От минерала до порошка или легирующего продукта
Вольфрам и молибден относятся к тугоплавким металлам, однако их сырьё и подготовка различаются. Для вольфрама характерны шеелит CaWO4 и минералы группы вольфрамита; для молибдена основным минералом является молибденит MoS2. Молибденит получают как из собственно молибденовых руд, так и попутно при переработке медных. Поэтому одно и то же слово «концентрат» не задаёт одинаковой технологии.
Цель переработки выбирают заранее. Вольфрамовый порошок, карбид WC и твёрдый сплав с металлической связкой — три разных продукта. Для молибдена технический оксид, очищенный оксид, порошок металла и ферромолибден также имеют разные назначения. Производственный баланс ведут по содержащемуся W или Mo, а качество оценивают по требованиям соответствующего продукта.
Две логики переработки
Вольфрамовый концентрат проходит химическое вскрытие и очистку раствора. В распространённой цепочке промежуточным продуктом служит паравольфрамат аммония, затем получают оксид и металлический порошок. Каждое превращение меняет химическую формулу и полную массу материала, сохраняя баланс атомов W с поправкой на потери. Чистоту промежуточного соединения контролируют до получения порошка, поскольку примеси способны перейти дальше по цепочке.
Молибденитовый концентрат окислительной переработкой переводят в технический молибденовый оксид с удалением серы в газовую систему. Часть продукции используют для легирования, другая проходит дополнительную очистку и получение металлического порошка. IMOA описывает восстановление очищенного оксида или молибдата до металла. При оценке схемы нужны баланс серы и контроль газоочистки; исчезновение серы из твёрдого продукта не означает её исчезновения из процесса.
Условный баланс вольфрама
Пусть партия 1000 кг сухого концентрата содержит 60,0% WO3 в аналитическом пересчёте. Запас равен 600 кг WO3-эквивалента. Доля W в WO3 составляет 183,84 / (183,84 + 3 × 16,00) ≈ 0,7929; во входе содержится около 475,8 кг W. Аналитические 60,0% не являются извлечением: для него нужны данные о количестве W в выходящих потоках.
При условном извлечении 95,0% в очищенное соединение и затем 98,0% в металлический порошок сквозное извлечение равно 0,95 × 0,98 = 93,10%. Получаем около 442,9 кг содержащегося W. Первая стадия удерживает около 452,0 кг W, вторая теряет около 9,0 кг W относительно своего входа. Нельзя складывать 5% и 2% как проценты от одной массы: они имеют разные знаменатели.
Если продукт далее превращают в WC, в него добавляется углерод. В идеальном чистом WC доля W равна 183,84 / (183,84 + 12,01) ≈ 0,9387. Без дополнительных потерь 442,9 кг W соответствовали бы примерно 471,9 кг WC. Это стехиометрический пересчёт, а не прогноз выхода карбида или массы готового твёрдого сплава: нужны данные о карбидизации, связке и браке.
Контроль порошка и ограничения
Размер и распределение частиц, агломерация, кислород и посторонние элементы влияют на прессование и спекание. Поэтому доля основного металла не заменяет характеристику порошка. Для молибденового легирующего продукта значимы также форма поставки и фактическое содержание Mo; единицы «тонна оксида» и «тонна Mo» различаются. Сравнение поставщиков проводят после приведения результатов к одинаковой сухой и элементной основе.
| Материал | Контроль | Ограничение |
|---|---|---|
| Концентрат W | WO3-эквивалент и минералогия | Шеелит и вольфрамит требуют проверки вскрытия |
| Концентрат Mo | Mo, S и сопутствующие компоненты | Обжиг меняет массу и газовую нагрузку |
| Порошок металла | Состав, частицы, кислород | Пределы задаёт спецификация применения |
| WC или ферросплав | Фазы, состав и содержащийся металл | Полная масса продукта не равна массе W или Mo |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Замкнутый баланс включает пыль, растворы, остатки и оборотные материалы. Уловленный компонент может стать возвратом или отдельным продуктом, но его нельзя одновременно считать потерей и выпуском. Для опытной партии фиксируют изменение запасов между началом и концом периода; иначе кажущийся высокий выход способен отражать переработку ранее накопленного материала.
Первичные источники
- IMOA: Molybdenum Processing — промышленная последовательность
- ITIA: опубликованная схема форм вольфрама и промежуточных продуктов
- USGS: Tungsten Statistics and Information