CN105217691B - 一种高纯六氯化钨的制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯六氯化钨的制备方法和装置，以钨粉、氯气和活性炭为原料，摩尔比100：（300～600）：（1～20），钨粉通过氯化炉侧部加料，部分氯气从氯化炉底部进入，氯化温度600～1000℃，气态六氯化钨、少量氯氧钨和低价氯化钨及多余氯气进入精制炉，同时另一部分氯气从精制炉中，精制炉填充活性炭，精制温度600～1000℃，蒸汽中的氯氧钨及低价氯化钨被转化为六氯化钨，精制后的六氯化钨蒸汽通过精制炉另一侧通过接收塔上侧进入，六氯化钨从接收塔底部采出。本发明流程短、设备少、节能环保、资源高效利用，做到了六氯化钨粗制、精制一体化，对六氯化钨制备的技术进步具有重要意义。

Description

一种高纯六氯化钨的制备方法和装置
技术领域
本专利涉及一种高纯六氯化钨的制备方法和装置，属于稀有材料制造领域。
背景技术
六氯化钨是一种低沸点（346℃），活性大的结晶粉末。六氯化钨作为一种新材料原料，面向新材料应用领域，在许多行业有广泛的应用。如化工行业的催化应用,机械行业的制造修理及玻璃行业的表面涂层处理等，已广泛应用于汽车及玻璃行业等新材料领域。也可用于钨的提纯和有机物合成。
六氯化钨作为新材料原料，它的纯度是下游应用领域重点关心的问题，同时，随着六氯化钨的应用范围越来越广，对六氯化钨的需求也越来越大。
目前，六氯化钨的制备方法很多，钨直接氯化法、钨化合物氯化法已经早而有之，六氯化钨的工业化生产也已经有相当的规模，但六氯化钨的制备始终面对纯度不够的问题，归咎原因是六氯化钨的制备过程中有氯氧钨这类化合物影响了六氯化钨下游产品的质量，氯氧钨根据钨的价态和含氧量的不同，包括四氯氧化钨、二氯二氧化钨、三氯氧化钨等化合物，因此需要对粗制六氯化钨进行再精制过程，脱出其中的氯氧钨类杂质，现有的六氯化钨精制方法是先低温蒸出低沸点氯氧钨和低价氯化钨，再高温蒸出六氯化钨让其与高沸点氯氧钨分离，该方法一方面纯化六氯化钨产量低，有很大一部分在操作过程中被氧化为氯氧钨，并且在低沸点氯氧钨和低价氯化钨蒸出过程中也有部分六氯化钨蒸出，另一方面六氯化钨在蒸出时也会夹带一部分高沸点氯氧钨影响六氯化钨纯度。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于从六氯化钨的制备过程中直接纯化，获得高纯六氯化钨，提供一种产量高、流程短、能耗低、操作简便的高纯六氯化钨制备方法和装置。克服现有技术的产量低、流程长、能耗高、操作繁琐的现状，实现了六氯化钨的高纯高效制备，节能环保、安全可靠。
本发明一种高纯六氯化钨的制备方法，包括以下步骤：
1）原料前处理
筛选或烧结获得大颗粒钨粉（>75um），氯气通过纯化同时预热，温度升为600～1000℃，筛选大颗粒活性炭（>75um）通过高温氯氛围进行脱水、脱氧处理。钨粉、氯气和活性炭的摩尔比为100：（300～600）：（1～20）。
2）六氯化钨粗制
大颗粒钨粉和80%～95%纯化高温氯气在氯化炉底部反应，氯化温度600～1000℃，生成的六氯化钨及氯化钨杂质以蒸汽形式通过气体出口流出。
3）六氯化钨精制
将处理过的活性炭填充精制炉，氯化炉产生的蒸汽和5%～20%的纯化高温氯气于精制炉中精制，精制温度600～1000℃，蒸汽中氯氧钨和低价氯化钨还原为六氯化钨，获得精制蒸汽。
4）冷凝接收
精制蒸汽进入接收器，冷却水控温，温度30～250℃，获得高纯六氯化钨粉末，尾气排出。
5）尾气处理
尾气通过尾气吸收罐中氢氧化钠溶液吸收，净化尾气达标排放。
一种高纯六氯化钨的制备装置，包括氯化炉、接收器和吸收罐，氯化炉上端一侧1/6～1/4位置处有钨粉入口，与钨粉室连接，上端另一侧1/8～1/6位置处有粗六氯化钨蒸汽出口，下端1/8～1/6位置处有纯化氯气入口，底端有微尘出口，外侧有电阻炉加热控温，接收器顶端连接刮料器，接收器外侧有冷却水层，接收器上端1/8~1/4位置处连接六氯化钨蒸汽进气口，接收器下端1/3~1/2位置处设置废气出口，与吸收罐连接，接收器底端连接精六氯化钨出口；吸收罐上端有净化尾气出口，下端1/8~1/4位置处有次氯酸钠溶液出口；氯化炉和接收器之间增加有精制炉，精制炉一端连接氯气进口，侧面有活性炭入口，外侧有电阻炉加热控温，精制炉内安装3个隔板，中间一块隔板由炉底向上插装，两侧各一块由炉顶向下插装的隔板，将精制炉部分分离为4个小腔室。
本发明一种高纯六氯化钨的制备装置，所述氯化炉、精制炉和接收器之间通过石棉保温。
本发明相对现有技术的优势及带来的有益技术效果：
本发明技术上的优势：将六氯化钨粗制和精制结合，通过在氯化炉和接收器之间添加精制炉，精制炉中插装3块隔板，用活性炭为还原剂，氯气作为氧化剂，将氯化炉反应制备的粗六氯化钨中的氯氧钨和低价氯化钨转变为六氯化钨，获得精制六氯化钨，避免了以往工艺在接收器获得六氯化钨粉末后，再通过精馏纯化六氯化钨产量低、能耗高的问题。
本发明的有益技术效果：基于本发明在技术上的优势，相对现有技术带来了突出的技术效果，实现了六氯化钨的高效高纯生产。本发明在氯化炉和接收器之间添加精制炉，同时在精制炉中安装3个插板，增加粗六氯化钨蒸汽的停留时间，通过将氯氧钨和低价氯化钨转化为六氯化钨，提高了六氯化钨纯度的同时，增大了六氯化钨的产量，并且精制炉通过蒸汽本身的温度就能满足精制反应，不需要过多的额外外加能源，并且相对原来尾气仅仅增加了少量的二氧化碳，尾气易于处理，具有显著的经济效益和社会效益。综上所述，本发明的方案操作简单、流程短、能耗少、成本低、产量高、对环境友好，有利于资源的最大化利用，满足工业制备高纯六氯化钨发展的需要。
附图说明
图1为本发明制备高纯六氯化钨的装置。
图1中：1-钨粉室，2-氯化炉，21-电阻炉，22-氯化炉氯气进口，23-微尘出口，24-粗六氯化钨蒸汽出口，25-钨粉入口，3-精制炉，31-精制炉氯气进口，32-活性炭入口，33-电阻炉，34-隔板，4-接收器，41-精六氯化钨进口，42-高纯六氯化钨出口，43-刮料器，44-废气出口，45-冷却水层，5-吸收罐，51-次氯酸钠溶液出口，52-净化尾气出口。
具体实施例
以下实施例旨对本发明内容进一步说明，并不限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
如图1，一种高纯六氯化钨的制备装置，包括氯化炉2、接收器4和吸收罐5，氯化炉2上端一侧1/6～1/4位置处有钨粉入口25，与钨粉室1连接，上端另一侧1/8～1/6位置处有粗六氯化钨蒸汽出口26，下端1/8～1/6位置处有纯化氯气入口22，底端有微尘出口23，外侧有电阻炉21加热控温，接收器4顶端连接刮料器43，接收器4外侧有冷却水层45，接收器4上端1/8~1/4位置处连接六氯化钨蒸汽进气口11，接收器4下端1/3~1/2位置处设置废气出口44，与吸收罐5连接，接收器4底端连接精六氯化钨出口42；吸收罐5上端有净化尾气出口52，下端1/8~1/4位置处有次氯酸钠溶液出口51；氯化炉2和接收器4之间增加有精制炉3，精制炉3一端连接氯气进口31，侧面有活性炭入口32，外侧有电阻炉33加热控温，精制炉内安装3个隔板34，中间一块隔板由炉底向上插装，两侧各一块由炉顶向下插装的隔板，将精制炉部分分离为4个小腔室。
通过烧结和筛分获得粒度>75um的钨粉和活性炭粉末，氯气通过浓硫酸脱水、活性炭脱氧，同时被预热，通过钨添加量和六氯化钨产量为标准，调节氯气流速和活性炭添加量，使钨粉、氯气的摩尔比为100:350，氯化炉中氯气进入量为氯气进气总量的85%，钨粉与氯气反应，温度700℃，蒸汽入精制炉与活性炭和氯气反应，温度700℃，反应消耗活性炭与钨粉、氯气摩尔比为4:100:350，精制蒸汽如接收器，冷却水控温30～250℃，底部获得六氯化钨，尾气吸收塔氢氧化钠溶液吸收。六氯化钨产率99.17%，纯度99.58%。
实施例2
通过烧结和筛分获得粒度>75um的钨粉和活性炭粉末，氯气纯化同时被预热，通过钨添加量和六氯化钨产量为标准，调节氯气流速和活性炭添加量，使钨粉、氯气摩尔比为100:400，氯化炉中氯气进入量为氯气进气总量的90%，钨粉与氯气反应，温度800℃，蒸汽入精制炉与活性炭和氯气反应，温度750℃，反应消耗活性炭与钨粉、氯气摩尔比为5:100:400，精制蒸汽入接收器，冷却水控温30～250℃，底部获得六氯化钨，尾气吸收塔氢氧化钠溶液吸收。六氯化钨产率99.53%，纯度99.91%。
实施例3
通过烧结和筛分获得粒度>75um的钨粉和活性炭粉末，氯气纯化同时被预热，通过钨添加量和六氯化钨产量为标准，调节氯气流速和活性炭添加量，使钨粉、氯气摩尔比为100:500,，氯化炉中氯气进入量为氯气进气总量的90%，钨粉与氯气反应，温度900℃，蒸汽入精制炉与活性炭和氯气反应，温度850℃，反应消耗活性炭与钨粉、氯气摩尔比为8:100:500，精制蒸汽入接收器，冷却水控温30～250℃，底部获得六氯化钨，尾气吸收塔氢氧化钠溶液吸收。六氯化钨产率99.78%，纯度99.95%。
实施例4
通过烧结和筛分获得粒度>75um的钨粉和活性炭粉末，氯气纯化同时被预热，通过钨添加量和六氯化钨产量为标准，调节氯气流速和活性炭添加量，使钨粉、氯气摩尔比为100:600，氯化炉中氯气进入量为氯气进气总量的90%，钨粉与氯气反应，温度900℃，蒸汽入精制炉与活性炭和氯气反应，温度850℃，反应消耗活性炭与钨粉、氯气摩尔比为10:100:600，精制蒸汽如接收器，冷却水控温30～250℃，底部获得六氯化钨，尾气吸收塔氢氧化钠溶液吸收。六氯化钨产率99.81%，纯度99.97%。

Claims (2)

1.一种高纯六氯化钨的制备装置，包括氯化炉、接收器和吸收罐，氯化炉上端一侧1/6～1/4位置处有钨粉入口，与钨粉室连接，上端另一侧1/8～1/6位置处有粗六氯化钨蒸汽出口，下端1/8～1/6位置处有纯化氯气入口，底端有微尘出口，外侧有电阻炉加热控温，接收器顶端连接刮料器，接收器外侧有冷却水层，接收器上端1/8~1/4位置处连接六氯化钨蒸汽进气口，接收器下端1/3~1/2位置处设置废气出口，与吸收罐连接，接收器底端连接精六氯化钨出口；吸收罐上端有净化尾气出口，下端1/8~1/4位置处有次氯酸钠溶液出口；其特征在于：氯化炉和接收器之间增加有精制炉，精制炉一端连接氯气进口，侧面有活性炭入口，外侧有电阻炉加热控温，精制炉内安装3个隔板，中间一块隔板由炉底向上插装，两侧各一块由炉顶向下插装的隔板，将精制炉部分分离为4个小腔室。
2.根据权利要求1所述的高纯六氯化钨的制备装置，其特征在于：所述氯化炉、精制炉和接收器之间通过石棉保温。
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