钨实验指导书讲解

10试验工程名称：黑钨精矿常压碱分解一、试验目的1、把握黑钨精矿碱法分解的原理和方法。2、生疏黑钨精矿碱分解的试验装置和操作技能。3WO3NaOH含量的分析方法。二、试验原理黑钨精矿主要成份是钨酸铁锰〔Fe、Mn〕WO4，它是钨酸铁和钨酸锰的固溶体，矿中钨酸铁和钨酸锰的比例在80：20以上的为钨酸铁矿，反之为钨酸锰矿，成份介于两者之间的叫钨锰铁矿。NaOH溶液分解转化为钨酸钠〔Na2WO4〕进入溶液中与铁锰等杂质元素分别。化学反响为：F、Mn〕WO4〔固〕+NaO〔液〕＝N2WO〔液〕〔F、Mn〔OH〕2〔固〕黑钨精矿中其它杂质元素如P、As、Si、Mo等亦被氢氧化钠分解生成相应的钠盐进入溶液中：Ca3(PO4)2＋6NaOH＝2Na3PO4＋3Ca(OH)2As2S3＋6NaOH＋0.5O2＝Na3AsS3＋Na3AsO4＋3H2OSiO2＋2NaOH＝NaSiO3＋H2OMoS2＋6NaOH＋4.5O2＝Na2MoO4＋2Na2SO4＋3H2O硝石〔NaNO3〕是使生成的Fe〔OH〕2和Mn〔OH〕2氧化生成Fe(OH)3和Mn2·2〔水合二氧化锰，以促进反响更加完成，化学反响为：4NaNO3＝2Na2O＋4NO2＋O2Fe(OH)2＋0.5O2＋H2O＝2Fe(OH)3Mn(OH)2＋0.5O2＝MnO2·H2O钨精矿的分解反响是一液-Ka=2.233的机理和速度掌握类型。从反响式看，可知反响过程中有铁、锰氢氧化物生成，它会沉积在未分解的球形粒子固膜集中反响〔内集中〕掌握模型。其动力学议程式为：312R(1R)22MDCtKt33 r2K2MDC为反响速度常数r2M—反响物分子量D—集中系数C—反响物浓度R—分解分数

α—计量因子〔与颗粒外形有关〕ρ—反响物密度r2—反响物颗粒原始半径的平方312R1R2tK值。33从K值的等式中可以看出K与集中系数D、NaOH浓度C成正比，与矿粒半径平方成反比，这是FeMn〔O2解速度的途径，拟出最正确工艺条件。三、主要仪器及耗材1、主要设备仪器设备名称型号每组所需数量怛温磁力搅拌水浴锅1台电热烘箱DF205型1台〔公用〕玻璃温度计〔酒精〕100℃1支布氏漏斗Φ80mm1个抽滤瓶500ml1个外表皿Φ80mm1个烧杯250ml2个容量瓶50ml1个量筒500ml1个50ml1个三角瓶300ml1个瓷蒸发皿Φ80mm1个移液管1ml1个酸式滴定管〔台〕25ml3套〔公用〕玻棒2支架式天平500g2台〔公用〕电炉1～2千瓦3个〔公用〕洗瓶500ml1个吸尔球1个真空泵2台〔公用〕枯燥器1个〔公用〕瓷坩埚25ml2个2、主要原料、试剂及易耗品名 称规格每组所需数量黑钨精矿氢氧化钠WO365%以上NaOH65%以上50g硝酸钠化学纯1.5g其它：辛可宁、甲基橙、酚酞、定量滤纸、定性滤纸等四、试验内容和步骤1、相关计算：依据试验条件，计算分解50克黑钨精矿所需NaOH的用量、硝酸钠的用量〔写出计算过程〕2、操作步骤：1所示。过加热棒。设定温度为100℃，启动水浴锅加热电源。②用50ml量筒量取所需的水250ml烧杯中，然后在粗天平上快速称取所需要的NaOH参加烧杯中，用玻璃棒搅拌使固体碱溶解， 图1 碱分解反响装置50③将上述盛有碱液的烧杯放入水浴锅中，并将搅拌用磁转子放入烧杯中，稍微启动搅拌，将碱液加热；水浴锅内水沸腾后，将所称取的黑钨精矿缓慢参加碱液中，参加完成后，用外表皿盖在上面避开反响物料外溅。待水再次沸腾后，开头计算反响时间；待反响离规定时间还剩半小时时，将事先称好的硝酸钠参加烧杯中。直到反响完毕。完毕时，将搅拌按钮及加热按钮关闭，并关闭电源开关。⑥留神取出烧杯，待外表皿稍冷后，用洗液将上面的反响物料吹入杯内，200ml1～2分钟，静置，待滤。将上述反响物在布氏漏斗中抽滤，并用约100ml沸水抽洗滤渣3次，然后取出滤渣放入蒸发皿称重〔事先称好已恒温的蒸发皿的重量※100～110℃的电热烘箱中烘2小时，干后取出于枯燥中冷却，称量，用减差法求出湿渣的水份。⑧滤液搅拌匀量准并记录体积，取样用辛可宁重量法[附录1]测定WO3含NaOH含量[2]，剩余溶液倒入回收瓶。※将瓷蒸发皿洗净放入烘箱中烘干至重量不变为止。3、试验条件：试验组数NaOH用量NaOH浓度反响时间分解温度NaNO3用量1180%30%2.0h100℃3%2180%25%2.0h100℃3%3180%25%2.5h100℃3%4180%20%2.0h100℃3%5180%30%1.5h100℃3%6180%30%2.5h100℃3%五、数据处理与分析黑钨精矿钨酸钠溶液钨渣重量WO含量WO量体积WOWO量NaOH湿重 干重 水份〔g〕3〕3〔〔ml〕3〔〔g〕 〔g/L〕 〔g〕 〔g〕 〔%〕试验组数〔试验组数〔%g〕g/L〕3产渣量分解率%

产渣量

干渣量100%精矿量分解率

钨酸钠溶液体积[WO

3]100%精矿重精矿中WO含量3六、试验留意事项的蒸发导致水量的削减，为防止干烧要准时往锅内补充热水。用少量水将杯壁上的物料吹洗下去。3、反响过程中，用外表皿盖在烧杯口，避开反响物料外溅。4、调整磁力搅拌，遵循由慢至快的原则，搅拌速度要适当，防止液体外溅。七、思考题1、影响分解率的因素有哪些？如何影响？并由此分析为什么钨精矿碱分解磨细的目的是什么？一般要磨至什么程度？2、抽滤浸出矿浆时应留意些什么问题？3NaOH浓度不变？4、如何强化属于固膜集中类型的多相反响？5、碱分解时，参加硝石有何作用？一般加多少？附录：31WO的测定—辛可宁重量法方法提要：3灼烧后即为三氧化钨〔WO3。2反响如下：2NaWO2 4

＋2HCl＋H

O=HWO·H2 4

O＋2NaClHWO

·HO＋C

H NOHCl·2H

O=C

H NO·WO

＋HCl＋4HO2 4

19 22

2 19 22 2 3 2C H NO·WO＋26O=19CO ＋11HO＋2NO ＋WO19 22 2 3 2 2 2 2 3试剂及其配制：2〕10%101:1900mL中。3〕0.25%2.51000mL5%盐酸中。浓盐酸。37%12N，d=1.1837〔市购。分析步骤：100mL水于烧杯中，加热。吸取1mL0.1%甲10mL5分钟。静置沉积后，用快速定量滤纸过滤，烧杯及沉淀用0.25%辛可宁盐酸洗液洗两次。沉淀与滤纸一起移入瓷坩埚中，在电炉上灰化后，在780～80040分钟。坩埚取出冷却、称重。待测溶液中三氧化钨浓度为：[WO3]=G/V×1000 〔g/L〕G—灼烧后三氧化钨重量〔g〕V—吸取待测液体积〔ml〕2NaOH的测定—酸碱滴定法1mL1001～2滴，然后用标准盐酸缓慢滴定至红色消逝即到终点：计算：N VC HCl HCl40 〔克/升〕V试液式中：NHCl—标准盐酸的当量浓度VHCl—消耗标准盐酸的毫升数V试液—吸取试液的毫升数C—试液的NaOH浓度试验工程名称：离子交换法制取仲钨酸铵〔APT〕一、试验目的1、生疏仲钨酸铵生产的工艺过程，建立流程概念。2、把握离子交换提取钨的根本原理。3、生疏离子交换过程的试验装置和操作技能。4、生疏蒸发结晶的根本原理及操作步骤。二、试验原理1、离子交换树脂是离子交换剂中的一种类型。离子交换剂按其加工外形不一种，多用于水的净化、溶液中离子的分别提纯等。2、一般常用的离子交换树脂，按交换基团的不同，可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。它们是一种具有不溶性固态本体的多价酸〔或碱，属于高pH值范围。因此不同种类的树脂有不同全交换容量。3、离子交换树脂只有在肯定条件下能与溶液中的离子发生等当量的交换反响〔或树脂对离子选择性的大小，不同离子对树脂亲合力的大小听从一般的规律，即对同价离子：酸性强离子＞低价离子。4、本试验承受717#强碱性阴离子交换树脂，它是带有三甲胺〔CH3〕3N的苯乙烯—二乙烯苯的共聚体，简式为RNX。利用粗钨酸钠溶液中WO42-离子与SiO32-、HPO42-等离子对树脂亲合力的差异以及它们在溶液中的浓度差异，当溶液流过树脂层时，离子被交换在树脂上，而杂质SiO32-、HAsO42-的大局部随交后液带走，从而使钨在交换过程中得到分别提纯。其交换挨次为：WO42-＞HAsO42-＞HPO42-＞SiO32-＞Cl-＞OH-交换反响为：2R-Cl+Na2WO4=R2WO4+2NaCl〔或再生剂可使树脂再生。NH4ClNH4OH混合液解吸钨。解吸反响为：R2WO4+2NH4Cl=2R-Cl+(NH4)2WO4三、主要仪器及耗材1、主要设备仪器设备名称型号每组所需数量有机玻璃交换柱Φ30×320mm1套玻璃漏斗〔短颈〕Φ70mm1个下口瓶2500ml3个烧杯量筒容量瓶2023ml1000ml500ml250ml2023ml1000ml500ml100ml2023ml1000ml500ml个个1个1个1个1个1个1个个〔公用〕个〔以用〕2个〔公用〕烧杯250ml2个容量瓶50ml1个试管20ml1个移液管5ml1支1ml1支玻璃棒2支洗瓶500ml1个吸尔球1个枯燥器240ml1个〔公用〕蒸发皿Φ80mm1个架式天平500～1000g3台〔公用〕比色管25ml2支pH试剂pH1～141本2、主要原料、试剂及易耗品名称规格每组所需数量粗钨酸钠溶液黑钨精矿分解获得，试验室预备氯化铵〔99%〕氢氧化钠〔99%〕浓盐酸37%，2升2瓶〔公用〕锌粒1瓶〔公用〕硝酸银〔99%〕1瓶〔公用〕硫氰酸钾〔99%〕500g/瓶，1瓶〔公用〕三氯化钛15%500ml/瓶，1瓶〔公用〕其它：定量滤纸、定性滤纸等四、试验内容和步骤1、相关计算：解吸剂配制计算：解吸剂为4mol/L的NH4Cl和1.5mol/L的NH4OH400mlNH4Cl的量以及氨水的量。料液配制计算：〔也称交前液〕是由黑钨精矿碱分解获得。每组试验配制800ml料液。各组依据交前液所要求的WO3浓度以及NaOH浓度，并依据黑钨精矿碱分解所获得的Na2WO4溶液的WO3浓度、NaOH浓度，计算出配制交前Na2WO4溶液的量以及所需补加的固体碱的量。离子交换各溶液量的计算：段液、洗氯液等。计算公式见操作步骤内容。树脂量的计算上述计算需写出计算过程。2、离子交换操作步骤：树脂预处理将市售颖树脂先用纯水浸泡24小时，使树脂充分溶胀，并除去夹杂物及悬浮的细树脂。然后用2倍树脂体积的4mol/LHCl再浸泡24小时，以除去Fe〔该步骤由试验室事先预备好〕装柱2持这个高度。配料液将粗钨酸钠溶液按试验要求的WO3浓度和NaOH浓度配制好。并按要求配〔4mol/LNH4Cl＋1.5mol/LNH3·H2O〕调流速用纯水按试验规定的线速度调整好流速〔换成体积流速来掌握V=3.14d2/4线速度=7.065×ml/mi〔3c洗钨、解吸、洗氯四个过程。流速通过旋纽开启度的大小来调整，一旦流速调整好后，旋纽开启度不能再动。交换〔用锌复原检查交换流出液消灭蓝色时，马上停顿进料。量取并记录交后液体积，取样1ml用KSCNWO3含量。的方法如下：交前液量〔L〕=湿树脂体积〔ml〕0.40×0.25÷料液浓度〔g/L〕洗钨Na2WO4液。直至洗钨液中无钨〔用锌复原检查流出液无蓝色时0.5mlKSCNWO3含量。洗钨液体积或许为：V洗钨液＝〔1.5～1.7〕×〔V树脂层＋V水垫层〕解吸用4mol/LNH4Cl＋1.5mol/LNH3·H2O混合液，按试验拟定的线速度解吸树脂1ml10001mlKSCN比色法测定其中的WO3〔用锌复原检查流出液无蓝色时〕停顿解吸。一、二、三段液体积或许为：V一段液＝0.35×V树脂层＋V水垫层〔2cm水层的体积〕V二段液＝0.45×V树脂层V三段液＝〔0.85～0.87〕×V解吸剂V解吸剂＝V一段液＋V二段液洗氯用纯水按规定线速度洗涤残留在树脂间的氯离子。洗至用AgNO3溶液检查流出液无白色沉淀时停顿。洗氯液体积或许为：V洗氯液＝〔1.7～1.9〕×〔V树脂层＋V水垫层〕3、蒸发结晶操作步骤：根本原理：本试验承受蒸发法从(NH4)2WO4溶液中析出仲钨酸铵结晶，此法是利用在溶液中稳定性差这一特点，加热钨酸铵溶液，使NH3挥发掉，从而使钨酸铵转化为稳定的仲钨酸铵结晶而析出。化学反响为：12(NH4)2WO4=5(NH4)2O·12WO3·5H2O＋14NH3＋2H2O操作步骤：以肯定体积的(NH4)2WO4溶液倒入烧杯中，放入水浴锅内加热，启动磁转子搅拌，在沸腾温度下，蒸发浓缩，待蒸发至50%体积时，关闭水浴锅电源，再搅5分钟停顿。取出烧杯，进展自然过滤，观看仲钨酸铵形态及颜色。并将仲钨酸铵晶体转入蒸发皿中，放入电热烘箱中烘干〔掌握温度为150～180，观看氧化钨粉形态及颜色。4、整个操作过程流程图1所示：粗钨酸钠溶液粗钨酸钠溶液配料液料液〔交前液〕

洗钨 纯水〔量体积，测钨浓度〕

洗钨液

NH4Cl+NH4OH解 吸纯水前流液〔一段液〕 钨酸铵溶液〔二段液〕 后流液〔三段液〕 洗氯〔弃去〕 〔量体积，测钨浓度〕 〔弃去〕蒸发结晶

洗氯液湿仲钨酸铵湿仲钨酸铵过滤洗涤干燥干燥5、试验条件：

APT1交换过程流程图试验组数树脂层高径比WO3浓度交前液NaOH浓度交换线速度16：115g/L5g/L5cm/min26：120g/L10g/L5cm/min35：115g/L10g/L4cm/min45：120g/L15g/L4cm/min5 4：16 4：1

15g/L20g/L

15g/L5g/L

3cm/min3cm/min其它工艺条件：解吸剂 4mol/LNH4Cl＋1.5mol/LNH3·H2O，解吸线速度2cm/min，洗钨、洗氯线速度5cm/min。五、数据处理与分析试验组数进柱钨酸钠溶液试验组数进柱钨酸钠溶液体积WOWO量体积交后液WO WO量〔ml〕 〔g/L〕 〔g〕33〔ml〕 〔g/L〕 〔g〕33体积〔ml〕洗钨液WOWO量〔g/L〕3〔g〕3交换率〔%〕指标交换容量mgWO/克干树脂3交换率进入柱中WO

量(交后液中WO3

洗钨液中WO量〕3

100%

进入柱中WO量3工作交换容量

进入柱中WO

量(交后液中WO3 干树脂重

洗钨液中WO量〕3六、试验留意事项份水，以防止水从柱顶冒出。同时要留意柱内树脂不要枯槁。2、在整个试验过程中都大致保持树脂层上面水柱高约2厘米。不允许消灭水面过高导致从柱顶冒出，也不允许消灭水面过低导致树脂层露出水面。3、在试验前，假设觉察树脂层内有气泡或断裂现象，则就用玻璃棒适当的搅拌松动树脂层，将气泡赶走。4停顿离子交换操作工序时，遵循先关柱下阀门，后关柱上阀门的原则。5、蒸发结晶过程，消灭白色结晶物时，要用玻璃棒搅动溶液，以防止喷溅。七、思考题1717#阴离子交换树脂能从粗钨酸钠溶液中提纯钨？2NH4OHNH4OH？NH4OH作解吸剂是否可以？443WO2-Cl-Cl-为什么又能替换下WO2-NaOH浓度不变？444、为什么要掌握流速，流速的大小对交换反响和解吸反响有什么影响？5、什么叫交换率？什么叫工作交换容量？交换终点的掌握对它们有什么影响？附录：1WO3的测定—硫氰酸盐法1〕根本原理这是目前测定钨广泛使用的一种光度法。方法基于在酸性溶液中，钨〔VI〕〔-也有人认为是[W(OH)(SCN)4]-或[W(SCN)5]-等。其反响式如下：4 4 WO2-＋Ti3+＋4SCN-＋6H+=[WO(SCN)]-＋Ti4+＋3H4 4 398ε=1.761072420～440nm处进展测3982.51～17微克/毫升范围内遵守比尔定律。2〕试剂配制①1.2NNaOH溶液 称取48克氢氧化钠于烧杯中，加500mL水微热溶解，冷却后移入1升容量瓶中，以水定容，摇匀。②3:2HCl溶液③50%KSCN溶液

2份相混而成。称取50克KSCN于烧杯中，加100mL水微热溶解。④0.15%TiCl3-HCl〔3:2