鎢冶煉廠設(shè)計(jì)(engineering design of tungsten plant)

以鎢精礦為原料，經(jīng)分解、溶液凈化、結(jié)晶、煅燒、還原、成形、燒結(jié)和熔煉等工序生產(chǎn)鎢制品的稀有金屬冶煉廠設(shè)計(jì)。包括鎢濕法冶煉車(chē)間設(shè)計(jì)、鎢粉車(chē)間設(shè)計(jì)和鎢條車(chē)間設(shè)計(jì)等。

鎢精礦有白鎢精礦、黑鎢精礦、低度鎢礦和黑白鎢混合礦。鎢制品有仲鎢酸銨(APT)、三氧化鎢(WO₃)、藍(lán)色氧化鎢(WO_2.9)、純鎢粉、摻雜鎢粉及合金鎢粉、鎢條和鎢棒等。

簡(jiǎn)史 自19世紀(jì)40年代末，鎢的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模以來(lái)，到20世紀(jì)80年代末，世界上主要鎢冶煉廠有20余個(gè)，鎢冶煉產(chǎn)品以仲鎢酸銨計(jì)年總量達(dá)2．4萬(wàn)t。中國(guó)在50年代前僅大連鋼廠設(shè)有小型鎢冶煉車(chē)間。50年代初，上海燈泡廠設(shè)計(jì)建成堿分解黑鎢精礦及生產(chǎn)鎢條的車(chē)間。1958年設(shè)計(jì)建成株洲硬質(zhì)合金廠。1971年設(shè)計(jì)建成大型現(xiàn)代化自貢硬質(zhì)合金廠，采用酸分解白鎢精礦、氫還原、垂熔法生產(chǎn)鎢條。80年代又對(duì)各鎢冶煉廠分別進(jìn)行技術(shù)改造，使中國(guó)鎢冶煉設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

中國(guó)鎢精礦冶煉工藝有多種。白鎢精礦酸法工藝于60年代用于工廠設(shè)計(jì)，隨后黑鎢精礦和黑白鎢混合礦的堿高壓浸出處理工藝也在設(shè)計(jì)中得到采用推廣，粗鎢酸鈉溶液的凈化工藝于70年代和80年代分別采用離子交換法及化學(xué)凈化一萃取法，鎢冶煉工藝以及仲鎢酸銨、藍(lán)色氧化鎢和鎢粉的質(zhì)量達(dá)到世界先進(jìn)水平。

設(shè)計(jì)規(guī)模 中國(guó)設(shè)計(jì)建成的鎢冶煉廠，以仲鎢酸銨計(jì)，規(guī)模在500～2000t／a，鎢條設(shè)計(jì)規(guī)模最大者為300t／a。20世紀(jì)80年代末到90年代初，中國(guó)鎢冶煉廠經(jīng)技術(shù)改造擴(kuò)建，設(shè)計(jì)規(guī)模最大者仲鎢酸銨產(chǎn)量達(dá)3000t／a、鎢粉達(dá)2000t／a。西方國(guó)家鎢冶煉廠生產(chǎn)規(guī)模，一般仲鎢酸銨為500～2000t／a，鎢粉為400～1300t／a。

一個(gè)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的鎢冶煉廠設(shè)計(jì)方案除滿(mǎn)足近期和遠(yuǎn)期市場(chǎng)的需要外，主要設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷率應(yīng)在90％以上，輔助設(shè)施的能力應(yīng)得到充分發(fā)揮。設(shè)計(jì)規(guī)模同產(chǎn)品牌號(hào)、品種、產(chǎn)品方案的關(guān)系密切，鎢冶煉廠建設(shè)隨產(chǎn)品方案不同有兩種模式：一是濕法冶煉模式，產(chǎn)品為APT、WO_2.9、WO₃等化合物；二是濕法冶煉和粉末冶金聯(lián)合的模式，產(chǎn)品除鎢化合物外，還有鎢粉、碳化鎢粉和鎢條。前者以APT計(jì)規(guī)模不小于1000t／a，后者規(guī)模(以鎢金屬量計(jì))不小于500t／a。

產(chǎn)品方案 絕大部分鎢冶煉廠是先制成仲鎢酸銨產(chǎn)品，再根據(jù)需要進(jìn)一步將仲鎢酸銨冶煉加工成三氧化鎢、藍(lán)色氧化鎢、鎢粉(純鎢、摻雜鎢或合金鎢粉)和鎢條(錠)等產(chǎn)品；也可在生產(chǎn)過(guò)程中稍加措施，生產(chǎn)鎢酸、鎢酸鈣、偏鎢酸、偏鎢酸銨和鎢酸鈉等產(chǎn)品。產(chǎn)品方案一般根據(jù)市場(chǎng)或用戶(hù)需要或發(fā)展的可能考慮。鎢冶煉產(chǎn)品若用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)，則設(shè)計(jì)有仲鎢酸銨、藍(lán)色氧化鎢(或三氧化鎢)和純鎢粉等產(chǎn)品；若用于鎢加工材生產(chǎn)，則設(shè)計(jì)除有上述產(chǎn)品外，還應(yīng)有純鎢條(錠)、摻雜鎢和合金鎢條(棒)；若用于化工行業(yè)，則設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為各種鎢酸鹽或鎢酸等化合物。世界各國(guó)或生產(chǎn)廠家對(duì)于鎢冶煉產(chǎn)品，根據(jù)其化學(xué)成分和使用要求，又區(qū)分為不同牌號(hào)的產(chǎn)品。中國(guó)三氧化鎢產(chǎn)品劃分為FWO₃-1、FWO₃-2和FWO₃-3三個(gè)牌號(hào)；鎢粉產(chǎn)品FW-1主要用于大型板坯、鎢錸熱電偶原料，F(xiàn)W-2主要用于觸頭、高密度屏蔽原料，F(xiàn)WP-1主要用于等離子噴涂材料；鎢條產(chǎn)品劃分為W-1、W-2、W-3和W-4四個(gè)牌號(hào)。美國(guó)西爾韋尼亞公司(GTE Sylvania Chem and Met．Div．)生產(chǎn)M5～M70共14個(gè)牌號(hào)的鎢粉和TO-1、TO-2、TO-3三個(gè)牌號(hào)的三氧化鎢產(chǎn)品。日本東京鎢公司(東京鎢株式會(huì)社)生產(chǎn)四種仲鎢酸銨，其中兩種用于生產(chǎn)鎢絲，兩種用于制造硬質(zhì)合金。

工藝流程選擇 根據(jù)礦物原料、品種和質(zhì)量，采用不同的處理方法。鎢礦物原料的分解方法為：白鎢精礦主要采用酸法；黑鎢精礦主要采用堿法；低度鎢或黑白混合礦采用蘇打壓煮法；鎢金屬及其合金廢料的分解采用氧化一堿浸出法、硫酸鈉熔融法或堿法。礦物原料分解后所得溶液，按其中所含雜質(zhì)多寡，采用化學(xué)處理法、離子交換法或化學(xué)凈化一溶劑萃取法，分離雜質(zhì)，制取鎢酸銨溶液。常用蒸發(fā)結(jié)晶法制取仲鎢酸銨，在缺氧條件下分解成藍(lán)色氧化鎢或空氣下焙燒得三氧化鎢。工業(yè)上一般采用氫氣還原法，將仲鎢酸銨、三氧化鎢或藍(lán)色氧化鎢還原成鎢粉。為獲得粗顆粒鎢粉，常采用一段高溫還原法；中、細(xì)顆粒鎢粉則采用一段或二段還原法；超細(xì)鎢粉可采用鹵化鎢氫還原法獲得。鎢條生產(chǎn)一般采用壓制、預(yù)燒和垂熔的方法。為了得到大規(guī)格鎢錠或高純度產(chǎn)品，可采用真空電弧熔煉法、電子束熔煉法、等離子熔煉法或區(qū)域熔煉法等。

鎢冶煉廠原則工藝流程見(jiàn)圖。

鎢精礦鎢冶煉原則工藝流程圖

主要設(shè)備 精礦處理設(shè)備有焙燒窯、分解槽、壓煮器、熔融爐、凈化槽、離子交換柱、溶劑萃取槽、連續(xù)離心過(guò)濾機(jī)、蒸發(fā)結(jié)晶槽或連續(xù)式蒸發(fā)結(jié)晶器等。粉末制取設(shè)備有回轉(zhuǎn)管爐、三氧化鎢焙燒爐、藍(lán)氧爐和還原爐。壓形設(shè)備有油壓機(jī)、冷等靜壓機(jī)。燒結(jié)熔煉設(shè)備有預(yù)燒結(jié)爐、高溫?zé)Y(jié)爐、垂熔爐、各式真空熔煉爐等。

車(chē)間組成 一般鎢冶煉廠由鎢濕法冶煉、鎢粉生產(chǎn)、鎢條(錠)制備、綜合回收(回收氯化鈣、鎢鐵、鉭、鈮、鈧等)等生產(chǎn)車(chē)間及制氫等輔助設(shè)施組成。根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)和規(guī)模，可以單獨(dú)設(shè)立車(chē)間，亦可合并設(shè)立車(chē)間。如將綜合回收并入鎢濕法冶煉車(chē)間，將鎢粉制備、鎢條(錠)合并為粉末冶金車(chē)間等。

工廠配置與特點(diǎn) 濕法冶煉生產(chǎn)過(guò)程中使用酸、堿、有機(jī)試劑等化工材料，產(chǎn)出有害排放物需要治理。因此，工廠配置時(shí)，應(yīng)將濕法冶煉車(chē)間設(shè)在廠區(qū)的下風(fēng)向，且便于原輔材料運(yùn)輸和排除鎢渣。鎢粉末冶金部分有防塵、防爆、防火要求，應(yīng)配置在較潔凈、不受外界灰塵影響的區(qū)域。

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 回收率：鎢濕法冶煉為90％～98％；純鎢粉制備為98％～99％；純鎢條(錠)為98％～99．5％。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)取決于所用的原料、生產(chǎn)工藝和原輔材料價(jià)格等因素。如日本某公司以黑鎢精礦為原料，采用經(jīng)典堿法工藝，每噸仲鎢酸銨產(chǎn)品耗燒堿2．46t；鹽酸3．2t；中國(guó)某廠以白鎢精礦為原料，采用經(jīng)典酸法工藝，每噸仲鎢酸銨產(chǎn)品耗鹽酸4～5t；氨水1．7～2．3t。