Producción de Polvo de Metal de Tungsteno
La fabricación de polvo de metal de tungsteno es un paso crucial en la producción de metal y aleación de tungsteno, ya que las propiedades del polvo afectan significativamente las propiedades en operaciones posteriores, tales como prensado, sinterización y trabajo de metales. Entre el 70 y el 80% del tungsteno en todo el mundo se produce a través de la metalurgia de los polvos y, por lo tanto, pasa por esta etapa importante. En el pasado, los avances en la tecnología de polvo han contribuido en gran medida al desarrollo de tungsteno y sus aleaciones, así como el alto nivel actual de calidad del producto. Los grados de polvo están hechos a medida para las aplicaciones posteriores, y la industria de los polvos se enfrenta a un mercado competitivo donde el estricto cumplimiento de demandas exigentes es una parte importante del éxito empresarial.
El polvo se caracteriza por sus características químicas (pureza), físicas (tamaño de grano, distribución de tamaños, forma, aglomeración, etc.) y las propiedades tecnológicas (fluidez, densidad de compactación, etc.) influenciadas por el proceso de producción y Que puede ser controlada -en cierta medida- por los parámetros del proceso.
Hoy en día, la producción de polvo de metal de tungsteno se logra casi exclusivamente por la reducción de hidrógeno de óxidos de tungsteno de alta pureza. La reducción de los óxidos por carbono, común en los primeros años de la producción de metal, se utiliza actualmente sólo para la producción de carburo de tungsteno (carburación directa). La reducción de hidrógeno de los haluros de tungsteno (proceso Axel Johnson) no se ha establecido a gran escala.
Los materiales de partida comunes son trióxido de tungsteno (WO3) y óxido de azul de tungsteno (WO3-X), siendo este último el material más utilizado. El ácido tungstico (H2WO4) se usa solo para grados de metal seleccionados.
En principio, el APT también puede reducirse directamente sin ninguna etapa previa de calcinación. La desventaja de la reducción directa es la formación de amoníaco que tiene que ser fregado, pero una cierta cantidad de amoniaco se agrieta y diluye el hidrógeno por nitrógeno. En consecuencia, de vez en cuando, una parte del hidrógeno circulante contaminado debe ventilarse, aumentando así los costos.
La reducción se lleva a cabo en hornos de empuje en los que el polvo pasa a través del horno en embarcaciones o en hornos rotatorios (véase más adelante). Los hornos de vigas para caminar o hornos con transportadores de cinta internos son menos utilizados. Los reactores de lecho fluidizado todavía no están en uso comercial, excepto para la producción de precursores en polvo nanofase W o WC / Co. Los hornos disponen de varias zonas de temperatura controladas entre 600 y 1100 ° C. Se utiliza un gran exceso de hidrógeno, que se recicla al horno después de la purificación. El flujo de hidrógeno suele estar en una dirección a contracorriente, más raramente concurrente. El hidrógeno actúa no sólo como un agente reductor sino que también lleva el agua formada.
La reducción de óxidos de tungsteno por hidrógeno a tungsteno metálico es, en cierto modo, un proceso único. Ofrece la posibilidad de producir polvo de tungsteno de cualquier tamaño de grano medio deseado entre 0,1 y 10 μm (y, en el caso de óxidos dopados, incluso hasta 100 μm), partiendo del mismo precursor de óxido. Las partículas de tungsteno individuales se forman durante la reducción como resultado del transporte de vapor químico del tungsteno (proceso de vaporización / deposición), que es responsable de las características finales del polvo.
Al cambiar los parámetros de reducción, se pueden regular características de polvo tales como el tamaño medio de grano, la distribución de tamaño de grano, etc. La temperatura y la humedad (es decir, la presión parcial del vapor de agua predominante durante la reducción) son los dos parámetros principales en la dirección del tamaño medio de grano del polvo W, estando este último relacionado con un número de óxidos y variables relacionadas con el proceso como se indica en la Fig. 5.19 y discutido brevemente a continuación. La razón de la fuerte influencia de la humedad sobre el tamaño del grano en polvo se origina en la fuerte dependencia de la humedad en la velocidad de nucleación de la fase metálica y en la alta movilidad del tungsteno debido a la presencia de un compuesto volátil de tungsteno (WO2 ]). Cuanto menor sea la humedad, mayor será la velocidad de nucleación (bajo condiciones isotérmicas) y menor será el tamaño del grano.
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