氧化鎢,英文名Tungsten oxide,化學式為WO3-x,是一種重要的無機化合物,不溶于水,但能溶于熱濃氫氧化鈉溶液和氨水,在空氣中相當穩(wěn)定,具有良好的電致變色、光致變色、氣敏性、催化性和電化學性能等特點,廣泛應用于硬質(zhì)合金、鎢制品、油漆、涂料、電極材料以及石油催化劑等多個領域。在鎢制品領域,氧化鎢是制造硬質(zhì)合金、鎢條、鎢絲、鎢電極等的重要原料;在光催化領域,氧化鎢可以作為光催化劑用于降解有機污染物等;在電致變色領域,氧化鎢被用于制造智能窗、汽車后視鏡等。
氧化鎢通常以淡黃色至黃綠色的粉末狀晶體存在,但根據(jù)制備條件和晶型的不同,其顏色也可能有所變化,如存在橙色、藍色、紫色、白色和棕褐色等多種形態(tài)。不同顏色的氧化鎢在物理和化學性質(zhì)上有所不同,所以適用于不同的工業(yè)應用。
一、氧化鎢的生產(chǎn)方法
氧化鎢的生產(chǎn)方法多種多樣,主要包括鎢酸鹽分解法、鎢酸銨法和仲鎢酸銨熱分解法等。
仲鎢酸銨熱分解法是目前工業(yè)上最常用的氧化鎢生產(chǎn)方法之一。該方法首先將仲鎢酸銨進行提純,然后裝入瓷坩堝中,在高溫下進行煅燒。隨著溫度的升高,仲鎢酸銨會逐步轉化為氧化鎢。這一過程中,溫度的控制至關重要,因為它會直接影響氧化鎢的物理和化學性質(zhì)。
鎢酸鹽分解法是一種常用的生產(chǎn)氧化鎢的方法。該方法首先將鎢酸鈉、鎢酸鈣等鎢酸鹽溶解在水中,形成飽和水溶液。然后,將這一溶液加熱,并滴加到過量的濃鹽酸中。在反應過程中,會沉淀出鎢酸。接下來,將鎢酸過濾、干燥,并在高溫下升溫脫水,最終得到氧化鎢。
鎢酸銨法則是另一種重要的氧化鎢生產(chǎn)方法。該方法首先通過堿解、中和和氯化銨作用等步驟,將鎢精礦轉化為鎢酸銨。然后,將鎢酸銨進行酸解,生成鎢酸。最后,將鎢酸進行熱分解,得到氧化鎢。
此外,還有其他一些氧化鎢的生產(chǎn)方法,如水熱合成法、溶膠凝膠法以及電化學氧化法等。這些方法各有優(yōu)缺點,可以根據(jù)實際需求和生產(chǎn)條件選擇合適的方法進行生產(chǎn)。
二、仲鎢酸氨煅燒溫度對氧化鎢的影響
仲鎢酸氨的煅燒溫度是雕琢氧化鎢性質(zhì)的關鍵因素之一。不同的煅燒溫度會導致氧化鎢在粒度、顏色、活性以及應用領域等方面表現(xiàn)出顯著的差異。
1.粒度的影響
仲鎢酸氨的煅燒溫度會直接影響氧化鎢的粒度。一般來說,隨著煅燒溫度的升高,氧化鎢的粒度會逐漸增大。這是因為高溫下,仲鎢酸氨的分解速度加快,生成的氧化鎢顆粒更容易團聚在一起,形成較大的顆粒。然而,過大的粒度可能會降低氧化鎢的活性,影響其在后續(xù)反應中的性能。
2.顏色的影響
仲鎢酸氨的煅燒溫度還會影響氧化鎢的顏色。在煅燒過程中,隨著溫度的升高,氧化鎢的顏色會逐漸加深。例如,當煅燒溫度較低時,氧化鎢可能呈現(xiàn)淺黃色或黃綠色;而當煅燒溫度較高時,氧化鎢則可能呈現(xiàn)深黃色或綠色。此外,氧化鎢的顏色還受到粒度、光照、濕度等因素的影響。例如,當氧化鎢的晶體尺寸較小時,它可能呈現(xiàn)黃色;而當晶體尺寸較大時,則可能呈現(xiàn)綠色。
3.活性的影響
一般來說,氧化鎢的活性與其晶粒大小、結晶度以及表面性質(zhì)有關。較小的晶粒和較高的結晶度通常有利于提高氧化鎢的的活性。
溫度與晶粒大小:煅燒溫度對WO3的晶粒大小有直接影響。當煅燒溫度較低時,如500℃,所得WO3的晶粒較小和結晶度較低,但可能由于團聚現(xiàn)象導致平均粒徑增大。而當溫度升至700℃時,WO3晶粒會長大并發(fā)生硬團聚,導致平均粒度偏大。因此,選擇合適的煅燒溫度是獲得合適晶粒大小的關鍵。
4.應用領域的影響
仲鎢酸氨的煅燒溫度還會影響氧化鎢的應用領域。由于不同領域對氧化鎢的性質(zhì)要求不同,因此需要根據(jù)具體需求選擇合適的煅燒溫度。例如,在硬質(zhì)合金領域,需要高活性、細粒度的氧化鎢作為原料;而在油漆、涂料等領域,則需要顏色鮮艷、穩(wěn)定性好的氧化鎢。通過調(diào)整仲鎢酸氨的煅燒溫度,可以得到滿足不同領域需求的氧化鎢產(chǎn)品。
三、APT煅燒過程中的其他因素
除了煅燒溫度外,仲鎢酸氨煅燒過程中還有其他一些因素也會影響氧化鎢的性質(zhì)。例如,爐內(nèi)壓力、氣氛、煅燒時間等都會對氧化鎢的性質(zhì)產(chǎn)生影響。在生產(chǎn)過程中,需要嚴格控制這些因素,以確保得到高質(zhì)量的氧化鎢產(chǎn)品。
爐內(nèi)壓力:生產(chǎn)黃色三氧化鎢時,爐內(nèi)負壓應控制在一定范圍內(nèi),以保證爐內(nèi)有豐裕的空氣,將局部因還原作用生成的低價藍色氧化鎢氧化成黃色三氧化鎢。而生產(chǎn)藍色氧化鎢時,則需要將爐內(nèi)控制為正壓。
氣氛:煅燒過程中的氣氛也會影響氧化鎢的性質(zhì)。例如,在還原氣氛下,WO3會還原成WO2.90、WO2.72、WO2等低價態(tài)的鎢氧化物。因此,在煅燒過程中需要嚴格控制氣氛,以避免不必要的還原反應發(fā)生。
煅燒時間:煅燒時間也是影響氧化鎢性質(zhì)的重要因素之一。過短的煅燒時間可能導致仲鎢酸氨分解不完全,生成的氧化鎢活性較低;而過長的煅燒時間則可能導致氧化鎢顆粒過大,同樣會影響其性能。因此,在煅燒過程中需要嚴格控制煅燒時間,以確保得到高質(zhì)量的氧化鎢產(chǎn)品。
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