JP7688841B2 - Method for producing sodium tungstate - Google Patents
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Description
本発明は、タングステン原料から不純物の少ないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができる製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method that can obtain an aqueous solution of sodium tungstate with few impurities from a tungsten raw material.
近年、タングステンは切削工具用の超硬合金材料だけでなく、電極材料や配線材などの電子材料、タングステン触媒などの様々な材料として用いられており、 その需要は年々高まってきている。しかしながら、タングステン原料の資源は限られており、その安定な供給を図るため、タングステンスクラップからタングステンを回収して有効に利用することが求められている。 In recent years, tungsten has been used not only as a cemented carbide material for cutting tools, but also as a variety of other materials, including electronic materials such as electrode materials and wiring materials, and tungsten catalysts, and the demand for it is increasing year by year. However, raw tungsten resources are limited, and in order to ensure a stable supply, there is a need to recover tungsten from tungsten scrap and use it effectively.
炭化タングステンや金属タングステンを含むタングステンスクラップからタングステンを回収する方法として、水酸化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどのナトリウム塩を含むアルカリ薬剤をタングステンスクラップに加えて加熱反応させ、スクラップ中のタングステンをタングステン酸ナトリウムに転換させ、この熔融処理物を水に溶解させてタングステン酸ナトリウム水溶液として回収する方法が知られている。回収されたタングステン酸ナトリウム水溶液は各種精製工程を経て、パラタングステン酸アンモニウム、酸化タングステン、金属タングステン、炭化タングステンへと精製されて再利用される。 A known method for recovering tungsten from tungsten scrap containing tungsten carbide or metallic tungsten is to add an alkaline agent containing a sodium salt such as sodium hydroxide or sodium sulfate to the tungsten scrap and heat it to react, converting the tungsten in the scrap to sodium tungstate, and dissolving this melt in water to recover it as an aqueous sodium tungstate solution. The recovered aqueous sodium tungstate solution is refined through various purification processes into ammonium paratungstate, tungsten oxide, metallic tungsten, and tungsten carbide for reuse.
タングステンスクラップを、上記ナトリウム塩を含むアルカリ原料と共に加熱熔融してタングステン酸ナトリウムなどを得る方法は、例えば、特許文献1には、NaOH:60~90重量%とNa2SO4:10~40重量%からなる熔融塩を用いてタングステンの酸化処理を行う方法が記載されている。 As a method for obtaining sodium tungstate or the like by heating and melting tungsten scrap together with an alkali raw material containing the above-mentioned sodium salt, for example, Patent Document 1 describes a method for performing an oxidation treatment of tungsten using a molten salt consisting of 60 to 90% by weight of NaOH and 10 to 40% by weight of Na 2 SO 4 .
また、特許文献2には、タングステンを副成分とする原料を、NaOH:60~95質量%とNa2SO4:5~40質量%を含む塩熔融液と共に加熱反応させ、生成した熔融液分解物を水に溶解し、ナトリウム化合物とタングステン等を含むアルカリメタレートとの混合物からなる溶液と、Co等の金属群からなる固体金属相と、Al等の水酸化物ないしオキシドヒドレートからなる固体相を含む水性懸濁液を得る方法が記載されており、上記ナトリウム化合物とアルカリメタレートとの混合物からなる溶液(タングステン酸ナトリウム水溶液)は濾過分離されることが記載されている。 Patent Document 2 describes a method in which a raw material containing tungsten as a minor component is heated and reacted with a salt melt containing 60 to 95 mass % NaOH and 5 to 40 mass % Na 2 SO 4 , the resulting molten liquid decomposition product is dissolved in water, and an aqueous suspension containing a solution consisting of a mixture of a sodium compound and an alkali metalate containing tungsten and the like, a solid metal phase consisting of a metal group such as Co, and a solid phase consisting of a hydroxide or oxide hydrate of Al and the like is obtained, and the solution consisting of the mixture of the sodium compound and the alkali metalate (aqueous sodium tungstate solution) is separated by filtration.
また、特許文献3には、タングステンとコバルトを含む超硬スクラップを、硫酸ナトリウムを含む金属酸化物を添加した熔融塩と反応させ、タングステン酸ナトリウムを得る方法が記載されている。この方法では、金属酸化物として鉄を含む酸化物を用い、これを超硬スクラップ重量の10重量%以上~30重量%未満添加し、また硫酸ナトリウムを超硬スクラップ重量の70重量%以上~100重量%以下添加することが記載されている。 Patent Document 3 describes a method of obtaining sodium tungstate by reacting cemented carbide scrap containing tungsten and cobalt with a molten salt to which a metal oxide containing sodium sulfate has been added. In this method, it is described that an oxide containing iron is used as the metal oxide, and is added in an amount of 10% by weight or more and less than 30% by weight of the cemented carbide scrap, and that sodium sulfate is added in an amount of 70% by weight or more and 100% by weight or less of the cemented carbide scrap.
特許文献1~3に記載されている熔融処理方法は反応性が高く、タングステンの酸化と可溶性塩への転換を同時に生じさせる方法として効率的である。一方、この方法は非常に反応性が高いので、タングステンスクラップ中のタングステン以外の微量元素や添加薬剤中の元素も副次的な反応を生じ、熔融処理後の回収物であるタングステン酸ナトリウム水溶液中のタングステン以外の元素の濃度、不純物濃度が非常に上昇しやすいという課題もある。 The melting treatment methods described in Patent Documents 1 to 3 are highly reactive and are efficient methods for simultaneously oxidizing tungsten and converting it into a soluble salt. On the other hand, because this method is so highly reactive, minor elements other than tungsten in the tungsten scrap and elements in the additives also undergo secondary reactions, which creates the problem that the concentrations of elements other than tungsten and impurities in the sodium tungstate aqueous solution recovered after the melting treatment are likely to increase significantly.
例えば、硫酸ナトリウムなどのように硫黄が含まれていると、大気雰囲気など酸素存在下では、炭化タングステンと硫酸ナトリウムが反応してタングステン酸ナトリウムが生成する。このとき硫酸ナトリウム添加量が過剰であると、硫化ナトリウム(Na2S)が副次的に大量発生する。このようなNa2Sを大量に含む熔融処理物を水に溶解すると不純物である硫化物イオン(S2-)が大量に溶存したタングステン酸ナトリウム水溶液になってしまう。 For example, when sulfur is contained, such as sodium sulfate, tungsten carbide and sodium sulfate react with each other to produce sodium tungstate in the presence of oxygen, such as in the air. If an excessive amount of sodium sulfate is added, a large amount of sodium sulfide (Na 2 S) is generated as a by-product. If such a melt-treated product containing a large amount of Na 2 S is dissolved in water, the resulting solution becomes a sodium tungstate aqueous solution containing a large amount of sulfide ions (S 2- ), which are impurities.
また例えば、タングステンスクラップにはタングステン以外にも超硬工具としての添加剤や被覆材としてチタン(Ti)やニオブ(Nb)、タンタル(Ta)などが含まれている場合がある。これらの元素はアルカリと容易に反応し、酸化反応を経て可溶性のチタン酸ナトリウム(Na2Ti5O11)、ニオブ酸ナトリウム(Na3NbO4)、タンタル酸ナトリウム(Na3TaO4)などが生成する。これらの化合物を含む熔融処理物を水に溶解すると、チタン酸イオン(HTiO3 -)、ニオブ酸イオン(NbO3 -)、タンタル酸イオン(TaO3 -)が大量に溶存したタングステン酸ナトリウム水溶液になってしまう。とくにニオブは最も溶解しやすいので、不純物であるニオブを多く含むタングステン酸ナトリウム水溶液になってしまうと云う問題があった。 For example, tungsten scrap may contain titanium (Ti), niobium (Nb), tantalum (Ta), etc., as additives or coating materials for cemented carbide tools. These elements react easily with alkali, and undergo oxidation reactions to produce soluble sodium titanate (Na 2 Ti 5 O 11 ), sodium niobate (Na 3 NbO 4 ), sodium tantalate (Na 3 TaO 4 ), etc. When a melt-processed product containing these compounds is dissolved in water, it becomes a sodium tungstate aqueous solution containing large amounts of titanate ions (HTiO 3 - ), niobate ions (NbO 3 - ), and tantalate ions (TaO 3 - ). In particular, niobium is the most soluble, so there is a problem that the resulting sodium tungstate aqueous solution contains a large amount of niobium, which is an impurity.
特許文献1、2の方法は、このような硫化物イオンによる影響が十分に対処されていない。特に特許文献1の方法では、硫酸ナトリウム含有量の多い熔融塩を用いると硫化物イオンによる影響が顕著になる。さらに、ニオブ等の不純物を分離する手段が設けられていないため、ニオブ濃度の高いタングステン酸ナトリウム水溶液になってしまう。また、特許文献2の方法では、熔融液分解物を水に溶解したナトリウム化合物とタングステン等を含むアルカリメタレートとの混合物からなる溶液と、固体金属相などを濾過分離することが記載されているが、ニオブは可溶性塩類を形成して水溶液中に溶存するので、このような濾過分離方法では不純物として溶存しているニオブを分離除去することができない。 The methods of Patent Documents 1 and 2 do not adequately address the effects of sulfide ions. In particular, in the method of Patent Document 1, the effects of sulfide ions become significant when a molten salt with a high sodium sulfate content is used. Furthermore, since no means for separating impurities such as niobium is provided, the resulting aqueous solution of sodium tungstate has a high niobium concentration. In addition, the method of Patent Document 2 describes filtering and separating a solution consisting of a mixture of a sodium compound and an alkali metalate containing tungsten, etc., obtained by dissolving the decomposed product of the molten liquid in water, and a solid metal phase, etc. However, since niobium forms soluble salts and is dissolved in the aqueous solution, such a filtering and separation method cannot separate and remove niobium dissolved as an impurity.
特許文献3の方法では、金属酸化物を用いた硫化物イオンの対策方法として、硫化ナトリウムと金属酸化物を熔融塩中で反応させて硫化物イオンの発生を抑制することが示されているが、特許文献3の方法は、スクラップ原料に対して70重量%以上の大量の硫酸ナトリウムを添加するため過剰な硫化ナトリウムが生じ、この過剰な硫化ナトリウムを酸化させるために、さらに大量の金属酸化物を添加しており、処理負荷が高く、ニオブの除去も十分ではない。 The method of Patent Document 3 shows that as a countermeasure against sulfide ions using metal oxides, sodium sulfide and metal oxides are reacted in a molten salt to suppress the generation of sulfide ions. However, the method of Patent Document 3 adds a large amount of sodium sulfate (70% by weight or more) to the scrap raw material, which generates excess sodium sulfide, and in order to oxidize this excess sodium sulfide, an even larger amount of metal oxide is added, which imposes a high processing load and does not sufficiently remove niobium.
本発明の製造方法は、タングステン原料を、硫黄成分を含むナトリウム塩原料と共に加熱熔融してタングステン酸ナトリウムを主成分とする熔融処理物を製造したときに、該熔融処理物中の硫化物不純物が少なく、該熔融処理物を水に溶解したときに、硫化物イオンなどの不純物が格段に少ないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができる製造方法に関し、また好ましくは、硫化物と共にニオブなどの不純物が格段に少ないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができる製造方法に関する。 The manufacturing method of the present invention relates to a manufacturing method in which, when a tungsten raw material is heated and melted together with a sodium salt raw material containing a sulfur component to produce a melt treated product mainly composed of sodium tungstate, the melt treated product contains few sulfide impurities, and when the melt treated product is dissolved in water, an aqueous solution of sodium tungstate containing significantly fewer impurities such as sulfide ions can be obtained, and preferably, an aqueous solution of sodium tungstate containing significantly fewer impurities such as niobium together with sulfides can be obtained.
本発明の製造方法は以下の構成を有するタングステン酸ナトリウムの製造方法である。
〔1〕タングステン原料をナトリウム塩原料と共に加熱熔融し、タングステン酸ナトリウムを主成分とする熔融処理物を得るタングステン酸ナトリウムの製造方法において、硫黄成分を含むナトリウム塩原料について、上記タングステン原料と該硫黄成分を含むナトリウム塩原料によるNa/Wモル比を3.0以上~5.0以下の範囲およびS/Wモル比を0.05以上~0.30以下の範囲に制御して硫化物の生成を抑制するタングステン酸ナトリウムの製造方法。
〔2〕上記硫黄成分を含むナトリウム塩原料が、硫酸ナトリウム、または硫酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの併用、または硫酸と水酸化ナトリウムの併用である上記[1]に記載するタングステン酸ナトリウムの製造方法。
〔3〕ニオブを含むタングステン原料について、Na/Wモル比を3.0~5.0の範囲およびS/Wモル比を0.05~0.30の範囲に制御すると共に、金属鉄ないし硫酸鉄(硫酸第一鉄ないし硫酸第二鉄)の少なくとも何れかの鉄原料を、上記硫黄成分を含むナトリウム塩原料と共存させることによって上記ニオブを不溶解固体として固定化する上記[1]または上記[2]の何れかに記載するタングステン酸ナトリウムの製造方法。
〔4〕上記熔融処理物を水に溶解してタングステン酸ナトリウム水溶液を得る上記[1]~上記[3]の何れかに記載するタングステン酸ナトリウムの製造方法。
〔5〕上記熔融処理物を水に溶解させて得たタングステン酸ナトリウム水溶液の酸化還元電位が-200mV(vs.Ag/AgCl)以上である上記[4]に記載するタングステン酸ナトリウムの製造方法。
The manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing sodium tungstate having the following configuration.
[1] A method for producing sodium tungstate, in which a tungsten raw material is heated and melted together with a sodium salt raw material to obtain a melt treated product mainly composed of sodium tungstate, the method comprising controlling, for a sodium salt raw material containing a sulfur component, a Na/W molar ratio in the range of 3.0 or more and 5.0 or less and a S/W molar ratio in the range of 0.05 or more and 0.30 or less, to suppress production of sulfides, using the tungsten raw material and the sodium salt raw material containing the sulfur component.
[2] The method for producing sodium tungstate according to the above item [1], wherein the sodium salt raw material containing a sulfur component is sodium sulfate, or a combination of sodium sulfate and sodium hydroxide, or a combination of sulfuric acid and sodium hydroxide.
[3] A method for producing sodium tungstate as described in either of [1] or [2] above, in which a tungsten raw material containing niobium is controlled so that the Na/W molar ratio is in the range of 3.0 to 5.0 and the S/W molar ratio is in the range of 0.05 to 0.30, and at least one iron raw material of metallic iron or iron sulfate (ferrous sulfate or ferric sulfate) is made to coexist with the sodium salt raw material containing a sulfur component, thereby immobilizing the niobium as an insoluble solid.
[4] A method for producing sodium tungstate according to any one of [1] to [3] above, comprising dissolving the melt-treated product in water to obtain an aqueous sodium tungstate solution.
[5] The method for producing sodium tungstate according to the above item [4], wherein the oxidation-reduction potential of an aqueous sodium tungstate solution obtained by dissolving the melt-treated product in water is -200 mV (vs. Ag/AgCl) or more.
〔具体的な説明〕
本発明の方法は、タングステン原料をナトリウム塩原料と共に加熱熔融して、タングステン酸ナトリウムを主成分とする熔融処理物を得るタングステン酸ナトリウムの製造方法において、硫黄成分を含むナトリウム塩原料について、上記タングステン原料と該硫黄成分を含むナトリウム塩原料によるNa/Wモル比を3.0以上~5.0以下の範囲およびS/Wモル比を0.05以上~0.30以下の範囲に制御して硫化物の生成を抑制するタングステン酸ナトリウムの製造方法である。
[Specific explanation]
The method of the present invention is a method for producing sodium tungstate in which a tungsten raw material and a sodium salt raw material are heated and melted together to obtain a molten treated product containing sodium tungstate as a main component, and in which, for a sodium salt raw material containing a sulfur component, the Na/W molar ratio between the tungsten raw material and the sodium salt raw material containing the sulfur component is controlled in a range of 3.0 or more and 5.0 or less, and the S/W molar ratio is controlled in a range of 0.05 or more and 0.30 or less to suppress production of sulfides.
タングステン原料をナトリウム塩原料と共に加熱熔融することによってタングステン酸ナトリウムを主成分とする熔融処理物が得られる。ナトリウム塩として、硫酸ナトリウムを含むナトリウム塩原料を用いることができる。また、硫酸ナトリウムと共に水酸化ナトリウムを含むナトリウム塩原料を用いることができる。また、これらのナトリウム塩原料に硫酸を加えてもよい。例えば、水酸化ナトリウムに硫酸を加えたものは硫酸ナトリウムを用いた場合と同様の効果が得られる。加熱熔融の加熱温度は700℃以上~1000℃以下がよく、850℃以上~1000℃以下が好ましい。700℃未満では反応の進行が不十分であり、1000℃を超えると高温環境のために設備や装置の腐食劣化の懸念が生じる。 A melt-processed product containing sodium tungstate as the main component can be obtained by heating and melting a tungsten raw material together with a sodium salt raw material. As the sodium salt, a sodium salt raw material containing sodium sulfate can be used. A sodium salt raw material containing sodium hydroxide together with sodium sulfate can also be used. Sulfuric acid may also be added to these sodium salt raw materials. For example, the addition of sulfuric acid to sodium hydroxide produces the same effect as when sodium sulfate is used. The heating temperature for the heat melting is preferably 700°C or higher and 1000°C or lower, and preferably 850°C or higher and 1000°C or lower. If the temperature is lower than 700°C, the reaction does not proceed sufficiently, and if the temperature exceeds 1000°C, there is a concern that the high temperature environment will cause corrosion and deterioration of facilities and equipment.
上記加熱熔融によってタングステン酸ナトリウムを主成分とする熔融処理物が得られる。例えば、タングステン原料として炭化タングステンを用い、水酸化ナトリウムないし硫酸ナトリウムを含むナトリウム塩原料と共に加熱熔融すると、次式[1][2][3]に示すように、炭化タングステンが水酸化ナトリウムおよび硫酸ナトリウムと反応し、タングステン酸ナトリウムが生成する。 The above-mentioned heating and melting process produces a melt-processed product whose main component is sodium tungstate. For example, when tungsten carbide is used as the tungsten raw material and heated and melted together with a sodium salt raw material containing sodium hydroxide or sodium sulfate, the tungsten carbide reacts with the sodium hydroxide and sodium sulfate to produce sodium tungstate, as shown in the following formula [1][2][3].
2WC(s)+4NaOH(s)+5O2 → 2Na2WO4(s)+2H2O(g)+2CO2(g) ・・・ [式1]
2WC(s)+3Na2SO4(s)+3/2O2(g) → 2Na2WO4(s)+Na2O(s)+2CO2(g)+3SO2(g)・[式2]
2WC(s) + 3Na2SO4(s) → 2Na2WO4(s) + Na2S(s) + 2CO(g) + 2SO(g) ・・[式3]
2WC(s)+4NaOH(s)+5O 2 → 2Na 2 WO 4 (s)+2H 2 O(g)+2CO 2 (g) ... [Formula 1]
2WC(s)+3Na 2 SO 4 (s)+3/2O 2 (g) → 2Na 2 WO 4 (s)+Na 2 O(s)+2CO 2 (g)+3SO 2 (g)・[Formula 2]
2WC(s) + 3Na 2 SO 4 (s) → 2Na 2 WO 4 (s) + Na 2 S(s) + 2CO(g) + 2SO(g) ・・[Formula 3]
上記加熱熔融において、ナトリウム塩原料として硫酸ナトリウムを用いた場合、添加した硫黄分に対して酸素が十分に存在する雰囲気では、[式2]に示すように、タングステン酸ナトリウムの生成と共に硫酸ナトリウムが分解されて酸化ナトリウムと二酸化硫黄が生じ、二酸化硫黄はガス化して系外に抜ける。一方、硫酸ナトリウムが過剰に存在すると、[式3]に示すように、タングステン酸ナトリウムの生成と共に、副次的に硫化ナトリウムおよび一酸化硫黄が生じる。一酸化硫黄はガス化して系外に抜けるが、硫化ナトリウムは熔融処理物中に残留してしまう。このような大量の硫化ナトリウムを含む熔融処理物を水に溶解すると、不純物である硫化物イオンを大量に含むタングステン酸ナトリウム水溶液になってしまう。ナトリウム塩原料として、硫酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを併用した場合や、硫酸と水酸化ナトリウムを併用した場合にも同様のことが生じる。以下、硫酸ナトリウムを用いるもの、あるいは硫酸ナトリウムと水酸化ナトリウムを併用するもの、あるいは硫酸と水酸化ナトリウムを併用するものを何れも硫黄成分を含むナトリウム塩原料と云う。 In the above-mentioned heating and melting, when sodium sulfate is used as the sodium salt raw material, in an atmosphere where there is sufficient oxygen relative to the added sulfur content, as shown in [Formula 2], sodium sulfate is decomposed to produce sodium oxide and sulfur dioxide along with the production of sodium tungstate, and the sulfur dioxide is gasified and escapes from the system. On the other hand, when sodium sulfate is present in excess, as shown in [Formula 3], sodium tungstate is produced and sodium sulfide and sulfur monoxide are produced as a by-product. Sulfur monoxide is gasified and escapes from the system, but sodium sulfide remains in the melted product. When such a melted product containing a large amount of sodium sulfide is dissolved in water, it becomes an aqueous solution of sodium tungstate containing a large amount of sulfide ions, which are impurities. The same thing happens when sodium sulfate and sodium hydroxide are used in combination as the sodium salt raw material, or when sulfuric acid and sodium hydroxide are used in combination. Hereinafter, those that use sodium sulfate, those that use sodium sulfate and sodium hydroxide in combination, or those that use sulfuric acid and sodium hydroxide in combination are all referred to as sodium salt raw materials containing sulfur components.
このような硫黄成分を含むナトリウム塩原料を用いた加熱熔融において、タングステン原料と硫黄成分を含むナトリウム塩原料によるNa/Wモル比およびS/Wモル比を制御することによって、硫化ナトリウムの発生が抑制されることが見出された。本発明の製造方法は上記知見に基づいたものであり、硫化ナトリウムの生成を格段に少なくし、従って不純物である硫化物イオンを殆ど含まないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができるタングステン酸ナトリウムの製造方法である。 It has been discovered that in the heating and melting of such a sodium salt raw material containing sulfur components, the generation of sodium sulfide can be suppressed by controlling the Na/W molar ratio and the S/W molar ratio of the tungsten raw material and the sodium salt raw material containing sulfur components. The manufacturing method of the present invention is based on the above findings, and is a method for manufacturing sodium tungstate that significantly reduces the generation of sodium sulfide and therefore can obtain an aqueous sodium tungstate solution that contains almost no sulfide ions as an impurity.
本発明の製造方法は、具体的には、硫黄成分を含むナトリウム塩原料を用いた加熱熔融において、タングステン原料と上記硫黄成分を含むナトリウム塩原料によるNa/Wモル比を3.0以上~5.0以下の範囲およびS/Wモル比を0.05以上~0.30以下の範囲に制御して硫化物の生成を抑制するタングステン酸ナトリウムの製造方法である。 Specifically, the manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing sodium tungstate in which, during heating and melting using a sodium salt raw material containing a sulfur component, the Na/W molar ratio of the tungsten raw material and the sodium salt raw material containing the sulfur component is controlled to a range of 3.0 to 5.0 and the S/W molar ratio is controlled to a range of 0.05 to 0.30, thereby suppressing the generation of sulfides.
Na/Wモル比=3.0未満、あるいはS/Wモル比=0.05未満では、ナトリウム塩原料が不足するので、[式1][式2]の反応が十分に進行しない。一方、Na/Wモル比=3.0以上、およびS/Wモル比=0.05以上であれば、[式1][式2]の反応が十分に進行する。このタングステン酸ナトリウムの生成反応において、[式1]の反応が主に進行すれば、[式2]の反応は限定的で良いことが見出された。[式1]の反応を進めるには、ナトリウム塩原料として水酸化ナトリウムを用いれば良いので、硫黄成分を含むナトリウム塩原料として硫酸ナトリウムを用いる場合には、硫酸ナトリウムと共に水酸化ナトリウムを含むナトリウム塩原料を用いればよい。 When the Na/W molar ratio is less than 3.0 or the S/W molar ratio is less than 0.05, the sodium salt raw material is insufficient, and the reactions of [Formula 1] and [Formula 2] do not proceed sufficiently. On the other hand, when the Na/W molar ratio is 3.0 or more and the S/W molar ratio is 0.05 or more, the reactions of [Formula 1] and [Formula 2] proceed sufficiently. In this reaction to produce sodium tungstate, it has been found that as long as the reaction of [Formula 1] mainly proceeds, the reaction of [Formula 2] can be limited. To proceed with the reaction of [Formula 1], sodium hydroxide can be used as the sodium salt raw material, so when sodium sulfate is used as the sodium salt raw material containing a sulfur component, a sodium salt raw material containing sodium hydroxide can be used together with sodium sulfate.
硫黄成分を含むナトリウム塩原料とタングステン原料の量比が、S/Wモル比=0.30未満になるS量であれば、[式3]に示される硫化ナトリウム(Na2S)は殆ど発生せず、一部局所的に発生しても、その発生量は極微量である。しかも、生じた硫化ナトリウム(Na2S)は熔融処理工程において、下記[式4]に示すように、空気酸化を容易に受けて硫酸ナトリウム(Na2SO4)に酸化されるか、あるいは、下記[式5]に示すように、熔融処理物を水溶解させたときに、水溶解懸濁液中にスクラップ中の金属から発生した金属水酸化物などと反応して硫化物の安定固相となり、不溶解固体として固定化される。このため液中に硫化物イオンが殆ど生じない。 If the ratio of the amount of sodium salt raw material containing sulfur components to the amount of tungsten raw material is such that the S/W molar ratio is less than 0.30, the sodium sulfide (Na 2 S) shown in [Formula 3] is hardly generated, and even if it is generated locally, the amount generated is extremely small. Moreover, in the melting process, the generated sodium sulfide (Na 2 S) is easily oxidized to sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) by air oxidation as shown in the following [Formula 4], or, when the melting treatment product is dissolved in water, it reacts with metal hydroxides generated from the metal in the scrap in the water-dissolved suspension and becomes a stable solid phase of sulfide, and is fixed as an insoluble solid as shown in the following [Formula 5]. Therefore, almost no sulfide ions are generated in the liquid.
Na2S + 2O2 → Na2SO4(s) [式4]
Na2S + M(OH)2(s) → MS(s) + 2NaOH [式5]
Na2S + 2O2 → Na2SO4 (s) [Equation 4 ]
Na 2 S + M(OH) 2 (s) → MS(s) + 2NaOH [Formula 5]
一方、S/Wモル比=0.30を上回るS量の場合、[式3]の進行が著しくなり、熔融処理物中に大量の硫化ナトリウムを含むようになるので、これを水溶解すると硫化物イオンを大量に含む水溶液になるので好ましくない。また、この場合、酸化反応が十分進行するなどして硫化ナトリウムが殆ど発生しなくても、硫酸ナトリウムなど由来の硫黄は硫酸塩の形態で熔融処理物中に含まれることとなる。これを水溶解してタングステン酸ナトリウム水溶液中を得たときに、該水溶液中に硫酸イオン(SO4 2-)の形態で溶出することになる。 On the other hand, when the S content exceeds the S/W molar ratio of 0.30, the progress of [Formula 3] becomes significant, and the melt-treated product contains a large amount of sodium sulfide, which is undesirable since dissolving it in water results in an aqueous solution containing a large amount of sulfide ions. In this case, even if the oxidation reaction proceeds sufficiently to produce almost no sodium sulfide, sulfur derived from sodium sulfate and the like will be contained in the melt-treated product in the form of sulfate salts. When this is dissolved in water to obtain an aqueous solution of sodium tungstate, it will elute in the form of sulfate ions (SO 4 2- ) in the aqueous solution.
過剰量の硫酸イオンを含む水溶液は、後段のタングステン精製工程、例えばイオン交換精製工程や溶媒抽出工程において、陰イオンであるタングステンのイオン種と競合してタングステンの精製工程の効率を低下させ、またタングステンの精製反応に付随するなどしてタングステン製品に硫黄が混入するなどの問題を引き起こす。従って、S/Wモル比=0.30以下が好ましい。 An aqueous solution containing an excess amount of sulfate ions competes with anionic tungsten ions in subsequent tungsten refining processes, such as the ion exchange refining process and solvent extraction process, reducing the efficiency of the tungsten refining process, and also causes problems such as sulfur contamination of tungsten products due to its association with the tungsten refining reaction. Therefore, a S/W molar ratio of 0.30 or less is preferable.
また、Na/Wモル比=5.0を上回ると、ナトリウム塩原料の使用量が過剰であるためコスト増になり、また、加熱熔融中のナトリウム塩の飛散も多く、装置の腐食なども懸念されるため好ましくない。 Furthermore, if the Na/W molar ratio exceeds 5.0, the amount of sodium salt raw material used will be excessive, resulting in increased costs. In addition, there will be a lot of sodium salt scattering during heating and melting, which can cause concerns about corrosion of the equipment, making this undesirable.
熔融処理物中を水溶解して得たタングステン酸ナトリウム水溶液について、液中に含まれる硫化物イオン(S2-)は、該水溶液の酸化還元電位によって把握することができる。酸化還元電位が-200mV(vs Ag/AgCl)以上であれば硫化物イオンが殆ど存在しない。酸化還元電位が-200mV(vs Ag/AgCl)より低いと、加熱熔融反応に添加した硫黄量が過剰であるために液が大きく還元性に傾き、硫化物イオンが生じる。液を過剰な還元性にしないためには、[式3]に示すよう硫化ナトリウムの生成が過剰に進行しないように抑制することが好ましい。 The sulfide ions (S 2- ) contained in the aqueous sodium tungstate solution obtained by dissolving the melt-treated material in water can be determined by the redox potential of the solution. If the redox potential is -200 mV (vs Ag/AgCl) or higher, there are almost no sulfide ions. If the redox potential is lower than -200 mV (vs Ag/AgCl), the amount of sulfur added to the heating and melting reaction is excessive, so the solution tends to be significantly reducing, and sulfide ions are generated. In order to prevent the solution from becoming excessively reducing, it is preferable to suppress the production of sodium sulfide from proceeding excessively, as shown in [Equation 3].
連続的に熔融処理および熔融処理物を水溶解してタングステン酸ナトリウム水溶液を回収する処理を実施する場合、得られたタングステン酸ナトリウム水溶液の酸化還元電位を連続的に測定し、酸化還元電位が-200mV(vs Ag/AgCl)を下回りそうな傾向や挙動が確認できた場合には、原料投入時の硫酸ナトリウム量などを減少させるように投入量を制御するとよい。これにより得られたタングステン酸ナトリウム水溶液の酸化還元状態を酸化性傾向に制御することができる。 When performing continuous melting and dissolving the melted product in water to recover an aqueous sodium tungstate solution, it is advisable to continuously measure the redox potential of the resulting aqueous sodium tungstate solution, and if a tendency or behavior is observed for the redox potential to fall below -200 mV (vs Ag/AgCl), it is advisable to control the input amount so as to reduce the amount of sodium sulfate, etc., added to the raw material. This allows the redox state of the resulting aqueous sodium tungstate solution to be controlled to have an oxidizing tendency.
酸化還元電位が-200mV(vs Ag/AgCl)より低下してしまい液性が還元性になってしまった場合は、硫酸ナトリウム投入量などを減少させて熔融処理して得られた熔融処理物を水溶解して回収した、十分に酸化性の高いタングステン酸ナトリウム水溶液を適宜混合することにより酸化還元電位を-200mV(vs Ag/AgCl)以上に調整すると良い。
また、酸化還元電位が-200mV(vs Ag/AgCl)より著しく低下して液性が大きく還元性に傾いてしまい、酸化性のタングステン酸ナトリウム水溶液の混合のみでは-200mV(vs Ag/AgCl)以上に調整することが困難となってしまった場合は、酸化剤添加や酸素吹込みなどによる公知の方法により酸化還元電位を-200mV(vs Ag/AgCl)以上に調整すると良い。
When the redox potential falls below -200 mV (vs Ag/AgCl) and the liquid becomes reducing, it is advisable to adjust the redox potential to -200 mV (vs Ag/AgCl) or higher by appropriately mixing an aqueous solution of sodium tungstate having a sufficiently high oxidizing property, which is obtained by melting the solution obtained by reducing the amount of sodium sulfate input, dissolving the melt-treated product in water, and recovering the melt-treated product.
Furthermore, when the redox potential is significantly lower than −200 mV (vs Ag/AgCl) and the liquid property is significantly inclined toward reduction, making it difficult to adjust the redox potential to −200 mV (vs Ag/AgCl) or higher by simply mixing an oxidizing aqueous solution of sodium tungstate, it is advisable to adjust the redox potential to −200 mV (vs Ag/AgCl) or higher by a known method such as adding an oxidizing agent or blowing in oxygen.
酸化還元電位を-200mV(vs Ag/AgCl)以上に調整すれば、溶存している硫化物イオンは、硫酸イオンなどに酸化して転換させることができる。後段の精製処理において硫酸イオンは硫化物イオンよりも析出物精製や閉塞や処理妨害などの悪影響は相対的に発生しに難いため、タングステン酸ナトリウム水溶液中に生成してしまった硫化物イオンは硫酸イオンに転換しておくことが望ましい。 By adjusting the redox potential to -200 mV (vs Ag/AgCl) or higher, the dissolved sulfide ions can be oxidized and converted to sulfate ions and other ions. Since sulfate ions are less likely to cause adverse effects such as precipitate purification, blockage, and process interference in the subsequent purification process than sulfide ions, it is desirable to convert the sulfide ions that have formed in the sodium tungstate aqueous solution to sulfate ions.
タングステン原料はニオブを含むものがある。例えば、ニオブを含む炭化タングステン製の超硬工具スクラップや合金スクラップなどはタングステン原料として用いることができる。タングステン原料として、炭化ニオブを含有するタングステンスクラップをナトリウム塩原料と共に加熱熔融すると、通常、次式[6]に示すように、タングステン原料に含まれる炭化ニオブは、ニオブ酸ナトリウム(Na3NbO4)などのナトリウム可溶塩を形成する。この熔融処理物を水に溶解してタングステン酸ナトリウム水溶液として回収するときに、次式[7]に示すように、可溶塩であるニオブ酸イオン(NbO3 -)が溶解して液中の不純物になる。 Some tungsten raw materials contain niobium. For example, scraps of cemented carbide tools made of tungsten carbide containing niobium and alloy scraps can be used as tungsten raw materials. When tungsten scrap containing niobium carbide is heated and melted together with a sodium salt raw material as a tungsten raw material, the niobium carbide contained in the tungsten raw material usually forms a sodium soluble salt such as sodium niobate (Na 3 NbO 4 ), as shown in the following formula [6]. When this melted product is dissolved in water and recovered as an aqueous sodium tungstate solution, the niobate ion (NbO 3 - ), which is a soluble salt, dissolves and becomes an impurity in the liquid, as shown in the following formula [7].
2NbC(s)+6NaOH(s)+15/2O2 → 2Na3NbO4(s)+3H2O(g)+2CO2(g) ・・・[式6]
Na3NbO4+H2O → NbO3
-(aq)+3Na(aq)+2OH-(aq) ・・・[式7]
2NbC(s)+6NaOH(s)+15/2O 2 → 2Na 3 NbO 4 (s)+3H 2 O(g)+2CO 2 (g) ・・・[Formula 6]
Na 3 NbO 4 +H 2 O → NbO 3 - (aq)+3Na(aq)+2OH - (aq) ...[Formula 7]
ところが、上記加熱熔融において、金属鉄または硫酸鉄(硫酸第一鉄ないし硫酸第二鉄)の少なくとも一種以上の鉄原料が共存すると、次式[8][9][10]に示すように、炭化ニオブは鉄と反応して水に不溶なニオブ酸鉄(FeNbO3)を形成することが見出された。また、共存する上記鉄原料が酸化鉄に固相変化する際に、該酸化鉄の結晶構造中にニオブが取り込まれて不溶化することが見出された。 However, it was found that, in the above-mentioned heating and melting, when at least one iron raw material, namely metallic iron or iron sulfate (ferrous sulfate or ferric sulfate), is present, niobium carbide reacts with iron to form water-insoluble iron niobate (FeNbO 3 ), as shown in the following formula [8][9][10]. It was also found that, when the above-mentioned coexisting iron raw material changes into a solid phase of iron oxide, niobium is incorporated into the crystal structure of the iron oxide, making it insoluble.
NbC(s)+Fe(s)+5/2O2→ FeNbO3(s)+CO2 ・・・[式8]
NbC(s)+FeSO4(s)+2NaOH+2O2 → FeNbO3(s)+Na2SO4+H2O+CO2・・・ [式9]
2NbC(s)+Fe2(SO4)3(s)+6NaOH+7/2O2 → 2FeNbO3(s)+3Na2SO4+3H2O+2CO2 ・・・[式10]
NbC(s)+Fe(s)+5/ 2O2 → FeNbO3 (s)+ CO2 ...[Equation 8]
NbC(s)+FeSO 4 (s)+2NaOH+2O 2 → FeNbO 3 (s)+Na 2 SO 4 +H 2 O+CO 2 ... [Formula 9]
2NbC(s)+Fe 2 (SO 4 ) 3 (s)+6NaOH+7/2O 2 → 2FeNbO 3 (s)+3Na 2 SO 4 +3H 2 O+2CO 2 ...[Formula 10]
使用する鉄原料は、金属鉄と硫酸鉄(硫酸第一鉄ないし硫酸第二鉄)の少なくとも何れか1種以上である。酸化鉄(Fe2O3)は好ましくない。酸化鉄は非常に安定であるためニオブ酸鉄(FeNbO3)の生成が不十分であり、また酸化鉄に固相変化する際の結晶構造中へのニオブの取り込みが殆ど行われず、ニオブの固定化が不十分になる。 The iron raw material used is at least one of metallic iron and iron sulfate (ferrous sulfate or ferric sulfate). Iron oxide ( Fe2O3 ) is not preferred. Iron oxide is very stable, so the production of iron niobate ( FeNbO3 ) is insufficient, and niobium is hardly incorporated into the crystal structure during the solid phase change to iron oxide, resulting in insufficient immobilization of niobium.
また、鉄原料として硫酸鉄を用いると、硫酸鉄とナトリウム塩原料の水酸化ナトリウムが反応して硫酸ナトリウムを生成するので、ナトリウム塩原料の一部として用いる硫酸ナトリウムの使用量を節減することができる。また、金属鉄を用いると、鉄粉や鉄スクラップなどの安価な金属鉄を含む原料を用いることができるので経済的である。 In addition, when ferrous sulfate is used as the iron raw material, the ferrous sulfate reacts with sodium hydroxide, a sodium salt raw material, to produce sodium sulfate, so the amount of sodium sulfate used as part of the sodium salt raw material can be reduced. In addition, when metallic iron is used, it is economical because it is possible to use raw materials containing inexpensive metallic iron, such as iron powder and iron scrap.
上記鉄原料の使用量は、ニオブ含有量が0.01~5.0質量%のタングステン原料に対して、鉄量として1.0質量%以上~10.0質量%未満になる量が好ましい。該鉄原料量が1.0質量%未満では鉄量が少な過ぎてニオブの固定化が不十分になる。該鉄原料量が10.0質量%以上では生成する酸化鉄が大量となってナトリウム塩原料とタングステン原料の接触が阻害され、主反応であるタングステンの熔融酸化反応が不十分になるので好ましくない。 The amount of the iron raw material used is preferably 1.0% by mass or more and less than 10.0% by mass of iron relative to a tungsten raw material with a niobium content of 0.01 to 5.0% by mass. If the amount of the iron raw material is less than 1.0% by mass, the amount of iron is too small and the immobilization of niobium is insufficient. If the amount of the iron raw material is 10.0% by mass or more, a large amount of iron oxide is generated, which inhibits contact between the sodium salt raw material and the tungsten raw material and makes the main reaction, the melting and oxidation reaction of tungsten, insufficient, which is not preferable.
特許文献1、2の方法では、水酸化ナトリウムと硫酸ナトリウムを用いたタングステン原料のアルカリ熔融において、硫酸ナトリウムを最大40重量%使用するため、熔融処理物中に大量の硫化ナトリウムが含まれ、これを水溶解して得たタングステン酸ナトリウム水溶液には大量の硫化物イオンが含まれる虞がある。また、特許文献3の方法では、硫酸ナトリウムを大量に添加し(スクラップ重量の70質量%以上~100質量%以下)、このために大量に発生したNa2Sを酸化するために金属酸化物を大量に加えており、処理工程の負担が増し処理コストも嵩む。 In the methods of Patent Documents 1 and 2, sodium sulfate is used at a maximum of 40% by weight in the alkaline melting of the tungsten raw material using sodium hydroxide and sodium sulfate, so that a large amount of sodium sulfide is contained in the melting treatment product, and the aqueous sodium tungstate solution obtained by dissolving this in water may contain a large amount of sulfide ions. In addition, in the method of Patent Document 3, a large amount of sodium sulfate is added (70% by mass or more to 100% by mass or less of the scrap weight), and a large amount of metal oxide is added to oxidize the large amount of Na 2 S generated as a result, which increases the burden of the treatment process and the treatment cost.
一方、本発明の製造方法では、硫酸ナトリウムの使用量はNa/Wモル比およびNa/Wモル比によって制御されるので、加熱熔融によって得られる熔融処理物には硫化ナトリウムなどが殆ど含まれておらず、硫化物イオンを殆ど含まないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができる。 On the other hand, in the manufacturing method of the present invention, the amount of sodium sulfate used is controlled by the Na/W molar ratio and the Na/W molar ratio, so the melt-processed product obtained by heating and melting contains almost no sodium sulfide, etc., and an aqueous sodium tungstate solution containing almost no sulfide ions can be obtained.
さらに、タングステン酸ナトリウム水溶液の酸化還元電位の測定によって硫化物イオンが発生しないように硫黄量を制御することができ、特許文献3の方法のような高コストの金属酸化物を用いる必要がない。また、本発明の方法では各処理段階において硫化物イオンが殆ど発生しないので、突発的な硫化水素ガスの発生が起こらず、処理プロセスの安全性が高く、高度な臭気対策や排ガス設備などの保安設備も削減することができる。 Furthermore, by measuring the oxidation-reduction potential of the sodium tungstate aqueous solution, the amount of sulfur can be controlled so that sulfide ions are not generated, and there is no need to use expensive metal oxides as in the method of Patent Document 3. In addition, since the method of the present invention generates almost no sulfide ions at each treatment stage, there is no sudden generation of hydrogen sulfide gas, making the treatment process safer and reducing the need for advanced safety equipment such as odor control and exhaust gas facilities.
タングステン原料がニオブなどを含む場合、特許文献1、2のアルカリ熔融では、ニオブは水に可溶なナトリウム塩を生成するので、熔融生成物からニオブとタングステンを選択的に分離することはできない。また、特許文献3の方法で用いる金属酸化物(酸化鉄など)は過剰に生成した硫化ナトリウムを酸化するためであり、しかも酸化鉄ではニオブを不溶化することができない。 When the tungsten raw material contains niobium, the alkali fusion of Patent Documents 1 and 2 produces sodium salts that are soluble in water, so niobium and tungsten cannot be selectively separated from the fusion product. In addition, the metal oxide (iron oxide, etc.) used in the method of Patent Document 3 is used to oxidize the excess sodium sulfide produced, and iron oxide cannot make niobium insoluble.
一方、本発明の方法では、ニオブを含むタングステン原料の加熱熔融において、Na/Wモル比およびNa/Wモル比を制御して硫化ナトリウム等の生成を抑制し、さらに金属鉄ないし硫酸鉄を共存させることによってニオブ安定固相を生成させ、熔融処理物の水溶解時にニオブの溶解を抑制することができるので、硫化物イオンと共にニオブ酸イオンを殆ど含まないタングステン酸ナトリウム水溶液を回収することができる。 On the other hand, in the method of the present invention, when a tungsten raw material containing niobium is heated and melted, the Na/W molar ratio and Na/W molar ratio are controlled to suppress the production of sodium sulfide, etc., and furthermore, a stable niobium solid phase is generated by allowing metallic iron or iron sulfate to coexist, and the dissolution of niobium can be suppressed when the melted product is dissolved in water, so that an aqueous sodium tungstate solution containing almost no niobate ions can be recovered along with sulfide ions.
本発明の製造方法によれば、硫化物イオンやニオブ酸イオンなどの不純物を殆ど含まないタングステン酸ナトリウム水溶液を得ることができる。また、タングステン精製工程によって不純物濃度の低いタングステン化学種、例えばパラタングステン酸アンモニウムを回収することができ、高純度のタングステン製品を得ることができる。タングステン精製工程では例えばイオン交換処理や溶媒抽出処理などが適用されるが、不純物濃度が高いタングステン酸ナトリウム水溶液を使用すると、イオン交換樹脂や有機溶媒などが不純物によって汚染され劣化する虞があるが、本発明の方法によって製造したタングステン酸ナトリウムではこのような汚染や劣化を避けることができ、精製設備の保護やランニングコストの低減を図ることができる。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain an aqueous solution of sodium tungstate that contains almost no impurities such as sulfide ions and niobate ions. In addition, the tungsten refining process can recover tungsten species with low impurity concentrations, such as ammonium paratungstate, and a high-purity tungsten product can be obtained. In the tungsten refining process, for example, ion exchange processing or solvent extraction processing is applied, and when an aqueous solution of sodium tungstate with a high impurity concentration is used, there is a risk that the ion exchange resin or organic solvent may be contaminated and deteriorated by the impurities. However, with the sodium tungstate manufactured by the method of the present invention, such contamination and deterioration can be avoided, and it is possible to protect the refining equipment and reduce running costs.
以下、本発明の実施例を比較例と共に示す。
〔実施例1〕
ニオブを含むタングステン原料として、ニオブ0.6質量%およびタングステン89質量%を含む超硬工具スクラップを用いた。このタングステン原料約50gを反応容器に入れ、該タングステン原料の重量に対して2.0質量%の鉄量となる金属鉄粉末を加え、さらに該タングステン原料のタングステン量に対してNa/Wモル比が2.5、3.0、3.5、4.0になり、S/Wモル比が0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5になるように、水酸化ナトリウムおよび硫酸ナトリウムからなるナトリウム塩原料を加えた。
上記タングステン原料と上記ナトリウム塩原料および上記金属鉄粉末を加えた反応容器を850℃に加熱して5時間保持した後に自然冷却した。降温後に反応容器内の熔融処理物を取り出して、タングステン原料中のタングステン量に対して4倍量の純水を用いて懸濁(1次水溶解)させて、1次水溶解スラリーとした。この1次水溶解スラリーを1時間混合撹拌して酸化還元電位(ORP:mV vs.Ag/AgCl)を測定した後、1.0μmのメンブレンフィルターを用いて濾過し、1次回収液と1次脱水残渣を得た。
さらに、1次水溶解時に用いた水量と等量の純水を用いて1次脱水残渣を再度懸濁させて2次水溶解スラリーとした。この2次水溶解スラリーを1時間混合撹拌した後、1.0μmのメンブレンフィルターで濾過し、2次回収液と2次脱水残渣を得た。2次脱水残渣はさらに105℃で24時間乾燥させて乾燥残渣とし、乾燥残渣中に未熔融反応のタングステン原料が含まれる場合は篩分けにより選別して固体残渣として回収した。固体残渣を回収した後の乾燥残渣は粉末残渣として回収した。1次回収液、2次回収液はICP-AESにより溶存元素濃度を測定した。固体残渣、粉末残渣は化学分析処理(硝酸塩によるアルカリ全溶解後にICP-AES)により含有元素濃度を測定した。また、W回収率を求めた。W回収率は下記式の百分率として算出した。この結果を表1に示した。
W回収率=(1次回収液と2次回収液中のW量)/(1次回収液と2次回収液と固体残渣と粉末残渣中の全W量)
Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.
Example 1
As the tungsten raw material containing niobium, cemented carbide tool scrap containing 0.6 mass% niobium and 89 mass% tungsten was used. About 50 g of this tungsten raw material was placed in a reaction vessel, metallic iron powder was added so that the amount of iron was 2.0 mass% relative to the weight of the tungsten raw material, and sodium salt raw materials consisting of sodium hydroxide and sodium sulfate were added so that the Na/W molar ratios were 2.5, 3.0, 3.5, and 4.0 and the S/W molar ratios were 0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, and 0.5 relative to the amount of tungsten in the tungsten raw material.
The reaction vessel containing the tungsten raw material, the sodium salt raw material, and the metallic iron powder was heated to 850° C. and held for 5 hours, and then naturally cooled. After cooling, the melted product in the reaction vessel was removed and suspended (primary water dissolution) in pure water in an amount four times the amount of tungsten in the tungsten raw material to obtain a primary water-dissolved slurry. This primary water-dissolved slurry was mixed and stirred for 1 hour to measure the oxidation-reduction potential (ORP: mV vs. Ag/AgCl), and then filtered using a 1.0 μm membrane filter to obtain a primary recovery liquid and a primary dehydration residue.
Furthermore, the primary dehydrated residue was suspended again using the same amount of pure water as that used in the primary water dissolution to obtain a secondary water-dissolved slurry. This secondary water-dissolved slurry was mixed and stirred for 1 hour, and then filtered through a 1.0 μm membrane filter to obtain a secondary recovery liquid and a secondary dehydrated residue. The secondary dehydrated residue was further dried at 105° C. for 24 hours to obtain a dry residue, and if the dry residue contained unmelted tungsten raw material, it was separated by sieving and recovered as a solid residue. The dry residue after the solid residue was recovered was recovered as a powder residue. The primary and secondary recovered liquids were measured for dissolved element concentration by ICP-AES. The solid and powder residues were measured for contained element concentration by chemical analysis (ICP-AES after total alkali dissolution by nitrate). The W recovery rate was also calculated. The W recovery rate was calculated as a percentage according to the following formula. The results are shown in Table 1.
W recovery rate=(W amount in the primary recovered liquid and the secondary recovered liquid)/(total W amount in the primary recovered liquid, the secondary recovered liquid, the solid residue, and the powder residue)
表1に示すように、S/W=0.05~0.3の範囲(No.2~No.5)、かつNa/W=3.0~4.0の範囲(No.B~No.D)は、何れも1次水溶解スラリーの酸化還元電位が-200mV(vs. Ag/AgCl)以上(-198mV以上)であり、硫化物イオンは含まれていない(S2-:0ppm)。さらに、W回収率は何れも90%以上である。なお、2次回収液についても硫化物イオンの濃度は全て0ppmであった。一方、上記条件を何れも満たさない試料(No.AのNo.1)はNa量やS量が不足し、W回収が68%と低い。また試料No.AのNo.6およびNo.7はS量が過剰であるため、上記酸化還元電位が-522mV以下であり、硫化物イオンが多い。 As shown in Table 1, in the range of S/W = 0.05 to 0.3 (No. 2 to No. 5) and Na/W = 3.0 to 4.0 (No. B to No. D), the oxidation-reduction potential of the primary water-dissolved slurry is -200 mV (vs. Ag/AgCl) or more (-198 mV or more) and does not contain sulfide ions (S 2- : 0 ppm). Furthermore, the W recovery rate is 90% or more. The sulfide ion concentration of the secondary recovered liquid was also 0 ppm in all cases. On the other hand, the sample that does not satisfy any of the above conditions (No. 1 of No. A) has insufficient amounts of Na and S, and the W recovery is low at 68%. Moreover, No. 6 and No. 7 of sample No. A have excessive amounts of S, so the oxidation-reduction potential is -522 mV or less and there are many sulfide ions.
なお、何れの試料においても、タングステン原料の重量に対して2.0質量%のFe量を満たすように金属鉄粉末を共存させて熔融反応させているので、Nb固定化率は94~95%であり、十分なNbの不溶化が達成された。Nb固定化率は下記式の百分率として求められる。
Nb固定率=(固体残渣と粉末残渣中のNb量)/(1次回収液と2次回収液と固体残渣と粉末残渣中の全Nb量)
In all samples, the tungsten raw material was melted and reacted with metallic iron powder so that the amount of Fe was 2.0 mass% relative to the weight of the tungsten raw material, so the Nb fixation rate was 94 to 95%, and sufficient insolubilization of Nb was achieved. The Nb fixation rate is calculated as a percentage using the following formula.
Nb fixation rate = (Nb amount in solid residue and powder residue) / (total Nb amount in primary recovered liquid, secondary recovered liquid, solid residue, and powder residue)
〔実施例2〕
ニオブを含むタングステン原料として、ニオブ0.7質量%およびタングステン85質量%を含む超硬工具スクラップを用いた。このタングステン原料約50gを反応容器に入れ、該タングステン原料の重量に対して2.0質量%の鉄量となる金属鉄粉末を加え、さらに該タングステン原料のタングステン量に対してNa/Wモル比が2.5、3.0、3.5、4.0になり、S/Wモル比が0.05、0.1、0.2、0.3、0.4になるように、水酸化ナトリウムおよび硫酸ナトリウムからなるナトリウム塩原料を加えた以外は実施例1と同様に処理した。この結果を表2に示す。
Example 2
As the tungsten raw material containing niobium, cemented carbide tool scrap containing 0.7 mass% niobium and 85 mass% tungsten was used. About 50 g of this tungsten raw material was placed in a reaction vessel, and metallic iron powder was added so that the iron content was 2.0 mass% relative to the weight of the tungsten raw material. Furthermore, sodium salt raw material consisting of sodium hydroxide and sodium sulfate was added so that the Na/W molar ratio was 2.5, 3.0, 3.5, and 4.0 relative to the tungsten content of the tungsten raw material, and the S/W molar ratio was 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, and 0.4, respectively. The treatment was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
表2に示すように、S/W=0.05~0.3の範囲(No.10~No.13)、かつNa/W=3.0~4.0の範囲(No.B~No.D)は、No.BのNo.13の試料を除き、1次水溶解スラリーの酸化還元電位が-200mV(vs. Ag/AgCl)以上(-187mV以上)であり、硫化物イオンは含まれていない(S2-:0ppm)。さらに、W回収率は何れも95%以上である。なお、2次回収液についても硫化物イオンの濃度は全て0ppmであった。一方、上記条件を何れも満たさない試料(No.AのNo.1)はNa量が不足し、W回収が90%未満である。また試料No.14はS量が過剰であるため、上記酸化還元電位が-582mV以下であり、硫化物イオンが多い。
なお、何れの試料においても、タングステン原料の重量に対して2.0質量%のFe量を満たすように金属鉄粉末を共存させて熔融反応させているので、Nb固定化率は93~95%であり、十分なNbの不溶化が達成された。
As shown in Table 2, in the range of S/W = 0.05 to 0.3 (No. 10 to No. 13) and Na/W = 3.0 to 4.0 (No. B to No. D), except for sample No. 13 of No. B, the oxidation-reduction potential of the primary water-dissolved slurry is -200 mV (vs. Ag/AgCl) or more (-187 mV or more) and does not contain sulfide ions (S 2- : 0 ppm). Furthermore, the W recovery rate is 95% or more. The sulfide ion concentration of the secondary recovered liquid was also 0 ppm in all cases. On the other hand, the sample (No. 1 of No. A) that does not satisfy any of the above conditions has a shortage of Na and a W recovery of less than 90%. Moreover, sample No. 14 has an excessive amount of S, so the oxidation-reduction potential is -582 mV or less and there is a lot of sulfide ions.
In addition, in all samples, the melting reaction was carried out in the presence of metallic iron powder so that the amount of Fe was 2.0 mass% relative to the weight of the tungsten raw material, so that the Nb fixation rate was 93 to 95%, and sufficient insolubilization of Nb was achieved.
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