偏鎢酸銨分解溫度

偏鎢酸銨圖片偏鎢酸銨(Ammonium Paratungstate, AMT)分解溫度是偏鎢酸銨發生分解反應產生其它產物時的溫度,實際生產中,根據反應完全與否,偏鎢酸銨可以有幾種不同的分解溫度。分解溫度指處於粘流態的聚合物當溫度進一步升高時,便會使分子鏈的降解加劇,升至使聚合物分子鏈明顯降解時的溫度。許多無機物質和有機物質被加熱到一定程度時都會發生分解反應,如有機物、聚合物等。
 
偏鎢酸銨在不同的分解溫度下,會產生不同的產物。當熱處理溫度在200~300°C下,脫除全部結晶水和大部分的銨離子;在300-350°C的溫度下發生相轉變,生成亞穩氧化鎢物種;當熱處理溫度升到500~550°C時,仍有少量的銨根和結合水沒有分解;而當熱處理溫度在600°C以上時,偏鎢酸銨將完全分解為三氧化鎢(WO3);當溫度升至700°C,保溫時間2小時,可以得到空心介孔三氧化鎢球。
 
關於偏鎢酸銨:
偏鎢酸銨是鎢濕法冶煉過程的重要中間化合物,外觀呈白色略帶黃色的結晶,是所有鎢化合物中溶解度最大的,25℃時,溶解度大於300g WO3/100ml H2O。偏鎢酸銨的製備方法主要有酸中和法、熱分離法、電滲析法、離子交換法、溶劑萃取法以及用仲鎢酸銨為原料製備的方法。AMT是製備鎢系化合物(如三氧化鎢、藍色氧化鎢、六氯化鎢等)的重要原料;同時,它也常被用於石油、化工、陶瓷、潤滑劑等行業;另外,由於近年來電子行業的不斷興起以及新材料的不斷挖掘,AMT也被用於半導體設備的薄膜襯底、電容器、遮罩件等。

 

偏鎢酸銨噴霧乾燥塔

偏鎢酸銨噴霧乾燥塔圖片偏鎢酸銨噴霧乾燥塔屬於偏鎢酸銨生產的噴霧設備,是液體成形工藝和乾燥工業中最廣泛應用的工藝。噴霧乾燥塔適用於從懸乳液、溶液、乳液和糊狀液體原料中生產粉體、顆粒狀固體產品。因此,當成品的顆粒大小分佈、殘留水分含量、堆積密度和顆粒形狀都符合精確的標準時,噴霧乾燥塔是十分理想的乾燥工藝。
 
偏鎢酸銨噴霧乾燥塔的工作原理是:空氣經過過濾和加熱,進入乾燥器頂部空氣分配器,熱空氣呈螺旋狀均勻地進入乾燥室。AMT料液經塔體頂部的高速離心霧化器(旋轉)噴霧成極細微的AMT霧狀液珠,與熱空氣並流接觸,在極短的時間內可乾燥AMT。然後,偏鎢酸銨成品連續地由噴霧乾燥塔底部的旋風分離器中輸出,廢氣由風機排空。
 
延伸閱讀:
噴霧乾燥塔是可用於生物農藥、醫藥、食品微生物的乾燥的設備,其水分蒸發速率最大為:10kg;氣體乾燥速率最大為:150kg/h;注入空氣速率:350°C;其主要功能是將噴入噴霧乾燥塔中的溶液狀態物料乾燥,而後以固體粉末狀態出料。噴霧乾燥塔具有6個特點,如下:
1. 乾燥速度快,完成只需數秒鐘;
2. 適宜於熱敏性物料乾燥;
3. 使用範圍廣,大多特性差異很大的產品都能使用;
4. 產品具有良好的分散性,流動性和溶解性;
5. 生產過程簡化,操作控制方便;
6. 與物料接觸部分採用不銹鋼材料,使物料免受污染和延長設備壽命。

 

偏鎢酸銨檢測方法及設備

偏鎢酸銨的檢測方法有石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS),火焰原子吸收光譜法(FAAS),電感耦合等離子體發射光譜(ICP-MS),以及共沉澱分離-氫化物發生-原子螢光光譜法(即共沉澱分離-HG-AFS法)。
 
石墨爐原子吸收光譜法是利用石墨材料製成管、杯等形狀的原子化器,用電流加熱原子化進行原子吸收分析的方法。由於樣品全部參加原子化,並且避免了原子濃度在火焰氣體中的稀釋,分析靈敏度得到了顯著的提高。該法用於測定痕量金屬元素,在性能上比其他許多方法好,並能用於少量樣品的分析和固體樣品直接分析。

火焰原子吸收光譜儀原子化器
 
偏鎢酸銨的檢測設備有原子化器、火焰原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體質譜儀等。
1. 原子化器是原子吸收光譜分析進行試樣原子化的裝置,石墨爐原子吸收光譜法和原子吸收光譜法都有使用到。它將試樣轉化為自由原子蒸氣(基態原子),以便吸收特徵輻射,求計待測元素含量。原子化器的種類很多,大致可分為火餡原子化器及電熱原子化器兩大類。前者包括預混合型、全消耗型;後者包括石墨爐、碳絲原子化器、碳棒原子化器、石墨增竭、石墨探針等。
2. 電感耦合等離子體質譜儀由等離子體炬管(由三層同心石英管組成)、高頻發生器(產生高頻電流)、感應圈、供氣系統和霧化系統等幾個部分組成。
3. 火焰原子吸收光譜儀是由光源、原子化系統、分光系統和檢測系統組成,其原理是儀器從光源輻射出具有待測元素特徵譜線的光,通過試樣蒸氣時被其中待測元素基態原子所吸收,由輻射特徵譜線光被減弱的程度來測定試樣中待測元素的含量。

 

偏鎢酸銨生產設備

偏鎢酸銨生產設備根據其生產的不同階段可能需要用到不同的設備,如熱解法生產AMT,可能用到反應釜、回轉爐、高速離心噴霧乾燥設備或噴淋霧化乾燥設備、板框壓濾機、堿分解爐等;另外,其它熱解設備有微波爐、板式多膛爐和管式多膛爐等。實際生產工藝中發現,採用管式多膛爐,AMT的直收率可以達到95%以上。
 
目前,我國工業上生產偏鎢酸銨,採用的熱解設備主要為回轉煆燒爐,即回轉爐,是一種煆燒、焙燒或乾燥粒狀及粉狀物料的熱工設備。回轉爐爐體為一長的鋼質圓筒,內襯以耐火材料,爐體支承在數對托輪上,並具有3%~6%的傾斜度。爐體通過齒輪由電動機帶動緩慢旋轉。物料由較高的尾端加入,由較低的爐頭端卸出。爐頭端噴入燃料(煤粉、重油或氣體燃料),在爐內燃燒,煙氣由較高一端排出(物料與煙氣逆流)。回轉爐主要用於水泥工業中煆燒水泥熟料,也用於耐火材料及陶瓷工業煆燒粒狀及粉狀物料,在化學工業中廣泛用於乾燥、脫水及焙燒物料。

堿分解爐板框壓濾機

採用離子交換法生產偏鎢酸銨,可能用到離子交換柱、結晶器或噴霧乾燥器等一系列生產設備。堿分解爐在AMT製備過程中主要用於鎢礦的分解,將鎢溶解到溶液中。板框壓濾機是工業生產中的實現固體,液體分離的一種設備,在AMT製備過程中,用於鎢酸鈉除雜過程,生產高純鎢酸鈉。

離子交換柱噴霧乾燥塔

離子交換柱也稱混床,用來進行離子交換反應的柱狀壓力容器,在AMT生產過程中用於除雜,除去S、Mo、P、As、Ca、Cu和Sn等一系列雜質。噴霧乾燥塔是空氣經過濾和加熱,進入乾燥器頂部空氣分配器,熱空氣呈螺旋狀均勻地進入乾燥室,AMT料液經塔體頂部的高速離心霧化器或高壓霧化器,高溫空氣瞬間乾燥AMT。

 

偏鎢酸銨製備表層脫碳WC-Co梯度硬質合金預製體

以偏鎢酸銨(AMT)溶液為浸漬液製備出的表層脫碳WC-Co梯度硬質合金預製體能夠極大提高硬質合金的綜合性能,並且該工序簡單、操作方便,適於工業化生產。其製備步驟為:
1. 先將常規WC-Co硬質合金壓坯在真空條件下於100〜500°C之間進行脫蠟,再於800〜900°C進行預燒,獲得一定強度及孔隙度的預燒坯;
2. 再滲入偏鎢酸銨溶液,從表向裡形成一定深度及濃度梯度的偏鎢酸銨分佈;
3. 乾燥後將試樣放在真空爐中進行燒結,在低溫階段緩慢升溫,使得偏鎢酸銨分解,分解產物(鎢的氧化物)與表層WC、Co發生作用,即可制得表層脫碳WC-Co梯度硬質合金預製體。

偏鎢酸銨晶體圖片硬質合金鑽頭圖片
 
硬質合金是一種以難熔金屬化合物(如WC、TaC、TiC、NbC等)為基體,以過渡族金屬(Co、Fe和Ni)為粘結相,採用粉末冶金方法製備的金屬陶瓷工具材料。由於其高強度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐腐蝕、熱膨脹係數小以及化學性質穩定等優點,在金屬切削、木材加工、石油礦山鑽探、複合材料加工等方面有著重要的應用。常規WC-Co類硬質合金由WC相和粘結相的兩相均勻組成,產品的硬度、耐磨性與強韌性之間存在相悖的關係。20世紀80年代開發出表面高硬耐磨、心部強韌的WC-Co梯度結構硬質合金,而表層脫碳WC-Co梯度硬質合金預製體的出現是為了更方便地控制表面η相層形成深度,從而製備出性能更為優越的WC-Co梯度結構硬質合金。

 

二氧化矽負載偏鎢酸銨催化劑

研究發現,二氧化矽、二氧化鈦和氧化鋁為載體製備的負載偏鎢酸銨(AMT)催化劑對鄰苯二酚和甲醇氣相法合成鄰輕基苯甲醚的反應表現出很好的催化活性。而其中,尤以鎢負載量為7.9%的AMT/二氧化矽催化劑性能最佳;另外,研究指明,在焙燒製備過程中由偏鎢酸銨部分分解形成的具有弱酸、弱鹼性質的物種是催化反應的活性中心。

SiO2-AMT催化劑SEM失活的SiO2-AMT催化劑SEM
 
二氧化矽負載偏鎢酸銨催化劑的製備採用傳統浸漬方法,採用適量的偏鎢酸銨水溶液等體積浸漬二氧化矽載體(比表面積為538md2/g),然後在363K下乾燥6小時,之後在空氣氣氛下於一定溫度進行焙燒3小時,即得到SiO2/AMT催化劑。研究發現,不同焙燒溫度影響二氧化矽負載偏鎢酸銨催化劑的催化活性,在焙燒溫度為533K和573k得到的催化劑,在反應10小時內,鄰苯二酚轉化率和鄰羥基苯甲醚的選擇性分別保持在97%和90%左右,為最高。
 
另外,隨著反應時間的延長,二氧化矽負載偏鎢酸銨催化劑的活性緩慢下降,這主要由催化劑表明積碳引起。實驗對失活的SiO2/AMT催化劑進行再生處理並進行研究,其結果表明,採用醇洗吹掃和低溫(533k)焙燒的方法均不能明顯地恢復催化劑的活性,且再生後催化劑的穩定性較低。這可能是由於高溫再生處理後的催化劑表面的活性中心性質(包括酸鹼性質)已經發生了變化,從而使得再生後的催化劑更容易失活。

 

偏鎢酸銨水滑石催化劑

AMT水滑石樣品的XRD譜圖 近年來,固體酸堿催化的氣固相鄰苯二酚烷基化反應己經越來越為人們所關注,這是因為與傳統的合成方法相比,該合成工藝是一種環境友好的經濟型工藝,同時克服了傳統無機酸堿催化劑的環境污染、分離回收困難和設備腐蝕等弊端,在節約資源和提高經濟效益方面表現出明顯的優勢。研究發現,Al-Ti-P-O,Al-Ti-Si-P-O和二氧化矽負載偏鎢酸銨(AMT/SiO2)系列催化劑表現出很高的催化性能。
 
水滑石是一類具有層狀結構的陰離子黏土,由於其具有特殊的層狀結構和在酸堿催化、縮合、加聚、加氫及醇類轉化反應中表現出的高催化性能,一直受到人們的關注。水滑石陰離子的可交換性能使各類陰離子(如偏鎢酸根離子等)相繼被引入水滑石層間,從而形成了一大類材料——柱撐水滑石層狀材料。
 
研究指出一種偏鎢酸銨水滑石催化劑的製備方法,並研究其催化性能,其製備步驟如下:
1. 合成水滑石材料,以六水合硝酸鎂、硝酸鋁和氫氧化鈉為原料,控制最終反應體系pH=8~10,老化、抽濾、洗滌,得到水滑石NO3-MgAl;
2. 稱取一定量新製備的水滑石NO3-MgAl分散於蒸餾水中,室溫下攪拌過夜使水滑石充分膨脹;
3. 逐滴加入稀硝酸調節水滑石漿液的pH=5.5~6,升溫至348K;
4. 充分攪拌下迅速加入偏鎢酸銨溶液,並在348K下反應2~3小時,抽洗乾淨,348K下乾燥樣品,獲得偏鎢酸銨水滑石催化劑,即AMT-Mg2Al。
研究表明用AMT交換後水滑石對鄰苯二酚與甲醇的氣固相反應表現出活性,鄰苯二酚轉化率為75%,愈創木酚選擇性為90%,但催化劑存在活性衰減。

 

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