氢还原三氧化钨要素

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分类：钨业知识
发布于 2016年1月04日 星期一 15:13
作者：qiongyao
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氢（H2）还原三氧化钨（WO3）为气固多相反应过程，其反应为：
WO3+3H2 ===W+3H2O

还原温度
氧化钨的挥发随温度的升高而增大，还原温度越高，越能促进氧化钨与水蒸气形成易挥发的水合物WOx•nH2O并在已还原好的钨粉颗粒及低价钨氧化物表面被还原，而使原颗粒长粗。由于WO3的挥发性较WO2 更大，因此，生产细颗粒钨粉需采用较低的还原温度。一般采用两段还原法，第一次还原(WO3- WO2 )宜采用较低的还原温度，而第二次还原(WO2 - W )采用较高的还原温度。生产粗颗粒钨粉则采用高温一段还原(直接还原)法。

氢气湿度和流量氢还原三氧化钨要素
氢气湿度对钨粉粒度的影响十分显著。氢气的湿度大，有利于钨氧化物和水蒸气形成易挥发的水合物，并在已还原好的钨粉和低价钨氧化物表面被还原，致使钨粉颗粒长大。增大氢气流量有利于还原产物水蒸气的及时排出，使还原反应速度加快，容易获得细颗粒钨粉。

装舟量(料层厚度)
装舟量多或料层过厚，氢气难以向料层内部深处渗透。内层氧化钨还原不彻底，生成的水蒸气亦不易排出，致使舟内层钨粉长粗，得到的是粒度不均匀的钨粉。

推舟速度
推舟速度快，还原时间短，处于低温区的三氧化钨物料来不及逐级还原便进入高温区，导致钨粉长大和含氧量高；推舟速度过慢，三氧化钨在高温区停留时间过长，钨粉易长粗且也降低生产效率。

温度梯度
炉子温度梯度大相当于推舟速度过快，易引起氧化钨的挥发和金属钨颗粒长大。

WO3原始粒度和杂质
当还原工艺控制得当时，用氢气还原细颗粒WO3 一般得到细颗粒钨粉；但由于细颗粒WO3的表面能高，活性较大，若还原工艺控制不当，则可能得到较粗的钨粉。WO3物料含金属钠杂质量多会促使钨粉长粗；钼或铬等杂质则起抑制钨粉长粗的作用。

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三氧化钨对库仑滴定法测硫的影响

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分类：钨业知识
发布于 2016年1月04日 星期一 14:55
作者：qiongyao
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三氧化钨在库仑滴定法测硫中的作用燃烧时，其中有机硫在800℃~900℃下能全部分解，而硫酸盐硫需要在1100℃~1200℃下才能开始分解，因此为了保证煤中各种形态硫能全部分解，必须有较高的炉温，另一方面，SO2+O2=SO3-Q，二氧化硫和三氧化硫之间在有氧气和加热的环境下为可逆反应，而三氧化硫在库仑滴定法测硫过程中不参加反应而使测定结论偏低，由二氧化硫和三氧化硫由此化学式可以看出，此反应为放热反应，温度升高会向生成二氧化硫的方向移动，所以只有使反应尽可能向生成二氧化硫和氧气的方向反应才能准确的测量结果，由以上两方面的因素，都是升高温度，测量结果才能更准确，但温度过高会缩短燃烧管的寿命，因此，不得不降低燃烧温度，但又必须保证硫酸盐在较低的温度下完全分解，所以要在煤样上覆盖一层催化剂。

三氧化钨和煤样燃烧过程中作用原理：
催化剂是能显著改变反应速率而本身的化学性质和数量在反应前后不能发生变化的物质，化学反应能否进行要根据自由能的变化，但仅仅根据自由能的变化不能判断反应能否发生，因为化学反应还应取决于反应的能垒，即如果反应能垒很高，则必须提供一定飞能量越过能垒，完成反应，该能垒称为活化能。而催化剂的作用就是降低该反应的活化能，使之在相对不苛刻的环境下发生化学反应。催化剂改变反应速率，是由于改变了反应途径，如图所示，由需要一个较高的能垒的反应途径改变为需要越过较低能垒的反应途径，降低了反应的活化能。在库仑滴定法中煤燃烧过程中三氧化钨的角色起到了在温度降低的条件下能使硫酸盐完全分解，保证准确的测量结果。
 

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仲钨酸铵制备钨粉--一步还原法 2/3

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发布于 2016年1月04日 星期一 14:19
作者：chunyan
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传统的制备钨粉工艺是分两步进行的：先将APT煅烧成氧化钨，再将其放入氢还原炉中通氢气进行二次还原得到钨粉。一步还原法制备钨粉的工艺中，钨的还原过程中同时存在着化学气相迁移和固相局部氢还原两个反应。化学气相迁移的反应速率较快，在高温下，这一过程将更加明显；伴随化学气相迁移过程的进行，钨粉颗粒将逐渐长大。所以，在还原过程中，温度高低和水的存在将起着重要作用。同时，固相局部氢还原过程中将发生气--固反应，这一过程反应速率较慢，并且还原产物的形态变化不大，故而，固态还原更有利于制得粒度更细的钨粉。
 

钨粉电镜显示

3.还原过程介绍
原料要求：APT的质量符合GB/T3548-2006的标准要求；氢气和氮气均为工业级（≥99%）。【工业级氢气湿度固定，不需要进行氢气湿度对钨粉粒度影响的试验】。称取一定数量的APT装入石英舟中，放入氢还原炉中通氮气20min；然后设定一定的升温程序，通电，同时通入一定比例的氢、氮混合气体，保持炉内气氛始终处于弱还原状态。当温度升高到规定数值后保温一定时间，使得APT中的水分和氨气充分脱除；继续以一定的升温速率升高温度到规定的氢还原温度，再次通氢气进行第二阶段的氢还原，还原反应达到规定时间后关闭氢气阀门，同时开氨气冷却到规定温度后取出反应产物--钨粉。
 
在现有的以APT为原料制备蓝钨的工艺中，通常在APT煅烧过程中通入一定量的氨气，利用氨的高温分解性能，使得反应保持弱还原气氛状态。但，因氨气的分解往往不完全，并随着尾气一起排出，因而对环境造成污染，同时大大的危害人体健康。从环保和安全的角度考虑，传统通氨工艺不利于安全环保。而，实践证明我们在第一步控制类蓝钨中间体生成的过程中，通入一定比例的氢、氮混合气体代替氨气可以达到同样的效果。
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仲钨酸铵制备钨粉--一步还原法 3/3

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发布于 2016年1月04日 星期一 14:25
作者：chunyan
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一般情况下，APT在500℃时就能完全脱除结晶水并生成WO3，这一过程看似并不复杂，实则为第二步还原制备钨粉的关键所在。APT在不同的气氛中煅烧会产生不同中间态的氧化物，即WO3（黄钨）、WO2.9（蓝钨）和WO2.72（紫钨）。这三种钨的氧化钨颗粒在外观形貌上有着明显的区别，在氢气还原反应中所体现出的还原活性也不一样，从黄钨→蓝钨→紫钨，活性逐渐增大。一般而言，高活性的中间体易得到细颗粒的还原钨粉；反之，则易得到粗颗粒的钨粉。

                         钨
 
仲钨酸铵还原制备钨粉的过程中会有大量的水气产生，主要来源有两个方面：一是APT脱除的结晶水，占大部分；二是少量三氧化钨在弱还原气氛中被还原成蓝钨或者紫钨，还原过程同时产生水，占小部分。一般认为，APT脱水和脱氨后，晶体出现裂纹，产生的裂纹有利于氢气进入晶体，更好的帮助钨粉还原。
 
在仲钨酸铵一步还原法制备钨粉工艺中，有三方面因素影响钨粉的形貌，分别是：一、还原温度会对生成的钨粉粒度产生影响，在高挥发性和高温条件下通氢气更有利于生成晶形完整、均匀而分散的粗颗粒钨粉；二、还原时间会对钨粉粒径产生影响，随着氢气还原时间的延长，钨粉有长大的趋势；三、装舟量也将影响钨粉的形貌，装舟量大，则料层厚度增大，不利于还原过程中钨氧化钨与水蒸气的扩散和晶体生长，所以，适当减少装舟量有利于产出粒度均匀的钨粉。
 
4.结论
与传统二步法还原钨粉相比较，以APT为原料进行一步还原法制备所得的钨粉晶粒基本相同，晶粒大小也可控，产品能达到现有市场产品的质量要求。
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仲钨酸铵制备钨粉--一步还原法 1/3

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分类：钨业知识
发布于 2016年1月04日 星期一 14:05
作者：chunyan
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钨粉
1.基本介绍
钨是重要的稀有金属，高熔点（3380℃）、高密度、高硬度、低热膨胀系数，以及优异的抗腐蚀性能和高温高强度，使其成为多种功能材料和结构材料的主要原料，在工业上具有广泛的应用。仲钨酸铵（APT）是制备钨制品的重要原材料，目前工业常用的方法是先将APT在弱还原气氛下煅烧成黄钨或者蓝钨，然后再进行氢还原生产钨粉。这种方法制备的钨粉为非常规则的多晶形，粉末粒度大多控制在2~5μm之间，成为军工和民用等领域制备钨合金和碳化钨（WC）的主要原料。但是这种工艺过程较长，容易带入杂质，生产成本相对较高。本文提出一种能生产出满足目前高质量钨粉的需求，同时能缩短流程、降低成本的新工艺方法--一步还原法。
 
2.制备钨粉的基本原理
正常情况下，三氧化钨（WO3）的氢还原反应为：

WO3(s)+3H2(g)=W(s)+3H2O(g)

整个还原过程与温度有关，当温度低于885K（611℃左右）时，反应分4个还原阶段，即WO3→WO2.9→WO2.72→WO2→W；当温度高于885K（611℃左右）时，反应分三个还原阶段，即WO3→WO2.9→WO2→W。氢气还原为吸热反应，因此，升高温度有利于还原反应的进行。在高温、有水蒸气的环境下，WOx、W会反应生成具有更高蒸汽压的WO2(OH)2，反应方程式如下：

WOx(s)+(4-x)H2O(g)=WO2(OH)2(g)+(3-x)H2(g)

W(s)+4H2O(g)=WO2(OH)(g)+3H2(g)

钨氧化钨与水蒸气的反应对钨粉粒度有很大的影响。伴随操作条件的不同，在煅烧和还原APT制备钨粉的反应过程中，钨粉的粒度会产生明显变化。
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