钨及其合金因具有熔点高、沸点高、真空蒸气压低、低的热膨胀系数、无毒、导热性能好以及低溅射率等特性成为未来聚变堆面向等离子体材料第一候选材料.为减少核聚变堆运行过程高能束流及辐射热对钨表面损伤,需要将钨与和热沉材料连接成一体,对钨进行主动冷却.钨及其合金与钢、铜及铜合金之间物理性能差异巨大,实现钨及其合金和异种材料的可靠连接是建造核聚变堆的关键技术.本研究从核聚变堆用钨及其合金与异种材料的特性出发,对钨及其合金与异种材料主要连接技术以及未来可能用到的技术进行了归纳总结,包括钎焊、扩散焊、激光沉积成型等技术,并结合实际工程应用需求,提出了对于钨及其合金与异种材料连接的未来展望,为后续研究提供相关参考.
钨-钽(W-Ta)合金研究对聚变堆钨基材料的研发与服役可靠性评价具有重要意义.本研究围绕热锻W-5％Ta(质量分数)合金开展了高温自离子辐照损伤(2 MeV W+,800℃/1.2 dpa)及热回复试验(1000℃/1 h).采用透射电镜显微缺陷表征方法,证实了高温辐照态样品中出现了大量位错环,其中部分位错环的空间分布表现出"筏型组态"特征.经统计分析,在高温辐照态样品中位错环平均尺寸和数密度分别达到(7.1±1.8)nm和(1.5±0.2)×1022 m-3;而在辐照后退火态样品中,位错环平均尺寸增加至(10.4±6.5)nm,数密度下降至(1.1±0.1)×1022 m-3,辐照孔洞开始出现.结合相关文献,依据辐照缺陷的尺寸、数密度指标讨论了金属W中辐照缺陷在第IV、V回复阶段下的演化机制以及Ta元素的作用.比较发现Ta的钉扎作用延缓了辐照位错环的尺寸粗化与数密度下降趋势,而Ta对辐照孔洞的演化影响甚小.
钨是聚变堆面向等离子体材料的主要候选材料,抗瞬态热冲击能力是其重要的服役性能.为了提高钨的抗热冲击性能,以W-0.5％ZrC复合材料为基体,采用放电等离子烧结制备了具有不同氧化钇含量的W-ZrC-Y复合材料,采用扫描电镜和透射电镜对氧化钇含量与晶粒组织之间的关系进行研究,通过显微硬度和抗弯强度测试对不同氧化钇含量样品的力学性能进行比较,采用高能电子束对其瞬态热冲击行为进行测试.结果表明,钇添加含量为0.5％时,所制备的复合材料具有最为均匀的细晶组织,其弯曲强度最高,同时具有最高的抗瞬态热冲击开裂阈值.
钨铼合金具有更好的耐高温?延展性?低蒸汽压?低电子逸出功和低的韧脆转变温度等优异的高温力学性能,应用于各高温材料领域?结合近年相关研究,从制备钨铼合金粉体和钨铼合金块体两方面出发,综述了Re对钨基材料性能方面的改善效果以及合金制备方法,粉体制备方法有高能球磨法、混粉法、湿化学法和球化法,合金制备方法常见有放电等离子烧结法、气相沉积法、3D打印成型技术等,并结合其应用背景对制备工艺的研究现状及发展趋势进行展望.
为了实现激光粉末床熔化技术(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)成形钨的裂纹抑制,本研究通过添加铼元素和碳元素,成功制备了W-21Re-C合金,并对其成形性、微观组织和力学性能进行了研究.结果发现,LPBF制备W-21Re-C合金的成形窗口较窄,并存在一定数量的孔洞和裂纹缺陷,但相较于纯钨裂纹有所减少.LPBF成形W-21Re-C合金中形成了大量六方W2C亚结构,在快速凝固的作用下,体系中微纳尺度亚结构呈现为枝晶结构和胞状结构.合金中铼元素主要以固溶形式存在于钨基体中,W2C亚结构的枝晶臂间隙和胞壁处也存在一定的铼元素偏聚.在铼对钨基体固溶强化和W2C胞状结构的共同作用下,LPBF成形W-21Re-C合金的显微硬度显著高于良好LPBF成形的纯钨.
2022年3月11日，中国钨业协会2022年度会长会议在江西赣州召开。会议研究了2022年协会的工作思路及要点，讨论了行业重点、难点、热点问题，通报了2021年钨行业运行情况及钨工业“十四五”规划要点，对协会工作提出了意见建议。中国钨业协会会长丁学全出席会议并讲话，江西钨业控股集团有限公司党委书记、董事长周少兵出席会议并致辞，
采用喷雾干燥结合氢气还原的方法制备W-10Re合金粉体,并通过放电等离子体烧结制备成块体.试验表明,对不同成分的前驱体溶液进行喷雾干燥,还原后的W-10Re粉体的松装密度和氧含量有着显著的差异.当H2C2O4含量为AMT/NH4ReO4质量的16.7％时,粉体具有最高的松装密度和最低的氧含量,此时粉体松装密度为2.27 g/cm3,氧含量为0.15％.在不同的升温速率下对W-10Re粉体进行烧结,发现较低的升温速率有利于获得更高密度的W-10Re合金块体,当采用低升温速率的烧结工艺时(升温速率约为100℃/min),合金相对密度可达到99.7％.在升温速率较低时,相同烧结温度下坯体具有更高的瞬时相对密度,这表明坯体的致密化过程需要一定的时间.此外,降低升温速率所导致的烧结时间的延长使晶粒长大了约16％,样品硬度分布更加均匀.
磁约束聚变装置真空室第一壁的烘烤处理温度一般不超过773 K,钨作为第一壁和偏滤器的重要候选材料,其氢同位素的热脱附温度常常高达800 K及以上.本研究通过气相热扩散方式向钨中引入氘,利用热脱附谱法(TDS)研究了真空热处理保温温度和时间对钨中氘脱附行为的影响.结果显示:对于未经真空热处理的钨,D2的脱附峰对应温度为902 K,HD脱附峰为934 K;HD在1273 K以后仍存在热脱附峰.在经过了373～563 K真空热处理2 h后,钨中氘没有明显释放,但随热处理温度升高,D2与HD峰位有向低温移动趋势;当热处理时间为3 h时,D2与HD峰位向低温方向移动程度更大,且热处理温度提高至673 K时,在保温阶段即有大量氘释放,HD的第二个峰在1000 K以下即释放完毕.研究结果对于磁约束聚变装置真空室第一壁烘烤工艺的优化具有重要的参考意义.
为了研究不同破碎方式对某钨矿石的磨矿和浮选影响,采用某钨矿石作为研究对象,分别对比了高压辊磨和常规破碎两种方法破碎后产品的粒度特性、相对可磨度、邦德功指数、表面形貌、浮选效果.试验结果表明,高压辊磨后的样品比常规破碎产品容易产生较多细颗粒,相对可磨度更大.高压辊磨比常规破碎的矿石球磨功指数降低0.69 kW·h/t,高压辊磨后的样品磨矿更加节能.高压辊磨后的矿石的微裂纹比常规破碎多.在相同的磨矿细度下,高压辊磨+球磨工艺比常规破碎+球磨工艺处理后的钨浮选回收率提高4.57个百分点.因此,高压辊磨+球磨工艺是值得推广和应用的钨矿石磨矿工艺.
采用粉末冶金及高温锻造工艺制备了3种规格的纯钨棒材,研究了不同变形量钨棒的微观组织、热导率及再结晶温度的差异.结果表明,随着变形量的增加,纯钨棒的相对密度和维氏硬度都呈现出先快速上升后趋于平缓的趋势,晶粒长径比逐渐增大且晶粒组织逐渐细化,最终呈现出纤维状.由于密度提升及孔隙率降低,纯钨棒的热导率及热扩散系数都随对数应变的增大有一定的提升,而当纯钨棒趋于完全致密化后,其热导率差异较小.对数应变为1.57的纯钨棒的再结晶温度最高,约为1520℃.经1450℃保温1 h退火后,对数应变0.88的纯钨棒整体晶粒组织已经明显变大,而对数应变为2.95的纯钨棒已经形成等轴晶.对数应变为2.95的纯钨棒再结晶后的晶粒组织比对数应变为0.88和1.57的要更加均匀细小.
钨及其合金凭借高熔点、高热导率、低膨胀系数等特性被广泛应用于航空、军工、核工业等领域.但是钨又存在低温脆性、再结晶脆性等问题,在一定程度上限制了其应用.弥散强化和细晶强化是改善钨合金综合性能的有效途径,在钨基体中加入碳化物或氧化物等均匀分散的纳米第二相来强化晶粒和晶界可以提高合金综合性能.目前常用的弥散强化相为碳化钛(TiC)、碳化铌(NbC)、碳化锆(ZrC)等碳化物和氧化镧(La2O3)、氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化锆(ZrO2)等氧化物.本文综述了国内外关于第二相强化钨合金的研究概况和最新进展,从材料制备、微观结构、力学性能等方面进行了对比和分析,并对未来高性能钨合金的发展趋势进行了展望.
对W-Re-HfC合金中各元素含量的精确控制是改善合金高温力学性能和抗烧蚀性能的关键,本研究采用盐酸-氢氟酸-硝酸体系分解试样,进行了待测元素分析谱线选择、干扰因素消除、仪器参数优化以及加标回收试验.结果表明,在分析谱线Re 221.426 nm、Hf 282.022 nm处,标准溶液浓度梯度线性范围内的校准曲线线性关系良好.所测元素的加标回收率为99％～106％,所测元素的相对标准偏差为0.91％～4.23％(n=5).该方法前处理过程快捷简便、测定结果准确可靠,为W-Re-HfC合金中铼、铪的检测提供了切实可行的分析手段.
试样为某铜浮选尾矿经过毛毯机预富集后所得复杂含泥白钨矿样,WO3含量仅为0.43％,矿物组成复杂、硫含量高,导致白钨回收困难.本试验研究旨在探索该试样中白钨常温浮选选矿工艺方案,针对试样矿石性质,开展了调整剂用量、捕收剂种类和用量、矿浆浓度等条件试验.试验结果表明,pH调整剂Na2CO3能够提高白钨品位和回收率,NaOH则无明显影响,抑制剂水玻璃能有效抑制脉石,新型脂肪酸钨捕收剂CZ-5获得的选矿指标优于其他捕收剂.在磨矿细度-74μm占85.26％,钨粗选Na2CO3用量3000 g/t、水玻璃用量1000 g/t、CZ-5用量200 g/t最佳条件下进行常温浮选,获得了WO3品位为17.09％、回收率为59.50％的钨精矿.精选闭路试验得到WO3品位为17.01％、回收率为66.00％的钨精矿.该试验研究结果可为同类型资源回收利用提供参考.
对赣南某石英大脉型钨锡矿山WO3、Sn品位分别为0.15％、0.16％的合格矿,采用无压三产品重介质旋流器进行重介质选矿试验研究,重点考察矿介比与介质密度对重介质选矿指标的影响.试验结果表明,在重介质旋流器压力为0.15 MPa,流量为88～94 m3/h,矿介比为1:16,介质密度为1.45 g/cm3条件下,尾矿抛废率为63.67％,尾矿中WO3、Sn回收率分别为6.07％、11.78％,试验指标良好.采用无压三产品重介质旋流器可在保证尾矿WO3、Sn回收率较低的情况下实现预选抛废,减轻磨重系统负担,极大节约了尾矿库库容,为合理开发利用该类石英大脉型难选钨锡矿提供了技术支撑.
研究与生产使用的矿石是含目标矿物品位低的黑钨矿,智能抛废设备为"SIXS-1400"型智能选矿机.为提高入选合格矿品位,降低生产成本,提高生产效率,缓解用工紧张问题.因此决定对该黑钨矿进行预选抛废工艺探索.结果表明:应用此项预选抛废新工艺,对矿山实现提高生产指标、节约生产成本及建设绿色矿山具有重要意义.现场原手选后合格黑钨矿品位0.3％～0.31％左右,废石WO3含量0.07％,原矿处理量37 t/h.引入智能选矿机投入生产应用后,在最优操作条件下,获得了合格矿中WO3品位0.455％,回收率94.81％,抛废率45.38％,废石WO3含量0.030％,合格矿中黑钨WO3富集比1.74的理想指标,同时原矿处理量提高至现在的48 t/h,年生产成本和人工成本共节约了76.1万元,具有广阔的可持续性发展空间.
随着稀土铁合金产品种类和应用领域的不断开发,供需双方对检测的需求日益明显增加.采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定稀土铁合金中钨、钼、钛含量.实验考察了样品的均匀性、样品分解酸用量及共存离子的干扰情况,选择了合适仪器条件和分析谱线,确定了各元素测定范围.实验结果表明:方法的相对标准偏差小于3％,加标回收率在93％～108％之间,能满足产品检测要求.实验方法适用于镝铁、钆铁、铈铁、钬铁、钇铁等稀土铁合金产品检测需求.
采用双侧进路出矿的底部结构布置方式时,二步骤开采有时需要在一步骤的充填体中掘进巷道.考虑到经济性的因素,充填体的强度一般较低,强度不会超过3 MPa,加之底部残矿一般很难出干净,底部充填体中可能存在大量的固结效果较差的残矿堆,进一步增加了在充填体中施工巷道的难度,形成巷道后的稳定性也较差.该研究在采场底部充填体合理要求的基础上,通过研究提出了光面爆破法掘进巷道和采用悬臂式掘进机切割形成巷道的两种充填体巷道施工方案,并对掘进巷道的支护进行了研究.通过实践证明,采用上述掘进方式和支护措施,能在充填体中形成基本满足采矿方法要求的巷道.该方案在钨矿山以及其他有色、黑色金属等采用充填法开采的矿山也具有很好的适用性,具有推广应用前景.
采用粉末冶金热等静压工艺得到Ta-10W合金块体材料,材料中的氧含量强烈影响合金的强度和塑性,通过真空热处理的方法可一定程度地降低材料中的氧含量.实验研究了不同尺寸大小的粉末冶金热等静压Ta-10W合金块体材料,对真空热处理后材料的氧含量、微观组织和力学性能的变化情况进行系统分析,希望对粉末冶金热等静压Ta-10W合金工件制备提供理论参考.结果表明:真空度、热处理温度、试样尺寸是影响材料中氧元素的关键因素.在温度和真空度一定的情况下,材料本身的尺寸对氧含量的影响变化很大,较小尺寸的试样在一定条件下可以降低氧含量,但较大尺寸试样的芯部中的氧含量难以下降,长时间的高温真空热处理,会导致材料脆化,密度降低.
随着钨资源不断开发利用,钨矿品位逐年下降,造成采选成本高,选矿难度大,尤其黑白钨混合矿综合利用率较低.为了解决如何高效回收利用这类钨矿山资源的难题,针对某矿山原矿WO3含量为0.15％的钨矿石进行选矿试验研究.研究表明,采用强磁选-重选-浮选联合工艺,强磁选-重选可获得黑钨摇床精矿和黑钨摇床中矿,其WO3含量分别为56.76％和21.08％,回收率分别为20.43％和5.20％;强磁选矿尾矿分级溜槽重选和摇床重选可获得白钨摇床精矿,其WO3含量为58.34％,回收率为37.33％;摇床中矿和细泥归队集中浮选可获得白钨浮选精矿,其WO3含量为65.04％,回收率为16.91％;最终黑白钨精矿及钨中矿产品中钨回收率合计为79.87％.该工艺可以获得较好的钨选矿指标,且选矿经济效益明显,可实现钨的高效回收,为此类资源的开发利用提供借鉴.
针对赣南各钨矿山普遍存在的复杂空区群下平行密集矿脉开采问题,以某矿山为例,分析了该类矿体三个方面开采难点,在总结国内开采经验的基础上,初选了阶段矿房法与阶段崩落法两大密集矿脉开采方法.基于数值模拟方式分析了不同采矿方法下采场的稳定性.分析结果显示,崩落法开采对围岩的应力大小与分布有较大改善作用,能有效预防顶板塌落,整体稳定性要优于矿房法开采.最后进行了密集矿脉高效开采实践,提出了空区散体覆盖层造设技术和"门字形"浅孔切割立槽技术.该方法获得成功应用,有效解决了复杂空区群下平行密集矿脉开采难题,可给同类型矿脉开采提供借鉴.
