钨粉的制备方法及废料处理
发布日期:2018/11/26 15:08:20
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。
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
