黑钨矿的化学性质有哪些？

黑钨矿的化学性质对其在湿法冶金中提取钨的工艺流程具有决定性影响，直接关系到分解方法的选择与反应条件的控制。其主要化学性质包括以下几个方面：

1.化学组成

黑钨矿是钨铁矿（FeWO₄）与钨锰矿（MnWO₄）形成的完全类质同象系列矿物，化学通式为(Fe,Mn)WO₄，铁与锰离子可在晶体结构中以任意比例置换。在该系列中，若FeWO₄的摩尔分数超过80%，则称为钨铁矿；若MnWO₄的摩尔分数超过80%，则称为钨锰矿；介于两者之间的成员统称为黑钨矿。组成的变化还会影响其在冶金过程中的行为，例如富铁变种在碱分解中可能产生更多含铁残渣。

2.化学稳定性

黑钨矿在常温常压下化学性质稳定。它对常见的无机酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液表现出较强的耐腐蚀性，在这些介质中不易被溶解。这使得它在自然界中能够长期稳定存在，但也决定了其不能直接通过常规酸浸来提取钨。

3.溶解与分解特性

为有效提取钨，黑钨矿需在高温、高压或强反应介质条件下分解。

主流工业方法为碱压煮工艺：使用浓氢氧化钠（NaOH）溶液在高温（通常高于180℃）和高压环境下处理矿粉，使黑钨矿转化为可溶性的钨酸钠（Na₂WO₄）。主要反应为：

(Fe,Mn)WO₄ + 2NaOH → Na₂WO₄ + (Fe,Mn)(OH)₂

酸分解方法虽可行（如使用热磷酸或硝酸-磷酸混合酸），但因成本高、设备腐蚀严重及后续处理复杂，应用较少。

4.冶炼过程中的化学行为

在黑钨矿的冶炼过程中，涉及以下关键化学反应：

氧化性：黑钨矿本身在常温下不具有强氧化性或还原性，但其含有的铁、锰元素在冶炼过程中可被氧化。例如，在碱熔过程中，锰可被氧化为二氧化锰（MnO₂）。

还原性：冶炼得到的钨氧化物（如WO₃）需经过还原反应才能得到金属钨。常用的还原剂包括氢气（H₂）和碳（C）。氢气还原能得到纯度更高的金属钨，但成本较高；碳还原成本较低，但可能引入碳杂质。

5.光催化活性

近年研究发现，天然黑钨矿因其半导体特性，在可见光照射下能表现出光催化活性，可用于降解有机污染物（如染料分子亚甲基蓝）。其催化效率与矿物中的铁含量呈正相关，推测是光催化与类芬顿反应协同产生·OH自由基的结果。这为黑钨矿在环境治理领域的应用提供了新的可能。