离子交换法分离钨酸钠溶液中的钒

钒是银白色金属,熔点很高,为难熔金属。有延展性,质坚硬,无磁性。具有耐盐酸和硫酸的本领,并且耐气、盐、水腐蚀的性能要比大多数不锈钢好。钒的用途十分广泛,有金属“维生素”之称。最初的钒大多应用于钢铁,通过细化钢的组织和晶粒,提高晶粒粗化温度,从而起到增加钢的强度、韧性和耐磨性。后来,人们逐渐又发现了钒在钛合金中的优异改良作用,并应用到航空航天领域,从而使得航空航天工业取得了突破性的进展。
 
钒随着工业的高速发展,钨矿资源日趋减少,废钨资源的回收利用日益受到重视,废弃的钨金属制品经常含有其他有价金属成分,钒就是其中一种。钨回收过程中,废料中的钒和钨进入钨酸钠溶液,现有的分离技术还不成熟,容易造成钒的大量损失。
 
有报道研究成功了一种从废弃的钨金属制品中回收钨和钒的工艺,实现了对钨和钒的有效分离,采用的是离子交换法。对钨酸钠溶液先进行预处理,经过转型后的树脂吸附,钒吸附在树脂上,而钨大部分保留在流出液中,从而达到分离目的。通过此方法可得以下结论:
1. 对于OH- 型树脂,钒和三氧化钨都很难吸附上去。转为Cl- 型树脂后,钒很容易交换上柱,而三氧化钨不容易上柱。
2. pH值较低有利于树脂钒的吸附。流速对钒穿透交换容量的影响是非常显著的,说明树脂的交换速度比较慢,只有流速较小时才能保证其良好的吸附性能。 
3. 钒浓度越高越有利于树脂对钒的吸附,即钨和钒的分离系数越大。
 
总之,将含钒钨酸钠溶液pH调至8-10,通过经盐酸转型的某型号树脂吸附,钒被有效吸附于树脂上,钨绝大部分不被吸附进入交后液,从而达到钨钒分离的目的。钒的去除率和钨的回收率都达到了较高的水平。
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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 3/3

5、结晶时间
APT结晶时间是与结晶温度相关的因素,结晶温度高,则所需结晶时间短;反之,则结晶时间长。实验证明,杂质不仅可以在结晶过程中进入晶格,也能够在晶体与母液长时间接触中转入。也就是,结晶时间增长,会促使钠更多的进入到APT晶体中。所以,要得到高质量的细钨粉,有必要降低APT的结晶时间。
6、搅拌强度
随着APT蒸发结晶温度的升高和溶液过饱和度降低,搅拌对二次成核和扩散的影响都将减弱。其原因可能是高温状态下蒸发结晶,由于钠离子在水溶液中溶解度虽温度升高而增大,其在溶液中未达到饱和,与晶体接触的机会相对减小。尽管搅拌能有效增加接触机会,但是,这个影响不是很大。
7、结晶器壁比面积(S/V)
S/V增大,意味着结晶器壁表面的结垢增大,使得APT固相表面积加大,碰撞机会增加,促使钠进入APT晶格。故而,降低结晶器壁比面积可以降低APT中钠的含量。
蒸发结晶系统

APT蒸发结晶过程中,提高钨酸铵溶液中的WO3浓度可以同时降低氯化铵用量和钠离子浓度,有利于降低APT中的钠含量;在一定范围内降低APT结晶率、提高结晶温度和缩短结晶时间、降低搅拌强度均能在不同程度上降低钠的含量。结晶器壁比面积和洗涤也是减少钠含量较为有效的办法。

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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 1/3

在钨冶金工业中,仲钨酸铵(APT)作为重要的中间体,APT中杂质含量将影响其最终成品钨的质量。而钠的含量的高低会影响钨粉的颗粒度,高钠APT可以用于制备粗颗粒的钨粉;低钠APT则可以用于制备细颗粒钨粉。钨合金中最主要的原料是钨粉,其粒度的大小对钨合金的性能起到关键性作用。含细颗粒钨粉的合金性能明显高于含粗颗粒钨粉的合金。如果,钨粉颗粒为超细颗粒,那么合金性能可以得到一个质的飞跃,达到高强度与高硬度两者相统一的效果,从而扩展钨合金的应用领域。
钨粉颗粒

工业上为得到细颗粒钨粉,尽量减少其上游产品仲钨酸铵中钠的含量是一种行之有效的方式。文章将从钨酸铵溶液起始WO3浓度、APT结晶率、结晶温度、结晶时间、搅拌强度等7个方面对钠析出的影响,分析APT蒸发结晶过程中如何降低APT中钠的含量。
1、APT结晶率
APT蒸发结晶初期,由于溶液中APT过饱和度大,晶核生成和晶体成长的速度都很快,产生颗粒小的APT晶粒,此时,杂质钠容易进入到晶体内部。随着蒸发结晶的进行,溶液过饱和度迅速下降,含钠高且表面积大的APT小晶体容易溶解,而含钠少的大晶体则持续长大,使得APT中钠的含量总体呈下降趋势。而后随着母液的浓缩,Na+浓度不断提高,APT与Na+接触面积增大,APT中钠又呈上升趋势,如此循环。

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控制仲钨酸铵结晶中钠的含量 2/3

2、钨酸铵溶液起始WO3浓度
钨酸铵溶液中,钠因过饱和而析出的产物最大可能为钨酸钠。有研究表明,当钠离子的起始浓度固定时,WO3的浓度越高,APT中的钠含量越低。这主要是因为蒸发结晶过程中APT的过饱和度迅速消失,结晶后期APT晶体的析出完全依赖于溶液中水分的蒸发。而在一定温度下,不论结晶程度如何,结晶母液中WO3的浓度始终维持一个较高的值。高浓度的WO3在 相同结晶率下相对于稳定浓度的钠离子具有较大的结晶母液体积,故而,整个结晶过程将在较低Na+浓度下进行。所以,提高钨酸铵溶液起始WO3浓度可以降低APT晶体中钠含量,进而提高钨制品的质量。
3、结晶温度
完整块状的晶体和颗粒均匀的粗晶所夹带的杂质一般比较少。APT蒸发结晶温度高,则APT晶体中的钠含量较低;反之,蒸发温度低,则APT中钠含量相对较高。这是因为,仲钨酸钠的溶解度随温度升高而增大,同时,高温容易得到粒度均匀的粗颗粒晶体,反之,低温则得到粒度不均的细颗粒APT晶体。由于APT细晶具有多种不同晶形,且表面积较大,晶体缺陷(如多孔、裂缝等)较多,这会加速钠的多相成核速率,同时促使钠进入APT晶格。故而,保持APT结晶在高温环境中进行,能有效降低晶体中钠含量。
4、洗涤
洗涤能除去吸附在APT晶体表面的Na+和残留在晶体间隙的母液,从而较大程度降低APT中钠的含量。

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涂层硬质合金新型涂层与结构——金刚石涂层(1-3)

众所周知,金刚石是目前人类所发现的物质中硬度最高的物质,其密度3470-3560kg/m3,莫氏硬度为10,熔点高达3550℃-4000℃。金刚石的化学性质稳定,耐磨性优良,但是却难以直接加工成所需的产品或零件,而气相沉积法制备的金刚石涂层就能较好地解决这一矛盾,被广泛运用于一些金属线材生产所需模具的涂层。金刚石涂层主要是利用低压化学气相沉积法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)在硬质合金基体上沉积一层多晶组成的金刚石膜体,从而改善硬质合金的硬度以及耐磨性等性能。

以金属线材的消耗品拉拔模具为例,目前线材行业中使用的主要模具包括硬质合金模具(Tungsten Carbide, TC)以及聚晶金刚石模具(Polycrystalline Diamond, PCD)两种,而金属线材的质量、生产效率以及综合性能都极大地取决于拉拔模具的性能。硬质合金模具硬度和韧性优良,制作成本较聚晶金刚石低,但是在工作中易发生粘料,使用寿命较聚晶金刚石短;而聚晶金刚石硬度高,耐磨性极好,但是模具制作成本较高,制作较大尺寸的模具或异形模具都相当困难,可塑性及韧性也相对较差。因此,利用LPCVD金刚石涂层技术制成金刚石涂层硬质合金拉拔模具,既综合了金刚石与硬质合金二者的优点,又克服了相应的缺陷,是新型拉拔模具中适用范围最广的一种。以下是拉拔模具工作示意图:

涂层硬质合金

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龙年首周钨价开门红。