[00109381]超细钨、钼粉体的可宏量制备技术

成果简介：

本团队经过多年的实验与研究，首次提出“碳热预还原 氢气深脱氧”工艺制备高纯超细钨、钼粉体及其合金粉体，并在超细钨粉、钼粉、钨钼合金粉及其超细晶合金坯的制备上进行了大量的研究工作。从反应机理到生产制备方面均已经取得大量的科研成果，发表了二十多 SCI 学术论文和申请了十几项专利，在超细钨、钼粉的制备工艺上有了很成熟的理解。相比于传统氢气还原钨钼氧化物制备超细钨钼粉，本工艺使用炭黑为主要固体还原剂更具成本优势。并且通过对工艺参数的控制，可以实现低成本、粒径可控地制备超细甚至纳米级的粉体，更适宜工业化生产。在本工艺的碳热预还原过程中，以来源广泛、成本较低的炭黑为主要还原剂，高温下碳热还原移除金属氧化物中的大部分氧，同时确保碳的残余量降到极低；再使用氢气进行深脱氧除去剩余的少量氧原子，最终得到高纯度、超细钨、钼粉体。

技术优势：

目前国内外工业制备钨、钼粉的主流工艺是氢气还原金属氧化物法。氢还原法因其反应过程不易引入杂质、工艺成熟、容易批量化生产，已成为目前工业应用最广泛的制备钨、钼粉的方法。但大量的学者研究发现，氢气在还原的过程中，生成的水蒸气会与氧化钨（氧化钼）结合形成三元气相产物 WO2(OH)2 （MoO2(OH)2），进而在反应过程中出现化学气相迁移机理(CVT)导致产物钨（钼）颗粒粒径长大，最终制备的钨（钼）粉粒径难以达到超细水平，且受料层厚度的影响较大，粉体粒度的均匀性较差。比于氢热还原，碳热还原法有设备要求低、固体还原剂来源广、反应重复性高、成本较低等优点，因而在工业上有着广泛的应用。若直接采用碳热还原钨氧化钨制备钨粉，由于气体产物 CO 和 CO2 的比例随温度的变化而变化，从而不同的反应条件下碳的消耗量不同，若配碳不足，反应后残余的氧化物会导致钨（钼）粉的氧含量过高；若配碳过量，还原后的钨粉中残余碳含量超标。因此很难直接通过碳热还原氧化钨制备出含量合格的钨粉，这也是限制直接碳热还原制备钨粉工业化的主要原因。如何将碳热还原法应用到制备超细钨粉中，一直是本团队的研究重点。

本课题组自主研发的“缺碳还原 氢气深脱氧”工艺可分为两段反应，首先是碳热还原氧化钨（氧化钼）。该过程的目标是通过缺碳还原制备出含有少量氧化物的超细钨粉，同时使得一段产物中残碳量符合最终使用要求。在第二段氢气还原阶段，该过程的目标是利用氢气还原第一段产物中残余的少量氧化钨，同时氢气能继续消耗残余碳含量从而得到高纯钨粉。本技术采用来源较广的商业高纯氧化钨（氧化钼）为钨（钼）源，炭黑为主要还原剂，通过调整工艺参数，最终实现低成本、高效率粒径可控制备高纯、超细钨粉的工艺——“缺碳还原 氢气深脱氧”。碳热还原和氢气深脱氧过程均可在卧室推杆炉中实现，也可以使用企业现有的推板窑及氢还原设备，对设备要求低，工艺的可行性高。

性能指标：

1. 实现 0.1 - 1μm 的不同粒度钨钼、粉的可控制备。

2. 钨、钼粉体的纯度≥99.95%。

市场分析：

难熔金属材料的制备和应用一直备受关注，尤其是钨、钼这两种高熔点金属，其广泛应用于各个领域。而目前国内生产工艺相对落后，投入巨大，且现有工艺无法大规模制备超细粉体，使得超细钨、钼粉体的成本一直高居不下。超细钨粉和钼粉广泛应用于电子、电极材料、机械、核工业、航空航天及其它军工领域，而国内目前主要采用氢气还原金属氧化物制备金属粉体，而该还原过程中由于气相迁移机理的存在，导致产物粒径较大。若想制得超细粉体，只能通过后期的球磨过程降低产物的粒径，从而使得整个工艺繁琐，能耗高，效率较低。由此可见，这两种高熔点金属材料均存在在生产成本高、产能小，不能满足市场的需求，且高品质金属材料主要依靠进口。因此，本项目以低成本、市场供需紧张的超细粉末高品质产品及其应用为研究目标，努力为国内工业基础营造更有竞争力的工业原材料，今后并致力于国际市场的开拓。

成果亮点：

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利 3 项。

2. 成果来源：钢铁冶金新技术国家重点实验室自主研发课题等。

3. 技术先进性：本工艺采用来源较广的商业高纯氧化钨（氧化钼）为原料，炭黑为主要还原剂，通过各个过程的机理、工艺参数研究，最终实现低成本、高效率制备高纯度超细钨、钼粉体。碳热还原和氢气深脱氧过程均可在卧室推杆炉中实现，也可以使用企业现有的推板窑及氢还原设备，对设备要求低，工艺的可行性高。且本课题组经过多年的不断探索，打通了从机理研究到小规模生产涉及的各个难题，在超细钨、钼粉体制备已达到国际领先的水平。