Вольфрам ангидридін көміртегімен тотықсыздандыру

Вольфрам ұнтағын алу

Таза металдық вольфрам ақшыл сұр түсті болып келеді. Вольфрам ұнтағының түсі түйіршіктерінің өлшеміне қарай сұрдан қараға дейін өзгереді. Вольфрам – барлық металдардың ішіндегі ауыр және ең қиын балқитын металл, оның тығыздығы 19,3 г/см, ал балқу температурасы 3410 °С. Ол ауада тұрақты болып келеді. 400-500 °С температурасында WO₃ түзе отырып, аздап тотыға бастайды.

Вольфрам табиғатта таралуы бойынша химиялық элементтердің ішінде 26-шы орынды алады және ол вольфрам қышқылы - вольфраматтар болып табылатын әр түрлі 15 минералдардың ішіне кіреді..

Бірақ, олардың ішіндегі екі минерал: вольфра­мит пен шеелит (Fе, Мn) WO₄ қосылысының маңызы зор

Кендегі вольфрам тотығының үлесі ондық үлестен бастап 1-2 % дейінгіні құрайды.

Ұнтақ тәрізді вольфрам – тұтас вольфрам өндіруде, сонымен бірге құрамында вольфрамы бар қатты қорытпалар алуда негізгі материал болып табылады. Ұнтақты вольфрам алуда - вольфрам ангидриді WO₃ (вольфрамның үштотығы) бастапқы материал ретінде қолданылады, оны вольфрам қышқылын 600-800 °С температурасында күйдіру арқылы алынды:

Н₂WO_{4 =}WO₃+ Н₂О (51)

немесе аммоний паравольфраматын күйдіру жолымен алады:

5(NH₄)₂O∙12WO₃ ∙11 Н₂О =12 WO₃+ 10NН₃ + 16Н₂О (52)

Аталған қосылыстарды (қышқыл мен паравольфраматты) - вольфрам кендерін (вольфрамит пен шеелитті) байыту немесе химиялық өңдеу жолымен алады.

Вольфрам ұнтағын алуда тотықсыздандырғыш ретінде сутегін немесе көміртегін қолданады. Өнеркәсіпте WO₃ сутегімен тотықсыздандыру кеңінен тараған, себебі көміртегімен тотықсыздандыру кезінде алынатын ұнтақтардың көміртегімен ластану дәрежесі көбірек болады. Соның нәтижесінде карбидтер түзіліп, тұтас вольфрамның сынғыш болуына әкеліп соғады және материалды қысыммен өңдеуге кедергі болып табылады. Көміртегімен тотықсыздандыру арқылы алынған ұнтақтар қатты қорытпаларды өндіруде (вольфрам карбидін алуда) қолданылады.

Вольфрам ангидридін сутегімен тотықсыздандыру

Вольфрам ұнтағының тазалығы жоғары болуы үшін ұнтақ өндіру кезінде құрамында 0,1 % -дан аспайтын мөлшерде қоспалар бар вольфрам ангидриді қолданылады. Вольфрам-оттегі жүйесінде түсі бойынша ерекшеленетін төрт тотығы бар: сары WO₃; көк WO_2,9; күлгін WO_2,72 және қоңыр WO₂.

Тотықсызданудың жалпы реакциясы аталған тотықтардың түзілуімен жүретін аралық реакциялардан тұрады:

WO₃ + 3Н₂ = W +3Н₂О (54)

Сутегімен WO₃ тотықсыздандыру – келесі сатылардан тұратын гетерогенді процесс:

- тотықтың қатты бетіне сутегінің диффузия арқылы келуі;

- бөлшектердің бетіне сутегінің сорбциясы және химиялық реакцияның жүруі;

- су буының десорбциясы және диффузиялық жолмен беттен шығарылуы.

Әдетте тотықсыздандыруды WO₃ 2-4 см қалыңдықпен қайықшаларға салып 700-850 °С температурасында жүргізеді.

Тотықсыздандыру процесінің шарттары алынатын вольфрам ұнтақтарының түйіршіктілігіне маңызды әсерін тигізеді. Вольфрамның тотығы алынатын соңғы өнім - ұнтақ бөлшектерінің түйіршіктер өлшеміне маңызды әсерін тигізуші болып табылатындығы анықталған, себебі WО₃ бір түйіршігінен бір вольфрам түйіршігі пайда болады. Яғни, WО₃ түзілуіне дейінгі процесті жүргізу жағдайларын өзгерте отырып, соңғы өнімнің өлшемін өзгертуге болады. Мына технологиялық факторлар ірі түйіршікті ұнтақтардың алынуына себеп болады:

1. Пештің жұмыс кеңістігінде жоғары температураның тез көтерілуі;

2. Жоғары температуралық аймаққа қарай пеш бойымен ішінде WO₃ бар қайықшалардың тез жылжуы;

3. Қайықшаларда WO₃ қабатының жоғары болуы;

4. Сутегінің ылғалдылығының жоғары болуы және оның аз мөлшерде берілуі.

Вольфрам ангидридін көміртегімен тотықсыздандыру

Бұл әдісті қатты қорытпалар өндірісінде, вольфрамда көміртегінің болуына жол берілген жағдайларда қолданады. Көміртегіні көмір ұнтағы түрінде береді. Тотықсыздандыру 1000 °С жоғары температурада газ фазасының қатысымен жүргізеді:

WO₃ + 3СО = W +3СО_{2 ,} (55)

СО₂+ С =2СО , (56)

Тотықсыздандырудың жалпы реакциясы:

WO₃+ 3С = W +3СО , (57)

Көміртегімен тотықсыздандырудың соңғы сатысы келесі реакциямен жүреді:

WO₂ + 2СО = W +2СО_{2 .} (58)

Тотықсыздандыруды құбырлы пештерде жүргізеді, онда қайықшаларды толтыру, жылжыту, өнімді түсіріп алу автоматтандырылған. Максималды температурасы - 1700 °С, тәуліктік өнімділігі - 350-380 кг.

Ірі түйіршікті ұнтақтарды алу үшін шихтаға көмірдің артық мөлшерін салып, процесті жоғарырақ температурада (1700-1900 °С) жүргізеді.

1500 °С дейінгі температурада алынған ірі вольфрам ұнтақтарының өлшемі 1-4 мкм, тығыздығы 3 г/см жоғары.

1700-1900 °С температурасында алынған вольфрам ұнтақтарының өлшемі- 4-10 мкм, сеппелі тығыздығы – 5-7 г/см, қалған көміртегінің үлесі - 0,5 % дейін.