蓝钨生产工艺参数对其物理性能影响的研究

2020-02-25徐俊良王水龙王海龙廖旺旺

世界有色金属 2020年22期

徐俊良，王水龙，王海龙，廖旺旺，阳杰

（赣州海创钨业有限公司，江西赣州 341500）

在钨氧化物氢还原制取金属钨粉的过程中，所用氧化钨的物理性能对还原过程及最终钨粉的质量产生较大的影响，而蓝钨是生产钨粉的重要原料之一，许多学者的研究工作和生产实践证明：蓝钨不是单一化学成分的化合物，它是由铵钨氢铜（六方结构）、氢钨氢铜（正方或六方结晶）、β-氧化钨(WO2.90)和γ-氧化钨(WO2.72)组成的混合物，在还原气氛较强的情况下，还有WO2 和β-W[1]。一般蓝钨假晶保留其原料APT 颗粒的外形，但煅烧过程中由于仲钨酸铵(以下简称APT）高温分解，在产品生成时有气体逸出及密度升高，使得颗粒内部收缩产生裂纹，每颗蓝钨假晶内部实际上是由许多小颗粒组成[2]，由于裂纹的生成，蓝钨的比表面积和松装密度等发生很大的变化，本文着重研究蓝钨生产工艺中原料、煅烧温度、给料速度、炉管转速对蓝钨物理性能影响的。

1 实验过程

1.1 实验原理

APT 在煅烧过程中不通H2和NH3，采用自还原密闭煅烧[3]，煅烧产生的NH3部分分解为N2和H2，因而系统中为还原气氛，钨氧化物被轻度还原得到蓝钨。

1.2 原料准备

选用不同物理性能（粒度、松装密度）的APT，具体见下表1 中A、B、C、D、E、F 编号APT。

表1 不同物理性能的APT

1.3 实验方法

将6 组APT 通过不同的煅烧温度、给料速度、炉管转速煅烧出蓝钨，并检测蓝钨Fsss、松装密度、氧指数、β-氧化钨相组分及比表面。

1.4 主要设备

实验所用主要设备为直径400mm 回转式电炉（最高加热温度900）、Fsss 粒度仪、松装密度仪、比表面仪、蓝钨相成分标样等其他辅助检测设备及试剂。

1.5 检测方法

粒度检测采用Fsss 粒度仪；松装密度采用松装密度仪；氧指数检测采用容量法硫代硫酸钠滴定；β-氧化钨相组分采用发明专利“一种工业蓝钨相成分的炉前快速检测方法”检测；比表面积通过比表面分析仪测定。

2 试验结果及分析讨论

2.1 煅烧温度对蓝钨的性能影响

保持炉管转数为20HZe，给料速度180kg/h，其他工艺参数不改变，只调整三段煅烧温度，得到蓝钨检测结果如表2～表5。

表2 在620、630、640℃温度下煅烧结果

表3 在640、650、660℃温度下煅烧结果

表4 在660、670、680℃温度下煅烧结果

表5 在680、690、700℃温度下煅烧结果

从表2 到表5 可知分别对A-F 六种不同物理性能的原料进行了不同煅烧温度的实验对比：

原料APT 松装密度和Fsss 粒度对蓝钨Fsss 粒度和松装密度的影响为：结合表1，APT 松装密度与蓝钨松装密度是呈线性关系的，在同等工艺下APT 松装密度越大，蓝钨松装密度也越大；蓝钨的Fsss 粒度受原料APT 影响比较大，受煅烧温度影响比较小，原料APT 粒度越大，煅烧的蓝钨粒度也越大。这是因为煅烧之后的蓝钨颗粒大小基本由APT 原始颗粒大小决定，煅烧过程中虽有少量颗粒破碎，总体还是受原料APT 的原始形貌决定；原料APT 的松装密度是由颗粒大小和空隙填充两个方面同时决定的，颗粒越粗、填充越紧密，得到的APT 松装密度最大，而蓝钨的颗粒大小和空隙填充基本遗传了APT 的性能，所以APT 原料的松装密度越大、Fsss 粒度越大，同工艺下得到蓝钨松装密度和Fsss 粒度越大。

煅烧温度对蓝钨Fsss 粒度、氧指数、松装密度、WO2.90相、比表面的影响：随着煅烧温度的升高，蓝钨Fsss 粒度有少量下降，但不明显，蓝钨松装密度和氧指数随着温度的升高逐渐下降，WO2.90相越来越多（本实验只研究氧指数大于2.893），比表面积降低。因为煅烧温度的升高，无论是APT 的排水、排铵、NH3裂解速度都在加剧，炉内还原气氛增强加剧了脱氧的过程，所以随着煅烧温度的逐渐升高，得到蓝钨的氧指数越来越低，氧指数趋近2.90，WO2.90相越来越多；APT 煅烧过程中一方面由于气体的逸出和产物密度的升高，颗粒内部收缩产生裂纹，每颗蓝钨氧化钨假晶内部实际上是有许多小颗粒组成，当在低温煅烧时，有大量的铵钨氢铜（六方结构）、氢钨氢铜（正方或六方结晶）相存在，而铵钨氢铜、氢钨氢铜晶体内部由小颗粒组成，只有微小的颗粒内部通道，没有明显的大孔洞存在，随着温度的升高，蓝钨内部小颗粒有长大的趋势，由于大小颗粒内应力的差别，所以小颗粒破碎，而大颗粒吞并小颗粒，促进颗粒不断长大，而蓝钨颗粒从内至外形成大量的孔洞[4]，所以蓝钨的松装密度逐渐下降；