高纯钨粉氢还原细节

5N以上的高纯钨具有对电子迁移的高电阻、高温稳定性以及能形成稳定的硅化物，被广泛应用于大规模集成电路的门电路电极材料。目前使用氢还原法制备高纯钨粉有两个关键点：一是冶炼提纯技术的改进，原料纯度达到相应纯度的要求；二是钨粉制备过程洁净化，生产过程中减少杂质的污染。

传统高纯钨粉的制备还原工艺路径，主要分为钨酸盐溶液净化、还原法制备金属钨和钨金属除杂。国内外针对冶炼提纯技术已经做出大量工作，原料普遍能够达到制备 5N级高纯钨粉的纯度要求。然而，钨粉制备过程中由于工艺中常常由于杂质的引入，采用高纯原料也难以生产5N级高纯钨粉，最终通过钨粉的除杂工序来提高纯度。

要解决氢还原过程中，杂质的介入问题，有学者提出了不同的看法，在高纯钨粉的生产过程中，Th、U、Li、F、P、S、Ti、V、Co、Cu、Zn、As、Zr、Mo、Cd、Sn、Sb、 Pb、Bi属于遗传性元素，上述元素含量在钨粉生产中不会增加和减少，通过严格控制高纯 APT原料纯度，可达到要求；K、Na、Cl元素属于反应和挥发性元素，尤其在还原过程中，控制设备的洁净度，可减低反应和挥发性元素的含量；而Mg、Ca、Si、Al、Fe、Cr、Ni属于容易增加元素，Mg、Ca、Si、Al属于环境中增加元素，而Fe、Cr、Ni为设备和工艺中增加的元素，也因此，主要控制设备和工艺中引入的杂质元素，即可保证钨的纯度。所述的主要设备为镍基合金舟皿，310不锈钢回转炉，涂覆碳化钨系涂层螺旋进料机等。

Fe、Cr、Ni杂质元素主要通过以下途径来防止混入：高纯WO₃进入还原炉舟皿中还原，还原温度在800℃～1000℃之间，Fe、Cr、Ni扩散速度大大增加，物料与舟皿静态接触也为元素的扩散提供了条件。根据实验验证，Fe、Cr、Ni杂质元素以扩散的方式进入W粉可达2ppm以上。也因此，研究人员使用镍基金属间化合物，从而增加舟皿的耐热性、高温强度，减少高温时氢脆而产生裂缝的情形。另外，水蒸汽与三氧化钨中杂质Cl反应，可在局部产生酸性腐蚀液体，腐蚀舟皿，使Fe、Cr、Ni杂质元素以团聚物的形式进入物料，而使用镍基金属间化合物，可防止舟皿变形、起皮而引起Fe、Cr、Ni杂质元素增加。

使用浆叶涂覆碳化钨系涂层螺旋进料机构，将高纯仲钨酸 铵(APT)通过螺旋进料机构进入回转炉炉管内，由于物料与螺旋进料机构的浆叶之间的摩擦，使Fe、Cr、Ni杂质元素等进入物料，产品出现质量波动，高纯仲钨酸铵(APT)物料进入310不锈钢回转炉炉管内煅烧后，由于煅烧温度在700℃左右，Fe、 Cr、Ni元素扩散并不明显，因此，在煅烧阶段WO₃中微量元素不会明显增加。另外，炉内含有大量的水蒸汽，使用310不锈钢材质，可制止Fe、Cr、Ni杂质超标，以过筛率控制因腐蚀产生的团聚物，防止污染高纯WO₃。

新工艺从细节入手，利用传统工艺设备，是一种制备低杂质含量钨粉的工业方法，可以有效控制钨粉制造过程中的杂质含量，从而达到制取高纯钨粉的目的。

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