崇義章源鎢業(yè)APT綠色冶煉的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展

萬(wàn)林生，趙立夫，李紅超

（1.江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000；2.祟義章源鎢業(yè)股份有限公司，江西 崇義 341300）

針對(duì)中國(guó)黑鎢資源幾近枯竭，白鎢已成為中國(guó)鎢產(chǎn)業(yè)主要原料，但國(guó)內(nèi)外均缺乏先進(jìn)、成熟且符合國(guó)家環(huán)保要求的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，從而嚴(yán)重制約鎢冶煉產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展這一重大關(guān)鍵問(wèn)題，崇義章源鎢業(yè)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“章源鎢業(yè)公司”）和江西理工大學(xué)歷時(shí)20年，綜合運(yùn)用物理化學(xué)、濕法冶金、粉末冶金、傳輸原理等多學(xué)科理論，系統(tǒng)地研究了黑白鎢濕法冶煉工藝原理，自主研發(fā)出多項(xiàng)核心技術(shù)［1-2］，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了黑白鎢礦高效、潔凈制取超高性能APT（仲鎢酸銨）的工業(yè)化生產(chǎn)，大幅度提高了鎢冶煉金屬收率，降低了輔助材料的成本，實(shí)現(xiàn)了廢水、廢氣的達(dá)標(biāo)排放。

1 黑白鎢礦潔凈、高效制取超高性能APT

鎢是重要的工業(yè)原料，工業(yè)鎢礦分為白鎢礦和黑鎢礦，中國(guó)白鎢儲(chǔ)量為201萬(wàn)t，黑鎢儲(chǔ)量為60萬(wàn)t。中國(guó)長(zhǎng)期以開(kāi)采黑鎢礦為主，但黑鎢資源幾近枯竭，白鎢礦和難選白黑鎢混合礦將成為中國(guó)鎢冶煉的主要原料。

對(duì)于白鎢礦，國(guó)外普遍采用落后的“碳酸鈉燒結(jié)”火法技術(shù)，而國(guó)內(nèi)相對(duì)先進(jìn)的黑鎢冶煉技術(shù)不能適用于白鎢礦和白黑鎢混合礦，從而嚴(yán)重影響了中國(guó)鎢產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。如何突破技術(shù)瓶頸，研發(fā)出高效、潔凈、低耗的白鎢礦和白黑鎢混合礦濕法冶煉技術(shù)，是中國(guó)鎢產(chǎn)業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)亟待解決的重大前沿課題。

為此，國(guó)內(nèi)外都做過(guò)大量的研究，曾開(kāi)發(fā)出白鎢礦的“鹽酸分解”、白鎢黑鎢礦“高堿分解”濕法冶煉技術(shù)，但都沒(méi)有得到很好的解決，主要存在以下問(wèn)題：

（1）分解率低。分解率僅為97％，分解渣中WO3含量高達(dá)2.5％，鎢精礦損失達(dá)3 550t/a。

（2）能耗高。每噸APT煤耗高達(dá)1.3t，每年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤6.5萬(wàn)t。電耗5 000萬(wàn)kW·h，未達(dá)國(guó)家行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。

（3）污染嚴(yán)重。廢水排放pH值高達(dá)13，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的1萬(wàn)倍；氨氮排放高達(dá)2 000mg/L，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的130余倍；每年排放燒堿達(dá)2.13萬(wàn)t；氨氮達(dá)1.02萬(wàn)t。

（4）由于長(zhǎng)期沒(méi)有探明APT結(jié)晶動(dòng)力學(xué)規(guī)律，結(jié)晶過(guò)程不能控制，國(guó)內(nèi)外無(wú)法生產(chǎn)具有良好粒度性能（粒度、粒度分布、松比、流動(dòng)性）和形貌（單晶、球形）的APT粉體；由于成本和技術(shù)瓶頸，納米鎢粉和碳化鎢粉僅停留于實(shí)驗(yàn)研究階段，嚴(yán)重制約了中國(guó)高端鎢材料的生產(chǎn)。超高性能APT生產(chǎn)是一直未能攻克的世界性難題。

因此，對(duì)鎢冶金全流程技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化是全面提升中國(guó)鎢冶煉技術(shù)、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型鎢業(yè)強(qiáng)國(guó)的需要，系統(tǒng)地研究APT結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，是開(kāi)發(fā)超高性能APT粉體和鎢粉、碳化鎢、鎢絲以及高性能硬質(zhì)合金的需要。對(duì)于大力推進(jìn)中國(guó)鎢及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步、建設(shè)鎢業(yè)強(qiáng)國(guó)具有重大意義。

1.1 自主研發(fā)出4項(xiàng)核心技術(shù)并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)

（1）對(duì)APT結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，建立了數(shù)學(xué)模型，為解決“APT多晶團(tuán)聚”這一世界性難題提供了理論依據(jù)。

（2）自主研發(fā)出黑白鎢濕法冶煉“低耗高效分解”、“APT物性控制”、“模糊交換-超解吸”、“液、氣高效閉路循環(huán)”4大核心技術(shù)。

（3）研制出獨(dú)特的“懸浮層流結(jié)晶器”、“雙逆流旋渦冷凝氨回收裝置”。

（4）實(shí)現(xiàn)了單晶、球形、超細(xì)APT粉體、納米級(jí)鎢粉和碳化鎢粉的可控生產(chǎn)。金屬回收率高達(dá)98.5％；實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)冶煉，環(huán)保全面達(dá)標(biāo)。

（5）自主設(shè)計(jì)并建成了世界上首座最大規(guī)模、年產(chǎn)1.5萬(wàn)t APT的黑白鎢濕法冶煉廠。

成果在國(guó)內(nèi)外率先實(shí)現(xiàn)了鎢的工業(yè)化“綠色冶煉”，有效地解決了中國(guó)鎢冶煉產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，使中國(guó)黑白鎢冶煉總體技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，有力地促進(jìn)了中國(guó)鎢及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

1.2 成果的創(chuàng)造性、先進(jìn)性

（1）首次在國(guó)際上建立APT結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型。首次提出“動(dòng)態(tài)擬合對(duì)比法”，系統(tǒng)研究了APT結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，建立了數(shù)學(xué)模型。

（2）白鎢礦低耗高效分解技術(shù)。首次探明了白鎢礦磷酸根堿分解中堿濃度與分解率的負(fù)相關(guān)關(guān)系。找到了新的鎢礦晶格活化源和液體分解劑，率先實(shí)現(xiàn)了低堿體系中白鎢礦的徹底分解，該技術(shù)還可適用于黑鎢和難選黑白鎢混合礦。

（3）專有的APT物性控制技術(shù)。首次研發(fā)出晶體懸浮-層流結(jié)晶技術(shù)、晶粒球化技術(shù)、低溫-表面活性技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外率先采用濕法冶金方法制備出單晶、球形、超細(xì)APT粉體，并首次實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

（4）獨(dú)特的鎢冶煉離子交換技術(shù)。發(fā)現(xiàn)了溶液中鎢酸根與氯根的非均相化現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)出模糊交換-超解吸技術(shù)，能耗和輔助材料消耗平均降低50％，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)鎢冶煉離子交換工藝大幅度節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（5）首次研發(fā)出APT結(jié)晶母液高效閉路循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)母液零排放，率先在我國(guó)鎢冶煉中實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

（6）研發(fā)出獨(dú)有的APT結(jié)晶氨尾氣高效回收工藝，實(shí)現(xiàn)了氨氣返回使用和達(dá)標(biāo)排放。

（7）自主設(shè)計(jì)并建成了國(guó)內(nèi)外首條由黑白鎢礦生產(chǎn)超高性能APT的生產(chǎn)線。

1.3 APT冶煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)比較

表1數(shù)據(jù)來(lái)自4項(xiàng)核心技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的綜合結(jié)果。從表可見(jiàn)，各項(xiàng)主要性能參數(shù)均優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)。金屬收率提高4.8％，堿排放量降低81.8％，氨氮排放降低99.6％，原輔材料消耗平均降低50％。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

1.4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

該項(xiàng)目4大核心技術(shù)在章源鎢業(yè)公司工業(yè)化應(yīng)用以來(lái)，APT冶煉成本降低7 236元/t，共累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入124.04億元，上繳稅收1.47億元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)7.35億元，創(chuàng)匯1.82億美元。

1.4.2 社會(huì)效益

（1）找到了白（黑）鎢礦高效、潔凈、低耗制取超高性能APT的全新技術(shù)途徑，從根本上解決了中國(guó)鎢產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。

表1 APT綠色冶煉技術(shù)與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

（2）與白鎢礦高堿冶煉工藝相比，該項(xiàng)目累計(jì)節(jié)省鎢精礦3 827.6t、煤2.8萬(wàn)t、電1.02億度，減少NaOH排放2.6萬(wàn)t、氨氮排放1.15萬(wàn)t。減少CO2排放29.13萬(wàn)t。實(shí)現(xiàn)了中國(guó)鎢冶煉工業(yè)的高效綠色生產(chǎn)，為江河水體保護(hù)和人民身體健康作出了貢獻(xiàn)。

（3）完成了中國(guó)首條最大規(guī)模的黑白鎢礦制取高性能APT生產(chǎn)線的成套設(shè)計(jì)，促進(jìn)了中國(guó)鎢行業(yè)的升級(jí)和發(fā)展。

（4）該項(xiàng)目微細(xì)晶體結(jié)晶過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究方法、單晶制取技術(shù)及裝置、模糊交換-超解吸技術(shù)、雙逆流旋渦冷凝技術(shù)及裝置可應(yīng)用于其他金屬冶煉和化工領(lǐng)域，促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

1.4.3 潛在效益

（1）中國(guó)白鎢儲(chǔ)量201萬(wàn)t，以鎢礦采選回收率為50％、每噸APT消耗1.39t鎢精礦計(jì)，按該項(xiàng)目當(dāng)前市場(chǎng)占有率51.3％計(jì)算，項(xiàng)目可使中國(guó)鎢精礦累計(jì)節(jié)省3.08萬(wàn)t。由于APT單位成本降低和售價(jià)提高，潛在效益達(dá)86.95億元。

（2）該項(xiàng)目將黑鎢生產(chǎn)線經(jīng)簡(jiǎn)單改造后，可用于白鎢冶煉。我國(guó)現(xiàn)有黑鎢生產(chǎn)APT規(guī)模9萬(wàn)t，每噸APT減少投資9 000元，若按50％改造，可節(jié)約投資4.05億元。

（3）預(yù)計(jì)用于鎢絲的APT為21.75萬(wàn)t（占總量的15％），由于成品率升高，潛在效益達(dá)24.36億元。

2 黑白鎢礦零排放閉路冶煉工藝技術(shù)攻關(guān)

根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)部的新規(guī)，鎢冶煉為一類元素排放廢水，強(qiáng)制執(zhí)行零排放要求。受工藝的限制，離子交換工藝和萃取工藝目前不能實(shí)現(xiàn)零排放。研究能夠?qū)崿F(xiàn)閉路循環(huán)和零排放的創(chuàng)新性鎢冶煉工藝迫在眉睫。

全國(guó)鎢冶煉企業(yè)向江河每年排放廢水高達(dá)2 400萬(wàn)m3，排放燒堿4.16萬(wàn)t，氨氮2.04萬(wàn)t，廢水排放pH值高達(dá)13（超國(guó)標(biāo)1萬(wàn)倍），氨氮排放高達(dá)500mg/L，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的33余倍。

隨著國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)厲，現(xiàn)行的黑白鎢冶煉工藝已經(jīng)走到盡頭。中國(guó)鎢冶煉企業(yè)面臨著大面積被政府關(guān)閉的危險(xiǎn)境地。

章源鎢業(yè)公司已在“黑白鎢礦零排放閉路冶煉工藝”研究上取得關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，研發(fā)成果將改寫(xiě)世界黑白鎢酸、堿冶煉的歷史，創(chuàng)造新一代的鎢冶煉工藝，為中國(guó)鎢工業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

［1］萬(wàn)林生.鎢冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

［2］萬(wàn)林生，徐國(guó)鉆，嚴(yán)永海，等.中國(guó)鎢冶煉工藝發(fā)展歷程及技術(shù)進(jìn)步［J］.中國(guó)鎢業(yè)，2009，24（5）：63-66.