黑鎢礦的化學性質是什麼？

黑鎢礦（Wolframite）是一種化學式為(Fe,Mn)WO₄的重要鎢酸鹽礦物，其化學性質直接影響冶金工藝路線設計與反應條件控制，對高效、經濟地回收鎢具有決定性意義。其主要化學特性可歸納如下：

1.常溫穩定性

黑鎢礦在常溫常壓下表現出極高的化學穩定性，對水、空氣、非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸）及常見有機溶劑均呈惰性，不發生溶解或明顯反應。這一特性源於其晶體結構中[WO₄]²⁻四面體與Fe²⁺/Mn²⁺之間通過強離子鍵結合，形成緻密且穩定的晶格結構，有效抑制了離子交換反應及質子（H⁺）的侵蝕。

2.高溫反應性

黑鎢礦的高溫化學行為是鎢提取的基礎。在氧化氣氛中於600–800℃範圍內進行焙燒，可分解為WO₃和相應的鐵/錳氧化物（如Fe₂O₃、Mn₂O₃）。更為常用的工業方法為堿法分解，在超過750℃的溫度下與氫氧化鈉（NaOH）及氧氣（O₂）反應，生成可溶性的鎢酸鈉（Na₂WO₄），從而實現鎢與鐵、錳的分離。

3.雜質元素的影響

黑鎢礦中所含的雜質元素對其後續冶煉過程和最終產品性能影響顯著。磷（P）、砷（As）等雜質即使含量甚微，也會嚴重損害鎢合金的韌性與力學性能，必須在濕法冶金過程中深度淨化。此外，晶體中普遍發生的類質同象替代直接影響其冶金行為：若Mg²⁺、Ca²⁺等離子替代Fe²⁺/Mn²⁺，會導致礦物熔點降低並增加冶煉渣量；而若Nb⁵⁺、Ta⁵⁺等高價離子替代W⁶⁺，則會形成難溶的鉭鈮酸鹽類化合物，嚴重阻礙鎢的高效浸出與回收。

4.酸堿反應特性

黑鎢礦與酸的反應行為複雜，強烈依賴於酸的類型與濃度。它與氧化性酸（如濃硝酸）可發生劇烈反應，生成不溶性的黃色鎢酸（H₂WO₄）沉澱；與非氧化性強酸（如熱濃鹽酸）反應緩慢且不完全，主要依賴氯離子的絡合作用部分形成可溶性氯氧鎢絡合物；它與混合酸（如王水或HF-HNO₃混合物）則可被有效分解，其中氫氟酸（HF）常被用於協同溶解共生的石英（SiO₂）等脈石礦物。值得注意的是，黑鎢礦對常溫下的稀酸溶液表現出高度化學惰性，因此無法採用常規酸浸工藝進行處理。