钨冶金

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丰度为1.2×10-4% ;矿物24种,有工业价值的是黑钨矿 和白钨矿两种 ;居世界第一位 ,江西、湖南、福建、 广东、云南、广西等省
中国的钨工业
1911年正式发现钨矿物, 1918年钨精矿产量已居世界首位, 储量、产量、出口量3个第 1958年投产的株洲硬质合金厂 前苏联援建的156个项目之一 标志中国有了自己的金属钨工业
金属钨的物理、机械性质
银白色光泽 熔点3410±20℃,所有金属元素中最高 密度=19.3g/cm3非贵金属中是最高的 金属钨的机械、力学性能与加工和热处 理工艺及杂质含量,主要是 C 、 N 、 O 等 间隙杂质的含量有密切关系。
化学性质——与气体的反应
空气中:400℃开始有轻微氧化,500~600℃迅速氧 化生成疏松结构的WO3。 氢气中:至熔点都稳定,与氢气不反应。 氮气中:2000℃才反应生成WN2等氮化物。 水蒸气中:炽热钨生成WO3和WO2。 CO2气体中:1200℃以上反应生成碳化钨。 CO、CH4、C2H2等:800~1200℃反应生成WC和 WC2。 Cl2气体:800℃剧烈反应生成WCl6。
化学性质——与酸、碱的反应
• 常温下任意浓度的HCl、H2SO4、HNO3、HF 及王水中都是稳定的。 • 80~100℃的HCl、H2SO4与钨有微弱反应, HNO3和王水有明显的腐蚀,氢氟酸和王水的 混合酸则迅速溶解。 • 常温下与碱液不反应;如果有空气存在,熔融 碱能与钨反应生成钨酸盐,如有氧化剂如KNO3、 NaNO2、KClO3、PbO2存在的熔融碱中剧烈反应 生成钨酸盐。
伴生金属 Sn 种类
占W工业 22 储量,%
Cu
25
Pb
Zn
Mo Bi
Be
6.0
38.5 44.6 35.5 44
国内主要钨矿山 日处理原矿3000吨 江西:大吉山、西 以上的 华山
日处理原矿1000吨以上 江西:盘古山、浒坑、 的 画眉坳、铁山垅、漂塘 湖南:瑶岗山、汝城
日处理原矿1000吨以下的 江西:岿美山、荡坪、下垄、小垄 湖南:川口、柿竹园、湘东、香花岭 广东:石人嶂、瑶岭、棉土窝、徐山 广西:珊瑚岭锡矿
澳大利亚
美国 英国
Mt. Carbine
Emerson Hemerdon
1500
1200 1500
黑钨矿
白钨矿
钨矿在我国的地域分布
与钨共生的元素(国内)
以独立矿物存 在于钨矿中的 类质同像存在 于钨矿中的 Sn, Mo, Bi, Cu, Pb, Zn, Be, Res Mo, Nb, Ta, Ga, In, Tl, Se, Tb, Sc, Cd, Au, Ag
*:5℃以下为十个结晶水,以上为2个结晶水; **:50℃以下为11个结晶水,以上为5个结晶水
钨的应用
• • • • • • • • • • • • 硬质合金:“工业牙齿”,超过60%的钨消耗量 高速钢:二十几 轧制品: 化工领域:6~8% 电光源/真空电子行业:加热灯丝,共12门类,85种 炼钢添加剂:特钢/镍基/钴基超合金,细化晶粒,提高高温性能 高比重合金:W:93~97,其余为Ni,Cu,Fe,Mo 发汗材料:W-Cu, W-Ag航空器外壳材料/ 核反应堆屏蔽材料 微电子行业:电极布线材料,亚深微米集成电路的优选材料 机电行业:触点材料W-Cu,W-Ag,W-Re 航空航天:陀螺仪 其它
0.03
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钨精矿分解(内容提要)
• • • • • 钨矿物处理的原则流程 预处理方法及目的 苏打压煮法 苛性钠浸出法 酸分解法
钨冶金
Extractive Metallurgy of Tungsten
钨概述
• 钨简史 :
1781年:瑞典化学家席勒(K.W.Scheele)从当时称为重 石的矿物(现称白钨矿,scheelnite)中发现的,并以瑞 典文tung(重)和sten(石头)的复合词tungsten命名。 1783年:西班牙人德卢亚尔兄弟(F· de Elhuyar)从黑钨矿 (wolframite)中制得氧化钨,并用碳还原为钨粉。 1900年:世博会上首次展出高速钢 1909年:成功地研制出可锻性钨以后 1927~1928:年间,硬质合金。
钨的矿物——黑钨矿
• 黑钨矿:黑钨矿(FeMn)WO4。颜色有暗灰色、淡红
褐、淡褐黑、发褐及铁褐等颜色。半金属光泽、金 属光泽及树脂光泽。通常为叶片状、弯曲片状、粒 状和致密状;也有的呈厚板状、尖柱状等单斜晶系 晶体,常与白色石英一起以脉络的形式充填在花岗 岩及其附近的岩石裂缝中。硬度5-5.5,比重7.1- 7.5。参差状断口。性脆,有弱磁性。黑钨矿是炼钨 和制造钨酸盐类的主要原料。 • (Fe,Mn)WO4, FeWO4和MnWO4在20~80%,否则就 称为钨酸铁或钨酸锰矿。 颜色为黑色、棕色、棕红 色等,取决于Fe/Mn比;
主要化合物——氧化物
• WO3:密度7.2~7.4g/cm3;m.p.:1470℃;b.p.:1700~2000℃,
高于800℃显著升华,溶于氢氟酸溶液和NaOH、Na2CO3溶液 中,在氨液中溶解缓慢,加热到高温则更慢;不溶于除 氢氟酸以外的其它酸中;H2和CO在800~900℃能将它还原 为金属钨
钨的选矿
选矿过程:除去脉石、分离其它有用矿物
将黑钨矿和白钨矿分离分别得到黑钨矿精矿 和白钨矿精矿。
选矿方法:首先手选、光电分选等预选,
在破碎、筛分以便下一步重选、浮选, 然后经过磁选或电选。
钨的精矿标准
品 种
黑钨 特1-3 黑钨 特1-2 黑钨 特1-1 白钨 特1-3 白钨 特1-2 白钨 特1-1 黑钨 特2-3 白钨 特2-3
仲钨酸盐
• 5(NH4)2O· 12WO3· nH2O ,简称APT • 与正钨酸盐相比,仲钨酸盐的溶解度要 低很多
偏钨酸及其盐
• (NH4)2O· 4WO3· 8H2O ,简称AMT • 在水中的溶解度很大
钨酸盐的种类
钨酸盐的通式: xR2O*yWO3*nH2O • 正钨酸盐 x:y=1:1 • 仲钨酸盐 x:y=5:12 • 偏钨酸盐 x:y=1:4
年产超1000t金属钨的国外矿山
国家
加拿大 俄罗斯 美国 韩国 澳大利亚 葡萄牙 奥地利
矿名
CANTONG TYRNY-AUZ Pine Creck SangDong King Island Panasqueira Mitter Sill
能力,吨/年 矿物类型
3200 俄罗斯生产能 力的40% 1800 2200 1900 1700 1500 白钨矿 钨钼钙 白钨矿 白钨矿 白钨矿 白钨矿 白钨矿
白钨矿
白钨矿:颜色有白色、黄色、灰色、褐色等。密度为5.9~6.1g/cm3,硬
度在4.5~5.0之间,而且在紫外线照射下能发出兰色的荧光。 白钨矿中经常伴生一些CaMoO4杂质,如果钼含量超过1%,则 在紫外线照射下发出的兰色荧光将变成黄色。白钨矿没有磁性。 油脂光泽。它属正方晶系,形成双锥状的假八面体或板状晶体, 晶面有时可见斜条纹,其中插生双晶者较为常见。也有的晶体呈皮 壳状、肾状、粒状和致密块状。硬度4.5-5;比重5.9-6.2。性脆, 贝壳状或参差状断口。受荧光灯照射时,白钨矿可发出美丽的浅蓝 色荧光。白钨矿产于我国江西大余、湖南大顺窿、云南文山等地。 多成砂矿,可用淘重砂法淘洗得到白钨矿
R:碱金属离子或铵根离子
其中偏钨酸铵称为APT 其中偏钨酸铵称为AMT
钨杂多酸同多酸及其盐
• 杂多酸是杂多酸根离子与氢离子结合而成的一种无 机酸。杂多酸根离子是用(W3O10)2-这一离子集 团来置换硅酸、磷酸、砷酸、硼酸等含氧酸根离子 中氧离子的位置而形成的一类具有复杂结构的酸根 离子,是含有氧离子桥的多核化合物,其中构成杂 多酸的杂质离子称为中心离子,能够作为中心离子 的有Si、P、As、B、As、Be、Se等。杂多酸必须 在弱酸性或酸性环境中才能稳定存在。 • 钨杂多酸及其盐的特点是分子量大(1000~10000)、 分子体积大(6~25×10-10m3)、溶解度高,溶液的 密度、黏度大,而且杂多酸对电子、质子有传输和 储备的能力,热稳定性高
Sn
0.08 0.1 0.15 0.01 0.02
SiO2
Fe
-
Sb
0.04 0.05 0.1 -
Bi
0.04 0.05 0.1 0.02 0.03
Pb
0.04 0.05 0.1 0.01 0.02
Zn
4.0 5.0 7.0 1.0 1.5
0.02 0.003
70
0.4
0.03
0.03
-
-
0.5
0.03
预处理的目的
预处理的主要目的是 除去残存的浮选药剂 部分除去杂质 改变矿物的结构与形态,使 之更有利于浸出过程 常用的预处理方法如下表所示 :
常见的钨矿预处理方法
精矿分解方法
使待提取金属与伴生元素分离。最常用底分离办 法是使待提取元素与伴生元素进入不同的相中二达到分离的目的。 主要有五种:碱分解法、酸分解法、氯化法、 氟化物分解法和等离子体分解法。 1 碱分解法:包括苏打压煮法、苛性钠浸出法、苏打烧结—水浸出法。实 质是将钨以钨酸钠的形式浸出到液相,而大部分杂质留在固相,从而达到初 步分离的目的,其中苏打烧结-浸出工艺是传统的处理方法,许多技术经济指 标略低一些,而有被逐渐取代的趋势。 2 酸分解法:包括盐酸、硝酸分解法。实质是使酸溶性杂质进入液相,而 钨则以钨酸的形式留在固相中。 3 氯化法:利用钨的氯化物沸点低、易挥发(WCl6的熔点为272℃,沸点 337℃)的特点使钨进入气相,而大部分杂质则留在固相中。该法虽进行过 一些实验,但尚属小规模实验阶段。 4 氟化物浸出法:与氯化法相比,试剂消耗少,流程短,但属实验阶段。 5 等离子冶金法:利用WO3具有升华性能的特点,将钨精矿、中矿甚至低 品位矿直接加入到等离子焰中,使钨与其它杂质初步分离。是一种有发展前 景的环境友好冶金工艺。
共生矿:磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、锡石等。 脉石:石英、长石、云母、萤石、方解石等。
原矿品位:0.2~0.8%左右,还有下降的趋势。
钨资源分布
中国 加拿大 俄罗斯 美国 韩国 玻利维亚 泰国 葡萄牙 巴西 法国 缅甸 奥地利 澳大利亚 其它国家
钨矿物远景储量图
中国 加拿大 俄罗斯 美国 韩国 玻利维亚 泰国 葡萄牙 巴西 法国 缅甸 奥地利 澳大利亚 其它国家
精矿分解的目的
钨精矿的分解方法
苏打压煮法
方法原理 苏打压煮工艺,也称为苏打高 压浸出工艺,是当前处理钨矿物原料的 主要方法。既能够处理白钨矿,也适合 于处理低品位白、黑混合钨矿。其原理 是在180~230℃温度下使含钨矿物原料与 苏打(Na2CO3)反应,生成可溶于水的 Na2WO4进入溶液,而Ca、Fe、Mn等杂 质以碳酸盐的形态留在渣中而达到初步 分离的目的。
• WO2.72 和WO2.90 • 钨青铜 :mR2O· WO2· WO3, 其中R是碱金属或碱土金属元素
化合物——钨酸盐
• 正钨酸及其盐类 :正钨酸简称钨酸。有两种形态:黄
色钨酸和白色胶态钨酸 ;不溶解于水 ;能够与碱溶液(NaOH、 Na2CO3)反应 碱金属和Mg的正钨酸盐是可溶的, 碱土金属(Mg除外)和重金属的正钨酸盐不溶于水。 常见的钨矿就是以钨酸盐的形式存在的,其中CaWO4是白 钨矿的主要成分,它能够被各种酸所分解;(Fe,Mn)WO4是黑钨 矿的主要成分
WO3 S >,%
70 70 68 72 70 0.2 0.4 0.5 0.2 0.3
杂质, 不大于 %
P
0.02 0.03 0.04 0.03 0.03
As
0.06 0.08 0.1 0.02 0.03
Mo
-
Ca
3.0 4.0 5.0 -
Mn
0.3 0.4
Cu
0.04 0.05 0.06 0.01 0.02
钨酸盐溶解度
表2 钨酸盐与仲钨酸盐溶解度对比表
温度℃ Na2WO4* 0 35.4 5 41.0 10 41.9 20 42.2 40 43.8 80 47.4 100 49.2 温度℃ 12.4 39.6 101.8 仲钨酸钠 温度℃ 仲钨酸铵**(APT) 5.52 17 1.064 17.94 29 2.014 70.6 45 3.467 49 4.341 52 3.280 70 7.971
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