藍鎢生產工藝參數對其物理性能影響的研究

徐俊良，王水龍，王海龍，廖旺旺，陽 杰

（贛州海創鎢業有限公司，江西 贛州 341500）

在鎢氧化物氫還原制取金屬鎢粉的過程中，所用氧化鎢的物理性能對還原過程及最終鎢粉的質量產生較大的影響，而藍鎢是生產鎢粉的重要原料之一，許多學者的研究工作和生產實踐證明：藍鎢不是單一化學成分的化合物，它是由銨鎢氫銅（六方結構）、氫鎢氫銅（正方或六方結晶）、β-氧化鎢(WO2.90)和γ-氧化鎢(WO2.72)組成的混合物，在還原氣氛較強的情況下，還有WO2 和β-W[1]。一般藍鎢假晶保留其原料APT 顆粒的外形，但煅燒過程中由于仲鎢酸銨(以下簡稱APT）高溫分解，在產品生成時有氣體逸出及密度升高，使得顆粒內部收縮產生裂紋，每顆藍鎢假晶內部實際上是由許多小顆粒組成[2]，由于裂紋的生成，藍鎢的比表面積和松裝密度等發生很大的變化，本文著重研究藍鎢生產工藝中原料、煅燒溫度、給料速度、爐管轉速對藍鎢物理性能影響的。

1 實驗過程

1.1 實驗原理

APT 在煅燒過程中不通H2和NH3，采用自還原密閉煅燒[3]，煅燒產生的NH3部分分解為N2和H2，因而系統中為還原氣氛，鎢氧化物被輕度還原得到藍鎢。

1.2 原料準備

選用不同物理性能（粒度、松裝密度）的APT，具體見下表1 中A、B、C、D、E、F 編號APT。

表1 不同物理性能的APT

1.3 實驗方法

將6 組APT 通過不同的煅燒溫度、給料速度、爐管轉速煅燒出藍鎢，并檢測藍鎢Fsss、松裝密度、氧指數、β-氧化鎢相組分及比表面。

1.4 主要設備

實驗所用主要設備為直徑400mm 回轉式電爐（最高加熱溫度900）、Fsss 粒度儀、松裝密度儀、比表面儀、藍鎢相成分標樣等其他輔助檢測設備及試劑。

1.5 檢測方法

粒度檢測采用Fsss 粒度儀；松裝密度采用松裝密度儀；氧指數檢測采用容量法硫代硫酸鈉滴定；β-氧化鎢相組分采用發明專利“一種工業藍鎢相成分的爐前快速檢測方法”檢測；比表面積通過比表面分析儀測定。

2 試驗結果及分析討論

2.1 煅燒溫度對藍鎢的性能影響

保持爐管轉數為20HZe，給料速度180kg/h，其他工藝參數不改變，只調整三段煅燒溫度，得到藍鎢檢測結果如表2～表5。

表2 在620、630、640℃溫度下煅燒結果

表3 在640、650、660℃溫度下煅燒結果

表4 在660、670、680℃溫度下煅燒結果

表5 在680、690、700℃溫度下煅燒結果

從表2 到表5 可知分別對A-F 六種不同物理性能的原料進行了不同煅燒溫度的實驗對比：

原料APT 松裝密度和Fsss 粒度對藍鎢Fsss 粒度和松裝密度的影響為：結合表1，APT 松裝密度與藍鎢松裝密度是呈線性關系的，在同等工藝下APT 松裝密度越大，藍鎢松裝密度也越大；藍鎢的Fsss 粒度受原料APT 影響比較大，受煅燒溫度影響比較小，原料APT 粒度越大，煅燒的藍鎢粒度也越大。這是因為煅燒之后的藍鎢顆粒大小基本由APT 原始顆粒大小決定，煅燒過程中雖有少量顆粒破碎，總體還是受原料APT 的原始形貌決定；原料APT 的松裝密度是由顆粒大小和空隙填充兩個方面同時決定的，顆粒越粗、填充越緊密，得到的APT 松裝密度最大，而藍鎢的顆粒大小和空隙填充基本遺傳了APT 的性能，所以APT 原料的松裝密度越大、Fsss 粒度越大，同工藝下得到藍鎢松裝密度和Fsss 粒度越大。

煅燒溫度對藍鎢Fsss 粒度、氧指數、松裝密度、WO2.90相、比表面的影響：隨著煅燒溫度的升高，藍鎢Fsss 粒度有少量下降，但不明顯，藍鎢松裝密度和氧指數隨著溫度的升高逐漸下降，WO2.90相越來越多（本實驗只研究氧指數大于2.893），比表面積降低。因為煅燒溫度的升高，無論是APT 的排水、排銨、NH3裂解速度都在加劇，爐內還原氣氛增強加劇了脫氧的過程，所以隨著煅燒溫度的逐漸升高，得到藍鎢的氧指數越來越低，氧指數趨近2.90，WO2.90相越來越多；APT 煅燒過程中一方面由于氣體的逸出和產物密度的升高，顆粒內部收縮產生裂紋，每顆藍鎢氧化鎢假晶內部實際上是有許多小顆粒組成，當在低溫煅燒時，有大量的銨鎢氫銅（六方結構）、氫鎢氫銅（正方或六方結晶）相存在，而銨鎢氫銅、氫鎢氫銅晶體內部由小顆粒組成，只有微小的顆粒內部通道，沒有明顯的大孔洞存在，隨著溫度的升高，藍鎢內部小顆粒有長大的趨勢，由于大小顆粒內應力的差別，所以小顆粒破碎，而大顆粒吞并小顆粒，促進顆粒不斷長大，而藍鎢顆粒從內至外形成大量的孔洞[4]，所以藍鎢的松裝密度逐漸下降；

2.2 給料速度對藍鎢的影響

本過程只調整給料速度為150kg/h、180kg/h、210kg/h，其他工藝參數固定，分別對A 組APT 在610/620/630℃下進行煅燒。

表6 調整給料速度的煅燒結果

從上述表6 可以發現給料速度對藍鎢物理性能的影響：給料速度對藍鎢物理性能的影響很小，因為進料量與NH3裂解的H2量是成正比的關系，進料量的多少并沒有明顯改變回轉爐內的還原氣氛值，所以給料速度對藍鎢物理性能的影響比較小。

2.3 爐管轉速（煅燒時間）對藍鎢的影響

本過程只調整爐管轉速為：20Hz、25Hz、30Hz，其他工藝參數固定不變，對A 組APT 在610/620/630 的溫度下進行煅燒。

表7 調整爐管速度的煅燒結果

爐管轉速（煅燒時間）對藍鎢物理性能的影響：隨著爐管轉速越快（煅燒時間越短），藍鎢的Fsss 粒度越大、松裝密度也越高、氧指數越高、WO2.90相占比越小、比表面積越大，主要原因與煅燒溫度的影響相類似。

3 結論

原料APT 粒度、松裝密度越大，同工藝下得到藍鎢粒度、松裝密度越大；給料速度對藍鎢的物理性能影響很小；煅燒溫度和煅燒時間對藍鎢的松裝密度、比表面影響大，溫度越高、煅燒時間越長，生產的藍鎢氧指數低、WO2.90相逐漸增多，松裝密度和比表面積逐漸降低。

通過原料選擇和工藝控制，可以得到不同物理性能的藍鎢原料，根據藍鎢的不同物理性能選取使用的類別，本實驗具有指導意義。