一种连续制备钨粉的系统及方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种连续制备钨粉的系统及方法。本发明可实现利用熔盐电化学法连续制备钨粉，在工作温度下补充原料、收取产品，属于熔盐电化学领域。
【背景技术】
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[0002]硬质合金是由难熔金属钨的碳化物和粘结金属经粉末冶金方法制成的具有高硬度、高抗弯强度的材料，其在机械制造、矿山开采、交通运输、能源勘探、建筑装饰等领域得到了广泛的应用。然而难熔金属钨和稀有金属钴是世界上公认的极为重要的战略元素，对提高国家经济、军事竞争力具有非常重要的影响。我国虽是钨资源大国，但由于长期过度滥采、管理混乱，中国的钨矿资源已濒临枯竭。更令人担忧的是我国钴资源极为短缺，每年要靠大量进口来维持需要，这些都极大程度上威胁到了硬质合金产业的可持续发展。目前，全球超过50%的钨资源用于制造硬质合金，而废旧硬质合金中的钨含量就已经达到74% -91 %，中国每年消费钨金属约2.7万t，如果回收率能达到40%，对于建立资源保障体系及促进循环经济发展意义重大。
[0003]应用于工业化的硬质合金再生方法有十几种，按工艺复杂程度可分为长流程和短流程。长流程方法主要包括硝石法、硫酸钠熔炼法、氯化法、无机酸浸出法等，这些方法大都包括湿法冶金和复杂化学处理，使得其过程较为繁杂，经济效益较差。目前人们更加青睐于使用短流程工艺回收硬质合金，其中应用于国内外的短流程工艺主要包括高温处理法、机械破碎法、锌熔法、电化学法和氧化还原法。
[0004]高温处理法具有工艺流程短、设备配套简单、回收的硬质合金混合料比较清洁、对环境的污染程度小的优点，但存在着能耗高、高温阶段钴挥发损耗、回收料只适合作粗晶碳化钨合金的劣势。而利用机械破碎法回收高品质硬质合金，除需要丰富的回收经验、技巧和良好的破碎及磨料设备外，还需精准的分析技术、硬质合金性能测试装置和混合料烧结时对其碳平衡的严格控制及对收缩率、WC结晶完整性的清晰认识等。电化学法虽然通过改进电解装置解决了阳极钝化的问题，但是电化学法存在很大的局限性，无法处理钴含量8%以下的硬质合金废料，并且此法会消耗大量化学原料，产生一系列有害物质容易造成环境的污染。
[0005]熔盐电解法是在熔融盐的电解质中通过电化学方法，在工作电极上还原出纯金属钨或获得合金产品。在冶金工业发展要求短流程、低成本、环境友好的大趋势下，熔盐电解法在制备金属及其合金方面由于具有设备资源占用少，工艺操作简单，同时对环境的副作用小等独特优势而备受关注。中国发明专利CN104018190A(公告日2014.9.03)提出了一种用熔盐电化学法回收废硬质合金的方法，其实现了废硬质合金的溶解和钨、钴粉末的制备，但忽略了阳极泥C的处理，并且由于装置的局限性不能实现连续的电解生产。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的在于避免上述问题，提供一种连续制备钨粉的系统及方法。实现对阳极泥的合理处理、熔盐的重复利用、以及生成物的便捷分离。
[0007]—种连续制备钨粉的系统，其特征在于包括:
[0008]电解槽、带孔石墨阳极篮、阳极加料口、阴极加料口、液态阴极导电盘、液态锌阴极、滑动翻板、电解槽支撑杆、球阀收集口、收集坩祸、下抽真空口、下进气口、下排气口、吹氧口、可开合出料门、上抽真空口、上进气口、上排气口 ；
[0009]上抽真空口、上进气口、上排气口设置在加料室的上方；阳极加料口设置在带孔石墨阳极篮的上方，并且两者之间设有滑动翻板，阴极加料口设置在电解槽上方，并且两者之间设有另一块滑动翻板；两块滑动翻板对称设计，分别用于控制阳极加料口于带孔石墨阳极篮之间的连通和关闭；用于阴极加料口与电解槽之间的连通和关闭；电解槽内有液态锌阴极、液态阴极导电盘和球阀收集口，球阀收集口下方放置有收集坩祸；电解槽的下方还包括有下抽真空口、下进气口、下排气口、吹氧口；
[0010]其中，带孔石墨阳极篮、阳极加料口以及延伸至炉外的导线构成电解阳极，液态阴极导电盘、液态阴极以及延伸至炉外的导线构成电解阴极，球阀收集口、收集坩祸、可开合出料门构成产品收集装置。
[0011]进一步，所述滑动翻板包括固定转轴、滑动连杆和滑块；固定转轴转动带动滑块滑动，并使滑动翻板打开或关闭。
[0012]进一步，所述系统液态阴极导电盘由镍板制成。
[0013]应用所述系统的方法，其特征在于:通过滑动翻版补充阳极废旧硬质合金及液态阴极；通过球阀收集口将液态阴极及产物收集到收集坩祸中以备进一步处理；通过对熔盐吹氧处理以除掉反应残余的碳，完成对熔盐的更新；通过补充阳极废旧硬质合金、锌阴极及熔盐完成连续电解。
[0014]5、应用权利要求1所述系统的方法，其特征在于步骤包括:
[0015]I)废旧硬质合金废料投入带孔石墨阳极篮中，锌投入熔盐中作为液态阴极；
[0016]2)利用750°C NaCl-KCl熔盐3V恒电压对废旧硬质合金进行电解，并使钨、钴粉末在液态阴极上沉积；
[0017]3)利用排液口将液态锌及产物排出，并收集产物；
[0018]4)通过吹氧的方式净化熔盐中残余的碳；在吹氧操作步骤中，排气口气体检测为碳氧化物时，证明反应为完全，需继续吹氧；当排气口气体检测为纯氧时，证明反应完全，碳已清除干净。
[0019]5)通过加入废旧硬质合金及锌，完成上述过程的重复。
[0020]由上述系统可以实现连续电解废旧硬质合金，其具体过程如下:
[0021]1、NaCl-KCl在氩气保护升温下至750摄氏度后，将预先进行真空干燥的废就硬质合金加入阳极加料口 103，将预先进行真空干燥处理的锌粒加入阴极加料口 104，并通过107滑动翻板将废旧硬质合金投入带孔石墨阳极篮102中，锌粒投入电解槽101中。由于锌熔点低且比重大，进入电解槽101后熔化并沉于底部通过液态阴极导电盘构成液态阴极。
[0022]2、在阴阳极两端施加3.0V槽电压进行恒电位电解，废旧硬质合金中的钨在电化学作用下以离子形式溶出并在液态阴极上沉积成为钨粉，由于钨比重大于锌，因此钨粉沉于液态阴极底部。废旧硬质合金中参与的阳极泥碳，由于比重小，悬浮于熔盐中或液态阴极之上不进入液态锌内部。
[0023]3、当电解完成后，缓慢打开球阀收集口 109将液态阴极及钨粉产品排出到收集坩祸110中，阴极产品可由侧面可开合出料门115取出，并通过蒸锌法收集钨粉。
[0024]4、通过吹氧口 114向电解槽101内部吹氧，消耗反应残余的碳。待吹氧完成后熔盐恢复初始状态，继续投加废旧硬质合金、锌粒以及NaCl-KCl粉末补充熔盐量，之后将气氛炉内进行抽真空并更换惰性气体保护，以完成循环连续电解。
[0025]本发明的优势主要体现在:
[0026]1、本发明采用液态阴极，利用度差异使阳极泥与产物分开。避免了阳极泥的存在时产品纯度低，影响产品物相等缺陷。本发明系统通过可开合加料翻版、液态阴极排放收集口以及对熔盐的吹氧除碳处理，完成对废旧硬质合金的连续电解。可在高温下，通过更新阳极废料、更新液态阴极、更新熔盐、收集产品完成整个工艺过程的循环。解决了以往电解需升温降温等重复繁琐操作，制备出了平均粒度为200nm的高纯钨粉。
【附图说明】
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[0027]图1为本发明主视结构示意图。
[0028]图中标号:101电解槽、102带孔石墨阳极篮、103阳极加料口、104阴极加料口、105液态阴极导电盘、106液态锌阴