[發明專利]一種用鎢礦直接制備粗晶碳化鎢的方法

有效

• 申請號: 201610456972.0
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN106115703B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 趙中偉;孫豐龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B32/949
• 分類號: C01B32/949
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明屬于鎢冶金技術領域，具體涉及一種用鎢礦直接制備粗晶碳化鎢的方法。

背景技術

目前世界50～60％的鎢用于制造碳化鎢硬質合金，而其中礦山工具中的鑿巖機，石油開采中的三牙輪鉆，隧道盾構機的滾刀所用到的粗晶碳化鎢又占碳化鎢硬質合金的相當一部分。但現有碳化鎢生產流程是濕法分解鎢礦，離子交換或有機溶劑萃取提純，制取仲鎢酸銨，煅燒后得到氧化鎢，再還原成鎢粉，配碳后，在高溫氫氣氣氛下碳化，工藝冗長且復雜。并且此方法受限于固固反應中元素擴散慢以及反應前后體積變化的影響，不能合成單晶的大顆粒碳化鎢，而是多個碳化鎢一次顆粒聚集而成的二次顆粒，其中必然存在著孔隙和雜質等缺陷，這對WC-Co硬質合金的性能會產生不利影響。

國內外對短流程制取碳化鎢有一系列的研究。其中早期較成功的方法有鋁熱還原法(CN87107470A)和熔鹽萃取-碳化法(CN01137415)。前一種方法是利用鋁粉和鎢精礦反應(3FeWO₄+8Al＝3Fe+3W+4Al₂O₃)，產生大量的熱，達到2412～2482℃，被還原的鎢在高溫下與碳化劑(CaC₂或炭)反應生成碳化鎢，渣的成分由氧化鈣和鋁酸鈣所組成(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)的二元渣。該方法反應劇烈，且溫度高，對設備具有較高的要求。后一種方法則是鎢精礦與Na₂SiO₃、NaCl混合，在1050～1100℃下熔融，發生反應(2(Fe、Mn)WO₄+3Na₂SiO₃+16NaCl＝2(Na₂WO₄·8NaCl)+Na₂(Fe、Mn)₂Si₃O₉)，其中鎢酸鹽相與硅酸鹽相分層后，用傾析法分離，取Na₂WO₄相，在1050～1090℃通入天然氣，發生反應(Na₂WO₄+4CH₄＝Na₂O+WC+3CO+8H₂)，得碳化鎢，先后用鹽酸、NaOH洗去雜質，得純碳化鎢粉，但熔鹽萃取-碳化法無法得到粗晶碳化鎢。

近年來也出現了直接用固相合成的方法制備碳化鎢。如Pandey.O.P，將球磨過的白鎢礦和活性炭，在1025℃下焙燒，再先后用1:1的鹽酸和0.25mol/L的NaOH清洗去除雜質和反應副產物，獲得碳化鎢。類似的方法，用黑鎢礦也可直接制備碳化鎢。專利(CN200810044355)中，采用WO₂及C粉、鐵及鐵氧化物、Al-Ni合金粉，高溫(2040～2400℃)熔融碳化，破碎酸洗去雜后，得到粗晶碳化鎢。

碳化鎢作為鎢資源消費的主要產品，直接以鎢礦為原料合成碳化鎢能極大的縮短冶煉流程，并且特粗晶碳化鎢顆粒廣泛用于礦山巖鑿工具，比一般碳化鎢有更高的附加值。

發明內容

本發明目的在于提供一種用鎢礦直接制備粗晶碳化鎢的方法。本發明以鎢礦為主要原料，添加鐵、碳、氧化鋁、二氧化硅原料，高溫下鎢被還原且碳化進入金屬相中，雜質和反應副產物進入渣相。用酸將金屬相中的鐵等雜質溶解后，即可得到粗晶碳化鎢，可應用于礦用硬質合金生產。

本發明技術方案如下：

一種以鎢礦為原料直接制備粗晶碳化鎢的方法，包括以下步驟：以鎢礦、鐵、碳、氧化鋁、二氧化硅為原料按比例混合，加熱至完全熔化，反應結束后，上層為不含鎢的渣相，下層為含有碳化鎢的金屬相，分離渣相和金屬相，冷卻后用酸浸處理金屬相，用水漂洗除雜后烘干，即得粗晶碳化鎢。

優選地，所述原料鎢礦可以為白鎢礦或黑鎢礦或黑白鎢混合礦，其品位可在20％～80％(以WO₃計)之間浮動。一般對黑白鎢混合礦中白鎢礦和黑鎢礦的比例沒有限制。

優選地，所述原料鐵、原料碳可為鐵的化合物、碳的化合物、含鐵的混合物或含碳的混合物；例如含有元素鐵和碳的鋼、熟鐵、生鐵，其形貌可為粉狀或塊狀。優選地，所述碳為石墨粉。

優選地，所述原料氧化鋁、二氧化硅可以為主要成分是含鋁和硅的氧化物，或主要成分為氧化鋁、二氧化硅以及同時含有兩者的礦物。