作者信息
何玉（Yu He）（江西理工大学赣南实验室硕士研究生）。
赵宝军（Baojun Zhao），江西理工大学赣南实验室
廖金发（Jinfa Liao），江西理工大学冶金工程学院
谢岁（Sui Xie），江西理工大学赣南实验室
论文全文：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.02.349
1、背景介绍
钨酸钠基功能陶瓷，凭借优异的热稳定性和介电性能，在微波陶瓷、固态电解质等前沿领域展现出不可替代的应用潜力，已成为先进电子与能源材料体系的重要组成部分。火法冶炼技术为绿色提取钨提供了一条新路径，但白钨矿冶炼过程中元素在盐相与炉渣相间的分配行为尚不明确，导致难以精准调控钨酸钠的纯度与组成，制约了后续陶瓷材料的性能优化。因此，深入研究火法冶炼关键参数对元素分配的影响，建立盐相组成与杂质分离的精准调控方法，已成为突破钨资源高效提取瓶颈的迫切课题。
2、文章亮点
本研究基于溶解度间隙原理以及盐相与渣相之间的密度差异，实现了钨酸钠盐相与硅酸盐渣相的自发分层，系统揭示了碱矿比、硅矿比、熔炼温度及反应时间等因素对元素分配与钨直收率的影响规律，实现了杂质定向脱除率超97%与钨酸钠盐纯度的优化，为低品位白钨矿的绿色高效提取及高品质钨酸钠盐的制备提供了全新的技术路径。
图1 实验流程图
研究对比了熔盐的物相组成与化学成分，并分析了其来源与工艺效果。所有特征衍射峰均归属于Na₂WO₄和NaF晶相，未检出其他杂晶相，与化学成分分析结果一致。熔盐中W、Na、F主要来源于白钨矿与Na₂CO3的反应以及CaF2的置换转化。随着工艺参数的优化，该高温熔炼法可从以Si、Al、Ca为主要脉石的复杂白钨精矿中选择性高效提取有价元素W及部分F，并将其分别富集于两种性质差异显著、易于物理分离的产物相中：一是以Na2WO4和NaF为主的结晶熔盐（WO₃含量58.4~65.4 wt%），二是溶解绝大多数杂质的硅酸盐玻璃态熔炼渣。该结果直观验证了高温熔炼法处理复杂共生钨矿资源的可行性。
图2 熔炼渣与钨酸钠表征
（a）淬冷后的熔炼渣形貌；(b)熔炼渣高温XRD解析；（c）钨酸钠的XRD解析
研究对比了固定熔炼温度与SiO2/Ore质量比条件下，Na2O/Ore质量比对WO3直收率及各元素分布的影响。随着Na2O/Ore质量比的变化，各指标呈现复杂规律。当Na2O/Ore质量比处于最优区间0.53～0.55时，熔盐中WO3含量达到最大化、SiO2含量最小化，此时WO3直收率最高；而偏离此区间时，WO3·含量下降或杂质含量上升。提高Na2O/Ore质量比有助于降低熔盐中CaO与F元素的含量，但会使熔炼渣中Na2O含量增加、相对质量升高。该结果直观证明了通过精准调控Na2O/Ore质量比，可有效平衡熔盐产物纯度与钨回收效率，在实际应用中可根据熔盐的用途选择合适的比例。
图3 Na2O/Ore对钨直收率的影响与元素分配特征
SiO2/Ore质量比是调控熔炼渣性能、影响钨元素提取热力学与动力学过程的关键工艺参数。实验表明，最佳配比约为0.35，此时WO3直收率达88.0%。偏离该优值将引发不同的负面效应：SiO2不足时，易导致难熔固相生成而裹挟钨酸盐；SiO2过量时，可提升熔盐纯度，但因CaWO4的稳定性增强而降低钨回收率，并导致渣量增大。在钨酸盐熔体中，F⁻易取代O⟡⁻进入熔盐结构；而在硅酸盐熔炼渣中，F⁻可作为网络修饰体，有效降低炉渣黏度与液相线温度。F作为助熔有利于改善炉渣流动性，同时也解释了其优先富集于熔炼渣的原因，尤其在高SiO2/Ore质量比、发达的硅酸盐网络的条件下作用更为显著。
图4 SiO2/Ore对钨直收率的影响与元素分配特征
温度对WO3直收率及元素分布呈现双重影响。随着温度从1100 °C升高至1300 °C，WO3直收率从88.1%下降至86.1%，渣中WO3含量由3.6 wt%升至4.2 wt%，高温增大了钨在渣相的溶解度。而随着温度的增大，钨酸钠中WO3含量随之增大，Na₂O、CaO及SiO₂等杂质含量降低，这是由于杂质向硅酸盐渣相的迁移增强，盐相与炉渣相的比例也随之减小。F在渣/盐两相中的分配比例对温度不敏感。
图5 熔炼温度对钨直收率的影响与元素分配特征
解析了Na2O-WO3-(CaO+SiO2+Al2O3)的盐渣高效分离的成分窗口。熔盐与熔炼渣之间的组成差异主要取决于Na2O浓度。Na2O浓度越低，两相组成差距越大，越有利于获得高纯度钨酸钠产物，并实现熔盐与熔炼渣的高效分离。体系需保证最低限度的Na2O添加量，以实现白钨矿的完全分解。低熔点的Na2O可有效降低熔炼渣的液相线温度，保证熔炼过程中炉渣能够完全熔融。
图6 Na2O-WO3-(CaO+SiO2+Al2O3)相图
3、总结与展望
本研究采用热力学模拟与高温实验相结合的方法，揭示了碱矿比、硅矿比、温度对钨直收率与元素分配的影响规律。在优选条件下，实现了钨直收率达90%以及获得了WO3含量达65.4%的固体钨酸钠。本工作为开发方钨矿火法冶金工艺提供了重要的理论和实验支持，对推动钨在高温耐火陶瓷和介电陶瓷等功能材料中的应用具有重要价值，同时也为优化含WO3体系的热力学数据库提供了宝贵数据。
