Гидрометаллургическое извлечение высокочистого молибдена из отработанных железомолибдатных катализаторов с помощью аммиачного выщелачивания и кристаллизации противо­растворителем

Почему старые катализаторы важны для новых технологий

Молибден — металл, о котором вы, возможно, никогда не слышали, но который незаметно поддерживает повседневные технологии — от прочных сталей в автомобилях и зданиях до химикатов, используемых в пластмассах и топливах. Большая часть мирового потребления зависит от импорта этого металла, что делает его снабжение уязвимым к политическим и экономическим потрясениям. В то же время заводы выбрасывают большие количества молибдена, запечатанного в отработанных катализаторах. В этом исследовании показано, как эти отходы можно превратить из опасного мусора в чистый ценный ресурс с помощью малоэнергетического процесса при комнатной температуре.

Преобразование гранул-отходов в источник металла

Промышленные установки, производящие формальдегид — важную химическую составляющую, — используют железо‑молибдатные катализаторы: твёрдые серо‑черные гранулы, содержащие более 50 % молибдена по массе. Когда эти катализаторы теряют активность, их обычно считают проблемными отходами, несмотря на богатое содержание металла. Исследователи начали с размола отработанных гранул в тонкий порошок и тщательного анализа их состава. Они подтвердили, что молибден и железо являются основными составляющими, образующими кристаллические соединения, стабильные и труднорстворимые в воде. Это создало основу для проектирования направленного химического пути, который выводит молибден в раствор, оставляя большую часть железа в осадке.

Мягкая химия, сохраняющая реагенты и энергию

Первый шаг нового процесса называется выщелачиванием: порошковый катализатор смешивают с щелочным раствором, чтобы молибден перешёл в жидкую фазу. Ранее использовавшаяся только аммиачная система требовала относительно концентрированных растворов и всё же не обеспечивала полного растворения молибдена. В отличие от этого, в работе применён продуманный сочетанный буфер из аммиака и соли аммония, которые вместе поддерживают раствор в узком, благоприятном диапазоне кислотности и электрохимического потенциала. При этих мягких условиях при комнатной температуре растворяется около 92 % молибдена, хотя общее количество аммиака менее половины того, что требуется по традиционным рецептурам. Железо ведёт себя иначе: оно склонно образовывать твёрдые гидроксиды и оставаться в твёрдом остатке, поэтому менее 5 % идёт за молибденом в раствор.

Давать железу тихо выпадать в осадок

Любопытный поворот связан с тем, как следовые количества железа временно остаются растворёнными. Некоторые атомы железа формируют слабые комплексы с молекулами аммиака и задерживаются в растворе в состоянии нестабильного равновесия. Команда установила, что простое отстаивание выщелочного раствора в покое в течение нескольких часов позволяет этому равновесию сместиться. Железо постепенно переходит в твёрдую фазу, образуя частицы, которые оседают и удаляются фильтрацией, оставляя прозрачную жидкость, богатую молибденом и практически свободную от железа. Этот медленный «самоочищающийся» этап исключает необходимость дополнительных химикатов или нагрева, ещё больше упрощая процесс и снижая энергозатраты.

Кристаллизация чистого продукта с помощью добавления спирта

Следующая задача — выделить молибден из раствора в виде твёрдого продукта, пригодного для повторного использования. Вместо выпаривания больших объёмов воды с нагревом исследователи используют метод, называемый кристаллизацией противо­растворителем. Они добавляют этанол, распространённый органический растворитель, в раствор аммоний‑молибдата. Поскольку этанол хуже стабилизирует заряженные частицы по сравнению с водой, его присутствие снижает растворимость молибденсодержащих видов. В результате они объединяются и кристаллизуются в виде мелких, хорошо сформированных частиц гептамолибдата аммония — стандартного коммерческого соединения молибдена. Путём настройки дозы этанола, скорости перемешивания и длительности смешивания команда добивается примерно 95‑процентного извлечения молибдена в кристаллах чрезвычайно высокой чистоты.

От лабораторного рецепта к безопасности ресурсов

Проще говоря, эта работа демонстрирует, как тщательный контроль простых компонентов — аммиака, соли аммония и этанола — может преобразовать отработанные гранулы катализатора в почти идеальный продукт молибдена, при этом процесс проходит при комнатной температуре и с умеренным расходом химикатов. Подход в значительной степени избегает энергоёмких нагревательных ступеней и минимизирует нежелательные побочные продукты, что делает его экономически и экологически привлекательным. При масштабировании такие схемы переработки могли бы превратить существующие потоки отходов в стратегический вторичный источник молибдена, ослабляя зависимость от нескольких горнорудных районов и помогая обеспечить поставки для технологий, от которых зависит современное общество.

Цитирование: Farhan, M., Srivastava, R.R. & Ilyas, S. Hydrometallurgical recovery of high-purity molybdenum from spent iron-molybdate catalysts via ammoniacal leaching and anti-solvent crystallization. Sci Rep 16, 12039 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47825-8

Ключевые слова: переработка молибдена, отработанные катализаторы, гидрометаллургия, восстановление металлов, кристаллизация противо­растворителем