[发明专利]一种由再生钨粉制备碳化钨的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化钨粉体的制备方法，更具体地说是一种以再生钨粉为原料制备碳化钨粉的方法。

背景技术

钨是一种高熔点金属，其硬度高、延性好、化学稳定性好，具有广泛的应用范围，其中有2/3以上的钨用于硬质合金的生产，而碳化钨(WC)则是生产硬质合金的重要原料。碳化钨的制备技术多种多样，其中以钨粉为原料制备碳化钨粉是目前应用最为广泛的方法。

钨粉碳化制备碳化钨的主要方法有不通氢固体碳碳化法、通氢固体碳碳化法、甲烷气相碳化法等。

1)不通氢固体碳碳化法，即将钨粉与C(通常为炭黑)按一定比例混合后，在1300-2000℃下直接进行一次性碳化，其基本原理是：

当温度达400℃时，物料中的炭开始与炉内空气中的氧发生反应生成二氧化碳，生成的二氧化碳与物料中炭反应生成一氧化碳，钨粉碳化过程在一氧化碳气氛中完成，此时二氧化碳和氢气一样只起着载体的作用。其反应式为：

C+O₂＝CO₂

CO₂+C＝2CO

W+2CO＝WC+CO₂

2)通氢固体碳碳化法，其操作与不通氢固体碳碳化法类似，只是在碳化的过程中通入氢气。其基本原理是：氢气首先与物料中的碳反应，当温度低时形成碳氢化合物，主要成分为甲烷(CH4)，甲烷在高温下很不稳定，1400℃时全部裂解为碳和氢。此时裂解出的活性较高的碳沉积在钨粉颗粒上，并与钨碳化逐步形成碳化钨。同时裂解出的氢又与物料中的碳反应生成甲烷，如此循环往复使物料中的碳和钨逐步减少、碳化钨不断增加，直至钨粉碳化完成。其反应式为：

C+2H₂＝CH₄

CH₄＝C+2H₂

W+C＝WC

3)甲烷气相碳化法，即将甲烷CH4气体和H2气体直接通入装有钨粉的高温碳化炉内，利用气相含碳介质对钨粉进行碳化。其本质与通氢固体碳碳化法类似，其碳化总反应为：

W+CH₄＝WC+2H₂

对于以原生钨粉，采用上述碳化方法，控制适当的条件，均可经一次性碳化而得到性能稳定、化合碳含量符合要求的合格碳化钨粉。

对于再生钨粉，如将废钨基合金通过酸溶或电化学溶解后得到的多孔泡沫钨通过球磨后得到的再生钨粉，由于其粒度较大、比表面积小、化学活性差，直接采用上述碳化方法制备碳化钨粉时，经一次性碳化后所得到的碳化钨粉存在化合碳含量低、游离碳含量高、碳化不彻底等问题，所得到的碳化钨性能不稳定，无法直接满足生产硬质合金的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有钨粉碳化方法在用于再生钨粉碳化时所遇到的问题，提供一种以再生钨粉为原料制备符合用于硬质合金生产要求的碳化钨粉的方法。本发明采用的技术方案是，一种由再生钨粉制备碳化钨的方法，包括如下两个主要步骤：

1)一次碳化：将纯度大于99％的再生钨粉和纯度大于99％的碳黑，按照碳黑∶钨粉＝3～3.5∶100的重量份数比进行配料，然后在球磨机内进行混合，直至物料无分层现象，然后在石墨碳管炉内进行碳化，碳化温度为1800-2000℃，通过控制推舟速度使碳化时间控制为50-80分钟，得一次碳化物料；

2)二次碳化：将所述一次碳化物料进行球磨、过筛后，分析其中的碳含量，然后根据最终碳化钨产品的含碳量要求，向一次碳化物料中补足所需的碳黑量，然后在球磨机内进行混合，直至物料无分层现象，然后再在石墨碳管炉内进行碳化，碳化温度为1500-1700℃，通过控制推舟速度使碳化时间控制为60-90分钟，将二次碳化产物进行球磨、过筛后，得到最终的碳化钨产品。

优选地，上述一次碳化和二次碳化过程中可以通入氢气。

本发明的特点和有益效果在于：1.通过高温、低配碳量的一次碳化及对碳化产物的球磨，得到化学反应活性高且易于碳化的一次碳化物料。本发明利用上述操作条件，对粒度大、化学活性差的再生钨粉进行一次碳化，使之形成易于碎裂的外层为WC、中间层为W2C、内层为W的三层结构，并可带来如下好处：①一次碳化产物在配碳球磨时碎裂，使内层未碳化的W暴露出来，从而得到粒度更细、比表面更大的物料。②控制较低的配碳量，尽可能有利于W2C的形成，而W2C在高温下(大于1250℃)开始分解为WC和W，因由W2C热分解而得到的新生态W的化学活性要好于再生钨粉，因而有利于钨的二次碳化。