Metodo di ossidazione per il riciclaggio del carburo di tungsteno

Circa un terzo della domanda di tungsteno proviene da rifiuti contenenti tungsteno. A causa dei diversi tipi di materiali di scarto contenenti tungsteno, esistono vari metodi di riciclaggio. I metodi comunemente utilizzati includono l'ossidazione, l'elettrolisi e la fusione dello zinco.

Metodo di ossidazione.

Il metodo di ossidazione si riferisce al processo di rigenerazione del tungsteno facendo prima reagire il carburo di tungsteno-metallo di cobalto di scarto (lega dura) o il metallo di tungsteno residuo con l'ossigeno per formare ossidi di tungsteno e cobalto, e poi reagendo con alcali per generare tungstato di sodio solubile in acqua, che si separa dall'ossido di cobalto solido. Nella produzione si usa comunemente come ossidante il nitrato di potassio o l'aria arricchita di ossigeno, con due varianti: il metodo di fusione con nitrato di potassio e il metodo di ossidazione con aria arricchita di ossigeno.

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Scarti di carburo di tungsteno

1. Metodo di fusione del nitrato di potassio.

Il metodo di fusione con nitrato di potassio è la prima applicazione industriale per il riciclaggio dei rifiuti di carburo. Utilizza il nitrato di potassio (nitrato di sodio) e l'ossigeno dell'aria come ossidanti per convertire il tungsteno presente nei rifiuti di lega dura in triossido di tungsteno, che reagisce poi con l'ossido di sodio, un prodotto di decomposizione del nitrato di sodio, per formare il tungstato di sodio solubile. Le principali reazioni coinvolte sono le seguenti:

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

Il processo di fusione avviene in un forno a riverbero che utilizza olio pesante o gas come combustibile. Quando la temperatura raggiunge il punto di fusione del nitrato di potassio, il nitrato di potassio fuso reagisce vigorosamente con le materie prime di scarto del tungsteno, portando rapidamente la temperatura a 1073-1173 K. Dopo l'agitazione e la fusione per 1 ora, il prodotto fuso viene scaricato. Dopo il raffreddamento, la frantumazione, la lisciviazione e la filtrazione, si ottengono la soluzione Na2WO4 e le scorie Co2O3.

La soluzione di Na2WO4 ottenuta può essere utilizzata per produrre triossido di tungsteno attraverso il seguente processo: soluzione di tungstato di sodio → precipitazione di acido cloridrico → precipitazione di acido tungstico → filtrazione della soluzione di ammoniaca → evaporazione e cristallizzazione → filtrazione e lavaggio → metatungstato di ammonio → calcinazione → triossido di tungsteno. Le scorie di cobalto vengono lisciviate con acido cloridrico per ottenere una soluzione di cloruro di cobalto, che viene poi purificata con metodi convenzionali. In alternativa, le scorie di cobalto possono essere disciolte con acido nitrico per ottenere una soluzione di cobalto all'acido nitrico che, dopo la purificazione, può essere miscelata con una soluzione di Na2WO4 per produrre un co-precipitato di tungsteno-cobalto. Il co-precipitato di tungsteno-cobalto può essere ulteriormente lavorato attraverso la calcinazione e la riduzione con idrogeno per ottenere polvere composita di tungsteno-cobalto di grado fine per la produzione di carburo.

Il metodo di fusione con nitrato di potassio è adatto alla lavorazione di vari materiali di scarto contenenti tungsteno e presenta i vantaggi di una reazione rapida, di un'elevata capacità produttiva e di un alto tasso di recupero del tungsteno. Il tasso di recupero del tungsteno può raggiungere 98%-99% dalle scorie di decomposizione alcalina del minerale di tungsteno nero. Tuttavia, questo metodo genera anche una grande quantità di gas NO2, che inquina l'ambiente durante il processo di fusione. Quando si utilizza il solfato di sodio, relativamente economico, come sostituto del nitrato di potassio, sebbene l'inquinamento ambientale sia ridotto, è necessario trattare anche il gas contenente SO2 emesso. L'attrezzatura utilizzata per il solfato di sodio come ossidante è la stessa di quella utilizzata per il nitrato di potassio, ma la temperatura di fusione è di 1373 K e il tempo di fusione richiede 2-3 ore per ottenere lo stesso effetto del metodo del nitrato di potassio.

2. Metodo di ossidazione con aria arricchita di ossigeno.

Il metodo di ossidazione con aria arricchita di ossigeno prevede l'introduzione di aria arricchita di ossigeno in un forno ossidante preriscaldato a temperature comprese tra 1073 e 1173 K. In questo processo, il tungsteno presente nei materiali di scarto viene prima ossidato a WO3, quindi WO3 viene disciolto in alcali per ottenere una soluzione di Na2WO4. Una volta iniziata la reazione di ossidazione, il calore di reazione e l'apporto di ossigeno vengono utilizzati per controllare la temperatura di reazione, eliminando la necessità di una fonte di calore esterna. Il tempo di ossidazione varia in genere da 2 a 7 ore, a seconda della natura e della forma dei materiali di scarto contenenti tungsteno. I prodotti dell'ossidazione sono solitamente sottoposti a macinazione a sfere e setacciatura; il materiale sovradimensionato viene restituito per un'ulteriore ossidazione e il materiale sottodimensionato viene sciolto in alcali per ottenere una soluzione di Na2WO4. La soluzione di Na2WO4 può essere utilizzata per produrre paratungstato di ammonio o altri prodotti a base di tungsteno con metodi convenzionali. Se i materiali di scarto contenenti tungsteno contengono anche cobalto, il cobalto può essere recuperato dal residuo insolubile dopo la dissoluzione in alcali. Poiché il WO3 sublima alla temperatura di ossidazione, è inevitabile una certa perdita di WO3 dovuta alla sublimazione, con conseguenti tassi di recupero del tungsteno tipicamente compresi tra 94% e 97% per la produzione di Na2WO4. Questo metodo è adatto per la lavorazione di vari materiali di scarto contenenti tungsteno, come barre, fili, piastre, tungsteno metallico e carburo di tungsteno. Può anche essere utilizzato per lavorare polvere di tungsteno, polvere di WC e altri materiali di scarto contenenti tungsteno utilizzando il metodo dell'autoaccensione dell'ossigeno dopo l'accensione per ridurre la perdita di WO3 dovuta alla sublimazione.