NaCl-CaCl2-CaWO4体系熔盐电解制备钨粉的研究

通过熔盐电解法直接电解钨酸盐制备钨粉，能够简化传统制钨工艺的流程，同时熔盐电解法还是一种比较好的提纯技术，通过预电解可除去电活性比钨大的杂质，从而制得纯度较高的钨粉。前期实验研究表明在NaCl-CaCl2-CaWO4体系中可以电解得到金属钨粉，但对该体系的电解过程和体系性质还未作详细研究，本文主要是分析该体系熔盐电解制备钨粉的理论基础和试验条件，对体系的溶解度和电导率等性质进行测定，对电极反应机理进行研究，通过对电解产物的形貌表征，分析实验条件对结果的影响，进而对试验条件进行优化，力求得到该体系下较佳的试验条件，为熔盐电解法制备钨粉提供基础性数据。采用等温热饱和法研究温度和熔盐组分摩尔比对CaWO4溶解度的影响，使用X射线衍射法检测熔盐极冷试样的物相组成。证明CaWO4在NaCl-CaCl2熔盐体系中的溶解包括物理溶解和化学溶解两种过程。物理过程中Ca2WO4以分子形式溶解到熔体里，而化学溶解过程中Ca2WO4解离为Ca2+和WO42-，在电解实验进行时，WO42-会在阴极表面先分解为WO3和O2-，进而W6+在阴极放电，WO3被逐渐还原为W，过程包括W6+→W4+→W。采用CVCC法测定NaCl-CaCl2-CaWO4熔盐体系的电导率，并通过正交试验分析，研究该体系电导率与温度和熔盐组成摩尔比的关系。结果表明：升高温度或是增大NaCl对CaCl2的摩尔比，均能提高体系电导率，而组分摩尔比是影响体系电导率的主要因素，当NaCl:CaCl2为1:1时，即体系最低共熔点附近出现了电导率的最低值，约为1.81S/cm，并随着NaCl或CaCl2的增加，电导率也增加。采用正交试验法在NaCl-CaCl2体系中电解CaWO4制备金属钨粉，实验的电极材料主要为石墨棒，电解过程中，阴极石墨棒放电现象明显，且伴有气泡冒出。由于CaCl2对阴极的腐蚀作用，电解结束后阴极表面会有破裂现象，使石墨颗粒混入熔盐中，导致部分试验阴极产物中出现有WC和W2C等杂质。电解结束后熔盐明显分为三层：上面很厚的一层为灰白色电解质层；中下层为黑色致密的固体物质，主要为沉积的钨粉；最底层为白色的CaWO4层。通过对温度、槽电压、熔盐组分配比等主要技术条件进行正交设计试验，得到影响电流效率的主要因素，获得的较佳试验条件为：电解温度750℃~800℃，NaCl:CaCl2=4:6附近，槽电压为2.5~3.0V。对电解产物进行X射线衍射分析、能谱分析，使用扫描电镜进行形貌分析。结果表明：产物颗粒粒径在1μm以下，纯度达到98%以上，电流效率约为82%。同时在较优条件下探索了金属铜丝作为阴极材料电解钨粉的可行性，分析对比石墨阴极和铜丝阴极的差异，为使用NaCl-CaCl2-CaWO4熔盐体系电解制备钨粉提供了基础理论数据。