[发明专利]一种用硫酸沉淀—H2透气还原工艺制备纳米钨粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料中金属粉末制备技术领域，特别是提供了一种用硫酸沉淀—H₂透气还原工艺制备纳米级钨粉的方法，适用于纳米级钨粉的大规模工业化生产。

背景技术

金属钨粉广泛的被用于制备高熔点纯钨制品，如火箭喷管，重装甲穿甲弹，钨丝、钨棒、钨板，钨箔，及各种超高温耐热零件等。钨与一定量的铁，镍，银，铜等金属可制成多种系列的高比重合金，集束弹丸零件，计算机的CPU热枕材料，半导体管的封装材料，飞机尾部配重材料自动表摆锤，高性能电触头材料等。由于钨对多种辐射线都有很好的防护能力，近年来又被广泛应用到核聚变反应堆材料中。自1923年以来，由于硬质合金产业的飞速发展，几乎有2/3的钨粉被用来制成WC粉，以满足世界年产约8万多吨硬质合金的需要，近年来，随着上述工业的发展，对超细颗粒特别是纳米级钨粉的要求更加迫切，世界各工业大国20多年来，已投入了大量人力物力，开发研究纳米级钨粉的生产技术，出现了近百项发明专利。我国近20年来已有国家863,973及国家自然基金等重点科研项目研究，已获得了多项发明专利。

近40年的专利技术和生产厂家所用的钨粉的生产技术大体分为三类，1.湿法（碱法）提钨：过滤、焙烧、H₂还原工艺。2.湿法（酸法）提钨：过滤、焙烧、H₂还原工艺。这两类方法主要由矿石原料生产钨粉的典型工艺，其特点主要是可大批量生产中细颗粒（0.5～8微米）的钨粉，缺点是生产中由于使用的过滤布袋网孔太粗，导致钨酸铵或三氧化钨颗粒太粗，故不能生产≤0.3微米的超细或纳米级的钨粉。3.钨酸铵三氧化钨还原法，此方法实际上是前两种方法的后段工序，其原料仍然是以前二类工艺所得的中细颗粒钨酸铵或三氧化钨粉经H₂还原制取钨粉的工艺，故仍然不能生产出纳米级钨粉。

发明内容

本发明目的是解决纳米颗粒的沉淀、分离难和WO₃纳米颗粒在还原过程中水蒸气对纳米钨粉颗粒长大现象难以控制的难题。用强酸与钨酸铵反应在水溶液中可生成纳米级钨酸颗粒沉淀物，经连续式高速离心机分离取出钨酸的纳米颗粒沉淀物，再经真空干燥后用连续透气强排水式H₂还原炉低温还原制备出平均粒径≤35nm的纳米钨粉。

一种用硫酸沉淀—H₂透气还原工艺制备纳米钨粉的方法，其特征在于：采用一种钨酸铵稀溶液与稀硫酸水溶液在隔离剂和分散剂共同作用下进行沉淀反应，生成纳米颗粒状钨酸沉淀物，经高速离心分离，反复清洗，真空干燥，连续透气式H₂还原炉还原，最终制备成平均粒径≤35nm的纳米钨粉。在钨酸铵水溶液中事先加入隔离剂和分散剂的目的是为了使钨酸（H₂WO₄）的纳米级沉淀粒子不会聚集长大。

具体工艺步骤为：

1）制备钨酸铵稀溶液（A）：

将浓度为30%的钨酸铵溶液387.6ml.加入到612.4ml的蒸馏水中，不断搅拌制成浓度为0.5mol/L的钨酸铵稀释溶液（A）；浓度为30%的钨酸铵溶液含WO₃的质量分数比重为1.29mol/L；

2)制备隔离剂和分散剂溶液（B），即PVA和SDS溶液（B）：

按PVA：H₂O=2:100；SDS：H₂O=2:100的质量比，分别称量PVA和SDS，同时加入到蒸馏水中，在80～100℃加热，不断搅拌直至完全溶解制成溶液（B）；

3)制备含隔离剂和分散剂的钨酸铵稀溶液（C）：

按钨酸铵稀溶液体积比A:B=4:1将A,B两种溶液混合强力搅拌30～60min制成溶液（C）；

4) 加酸沉淀：

将浓度为0.5mol/L的稀硫酸溶液，按体积比，溶液（C）：稀硫酸=1:1，在不断强力搅拌下将稀硫酸溶液加入到溶液（C）中，持续搅拌1～1.5h后静置2～4小时，得到含有沉淀物的反应得母液送去离心分离；

5) 高速离心分离纳米颗粒状的钨酸沉淀物。

在ZL 200410088759.6记载的连续式高速离心机内将反应废液与沉淀物颗粒分离然后抽出残留废液；在离心机内反复加入蒸馏水搅拌清洗，沉淀物再离心分离并抽出废液，沉淀物中的硫酸根粒子清洗掉；最后一次用酒精脱水清洗，按质量比，沉淀物：工业酒精＝1:5，搅拌30分钟制成浑浊液，再经离心分离，脱除沉淀物中的残余水并回收酒精；

6) 真空干燥