Способ получения металлического порошкового вольфрама

 

Изобретение относится к металлургии вольфрама, в частности к получению металлического вольфрама из вольфрамосодержащих соединений, в частности шеелитового концентрата. В предложенном способе, включающем подготовку реакционной шихты в виде смеси шеелитового концентрата с алюминиевым порошком и алюмотермическое восстановление вольфрама, согласно изобретению, реакционную шихту вводят в предварительно расплавленную смесь хлоридов и фторидов щелочных металлов при ее температуре 800-870°С или в расплавленную смесь карбонатов и хлоридов щелочных металлов при ее температуре 850-900°С или в расплавленную смесь карбонатов и фторидов щелочных металлов при ее температуре 900-950°С. Обеспечивается снижение температуры процесса восстановления, исключение операций удаления вредных примесей и дробления. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии вольфрама, в частности, к получению металлического вольфрама из вольфрамосодержащих соединений (шеелитового концентрата).

Известен способ получения металлического вольфрама с легирующими добавками Fe, Ni, Cr, Mo, Co, Zr. Реакционная шихта подготавливается смешиванием шеелитового концентрата с алюминием, нитридом натрия, оксидом железа, а также других легирующих добавок. Соотношение алюминия и вольфрама поддерживаюг (0,6-1,0):1 маc.ч., а соотношение нитрида натрия и фторида кальция с вольфрамом поддерживают в пределах (0,2-0,6):1 и (0,15-0,6):1 мас.ч. соответственно. Подготовленную шихту подвергают термическому восстановлению алюминотермическим способом на воздухе в специальном реакторе (патент РФ №2043862). Основными недостатками известною способа являются необходимость предварительного получения исходных дорогостоящих компонентов реакционной шихты по усложненной технологической схеме, необходимость получения высокой температуры (свыше 2500°С), что требует специальной обмазки поверхности реактора, сложность управления элементным составом получаемой продукции, наличие в элементном составе продукции вредных добавок: оксидов кремния, алюминия, для удаления которых необходима выполнять специальные операции, получаемые продукты в процессе реакции имеют форму прочных слитков, корольков, для превращения которых в порошок необходимо дробление, размол и просеивание.

Наиболее близкими к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата по патенту RU 2098233, кл. С 22 С 1/05. Согласно указанного изобретения предложен способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата, включающий подготовку шихты смешиванием концентрата с алюминием и последующее термическое восстановление, при этом в шихту дополнительно вводят соединения бора в соотношении с оксидом вольфрама в концентрате (маc.ч.) 0,15-0,3:1, а соотношение алюминия с оксидом вольфрама в шихте поддерживают (мас.ч.) в пределах 0,2-0,3:1. Основными недостатками этого способа также являются необходимость получения высокой температуры (свыше 2450° C), чтo требует специальной обмазки поверхности реактора, наличие в элементном составе продукции вредных добавок: оксидов алюминия (до 20%), которые загрязняют рыночный продукт и требуют удаления, полученные продукты в процессе реакции имеют форму спеченных фрагментов и требуют измельчения.

В основу изобретения положена задача разработки способа получения металлического порошкового вольфрама непосредственно из шеелитового концентрата при значительно меньших расходах электрической энергии и упрощении аппаратурно-технологической схемы процесса.

Поставленная задача решается тем, что металлический порошковый вольфрам получают из шеелитового концентрата методом алюминотермического восстановления, включающим подготовку реакционной шихты в виде смеси шеелитового концентрата с алюминиевым порошком, при этом реакционная шихта вводится в предварительно расплавленную смесь хлоридов и фторидов щелочных металлов при температуре 800-870°С, или в расплавленную смесь карбонатов и хлоридов щелочных металлов при температуре 850-900°С, или в расплавленную смесь фторидов щелочных металлов при температуре 900-950°С.

Причем состав реакционной шихты, состоящий из шеелита (CaO· WO₃ ) и порошка Аl определяется из соотношения (WО₃):Аl для расплавов солей хлоридов и фторидов как 1:(0,4-0,5), для расплавов солей карбонатов и хлоридов как 1:(0,3-0,4), для расплавов солей карбонатов и фторидов как 1:(0-25-0,35). В результате в расплаве происходит алюминотермическая реакция восстановления вольфрама по следующей доминирующей схеме:

(СаО· WO ₃)+2Аl→ W+Al₂O₃· CaO.

В связи с содержанием в шеелитовом концентрате различных примесей, в зависимости от места добычи, реакция процесса может быть сложнее.

Относительно невысокая температура расплава (800-950°С) при температуре плавления вольфрама 3350°С обусловливает нахождение вольфрама в твердой кристаллической форме, а большая удельная плотность ρ =19,3 г/см³ способствует его осаждению на дно емкости. В верхней части расплава также располагаются более вредные добавки: оксиды соединений, кремний.

Слив расплава позволяет отделить металлический порошок вольфрама на дне емкости от жидкой фазы шлака в верхней части. Примеры осуществления предлагаемого технического решения выполнены при проведении исследований.

Пример 1. В расплавы 500 г солевых смесей NaCl-NaF или KCl-KF в соотношении 1:1 при температуре 800-870°С вводят предварительно подготовленную реакционную шихту в виде смеси 50 г шеелита (CaО· WO ₃) с порошком Al, количество которого определяется исходя из стехиометрии реакции, указанной ранее, и затем уточняют при проведении экспериментов. В описываемом случае установлено cooтношение (WO₃):Аl=1:(0,4-0,5). Вольфрам, образующийся в результате реакции восстановления в виде тонкого порошка, осаждается на дно сосуда. Продолжительность процесса составляет 15-20 мин. Далее расплав сливают с отделением осадка. Осадок вольфрама отмывают водой от остатка солей. В результате состоявшейся реакции в среднем получено 39 г порошка вольфрама.

Пример 2. В расплавы 500 г солевых смесей Na₂CO₃-NaCl или К ₂СО₃-КСl в соотношении 1:1 при температуре 850-900°С вводят предварительно подготовленную реакционную шихту в виде смеси 50 г шеелита (CaO· WO₃) с порошком Аl, количество которого определяют исходя из стехиометрии реакции, указанной ранее, и затем уточняют при проведении экспериментов. В данном случае установлено соотношение (WO₃):Al=1:(0,3-0,4). Далее описание процесса идентично приведенному описанию в примере 1. В результате состоявшейся реакции в среднем получено 36 г порошка вольфрама.

Пример 3. В расплавы 500 г солевых смесей Na₂CO₃-NaF или К₂СО₃ -КF в соотношении 1:1 при температуре 900-950°С вводят предварительно подготовленную реакционную шихту в виде смеси 50 г шеелита (CaO· WO₃) с порошком Аl, количество которого определяют исходя из стехиометрии реакции, указанной ранее, и затем уточняют при проведении экспериментов. В данном случае установлено соотношение (WО₃):Аl=1:(0,25-0,35). Далее описание процесса идентично приведенному описанию в примере 1. В результате состоявшейся реакции в среднем получено 35 г порошка вольфрама.

Формула изобретения

1. Способ получения металлического вольфрама из шеелитового концентрата, включающий подготовку реакционной шихты в виде смеси шеелитового концентрата с алюминиевым порошком и алюмотермическое восстановление вольфрама, отличающийся тем, что реакционную шихту вводят в предварительно расплавленную смесь хлоридов и фторидов щелочных металлов при ее температуре 800-870°С, или в расплавленную смесь карбонатов и хлоридов щелочных металлов при ее температуре 850-900°С, или в расплавленную смесь карбонатов и фторидов щелочных металлов при ее температуре 900-950°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав реакционной шихты определяют из соотношения (WО₃):Al для расплавов солей хлоридов и фторидов как 1:(0,4-0,5), для расплавов солей карбонатов и хлоридов как 1:(0,3-0,4), для расплавов солей карбонатов и фторидов как 1:(0,25-0,35).