反应挤出法碱分解黑钨矿

反应挤出法碱分解黑钨矿

赵中伟1, 2, 梁 勇1, 刘旭恒1, 李洪桂1, 陈爱良1, 梁新星1

【摘 要】针对目前黑钨矿碱法分解工艺中存在的反应温度高、生产效率低等问题，开发了一种黑钨矿碱分解新工艺，以双螺杆挤出机为反应器，采用反应挤出法对高黏度黑钨矿的碱分解过程进行了研究，系统考察浸出时间、温度、螺杆转速和碱用量对钨矿浸出效果的影响。在矿水质量比为2.67:1、碱用量为理论量的1.5倍、温度为120℃，螺杆转速为180 r/min和反应时间为2.5 h的条件下，浸出渣中WO3的含量为2.54%，钨矿的浸出率达99.13%。 【期刊名称】中国有色金属学报 【年(卷),期】2011(021)011 【总页数】6

【关键词】反应挤出法；双螺杆挤出机；黑钨矿；氢氧化钠

钨及其化合物以其独特的物理化学性能，广泛用于生产硬质合金、钨铁、钨材，化工及其他产品[1]。

黑钨矿是钨冶炼重要的矿物资源之一，常用碱浸法来分解[2]。对于一般浸出过程，提高浸出剂浓度有利于反应进行，黑钨矿碱浸过程亦如此。李军等[3]对氢氧化钠与黑钨矿反应的动力学过程进行了研究，结果表明，增大碱浓度有利于提高反应速度。早在 20世纪80年代，李洪桂等[4]发明了碱热球磨技术并成功用于处理各类钨矿物。该技术采用较少的水用量，在浸出矿物的同时，利用球磨反应器内钢球对矿物撞击所产生的强烈机械活化作用，破坏了矿物结构、促进了传质、改善了分解过程的动力学条件，使黑钨矿在碱用量不太高的条件下被有效分解[5]。彭泽田[6]、刘政和康忠民[7]以及何传冰等[8]采用高浓度碱

溶液对黑钨矿的浸出进行了研究，表明高浓度氢氧化钠创造了良好的动力学条件，在不同程度上提高了碱分解效率。但以上方法均在高压容器中进行，反应温度较高，且为槽式操作，生产效率不高。

众所周知，提高碱浓度通常有两种方法：一种是在矿水比不变的情况下通过增加碱用量来实现；另一种则是在碱用量不变的情况下通过减少水用量来实现。前者虽提高了浸出剂浓度，但同时也增加了碱用量，势必增加试剂消耗，并加重浸出液后续处理的负担。 后者能在不增加碱用量的情况下保证高的碱浓度，但矿浆黏度将随着矿浆浓度的增加而增大，体系的传质过程也因此逐渐困难。在此情况下，传统的浸出设备难以获得理想的传质效果，需要寻求适用于处理高黏度矿浆的新型浸出设备。

双螺杆挤出机被广泛地运用于塑料的造粒、着色、混炼以及塑料薄膜、塑料型材、管材生产和塑料注射机的给料机中[9?14]。它将高黏度有机高分子的化学改性反应和成型加工合二为一，简化了生产工艺。在反应挤出过程中，相互啮合的螺杆提供强烈的剪切应力，使物料在机筒内受到强烈的挤压、剪切、搅拌作用，加快传质过程，实现物料间良好的微观混合均匀度。同时，在强烈的剪切热作用和外热作用下，物料发生塑化熔融，使物料间的反应由固?固反应逐步向固?液反应甚至液相反应转变，显著提高了反应速率。与传统的搅拌反应器相比，螺杆挤出机过程连续，操作开放、简单，生产效率高，同时机器的自洁性好，特别适合于高黏度物料体系的传质过程。

本文作者充分利用双螺杆挤出机能为高黏度物料体系提供良好物理化学条件的特点，通过减少水用量来提高浸出剂浓度，采用反应挤出法对高黏度黑钨矿的碱分解过程进行了研究，系统考察了浸出温度、反应时间、螺杆转速和碱用量

对浸出效果的影响。

1 实验

1.1 原料及试剂

实验原料为江西赣南黑钨精矿，矿中WO3含量为74.85%(质量分数)，Ca含量为0.8%，矿物经过干燥、研磨后过孔径48 μm筛。矿物的XRD谱如图1所示。由图1可知，黑钨精矿中的钨主要以(Fe, Mn)WO4和CaWO4形态存在。氢氧化钠及其他化学分析试剂均为分析纯。 1.2 实验设备

浸出实验在双螺杆挤出机(SYSLG32?Ⅱ型)中进行，其示意图如图2所示，它主要由挤出机筒、螺杆、热电偶、控制面板、加热圈、齿轮箱和支架几部分组成。双螺杆长60 cm, 直径3 cm。螺杆上的螺棱和啮合块(见图3)可以挤出物料，并使物料获得高效的剪切和活化作用。 1.3 实验方法

先将一定质量的氢氧化钠完全溶解在150 mL水中配成溶液，然后加入400 g黑钨精矿进行调浆，当温度升至预先设定值并稳定后，将矿浆从挤出机的入料口中加入并开始计时。在温度为 80~120 ℃、螺杆转速为100~180 r/min的条件下反应1~3 h。反应结束后，将挤出料置于热水中溶解、过滤，水洗后烘干。

采用 X射线衍射仪(Dmax/2550VB+,Rigaku Corporation, Japan)分析固体样的物相组成，用国标GB/T 14352.1?93分析精矿及浸出渣的钨含量。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对钨浸出率的影响