一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法及利用該鎢粉生產(chǎn)鎢條的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法及利用該鎢粉生產(chǎn)鎢條的方法。生成的摻鉀鎢粉采用先堿洗后酸洗的處理方法。本發(fā)明采用堿洗和酸洗的方法代替氫氟酸酸洗方法，粉末分散好，壓坯強度高，除雜效果好，避免了氫氟酸的使用，對環(huán)境無污染，節(jié)約了生產(chǎn)成本，成品鎢條含鉀適中，斷面晶料均勻，深加工性能好。
【專利說明】
一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法及利用該鎢粉生產(chǎn)鎢條的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法及利用該鎢粉生產(chǎn)鎢條的方法，屬于粉末冶金制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]含有鉀元素的鎢條是制造電光源、電子器件、真空噴鍍等高溫發(fā)熱器件的材料，其制造的通用工藝為:在蘭色氧化鎢粉末中，添加過量的硅、鋁、鉀元素制成摻雜蘭鎢，然后在高溫通氫條件下還原成摻雜鎢粉。摻雜鎢粉經(jīng)鹽酸和氫氟酸酸洗后進行配粉，采用模具壓制成坯條，再經(jīng)燒結(jié)成為含鉀金屬鎢條(俗稱鎢鋁條)。這種工藝方法的目的是要在制成的鎢條中存留有一定量的鉀元素，使鎢條在后續(xù)加工形成的鎢材料中形成鉀泡帶，以阻止鎢晶顆粒的長大和晶界的滑移，從而保證鎢材料的耐高溫和抗下垂性能。研究表明，摻雜蘭鎢在還原過程中，只有在大量的鉀、硅、鋁同時存在的條件下，才能有很少部分鉀摻入鎢晶格，并最終在鎢條中存留下來。加入的摻雜劑中的絕大部份鉀、硅、鋁，在還原過程后會粘附在鎢粉顆粒的表面，這樣就會導(dǎo)致坯條成形差，結(jié)晶不均勻，鎢條密度偏低，使后續(xù)壓力加工條件惡化，是有害的成份。因此，在通用流程上有個酸洗除雜的過程。其原理是:將鎢粉加入到含有鹽酸成份的溶液中，鹽酸會溶解鎢粉顆粒表面的鉀、鋁離子進入溶液，采用加入氫氟酸的方法，與鎢粉中的硅反應(yīng)生成水溶性的氟硅酸，經(jīng)水洗后分離。這種方法的缺點是除雜不徹底，同時該過程會產(chǎn)生大量的含氟離子的水相，環(huán)保壓力大，必須有繁雜的后續(xù)處理過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對上述缺陷，目的在于提供一種摻鉀鎢粉及鎢條的生產(chǎn)方法，達到鉀在鎢條中有效存在，同時雜質(zhì)殘留少，易于成型，鎢條斷面結(jié)晶均勻，加工性能好，而不會產(chǎn)生環(huán)境污染的目的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法及利用該鎢粉生產(chǎn)鎢條的方法。
[0004]為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明生成的摻鉀鎢粉采用先堿洗后酸洗的處理方法。
[0005]本發(fā)明按照以下步驟進行:包括在蘭鎢粉末中摻入硅、鋁、鉀成份，采用一次或二次氫還原生成鎢粉，然后對鎢粉進行堿洗和酸洗；
所述堿洗:堿濃度為0.2mol/L濃度及以上，攪動條件下加入摻鉀鎢粉，堿洗溫度在50°C以上，保持I小時以上，然后靜置，抽去上層堿溶液，然后加純水?dāng)嚢?0-20分鐘，靜置;抽去上層水相；
再加0.2mol/L濃度及以上的酸溶液，攪拌1-2小時后，靜置;抽去上層酸溶液，然后再加純水?dāng)嚢?0-20分鐘，靜置，抽去上層水相再加水?dāng)嚢?，直至水相pH值在4以上。
[0006]所述堿洗所用堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀，堿濃度為0.2mol/L濃度及以上；
所述酸洗用酸為鹽酸或硝酸，酸濃度為0.2mol/L濃度及以上。
[0007]所述堿洗和酸洗中，鎢粉與堿溶液液相重量比為I: 2-5，鎢粉與酸溶液液相重量比為1:2?5。
[0008]在堿洗前先進行以下步驟:
1)蘭鎢摻鉀:加入蘭鎢粉及按蘭鎢粉重量百分比計加入，各物質(zhì)添加量占蘭鎢比例為S12:0.2-0.5wt%、K20:0.2-0.5wt%、Al2O3:0.02-0.1 wt%，溫度60-80°C保持至少2小時后，再升溫加熱蒸發(fā)去水份，生成摻雜蘭鎢；
2)還原過程:將摻雜蘭鎢裝入高溫合金舟中置于500-920°C及氫氣氣氛中還原8-14小時，出料后過200目篩，得到摻雜媽粉。
[0009]所述2)步驟中，氫氣逆向通入，氫氣露點溫度-50度，氫氣流量為1.5立方米/小時，蘭鎢通過耐高溫合金舟連續(xù)推入還原爐。
[0010]一種摻鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法，在經(jīng)過上述任一權(quán)利要求處理后的鎢粉后進行以下步驟:
1)壓制成型:將上述經(jīng)處理后的鎢粉在160-250MPa壓強條件下壓制成坯條；
2)預(yù)燒結(jié):壓制成型的坯條置于鉬舟中，在氫氣保護條件下于1100-1400°C溫度下燒結(jié)40-70分鐘；
3)垂熔燒結(jié):將預(yù)燒結(jié)后的坯條置于垂熔爐內(nèi)，在氫氣保護條件下，按程序加電升溫，至鎢條致密金屬化。
[0011]所述3)步驟中:，在氫氣保護條件下按程序升電加溫，保溫電流為4200-4400安培，保溫時間30-40分鐘。降電，切斷電源，冷卻出料。對摻鉀鎢條檢測，鎢條密度17.6-17.8 g/cm3，鉀含量85ppm，鎢條截面組織均勻。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明對還原后的摻硅鋁鉀鎢粉采用堿洗的方法，熱堿溶液溶解鎢粉顆粒表面的鉀和硅，它們以離子形式進入溶液，以酸溶液來溶解鋁及鐵離子等對加工有害的雜質(zhì)，再以水洗方式分離，提高了摻鉀鎢粉的純度。水相經(jīng)調(diào)節(jié)中和，達標(biāo)排放，沒有環(huán)境污染現(xiàn)象。由于在生產(chǎn)過程中不使用氫氟酸，因此也節(jié)約了生產(chǎn)成本。經(jīng)過實際檢測能達到鉀在鎢條中有效存在，同時雜質(zhì)殘留少，易于成型，鎢條斷面結(jié)晶均勻，加工性能好，且不會產(chǎn)生環(huán)境污染的目的。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
本實施方式以生產(chǎn)200Kg，直徑Φ15πιπι，單根重量2000g的摻鉀鎢條為例:
I)制備摻雜蘭鎢粉末:在摻雜鍋中，加純水400Kg，開動攪拌機，各物質(zhì)添加量占蘭鎢比例為:S12 0.30 wt%、K20 0.35 wt%、Al2O3 0.05 wt%，加入蘭鎢300Kg，摻雜機夾層通入蒸汽加熱，溫度在70°C下攪拌3小時后，再提高溫度蒸發(fā)水份，保持3小時。冷卻2小時后出料，過80目篩。
[0014]2)粉末還原:將摻雜蘭鎢裝入耐高溫合金舟并連續(xù)推入十一管五溫區(qū)還原爐，蘭鎢裝舟量500克，推舟速度2舟/小時，爐管內(nèi)逆向通入氫氣，氫氣露點-50度，氫氣流量為1.5立方米/小時，反應(yīng)區(qū)溫度為550-920°C，還原反應(yīng)時間10小時，爐粉出料后經(jīng)120目篩分，得到摻雜鎢粉238Kg。
[O 015 ] 3 )堿洗和酸洗:在體積為I立方米的反應(yīng)鍋中加入0.5 m ο I / L的氫氧化鈉溶液500Kg，攪拌條件下加入摻鉀鎢粉，夾套加熱至70°C溫度，保持I小時，靜置30分鐘，移出上層堿液，由下次堿洗補充再用，反應(yīng)鍋內(nèi)加純水到中位后攪拌10分鐘，靜置20分鐘。虹吸出上部水相，加入0.6mo I/L的鹽酸溶液500Kg，攪拌I小時后靜置20分鐘。移出上層鹽酸溶液由下次酸洗補充再用，反應(yīng)鍋內(nèi)加純水至中部，攪拌10分鐘后靜置20分鐘。虹吸出上部水相，再加純水洗滌。以精密PH試紙試驗，待水相pH值在4以上后，從反應(yīng)鍋放出物料進行抽濾，抽干后送入烘箱，在100°C條件下，真空干燥8小時，冷卻后經(jīng)160目篩分。摻鉀鎢粉混合后分析檢測，粉末費氏粒度3.20 μπι，鉀含量為92ppm，硅含量為210ppm，鋁含量為20ppm。洗滌用水混合后，以氫氧化鈉中和至中性沉淀后，排放。
[0016]4)壓制成型:將上述鎢粉裝入成型膠管內(nèi)，封好頭部，放入等靜壓機壓制室內(nèi)，在液壓220MPa壓強下保壓5分鐘，壓制成摻雜鎢坯條。
[0017]5)低溫?zé)Y(jié):將上述鎢坯條裝入鉬舟后推入燒結(jié)爐加熱溫區(qū)，在1150°C溫度下加熱I小時。后推至冷卻區(qū)冷卻I小時出料。
[0018]6)垂熔燒結(jié):將預(yù)燒后的鎢坯條放置于垂熔爐內(nèi)專用夾具，在氫氣保護條件下按程序升電加溫，保溫電流為4260安培，保溫時間30分鐘。降電，切斷電源，冷卻出料。對摻鉀鎢條檢測，鎢條密度17.6-17.8 g/cm3，鉀含量85ppm，鎢條截面組織均勻。
[0019]實施例2:
本實施方式以生產(chǎn)400Kg，直徑Φ15πιπι，單根重量2000g的摻鉀鎢條為例:
I)制備摻雜蘭鎢粉末:在摻雜鍋中，加純水400Kg，開動攪拌機，各物質(zhì)添加量占蘭鎢比例為:S12 0.28 wt%、K20 0.33 wt%、Al2O3 0.05 wt%，加入蘭鎢300Kg，摻雜機夾層通入蒸汽加熱，溫度在65°C下攪拌3小時后，再提高溫度蒸發(fā)水份，保持3小時。冷卻2小時后出料，過80目篩。摻雜操作進行二次后，摻雜蘭媽合并。
[0020]2)粉末還原:將摻雜蘭鎢裝入耐高溫合金舟并連續(xù)推入十一管五溫區(qū)還原爐，蘭鎢裝舟量500克，推舟速度2舟/小時，爐管內(nèi)逆向通入氫氣，氫氣露點-50度，氫氣流量為1.5立方米/小時，反應(yīng)區(qū)溫度為550-920°C，還原反應(yīng)時間10小時，爐粉出料后經(jīng)120目篩分，得到摻雜鎢粉476Kg。
[0021]3)堿洗和酸洗:在體積為I立方米的反應(yīng)鍋中加入0.6mol/L的碳酸鈉溶液500Kg，攪拌條件下加入摻雜鎢粉，夾套加熱至70°C溫度，保持I小時，靜置30分鐘，移出上層堿液，由下次堿洗補充再用，反應(yīng)鍋內(nèi)加純水至滿后攪拌10分鐘，靜置20分鐘。虹吸出上部水相，加入0.6mol/L的硝酸溶液500Kg，攪拌I小時后靜置20分鐘。移出上層硝酸溶液由下次酸洗補充再用，反應(yīng)鍋內(nèi)加純水至滿，攪拌10分鐘后靜置20分鐘。虹吸出上部水相，再加純水洗滌。以精密PH試紙試驗，待水相pH值在4以上后，從反應(yīng)鍋放出物料進行抽濾，抽干后送入烘箱，在100°C條件下，真空干燥8小時，冷卻后經(jīng)160目篩分。鎢粉混合后分析檢測，粉末費氏粒度3.40 μπι，鉀含量為86ppm，娃含量為190ppm，鋁含量為20ppm。洗滌用水混合后，以氫氧化鈉中和至中性沉淀后，排放。
[0022]4)壓制成型:將上述鎢粉裝入成型膠管內(nèi)，封好頭部，放入等靜壓機壓制室內(nèi)，在液壓220MPa壓強下保壓5分鐘，壓制成摻鉀鎢坯條。
[0023]5)低溫?zé)Y(jié):將上述鎢坯條裝入鉬舟后推入燒結(jié)爐加熱溫區(qū)，在1150°C溫度下加熱I小時。后推至冷卻區(qū)冷卻I小時出料。
[0024]6)垂熔燒結(jié):將預(yù)燒后的鎢坯條放置于垂熔爐內(nèi)專用夾具，在氫氣保護條件下按程序升電加溫，保溫電流為4360安培，保溫時間35分鐘。降電，切斷電源，冷卻出料。對摻鉀鎢條檢測，鎢條密度17.5-17.8 g/cm3，鉀含量76ppm，鎢條截面組織均勻。
【主權(quán)項】
1.一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，生成的摻鉀鎢粉采用先堿洗后酸洗的處理方法。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，按照以下步驟進行:包括在蘭鎢粉末中摻入硅、鋁、鉀成份，采用一次或二次氫還原生成鎢粉，然后對鎢粉進行堿洗和酸洗； 所述堿洗:堿濃度為0.2mol/L濃度及以上，攪動條件下加入摻鉀鎢粉，堿洗溫度在50°C以上，保持I小時以上，然后靜置，抽去上層堿溶液，然后加純水?dāng)嚢?0-20分鐘，靜置;抽去上層水相； 再加0.2mol/L濃度及以上的酸溶液，攪拌1-2小時后，靜置;抽去上層酸溶液，然后再加純水?dāng)嚢?0-20分鐘，靜置，抽去上層水相再加水?dāng)嚢?，直至水相pH值在4以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述堿洗所用堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉或碳酸鉀，堿濃度為0.2mol/L濃度及以上； 所述酸洗用酸為鹽酸或硝酸，酸濃度為0.2mol/L濃度及以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述堿洗和酸洗中，鎢粉與堿溶液液相重量比為I:2?5，鎢粉與酸溶液液相重量比為I:2-5ο5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于，在堿洗前先進行以下步驟: 1)蘭鎢摻鉀:加入蘭鎢粉及按蘭鎢粉重量百分比計加入，各物質(zhì)添加量占蘭鎢比例為S12:0.2-0.5wt%、K20:0.2-0.5wt%、Al203:0.02-0.I wt%，溫度60-80°(:保持至少2小時，再升溫加熱蒸發(fā)去水份，生成摻雜蘭鎢； 2)還原過程:將摻雜蘭鎢裝入高溫合金舟中置于500-920°C及氫氣氣氛中還原8-14小時，出料后過200目篩，得到摻雜媽粉。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種摻鉀金屬鎢粉的生產(chǎn)方法，其特征在于， 所述2)步驟中，氫氣逆向通入，氫氣露點溫度-50度，氫氣流量為1.5立方米/小時，蘭鎢通過耐高溫合金舟連續(xù)推入還原爐。7.—種摻鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法，其特征在于，在經(jīng)過上述任一權(quán)利要求處理后的鎢粉后進行以下步驟: 1)壓制成型:將上述經(jīng)處理后的鎢粉在160-250MPa壓強條件下壓制成坯條； 2)預(yù)燒結(jié):壓制成型的坯條置于鉬舟中，在氫氣保護條件下于1100-1400°C溫度下燒結(jié)40-70分鐘； 3)垂熔燒結(jié):將預(yù)燒結(jié)后的坯條置于垂熔爐內(nèi)，在氫氣保護條件下，按程序加電升溫，至鎢條致密金屬化。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種摻鉀金屬鎢條的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述3)步驟中:，在氫氣保護條件下按程序升電加溫，保溫電流為4200-4400安培，保溫時間30-40分鐘；降電，切斷電源，冷卻出料。
【文檔編號】B22F9/22GK105903977SQ201610277537
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月2日
【發(fā)明人】陳昌和
【申請人】陳昌和