氯化钨的性质

氯化钨有六氯化钨 、五氯化钨、四氯化钨、二氯化钨，其基本性质如下：六氯化钨有α和β两种变体，在蒸气中六氯化钨为单聚。温度大于873K时，气态六氯化钨产生分解反应；钨氯化钨在蒸气中以二聚态存在，并部分发生歧化反应；四氯化钨约在573K发生歧化反应；二氯化钨在763-853K发生歧化反应；

氯化钨的氢还原基本原理：氯化钨氢气还原的特点是存在多种低价的氯化物，并伴生一系列分解反应和歧化反应。

氯化钨氢还原法制取钨粉

Tress的氯化钨氢还原制取钨粉装置是制取颗粒均匀的超细钨粉的一种，图为流态化层氢还原氯化钨的装置。它可以制取粗颗粒的球形钨粉，还可用来制取难熔氧化物和碳化物、硼化物及其他粉末颗粒的钨镀层。

1-囟化物贮槽；2-粉末卸料管；3一泵；4一流态化层；5一过滤器；6一热交换器；7-干燥器；8一淋洗塔；9-冷却器


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钨氧化物在高温下的行为

在钨氧化物中，能够稳定存在的有四种：(1)黄色氧化钨; (2)蓝色氧化钨; (3)紫色氧化钨；(4)褐色氧化钨

钨氧化物氢还原过程的热力学分析

WO3+3H2 =W+3H2O总反应是吸热反应，温度升高则平衡常数Kp=PH2O/PH2增加，有利于反应进行。温度升高，气相中的水蒸气平衡浓度增加，反应进行得更彻底。

钨氧化物氢还原过程的动力学分析

热力学决定了反应能否进行，但实际过程远离平衡条件，三氧化钨氢还原过程并不严格遵从逐级还原顺序。α-W和β-W是W的两种同素异晶体。α-W为立方晶体，点阵常数为0. 316nm;p-W为立方晶体，点阵常数为0.5036nmoβ-W是温度低于823K时用氢气还原二氧化钨而成，其特点是化学活性大，易自燃。β-W转变为α-W的转变温度为798K，不发生α-W转化为β-W的逆转变。β-W是由钨原子构成的晶体，只是由于存在杂质而晶格发生畸变。

影响钨粉粒度和纯度的因素

钨粉颗粒分为一次颗粒度和二次颗粒度。一次颗粒即单一颗粒，是最初生成而相互分离并独立存在的颗粒；二次颗粒是两个或两个以上的一次颗粒结合不易分离的聚积颗粒。

影响钨粉粒度和纯度的因素很多，分别有原料、水、杂质元素、氢气。


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金属钨粉制取的主要方法有：

(1)钨氧化物氢还原法；
(2)钨卤化物氢还原法；
(3)钨氧化物或钨酸盐碳还原法；
(4)钨氧化物或钨酸盐金属热还原法；
(5)熔盐电解法。

工业上最有实用型的方法是氧化钨氢还原法。钨卤化物( WCl6、WF6)氢还原可制取具有特种功能的钨粉，并被逐渐推广应用，其他方法不适用于塑性钨的生产。


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偏钨酸铵生产方法较多，大致可以分为固相转化法和液相转化法两大类。固相转化法的典型工艺是以APT为原料的热降解法，此方法是目前工业上生产AMT的主流工艺。而液相转化法以钨酸铵溶液为原料，采用萃取、离子交换、膜电解或中和的方法将溶液的pH调节到合适范围内，获得偏钨酸铵溶液。液相转化法研究成果很多，正在向工业应用方向发展。

热降解法生产AMT

通过控制APT热解温度和氨及水汽的分压，使APT热解生成水溶性大的偏钨酸铵非晶态物质，再经水化制成偏钨酸铵溶液，此溶液浓缩和冷却结晶可得AMT固体。

APT热解转化率与温度有关，若热解温度过高，则生成不不溶物氧化钨，若温度过低，则APT中氨与水的脱除不足（按分子子式计算，应脱除APT中4个氨气和4个水分子），不溶物增加。合适的温度是提高APT转化率的关键。

离子交换法制取AMT

离子交换法生产AMT工艺以钨酸铵溶液为原料，离子交换法由于工艺过程比较简单，控制方便，能避免APT的形成，不会带入新的污染物，过程能连续化，因而具有开发潜力。

萃取法原埋与离子交换法类似，但在萃取过程中易产生固体物造成乳化，工业应用还有一定的困难。固体酸硅酸中和法也是利用钨酸铵溶液制取AMT的方法之一，但由于加入的硅酸会造成AMT产品的污染，所以没有在工业上应用。离子膜电解法（包括离子膜电渗析）还处在开发阶段，有待于开发选择性更好使用寿命更长的膜，降低生产成本，才能应用于生产。


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蓝色氧化钨(TBO)是制造钨粉的重要原料之一，由于从蓝色氧化钨还原钨粉比较容易控制粒度和粒度组成，有利于在钨粉还原过程中掺入其他元素，所以TBO正在逐渐取代三氧化钨作为生产特殊钨材钨粉的原料。

蓝色氧化钨是一种工业产品名称，其组分主要由WO2.9、三氧化钨和WO2. 72几种钨氧化物组成，各组分所占比例主要取决于APT煅烧或还原时的温度、气氛和速度。

制取蓝色氧化钨主要有三种方法：APT密闭煅烧法，APT氢气轻度还原法和内在还原法。目前在我国工业上应用较多的是前两种方法。

薛鉴等人对非氧化气氛下APT分解为蓝色氧化钨的过程进行了研究，发现APT的分解经历了6个阶段：

第一阶段：温度在90-180C之间，APT失去部分结晶水：

第二阶段：温度范围为180-260℃，氨开始从仲钨酸铵中逸出，温度越高，失氨的速度越快。失氨得到的产物为偏钨酸铵( AMT)，易溶于水，重溶后可制取高纯偏钨酸铵产品；

第三阶段：温度范围为260-350℃，AMT分解，进一步失去水和氨，分解产物中出现铵钨青铜(ATB)；

第四阶段：温度范围350-450C，此时气相中的氨开始分解，生成氨钨青铜( ATB)，并产生氢和氮，从气相产物中可以检测出氢。氨分解首先生成氮和氢原子，新生态的氢原子化学活性强，能氨钨青铜中的氧指数(钨化合物中的x(O)/x(W)摩尔比）降低。生成的铵钨青铜组成不固定，其氨含量和氧指数均可以变化，大致组成为(NH4)xWO2.8~3.0；

第五阶段：温度范围为450-550℃，此阶段ATB分解，氨分解产生的氢参与反应，ATB分解产物出现三氧化钨和WO2.9，在弱还原气氛下ATB先转化为三氧化钨再部分转化为WO2.9，在强还原气氛条件下，ATB会直接转化为W20O58（即WO2.9）。

第六阶段：温度范围550 N 650℃，本阶段分解产物的物相组成随体系还原性强弱相差甚大，氢进一步参与反应，使高价氧化钨向低价氧化钨转变，分解产物中除了少量的ATB外，还有三氧化钨、WO2.9以及WO2.72等氧化钨，甚至出现二氧化钨。


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通过干燥、煅烧钨酸和仲钨酸铵可制取三氧化钨。干燥在100℃左右的温度下进行，主要是将物料中物理吸附的水分汽化而只有在较高的温度下对物料进行煅烧，才能脱除钨酸和仲钨酸铵分子中的化合水和氨。

通常钨酸在空气中煅烧时，180℃开始脱水，于500℃完全脱水，生成三氧化钨：H2WO4=WO3+H2O↑

仲钨酸铵在空气中加热煅烧，在不同的温度下会产生不同的物相，当温度升至500℃左右时，才能完全转化为三氧化钨。

陈绍衣等人采用差热分析和X射线衍射方法对APT煅烧过程进行观察和分析，认为APT在空气中加热其物相变化历程为：在温度不小于240℃时，APT转化为偏钨酸铵(AMT)，继续升温至300～350C，则转化为非晶态物质(铵钨青铜ATB)，温度升至400C，变成六方晶型的三氧化钨，温度达到500℃，得到三斜晶型的三氧化钨。APT的纯度决定三氧化钨的纯度，APT的晶形对三氧化钨的晶型有遗传性，煅烧温度和热分解速度对产品三氧化钨的物化性质有明显的影响。

在不同温度下煅烧同一批APT，产品的三氧化钨比表面积和粒度差别很大，煅烧温度愈高，得到的三氧化钨粒度越粗。


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从钨酸铵溶液中结晶析出仲钨酸铵(APT)是整个钨冶炼过程中重要的工序之一。无论是采用经典的化学法还是离子交换法或萃取法来制取纯钨化合物，均要经过本工序以生产出符合纯度和粒度要求的APT。用户对APT的纯度和粒度都有相当严格的要求。结晶工序不仅要进一步分离杂质，而且还要控制产品APT晶体的粒度。

结晶原理

结晶过程与一般的化学反应过程相似，需要有一定的推动力，过程才能进行。结晶过程的推动力就是溶质在溶液中的浓度与结晶温度下该物质的饱和浓度之差，这一浓度差被称之为过饱和度。常用溶质的浓度C与其饱和浓度C饱之比来表示饱和度S，即：S=C/C饱

只有当S>1时，溶液处于过饱和不稳定状态，在外界某种物质（晶种、尘埃、杂质微粒）的诱导作用下，结晶才能发生，晶体会自动从汉溶液中析出。

工业实践

蒸发结晶法：蒸发结晶法是目前工业上生产仲钨酸铵的主要方法，作业方式有两种：分批间断式作业和连续式作业。

中和法：中和法与蒸发法比较，能耗小，结晶速度快，较易获得细颗粒APT，但中和法要加入盐酸，由盐酸带来的杂质会使APT脏化，而且结晶母液体积较大，增加母液回收系统的负担。

冷冻结晶法

冷冻结晶法是在液氮冷却真空干燥器内进行的，将钨酸铵溶液喷在液氮冷却的金属器壁上，水和APT同时结晶。然后在真空下使水及游离氨升华除去，留下的便是干燥的APT。此方法获得的APT，化学纯度与原料液没有变化，但可得到平均粒度(Fsss)在0.6-1.3um的超微仲钨酸铵粉末。且粒度组成均匀，各种杂质或添加剂分布均匀，因而常用此法来制取W-Re,W-Cu等成分均匀的复合粉末。

结晶母液的处理

除了冷冻结晶外，APT结晶过程中都会产生结晶母液，这些母液中含有30-80g/L W03，由离子交换法产生的钨酸铵结晶或盐酸中和法结晶的母液中还含有l00~50g/L的NH4CI。应当根据主工艺流程和母液的大致成分选取不同的方法回收这些母液中的钨。目前在工业上应用的方法有转化法、溶剂萃取法和离子交换法。


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离子交换技术已在钨冶炼中得到广泛应用，其中最有特色最有影响的工艺就是强碱性阴离子交换树脂处理粗钨酸钠溶液净化除杂并转型的钨离子交换新工艺。除此之外离子交换法处理纯钨酸钠溶液转型制取钨酸铵的工艺在国外也已成功应用；而采用离子交换法从钨酸盐溶液除钼的技术已进入工业应用；从各种含钨的废液和极稀溶液中用离子交换法富集提取物的工艺也有广泛的报道，具有极好的工业应用前景。下面分别介绍上述几种方法的离子交换工艺。

强碱性阴离子交换树脂净化粗钨酸钠溶液并转型
该工艺是我国在20世纪70年代开发出来的钨离子交换工艺，现在我国约2/3的钨冶炼厂采用该工艺生产仲钨酸铵。

离子交换法分离钨钼
钨冶炼中离子交换除钼技术近年来发展很快，下面介绍张启修等人开发的已在工业上应用的密实移动床—流化床连
续离子交换除钼技术。

离子交换法从稀溶液和废水中回收钨

俄罗斯采用AB-17-8II和AB-17-10II树脂回收白钨矿酸分解母液及洗水中的三氧化钨。将含三氧化钨1.35-3.75g/L、氯化钙110-135g/L，游离HCI108～170g/L的酸分解母液以流速为100~600cm/h的速度流经树脂层，流出液中三氧化钨≤0.02g/L,三氧化钨的吸附率高于98%，负钨树脂再用5%氢氧化钠+10%氯化钠解吸，可得到含三氧化钨约58g/L的钨酸钠溶液，三氧化钨解吸率高于99.5%。此工艺已工业应用。


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目前工业上应用萃取法主要是从纯钨酸钠溶液中制取钨酸铵。萃取过程起到一个转型的作用，替代经典工艺中的沉淀人造白钨、人造白钨分解和钨酸铵溶等工序。近年来，从碱性粗钨酸钠溶液直接萃取钨除磷、砷、硅的技术开发取得进展，此外，萃取法从钨酸盐溶液中除钼的研究也取得成功。

从弱酸性纯钨酸钠溶液中萃钨制取钨酸铵

目前国内外工业上用萃取法将钨酸钠溶液转型为钨酸铵溶液基本上都是采用叔胺作为萃取剂，如我国用N235，俄罗斯用三辛胺辛醇或TBP等极性改进剂，煤油作为稀释剂。此外，我国还有采用伯胺(N1923)及仲胺作为萃取剂萃钨，美国亦有用季胺盐作为萃取剂萃钨。

从粗钨酸钠溶液中直接萃钨制取纯钨酸铵

现行的萃钨工艺仅起一个转型作用而不能分离杂质。人们一直试图实现从碱性介质中萃钨并分离杂质制取纯钨化合物。20世纪60年代美国学者A.L.Drobnick等就开始了用季胺盐从苏打高压浸出的钨酸钠溶液中直接萃钨的研究，80年代，前苏联学者在工业试验规模上成功地实现了季胺盐从钨矿苛性钠浸出液中直接萃钨并分离磷、砷、硅制取纯钨酸铵溶液获得成功。

萃取法从钨酸盐溶液中除钼

目前萃取除钼的出发点都在于利用某些钨化合物与钼化合物性质上的差异，一般都是先使用钼、钨生成性质差异较大的化合物或络离子，再萃取分离。


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经典化学净化法制备纯钨酸铵溶液的流程较长，主要历程为粗钨酸钠溶液的净化，从净化后的钨酸钠溶液中生产钨酸，由钨酸制取钨酸铵溶液有三大步骤。本文将按流程中的先后顺序对这三个过程分别给予介绍。

粗钨酸钠溶液的净化

用酸直接和钨酸钠溶液所得的钨酸难以洗涤过滤，且钨酸含Na高。故工业上实际采用的经典方法仍是先用氯化钙沉淀得人造白钨，再经酸分解得钨酸。但如直接从粗钨酸溶液中去沉淀人造白钨，由于硅、磷、砷等杂质的钙盐会与钨一道进入人造白钨中，在酸分解生产钨酸时，这些杂质与钨形成杂多酸盐的溶解度很大，造成钨在酸母液中的损失。基于此原因，在沉淀人造白钨之前，必须先净化除去磷、砷、硅、钼等杂质。

从纯钨酸钠中生产钨酸

从钨酸钠溶液中生产出钨酸的方法很多，但工业上应用的多是间接沉淀法——先用氯化钙沉淀得人造白钨，再用酸分解得钨酸。此外还有直接沉淀法、络合均相沉淀法及铵钠复盐沉淀法等多种方法。本文主要介绍经典工业的间接沉淀法，间接沉淀法由人造白钨沉淀和人造白钨酸分解两个过程组成。

由钨酸制取钨酸铵溶液

人造白钨酸分解所得的钨酸杂质含量大致为：w(钼)<0.1%,w(砷)<0.015%,w(氧化硅)<0.02%,其他倍半氧化物(三氧化二铁,氧化铝等)低于0.04%。由矿石分解所得的粗钨酸含杂质更高。这些钨酸有必要进一步提纯，才能作为生产致密钨材料用钨粉的原料。工业上采用氨溶-APT结晶法来净化钨酸，制取纯APT。


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