Método de oxidación para reciclar carburo de wolframio

Aproximadamente un tercio de la demanda de tungsteno procede de residuos que contienen tungsteno. Debido a los diversos tipos de materiales de desecho que contienen tungsteno, existen varios métodos de reciclaje. Los métodos más utilizados son la oxidación, la electrólisis y la fundición de zinc.

Método de oxidación.

El método de oxidación se refiere al proceso de regeneración del wolframio haciendo reaccionar primero el metal de desecho de carburo de wolframio-cobalto (aleación dura) o el metal de wolframio residual con oxígeno para formar óxidos de wolframio y cobalto, y haciéndolo reaccionar después con álcali para generar tungstato de sodio soluble en agua, que se separa del óxido de cobalto sólido. En la producción, se suele utilizar nitrato potásico o aire enriquecido con oxígeno como oxidante, lo que da lugar a dos variantes: el método de fundición con nitrato potásico y el método de oxidación con aire enriquecido con oxígeno.

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Chatarra de carburo de wolframio

1. Método de fundición de nitrato de potasio.

El método de fundición con nitrato potásico es la primera aplicación industrial para reciclar residuos de carburo. Utiliza nitrato potásico (nitrato sódico) y oxígeno del aire como oxidantes para convertir el wolframio de los residuos de aleaciones duras en trióxido de wolframio, que luego reacciona con óxido sódico, un producto de descomposición del nitrato sódico, para formar tungstato sódico soluble. Las principales reacciones implicadas son las siguientes:

• 2NaNO3 = 2NaO + 2O2 + N₂
  2WC + 5O2 - 2W + 2CO2(g)
  WC + CO2 - W + 2CO(g)
  WO3 + Na2O - Na2WO4

El proceso de fundición tiene lugar en un horno de reverbero que utiliza aceite pesado o gas como combustible. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión del nitrato potásico, el nitrato potásico fundido reacciona vigorosamente con los residuos de materias primas de wolframio, elevando rápidamente la temperatura hasta 1073-1173 K. Tras agitar y fusionar durante 1 hora, se descarga el producto fundido. Tras enfriar, triturar, lixiviar y filtrar, se obtienen la solución de Na2WO4 y la escoria de Co2O3.

La solución de Na2WO4 obtenida puede utilizarse para producir trióxido de volframio mediante el siguiente proceso: solución de tungstato de sodio → precipitación con ácido clorhídrico → precipitación con ácido túngstico → filtración con solución de amoníaco → evaporación y cristalización → filtración y lavado → metatungstato de amonio → calcinación → trióxido de volframio. La escoria de cobalto se lixivia con ácido clorhídrico para obtener una solución de cloruro de cobalto, que luego se purifica por métodos convencionales. Alternativamente, la escoria de cobalto puede disolverse con ácido nítrico para generar una solución de cobalto de ácido nítrico que, tras purificarse, puede mezclarse con una solución de Na2WO4 para producir coprecipitado de wolframio-cobalto. El coprecipitado de wolframio y cobalto puede seguir procesándose mediante calcinación y reducción de hidrógeno para obtener polvo compuesto de wolframio y cobalto de grado fino para la producción de carburo.

El método de fundición con nitrato potásico es adecuado para procesar diversos materiales de desecho que contienen tungsteno y presenta las ventajas de una reacción rápida, una alta capacidad de producción y una elevada tasa de recuperación de tungsteno. La tasa de recuperación de tungsteno puede alcanzar 98%-99% a partir de la escoria de descomposición alcalina del mineral de tungsteno negro. Sin embargo, este método también genera una gran cantidad de gas NO2, que contamina el medio ambiente durante el proceso de fundición. Cuando se utiliza sulfato sódico, relativamente barato, como sustituto del nitrato potásico, aunque se reduce la contaminación ambiental, también hay que tratar el gas SO2 emitido. El equipo utilizado cuando se utiliza sulfato sódico como oxidante es el mismo que cuando se utiliza nitrato potásico, pero la temperatura de fusión es tan alta como 1373 K, y el tiempo de fusión requiere 2-3 horas para conseguir el mismo efecto que con el método del nitrato potásico.

2. Método de oxidación en aire enriquecido con oxígeno.

El método de oxidación con aire enriquecido con oxígeno consiste en introducir aire enriquecido con oxígeno en un horno oxidante precalentado a temperaturas que oscilan entre 1073 y 1173 K. En este proceso, el wolframio de los materiales de desecho se oxida primero a WO3 y, a continuación, el WO3 se disuelve en álcali para obtener una solución de Na2WO4. Una vez que comienza la reacción de oxidación, el calor de reacción y el suministro de oxígeno se utilizan para controlar la temperatura de reacción, eliminando la necesidad de una fuente de calor externa. El tiempo de oxidación suele oscilar entre 2 y 7 horas, dependiendo de la naturaleza y la forma de los materiales de desecho que contienen wolframio. Los productos de la oxidación suelen someterse a molienda por bolas y tamizado, devolviéndose el material de tamaño superior para su posterior oxidación y disolviéndose el material de tamaño inferior en álcali para obtener una solución de Na2WO4. La solución de Na2WO4 puede utilizarse para producir paratungstato de amonio u otros productos de wolframio utilizando métodos convencionales. Si los materiales de desecho que contienen wolframio también contienen cobalto, éste puede recuperarse del residuo insoluble tras la disolución alcalina. Dado que el WO3 se sublima a la temperatura de oxidación, es inevitable que se produzca cierta pérdida de WO3 debido a la sublimación, lo que da como resultado unos índices de recuperación de wolframio que suelen oscilar entre 94% y 97% para la producción de Na2WO4. Este método es adecuado para procesar diversos materiales de desecho que contienen tungsteno, como varillas, barras, alambres, placas, tungsteno metálico y carburo de tungsteno. También puede utilizarse para procesar polvo de tungsteno, polvo de WC y otros materiales residuales que contengan tungsteno utilizando el método de autoignición de oxígeno tras ignición para reducir la pérdida de WO3 debida a la sublimación.