CN105648465B - 一种熔盐电解制备碳化钨的方法 - Google Patents

一种熔盐电解制备碳化钨的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种熔盐电解制备碳化钨的方法，属于冶金技术领域。本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法是以钨酸钠和碳酸锂为原料，以碱金属或碱土金属的氯化物或氟化物为电解质熔盐，采用钨为阴极，石墨为阳极，在温度为400℃～850℃条件下电解含有钨酸钠和碳酸锂的电解质熔盐制备碳化钨。本发明采用熔盐电解法制取碳化钨，与传统的碳化钨生产方法相比，可缩短生产工艺流程，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种熔盐电解制备碳化钨的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种熔盐电解制备碳化钨的方法。
背景技术
碳化钨具有熔点高、硬度大、耐磨性和热传导性能良好，以及抗热震性能好等特点，被广泛用于高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等。
目前合成碳化钨的方法主要有碳热还原法，是以金属钨和碳为原料，将粒径为3～5μm的钨粉与等物质的量的碳黑充分混合，加压成型后放入石墨盘，并在石墨电阻炉或感应电炉中加热至1400～1700℃。在氢气流中，最初生成W2C，继续在高温下反应生成WC。碳热还原法由于存在不完全的反应会导致形成一种诸如(W)、碳化二钨(W2C)和WC的产物混合物。而且，原料的质量、反应器参数和反应参数等因素容易影响WC产物的含量。
其他制备碳化钨的专利文献有：
申请号为201410259652.7的专利文献公开了生产碳化钨的方法，是将钨酸钠粉末和碳化钙粉末混合均匀后压制成团块，再通过真空热还原、高温煅烧、粉碎、浮选或重选、酸浸等一系列工序，最后制得碳化钨粉。
申请号为01820995.5的专利文献公开了制备碳化钨的方法，是在高温下使含氧化钨的粉末原料与CO或CO和H2的混合物反应来制备碳化钨。
然而，上述制备碳化钨的方法都是间歇性的，制备工艺复杂、生产周期长且能耗高；环境污染比较严重；只适合实验室研究范围，限制了碳化钨的广泛应用。
发明内容
为了克服现有碳化钨的生产方法的不足，本发明提供了一种熔盐电解制备碳化钨的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法是以钨酸钠和碳酸锂为原料，以碱金属或碱土金属的氯化物或氟化物为电解质熔盐，采用钨为阴极，石墨为阳极，电解含有钨酸钠和碳酸锂的电解质熔盐制备碳化钨。
本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法的具体步骤如下：
S1、以钨酸钠和碳酸锂为原料，以碱金属或碱土金属的氯化物或氟化物的混合物为支持电解质，将钨酸钠和碳酸锂与支持电解质混合均匀配制电解质熔盐；
S2、升温融化电解质熔盐，采用钨为阴极，石墨为阳极，接通直流电源电解电解质熔盐，可得到碳化钨。
步骤S1中，支持电解质由LiCl、NaCl、KCl、BaCl2、CaCl2、LiF、NaF、KF、BaF2、CaF2中的两种或者两种以上组成。
步骤S1中，原料钨酸钠配入量占电解质熔盐的质量百分比为1.0～6.0％；原料碳酸锂配入量占电解质熔盐的质量百分比为1.0～6.0％。
步骤S2中，根据电解质组成不同，温度控制在400℃～850℃之间，具体温度可根据电解质的初晶温度，选择在电解质初晶温度之上的20℃～100℃进行电解。
步骤S2中，电解电压为2.0～4.0V。
作为优选的技术方案之一：本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法以NaF-CaF2为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、NaF、CaF2分别按质量百分比为3％、3％、52％、42％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为850℃，电解电压为3.5V，电解时间为5h。
作为优选的技术方案之二：本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法以LiCl-KCl为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、LiCl、KCl分别按质量百分比为2％、3％、44％、51％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为400℃，电解电压为2.0V，电解时间为5h。
作为优选的技术方案之三：本发明的熔盐电解制备碳化钨的方法以BaCl2-LiF-NaF为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、BaCl2、LiF、NaF分别按质量百分比为2％、4％、18％、21％、55％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为700℃，电解电压为3.5V，电解时间为5h。
本发明的积极效果如下：
通过本发明技术方案的实施，能够根据需要生产出成分均匀的碳化钨，碳化钨的厚度可由电解时间和原料配比决定。很好的解决了现有碳化钨制备工艺复杂、生产周期长且能耗高、环境污染比较严重、生产成本高等缺点。
本发明以廉价的钨酸钠和碳酸锂为原料，采用熔盐电解法生产碳化钨。可大幅度地降低碳化钨的生产成本，同时，电解过程连续，是一种流程短、设备简单、投资少而且产品质量高的工业化生产方法。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
以Na2WO4和Li2CO3为原料，LiCl-KCl为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、LiCl、KCl分别按质量百分比为2％、3％、44％、51％混合均匀配制电解质熔盐。以钨作为阴极，石墨为阳极，电解温度为400℃，极距为20cm，电解电压为2.0V，电解时间为5h，在阴极上可得到碳化钨，其中W的质量分数为93.8％，C的质量分数为6.2％。电解过程中在阳极放出CO2，无其它有害气体。
实施例2：
以Na2WO4和Li2CO3为原料，LiF-KF为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、LiF、KF分别按质量百分比为1％、6％、28％、65％混合均匀配制电解质熔盐。以钨作为阴极，石墨为阳极，电解温度为540℃，极距为20cm，电解电压为3.0V，电解时间为5h，在阴极上可得到碳化钨，其中W的质量分数为93.5％，C的质量分数为6.5％。电解过程中在阳极放出CO2，无其它有害气体。
实施例3：
以Na2WO4和Li2CO3为原料，NaF-CaF2为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、NaF、CaF2分别按质量百分比为3％、3％、52％、42％混合均匀配制电解质熔盐。以钨作为阴极，石墨为阳极，电解温度为850℃，极距为20cm，电解电压为3.5V，电解时间为5h，在阴极上可得到碳化钨，其中W的质量分数为93.9％，C的质量分数为6.1％。电解过程中在阳极放出CO2，无其它有害气体。
实施例4：
以Na2WO4和Li2CO3为原料，BaCl2-LiF-NaF为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、BaCl2、LiF、NaF分别按质量百分比为2％、4％、18％、21％、55％混合均匀配制电解质熔盐。以钨作为阴极，石墨为阳极，电解温度为700℃，极距为20cm，电解电压为3.5V，电解时间为5h，在阴极上可得到碳化钨，其中W的质量分数为93.6％，C的质量分数为6.4％。电解过程中在阳极放出CO2，无其它有害气体。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：所述的方法是以钨酸钠和碳酸锂为原料，以碱金属或碱土金属的氯化物或氟化物为电解质熔盐，采用钨为阴极，石墨为阳极，电解含有钨酸钠和碳酸锂的电解质熔盐制备碳化钨；制备方法的具体步骤如下：
S1、以钨酸钠和碳酸锂为原料，以碱金属或碱土金属的氯化物或氟化物的混合物为支持电解质，将钨酸钠和碳酸锂与支持电解质混合均匀配制电解质熔盐；
S2、升温融化电解质熔盐，采用钨为阴极，石墨为阳极，接通直流电源电解电解质熔盐，可得到碳化钨。
2.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：步骤S1中，支持电解质由LiCl、NaCl、KCl、BaCl2、CaCl2、LiF、NaF、KF、BaF2、CaF2中的两种或者两种以上组成。
3.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：步骤S1中，原料钨酸钠配入量占电解质熔盐的质量百分比为1.0～6.0％；原料碳酸锂配入量占电解质熔盐的质量百分比为1.0～6.0％。
4.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：步骤S2中，根据电解质组成不同，温度控制在400℃～850℃之间，具体温度可根据电解质的初晶温度，选择在电解质初晶温度之上的20℃～100℃进行电解。
5.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：步骤S2中，电解电压为2.0～4.0V。
6.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：以NaF-CaF2为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、NaF、CaF2分别按质量百分比为3％、3％、52％、42％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为850℃，电解电压为3.5V，电解时间为5h。
7.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：以LiCl-KCl为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、LiCl、KCl分别按质量百分比为2％、3％、44％、51％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为400℃，电解电压为2.0V，电解时间为5h。
8.如权利要求1所述的熔盐电解制备碳化钨的方法，其特征在于：以BaCl2-LiF-NaF为支持电解质，将Na2WO4、Li2CO3、BaCl2、LiF、NaF分别按质量百分比为2％、4％、18％、21％、55％混合均匀配制电解质熔盐，电解温度为700℃，电解电压为3.5V，电解时间为5h。
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