استخراج تنگستن

فرایند پیش تغلیظ

عملیات فرآوری تنگستن از ابتدا به­ طور انحصاری توسط روش پرعیارسازی ثقلی معمولی انجام می‌ گرفت که در آن عملیات، کنسانتره تولید شده تا حد دستیابی به عیار قابل فروش WO₃ که معمولاً بیش 65 % بود، تغلیظ می‌ شد. روش پرعیارسازی ثقلی هنوز هم در فرآوری تنگستن به­ کار برده می‌شود و در آینده نیز برای این منظور به ­کار خواهد رفت.

از آن­جایی که فرآیندهای موجود جهت فرآوری ذرات با ابعاد درشت تا متوسط و با عیار کم، جهت توجیه اقتصادی، به میزان خوراک ورودی بالایی نیاز دارند، استفاده از تکنیک‌ها و روش‌های پیش تغلیظ و تجهیزات پرعیارسازی ثقلی با ظرفیت بالا متداول شده است. تغلیظ و پرعیارسازی بخش‌ های ریز نیز توسط فرآیندهای مختلفی مانند روش فلوتاسیون انجام می‌ گیرد.

جداکردن و برگرداندن بخشی از باطله موجود در مواد معدنی قبل از فرآیند اصلی پرعیارسازی را پیش تغلیظ می گویند. جهت انجام این فرایند، روش‌های مختلفی به ­کار می‌ رود. 

جیگ­ها علاوه بر این­که به عنوان وسیله جدایش و در مدار اصلی به­ کار می‌ روند، جهت عملیات پیش تغلیظ کانسارهای کم عیار نیز می‌ توانند استفاده شوند. جدایش واسطه سنگین، یک گزینه رایج جهت عملیات پیش تغلیظ است. از جدا کننده‌های مغناطیسی شدت پایین نیز می‌توان به عنوان وسیله‌ای برای عملیات پیش تغلیظ و حذف موادمغناطیسی موجود در ماده معدنی استفاده کرد.

کانی‌ های تنگستن، مانند دیگر اکسیدهای فلزی معمولاً بسیار ترد و شکننده‌ اند. و بنابراین در مراحل خردایش و آماده‌سازی خوراک جهت دستیابی به حداکثر بازیابی موردنظر فرآیند جدایش، مقدار زیادی نرمه تولید می‌شود. 

استخراج تنگستن

استخراج تنگستن (Tungsten Extraction) فرایندی پیچیده بوده و از منابع مختلفی صورت می گیرد. سه نوع ماده حاوی تنگستن وجود دارد که عبارتند از: مواد خام مورد استفاده در تولید APT، کنسانتره شیلیت و ولفرامیت به عنوان مواد اولیه و قراضه ­های حاوی تنگستن به عنوان منابع ثانویه

دو کانی حاوی تنگستن که نسبت به دیگر کانی‌های این گروه اهمیت بیشتری دارند کانی‌های ولفرامیت و شیلیت هستند و استحصال عمده تنگستن از این دو کانی صورت می‌گیرد. ذخایر تنگستن می‌توانند حاوی یکی از این دو کانی و یا هر دوی آنها باشند. کانسارهای شیلیت معمولا نسبت به کانسارهای ولفرامیت ذخیره بیشتر و عیار کمتری دارند و این گونه کانسارها جهت عملیات فرآوری در مقیاس بزرگ مناسب هستند.

کنسانتره­ های تجاری (هر دو نوع) معمولا حاوی 65 تا 75 درصد WO₃ می­ باشند. در حالی­ که درصد WO₃ کنسانتره­ های عیار پایین عموما بین 6 تا 40 بوده و حاوی درصد بالایی مواد سرباره­ ای هستند که در مقایسه با کنسانتره­ های عیار بالا، گاهی مشکلاتی در حین عملیات ایجاد می­ کنند.  

عیار تنگستن در مواد قراضه عموما در محدوده 40 تا 95 درصد بوده اما می­ تواند تا 100% نیز برسد. در نتیجه می­ توان گفت که این مواد به نوعی مواد خام اولیه تنگستنی با عیار بالا بوده و سال­ هاست که به عنوان منبع تنگستن استفاده می­ شود. در مقایسه با منابع اولیه، اکثر قراضه­ های تنگستن به علت نداشتن بسیاری عناصر مضر مانند فسفر، آرسنیک یا سیلیسیوم آسان­ تر به APT تبدیل می­ شود.

در این بخش روش هیدرومتالورژی سنتی و مدرن تولید اکسید تنگستن از منابع اولیه با هم مقایسه شده است. 

روش سنتی استخراج تنگستن

در روش سنتی استخراج تنگستن، شیلیت به طریق اسیدی و ولفرامیت از روش قلیایی حل می­ شود. محصول جامد و خالص میانی که از هر دو روش بدست می­ آید، اسید تنگستیک است که مستقیماً و یا پس از چندین مرحله خالص سازی حاصل می­ شود.

اسید تنگستیک با رسوب کردن، که کم وبیش فرآیندی لحظه ای و آنی است، تشکیل می­ شود. یون­ های ناخواسته موجود در محلول در طی رسوب کردن، می­ تواند اسید تنگستیک را به صورت جزیی به دام انداخته یا همراه آن رسوب کرده و موجب آلودگی اسید تنگستیک ­شود.

حل سازی کانی تنگستن (Leaching)

در بین روش های مختلف حل سازی، براي حل كردن كنسانتره شيليت يا ساير سنگ معدن­ هاي تنگستني كه حاوي شيليت باشد، از چهار روش استفاده مي­ شود:

1- حل سازي اسيدي

2- انحلال با كربنات سديم در اتوكلاو

3- انحلال با كربنات سديم

4- انحلال قليايي

در حل سازي اسيدي، از اسيدهيدروكلريك جهت واكنش با تنگستات كلسيم استفاده شده و در نهایت اسيد تنگستيك و كلريد كلسيم توليد مي­ شود. عيب اين روش مصرف بالاي اسيد هيدروكلريك بوده و ماكزيمم بازدهي فرآيند 95% است.

از آنجايي كه حذف موليبدن به عنوان يك ناخالصي اوليه نيازمند pH قليايي است، حل سازي سنگ معدن­ هاي حاوي موليبدن بالا با اسيد، عموماً فرآيند بسيار گران تري نسبت به روش­ هاي قليايي مي­ باشد. 

در حل سازي با كربنات سديم در اتوكلاو، پس از حل سازی، تنگستات سديم محلول و كربنات سديم نامحلول حاصل مي­ شود. معايب اين روش مصرف نسبتاً بالاي كربنات سديم و انجام فرآيند در دما و فشار بالا (180-200 درجه سانتی گراد و فشار 15 اتمسفر) است.

اين روش يكي از مهم ­ترين روش­ هاي توسعه يافته در صنايع تنگستن در چند دهه گذشته است كه در سال 1939 در شوروي سابق توسط ماسلينتكي توسعه يافته‌ است، درحال حاضر اين روش در بسياري از مجتمع‌ هاي صنعتي ـ معدني جهان مورد استفاده قرار مي‌ گيرد. محصولات واسطه‌ اي توليد شده با اين روش فرآوري، ممكن است شيليت مصنوعي و يا آمونيم پاراتنگستات باشند.

در روش  انحلال با كربنات سديم،  ماده كربنات سديم و دي اكسيد سيليسيم به كنسانتره شيليت افزوده و محصول واكنش، محلول تنگستات سديم، سيليكات كلسيم و گاز دي اكسيد كربن مي­ باشد. عيوب اين روش مصرف بالاي كربنات سديم، دماي كاري بسيار بالا (بيش­تر از درجه سانتی گراد1000) است كه نيازمند ديرگدازهاي گران بوده و نیاز به كنترل دقيق مخلوط و دماي واكنش­گرها، جهت رسيدن به ذوبي كه به راحتي از مخزن آن خارج شود، دارد.

در انحلال با سود سوزآور، تنگستات كلسيم و هيدروكسيد سديم واكنش داده و در نتيجه تنگستات سديم محلول و هيدروكسيد كلسيم نامحلول طبق واكنش زير تشكيل مي­ شود:

CaWO₄ + 2NaOH → Na₂WO₄ + Ca(OH)₂   

اين روش هم مصرف بالاي سود سوزآور و هم بازدهي پايين فرایند را در پي دارد.

روش مدرن استخراج تنگستن

در روش مدرن استخراج تنگستن، محصول میانی APT است که در مقایسه با اسید تنگستیک از متبلور شدن[1] بدست می­ آید. متبلور شدن در مقایسه با رسوب کردن، فرآیندی آهسته تر بوده و ناخالصی­ های کم­ تری نیز در محلول اولیه[2] و در نتیجه در محصول نهایی وجود دارد.

دومین اختلاف مهم بین این دو تکنولوژی، روش جداسازی حجم زیاد یون­ های سدیم می­ باشد. در روش سنتی، از رسوب تنگستات کلسیم و در ادامه حل سازی با اسید هیدروکلریک استفاده می­ شود در حالی­ که در روش مدرن، استخراج حلالی یا تعویض یونی جهت تبدیل سدیم به محلول ایزوپلی تنگستات[3] به کار می رود.

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Lassner. E, Tungsten: Properties, Chemistry, Technology of the Element, Alloys, and Chemical Compounds, Springer, 1999

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلا مانع است

تصفیه

تصفيه شامل دو مرحله اصلي مي­ باشد:

 1- جداسازي پسماندهاي نامحلول توسط فيلتراسيون.

 2- جداسازي ناخالصي­ هاي حل شده در محلول تنگستات سديم

گاهي مي ­توان مرحله اول تصيفه با مرحله اول ترسيب ( ترسيب سيليكا) تركيب شود. بسته به ماده اوليه و شرايط انحلال، محلول تنگستات سديم حاصل از فيلتراسيون ممكن است حاوي يون­ هاي ناخالصي بيش­تر يا كم­تر در مقايسه با كنسانتره باشد. برخي از اين يون­ هاي آلوده كننده شامل سيليكات، فسفات، آرسنات، موليبدات، فلوئوريد، سرب، بيسموت و آلومينيم مي ­باشد. منبع اصلي اين آلاينده­ ها، كاني­ هاي سرباره ­اي بوده و اگر غلظت اين مواد زياد باشد، موجب اختلال در مراحل بعدي پروسه و يا آلوده شدن APT نهايي مي­ شود.

مرحله اول جداسازي، ترسيب سيليكا در محيط قليايي بوده كه در كنار آن ساير يون­ ها مانند فلوئوريد و فسفات به صورت جزيي جدا مي­ شود. مرحله دوم، جداسازي كاتيون­ هاي سولفيدي بوده كه براي جداسازي موليبدن اعمال مي­ شود اما آرسنيك، آنتيموان، بيسموت، كبالت و برخي ديگر نيز در كنار موليبدن رسوب مي­ كند.

 APTاكثر كارخانه­ هاي توليد از واكنش­ هاي ترسيب استفاده مي­ كنند كه اتلاف زياد مواد با ارزش را در پي دارد. تنها استثناء در اين زمينه كارخانه RP چین بوده كه از روش ­هاي تعويض يوني و جذب استفاده مي­ كند. يكي از مزاياي تعويض يوني، حذف يون­ هاي مختل كننده فرآيند مانند سيليكات، موليبدات، آرسنات و فسفات هم­زمان با مرحله تبديل سديم به تنگستات سديم بوده كه در نتيجه كاهش قابل ملاحظه­ اي هم در هزينه سرمايه گذاري و هم در استفاده از نيروي كار دارد.

استخراج تنگستن از دید chemguide.co.uk

This page deals with the extraction of tungsten from tungsten(VI) oxide, WO₃, produced from tungsten ores such as wolframite or scheelite.

Introduction

The production of the tungsten(VI) oxide from the ores is complicated, and not needed for any UK A level (or equivalent) syllabus. All we are interested in is the final reduction of the oxide to the metal... more