一种生产小粒径仲钨酸铵晶体结晶过程的控制方法与流程

本发明属于钨冶炼加工领域，具体涉及一种生产小粒径仲钨酸铵晶体结晶过程的控制方法。

背景技术：

钨是一种金属元素，原子序数为74，原子量为183.84。单质钨呈钢灰色或银白色，硬度高、熔点高，常温下不受空气侵蚀；主要用途为制造灯丝、高速切削合金钢和超硬模具,也用于光学仪器和化学仪器。

钨是属于有色金属，也是重要的战略金属，钨矿在古代被称为“重石”，1781年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现白钨矿，并提取出新的元素酸－钨酸，1783年被西班牙人德普尔亚发现黑钨矿也从中提取出钨酸，同年，用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉，并命名该元素。钨在地壳中的含量为0.001％，已发现的含钨矿物有20种，钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成，经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属，熔点极高，硬度很大，钨是熔点最高的元素。

目前世界上开采出的钨矿，约50％用于优质钢的冶炼，约35％用于生产硬质钢，约10％用于制钨丝，约5％其他用于其他用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等，钨的用途十分广泛，涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。

正因为钨元素的应用十分广泛，所以涉及到钨冶炼及其后续处理的相关工序也备受大家的重视。其中，针对超硬模具和钻头等耐磨性要求极高的零部件，为了增强其相关耐性，一般的处理方法是不断锻造和调整材料内钨元素的含量，使材料内钨元素分布更加均匀，同时让材料整体结构更加缜密。但这种方法针对不同的零部件时需要分别做出调整，而且不同批次生产出的产品一致性较差，这不仅需要投入大量的人力物力和时间，并且这种处理方式对提高材料耐性的程度也相当有限，无法产生大的突破。因此，我们需要从材料本质上寻求改进，为了提高零部件的耐磨性，其中最根本的方法便是减小材料中添加钨元素晶体的粒径，从而在材料的根本上对零部件加以改进，因此如何减小钨元素晶体的粒径相应的也成为了很必要的研究课题。而现今钨元素添加到其他材料中最常见的便是仲钨酸铵晶体，其也是钨冶炼过程中最常见的产物，因此，现今考虑如何生产小粒径仲钨酸铵晶体已有相当的必要。

结晶技术广泛应用于医药、食品、化工、冶金、轻工等行业的水或有机溶液的结晶过程中，尤其应用于利用结晶的方法使晶体以固体形态析出的过程。而现有的结晶技术发展更多的是专注于结晶过程能耗的降低、过程自动化控制和搅拌转速快慢对结晶体的影响，很少关注在整个结晶过程中，通过分时段变换搅拌转速后，溶液在结晶器析出的晶体性能的改变。

溶液的结晶过程可分为：初期浓缩、晶核析出、晶体生长和晶体老化四个阶段。四个阶段的溶液比重、溶液体积、固液比例都不同，在结晶过程的不同时段采用不同的搅拌转速，能够控制各时段溶液中产生的晶核数量和晶体的生长速度，最终影响晶体的晶核数量。因此，针对上述对生产小粒径仲钨酸铵晶体的需要，使间歇结晶应用到其中将具有巨大的实用价值。

技术实现要素：

(1)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种生产小粒径仲钨酸铵晶体结晶过程的控制方法，该方法简单实用，同时效果明显，仅仅通过控制搅拌时间、速度和温度便精确达到了影响晶体生长，从而达到了控制最终结晶体性能的目的，实现了小粒径仲钨酸铵晶体的生产，而且生产的小粒径仲钨酸铵晶体一致性好。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种生产小粒径仲钨酸铵晶体结晶过程的控制方法，将钨酸铵溶液加入到结晶器中进行分段式蒸发结晶，取分段式蒸发结晶出的晶体烘干即得到小粒径仲钨酸铵晶体，所述分段式蒸发结晶的具体步骤为：

a.将钨酸铵溶液加热至60℃；

b.使温度控制在59-61℃，设置搅拌转速为45r/min，保持0.8小时；

c.使温度控制在61-63℃，设置搅拌转速为40r/min，保持0.6小时；

d.使温度控制在64-66℃，设置搅拌转速为35r/min，保持1.3小时；

e.使温度控制在67-69℃，设置搅拌转速为30r/min，保持1小时；

f.使温度控制在71-73℃，设置搅拌转速为25r/min，保持0.7小时；

g.使温度控制在63-65℃，设置搅拌转速为20r/min，保持0.5小时；

h.使温度控制在61-63℃，设置搅拌转速为15r/min，保持0.9小时。

优选地，所述分段式蒸发结晶的具体步骤为：

a.将钨酸铵溶液加热至60℃；

b.使温度控制在60℃，设置搅拌转速为45r/min，保持0.8小时；

c.使温度控制在62℃，设置搅拌转速为40r/min，保持0.6小时；

d.使温度控制在65℃，设置搅拌转速为35r/min，保持1.3小时；

e.使温度控制在68℃，设置搅拌转速为30r/min，保持1小时；

f.使温度控制在72℃，设置搅拌转速为25r/min，保持0.7小时；

g.使温度控制在64℃，设置搅拌转速为20r/min，保持0.5小时；

h.使温度控制在62℃，设置搅拌转速为15r/min，保持0.9小时。

(3)有益效果

本发明的方法与现有技术相比，通过分段式控制蒸发结晶的温度和搅拌，并结合精确的时间配比，通过步骤b和步骤c，在一定程度上加速了蒸发结晶过程中初期浓缩的速度，同时又为后续细化晶核打下基础；通过步骤d和步骤e，实现了蒸发结晶过程中晶核析出的稳定输出，在增大晶核析出数量的同时，又达到了细化晶核的效果；通过步骤f，实现了蒸发结晶过程中晶体生长的快速饱和，在缩短晶体生长时间的同时，还能使其保持稳定；通过步骤g和步骤h，实现了蒸发结晶过程中晶体老化的稳定成型，保证了成型晶体的一致性。综合本发明的上述特点，该方法简单实用，同时效果明显，仅仅通过控制搅拌时间、速度和温度便精确达到了影响晶体生长，从而达到了控制最终结晶体性能的目的，实现了小粒径仲钨酸铵晶体的生产，而且生产的小粒径仲钨酸铵晶体一致性好。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1中仲钨酸铵晶体1的晶形图。

图2为实施例2中仲钨酸铵晶体2的晶形图。

图3为实施例3中仲钨酸铵晶体3的晶形图。

具体实施方式

下面，将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将8m³钨酸铵溶液加入10m³结晶器中，按下述分段式蒸发结晶一的步骤进行蒸发结晶，所述分段式蒸发结晶一的具体步骤为：

a.将钨酸铵溶液加热至60℃；

b.使温度控制在60℃，设置搅拌转速为45r/min，保持1.5小时；

c.使温度控制在65℃，设置搅拌转速为45r/min，保持1.5小时；

d.使温度控制在70℃，设置搅拌转速为45r/min，保持1.5小时；

e.使温度控制在60℃，设置搅拌转速为45r/min，保持1.5小时。

取蒸发结晶出的晶体烘干即得到仲钨酸铵晶体1。

实施例2

将8m³钨酸铵溶液加入10m³结晶器中，按下述分段式蒸发结晶二的步骤进行蒸发结晶，所述分段式蒸发结晶二的具体步骤为：

a.将钨酸铵溶液加热至60℃；

b.使温度控制在60℃，设置搅拌转速为15r/min，保持1.5小时；

c.使温度控制在65℃，设置搅拌转速为25r/min，保持1.5小时；

d.使温度控制在72℃，设置搅拌转速为35r/min，保持1.5小时；

e.使温度控制在62℃，设置搅拌转速为45r/min，保持1.5小时。

取蒸发结晶出的晶体烘干即得到仲钨酸铵晶体2。

实施例3

将8m³钨酸铵溶液加入10m³结晶器中，按下述分段式蒸发结晶三的步骤进行蒸发结晶，所述分段式蒸发结晶三的具体步骤为：

a.将钨酸铵溶液加热至60℃；

b.使温度控制在60℃，设置搅拌转速为45r/min，保持0.8小时；

c.使温度控制在62℃，设置搅拌转速为40r/min，保持0.6小时；

d.使温度控制在65℃，设置搅拌转速为35r/min，保持1.3小时；

e.使温度控制在68℃，设置搅拌转速为30r/min，保持1小时；

f.使温度控制在72℃，设置搅拌转速为25r/min，保持0.7小时；

g.使温度控制在64℃，设置搅拌转速为20r/min，保持0.5小时；

h.使温度控制在62℃，设置搅拌转速为15r/min，保持0.9小时。

取蒸发结晶出的晶体烘干即得到仲钨酸铵晶体3,。

对比总结

通过上述三个实施方式得到三种仲钨酸铵晶体，分别为仲钨酸铵晶体1、仲钨酸铵晶体2和仲钨酸铵晶体3，通过显微镜观察，得到如图1-图3所示的晶体晶形图，将三种仲钨酸铵晶体分别经过80目不锈钢筛网过筛后，再通过计算显微镜观测，最终得到三种仲钨酸铵晶体的物理性能对比表，具体表格如下：

由此可以看出，根据本发明结晶过程的控制方法生产出的仲钨酸铵晶体确实比一般方法生产出的仲钨酸铵晶体粒径更小，而且该方法简单实用，同时效果明显，仅仅通过控制搅拌时间、速度和温度便精确达到了影响晶体生长，从而达到了控制最终结晶体性能的目的，实现了小粒径仲钨酸铵晶体的生产，而且生产的小粒径仲钨酸铵晶体一致性好。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，还可以做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。