冶金百科 | 钨冶炼 - 金属钨的制备

2024-01-02 10:46:30 来源：中冶有色技术网

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简介：钨氧化物存在WO(a-WO)、WO或WO)(又称为β-钨氧化物)、WO 或WO2 2(Y-钨氧化物)以及WO2四种形态012，22)。工业上用于制取钨粉的原料着黄色氧化物(简称黄鹤)、蓝色氧化钨(简称蓝钨)和紫色氧化钨(简称紫钨)三种，在氧化性气氛下煅烧APT得到黄钨，在密闭条件下得到蓝色氧化钨或者紫色氧化钨。

钨氧化物的制备

钨氧化物存在WO(a-WO)、WO或WO)(又称为β-钨氧化物)、WO 或WO2 2(Y-钨氧化物)以及WO2四种形态012，22)。工业上用于制取钨粉的原料着黄色氧化物(简称黄鹤)、蓝色氧化钨(简称蓝钨)和紫色氧化钨(简称紫钨)三种，在氧化性气氛下煅烧APT得到黄钨，在密闭条件下得到蓝色氧化钨或者紫色氧化钨。

工业生产的煅烧设备有推舟的管式炉或回转炉。在管式炉中煅烧时，物料静止，料层上下的气氛、扩散条件均不相同，易造成物料不均匀;在回转炉中煅烧时，物料处于翻转状态，反应的动力学条件好，产品质量较均匀，因此在工业应用较多，如郴州钻石钨制品有限责任公司即采用回转炉来生产黄钨和蓝钨。

回转炉主要包括如下部分：

(1)炉管。通常由不锈钢焊成，长8~11m，管径0.3~0.6m，内壁焊有筋条用于扬料，炉管斜度为1°~3°，转速为1~12r/min，可根据生产需要进行调整。

(2)加热系统。采用Ni-Cr电阻丝加热，加热区分为3～5带，温度在600~800℃;工业上 400mm×9000mm 的回转炉功率约95kW，蓝钨产能为3~4t/d。

(3)传动系统。由马达及减速装置带动炉管转动，有振动装置振打炉管以防止物料黏附在内壁。

(4)加料、收尘及尾气处理系统。

制备WO时，炉温通常分两带控制，一带炉温控制在550℃左右，二带炉温控制在650℃左右，炉管转速为3r/min，炉内气压控制在小于100Pa左右，空气自动进入炉内，氨和水经排风系统排出，产物WO连续从出料端排出。

制备蓝色氧化钨时，一带炉温控制在550℃左右，二带炉温控制在650℃左右，炉管转速为3r/min;炉内气压控制在大于100Pa左右以防止空气进入炉内，通过APT的给料控制和减少排风量来维持炉内正压及还原性气氛。

制备紫色氧化钨时，一带炉温控制在650℃左右，二带炉温控制在700℃左右，炉管转速为3r/min;炉内气压控制在大于150Pa左右，可通过APT的给料控制、减少排风量以及补充少量液氨来维持炉内正压及较强的还原性气氛。

炉温是影响紫钨产品质量的主要因素，炉温太低会导致产品结块甚至堵炉，还原不足则使紫钨中产生WO，杂相。炉温过高会使得产品中WO含量升高。由于紫钨比普通蓝钨具有更低的氧指数，要求在炉内的停留时间更长，下料量和炉管转速不能太大，单位产量较低。

钨氧化物的还原

金属钨粉是生产硬质合金、纯钨、钨合金等的主要原料，约70%以上的钨粉用于硬质合金的制备。生产金属钨粉的方法主要有以下几种。

A 钨氧化物氢还原

钨氧化物氢还原是目前工业生产金属钨粉的主要方法，原料主要有黄色氧化钩、蓝色氧化钨和紫色氧化钨等【22】。还原过程中，温度影响显著。还原温度越高，钨粉粒度越粗，所需时间越短。钨粉长大主要发生在还原成WO之前，当在管式炉中还原时，炉料的推舟速度及炉内的温度梯度决定了物料的升温速度。若制备细颗粒钨粉，推舟速度不宜过快，且炉管的横截面温度场要均匀。

氢气湿度对总湿度影响较大，露点较高会促使钨粉颗粒长大。氢气流速大，会使还原后气体中水蒸气的分压小，同时有利于水蒸气的快速脱除，使料层中的实际水蒸气分压降低，有利于得到细颗粒钨粉。流速越快，颗粒越细。

料层厚度和推舟速度影响水的释放量。料层越厚或推舟速度越快，水的释放速度越快，而料层越厚，水蒸气的扩散阻力越大，不利于水蒸气的脱除，导致钨粉颗粒的长大。料层的空隙度大可加速水蒸气的脱除，减缓钨粉颗粒的长大速度，有利于获得细颗粒的钨粉。

工业上常用的还原炉有固定式还原炉和回转管式还原炉两类，其中固定式还原炉又分为二管炉、四管炉、十四管炉、十八管炉和带式无舟皿连续还原炉等，国内多采用二管炉、四管炉和十四管炉，二管炉主要用于生产粗颗粒钨粉，四管炉和十四管炉主要用于生产中、细颗粒钨粉;而国外多采用十四管炉、十八管炉。

德国Elino工业炉公司开发的十八管炉，由炉体、推舟机构及辅助装置、装卸料车三大部分组成，外形尺寸约为20154mm×5029mm×3816mm。炉体用钢板和型钢焊制成型，内衬高硅酸铝耐火保温材料。炉顶为活动式，炉体装有手动提升装置，可将炉顶提升，便于对加热元件及炉管进行维护保养。炉子设3个加热区、1个预热区，每区单独进行自动温度控制，在950℃以上时，炉温均匀性控制在±12℃。加料炉门为机械密封门，卸料门为气动密封门，炉体设有自动机械推舟装置。炉管采用镍一铬钢管，分上下两层水平排列，上层10根，下层8根，分别支撑在重质耐火砖上。电炉发热体为带状或螺旋状镍一铬(80%Ni-20%Cr)电热丝或电热片。保温材料为轻质耐火砖、石棉水泥板、石棉板、新型保温材料等。装料舟皿采用镍钼合金(72% Ni、28% Mo)、Ni-Cr合金(Inconel 617合金)制成。

与固定式还原炉不同，回转管式还原炉中的炉料呈动态粉末流，炉体结构与煅烧APT的回转炉大同小异，只是工作温度、温度分布和密封要求有所区别。加料速度、炉管转速、倾斜角和炉管中的提升挡板决定料层的厚度。与固定式炉相比，水蒸气难以停留在料层中，强化了氢气和水蒸气的扩散，使料层中的湿度较低且不同部位的差异较小，有利于制备细小均匀的钨粉。回转式还原炉具有如下优点：(1)生产连续化，效率高;(2)装卸料密封，温度波动小，安全性好(3)能耗低;(4)易于实现自动化;(5)粉末粒度细且均匀性好。但也存在一些缺点，如传动机构复杂、细颗粒需收尘回收处理、粉末易粘内壁等。

B 钨氧化物碳还原

将钨氧化物与碳的混合物加热至一定温度时，钨氧化物被还原成钨粉。还原过程中通入少量氢气，可对碳还原过程起到促进作用。由于这一方法所制得的食粉中碳含量偏高，不宜用作钨制品。因此这一方法在制取钨粉过程中很少采用但在直接生产碳化钨，尤其是超细碳化钨粉和碳化钨复合粉的过程中得到越来越广泛的应用。