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

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

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：

N_HCl — 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