黑钨精矿常压碱分解

作者: 时间:2022-03-17 点击数:

                     黑钨精矿常压碱分解

 一、实验目的

1、掌握黑钨精矿碱法分解的原理和方法。

2、熟悉黑钨精矿碱分解的实验装置和操作技能。

3、掌握分解液中WO3含量及NaOH含量的分析方法。

二、实验原理

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。

黑钨精矿在一定条件下,能被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离。化学反应为:

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:

反应物稀释过滤后,上述反应生成的钠盐进入溶液与碱渣分离,反应物中加入硝石(NaNO3是使生成的Fe(OH)2和Mn(OH)2氧化生成Fe(OH)3和 MnO2·H2O(水合二氧化锰),以促进反应更加完全,化学反应为:

钨精矿的分解反应是一液-固多相反应。从热力学看,反应平衡常数Ka=2.233(120℃)比较大,说明反应能够进行得比较完全,其反应速度快慢取决于该反应的机理和速度控制类型。

从反应式看,可知反应过程中有铁、锰氢氧化物生成,它会沉积在未分解的矿粒表面,形成一固体薄膜,阻碍反应继续进行。经实验研究,确定该反应属于球形粒子固膜扩散反应(内扩散)控制模型。其动力学方程式为:











从K值的等式中可以看出K与扩散系数D、NaOH浓度C成正比,与矿粒半径平方成反比,这是(Fe、Mn)(OH)2固膜动力学的基本规律,根据这个规律就能找出影响氢氧化钠分解黑钨精矿分解速度的因素,找出强化反应、提高分解速度的途径,拟出最佳工艺条件。

三、主要仪器及耗材

1、主要设备仪器

表5-1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

Φ80mm

1个

抽滤瓶

500ml

1个

表面皿

Φ80mm

1个

烧杯

250ml

2个

容量瓶

50ml

1个

量筒

500ml

1个


50ml

1个

三角瓶

300ml

1个

瓷蒸发皿

Φ80mm

1个

移液管

1ml

1个

酸式滴定管(台)

25ml

3套(公用)

玻璃棒


2支

架式天平

500g

2台(公用)

电炉

1~2千瓦

3个(公用)

洗瓶

500ml

1个

吸尔球


1个

真空泵


2台(公用)

干燥器


1个(公用)

瓷坩埚

25ml

2个


2、主要原料、试剂及易耗品

                                          表5-2 主要原料、试剂及易耗品

名 称

规格

每组所需数量

黑钨精矿

WO365%以上

50g

氢氧化钠

NaOH65%以上


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、实验内容和步骤

1、相关计算

根据实验条件,计算分解50克黑钨精矿所需NaOH的用量、硝酸钠的用量以及配制所需浓度碱液所用水的用量。(写出计算过程)

2、操作步骤


图5-1 碱分解反应装置

实验装置如图5-1所示。

① 在水浴锅中加入水,水面浸过加热棒。设定温度为100℃,启动水浴锅加热电源。

② 用100ml量筒量取所需的水于250ml烧杯中,然后在粗天平上快速称取所需要的NaOH加入烧杯中,用玻璃棒搅拌使固体碱溶解,小心放入一根搅拌转子待用。再分别称取50克黑钨精矿和所需的硝酸钠,待用;


③ 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,轻微启动搅拌,将碱液加热;

④ 水浴锅内水沸腾后,将所称取的黑钨精矿缓慢加入碱液中,加入完成后,用表面皿盖在上面避免反应物料外溅。待水再次沸腾后,开始计算反应时间;

⑤ 待反应离规定时间还剩半小时时,将事先称好的硝酸钠加入烧杯中。直到反应结束。结束时,将搅拌按钮及加热按钮关闭,并关闭电源开关。

⑥ 小心取出烧杯,待表面皿稍冷后,用洗液将上面的反应物料吹入杯内,并用两支玻璃棒将杯底的转子取出洗干净,用沸水冲稀反应物至200ml左右,并用玻璃棒搅拌1~2分钟,静置,待滤。

⑦ 将上述反应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※),放入100~110℃的电热烘箱中烘2小时,干后取出于干燥器中冷却,称量,用差减法求出湿渣的水份。

⑧ 滤液搅拌均匀并记录体积,取样用辛可宁重量法[附录1]测定WO3含量,并测定NaOH含量[附录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、实验条件

                 表5-3实验条件


试验组数

NaOH用量

NaOH浓度

反应时间

分解温度

NaNO3用量

1

180%

30%

2.0h

100℃

精矿重量的3%

2

180%

25%

2.0h

100℃

精矿重量的3%

3

180%

25%

2.5h

100℃

精矿重量的3%

4

180%

20%

2.0h

100℃

精矿重量的3%

5

180%

30%

1.5h

100℃

精矿重量的3%

6

180%

30%

2.5h

100℃

精矿重量的3%



五、 数据处理与分析

表5-4 实验数据

试验组数

黑钨精矿

钨酸钠溶液

钨渣

分解率

重量

(g)

WO3含量

(%)

WO3量

(g)

体积(ml)

WO3

(g/L)

WO3量

(g)

NaOH

(g/L)

湿重

(g)

干重

(g)

水份

(%)

产渣量

%








































1、产渣量计算公式


2、分解率计算公式



六、实验注意事项

1、水浴锅内的水必须保证浸过加热金属棒。并且在实验过程中,由于水分的蒸发导致水量的减少,为防止干烧要及时往锅内补充热水。

2、在整个反应过程中,注意保持烧杯内的反应温度和物料液面。可用洗瓶用少量水将杯壁上的物料吹洗下去。

3、反应过程中,用表面皿盖在烧杯口,避免反应物料外溅。

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、抽滤浸出矿浆时应注意些什么问题?

3、浸出过程中如何保持NaOH浓度不变?

4、如何强化属于固膜扩散类型的多相反应?

5、碱分解时,加入硝石有何作用?一般加多少?















附录:

1、钨酸钠溶液中WO3的测定—辛可宁重量法

方法提要:

在微酸性溶液中,加入辛可宁盐酸溶液,使钨呈辛可宁钨酸而与杂质分离,灼烧后即为三氧化钨(WO3)。

反应如下:

Na2WO4+2HCl+H2O = H2WO4·H2O+2NaCl

H2WO4·H2O+C19H22N2OHCl·2H2O=C19H22N2O·WO3 +HCl+4H2O

C19H22N2O·WO3+26O2=19CO2 +11H2O +2NO2 +WO3

试剂及其配制:

1)0.1%甲基橙指示剂。 称取0.1克甲基橙于烧杯中,加100ml水溶解而得。

2)10%辛可宁盐酸溶液。称取10克纯辛可宁溶于1:1盐酸900ml中。

3)0.25%辛可宁盐酸洗液。称取2.5克纯辛可宁溶于1000ml5%盐酸中。

4)浓盐酸。37%,约12mol/l,d=1.1837(市购)。

分析步骤:

量取100mL热水于烧杯中,吸取1ml待测液于此烧杯中,加入0.1%甲基橙2滴,用胶头滴管滴加1:1盐酸中和至溶液呈红色,在不断搅拌下,缓慢加入10%辛可宁盐酸溶液10ml,搅动片刻,静置5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780~800℃马弗炉中灼烧40分钟。坩埚取出冷却、称重。

待测溶液中三氧化钨浓度为:

单位:(g/l)

式中:

        G — 灼烧后三氧化钨重量(g)

        V —吸取待测液体积(ml )

2、钨酸钠溶液中NaOH的测定—酸碱滴定法

吸取1ml待测液于已装有100亳升纯水的三角瓶中,滴入酚酞溶液1~2滴,然后用标准盐酸缓慢滴定至红色消失即到终点:

计算:

                              

单位:(克/升)

式中:

NHCl — 标准盐酸的当量浓度

V HCl —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




江西理工大学区域特色资源绿色高效冶金仿真实验教学示范中心  地址:江西省赣州市客家大道156号
电话:0797-8312672  ICP备案号:京ICP备15000288 号