高纯六氯化钨制备可研报告.docx
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高纯六氯化钨制备可研报告
一、前言
######科技有限公司是新成立的以科研和贸易并举的小型经济实体，公司宗旨是除了经营贸易外，拟定依靠自己实力在革命老区开发几种###省内乃至国内没有的科技含量高的精细新产品：
WCl6和MoS2，考虑到上述两种产品的生产纯属火法工艺，规模小，流程短等因素，在编写项目建议书时合并一起作些介绍。
二、项目提要
1．项目内容：
在原有的试验基础上，两种产品的继续试验研究阶段2013.12—2014.6月已完成。
1）六氯化钨WCl6的小型试验已研究成功，在无任何有害氯气泄漏的条件下，每台设备24小时能达到10公斤合格产品，现准备建年产50吨WCl6的中型生产基地。
2）人工合成超细二硫化钼固体润滑材料的技术难度较大，据查国内目前还没有一家按我们的技术方案廉价生产高纯MoS2的单位。
我们经过一年多时间的科学试验，终于找到了两种生产方法：
硫与金属钼粉的液——固合成法和三氧化钼与硫磺的气相合成法。
MoS2小型实验所得产品，其纯度平均达到了99.57%。
最近已把样品送长沙有关单位检测磨擦润滑系数，这一重要技术指标已达到国家需要的标准，我们就决定尽快投入生产。
3）俗称润滑之王的二硫化钨WS2更是一种优质的固体润滑材料，某些技术参数超过了二硫化钼，但它的价格超出了二硫化钼40%左右，故主要只用于特殊设备的润滑剂。
WS2在上世纪90年代末期我们就已研究成功，并在长沙市岳麓山大学科技园投入生产。
我们初步拟定，若铜鼓的产业政策比长沙优越，就准备把在长沙的WS2生产线迁来铜鼓并入###科技实业有限公司合资经营上述三种高产值、高效益、高技术含量的精细深加工冶金产品。
4）在完善上述两种精细、高产值、高效益、高技术含量的产品投产后，再根据市场需求，外购氧化镍（碳酸镍）、氧化钴（碳酸钴），深加工成超细的金属镍、钴粉。
规格大小根据市场需求再定，此为第二期工程。
2．生产规模：
六氯化钨WCl6年产50吨
二硫化钼MoS2年产150吨（未包气相合成粒度小于0.5um的高纯MoS25吨，此为第二期工程）
3．项目建设单位：
###铜鼓县###科技实业有限公司
法人代表：
王回生
技术负责人：
周良益
项目负责人：
胡中海
4．建设地点：
铜鼓县三都镇工业园
5．投资规模及资金构成：
总投资：
443.9万元；
固定资产投资343.9万元，其中土建投资204.9万元，设备投资109万元；
6．资金筹措：
1）公司自筹243.9万元；
2）申请银行贷款200万元；
3）申请流动资金贷款100万元。
7．主要技术经济指标
1）达标后年产六氯化钨50吨，二硫化钼150吨；
2）年销售收入4750万元；
3）年总成本：
3397.01万元；
4）年税金总额633.42万元（其中增值税及附加279万元，所得税354.42万元）；
5）税前总利润1073.99万元；
6）投资净利润率=税后净利润/总投资×100%=719.57/443.9×100%=162.10%；
7）安排就业人员30人。
三、市场分析
1．六氯化钨
金属钨或碳化钨WC和钨铁在高温下与干燥的氯气作用或将二氯化硫S2Cl2，四氯化碳CCl4，氯氧化碳COCl等与钨粉或三氧化钨WO3作用均能生成一系列的氯化物和氯氧化物，如WCl6、WCl5、WCl4、WCl2、WOCl4、WO2Cl2、WOCl2。
它们的性质各异，在工业上具有重要意义的是六氯化钨WCl6，它是一种高纯、高效、无三废的钨精细深加工产品。
WCl6是最近几年来才发现在医药、农药制造方面具有新的用途；其次氢气在一定条件下还原WCl6蒸气可制取超微金属钨粉和薄板状钨，这种超微金属粉甚至小于0.05微米亦无自燃性，这是由该法制取的超微钨粉表面光滑无毛刺的缘故。
这就为深加工超强、超硬碳化钨硬质合金创造了加工条件。
另外据报道，用WCl6氢气还原法即化学气相沉积法沉积钨，用于核反应堆覆盖钨粉和集成电路的生产过程等。
虽然它的生产只能以小型化进行，每日每台设备的产量也只能以公斤计算，但对钨而言，可获得较大增值，是其它钨产品无法相比的。
其次，虽然目前市场需求尚有限，但预计随着用户及国内外市场的扩大，今后会有较大的发展前途。
2．二硫化钼
二硫化钼是一种钢灰色光泽的黑色粉末，对金属、塑料具有粘连性的附着能力，它的相对密度4.80，熔点1185℃，属六方晶系结晶，一般情况下磨擦系数为0.05-0.09。
化学稳定性和热稳定性好，不溶于水、稀酸和冷的浓硫酸，在其它酸、碱、石油、合成润滑剂中不溶解，与各种金属表面均不产生化学反应。
二硫化钼特别是人工合成的高纯二硫化钼是一种新型钼的深加工产品。
它的最重要用途是作为固体润滑材料。
它的理化性能与被誉为“润滑之王”的二硫化钨类似。
在低温、高温、高压、高真空、高转速、有辐射线以及有腐蚀性介质的苛刻条件下对设备有优异的润滑性能。
添加在润滑油、润滑脂、聚四氟乙烯、石腊、硬脂酸中可以大大提高润滑性能和降低磨擦系数。
随着科学技术的发展，特别是在军工用各种高温、高压、高运转机械设备和设施的迅猛发展，使高纯度、超细颗粒的二硫化钼MOS2具有广阔的发展前景。
由于二硫化钼MOS2是一种高级润滑材料，其性能与二硫化钨WS2相似。
但由于WS2的相对密度比MOS2几乎高出一倍，其价格又比WS2高40%以上。
因此，在世界各国MOS2销售量比WS2大得多，在我国WS2的年消耗量仅为50吨左右，而MOS2的年消耗量不少于3000吨。
在此，特别值得指出的是目前我国使用的MOS2全部是用天然产硫化钼精矿，经氢氟酸HF、盐酸HCL处理除去硅、铁、钙杂质后的矿产MOS2。
因此其纯度最高不会超过98%MOS2，而且产品中含有未洗净的酸，对被润滑的设备造成腐蚀。
为此，目前我国对各种高档设备，特别是军工设备和设施中所用纯度99.5%，颗粒细（＜0.5微米）的MOS2据说大都靠进口解决。
还要指出的是，人工合成二硫化钼的技术难度较大，我国上海、辽宁本溪虽有合成MOS2产品的报道，但工艺落后，产量有限。
我们通过长时间的实验，筛选出了最先进的简单工艺，生产出优质的二硫化钼合成品，以满足国内特殊部门的特殊需要。
四、冶炼工艺
1．生产规模、产品方案、质量标准
1）生产规模、产品方案
A．六氯化钨WCl6：
50吨/年。
B．人工合成二硫化钼MOS2：
粒度0.Xum150吨/年；粒度0.0Xum5吨/年，推移至第二期工程。
2）性状和质量标准
A．六氯化钨性状和质量标准：
外观暗紫色晶体，熔点275-281.5℃，沸点346.7-348℃，密度3.52克/cm3，属六方晶系，易水解成WOOCl2，易溶于二硫化碳CS2、酒精、四氯化碳等有机溶剂。
在高温下与氢H2气作用变成各级低价氯化物，直至还原成超细金属钨粉。
六氯化钨在工业上的应用是最近几年才发展起来的，物理性能和化学纯度目前尚无国家标准，但可以肯定其化学纯度是很高的，所用原料金属钨粉是由0级APT（仲钨酸铵）氢气还原产品，本身纯度极高，18种杂质元素的总含量≤0.0277，其纯度可达到99.97%；而氯气是液氯气化产品，两者均不会带入有害杂质。
从我们所得产品的分析结果来看，其WCl6的含量已达到99.8%以上。
B．二硫化钼性状和质量标准：
钢灰色粉末，相对密度4.8克/厘米3，熔点1185℃，属六方系结晶，一般情况下磨擦系数为0.05-0.09，不溶于水，稀酸和冷的浓硫酸，在其它酸、碱、溶剂、石油、合成润滑剂中不溶解，与各种金属表面不产生化学反应。
人工合成二硫化钼润滑剂在我国目前基本上还是空白，因此尚无质量标准可查，但可以肯定的是它的纯度普遍可以达到99.8%以上，因合成过程所用的是高纯金属钼粉和升华硫。
用户对MOS2最重视的是它的粒度粗细。
颗粒越细，越受客户欢迎，其价格也越高。
表1所列是用天然产辉钼矿经细磨、精选、酸洗后的二硫化钼专业标准。
表1：
专业标准ZBG12022-90
指标名称
指标
一等品
合格品
二硫化钼（MOS2）%≥
98.0
96.0
水分%≤
0.50
0.50
总不溶物%≤
1.50
2.50
铁含量%≤
0.30
0.70
细度
1号≤1.5um%≥
80
80
2号≤2.5mm%≥
90
90
3号≤5um%≥
90
90
4号≤10um%≥
90
90
可见，人工合成法生成的MOS2其纯度比专业标准高，粒度更比专业标准细。
2．六氯化钨、二硫化钼生产工艺
1）六氯化钨生产工艺
如前所述，钨的氯化物包括氧氯化钨在内有7种之多，与冶金过程密切相关的钨氯化物性质如下：
WCl6、WCl5两种高价氯化钨的沸点低，分别为348℃和288℃，蒸气压大，因而在高温下制备这些化合物时，它们均以气体形态产出，进入低温段后再冷凝成结晶体。
钨的低价氯化物不稳定，除WCl6外，其它的氯化钨在一定温度下歧化，不可能以单一的氯化物存在，而是两种以上的氯化物产出。
钨的氯化物都容易水解，因此钨的氯化物WCl6必须在无水汽的惰性气体（如氩气）保护下才能生产、储存或运输。
钨氯化物的上述性质，决定了生产过程的许多特殊性。
为了简化生产工艺，我们排除了其它的氯化剂，而是直接用氯气把金属钨粉置入石英玻璃器皿内加温氯化。
由生产设备流程图1可知，液氯瓶中液氯气化后，经瓶上的总阀再通过串入的自动负压，微调阀把氯气送入装有U形压力计的缓冲罐→液体鼓泡瓶→两个装有分子筛特效干燥剂的干燥塔（柱）→石英玻璃的横式加热氯化炉→气态六氯化钨冷凝结晶进入产品收集瓶内→第一台氯化炉内的过剩氯气不需处理进入第二台氯化炉（设备流程图中未绘出第二台氯化炉）。
以保证氯气的充分利用，也可消除未用完的氯气外泄。
设备流程中配置的两个串联的装有特效干燥剂的干燥柱（塔），这是生产WCl6的关系设备之一，它的用途是把氯气中的水汽全部吸收，得到彻底干燥。
否则得不到单一的WCl6产品。
干燥后的氯气最后进入用可控硅精确控温的电阻炉内的横式置入的石英管中，氯气进入管内之前金属钨粉在管内已加温到650-800℃，然后再送入氯气。
必须指出的是，在炉子升温和送入氯气之前，全系统已充满了惰性气体氩Ar，这也是保证产品中不含氯氧化钨的重要措施。
试验和生产时金属钨粉定期加到石英管内的高温区，达到所需温度后，再送入氯气，两者便会在管内发生反应生成WCl6。
由于它的沸点低点，产品以暗棕色蒸气形态在管子的末端凝结成暗紫色结晶进入收集容器内。
视收集器内产品的填充度，在暂停进氯的瞬间更换新的以磨口连接的收集器。
金属钨粉也是以这种形式从管子的末端用专制的铲子迅速加入的。
这样的操作工艺是否合理，还需进一步通过试验研究加以完善（如采用连续加料的高效氯化炉）。
在生产的过程中，拟定的WCl6的日产量为每台炉子为30公斤左右，生产中要用多台氯化炉，根据国内外市场需求，年产量可以逐步扩大到50吨，年生产日按300天计算，平均每天要生产167公斤，则需采用6台氯化炉，炉子的大小受石英玻璃器材大小的限制。
按目前的加工技术最大的石英玻璃管直径只能达到Φ250mm。
因此每台氯化炉的产量最大不会超过30公斤/天，可见WCl6的生产只能在实验室型的小的设备内进行，这是它的生产特点。
2）人工合成二硫化钼MOS2生产工艺
二硫化钼的生产方法有两种，一种是把天然辉钼矿（MOS2）经精选、酸、碱浸取提纯法和人工合成法。
前者因纯度只能达到98%左右，不适应现代技术的要求，故在此不作介绍。
现仅介绍其纯度可达到99.5%以上的MOS2的合成法。
①四硫代钼酸铵法
目前采用的人工合成法是所谓四硫代钼酸铵（NH4）2MOS4法，该法的首要条件是要制出四硫代钼酸铵，市场上没有这种商品，因为它只存在于含氨水的溶液中，如果用钼精矿作原料来加工出四硫代钼酸铵，则生产流程很长，要11道生产工序，既要火法，又要湿法，投资大，环境污染严重，这种方法将被淘汰。
据报道，我国辽宁省本溪润滑材料厂和上海胶东
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