钨的冶炼工艺
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钨绿色冶炼工艺研究及其技术探讨以黑白钨矿碱浸出-离子交换工艺为例,工艺经历了钨酸钠体系→钨酸铵体系的转型过程。
现行的碱(酸)浸出-净化-铵盐转型工艺生产APT过程必须使用氢氧化钠、氯化铵或盐酸,由于Na+和Cl-化学性质活泼,难以不溶化合物实现沉淀分离,无法闭路循环。
受工艺原理的限制,三种现行工艺均无法实现废水零排放。
我国黑白钨冶炼90%都采用高碱分解-离子交换工艺,但一直存在废水排放量大,处理成本高的问题。
全国钨冶炼年排放废水1600万吨,烧碱2.13万吨、氨氮 1.02万吨[5]。
废水原水pH值高达13(超国标1万倍),氨氮500mg/L(超国标30倍),主要杂质有:As、Zn、Pb、Cd、Cu、Cr、Na、Cl、F等。
虽然经处理可以达标排放,但对生态环境的影响依然很大。
少数企业采用萃取工艺,虽然废水排放量减少,但由于Cl-、SO42-的富集严重只要采用碱(酸)浸出-铵盐转型工艺,就会产生Na+和Cl-等化学性质活泼元素无法闭路循环,一些副产废液必须作为废水开路排放的问题。
我国钨冶炼各种工艺排放的废水种类如下:经典工艺:人造白钨母液、酸分解母液;酸法工艺:酸分解母液;离子交换工艺:交后液、洗Cl-液;叔胺萃取转型工艺:萃余液;季胺萃取转型工艺:萃余液。
钨冶炼绿色分离面临的难题实现钨与杂质的绿色分离和废水零排放必须废弃沿袭二百多年的黑、白钨矿碱(酸)浸出-铵盐转型冶炼工艺体系,开发新一代无酸碱钨冶炼工艺,实现钨冶炼无污染闭路循环。
就可能实现废水零排放的钨冶炼工艺而言,国内外学者曾经开展过“钨精矿火法直接制取碳化钨”[6-9]和“熔盐电解直接制取碳化钨或金属钨”的工艺探讨,作者也进行了“黑、白钨矿铵盐不变体系闭路冶炼工艺”的深入研究。
1.钨精矿火法直接制取碳化钨国内外学者曾经进行过铝热还原法制取碳化钨、熔盐萃取-碳化法制取碳化钨和钨精矿-碳还原法制取碳化钨的相关研究[6-9]。
结果表明存在以下难以克服的问题:(1)制取的碳化钨杂质含量高,难以满足质量要求;(2)金属收率低于湿法冶炼,仅为90%左右;(3)获得的碳化钨必须用HCl酸洗除杂,才能在一定范围内提高纯度;(4)酸洗废液的排放造成环境污染。
钨冶炼工艺流程
钨冶炼的工艺流程通常包括以下几个步骤:
1. 选矿:根据矿石中钨的含量和矿石的物理性质,选择适合的矿石进行冶炼。
常见的钨矿石有钨灰石、黑钨矿等。
2. 粉碎:将选取的矿石进行粉碎处理,以便后续的选矿、浮选等操作。
3. 精选:通过物理或化学方法对粉碎后的矿石进行分离,主要是分离钨矿石中的钨矿石和杂质。
4. 浮选:将经过精选的矿石进行浮选处理,使用药剂和气泡等方法,使钨矿石与浮选泡沫分离。
5. 烧炼:将浮选后的矿石经过烧炼处理,去除其中的杂质和硫。
6. 融化和精炼:将经过烧炼的矿石与氧化剂一起加热,使其融化,并通过冷却结晶的方式得到纯净的钨。
7. 双碳还原法:将纯净的钨与石墨一起高温加热,使其发生还原反应,得到金属钨。
8. 后续处理:对得到的金属钨进行加工处理,包括锻造、压延、焊接等,使其具备特定的形状和性能。
以上是钨冶炼的一般工艺流程,实际生产中可能会根据具体情况进行调整和改进。
钨合金国标钨合金是一种具有特殊性能和广泛应用的金属材料。
它由钨和其他金属元素合金化而成,具有高熔点、高密度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优异特性。
钨合金被广泛应用于航空航天、电子、化工、医疗器械等领域,成为现代工业中不可或缺的重要材料。
钨合金的国际标准主要由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)制定。
这些标准规定了钨合金的化学成分、物理性能、加工工艺要求等方面的要求,以确保钨合金在不同应用领域具有一致的质量和可靠性。
钨合金的化学成分是实现其优异性能的关键。
根据国际标准,钨合金的主要成分是钨,通常含量在80%以上。
同时,钨合金还含有其他金属元素,如镍、铁、铜等,以调节其硬度、塑性和耐腐蚀性等性能。
不同的合金成分可以使钨合金具有不同的特性,满足不同工业领域的需求。
钨合金的高熔点是其最突出的特点之一。
钨的熔点达到3422摄氏度,是所有金属中熔点最高的。
这使得钨合金在高温环境下表现出良好的稳定性和抗氧化性能,可以用于制造高温熔炼设备、高温工具和高温结构材料。
除了高熔点外,钨合金还具有高密度和高硬度。
钨的密度达到19.3克/立方厘米,是铁的两倍多。
因此,钨合金具有较高的重量和较高的硬度,适用于制造高速切削工具、研磨材料和防护装备等。
钨合金还具有良好的耐腐蚀性能。
由于钨合金中含有其他金属元素,使其形成了致密的氧化膜,可以有效地防止氧、水和酸碱等介质的侵蚀。
因此,钨合金在化工、石油、海洋等腐蚀环境中有着广泛的应用。
钨合金的制备工艺也是国际标准的重要内容。
国际标准规定了钨合金的冶炼、热处理和加工等工艺要求,以确保钨合金的质量和性能。
冶炼工艺包括精炼和合金化,以控制钨合金的化学成分。
热处理工艺包括退火、固溶和时效等,以调节钨合金的结构和硬度。
而加工工艺包括铸造、锻造、挤压、切削等,以获得所需的钨合金产品。
钨合金国际标准的制定对于推动钨合金在全球范围内的应用和发展起着重要作用。
这些标准确保了钨合金的质量和可靠性,使其能够满足不同工业领域的需求。
钨的冶炼工艺
钨精矿分解法:火法和湿法。
①火法分解常用碳酸钠烧结法。
该方法是将黑钨精矿和碳酸钠一起放置在回转窑内于800~900℃下烧结。
处理白钨精矿时还需加入石英砂,目的是获得溶解度小的原硅酸钙,烧结温度约为1000℃。
经约两小时的烧结,精矿分解率可达98~99.5%。
烧结料在80~90℃下用水浸出,过滤后得钨酸钠溶液和不溶残渣。
②湿法分为碱分解法和酸分解法。
分解黑钨精矿时,用氢氧化钠溶液在110~130 ℃或更高的温度下浸出。
白钨精矿则用碳酸钠溶液在高压釜内于200~230 ℃浸出,或用盐酸于90 ℃分解,得固态粗钨酸。
湿法处理钨精矿的分解率可达到98~99%。
钨化合物提纯
钨酸钠溶液所含硅、磷和砷等杂质在溶液中分别呈硅酸钠、磷酸氢钠和砷酸氢钠状态。
煮沸溶液并用稀盐酸中和,当溶液pH为8~9时,硅酸钠水解成硅酸凝聚沉淀,加入氯化镁和氯化铵溶液,使磷、砷生成溶解度很小的磷酸铵镁和砷酸铵镁沉淀除去。
加硫化钠到钨酸钠溶液中,钼先于钨形成硫代钼酸钠,用盐酸中和,使溶液pH 为2.5~3.0时,钼成难溶的三硫化钼沉淀除去。
在净化后的钨酸钠溶液中加入氯化钙溶液,得钨酸钙(CaWO)沉淀,用盐酸分解钨酸钙沉淀得工业钨酸,钨酸于700~800 ℃下煅烧,得到工业纯三氧化钨。
如果制取化学纯三氧化钨可将工业钨酸溶解于氨水中,得到钨酸铵溶液,硅等杂质留于渣中。
溶液经蒸发结晶处理,得到片状的仲钨酸铵[5(NH) O 12WO 5H O]晶体。
由于仲钼酸铵的溶解度大于仲钨酸铵,结晶后,仲钨酸铵晶体的含钼量降低。
仲钨
酸铵干燥后,于500~800 ℃下煅烧,即得化学纯三氧化钨。
70年代采用叔胺(R N)法或法使钨酸钠溶液转换成钨酸铵溶液,简化了工艺流程,提高了钨的回收率。