钨粉是如何生产的?
工业上钨粉是采用氧化钨还原法生产的,其还原的主要原料是三氧化物(Wo3),还原剂一般采用氢气。用氢还原的反应为: WO₃+3H₂=W+3H₂O
钨有四种稳定的氧化钨,即WO₃、WO2.9、WO2.72和WO2.0,实际的还原可分为四个阶段:
WO₂+0.1H₂=WO2.9+0.1H₂O
WO2.9+0.18H2=WO2.72+0.18H2O
WO2.72+0.72H2=WOz+0.72H2O
WO2+2H2=W+2H2O
钨粉的生产可以由WO3直接还原成钨粉,也可以分阶段进行,取决于所要求的粉末粒度。钨粉粒度分为粗颗粒、中颗粒和细颗粒,其大小的划分并没有统一的定义,一般的概念是1.5μm以下为细颗粒,1.5~3.5μm是中颗粒,3.5μm以上则为粗颗粒。根据研究还原钨粉的粒度除了与还原温度、氢气流量和氧化钨本身粒度有关之外,还与还原的阶段性有关。上述四PH n个阶段的还原特点是还原反应的平衡常数,即Kp=ph20/ph2二坐随氧化钨化合价降低而降低,说明低价氧化钨比高价氧化钨更难还原,还原反应对氢分压的要求更高。因此生产中如果采用两个阶段,即先将WO₃还原成WO₂,然后再将W02还原成w粉。这样可以分别调整各个阶段的氢气流量,即加大第二阶段的氢气流量,促进还原反应的进行,两阶段还原的优点还在于降低WO₃还原阶段的挥发性长大,因为WO₃易挥发,在还原中会发生沉积长大,如采用两阶段还原,在第一阶段降低还原的温度,可降低WO₃的挥发性,并且只还原到WO₂,可缩短还原的行程,及时将还原产物H2O排除,进一步降低挥发长大的趋势和加速还原反应的进行。所以在钨粉生产中多采用丙阶段还原法生产中、细颗粒的钨粉。
(2)钨粉的碳化反应 钨粉的碳化是将钨粉与炭黑混合,然后在高温下使其发生反应,生成碳化钨,其总反应为:W+C=WC
钨粉的碳化有两种工艺,一是向炉子中通入氢气,在氢气气氛下进行反应,二是不通氢进行碳化反应。在通氢的条件下,实际发生的反应为:
C+2H₂=CH4
W+CH4=WC+2H₂
由上述反应式可知,氢其实起着碳载体的作用,通氢碳化反应并不消耗氢,但是由于碳氢形成的甲烷气体具有很大的活性,所以碳化反应活性增强,可提高碳化速度、降低反应温度和细化碳化钨粉末粒度。
在不通氢的条件下,当炉温升到400℃以上,炭黑会发生气化反应,结果钨粉与炭黑的混合物将会发生如下反应:
C+O₂=CO₂
2C+O=2CO
W+2CO=WC+CO₂
CO₂+C=2CO
由反应体系中发生的反应可见,在不通氢的条件下,实际发生碳化反应的是一氧化碳,而二氧化碳也只是起着载体的作用。
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