一、概述
钨 元素由瑞典化学家舍勒(C.W.Scheele)于1781年从当时称为重石的 矿物 (现称 白钨矿 )中发现的,并以 瑞典文 tung(重)和sten(石头)的复合词tungsten命名这种新元素。1783年西班牙人德卢亚尔兄弟(F·de Elhuyar)从黑钨矿中制得氧化钨,并用碳还原为钨粉。
钨呈银白色,是 熔点 最高的 金属 ,熔点高达3400℃,居所有金属之首, 沸点 5555℃, 比重 (单晶钨)19.3,并具有高硬度、良好的高温强度和导电、传热性能,常温下化学性质稳定,耐腐蚀,不与 盐酸 或 硫酸 起作用。
钨在 冶金 和 金属材料 领域中属高熔点稀有金属或称难熔 稀有金属 。钨及其 合金 是现代工业、 国防 及高新技术应用中的极为重要的功能材料之一,广泛应用于 航天 、 原子能 、 船舶 、 汽车工业 、电气工业、 电子工业 、 化学工业 等诸多领域。特别是含钨高温合金主要应用于 燃气轮机 、 火箭 、 导弹 及 核反应堆 的部件,高比重钨基合金则用于反 坦克 和反 潜艇 的穿甲 弹头 。
钨 精矿 用于生产 金属钨 、 碳化钨 、钨合金及 化合物 。
二、钨矿原料特点
(1)钨的地球化学特性及其在地质作用的行为
钨是一种分布较广泛的元素,几乎遍见于各类 岩石 中,但含量较低。通过有关 地质作用 加以富集才能形成 矿床 作为商品矿石开采。钨在 地壳 中的平均含量为1.3×10-6,在 花岗岩 中含量平均为1.5×10-6。钨在 自然界 主要呈六价阳离子,其 离子半径 为0.68×10-10m。由于W6+离子半径小, 电价 高,具有强 极化 能力,易形成络阴离子,因此钨主要以络阴离子形式[WO4]2-,与溶液中的Fe2+、Mn2+、Ca2+等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿 沉淀 。黑钨矿 结晶 温度为320~240℃,白钨矿的结晶温度为300~200℃。
在表生作用中,由于含钨矿物较稳定,常形成砂矿。但在酸性条件下,含钨矿物可被分解,并以WO3形式溶于 地表水 中,在一定条件下形成某些钨的 次生矿物 。有时以矿物 微粒 或 离子 形式被 粘土 或铁锰氧化物吸附而集聚于 页岩 、泥质细砂岩及铁锰矿层中。
近年来在古老的 变质岩 系中发现有层控钨矿床和钨的 矿源层 ,说明在 变质作用 过程中,钨也能发生某种程度的富集。
(2)钨矿石矿物组成
钨的重要矿物均为钨酸盐。在 成矿作用 过程中能与[WO4]2-络阴离子结合的阳离子仅有几个,主要有Ca2+、Fe2+、Mn2+、Pb2+,其次为Cu2+、Zn2+、Al3+、Fe3+、Y3+等,因而矿物种类有限,目前在地壳中仅发现有20余种钨矿物和含钨矿物,即黑钨矿族: 钨锰矿 、 钨铁矿 、黑钨矿;白钨矿族:白钨矿(钙钨矿)、钼白钨矿、铜白钨矿;钨华类矿物: 钨华 、水钨华、高铁钨华、钇钨华、铜钨华、水钨铝矿;不常见的钨矿物:钨铅矿、斜钨铅矿、钼钨铅矿、钨锌矿、钨铋矿、锑钨烧绿石、钛钇钍矿(含钨)、硫钨矿等。
尽管已发现的钨矿物和含钨矿物有20余种,但其中具有开采经济价值的只有黑钨矿和白钨矿。黑钨矿(Fe、Mn)WO4,含WO3 76%;白钨矿CaWO4,含WO3 80.6%。
(3)我国选冶钨矿物原料与国外不同
国外长期以来开发的钨矿,主要是白钨矿,占总生产能力的60%。而我国尽管白钨矿已探明储量376万t,占全国钨矿总储量的71%,但由于一些大型、超大型钨多金属矿床的矿石物质成分复杂,嵌布 粒度 细,选冶技术尚未彻底解决,因而现阶段开采仍以石英脉型黑钨矿为主,占全国采出矿量的90%。
三、矿石工业要求
钨 矿产 工业要求(或称矿产工业要求),包括矿床 边界品位 (WO3%)、 工业品位 (WO3%)、可采厚度(m)和夹石剔除 厚度 (m)。
钨矿床伴生有益组分通常有 锡 、 钼 、 铋 、 铜 、 铅 、 锌 、 锑 、 金 、 银 、 钴 、 铍 、 锂 、 铌 、 钽 、 稀土 、 硫 、 磷 、 砷 、压电水晶、熔炼水晶、 萤石 等。其中,硫、磷、砷、钼、 钙 、 锰 、铜、锡、 硅 、 铁 、锑、铋、铅、锌等对钨的 冶炼 工艺和钨制品为有害杂质,对各类钨精矿产品所含的这些有害杂质,国家已制定 行业标准 ,即GB2825-81。因此,这些有害组分,要经过选冶技术途径富集综合回收,变害为益,变废为宝,综合利用。
四、矿业简史
从1783年西班牙首次用炭从黑钨矿中提取了金属钨至今有200余年的钨矿开发、冶炼、加工历史。
中国 对世界钨业发展作出了举世瞩目的贡献。我国钨矿于1907年发现于江西省大余县西华山,钨矿开采始于1915~1916年(据《中国矿床发现史·江西卷》,1996年)。此后在南岭地区相继发现不少钨矿区,生产不断扩大,至第一次世界大战末期,钨精矿产量达到万吨,跃居世界钨精矿产量首位,至今仍居世界第1位。
我国钨矿资源丰富。开发钨矿地质调查工作,由翁文灏先生创始于1916年,尔后在河北、 江西 、广东、广西等省(区)分别做了一些探测工作。20世纪三四十年代,对赣、湘、粤、桂、滇等省(区)的一些钨矿床进行了较系统的 地质 调查,特别是对赣南地区的钨矿,先后有燕春台、查宗禄、周道隆、徐克勤、丁毅、张兆瑾、马振图等地质学家做了颇有成就的地质调查研究。其中,徐克勤、丁毅所著《江西南部钨矿地质志》(1943),对赣南几十年钨矿床分别作了系统的论述,堪称我国第一部钨矿地质专著。这些地质前辈的工作成果,不仅为后来地质勘探工作奠定了基础,而且也为当时开采赣南钨矿提供了重要依据。
1935年江西省成立了资源委员会钨业管理处,统一价格,收购钨砂。1938年 西华山 建立矿场,投资经营东西大巷,进行坑采。抗战胜利后改为资源委员会第一特种矿产管理处西华山工程处。据不完全统计,西华山钨矿至新中国成立前,共采出钨砂近5万t。1937年成立大吉山钨矿工程处,收回民窿开凿第九中段,开始国营生产。
在30~40年代,不仅发现了大量黑钨矿,而且白钨矿也有陆续发现。资源委员会矿产测勘处金耀华、杨博泉于1943年对云南省文山县老君山地区进行矿产地质调查时,首次发现接触交代型白钨矿床(夕卡岩型白钨矿床),著有《云南文山老君山白钨矿床之成因及其意义》论文(地质论评,1943,№.Ⅷ)。1947年徐克勤又在 湖南省 宜章瑶岗仙和尚滩发现了白钨矿床,并写专文报道。
新中国成立后,为振兴钨业,在五六十年代开展了前所未有的大规模钨矿 地质普查 和 勘探 工作。由原重工业部、冶金部、地质部所属地质勘探部门,迅速地对赣、湘、粤以及闽、桂、滇等省区的钨矿开展全面普查勘探工作,在第一个五年计划期间(1953~1957年),为赣南西华山、大吉山、岿美山、盘古山等“四大名山”黑钨矿床作为重点 矿山 建设项目以及在湘南、粤北、桂东北等地区的钨矿建设矿山,提供了可靠的地质成果,作为采选设计的依据。60~80年代,为保矿山、保建设和钨业持续发展,继续进行了大量地质勘查工作,在华南和西北甘肃等地又发现并探明了一批大型、超大型钨矿,为中国钨业可持续发展,准备了充足的矿产资源。
在大量地质勘探工作基础上,从50~70年代建成了原中央直属企业的矿山有20多座和一大批地方国营的中小型矿山,到80年代以来,国营钨矿山形成生产矿石总能力达870万t。年产钨精矿4~5万t(WO3含量)。
五、资源状况
钨矿是我国的优势矿产资源 。现已发现并探明有 储量 的矿区252处,累计探明储量(WO3,下同)637.5万t,其中A+B+C级储量232万t,占36.4%。截至1996年底,钨矿 保有储量 为529.08万t,其中A+B+C级储量228.11万t,占43.1%。
中国钨矿资源丰富,著称世界,其储量在世界排位,以中国表内A+B+C级储量同世界储量基础相比居世界第1位。第2位 加拿大 (储量基础49.3万t)、第3位 俄罗斯 (储量基础35.5万t)。中国钨矿不仅储量居世界第一,而且 产量 和出口量长期以来也居世界第一,因而被称誉为“世界三个第一”。
六、储量分布