與傳統堿壓煮工藝相比，擠出法堿分解黑鎢礦新工藝能在較低溫度下實現黑鎢礦的高效分解，其主要特點有以下幾個方面：

1：提高堿濃度，實現有效分解。通過實驗資料可知，在堿分解的過程中，主要借助氫氧化鈉與黑鎢礦反應，氫氧化鈉的活度隨著其濃度的增加而升高，並且升高的趨勢隨著溫度的降低愈加顯著。因此在不影響傳質的前提下，在較低溫度增大堿濃度，不僅可以增大溶液的沸點，使反應在常壓條件下進行而脫離高壓設備，而且可以補償因溫度降低導致的表面化學反應速率常數的下降，總體上提高反應速率。本工藝通過大幅減少配水量，極大提高了堿濃度，因而有利於在低溫度下實現黑鎢礦的有效分解。

2：反應設備全開放，增加與空氣接觸機會。氫氧化鈉浸出黑鎢礦時，在溫度高於102℃，且沒有氧化劑存在的條件下，分解產物中鐵主要以FeO形式存在，而錳則生成Mn（OH）2，在分解過程中，高黏度的黑鎢礦在雙螺杆擠出機內反應時全開放的。反應過程中熱礦漿可不斷與空氣接觸，在此氧化條件下，推動了反應向正方向的進行，促進了黑鎢礦的分解。

3：反應設備高速旋轉增堿浸速率。本工藝以雙螺杆擠出機為反應器，在反應擠出過程中，相互嚙合、高速旋轉的螺杆為機筒內填充的高濃度、高粘度的黑鎢礦礦漿提供了強烈的擠壓、剪切和攪拌作用、使礦漿得到充分混勻和活化的同時，及時剝除了礦物表面的產物膜，使礦物表面得到不斷地更新，提高了礦漿各組分的熱交換和交換速率，因而增大了黑鎢礦的堿浸速率。




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擠出法堿分解黑鎢礦浸出率除了受到反應溫度、反應時間、螺杆轉速的影響之外還受到堿用量的影響。為了檢測堿用量對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，以下通過實驗資料加以說明。

檢測堿用量對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，實驗過程是通過在溫度為120℃、螺杆轉速為180r/min、反應時間為2.5h的條件下，考察了堿用量（實際用量與理論用量的比值）對黑鎢礦浸出率的影響。以下表格資料是堿用量對黑鎢礦浸出的影響：

從以上表格資料可以看出，雖然隨著堿用量不斷增加，渣中含WO3量不斷減少，但當減用量為1.6倍時，渣中WO3含量為2.54%，此時浸出率已達到99.13%，浸出率較高；與傳統堿法工藝相比，擠出法堿分解黑鎢礦在堿用量不高，在溫度更低的條件下同樣獲得了較好的浸出效果。因此，因此綜合考慮浸出效果和生產成本，選取最佳的堿用量為理論量的1.6倍。


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擠出法堿分解黑鎢礦浸出率除了受到反應溫度、反應時間的影響之外還受到螺杆轉速的影響。為了檢測螺杆轉速對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，以下通過實驗資料加以說明。

檢測螺杆轉速對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，實驗過程是通過在控制溫度為120℃、反應時間為2.5h、堿用量為理論用量3倍的條件下，考察了螺杆轉速對黑鎢礦浸出率的影響。以下表格資料是螺杆轉速對黑鎢礦浸出的影響：

從以上表格資料可以看出，螺杆轉速的增加有利於黑鎢礦浸出率的上升。隨著轉速增加，螺杆對高粘度礦漿的剪切力及機械活化作用將更強。同時，在反應的過程中，礦物表面浸出劑更新速度也不斷加快，物料中各組分的熱交換和質交換速率提高，因此，浸出率也隨之上升。綜合考慮，選取最佳螺杆轉速為180r/min。


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擠出法堿分解黑鎢礦浸出率除了受到反應溫度的影響之外還受到反應時間的影響。為了檢測反應時間對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，以下通過實驗資料加以說明。

檢測反應時間對擠出法堿分解黑鎢礦浸出率的影響，實驗過程是通過用實際用量為理論用量3倍的堿調製礦漿，在浸出溫度120℃、螺杆轉速為120r/min的條件下加入雙螺杆擠出機構，考察反應時間對黑鎢礦浸出率的影響。

以下表格資料是反應時間對黑鎢礦浸出的影響：

從以上表格資料可以看出，隨著反應時間的增加，渣中所含不溶性WO3顯著降低。當反應時間由1h延長至2.5h時，渣中WO3含量已從7.25%降至1.93%；相應的浸出率由95.49%升至99.33%。然而隨著時間的延長，渣中不溶性WO3含量有所下降但是幅度不大，綜合考慮生產能耗及浸出效率，選取最佳反應溫度為2.5h。


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反應擠出法堿分解黑鎢礦是通過將氫氧化鈉溶解在水中配成溶液，加入黑鎢精礦調漿，往擠出機中加入礦漿，反應結束後，將擠出料置於熱水中溶解、過濾、水洗後並烘乾獲取而得的。堿分解黑鎢精礦的過程中會受到一定因素的影響，以下介紹反應溫度影響擠出法堿分解黑鎢礦浸出率。

檢測反應溫度影響擠出法堿分解黑鎢礦浸出率，通過螺杆轉速為120r/min、堿用量為理論量3倍、反應時間為2.5h的條件下進行考察。以下表格資料是反應溫度對黑鎢礦浸出的影響：

從以上表格資料可以看出，隨著浸出溫度的升高，渣含WO3量不斷減少，當溫度升至120℃時，渣中含WO3量已降至1.93%，相當於鎢的浸出率為99.33%。可見，隨著溫度的升高，擠出法堿分解黑鎢礦浸出率也跟著升高，為了保證在一定條件下，降低能耗，節約成本，在堿分解黑鎢礦的過程中應選取最佳的反應溫度為120℃。


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航天器處於高能宇宙射線的輻射環境中，這些射線包括高能的重帶電粒子和高通量的γ 射線，特別是發生太陽質子事件時，航天器所處的輻射環境將更加嚴酷。複雜的輻射環境也對航空航天用防護材料提出了更高的要求，不僅要求材料具有屏蔽複雜混合場的功能，而且要求材料具有良好的物理性能。

鎢合金為高密度合金，其鎢含量通常在90%（質量分數）以上，其密度通常也在17g/cm3以上，據研究表明當光子的能量為1.25 MeV 時，鎢合金的10倍減弱厚度為鉛的一半，且因鎢合金屏蔽材料的高密度使其在質量輕而厚度薄，相比較而言，在空間較小的環境下，可以利用較小厚度的鎢達到較大程度的減少光子劑量率的目的。同時，鎢合金硬度大，強度高，抗輻射損傷且耐腐蝕。因此，鎢合金為航空航天領域的理想防護材料。




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核電是一種經濟、安全、清潔的能源，我國目前在建的核電站有13座，籌辦中的核電站有28 座，已經成為世界上在建核電裝機容量最大的國家。核反應堆的輻射防護設計一般由幾個相關階段組成，其中第一個階段便是輻射防護材料的選擇，這是因為核電輻射屏蔽裝置是反應堆裝置中非常昂貴的部分。據統計屏蔽費用不少於整個核動力裝置造價的30％，而且附加10倍的屏蔽衰減會使屏蔽費用平均增加15％。低成本的屏蔽材料並不意味著整體的成本就低，屏蔽性能差的材料，要達到屏蔽要求，屏蔽體必須做的很大、很重，這樣就會增加耗費。有些核動力裝置（比如移動式核反應堆、核潛艇等）要求屏蔽體不能太大、太重，而且對屏蔽材料本身要求的某些方面，在很大程度上是自相矛盾的。

鎢合金結合了高密度性（密度比鉛高60%），良好的機械加工性，良好的耐腐蝕性、高輻射吸收能力（優於鉛和鋼），高強度等特性，當遇到特有的應用，比如說水下應用、箱體結構的屏蔽層時等，鎢的屏蔽效果能夠真正的顯示出來。因此，鎢合金成為核電輻射屏蔽領域的最佳原材料。




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目前主要的中子屏蔽複合材料有鎢合金、含鉛混凝土、利波維茨合金、Rad-block、鉛硼聚乙烯、聚乙烯醇-聚乙烯（PVA-PE）、環氧樹脂碳化硼鋁（ Al-BC）等。但許多中子屏蔽材料都有其各自的不足，難以滿足不同領域的輻射防護要求，主要表現為含鉛物質容易污染環境；利波維茨合金不僅含有鉛並且還在生產製作過程中產生有毒氣體；Rad-block製作工藝複雜並且需要特殊設備；鉛硼聚乙烯、PVA-PE機械強度差、耐熱性和耐持久性均不理想；環氧樹脂碳化硼鋁（Al-B4C）各種性能均較理想，但其中的碳化硼價格十分昂貴。因此，需要尋求一種新的屏蔽材料來滿足各種需求。

高密度鎢合金具有熱膨脹係數小、抗蝕性和抗氧化性能好、導電導熱性能好，強度高、延性好、抗衝擊韌性好，良好的射線吸收能力等優異性能，同時鎢合金屏蔽件不產生二次韌致輻射，硬度大而且同樣的屏蔽效果厚度僅為鉛的2/3，且鎢抗輻射損傷且耐腐蝕。因此，鎢合金屏蔽件以其高密度、極強的防γ射線能力，高強度，無毒環保等優勢成為中子屏蔽領​​域的重要選擇。




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中子與物質發生的相互作用包括：彈性散射、去彈性散射、非彈性散射、俘獲、散裂。快中子（10KeV~10 MeV）以彈性散射和非彈性散射為主，其中在>1 MeV 的快中子，主要是和反應截面高重金屬離子發生相互作用，而<1 MeV 的快中子主要和含質子比較多的H發生作用而被其屏蔽；中能中子（1KeV~10 KeV）慢中子（0.5KeV~1 KeV）和物質作用主要以彈性散射為主；熱中子（0.025KeV ~0.5 KeV）以輻射俘獲為主。慢中子的吸收劑為含硼、鋰、钆元素化合物中的至少一種；快中子慢化劑為石墨或含鏑元素原子的化合物中的至少一種及含氫多的物質；γ射線的屏蔽材料為含鉛、鎢、鋇等重金屬元素原子的單質或化合物的至少一種。

在實踐和工程中，發現鉛作為屏蔽材料有不可克服的缺點，比如會產生二次韌致輻射，硬度比較差，同時鉛本身是重金屬污染源，很可能在使用過程中造成重金屬中毒。相對鉛來說，鎢合金與粒子不起反應並且是無毒的，能夠較好的克服鉛的弊端，消除了伴隨的毒性危害和混合廢物處理成本。




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核輻射屏蔽材料的主要作用是吸收或減弱中子和γ射線。對於中子，由於經過壓力殼和密封倉後，大部分中子已被慢化為熱中子或超熱中子，此類中子需要熱中子吸收截面較大的材料進行有效吸收而不致於溢出。一般而言，鋁基複合材料密度低，硬度和強度較高，韌性好。經研究作為結構中子吸收材料的鋁碳化硼材料，可以作為核屏蔽材料填充反應堆密封倉。
鎢合金屏蔽件與鋁基屏蔽材料在中子屏蔽方面的比較。鎢合金屏蔽件,鋁基屏蔽材料
鎢合金是鎢的一種常用形式，它是一種鎢基高比重合金，是一種具有高硬度、高熔點的合金，含鎢量不低於90%，同時混合了鎳和碳等元素，以增強其硬度，可以很好的維持一定的形狀。相對於鋁基屏蔽材料，鎢合金屏蔽件具有具有使較高能量中子減速和吸收γ射線的雙重作用。同時，研究表明，10cm厚度的鎢合金材料可以屏蔽93%的中子，屏蔽效果極佳，故屏蔽中子首推鎢合金屏蔽件。


 

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