专利名称：一种单晶仲钨酸铵及其制备方法
技术领域：
本发明属湿法冶金中无机粉体材料制备技术领域，涉及仲钨酸铵(简称APT)物性 控制技术，具体讲涉及从(NH4)2WO4溶液中通过悬浮层流工艺制备单晶仲钨酸铵及其制备方法。
背景技术：
仲钨酸铵(APT)是由钨酸铵溶液通过结晶单元操作制取的，其方法主要有蒸发结 晶、中和结晶和冷冻结晶，目前我国企业基本采用蒸发结晶制取APT。表面光滑致密，棱角分明，颗粒均勻，松装密度大，流动性好的单晶APT是生产钨 丝和某些高端钨基合金材料的重要原料。由于遗传关系，仲钨酸铵(APT)的晶体特性，如晶体形貌、平均粒度和粒度分布、 松装密度和流动性对后续粉末冶金产品——鹤粉、钨丝和钨合金的材料性能影响极大。单 晶APT粉体具有良好的流动性，由单晶APT经焙烧-氢还原制取的钨粉，在压制过程中滑动 磨擦阻力小，坯料的空洞缺陷明显降低，加工材料的力学性能大幅度提高。由于抗拉、抗断 裂性能好，拉制过程钨丝的成品率为90%，而以多晶APT为原料生产的钨丝其成品率仅为 70%。此外，单晶APT粉体具有较高的松装密度，坯料中晶粒间隙小而均勻，力学缺陷少，压 实密度高，以其制取的合金材料其抗压、抗剪力、抗冲击性能优良。如以单晶APT制取的顶 锤寿命是以多晶APT制取的2 3倍。由于配重作用大，单晶APT是生产装甲弹、高密度合 金、微钻、数控刀片等高性能钨材料的优良粉体原料。目前尚未见有单晶APT制取方法的报 道。由于长期没有探明APT结晶动力学规律，结晶过程不能控制，同时克服APT晶体团 聚的关键技术没有解决。国内无法对APT形貌、粒度及其分布实现可控，无法生产具有良好 粒度性能(粒度、粒度分布、松比、流动性)的单晶APT粉体，因而严重制约了我国高端硬质 合金和钨材研发生产。仲钨酸铵结晶过程晶体团聚现象是长期没有解决的世界性难题，严重影响后续钨 丝和某些高端钨基合金材料的力学性能。
发明内容
本发明目的是提供一种在(NH4)2WO4溶液的蒸发结晶过程中采用悬浮层流结晶技 术制取单晶仲钨酸铵及其制备方法。本发明技术方案一种单晶仲钨酸铵，松装密度1. 5 3. Og/cm3，费氏粒度在30 60 μ m之间，霍尔流动性30 50s/50g，粉体单晶率彡95%。一种单晶仲钨酸铵制备方法，结晶过程中，晶核出现前，控制搅拌转速为30转/ 分；晶核出现后，控制搅拌转速为40转/分；晶核出现1小时后，控制搅拌转速为50转/ 分；溶液密度下降为1. 14g/cm3后，控制搅拌转速为60转/分。使用横截面为圆形的结晶器，结晶过程采用蒸发结晶，温度为95 100°C，蒸发结晶至初始溶液体积的40%。(NH4)2WO4溶液为黑钨精矿经碱溶、离子交换法除杂净化转型后所得溶液，其组成 为W03285. 66g/L, NH4OH 2mol/L, NH4Cl 2. 5mol/L, Mo、Si、P、As 杂质微量。晶粒团聚的先决条件是接触，晶粒的接触方式有二种一是沉积于结晶器底部的 堆积接触；二是悬浮于结晶溶液中的碰撞接触。其中，碰撞接触的机会大小与结晶器内流体 的流动方式和溶液中固体颗粒的浓度有直接关系。堆积接触可以通过搅拌使晶体颗粒悬浮而避免，因此，在保证晶粒处于悬浮前提 下，降低以至消除晶粒在溶液中运动碰撞的机会是制取仲钨酸铵单粒晶体的前提。由于搅拌装置和搅拌转速不同，晶粒在运动中碰撞的机会有很大不同。根据研究， 在横截面为圆形的结晶器中，流体围绕搅拌轴做圆周同心层流运动时，晶粒碰撞机会最小。流体运动是层流还是紊流，取决于流速，即搅拌速度。搅拌越慢，流体偏离紊流越 远。因此，在保证晶粒不沉积的前提下，搅拌转速越慢越好。APT晶粒的沉降速度与其粒度有关，粒度越大，越易沉降，维持其保持悬浮状态所 需的转速越快。因此，结晶过程根据晶粒长大的情况，对搅拌转速进行由慢到快的控制，确 定不同粒径范围，APT晶粒既不沉积也不碰撞的最慢转速是制取单粒晶形APT的技术关键， 同时晶粒越小碰撞后越容易团聚，晶核形成后的结晶前期控制搅拌转速、避免晶粒碰撞至
关重要。为减少仲钨酸铵晶粒间的碰撞和堆积接触，在仲钨酸铵结晶过程的不同时期，采 用不同的搅拌转速，使溶液中的晶粒处于既不沉积，也不碰撞的悬浮层流状态，克服晶粒的 团聚，制取出单晶仲钨酸铵。本发明的积极效果1、填补国内空白，为我国提供了生产装甲弹、高密度合金、微钻、数控刀片等高性 能钨材料的优良粉体原料。2、普通仲钨酸铵生产钨丝废品率为30%，本发明生产钨丝的废品率仅为10%，减 少资源浪费。1吨仲钨酸铵生产出钨丝(1000万米)价格为25万元，钨丝废品售价按钨含 量计与钨精矿相同，其含量与钨精矿之比为1.94 1，以目前钨精矿每吨价10. 4万元计，本 项目已生产的产品间接经济效益达1. 77亿元，增加了经济效益。3、提升了产品附加值，本发明产品在制造成本方面与传统的APT基本相同，但销 售价格高出8000-10000元/吨。4、本发明产品技术参数优于已有产品，详见单晶APT与当前国内外产品主要参数 的对比表。
具体实施例方式原料及试剂(NH4)2WO4溶液为黑钨精矿经碱溶、离子交换法除杂净化转型后所得溶液，其组成 为W03285. 66g/L, NH4OH 2mol/L, NH4Cl 2. 5mol/L, Mo、Si、P、As 杂质微量。试验过程中，溶液蒸发结晶至初始溶液体积的40%。试验装置实验装置为3000L搪瓷结晶釜。
结晶过程根据晶粒长大的情况，对搅拌转速进行由慢到快的控制，确定了不同结 晶时点，APT晶粒既不沉积也不碰撞的最佳搅拌转速为(1)晶核出现前，控制搅拌转速为30转/分。(2)晶核出现后，控制搅拌转速为40转/分。(3)晶核出现1小时后，控制搅拌转速为50转/分。(4)溶液密度下降为1. 14g/cm3后，控制搅拌转速为60转/分。在温度95 100°C和上述搅拌工艺条件下，制取的单晶APT粉体物理性能指标如 下粉体单晶率大于95%松装密度2. 1 2. 2g/cm3费氏粒度在40 42 μ m霍尔流动性30 50s/50g。单晶APT与当前国内外产品主要参数的对比表
权利要求
1.一种单晶仲钨酸铵，其特征是松装密度1. 5 3. Og/cm3，费氏粒度在30 60 μ m 之间，霍尔流动性30 50s/50g，粉体单晶率> 95%。
2.一种单晶仲钨酸铵制备方法，其特征是结晶过程中，晶核出现前，控制搅拌转速为 30转/分；晶核出现后，控制搅拌转速为40转/分；晶核出现1小时后，控制搅拌转速为50 转/分；溶液密度下降为1. 14g/cm3后，控制搅拌转速为60转/分。
3.根据权利要求2所述一种单晶仲钨酸铵制备方法，其特征是使用横截面为圆形的 结晶器，结晶过程采用蒸发结晶，温度为95 100°C，蒸发结晶至初始溶液体积的40%。
4.根据权利要求2所述一种单晶仲钨酸铵制备方法，其特征是(NH4)2WO4溶液为黑钨 精矿经碱溶、离子交换法除杂净化转型后所得溶液，其组成为W(^85. 66g/L，NH4OH 2mol/ L，NH4Cl 2. 5mol/L，Mo、Si、P、As 杂质微量。
全文摘要
本发明涉及湿法冶金中无机粉体材料制备技术，是从(NH4)2WO4溶液中通过悬浮层流工艺制备单晶仲钨酸铵及其制备方法。本发明包括一种单晶仲钨酸铵，其松装密度1.5～3.0g/cm3，费氏粒度在30～60μm之间，霍尔流动性30～50s/50g，粉体单晶率≥95％；以及单晶仲钨酸铵制备方法，其结晶过程中，晶核出现前，控制搅拌转速为30转/分；晶核出现后，控制搅拌转速为40转/分；晶核出现1小时后，控制搅拌转速为50转/分；溶液密度下降为1.14g/cm3后，控制搅拌转速为60转/分。
文档编号C30B29/32GK102061524SQ20101053716
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者万林生, 杨凤丽, 杨树生, 肖学有, 赵立夫, 陈邦明 申请人:崇义章源钨业股份有限公司, 江西理工大学