钨粉氢还原制备技术与关键装备

时间：2019-03-12 作者：91再生 来源：91再生网

　　中国是世界上钨储量、钨产量、钨消费量、钨出口量最大的国家。由于装备落后、工艺重复性差，导致国内钨行业主要以初级产品为主，高水平产品质量不稳定。钨作为一种战略性有色金属，因具有高熔点、高弹性模量、高硬度、良好的导热性及优良的断裂韧性等性质，被应用于硬质合金、钨基高密度合金、钨丝、钨电极等众多领域。随着现代工业技术的发展，传统钨粉末制备而成的钨制品已难以满足工业需要。而钨制品的性能在相当程度上取决于原料钨粉的质量，因此，欲制备性能良好的钨制品，必须制备质量优异的钨粉。

 

　　制备质量优异的钨粉，必须对其制备反应机理及工艺装备进行持续系统的研究。WO3还原成钨粉过程中的物相变化已有深入研究，想要提高钨粉质量，除有好的生产工艺之外，还需要有配套的设备来提供保障。钨行业中，多管还原炉是国外先进企业应用最多的，而其监控手段所达到的智能化自动化水平，亦是衡量企业还原设备先进与否的重要标志。二十世纪初，国产化的多管还原炉已拥有较高自动化水平，无论从设计、国内配套、制造还是实际生产应用效果上，均己达到国际同行先进水平，已成为国内钨企业更新改造的首选设备类型。

 

　　氢还原法制取钨粉基本原理

 

　　当前制取金属钨粉的主要方法为钨氧化物氢还原法，其是利用氢气脱除氧制取金属钨粉的一种方法。

 

　　用氢还原WO3制取W粉的总反应为：

 

　　WO3+3H2=W+3H2O                        （1）

 

　　由于钨具有4 种比较稳定的氧化物，还原反应实际按以下顺序进行：

 

　　WO3+0.1H2=WO2.90+0.1H2O          （2）

 

　　WO2.90+0.18H2=WO2.72+0.18H2O （3）

 

　　WO2.72+0.72H2=WO2+0.72H2O     （4）

 

　　WO2+2H2=W+2H2O                      （5）

 

　　综合不同条件下还原的相变过程，可示意如下图

 

　　氢还原氧化钨过程示意图

 

　　氢还原钨氧化物制取钨粉的工艺

 

　　氢还原法制取钨粉具有简捷易行、先进合理、稳定可靠、成本低等特点，其主要工艺步骤：

 

　　氧化钨→氢气还原→过筛→合批→钨粉

 

　　随着钨粉制造水平的提高，在选用氧化钨原料方面有了很大进展。从开始以钨酸（H2WO4）和黄色氧化钨（简称黄钨，WO3）为原料，到现在普遍采用蓝色氧化钨（简称蓝钨，WO2.90）和紫色氧化钨（简称紫钨，WO2.72）为原料。原料的物相结构、成分及其物理化学性质对钨粉的粒度及均匀性的影响较大。

 

　　在还原过程中，通过调节各种工艺参数，如还原温度、料层厚度、氢气流量、氢气流向等，可以控制还原后得到的钨粉粒度。

 

　　钨粉生产工艺流程图

 

　　氢还原钨氧化物关键设备

 

　　目前，还原过程通常在回转管式炉、四管马弗炉及多管炉中进行，相对而言，后者的温度均匀，产品粒度容易控制，且粒度均匀性好。

 

　　国内外目前常有的还原设备

 

　　回转炉具有结构简单、连续作业、机械化程度高、产量大、效益高等特点。但设备噪音大、炉管内物料飞扬易堵进料端，对批量小，要求不混级的产品不能灵活适应。

 

　　四管还原炉的特点是操作简便，设备结构简单，易于制造维修，造价低，热效率大大提高，在较大规模的三氧化钨氢还原制取中、细颗粒钨粉的生产中，得到较好的应用。但四管还原炉产量低，能量损失大，控制系统较落后。

 

　　传统多管还原炉是取代老式还原炉的更新换代炉型。该炉的优点是生产能力大、实用性较广、炉管寿命长、节省劳动力，可实现半自动化控制，成为国内外先进厂家盛行的推进式还原炉。其缺点不能连续化，进出料装卸频繁，舟皿比较笨重，不但增加了人为因素对产品质量及收率的影响，且劳动强度大。