагрева. Дополнительно удалось сократить расход аммиака примерно в 2,6 раза: если в обычном процессе требуется 1,82 г на грамм молибдена, то здесь – около 0,7 г.
