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钨粉的生产

时间:2015-10-15 08:56:50来源:本站人气:1009

      生产钨的原料主要有白钨矿(CaWO4)、黑钨矿[(Mn,Fe)WO4]和铁钨矿(FeWO4)等。在可用于生产钨的矿石中WO₃含量应该大于0.1%~0.3%(质量分数)。但是自然界中钨含量能达到2%的矿石非常稀少。矿石中WO₃的含量平均只有0.5%。根据矿石中钨含量的不同,采用相应不同的浓缩工艺可以得到WO₃含量为60%~70%的生成物,例如重力法和漂浮法。可以代替钨矿的重要原料为含钨废料,它们的钨含量较高。

       生产过程从钨矿到制品的化学加工流程图示于图2.5-89。
       1)溶解工序  将含钨原料溶解于NaOH(黑钨矿和钨屑原料)或Na₂CO₃(白钨矿原料)溶液中形成Na₂WO4

       提纯工序如下:

       ①硅、磷、氟、铝和砷通过沉淀除掉。

       ②钠被NH4交换并且形成(NH4)₂WO4溶液。这是通过溶剂萃取,即溶液离子交换过程完成的。通过脂肪胺溶于异癸醇和煤油中将钨萃取出来。最后工序是在氨水中再萃取。

       ③水和氨蒸发后,仲钨酸氨(APT)结晶出来。APT是生产高纯钨和碳化钨的中间产物。其他的中间产物如钨酸,由于没有工业价值现在已经完全不生产了。

       2)焙烧工序  在回转炉内将APT加热到400~900℃时,氨和水被除去,生成钨氧化物。在过量空气的气氛下,生成物为黄色(WO₃,黄色氧化钨);在少量空气下,将生成蓝色氧化物(WO₃-x,蓝色氧化钨)。

       3)还原工序  用氢气将钨氧化物还原成钨粉。现在工业用的还原炉有两种。一种是多管推进式炉(图2.5-90),另一种是回转炉(图2.5-91)。


        ①多管推杆式炉  将钨的氧化物装入扁平金属舟中,将金属舟推进炉管中。在整个还原过程中,粉末层是静态的。粉层厚度和推进周期可以改变,加热带温度可以控制。典型的还原温度范围为600~1100℃,氢气通常是反向流动。还原过程中,粉末层产生的水分的消除受氢气流动速度的影响。通过改变还原参数,如还原温度和粉末层的厚度,粉末颗粒的尺寸可控制在0.1~100μm范围内。生产细粉比生产粗粉的效率低。多管式还原炉的优点是,可以非常灵活的生产不同粒度的粉末。

        ②回转炉  将钨氧化物直接装入回转炉的炉管内。粉末层在炉内处于运动状态。粉末层的厚度由进料速度、旋转速度、炉的倾斜度和炉内提升机构控制。还原温度与推进式炉的温度相当,大多数情况下氢气流动也是反向流动。对于改变粉末颗粒尺寸的控制不如推进式炉灵活。目前主要用于连续生产1~3μm的钨粉。

        ③还原过程  尽管钨氧化物的还原是一道工序,但是要经过多个中间氧化产物的阶段,如图2.5-92所示。决定还原生成哪种中间氧化物的因素为粉末层的温度和湿度。中问氧化物不仅颜色不同,而且其形态也不相同,如图2.5-93所示。在还原过程中,形态改变是由于钨通过气相的化学气态转移(CVT)所致。已证实WO₂(OH)₂:是系统中最容易挥发的化合物,它对钨的气相转移起决定作用。图2.5-94示从WO₂到W的CVT反应。如果pa₂o/ph₂瞰的分压比足够低(在一定的温度下),从WO₂到W的还原反应就会开始。从热力学观点来看,WO₂和W都可能生成WO₂(OH)₂,但是在W上平衡压较低,所以产生从WO₂到W的化学气态转移,金属钨沉积下来,导致钨晶体的生长。根据CVT机理,可以通过控制温度和湿度来控制金属钨粉的颗粒尺寸,如图2.5-95所示。


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