一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法

《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》是廈門金鷺特種合金有限公司於2003年9月10日申請的發明專利，該專利的申請號為031392288，公布號為CN1593822，公布日為2005年3月16日，發明人是吳沖滸、吳其山、林高安、張慶國，該專利屬於金屬冶煉技術。

《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO3·5H₂O為原材料，將仲鎢酸氨送入加熱容器內，使仲鎢酸氨受熱分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，並利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂，再通過控制反應溫度和調節爐氣的壓力，使三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9，通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，將上述藍色氧化鎢WO_2.9的一部分進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72，提高了整個鎢氧化物WO_X的活性，最後在較低溫度狀態下通入高純度氫氣H₂，將鎢氧化物WO_X還原成超細鎢粉，並加以空調除濕冷卻和保護性氣體鈍化。

2014年11月6日，《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法
• 公布號：CN1593822
• 公布日：2005年3月16日
• 申請號：031392288
• 申請日：2003年9月10日
• 申請人：廈門金鷺特種合金有限公司
• 地址：福建省廈門市湖裡區興隆路69號
• 發明人：吳沖滸、吳其山、林高安、張慶國
• 分類號：B22F9/16
• 代理機構：廈門市首創君合專利事務所有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：張松亭

專利背景

鎢是一種最難熔的金屬，熔點高達3410℃左右，其硬度高，延性強，常溫下不受空氣的侵蝕，正因為鎢具有這些特點，使得鎢粉的套用範圍較為廣泛，如可用於製備高比重合金，套用於自動手錶擺錘、電訊振動子、飛機平衡板、防χ射線、α射線、γ射線保護板等等；還可用於製備電工合金，如高壓觸頭等。2003年9月前，中國國內外尚無仲鎢酸氨直接製備高性能納米級及超細鎢粉的相關技術報導，而超細鎢粉是用來直接生產超細碳化鎢粉的主要原料，在市場上，高性能超細碳化鎢粉的價格約為普通微米級碳化鎢粉的1.5～2.0倍，而生產超細碳化鎢粉和生產普通微米級碳化鎢粉相比，兩者的生產成本基本相同，則顯然，生產超細碳化鎢粉所產生的利潤要高於生產普通微米級碳化鎢粉所產生的利潤。

發明內容

專利目的

《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》的目的在於克服2003年9月前已有技術之不足，提供一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，以簡化產品的加工過程，提高產品的附加值。

技術方案

《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，在加熱容器內，送入仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O，對容器加熱，加熱溫度設為400℃～600℃，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，其化學反應式如下：

5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O=12WO₃+10NH₃+10H₂O

在容器內，充分利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述熱分解出來的氨氣NH₃再進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂，其化學反應式如下：

2NH₃=N₂+3H₂

通過將反應溫度設定在550℃～800℃和將爐氣的壓力調節在0～2毫巴，利用氫氣H₂可將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9，其化學反應式如下：

WO₃+0.1H₂=WO_2.9+0.1H₂O

通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，溫度設定在750℃～850℃，爐氣的壓力調節在0.3毫巴～2.6毫巴，並且使迴轉爐管的傾斜角在2～6°，爐管的轉速為3～8轉/分，可將上述藍色氧化鎢WO_2.9的一部分進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72，其化學反應式如下：

WO_2.9+0.18H₂=WO_2.72+0.18H₂O

在上述含有一定數量紫鎢WO_2.72（含量10～100％）的氧化鎢WO_X中通入高純度的氫氣H₂，在較低溫度下，氧化鎢WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，還原成鎢w，其化學反應式如下：

WO_2.9+2.9H₂=W+2.9H₂O

WO_2.72+2.72H₂=W+2.72H₂O

將上述獲得的鎢粉進行除濕冷卻，並通入保護性氣體進行鈍化處理。

所述的鎢粉粒度根椐工藝條件控制，可在50納米～0.5微米之間。

所述的高純度氫氣H₂露點為-70℃～-30℃。

所述的除濕冷卻為設定相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下。

所述的保護性氣體為惰性氣體。

在製備時，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O原料放入加熱容器內，對容器進行加熱，其加熱溫度可設定為400℃～600℃，仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O在受熱狀態下，被分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，其化學反應式如下：

5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O=12WO₃+10NH₃+10H₂O

由於鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，則上述分解出來的氨氣NH₃會在氧化鎢WO_X的觸媒下，進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂，其化學反應式如下：

2NH₃=N₂+3H₂

通過將反應溫度設定在550℃～800℃和將爐氣的壓力調節在0～2毫巴，利用上述由氨氣NH₃分解出來的氫氣H₂，將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9，其化學反應式如下：

WO₃+0.1H₂=WO_2.9+0.1H₂O

然後通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，調節時，溫度要設定在750℃～850℃之間，爐氣的壓力調節在0.3毫巴～2.6毫巴之間，使上述的藍色氧化鎢WO_2.9的其中一部分被進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72，其化學反應式如下：

WO_2.9+0.18H₂=WO_2.72+0.18H₂O

在獲得上述含有較多數量紫鎢WO_2.72（含量10～100％）的氧化鎢WO_X中通入高純度的氫氣H₂，這種高純度氫氣H₂露點為-70℃～-30℃之間；

在較低溫度下，鎢氧化物WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，被還原成鎢w，其化學反應式如下：

WO_2.9+2.9H₂=W+2.9H₂O

WO_2.72+2.72H₂=W+2.72H₂O

由於鎢氧化物WO_X中含有較多數量的紫鎢WO_2.72，則鎢氧化物WO_X的活性提高，此時在較低溫度下，通入高純度的氫氣H₂，則鎢氧化物WO_X與氫氣H₂的反應速度很快，從而抑制了鎢晶粒的長大，可以獲得粒度為50納米～0.5微米的鎢粉；

最後將上述獲得的鎢粉採用空調進行除濕冷卻，所設定的相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下；並通入保護性氣體如二氧化碳CO₂進行鈍化處理。這是由於剛生產出來的超細金屬鎢粉它的表面能很高，易發生自燃，所以，必須對其進行冷卻處理和通入保護性氣體進行鈍化處理。

有益效果

《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》由於採用了以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，並充分利用了鎢氧化物WO_X作為氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將其中的氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂，然後通過控制反應溫度和調節爐氣的壓力，將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9，並通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，使所產生的藍色氧化鎢WO_2.9中含有一定數量的紫鎢WO_2.72，在活性度較高的紫鎢WO_2.72比例提高后，鎢氧化物WO_X的活性提高，並在較低溫度下，通過通入高純度的氫氣H₂，使鎢氧化物WO_X與氫氣H₂的反應速度很快，從而抑制了鎢晶粒的長大，可以獲得粒度50納米～0.5微米的相成份單一的高純度、高性能超細鎢粉；採用該超細鎢粉可進一步製備超細碳化鎢粉，使產品的附加值提高。

權利要求

1.《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，其特徵在於：包括如下步驟：

a.將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，加熱溫度為400℃～600℃；

b.利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述熱分解出來的氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂；

c.通過控制反應溫度和調節爐氣的壓力，將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9；反應溫度設為550℃～800℃，爐氣的壓力設為0～2毫巴；

d.通過進一步調節上述反應溫度和爐氣的壓力，將上述藍色氧化鎢WO_2.9的其中一部分進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72；所述的生成紫鎢WO_2.72的反應溫度設定在750℃～850℃；所述的生成紫鎢WO_2.72的爐氣的壓力調節在0.3毫巴～2.6毫巴；

e.在低溫狀態下，向鎢氧化物WO_X中通入高純度的氫氣H₂，使鎢氧化物WO_X還原成超細鎢粉；

f.將剛生產出來的超細鎢粉進行除濕冷卻處理，並通入保護性氣體進行鈍化處理。

2.根據權利要求1所述的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，其特徵在於：所述的鎢粉粒度根椐工藝條件控制，可在50納米～0.5微米之間。

3.根據權利要求1所述的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，其特徵在於：所述的生成紫鎢WO_2.72的迴轉爐管的傾斜角在2～6°，爐管的轉速為3～8轉/分。

4..根據權利要求1所述的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，其特徵在於：所述的除濕冷卻為設定相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下。

5.根據權利要求1所述的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，其特徵在於：所述的保護性氣體為惰性氣體。

實施方式

• 實施例一

該發明的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，在密封性良好的容器內，送入仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O，對容器加熱，加熱溫度設為400℃，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解成三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，其化學反應式如下：

5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O=12WO₃+10NH₃+10H₂O

在容器內，充分利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述熱分解出來的氨氣NH₃再進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂，其化學反應式如下：

2NH₃=N₂+3H₂

通過將反應溫度設定在550℃和將爐氣的壓力調節在0.2毫巴，利用上述分解出來的氫氣H₂可將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9，其化學反應式如下：

WO₃+0.1H₂=WO_2.9+0.1H₂O

再通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，此時溫度設定在750℃，爐氣的壓力調節在0.3毫巴，並且使迴轉爐管的傾斜角在2～6°，爐管的轉速為3～8轉/分，將上述藍色氧化鎢WO_2.9的一部分進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72，其化學反應式如下：

WO_2.9+0.18H₂=WO_2.72+0.18H₂O

在上述含有一定數量紫鎢WO_2.72的藍色氧化鎢WO_2.9中通入高純度的氫氣H₂，高純度氫氣H₂露點為-60℃；在較低溫度下，鎢氧化物WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，還原成鎢w，其化學反應式如下：

WO_2.9+2.9H₂=W+2.9H₂O

WO_2.72+2.72H₂=W+2.72H₂O

將上述獲得的鎢粉進行除濕冷卻，除濕冷卻為採用空調進行除濕冷卻，所設定的相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下；並通入保護性氣體如二氧化碳CO₂進行鈍化處理，則可獲得超細鎢粉；其鎢粉的粒度為50納米～0.5微米之間；

在製備時，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O受熱分解為三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O；利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述分解出來的氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂；通過將反應溫度設定在400℃和將爐氣的壓力調節在0.2毫巴，利用上述由氨氣NH₃分解出來的氫氣H₂，可將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9；然後通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，此時，溫度設定在750℃，爐氣的壓力調節在0.3毫巴，使上述的藍色氧化鎢WO_2.9的其中一部分被進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72；在獲得上述含有較多數量紫鎢WO_2.72（含量10～100％）的氧化鎢WO_X中通入高純度的氫氣H₂，這種高純度氫氣H₂露點為-60℃；在較低溫度下，鎢氧化物WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，被還原成鎢w，由於鎢氧化物WO_X中含有較多數量的紫鎢WO_2.72，則鎢氧化物WO_X的活性提高，此時在較低溫度下，通入高純度的氫氣H₂，則鎢氧化物WO_X與氫氣H₂的反應速度很快，從而抑制了鎢晶粒的長大，可以獲得粒度在50納米～0.5微米之間的鎢粉；最後將上述獲得的鎢粉採用空調進行除濕冷卻，其相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下；並通入保護性氣體如二氧化碳CO₂進行鈍化處理；由於剛生產出來的超細金屬鎢粉它的表面能很高，易發生自燃，所以，必須對其進行冷卻處理和通入保護性氣體進行鈍化處理。

• 實施例二

該發明的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，在製備時，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解為三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，加熱溫度為600℃；利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述分解出來的氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂；通過將反應溫度設定在750℃和將爐氣的壓力調節在1.5毫巴，利用上述由氨氣NH₃分解出來的氫氣H₂，可將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9；然後通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，此時，溫度設定在850℃，爐氣的壓力調節在1.6毫巴，使上述的藍色氧化鎢WO_2.9的其中一部分被進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72；在獲得上述含有較多數量紫鎢WO_2.72（含量10～100％）的氧化鎢WO_X中通入高純度的氫氣H₂，這種高純度氫氣H₂露點為-70℃；在較低溫度下，鎢氧化物WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，被還原成鎢w，由於鎢氧化物WO_X中含有較多數量的紫鎢WO_2.72，則鎢氧化物WO_X的活性提高，此時在較低溫度下，通入高純度的氫氣H₂，則鎢氧化物WO_X與氫氣H₂的反應速度很快，從而抑制了鎢晶粒的長大，可以獲得粒度在50納米～0.5微米之間的鎢粉；最後將上述獲得的鎢粉採用空調進行除濕冷卻，其相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下；並通入保護性氣體如二氧化碳CO₂進行鈍化處理；由於剛生產出來的超細金屬鎢粉它的表面能很高，易發生自燃，所以，必須對其進行冷卻處理和通入保護性氣體進行鈍化處理。

• 實施例三

該發明的一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法，是以仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O為原材料，在製備時，將仲鎢酸氨5（NH₄）₂O·12WO₃·5H₂O加熱分解為三氧化鎢WO₃、氨氣NH₃和水蒸氣H₂O，加熱溫度為500℃；利用鎢氧化物WO_X是氨氣NH₃分解的良好觸媒特性，將上述分解出來的氨氣NH₃進一步分解為氮氣N₂和氫氣H₂；通過將反應溫度設定在650℃和將爐氣的壓力調節在0.35毫巴，利用上述由氨氣NH₃分解出來的氫氣H₂，可將三氧化鎢WO₃還原成藍色氧化鎢WO_2.9；然後通過進一步調節反應溫度和調節爐氣的壓力，此時，溫度設定在800℃，爐氣的壓力調節在0.5毫巴，使上述的藍色氧化鎢WO_2.9的其中一部分被進一步還原成活性度較高的紫鎢WO_2.72；在獲得上述含有較多數量紫鎢WO_2.72（含量10～100％）的氧化鎢WO_X中通入高純度的氫氣H₂，這種高純度氫氣H₂露點為-30℃；在較低溫度下，鎢氧化物WO_X在高純度氫氣H₂的作用下，被還原成鎢w，由於鎢氧化物WO_X中含有較多數量的紫鎢WO_2.72，則鎢氧化物WO_X的活性提高，此時在較低溫度下，通入高純度的氫氣H₂，則鎢氧化物WO_X與氫氣H₂的反應速度很快，從而抑制了鎢晶粒的長大，可以獲得粒度在50納米～0.5微米之間的鎢粉；最後將上述獲得的鎢粉採用空調進行除濕冷卻，其相對濕度在60％以下，溫度在25℃以下；並通入保護性氣體如二氧化碳CO₂進行鈍化處理；由於剛生產出來的超細金屬鎢粉它的表面能很高，易發生自燃，所以，必須對其進行冷卻處理和通入保護性氣體進行鈍化處理。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種高性能納米級及超細鎢粉的製備方法》獲得第十六屆中國專利優秀獎。