鎢礦概述
鎢元素由瑞典化學家舍勒(C.W.Scheele)于1781年從當時稱為重石的礦物(現稱白鎢礦)中發現的,并以瑞典文tung(重)和sten(石頭)的復合詞tungsten命名這種新元素。1783年西班牙人德盧亞爾兄弟(F·de Elhuyar)從黑鎢礦中制得氧化鎢,并用碳還原為鎢粉。 鎢呈銀白色,是熔點最高的金屬,熔點高達3400℃,居所有金屬之首,沸點5555℃,比重(單晶鎢)19.3,并具有高硬度、良好的高溫強度和導電、傳熱性能,常溫下化學性質穩定,耐腐蝕,不與鹽酸或硫酸起作用。 鎢在冶金和金屬材料領域中屬高熔點稀有金屬或稱難熔稀有金屬。鎢及其合金是現代工業、國防及高新技術應用中的極為重要的功能材料之一,廣泛應用于航天、原子能、船舶、汽車工業、電氣工業、電子工業、化學工業等諸多領域。特別是含鎢高溫合金主要應用于燃氣輪機、火箭、導彈及核反應堆的部件,高比重鎢基合金則用于反坦克和反潛艇的穿甲彈頭。 鎢精礦用于生產金屬鎢、碳化鎢、鎢合金及化合物。
一、鎢礦原料特點 (1)鎢的地球化學特性及其在地質作用的行為 鎢是一種分布較廣泛的元素,幾乎遍見于各類巖石中,但含量較低。通過有關地質作用加以富集才能形成礦床作為商品礦石開采。鎢在地殼中的平均含量為1.3×10-6,在花崗巖中含量平均為1.5×10-6。鎢在自然界主要呈六價陽離子,其離子半徑為0.68×10-10m。由于W6+離子半徑小,電價高,具有強極化能力,易形成絡陰離子,因此鎢主要以絡陰離子形式[WO4]2-,與溶液中的Fe2+、Mn2+、Ca2+等陽離子結合形成黑鎢礦或白鎢礦沉淀。黑鎢礦結晶溫度為320~240℃,白鎢礦的結晶溫度為300~200℃。
在表生作用中,由于含鎢礦物較穩定,常形成砂礦。但在酸性條件下,含鎢礦物可被分解,并以WO3形式溶于地表水中,在一定條件下形成某些鎢的次生礦物。有時以礦物微粒或離子形式被粘土或鐵錳氧化物吸附而集聚于頁巖、泥質細砂巖及鐵錳礦層中。 近年來在古老的變質巖系中發現有層控鎢礦床和鎢的礦源層,說明在變質作用過程中,鎢也能發生某種程度的富集。
盡管已發現的鎢礦物和含鎢礦物有20余種,但其中具有開采經濟價值的只有黑鎢礦和白鎢礦。黑鎢礦(Fe、Mn)WO4,含WO3 76%;白鎢礦CaWO4,含WO3 80.6%。
(2)鎢礦石礦物組成 鎢的重要礦物均為鎢酸鹽。在成礦作用過程中能與[WO4]2-絡陰離子結合的陽離子僅有幾個,主要有Ca2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+,其次為Cu2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Y3+等,因而礦物種類有限,目前在地殼中僅發現有20余種鎢礦物和含鎢礦物,即黑鎢礦族:鎢錳礦、鎢鐵礦、黑鎢礦;白鎢礦族:白鎢礦(鈣鎢礦)、鉬白鎢礦、銅白鎢礦;鎢華類礦物:鎢華、水鎢華、高鐵鎢華、釔鎢華、銅鎢華、水鎢鋁礦;不常見的鎢礦物:鎢鉛礦、斜鎢鉛礦、鉬鎢鉛礦、鎢鋅礦、鎢鉍礦、銻鎢燒綠石、鈦釔釷礦(含鎢)、硫鎢礦等。 盡管已發現的鎢礦物和含鎢礦物有20余種,但其中具有開采經濟價值的只有黑鎢礦和白鎢礦。黑鎢礦(Fe、Mn)WO4,含WO3 76%;白鎢礦CaWO4,含WO3 80.6%。
(3)我國選冶鎢礦物原料與國外不同 國外長期以來開發的鎢礦,主要是白鎢礦,占總生產能力的60%。而我國盡管白鎢礦已探明儲量376萬t,占全國鎢礦總儲量的71%,但由于一些大型、超大型鎢多金屬礦床的礦石物質成分復雜,嵌布粒度細,選冶技術尚未徹底解決,因而現階段開采仍以石英脈型黑鎢礦為主,占全國采出礦量的90%。
二、礦石工業要求
鎢礦產工業要求(或稱礦產工業要求),包括礦床邊界品位(WO3%)、工業品位(WO3%)、可采厚度(m)和夾石剔除厚度(m),對各類型礦床均有不同指標(表3.12.1);典型礦床工業要求實例見表3.12.2。
表3.12.1鎢礦一般工業要求
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鎢礦床伴生有益組分通常有錫、鉬、鉍、銅、鉛、鋅、銻、金、銀、鈷、鈹、鋰、鈮、鉭、稀土、硫、磷、砷、壓電水晶、熔煉水晶、螢石等。其中,硫、磷、砷、鉬、鈣、錳、銅、錫、硅、鐵、銻、鉍、鉛、鋅等對鎢的冶煉工藝和鎢制品為有害雜質,對各類鎢精礦產品所含的這些有害雜質,國家已制定行業標準,即GB2825-81。因此,這些有害組分,要經過選冶技術途徑富集綜合回收,變害為益,變廢為寶,綜合利用。當鎢礦床中伴生組分達到表3.12.3所列的含量應注意綜合評價。
表3.12.2鎢礦床工業要求實例
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表3.12.3鎢礦床伴生組分綜合評價要求
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三、礦業簡史 從1783年西班牙首次用炭從黑鎢礦中提取了金屬鎢至今有200余年的鎢礦開發、冶煉、加工歷史。 中國對世界鎢業發展作出了舉世矚目的貢獻。我國鎢礦于1907年發現于江西省大余縣西華山,鎢礦開采始于1915~1916年(據《中國礦床發現史·江西卷》,1996年)。此后在南嶺地區相繼發現不少鎢礦區,生產不斷擴大,至第一次世界大戰末期,鎢精礦產量達到萬噸,躍居世界鎢精礦產量首位,至今仍居世界第1位。 我國鎢礦資源豐富。開發鎢礦地質調查工作,由翁文灝先生創始于1916年,爾后在河北、江西、廣東、廣西等省(區)分別做了一些探測工作。20世紀三四十年代,對贛、湘、粵、桂、滇等省(區)的一些鎢礦床進行了較系統的地質調查,特別是對贛南地區的鎢礦,先后有燕春臺、查宗祿、周道隆、徐克勤、丁毅、張兆瑾、馬振圖等地質學家做了頗有成就的地質調查研究。其中,徐克勤、丁毅所著《江西南部鎢礦地質志》(1943),對贛南幾十年鎢礦床分別作了系統的論述,堪稱我國第一部鎢礦地質專著。這些地質前輩的工作成果,不僅為后來地質勘探工作奠定了基礎,而且也為當時開采贛南鎢礦提供了重要依據。 1935年江西省成立了資源委員會鎢業管理處,統一價格,收購鎢砂。1938年西華山建立礦場,投資經營東西大巷,進行坑采。抗戰勝利后改為資源委員會第一特種礦產管理處西華山工程處。據不完全統計,西華山鎢礦至新中國成立前,共采出鎢砂近5萬t。1937年成立大吉山鎢礦工程處,收回民窿開鑿第九中段,開始國營生產。 在30~40年代,不僅發現了大量黑鎢礦,而且白鎢礦也有陸續發現。資源委員會礦產測勘處金耀華、楊博泉于1943年對云南省文山縣老君山地區進行礦產地質調查時,首次發現接觸交代型白鎢礦床(夕卡巖型白鎢礦床),著有《云南文山老君山白鎢礦床之成因及其意義》論文(地質論評,1943,№.Ⅷ)。1947年徐克勤又在湖南省宜章瑤崗仙和尚灘發現了白鎢礦床,并寫專文報道。 新中國成立后,為振興鎢業,在五六十年代開展了前所未有的大規模鎢礦地質普查和勘探工作。由原重工業部、冶金部、地質部所屬地質勘探部門,迅速地對贛、湘、粵以及閩、桂、滇等省區的鎢礦開展全面普查勘探工作,在第一個五年計劃期間(1953~1957年),為贛南西華山、大吉山、巋美山、盤古山等“四大名山”黑鎢礦床作為重點礦山建設項目以及在湘南、粵北、桂東北等地區的鎢礦建設礦山,提供了可靠的地質成果,作為采選設計的依據。60~80年代,為保礦山、保建設和鎢業持續發展,繼續進行了大量地質勘查工作,在華南和西北甘肅等地又發現并探明了一批大型、超大型鎢礦,為中國鎢業可持續發展,準備了充足的礦產資源。 在大量地質勘探工作基礎上,從50~70年代建成了原中央直屬企業的礦山有20多座和一大批地方國營的中小型礦山,到80年代以來,國營鎢礦山形成生產礦石總能力達870萬t。年產鎢精礦4~5萬t(WO3含量,下同)。
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