7440-33-7 / 鎢粉的制備方法及廢料處理

背景及概述^[1][2]

粉末狀的金屬鎢，是制備鎢加工材、鎢合金和鎢制品的原料。鎢粉的性能在很大程度上影響鎢制品的性能。鎢粉的質(zhì)量是對鎢和鎢合金優(yōu)越性能的保證，鎢粉工業(yè)面臨極大的挑戰(zhàn)，它必須滿足市場對它愈來愈高的要求，對鎢粉的生產(chǎn)不僅有化學純度方面的要求，而且也有物理性能和工藝性能方面的要求，特別是為滿足一些特殊用途的超細鎢粉的制備技術(shù)還有待解決。

制備^[1-2]

一、普通鎢粉的生產(chǎn)方法

生產(chǎn)鎢粉的方法很多，采用三氧化鎢為原料通過氫還原反應制備鎢粉是其中一種；傳統(tǒng)的氫還原工藝流程是將鎢酸銨焙燒得到的三氧化鎢，再經(jīng)過兩個階段還原得到鎢粉，使用傳統(tǒng)方法制備鎢粉存在幾個問題：如1、還原溫度低，反應時間長，費時；2、采用管狀還原爐，設備復雜，不節(jié)能；3、產(chǎn)品純度低，較難連續(xù)化生產(chǎn)。CN201510177510提供一種制備時間短、容易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的鎢粉制備方法。所采用的技術(shù)方案為（1）將Na₂WO₄·5H₂O溶于蒸餾水中，加入CTAB；（2）再滴加鹽酸溶液，磁力攪拌混合均勻；（3）將混合溶液置于高壓反應釜中加熱反應；（4）再冷卻至室溫后過濾，得到沉淀物；洗滌沉淀物，并烘干；（5）將烘干的沉淀物放入馬弗爐中灼燒，得到三氧化鎢粉體；（6）將三氧化鎢粉體置于等離子反應室中，在該反應室內(nèi)通過電離惰性氣體形成高溫等離子體，三氧化鎢粉體被高溫等離子體加熱后在還原氣氛下還原成鎢粉。本方法采用鎢酸鈉、CTAB與鹽酸制備氧化鎢后，通過等離子電弧法制備鎢粉，由于鎢粉與冷卻介質(zhì)之間有很大的溫度差，在促使形核的同時也有效抑制了晶核的生長，制得的鎢粉可達到納米級；同時，本方法工藝較簡單，制備時間較短、容易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

二、制備精細球形鎢粉的方法

國外制備球形鎢粉主要有以下幾種方法：

1.通過氣相沉積從WF6中得到大粒度(40～650μm)球狀鎢粉的工藝，但該工藝涉及到強烈腐蝕性的HF，勞動條件惡劣，對環(huán)保要求很高。

2.利用感應耦合等離子體炬對Cr、Ta、Mo、W、MgO等粉末進行球化、氣冷，該方法要求有一個很大的冷卻室，冷卻室內(nèi)必須通以高純Ar氣，成本很高，而且一次處理后粉末的球化率最高只能達到85％，要得到全部是球形的粉末，就需要進行多次的分選和再球化的過程，大大增加了成本。

國內(nèi)制球形鎢粉主要有以下幾種方法：

1.采用鎢粉二次氧化再還原的技術(shù)，可以得到準球形的鎢粉，且成本較低，但是球化不充分。

2.利用制粒燒結(jié)法生產(chǎn)應用于熱噴涂的球形粉末，可制得粒徑40～ 750μm的球形鎢粉，但制得的鎢粉末致密度不高，且顆粒直徑較大，粉末較粗。

3.從WF6制取細顆粒(3～5μm)球形鎢粉，該方法涉及到強烈腐蝕 性的氣氛，勞動條件比較惡劣，對環(huán)保要求很高，離規(guī)?；a(chǎn)尚有一定的距離。

4.鎢棒用旋轉(zhuǎn)電極直流弧等離子體法制備球形鎢粉，該方法只能制備較粗的粉末(150～1700μm)，不能制備尺寸較小精細球形鎢粉，而且設備成本十分昂貴。

CN200810180999.7提供了一種成本低廉的、球化率高的制備精細球形鎢粉的方法。詳細步驟如下：

1.建立穩(wěn)定運行的氬等離子體炬：向等離子體反應器輸入50slpm、60slpm或者65slpm持續(xù)氬氣流，感應線圈加載高電壓，電壓可以是6kV、7kV或者8kV，同時點火器放電，高壓線圈感應耦合及點火器電暈觸發(fā)，使氬氣電離產(chǎn)生氬等離子體炬。此時使整個等離子體反應器內(nèi)保持負壓 狀態(tài)，即可保證等離子體炬穩(wěn)定運行。

2.利用攜帶氣體將金屬鎢粉(原粉)注入氬等離子體炬的芯部高溫區(qū) 加熱。攜帶氣體可用氬氣、氫氣等在高溫環(huán)境中不與金屬粉體發(fā)生化學反應的氣體。加熱時間隨氣粉流“飛離”等離子體炬而結(jié)束，持續(xù)時間僅為140毫秒～170毫秒。鎢粉被送入等離子體炬的芯部高溫區(qū)，吸收大量的熱量，顆粒表面開始熔化，當顆粒重量的50％(至少)被熔化時，由于表面張力的作用，形成球形度很高的鎢粉顆粒。

3.將加熱熔融后的鎢粉顆粒液滴冷卻固化形成球形鎢粉末。在輻射、 對流、傳導和化學四種傳熱機制作用下，被迅速加熱而熔化。當顆粒熔 化到至少50％(按重量計算)時，熔融的顆粒在表面張力的作用下形成 球形度很高的液滴，并在極高的溫度梯度(10-6K/m)下迅速冷卻、進入熱交換室驟冷凝固，從而形成球形的顆粒。這一球化過程只要工藝參數(shù) 設置合適，可達到近乎100％的球化率。

4.將氣體抽離，收集球形鎢粉。球化過程完成后，將氣體抽離、處理排放，球化粉體進入收集儲罐，自動計量收集。

廢料處理^[3]

但隨著鎢資源的不斷開發(fā)利用，鎢儲量日漸消減。由此，對廢鎢粉進行回收利用，不僅有巨大的經(jīng)濟效益，也有良好的社會效益和生態(tài)效益。

CN201210380282.3提出了一種對鎢粉廢料進行處理的方法，該方法包括以下步驟：對所述鎢粉廢料進行氧化處理，以便將鎢粉廢料中的鎢轉(zhuǎn)化為氧化鎢。由此，鎢粉氧化過程中會放出一些熱量，將這部分熱量充分利用可以降低氧化過程中的電耗，從而一定程度上降低了鎢粉處理的成本。另外，將經(jīng)過氧化處理的鎢粉廢料與堿發(fā)生反應，以便將所述氧化鎢轉(zhuǎn)化為鎢酸鹽。由此，可以有效地使廢鎢資源得到回收利用，節(jié)約鎢資源，促進鎢產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。

主要參考資料

[1] CN201510177510一種鎢粉的制備方法

[2] CN200810180999.7 一種制備精細球形鎢粉的方法

[3] CN201210380282.3 處理鎢粉廢料的方法