[发明专利]一种用钨矿直接制备粗晶碳化钨的方法

说明书

技术领域

本发明属于钨冶金技术领域，具体涉及一种用钨矿直接制备粗晶碳化钨的方法。

背景技术

目前世界50～60％的钨用于制造碳化钨硬质合金，而其中矿山工具中的凿岩机，石油开采中的三牙轮钻，隧道盾构机的滚刀所用到的粗晶碳化钨又占碳化钨硬质合金的相当一部分。但现有碳化钨生产流程是湿法分解钨矿，离子交换或有机溶剂萃取提纯，制取仲钨酸铵，煅烧后得到氧化钨，再还原成钨粉，配碳后，在高温氢气气氛下碳化，工艺冗长且复杂。并且此方法受限于固固反应中元素扩散慢以及反应前后体积变化的影响，不能合成单晶的大颗粒碳化钨，而是多个碳化钨一次颗粒聚集而成的二次颗粒，其中必然存在着孔隙和杂质等缺陷，这对WC-Co硬质合金的性能会产生不利影响。

国内外对短流程制取碳化钨有一系列的研究。其中早期较成功的方法有铝热还原法(CN87107470A)和熔盐萃取-碳化法(CN01137415)。前一种方法是利用铝粉和钨精矿反应(3FeWO₄+8Al＝3Fe+3W+4Al₂O₃)，产生大量的热，达到2412～2482℃，被还原的钨在高温下与碳化剂(CaC₂或炭)反应生成碳化钨，渣的成分由氧化钙和铝酸钙所组成(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)的二元渣。该方法反应剧烈，且温度高，对设备具有较高的要求。后一种方法则是钨精矿与Na₂SiO₃、NaCl混合，在1050～1100℃下熔融，发生反应(2(Fe、Mn)WO₄+3Na₂SiO₃+16NaCl＝2(Na₂WO₄·8NaCl)+Na₂(Fe、Mn)₂Si₃O₉)，其中钨酸盐相与硅酸盐相分层后，用倾析法分离，取Na₂WO₄相，在1050～1090℃通入天然气，发生反应(Na₂WO₄+4CH₄＝Na₂O+WC+3CO+8H₂)，得碳化钨，先后用盐酸、NaOH洗去杂质，得纯碳化钨粉，但熔盐萃取-碳化法无法得到粗晶碳化钨。

近年来也出现了直接用固相合成的方法制备碳化钨。如Pandey.O.P，将球磨过的白钨矿和活性炭，在1025℃下焙烧，再先后用1:1的盐酸和0.25mol/L的NaOH清洗去除杂质和反应副产物，获得碳化钨。类似的方法，用黑钨矿也可直接制备碳化钨。专利(CN200810044355)中，采用WO₂及C粉、铁及铁氧化物、Al-Ni合金粉，高温(2040～2400℃)熔融碳化，破碎酸洗去杂后，得到粗晶碳化钨。

碳化钨作为钨资源消费的主要产品，直接以钨矿为原料合成碳化钨能极大的缩短冶炼流程，并且特粗晶碳化钨颗粒广泛用于矿山岩凿工具，比一般碳化钨有更高的附加值。

发明内容

本发明目的在于提供一种用钨矿直接制备粗晶碳化钨的方法。本发明以钨矿为主要原料，添加铁、碳、氧化铝、二氧化硅原料，高温下钨被还原且碳化进入金属相中，杂质和反应副产物进入渣相。用酸将金属相中的铁等杂质溶解后，即可得到粗晶碳化钨，可应用于矿用硬质合金生产。

本发明技术方案如下：

一种以钨矿为原料直接制备粗晶碳化钨的方法，包括以下步骤：以钨矿、铁、碳、氧化铝、二氧化硅为原料按比例混合，加热至完全熔化，反应结束后，上层为不含钨的渣相，下层为含有碳化钨的金属相，分离渣相和金属相，冷却后用酸浸处理金属相，用水漂洗除杂后烘干，即得粗晶碳化钨。

优选地，所述原料钨矿可以为白钨矿或黑钨矿或黑白钨混合矿，其品位可在20％～80％(以WO₃计)之间浮动。一般对黑白钨混合矿中白钨矿和黑钨矿的比例没有限制。

优选地，所述原料铁、原料碳可为铁的化合物、碳的化合物、含铁的混合物或含碳的混合物；例如含有元素铁和碳的钢、熟铁、生铁，其形貌可为粉状或块状。优选地，所述碳为石墨粉。

优选地，所述原料氧化铝、二氧化硅可以为主要成分是含铝和硅的氧化物，或主要成分为氧化铝、二氧化硅以及同时含有两者的矿物。