磷酸钠焙烧分解白钨及过剩磷酸钠循环利用研究

摘要

近年来，随着黑钨资源的不断枯竭，白钨矿已成为我国钨冶炼的主要原料。目前，碱压煮工艺是国内分解白钨矿的主要方法，该法需在8-12kg左右的压力下进行，存在一定的安全隐患，且为单釜式的间歇性操作，生产效率较低。因此，课题组在克服传统苏打烧结法分解钨矿弊端的基础上，开发了氢氧化钠焙烧和硅酸钠焙烧分解钨矿的系列方法，钨提取率均稳定在99%以上，解决了焙烧法不能彻底分解白钨的难题。 从热力学上分析，氢氧化钠和硅酸钠均可以湿法冶炼的方式分解白钨，而磷酸钠同样可以此方式分解白钨。由此，在氢氧化钠和硅酸钠焙烧成功分解白钨的基础上，本文提出磷酸钠焙烧分解白钨，并围绕相关基础理论、新工艺及过剩磷酸钠的循环利用进行了研究，主要包括： （1）磷酸钠焙烧分解白钨矿探索研究结果表明：控制一定的焙烧条件，磷酸钠可彻底分解白钨矿，同时，结合XRD、SEM和EDS等现代表征手段，探明了焙烧产物主要为磷酸钙钠和钨酸钠，由此推断出该焙烧过程的主要反应为：Na3PO4+CaWO4=NaCaPO4+Na2WO4在此基础上，对该焙烧反应的热力学进行了研究，绘制了反应的吉布斯自由能与温度的关系图。结果表明，在298-1000K的温度区间内，反应的吉布斯自由能均为负，且反应的吉布斯自由能随着温度的升高而降低。 （2）系统考察了磷酸钠用量、焙烧温度、焙烧时间、水浸温度、水浸时间与液固比六个条件对钨提取率影响，确定了较优工艺条件：磷酸钠用量为理论量的2.0倍、焙烧温度为700℃、焙烧时间为2h、水浸温度为80℃、水浸时间为2.5h、液固比为2.5:1，在此条件下，白钨矿的提取率高达99.78%。 （3）为了消除水浸液中的磷对后续离子交换工艺中与钨的竞争吸附，保证离子交换树脂的吸附容量，利用同离子效应对水浸液中过剩磷酸钠进行了回收利用，其研究结果表明：在结晶时间为1h、不搅拌、室温为30℃、氢氧化钠浓度为4mol/L的条件下，水浸液中的除磷率为97.18%，除磷后液配置成20g/L（以WO3计）的交前液时，当中的磷浓度可降至0.0475g/L<0.1g/L(工业操作要求)，析出的晶体主要为八水磷酸钠与二水钨酸钠，同时，在结晶时间为1h、不搅拌的条件下，建立了不同室温条件下，氢氧化钠浓度与室温的函数关系：y=0.009X2-0.205X+2.299通过该函数关系，可确定在5-40℃的不同室温条件下的氢氧化钠浓度，使除磷后液配置成交前液时当中的磷浓度小于0.1g/L；将上述析出的晶体循环用于白钨矿的焙烧分解时，均取得较好的效果，实现了水浸液中过剩磷酸钠的循环利用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 钨及其化合物性质与应用

1.2 钨资源的现状

1.3 白钨矿分解工艺现状

1.4 钨冶炼中传统磷回收工艺

1.5 课题的提出与研究内容

第二章 实验原料、设备及分析方法

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验步骤

2.4 实验分析方法

第三章 探索实验及热力学研究

3.1 前言

3.2 探索实验

3.3 磷酸钠焙烧分解白钨矿热力学研究

3.4 小结

第四章 磷酸钠焙烧分解白钨矿工艺研究

4.1 前言

4.2 试剂用量与提取率计算方法

4.3 磷酸钠焙烧分解白钨矿工艺条件研究

4.4 本章小结

第五章 水浸液中过剩磷酸钠回收利用工艺研究

5.1 前言

5.2 实验原料

5.3 试剂用量与回收率计算方法

5.4 磷酸钠回收工艺探索实验

5.5 水浸液中过剩磷酸钠回收工艺研究

5.6 结晶温度与氢氧化钠浓度相关性分析

5.7 磷酸钠循环利用研究

5.8 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果