通过协同熔炼铜渣和废硅钼棒原位合成钼铁合金：MoSi2的相变及分解机制
铜渣与退役硅钼棒的大量堆积造成了Fe，Mo等有价金属元素的浪费，为减少污染，促进金属元素回收，本文提出了一种退役硅钼棒与铜渣协同熔炼制备钼铁合金的工艺。通过选择性氧化还原实现Mo-Fe的原位生成回收与合金中Si，O元素的脱除，并通过添加CaO优化反应环境。将MoSi2作为钼源与还原剂，并在熔炼过程中对炉渣进行改性。铜渣作为熔炼熔剂与造渣剂，并提供铁源在熔炼过程中进一步生成Fe捕集剂捕集Mo元素。通过热力学计算模拟与非等温动力学实验结合分析，系统研究了协同熔炼过程中各组分的还原行为，物相重构与MoSi2的分解行为。磁铁矿相，铁橄榄石相在氧化钙与MoSi2的作用下逐步分解，Fe3O4→FeO→Fe，Fe2SiO4→Fe1.5Ca0.5(SiO3)2→Fe。在950-1100℃左右，MoSi2与铜渣反应放热，Fe3Mo开始原位生成。CaO可以优化反应热力学条件，促进反应进行。体系熔化后，MoSi2与熔渣固液反应进一步分解，Mo与Si向熔渣方向扩散，Fe捕集Mo定向富集。通过差示扫描量热仪测试计算MoSi2驱动铜渣还原的反应活化能为113.470kJ/mol，MoSi2可以作为优质还原剂还原铜渣。 在最佳温度下Mo与Fe的收得率可以分别达到99.21%与85.49%，二次渣中Fe含量降至4.04%。研究利用退役硅钼棒作为还原剂和钼源，避免碳的引入，为退役硅钼棒与铜渣两种固废的高值化和低碳化利用提供了新的思路。相关研究成果以题为“In situ synthesis of Fe-Mo alloys via synergistic smelting of copper slag and spent MoSi2 rods: Phase transformation and decomposition mechanism of MoSi2”发表“Journal of Materials Research and Technology”(JCR Q1)上。
图1. a) Fe-Mo-Si-O体系在不同温度下的相图；b) MoSi2还原铜渣过程中可能反应的 ΔGθ -T曲线；c) MoSi2与铜渣主要成分的二元相图；d) 铜渣主要成分-MoS2-氧化钙体系的三元相图。
图2. a) 不同MoSi2配比下样品的DSC曲线；b) 本实验中温度对协同熔融过程中平衡相组成的影响；c) 热处理后MoSi2-铜渣样品的 XRD 图谱；d) 热处理后MoSi2-铜渣-CaO样品的 XRD 图谱。
图3. a) 热处理后MoSi2-铜渣样品的SEM-EDS结果示意图；b) 热处理后MoSi2-铜渣-CaO样品的SEM-EDS结果示意图。
图4. MoSi2在协同冶炼过程中的分解行为及系统中的相变模型
题目：通过协同熔炼铜渣和废硅钼棒原位合成钼铁合金：MoSi2的相变及分解机制
作者：张保敬，刘志，程俊生，于乐，张子鑫，李俊秀，李世恒，冯培忠
链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2238785425024135
DOI：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.09.158
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