钨冶炼厂设计(engineering design of tungsten plant)

以钨精矿为原料，经分解、溶液净化、结晶、煅烧、还原、成形、烧结和熔炼等工序生产钨制品的稀有金属冶炼厂设计。包括钨湿法冶炼车间设计、钨粉车间设计和钨条车间设计等。

钨精矿有白钨精矿、黑钨精矿、低度钨矿和黑白钨混合矿。钨制品有仲钨酸铵(APT)、三氧化钨(WO₃)、蓝色氧化钨(WO_2.9)、纯钨粉、掺杂钨粉及合金钨粉、钨条和钨棒等。

简史 自19世纪40年代末，钨的生产实现工业化规模以来，到20世纪80年代末，世界上主要钨冶炼厂有20余个，钨冶炼产品以仲钨酸铵计年总量达2．4万t。中国在50年代前仅大连钢厂设有小型钨冶炼车间。50年代初，上海灯泡厂设计建成碱分解黑钨精矿及生产钨条的车间。1958年设计建成株洲硬质合金厂。1971年设计建成大型现代化自贡硬质合金厂，采用酸分解白钨精矿、氢还原、垂熔法生产钨条。80年代又对各钨冶炼厂分别进行技术改造，使中国钨冶炼设计技术进入世界先进行列。

中国钨精矿冶炼工艺有多种。白钨精矿酸法工艺于60年代用于工厂设计，随后黑钨精矿和黑白钨混合矿的碱高压浸出处理工艺也在设计中得到采用推广，粗钨酸钠溶液的净化工艺于70年代和80年代分别采用离子交换法及化学净化一萃取法，钨冶炼工艺以及仲钨酸铵、蓝色氧化钨和钨粉的质量达到世界先进水平。

设计规模 中国设计建成的钨冶炼厂，以仲钨酸铵计，规模在500～2000t／a，钨条设计规模最大者为300t／a。20世纪80年代末到90年代初，中国钨冶炼厂经技术改造扩建，设计规模最大者仲钨酸铵产量达3000t／a、钨粉达2000t／a。西方国家钨冶炼厂生产规模，一般仲钨酸铵为500～2000t／a，钨粉为400～1300t／a。

一个经济规模的钨冶炼厂设计方案除满足近期和远期市场的需要外，主要设备运行负荷率应在90％以上，辅助设施的能力应得到充分发挥。设计规模同产品牌号、品种、产品方案的关系密切，钨冶炼厂建设随产品方案不同有两种模式：一是湿法冶炼模式，产品为APT、WO_2.9、WO₃等化合物；二是湿法冶炼和粉末冶金联合的模式，产品除钨化合物外，还有钨粉、碳化钨粉和钨条。前者以APT计规模不小于1000t／a，后者规模(以钨金属量计)不小于500t／a。

产品方案 绝大部分钨冶炼厂是先制成仲钨酸铵产品，再根据需要进一步将仲钨酸铵冶炼加工成三氧化钨、蓝色氧化钨、钨粉(纯钨、掺杂钨或合金钨粉)和钨条(锭)等产品；也可在生产过程中稍加措施，生产钨酸、钨酸钙、偏钨酸、偏钨酸铵和钨酸钠等产品。产品方案一般根据市场或用户需要或发展的可能考虑。钨冶炼产品若用于硬质合金生产，则设计有仲钨酸铵、蓝色氧化钨(或三氧化钨)和纯钨粉等产品；若用于钨加工材生产，则设计除有上述产品外，还应有纯钨条(锭)、掺杂钨和合金钨条(棒)；若用于化工行业，则设计的产品为各种钨酸盐或钨酸等化合物。世界各国或生产厂家对于钨冶炼产品，根据其化学成分和使用要求，又区分为不同牌号的产品。中国三氧化钨产品划分为FWO₃-1、FWO₃-2和FWO₃-3三个牌号；钨粉产品FW-1主要用于大型板坯、钨铼热电偶原料，FW-2主要用于触头、高密度屏蔽原料，FWP-1主要用于等离子喷涂材料；钨条产品划分为W-1、W-2、W-3和W-4四个牌号。美国西尔韦尼亚公司(GTE Sylvania Chem and Met．Div．)生产M5～M70共14个牌号的钨粉和TO-1、TO-2、TO-3三个牌号的三氧化钨产品。日本东京钨公司(东京钨株式会社)生产四种仲钨酸铵，其中两种用于生产钨丝，两种用于制造硬质合金。

工艺流程选择 根据矿物原料、品种和质量，采用不同的处理方法。钨矿物原料的分解方法为：白钨精矿主要采用酸法；黑钨精矿主要采用碱法；低度钨或黑白混合矿采用苏打压煮法；钨金属及其合金废料的分解采用氧化一碱浸出法、硫酸钠熔融法或碱法。矿物原料分解后所得溶液，按其中所含杂质多寡，采用化学处理法、离子交换法或化学净化一溶剂萃取法，分离杂质，制取钨酸铵溶液。常用蒸发结晶法制取仲钨酸铵，在缺氧条件下分解成蓝色氧化钨或空气下焙烧得三氧化钨。工业上一般采用氢气还原法，将仲钨酸铵、三氧化钨或蓝色氧化钨还原成钨粉。为获得粗颗粒钨粉，常采用一段高温还原法；中、细颗粒钨粉则采用一段或二段还原法；超细钨粉可采用卤化钨氢还原法获得。钨条生产一般采用压制、预烧和垂熔的方法。为了得到大规格钨锭或高纯度产品，可采用真空电弧熔炼法、电子束熔炼法、等离子熔炼法或区域熔炼法等。

钨冶炼厂原则工艺流程见图。

钨精矿钨冶炼原则工艺流程图

主要设备 精矿处理设备有焙烧窑、分解槽、压煮器、熔融炉、净化槽、离子交换柱、溶剂萃取槽、连续离心过滤机、蒸发结晶槽或连续式蒸发结晶器等。粉末制取设备有回转管炉、三氧化钨焙烧炉、蓝氧炉和还原炉。压形设备有油压机、冷等静压机。烧结熔炼设备有预烧结炉、高温烧结炉、垂熔炉、各式真空熔炼炉等。

车间组成 一般钨冶炼厂由钨湿法冶炼、钨粉生产、钨条(锭)制备、综合回收(回收氯化钙、钨铁、钽、铌、钪等)等生产车间及制氢等辅助设施组成。根据生产性质和规模，可以单独设立车间，亦可合并设立车间。如将综合回收并入钨湿法冶炼车间，将钨粉制备、钨条(锭)合并为粉末冶金车间等。

工厂配置与特点 湿法冶炼生产过程中使用酸、碱、有机试剂等化工材料，产出有害排放物需要治理。因此，工厂配置时，应将湿法冶炼车间设在厂区的下风向，且便于原辅材料运输和排除钨渣。钨粉末冶金部分有防尘、防爆、防火要求，应配置在较洁净、不受外界灰尘影响的区域。

主要技术经济指标 回收率：钨湿法冶炼为90％～98％；纯钨粉制备为98％～99％；纯钨条(锭)为98％～99．5％。技术经济指标取决于所用的原料、生产工艺和原辅材料价格等因素。如日本某公司以黑钨精矿为原料，采用经典碱法工艺，每吨仲钨酸铵产品耗烧碱2．46t；盐酸3．2t；中国某厂以白钨精矿为原料，采用经典酸法工艺，每吨仲钨酸铵产品耗盐酸4～5t；氨水1．7～2．3t。