黑鎢礦的化學性質對其在濕法冶金中提取鎢的工藝流程具有決定性影響,直接關係到分解方法的選擇與反應條件的控制。其主要化學性質包括以下幾個方面:
1.化學組成
黑鎢礦是鎢鐵礦(FeWO?)與鎢錳礦(MnWO?)形成的完全類質同象系列礦物,化學通式為(Fe,Mn)WO?,鐵與錳離子可在晶體結構中以任意比例置換。在該系列中,若FeWO?的摩爾分數(shù)超過80%,則稱為鎢鐵礦;若MnWO?的摩爾分數(shù)超過80%,則稱為鎢錳礦;介於兩者之間的成員統(tǒng)稱為黑鎢礦。組成的變化還會影響其在冶金過程中的行為,例如富鐵變種在堿分解中可能產(chǎn)生更多含鐵殘渣。
2.化學穩(wěn)定性
黑鎢礦在常溫常壓下化學性質穩(wěn)定。它對常見的無機酸(如鹽酸、稀硫酸)和堿溶液表現(xiàn)出較強的耐腐蝕性,在這些介質中不易被溶解。這使得它在自然界中能夠長期穩(wěn)定存在,但也決定了其不能直接通過常規(guī)酸浸來提取鎢。
3.溶解與分解特性
為有效提取鎢,黑鎢礦需在高溫、高壓或強反應介質條件下分解。
主流工業(yè)方法為堿壓煮工藝:使用濃氫氧化鈉(NaOH)溶液在高溫(通常高於180℃)和高壓環(huán)境下處理礦粉,使黑鎢礦轉化為可溶性的鎢酸鈉(Na?WO?)。主要反應為:
(Fe,Mn)WO? + 2NaOH → Na?WO? + (Fe,Mn)(OH)?
酸分解方法雖可行(如使用熱磷酸或硝酸-磷酸混合酸),但因成本高、設備腐蝕嚴重及後續(xù)處理複雜,應用較少。
4.冶煉過程中的化學行為
在黑鎢礦的冶煉過程中,涉及以下關鍵化學反應:
氧化性:黑鎢礦本身在常溫下不具有強氧化性或還原性,但其含有的鐵、錳元素在冶煉過程中可被氧化。例如,在堿熔過程中,錳可被氧化為二氧化錳(MnO?)。
還原性:冶煉得到的鎢氧化物(如WO?)需經(jīng)過還原反應才能得到金屬鎢。常用的還原劑包括氫氣(H?)和碳(C)。氫氣還原能得到純度更高的金屬鎢,但成本較高;碳還原成本較低,但可能引入碳雜質。
5.光催化活性
近年研究發(fā)現(xiàn),天然黑鎢礦因其半導體特性,在可見光照射下能表現(xiàn)出光催化活性,可用于降解有機污染物(如染料分子亞甲基藍)。其催化效率與礦物中的鐵含量呈正相關,推測是光催化與類芬頓反應協(xié)同產(chǎn)生·OH自由基的結果。這為黑鎢礦在環(huán)境治理領域的應用提供了新的可能。