一種單晶仲鎢酸銨及其製備方法
2023-11-09 10:18:47
專利名稱：一種單晶仲鎢酸銨及其製備方法
技術領域：
本發明屬溼法冶金中無機粉體材料製備技術領域，涉及仲鎢酸銨(簡稱APT)物性 控制技術，具體講涉及從(NH4)2WO4溶液中通過懸浮層流工藝製備單晶仲鎢酸銨及其製備方法。
背景技術：
仲鎢酸銨(APT)是由鎢酸銨溶液通過結晶單元操作製取的，其方法主要有蒸髮結 晶、中和結晶和冷凍結晶，目前我國企業基本採用蒸髮結晶製取APT。表面光滑緻密，稜角分明，顆粒均勻，松裝密度大，流動性好的單晶APT是生產鎢 絲和某些高端鎢基合金材料的重要原料。由於遺傳關係，仲鎢酸銨(APT)的晶體特性，如晶體形貌、平均粒度和粒度分布、 松裝密度和流動性對後續粉末冶金產品——鶴粉、鎢絲和鎢合金的材料性能影響極大。單 晶APT粉體具有良好的流動性，由單晶APT經焙燒-氫還原製取的鎢粉，在壓制過程中滑動 磨擦阻力小，坯料的空洞缺陷明顯降低，加工材料的力學性能大幅度提高。由於抗拉、抗斷 裂性能好，拉制過程鎢絲的成品率為90%，而以多晶APT為原料生產的鎢絲其成品率僅為 70%。此外，單晶APT粉體具有較高的松裝密度，坯料中晶粒間隙小而均勻，力學缺陷少，壓 實密度高，以其製取的合金材料其抗壓、抗剪力、抗衝擊性能優良。如以單晶APT製取的頂 錘壽命是以多晶APT製取的2 3倍。由於配重作用大，單晶APT是生產裝甲彈、高密度合 金、微鑽、數控刀片等高性能鎢材料的優良粉體原料。目前尚未見有單晶APT製取方法的報 道。由於長期沒有探明APT結晶動力學規律，結晶過程不能控制，同時克服APT晶體團 聚的關鍵技術沒有解決。國內無法對APT形貌、粒度及其分布實現可控，無法生產具有良好 粒度性能(粒度、粒度分布、松比、流動性)的單晶APT粉體，因而嚴重製約了我國高端硬質 合金和鎢材研發生產。仲鎢酸銨結晶過程晶體團聚現象是長期沒有解決的世界性難題，嚴重影響後續鎢 絲和某些高端鎢基合金材料的力學性能。
發明內容
本發明目的是提供一種在(NH4)2WO4溶液的蒸髮結晶過程中採用懸浮層流結晶技 術製取單晶仲鎢酸銨及其製備方法。本發明技術方案一種單晶仲鎢酸銨，松裝密度1. 5 3. Og/cm3，費氏粒度在30 60 μ m之間，霍爾流動性30 50s/50g，粉體單晶率彡95%。一種單晶仲鎢酸銨製備方法，結晶過程中，晶核出現前，控制攪拌轉速為30轉/ 分；晶核出現後，控制攪拌轉速為40轉/分；晶核出現1小時後，控制攪拌轉速為50轉/ 分；溶液密度下降為1. 14g/cm3後，控制攪拌轉速為60轉/分。使用橫截面為圓形的結晶器，結晶過程採用蒸髮結晶，溫度為95 100°C，蒸髮結晶至初始溶液體積的40%。(NH4)2WO4溶液為黑鎢精礦經鹼溶、離子交換法除雜淨化轉型後所得溶液，其組成 為W03285. 66g/L, NH4OH 2mol/L, NH4Cl 2. 5mol/L, Mo、Si、P、As 雜質微量。晶粒團聚的先決條件是接觸，晶粒的接觸方式有二種一是沉積於結晶器底部的 堆積接觸；二是懸浮於結晶溶液中的碰撞接觸。其中，碰撞接觸的機會大小與結晶器內流體 的流動方式和溶液中固體顆粒的濃度有直接關係。堆積接觸可以通過攪拌使晶體顆粒懸浮而避免，因此，在保證晶粒處於懸浮前提 下，降低以至消除晶粒在溶液中運動碰撞的機會是製取仲鎢酸銨單粒晶體的前提。由於攪拌裝置和攪拌轉速不同，晶粒在運動中碰撞的機會有很大不同。根據研究， 在橫截面為圓形的結晶器中，流體圍繞攪拌軸做圓周同心層流運動時，晶粒碰撞機會最小。流體運動是層流還是紊流，取決於流速，即攪拌速度。攪拌越慢，流體偏離紊流越 遠。因此，在保證晶粒不沉積的前提下，攪拌轉速越慢越好。APT晶粒的沉降速度與其粒度有關，粒度越大，越易沉降，維持其保持懸浮狀態所 需的轉速越快。因此，結晶過程根據晶粒長大的情況，對攪拌轉速進行由慢到快的控制，確 定不同粒徑範圍，APT晶粒既不沉積也不碰撞的最慢轉速是製取單粒晶形APT的技術關鍵， 同時晶粒越小碰撞後越容易團聚，晶核形成後的結晶前期控制攪拌轉速、避免晶粒碰撞至
關重要。為減少仲鎢酸銨晶粒間的碰撞和堆積接觸，在仲鎢酸銨結晶過程的不同時期，採 用不同的攪拌轉速，使溶液中的晶粒處於既不沉積，也不碰撞的懸浮層流狀態，克服晶粒的 團聚，製取出單晶仲鎢酸銨。本發明的積極效果1、填補國內空白，為我國提供了生產裝甲彈、高密度合金、微鑽、數控刀片等高性 能鎢材料的優良粉體原料。2、普通仲鎢酸銨生產鎢絲廢品率為30%，本發明生產鎢絲的廢品率僅為10%，減 少資源浪費。1噸仲鎢酸銨生產出鎢絲(1000萬米)價格為25萬元，鎢絲廢品售價按鎢含 量計與鎢精礦相同，其含量與鎢精礦之比為1.94 1，以目前鎢精礦每噸價10. 4萬元計，本 項目已生產的產品間接經濟效益達1. 77億元，增加了經濟效益。3、提升了產品附加值，本發明產品在製造成本方面與傳統的APT基本相同，但銷 售價格高出8000-10000元/噸。4、本發明產品技術參數優於已有產品，詳見單晶APT與當前國內外產品主要參數 的對比表。
具體實施例方式原料及試劑(NH4)2WO4溶液為黑鎢精礦經鹼溶、離子交換法除雜淨化轉型後所得溶液，其組成 為W03285. 66g/L, NH4OH 2mol/L, NH4Cl 2. 5mol/L, Mo、Si、P、As 雜質微量。試驗過程中，溶液蒸髮結晶至初始溶液體積的40%。試驗裝置實驗裝置為3000L搪瓷結晶釜。
結晶過程根據晶粒長大的情況，對攪拌轉速進行由慢到快的控制，確定了不同結 晶時點，APT晶粒既不沉積也不碰撞的最佳攪拌轉速為(1)晶核出現前，控制攪拌轉速為30轉/分。(2)晶核出現後，控制攪拌轉速為40轉/分。(3)晶核出現1小時後，控制攪拌轉速為50轉/分。(4)溶液密度下降為1. 14g/cm3後，控制攪拌轉速為60轉/分。在溫度95 100°C和上述攪拌工藝條件下，製取的單晶APT粉體物理性能指標如 下粉體單晶率大於95%松裝密度2. 1 2. 2g/cm3費氏粒度在40 42 μ m霍爾流動性30 50s/50g。單晶APT與當前國內外產品主要參數的對比表
權利要求
1.一種單晶仲鎢酸銨，其特徵是松裝密度1. 5 3. Og/cm3，費氏粒度在30 60 μ m 之間，霍爾流動性30 50s/50g，粉體單晶率> 95%。
2.一種單晶仲鎢酸銨製備方法，其特徵是結晶過程中，晶核出現前，控制攪拌轉速為 30轉/分；晶核出現後，控制攪拌轉速為40轉/分；晶核出現1小時後，控制攪拌轉速為50 轉/分；溶液密度下降為1. 14g/cm3後，控制攪拌轉速為60轉/分。
3.根據權利要求2所述一種單晶仲鎢酸銨製備方法，其特徵是使用橫截面為圓形的 結晶器，結晶過程採用蒸髮結晶，溫度為95 100°C，蒸髮結晶至初始溶液體積的40%。
4.根據權利要求2所述一種單晶仲鎢酸銨製備方法，其特徵是(NH4)2WO4溶液為黑鎢 精礦經鹼溶、離子交換法除雜淨化轉型後所得溶液，其組成為W(^85. 66g/L，NH4OH 2mol/ L，NH4Cl 2. 5mol/L，Mo、Si、P、As 雜質微量。
全文摘要
本發明涉及溼法冶金中無機粉體材料製備技術，是從(NH4)2WO4溶液中通過懸浮層流工藝製備單晶仲鎢酸銨及其製備方法。本發明包括一種單晶仲鎢酸銨，其松裝密度1.5～3.0g/cm3，費氏粒度在30～60μm之間，霍爾流動性30～50s/50g，粉體單晶率≥95％；以及單晶仲鎢酸銨製備方法，其結晶過程中，晶核出現前，控制攪拌轉速為30轉/分；晶核出現後，控制攪拌轉速為40轉/分；晶核出現1小時後，控制攪拌轉速為50轉/分；溶液密度下降為1.14g/cm3後，控制攪拌轉速為60轉/分。
文檔編號C30B29/32GK102061524SQ20101053716
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者萬林生, 楊鳳麗, 楊樹生, 肖學有, 趙立夫, 陳邦明 申請人:崇義章源鎢業股份有限公司, 江西理工大學