Вольфрам - малораспространенный элемент, среднее его содержание в земной коре 0,0001 % (по массе). Известно около 15 минералов вольфрама, однако практическое значение имеют только минералы группы вольфрамита и шеелит.
Вольфрамит (Fe, Mn)WOA представляет собой изоморфную смесь (твердый раствор) вольфраматов железа и марганца. Если в минерале вольфрамата железа более 80 %, минерал называют ферберитом, в случае преобладания [...]
Вольфрамовые руды обогащают, получая стандратные концентраты, содержащие 55-65 % W03. Высокой степени обогащения вольфрамитовых руд достигают, применяя различные методы: гравитацию, флотацию, магнитную и электростатическую сепарацию.
При обогащении шеелитовых руд используют гравитационно-флотационные или чисто флотационные схемы.
Извлечение вольфрама в кондиционные концентраты при обогащении вольфрамовых руд колеблется от 65-70 % до 85-90 %
При обогащении сложных по составу или труднообогатимых [...]
Основной продукт непосредственной переработки вольфрамовых концентратов (помимо ферровольфрама, выплавляемого для нужд черной металлургии) - триоксид вольфрама. Он служит исходным материалом для производства вольфрама и карбида вольфрама - главной составляющей твердых сплавов. Производственные схемы переработки вольфрамовых концентратов подразделяют на две группы в зависимости от принятого способа разложения:
1. Вольфрамовые концентраты спекают с содой или обрабатывают водными растворами [...]
Спекание вольфрамита с Na2C03. Взаимодействие вольфрамита с содой в присутствии кислорода активно протекает при 800-900°С и описывается следующими реакциями: 2FeW04 + 2Na2C03 + l/202 = 2Na2W04 + Fe203 + 2C02; (3MnW04 + 3Na2C03 + l/202 = 3Na2W04 + Mn304 + 3C02.
Эти реакции протекают с большой убылью энергии Гиббса и практически необратимы. При соотношении в [...]
При температурах 800-900 С взаимодействие шеелита с Na2C03 может протекать, по двум реакциям:
CaW04 + Na2C03 = Na2W04 + CaC03;
CaW04 + Na2C03 = Na2W04 + CaO + C02.
Обе реакции идут с относительно небольшим изменением энергии Гиббса.
Реакция протекает в заметной степени выше 850 С, когда наблюдается разложение СаС03. Присутствие оксида кальция в спеке приводит при [...]
При выщелачивании спеков водой в раствор переходят вольфрамат натрия и растворимые соли примесей (Na2Si03, Na2HP04, Na2HAs04, Na2Mo04, Na2S04), Q а также избыток Na2C03. Выщелачивание ведут при 80-90 °С в стальных реакторах с механическим перемешиванием, работающих в периодическом режиме, или барабанных вращающихся выщелачивателях непрерывного действия. Последние заполняют дробящими стержнями для измельчения кусков спека.
Извлечение вольфрама из спека [...]
Автоклавно-содовый способ предложен и разработан в России применительно к переработке шеелитовых концентратов и промпродуктов. В настоящее время способ применяют на ряде отечественных заводов и в зарубежных странах.
Разложение шеелита растворами Na2C03 основано на обменной реакции.
CaW04+Na2C03 = Na2W04+CaC03
При 200-225 °С и соответствующем избытке Na2C03, зависящем от состава концентрата, разложение протекает с достаточной скоростью и полнотой. [...]
Растворы гидроксида натрия разлагают вольфрамит по обменной реакции:
MeW04 + 2NaOH5=±Na2W04 + Ме(ОН)2
где Me - железо, марганец.
Величина концентрационной константы этой реакции при температурах 90, 120 и 150 °С равна соответственно 0,68; 2,23 и 2,27.
Полное разложение (98-99 %) достигается при обработке тонкоизмельченного концентрата 25-40 %-ным раствором гидроксида натрия при 110-120 С. Требуемый избыток щелочи -50 % и [...]
Растворы вольфрамата натрия, содержащие 80-150 г/л W03, с целью получения триоксида вольфрама требуемой чистоты до настоящего времени преимущественно перерабатывали по традиционной схеме, которая включает:
- очистку от соединений элементов-примесей осаждение вольфрамата кальция (искусственного шеелита) с последующим его разложением кислотами и получением технической вольфрамовой кислоты;
- растворение вольфрамовой кислоты в аммиачной воде с последующей выпаркой раствора [...]
Очистка от кремния. При содержании в растворах Si02, превышающем 0,1 % от содержания W03, необходима предварительная очистка от кремния. Очистка основана на гидролитическом разложении Na2Si03 при кипячении раствора, нейтрализованного с выделением кремниевой кислоты.
Растворы нейтрализуют соляной кислотой, добавляемой тонкой струйкой при перемешивании (во избежание местных перекислений) к нагретому раствору вольфрамата натрия.
Очистка от фосфора и мышьяка. Для [...]
Растворы вольфрамата натрия необходимо очищать от молибдена в том случае, если его содержание превышает 0,1 % от содержания W03 (т.е. 0,1-0,2 г/л). При концентрации молибдена 5-10 г/л (например, при переработке шеелито-повеллитовых Тырны-Аузских концентратов) выделение молибдена приобретает особое значение, так как имеет целью получение молибденового химического концентрата.
Распространенный способ состоит в осаждении из раствора малорастворимого трисульфида молибдена [...]
Вольфрамовую кислоту можно непосредственно выделить из раствора вольфрамата натрия соляной или азотной кислотами. Однако этот способ применяют редко вследствие трудностей отмывки осадков от ионов натрия, содержание которых в триоксиде вольфрама лимитировано.
Большей частью первоначально из раствора осаждают вольфрамат кальция, который затем разлагают кислотами. Вольфрамат кальция осаждают, добавляя в нагретый до 80-90 С раствор вольфрамата натрия раствор [...]
Техническая вольфрамовая кислота, полученная описанным ранее способом, содержит 0,2-0,3 % примесей. В результате прокаливания кислоты при 500-600 С получают триоксид вольфрама, пригодный для производства твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Однако для производства вольфрама необходим триоксид более высокой чистоты с суммарным содержанием примесей не более 0,05 %.
Общепринят аммиачный способ очистки вольфрамовой кислоты. Она легко растворяется [...]
Переработка растворов вольфрамата натрия существенно упрощается при извлечении вольфрама из растворов экстракцией органическим экстрагентом с последующей реэкстракцией из органической фазы раствором аммиака с выделением из аммиачного раствора ПВА.
Поскольку в широком интервале рН вольфрам находится в растворах в форме полимерных анионов, для экстракции применяют анионообменные экстрагенты: соли аминов или четвертичных аммониевых оснований. В частности, впромышленной практике [...]
Применение ионообменных смол - конкурирующее с экстракцией направление схемы переработки растворов вальфрамата натрия. С этой целью применяют низкоосновные аниониты, содержащие аминные группы (чаще третичные амины или амфотерные смолы (амфолиты), содержащие карбоксильные и аминные группы. При рН=2,5-3,5 на смолах сорбируются полианионы вольфрама, причем для некоторых смол полная емкость составляет 1700-1900 мг W03 на 1 г смолы. [...]
В промышленной практике, преимущественно при переработке высокосортных шеелитовых концентратов (70-75 % W03), применяют непосредственное разложение шеелита соляной кислотой.
Реакция разложения практически необратима. Однако расход кислоты значительно выше стехиометрически необходимого (250-300 %) вследствие торможения процесса пленками вольфрамовой кислоты на частицах шеелита.
Разложение проводят в герметичных реакторах с мешалками, футерованных кислотостойкой эмалью и обогреваемых через паровую рубашку. Процесс ведут [...]