崇义章源钨业APT绿色冶炼的技术进步和发展

万林生，赵立夫，李红超

（1.江西理工大学，江西 赣州 341000；2.祟义章源钨业股份有限公司，江西 崇义 341300）

针对中国黑钨资源几近枯竭，白钨已成为中国钨产业主要原料，但国内外均缺乏先进、成熟且符合国家环保要求的工业化生产技术，从而严重制约钨冶炼产业持续发展这一重大关键问题，崇义章源钨业股份有限公司（以下简称“章源钨业公司”）和江西理工大学历时20年，综合运用物理化学、湿法冶金、粉末冶金、传输原理等多学科理论，系统地研究了黑白钨湿法冶炼工艺原理，自主研发出多项核心技术［1-2］，在国内外首次实现了黑白钨矿高效、洁净制取超高性能APT（仲钨酸铵）的工业化生产，大幅度提高了钨冶炼金属收率，降低了辅助材料的成本，实现了废水、废气的达标排放。

1 黑白钨矿洁净、高效制取超高性能APT

钨是重要的工业原料，工业钨矿分为白钨矿和黑钨矿，中国白钨储量为201万t，黑钨储量为60万t。中国长期以开采黑钨矿为主，但黑钨资源几近枯竭，白钨矿和难选白黑钨混合矿将成为中国钨冶炼的主要原料。

对于白钨矿，国外普遍采用落后的“碳酸钠烧结”火法技术，而国内相对先进的黑钨冶炼技术不能适用于白钨矿和白黑钨混合矿，从而严重影响了中国钨产业的可持续发展。如何突破技术瓶颈，研发出高效、洁净、低耗的白钨矿和白黑钨混合矿湿法冶炼技术，是中国钨产业乃至国民经济亟待解决的重大前沿课题。

为此，国内外都做过大量的研究，曾开发出白钨矿的“盐酸分解”、白钨黑钨矿“高碱分解”湿法冶炼技术，但都没有得到很好的解决，主要存在以下问题：

（1）分解率低。分解率仅为97％，分解渣中WO3含量高达2.5％，钨精矿损失达3 550t/a。

（2）能耗高。每吨APT煤耗高达1.3t，每年消耗标准煤6.5万t。电耗5 000万kW·h，未达国家行业准入标准。

（3）污染严重。废水排放pH值高达13，是国家标准的1万倍；氨氮排放高达2 000mg/L，是国家标准的130余倍；每年排放烧碱达2.13万t；氨氮达1.02万t。

（4）由于长期没有探明APT结晶动力学规律，结晶过程不能控制，国内外无法生产具有良好粒度性能（粒度、粒度分布、松比、流动性）和形貌（单晶、球形）的APT粉体；由于成本和技术瓶颈，纳米钨粉和碳化钨粉仅停留于实验研究阶段，严重制约了中国高端钨材料的生产。超高性能APT生产是一直未能攻克的世界性难题。

因此，对钨冶金全流程技术创新和优化是全面提升中国钨冶炼技术、建设资源节约型、环境友好型钨业强国的需要，系统地研究APT结晶动力学，是开发超高性能APT粉体和钨粉、碳化钨、钨丝以及高性能硬质合金的需要。对于大力推进中国钨及其相关产业技术进步、建设钨业强国具有重大意义。

1.1 自主研发出4项核心技术并实现了大规模生产

（1）对APT结晶动力学进行了系统地研究，建立了数学模型，为解决“APT多晶团聚”这一世界性难题提供了理论依据。

（2）自主研发出黑白钨湿法冶炼“低耗高效分解”、“APT物性控制”、“模糊交换-超解吸”、“液、气高效闭路循环”4大核心技术。

（3）研制出独特的“悬浮层流结晶器”、“双逆流旋涡冷凝氨回收装置”。

（4）实现了单晶、球形、超细APT粉体、纳米级钨粉和碳化钨粉的可控生产。金属回收率高达98.5％；实现了闭路循环冶炼，环保全面达标。

（5）自主设计并建成了世界上首座最大规模、年产1.5万t APT的黑白钨湿法冶炼厂。

成果在国内外率先实现了钨的工业化“绿色冶炼”，有效地解决了中国钨冶炼产业持续发展问题，使中国黑白钨冶炼总体技术处于世界领先地位，有力地促进了中国钨及其相关产业的技术进步。

1.2 成果的创造性、先进性

（1）首次在国际上建立APT结晶动力学模型。首次提出“动态拟合对比法”，系统研究了APT结晶动力学，建立了数学模型。

（2）白钨矿低耗高效分解技术。首次探明了白钨矿磷酸根碱分解中碱浓度与分解率的负相关关系。找到了新的钨矿晶格活化源和液体分解剂，率先实现了低碱体系中白钨矿的彻底分解，该技术还可适用于黑钨和难选黑白钨混合矿。

（3）专有的APT物性控制技术。首次研发出晶体悬浮-层流结晶技术、晶粒球化技术、低温-表面活性技术，在国内外率先采用湿法冶金方法制备出单晶、球形、超细APT粉体，并首次实现了工业化生产。

（4）独特的钨冶炼离子交换技术。发现了溶液中钨酸根与氯根的非均相化现象，开发出模糊交换-超解吸技术，能耗和辅助材料消耗平均降低50％，实现了中国钨冶炼离子交换工艺大幅度节能降耗的目标。

（5）首次研发出APT结晶母液高效闭路循环技术，实现母液零排放，率先在我国钨冶炼中实现绿色生产。

（6）研发出独有的APT结晶氨尾气高效回收工艺，实现了氨气返回使用和达标排放。

（7）自主设计并建成了国内外首条由黑白钨矿生产超高性能APT的生产线。

1.3 APT冶炼经济技术指标与国内外先进技术比较

表1数据来自4项核心技术经济指标的综合结果。从表可见，各项主要性能参数均优于国内外同类先进技术。金属收率提高4.8％，碱排放量降低81.8％，氨氮排放降低99.6％，原辅材料消耗平均降低50％。

1.4 经济效益和社会效益

1.4.1 直接经济效益

该项目4大核心技术在章源钨业公司工业化应用以来，APT冶炼成本降低7 236元/t，共累计实现销售收入124.04亿元，上缴税收1.47亿元，实现利润7.35亿元，创汇1.82亿美元。

1.4.2 社会效益

（1）找到了白（黑）钨矿高效、洁净、低耗制取超高性能APT的全新技术途径，从根本上解决了中国钨产业可持续发展的瓶颈问题。

表1 APT绿色冶炼技术与国内外同类技术主要技术、经济指标对比

（2）与白钨矿高碱冶炼工艺相比，该项目累计节省钨精矿3 827.6t、煤2.8万t、电1.02亿度，减少NaOH排放2.6万t、氨氮排放1.15万t。减少CO2排放29.13万t。实现了中国钨冶炼工业的高效绿色生产，为江河水体保护和人民身体健康作出了贡献。

（3）完成了中国首条最大规模的黑白钨矿制取高性能APT生产线的成套设计，促进了中国钨行业的升级和发展。

（4）该项目微细晶体结晶过程动力学研究方法、单晶制取技术及装置、模糊交换-超解吸技术、双逆流旋涡冷凝技术及装置可应用于其他金属冶炼和化工领域，促进了相关行业的技术进步。

1.4.3 潜在效益

（1）中国白钨储量201万t，以钨矿采选回收率为50％、每吨APT消耗1.39t钨精矿计，按该项目当前市场占有率51.3％计算，项目可使中国钨精矿累计节省3.08万t。由于APT单位成本降低和售价提高，潜在效益达86.95亿元。

（2）该项目将黑钨生产线经简单改造后，可用于白钨冶炼。我国现有黑钨生产APT规模9万t，每吨APT减少投资9 000元，若按50％改造，可节约投资4.05亿元。

（3）预计用于钨丝的APT为21.75万t（占总量的15％），由于成品率升高，潜在效益达24.36亿元。

2 黑白钨矿零排放闭路冶炼工艺技术攻关

根据国家环境保护部的新规，钨冶炼为一类元素排放废水，强制执行零排放要求。受工艺的限制，离子交换工艺和萃取工艺目前不能实现零排放。研究能够实现闭路循环和零排放的创新性钨冶炼工艺迫在眉睫。

全国钨冶炼企业向江河每年排放废水高达2 400万m3，排放烧碱4.16万t，氨氮2.04万t，废水排放pH值高达13（超国标1万倍），氨氮排放高达500mg/L，是国家标准的33余倍。

随着国家环保政策日趋严厉，现行的黑白钨冶炼工艺已经走到尽头。中国钨冶炼企业面临着大面积被政府关闭的危险境地。

章源钨业公司已在“黑白钨矿零排放闭路冶炼工艺”研究上取得关键技术的重大突破，研发成果将改写世界黑白钨酸、碱冶炼的历史，创造新一代的钨冶炼工艺，为中国钨工业可持续发展作出贡献。

［1］万林生.钨冶金［M］.北京：冶金工业出版社，2011.

［2］万林生，徐国钻，严永海，等.中国钨冶炼工艺发展历程及技术进步［J］.中国钨业，2009，24（5）：63-66.