黑钨矿 :提炼钨的最主要矿石

更新时间:2024-09-21 00:53

黑钨矿,也称钨锰铁矿,是提炼钨的最主要矿石之一。它的化学式为(Fe,Mn)WO4,是一种钨酸盐矿物。黑钨矿为褐色至黑色,具有金属或半金属光泽。一般它与锡矿石同产于花岗石石英矿中。黑钨矿产于高温热液脉石英中。中国赣南、湘东区、粤北一带是世界著名的黑钨矿产区,占全球约60%的产量。其它主要产地有俄罗斯西伯利亚、缅甸、泰国澳大利亚玻利维亚等地。黑钨矿含有不同比例的铁钨酸盐和锰钨酸盐,如果含铁量高一些就叫钨铁矿,含锰多一些就叫钨锰矿。与黑钨矿相关矿物有锡石、铋及石英等。

主要成分

黑钨矿(钨锰铁矿)(Wolframite)(Mn,Fe)WO4

黑钨矿的化学成分为(Fe,Mn)WO4,晶体单斜晶系的氧化物矿物。矿物和条痕颜色均随铁、锰含量而变化,含铁愈多,颜色愈深,一般为褐红色至黑色,条痕黄褐色至黑褐色,金属光泽至半金属光泽,有一组完全的亳州板面解理,比重7.2-7.5,莫氏硬度4-4.5,一般具有弱磁性

。晶体形态呈板状或柱状。黑钨矿是FeWO-MnWO4类质同象系列的中间成员。此系列中,含FeWO4或MnWO4分子在80%以上的分别称为钨铁矿钨锰矿。黑钨矿的英文名源自古德语wolf(令人不快的)和ram(浮渣),指当时冶炼含黑钨矿的锡矿石时,锡熔体表面出现浮渣,影响冶炼。

晶体化学

是钨铁矿(FeWO4)-钨锰矿(MnWO4)完全类质同像系列的中间成员。理论组成(wB%):钨铁矿FeO23.65,WO376.35;钨锰矿MnO23.42,WO376.58。习惯上将FeWO4\u003e80摩尔%者称为钨铁矿;MnWO4\u003e80mol%者称为钨锰矿;介于二者之间者称为黑钨矿。常见混入物有Mg、Ca、Nb、Ta、Sc、Y、Sn等。其中Nb、Ta、Sc可呈类质同像替代,更多的则呈微细包裹体存在。

结构形态

单斜晶系,Z=2;钨锰矿,a0=0.4829nm,b0=0.5759nm,c0=0.4997nm,β=91。10';黑钨矿,a0=0.479nm,b0=0.574nm,c0=0.499nm,β=90。26';钨铁矿,a0=0.4753nm,b0=0.5709nm,c0=0.4964nm,β=90。[(Mn,Fe)O6]八面体以共棱方式沿c轴连接成折线状;[WO6]畸变八面体也共棱连接,并以4个角顶与[(Mn,Fe)O6]连接。∥(100)为似层状。

斜方柱晶类,乙炔/m(L2PC)。晶体常沿(100)呈厚板状或∥c轴呈短柱状,有时呈柱状、毛发状等。主要单形:平行双面a、b、d、c,斜方柱n、w、k(图4-2-9)。完好晶体较少见。晶面上常有∥c轴的纵纹。依(100)或(023)成接触双晶。集合体多为板状。

物理性质

颜色和条痕均随Fe、Mn含量而变化,含Fe越高色越深,钨锰矿呈浅红、浅紫、褐黑色;黑钨矿为褐黑至黑色;钨铁矿黑色。条痕均较颜色浅,钨锰矿为黄褐-黄色,钨铁矿为暗褐-黑色。金刚光泽-半金属光泽。解理完全。性脆。硬度4~5.5。相对密度7.18~7.51,亦随Fe的含量增高而增大。富含Fe者具弱磁性。

偏光镜下:钨锰矿Ng=2.30~2.32,Nm=2.22,Np=2.17~2.20;2V≈73?(计算值);黑钨矿Ng=2.42~2.46,Nm=2.32,Np=2.26~2.31;2V=78?36'(计算值);钨铁矿Ng=2.414,Nm=2.305,Np=2.255;2V=68?。

产状与组合

黑钨矿和钨锰矿主要产于高温热液脉石英内及其云英岩化围岩中。矿脉常存在于花岗石侵入体顶部或近接触带围岩中,共生矿物有锡石辉钼矿辉铋矿砷黄铁矿二硫化铁黄铜矿黄玉绿柱石电气石等。钨锰矿亦可产于中低温热液脉中。

鉴定特征

板状晶形,颜色,条痕,一组完全解理,密度大为其特征。易与铁闪锌矿相混,但铁闪锌矿呈粒状,多组解理、密度较黑钨矿小可区分。

工业应用

黑钨矿是最重要的钨矿石矿物,用途为生产钨各种深加工产品,主要用于生产钨的各种深加工产品。钨的特种合金钢被用于制造高速切削工具、炮膛、枪管、火箭发动机、火箭喷嘴、坦克装甲等。钨还用于制造灯丝及X射线发生器的阴极材料。合成材料碳化钨硬度很高,仅次于金刚石,可用作钻头、车刀等。

分解工艺

先将白钨矿、黑钨矿各自磨细后分别进行碱压煮分解,固液比1:1.1~2.7,压煮温度140~200℃,压力0.3~1.1Mpa,时间为1~6小时。白钨矿碱分解,氢氧化钠的加入量为理论量的2.7~3.7倍,控制初始碱度为500~600g/l,分解完成后稀释过滤时加入理论量2~15%的含P0添加剂,控制碱度为150~200g/l,温度为70~80℃,过滤后的钨酸钠溶液不进行钨-碱分离,直接用于黑钨矿碱分解,控制初始碱度130~200g/l,加入理论量0.8~1.2倍的含PO3添加剂。

分解率达99%左右,可利用冶炼厂现有的通用压煮设备同时处理黑钨精矿、白钨矿、黑白钨混合矿、钨中矿和回收废钨渣。与酸法工艺比,污染程度大为降低;与其它碱法工艺比,省去钨-碱分离,减少了能耗及钨、碱的损耗,综合碱耗仅为理论量1.35倍左右。

参考资料

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