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7440-33-7 / 钨粉的制备方法及废料处理

背景及概述[1][2]

粉末状的金属钨,是制备钨加工材、钨合金和钨制品的原料。钨粉的性能在很大程度上影响钨制品的性能。钨粉的质量是对钨和钨合金优越性能的保证,钨粉工业面临极大的挑战,它必须满足市场对它愈来愈高的要求,对钨粉的生产不仅有化学纯度方面的要求,而且也有物理性能和工艺性能方面的要求,特别是为满足一些特殊用途的超细钨粉的制备技术还有待解决。

钨粉的制备方法及废料处理

制备[1-2]

一、普通钨粉的生产方法

生产钨粉的方法很多,采用三氧化钨为原料通过氢还原反应制备钨粉是其中一种;传统的氢还原工艺流程是将钨酸铵焙烧得到的三氧化钨,再经过两个阶段还原得到钨粉,使用传统方法制备钨粉存在几个问题:如1、还原温度低,反应时间长,费时;2、采用管状还原炉,设备复杂,不节能;3、产品纯度低,较难连续化生产。CN201510177510提供一种制备时间短、容易实现规模化生产的钨粉制备方法。所采用的技术方案为(1)将Na2WO4·5H2O溶于蒸馏水中,加入CTAB;(2)再滴加盐酸溶液,磁力搅拌混合均匀;(3)将混合溶液置于高压反应釜中加热反应;(4)再冷却至室温后过滤,得到沉淀物;洗涤沉淀物,并烘干;(5)将烘干的沉淀物放入马弗炉中灼烧,得到三氧化钨粉体;(6)将三氧化钨粉体置于等离子反应室中,在该反应室内通过电离惰性气体形成高温等离子体,三氧化钨粉体被高温等离子体加热后在还原气氛下还原成钨粉。本方法采用钨酸钠、CTAB与盐酸制备氧化钨后,通过等离子电弧法制备钨粉,由于钨粉与冷却介质之间有很大的温度差,在促使形核的同时也有效抑制了晶核的生长,制得的钨粉可达到纳米级;同时,本方法工艺较简单,制备时间较短、容易实现规模化生产。

二、制备精细球形钨粉的方法

国外制备球形钨粉主要有以下几种方法:

1.通过气相沉积从WF6中得到大粒度(40~650μm)球状钨粉的工艺,但该工艺涉及到强烈腐蚀性的HF,劳动条件恶劣,对环保要求很高。

2.利用感应耦合等离子体炬对Cr、Ta、Mo、W、MgO等粉末进行球化、气冷,该方法要求有一个很大的冷却室,冷却室内必须通以高纯Ar气,成本很高,而且一次处理后粉末的球化率最高只能达到85%,要得到全部是球形的粉末,就需要进行多次的分选和再球化的过程,大大增加了成本。

国内制球形钨粉主要有以下几种方法:

1.采用钨粉二次氧化再还原的技术,可以得到准球形的钨粉,且成本较低,但是球化不充分。

2.利用制粒烧结法生产应用于热喷涂的球形粉末,可制得粒径40~ 750μm的球形钨粉,但制得的钨粉末致密度不高,且颗粒直径较大,粉末较粗。

3.从WF6制取细颗粒(3~5μm)球形钨粉,该方法涉及到强烈腐蚀 性的气氛,劳动条件比较恶劣,对环保要求很高,离规模化生产尚有一定的距离。

4.钨棒用旋转电极直流弧等离子体法制备球形钨粉,该方法只能制备较粗的粉末(150~1700μm),不能制备尺寸较小精细球形钨粉,而且设备成本十分昂贵。

CN200810180999.7提供了一种成本低廉的、球化率高的制备精细球形钨粉的方法。详细步骤如下:

1.建立稳定运行的氩等离子体炬:向等离子体反应器输入50slpm、60slpm或者65slpm持续氩气流,感应线圈加载高电压,电压可以是6kV、7kV或者8kV,同时点火器放电,高压线圈感应耦合及点火器电晕触发,使氩气电离产生氩等离子体炬。此时使整个等离子体反应器内保持负压 状态,即可保证等离子体炬稳定运行。

2.利用携带气体将金属钨粉(原粉)注入氩等离子体炬的芯部高温区 加热。携带气体可用氩气、氢气等在高温环境中不与金属粉体发生化学反应的气体。加热时间随气粉流“飞离”等离子体炬而结束,持续时间仅为140毫秒~170毫秒。钨粉被送入等离子体炬的芯部高温区,吸收大量的热量,颗粒表面开始熔化,当颗粒重量的50%(至少)被熔化时,由于表面张力的作用,形成球形度很高的钨粉颗粒。

3.将加热熔融后的钨粉颗粒液滴冷却固化形成球形钨粉末。在辐射、 对流、传导和化学四种传热机制作用下,被迅速加热而熔化。当颗粒熔 化到至少50%(按重量计算)时,熔融的颗粒在表面张力的作用下形成 球形度很高的液滴,并在极高的温度梯度(10-6K/m)下迅速冷却、进入热交换室骤冷凝固,从而形成球形的颗粒。这一球化过程只要工艺参数 设置合适,可达到近乎100%的球化率。

4.将气体抽离,收集球形钨粉。球化过程完成后,将气体抽离、处理排放,球化粉体进入收集储罐,自动计量收集。

废料处理[3]

但随着钨资源的不断开发利用,钨储量日渐消减。由此,对废钨粉进行回收利用,不仅有巨大的经济效益,也有良好的社会效益和生态效益。

CN201210380282.3提出了一种对钨粉废料进行处理的方法,该方法包括以下步骤:对所述钨粉废料进行氧化处理,以便将钨粉废料中的钨转化为氧化钨。由此,钨粉氧化过程中会放出一些热量,将这部分热量充分利用可以降低氧化过程中的电耗,从而一定程度上降低了钨粉处理的成本。另外,将经过氧化处理的钨粉废料与碱发生反应,以便将所述氧化钨转化为钨酸盐。由此,可以有效地使废钨资源得到回收利用,节约钨资源,促进钨产业持续发展。

主要参考资料

[1] CN201510177510一种钨粉的制备方法

[2] CN200810180999.7 一种制备精细球形钨粉的方法

[3] CN201210380282.3 处理钨粉废料的方法