钨金属提炼的核心是从钨矿（主要为黑钨矿 (Fe,Mn) WO₄、白钨矿 CaWO₄）中提取钨化合物（如钨酸、仲钨酸铵 (APT)），再通过还原得到金属钨（纯度可达 99.9% 以上），流程分为矿物分解、纯化工序、金属还原三大阶段，因钨矿品位低、杂质多，提纯环节尤为关键。以下是详细工艺解析：

一、前期准备：钨矿选矿富集

钨矿原矿品位通常仅 0.1%-0.7%，需先通过选矿提高品位（富集至 60%-70% 的钨精矿）：

• 黑钨矿：采用重选（利用密度差，钨密度约 19.3g/cm³，远高于脉石）+ 磁选（黑钨矿具弱磁性）；
• 白钨矿：采用浮选（添加捕收剂如油酸，使白钨矿附着气泡上浮），常搭配加温浮选（40-70℃）提高分选效率。

二、核心步骤 1：钨矿分解（提取钨酸盐）

根据钨矿类型（黑钨 / 白钨）选择不同分解工艺，目的是将钨从矿物中转化为可溶性钨酸盐：

1. 黑钨矿：碱煮分解法（主流工艺）

• 原理：黑钨矿与 NaOH（烧碱）在高温高压下反应，生成可溶性钨酸钠，杂质（Fe、Mn）形成氢氧化物沉淀。
• 流程：
  1. 将黑钨精矿与 30%-40% 的 NaOH 溶液按比例混合（矿碱比 1:0.6-1:0.8）；
  2. 放入高压釜，在 140-160℃、0.3-0.5MPa 压力下反应 2-4 小时，反应式：
     (Fe,Mn) WO₄ + 2NaOH = Na₂WO₄ + Fe (OH)₂↓ + Mn (OH)₂↓；
  3. 反应完成后，加水稀释、过滤，得到钨酸钠溶液（含 WO₃约 100-150g/L），滤渣（铁锰氢氧化物）弃去。

2. 白钨矿：苏打烧结法 / 盐酸分解法

（1）苏打烧结法（传统工艺）

• 原理：白钨矿与 Na₂CO₃（苏打）高温烧结，生成钨酸钠，杂质 Ca 转化为 CaCO₃或 CaSiO₃。
• 流程：
  1. 白钨精矿与 Na₂CO₃按 1:0.4-1:0.6 混合，在回转窑中 1000-1100℃烧结 1-2 小时，反应式：
     CaWO₄ + Na₂CO₃ = Na₂WO₄ + CaO + CO₂↑；
  2. 烧结产物加水浸出，过滤得到钨酸钠溶液，CaO 与 SiO₂等形成渣相分离。

（2）盐酸分解法（现代高效工艺）

• 原理：白钨矿与浓盐酸反应生成钨酸（H₂WO₄）沉淀，杂质 Ca 转化为 CaCl₂（可溶性）。
• 流程：
  1. 白钨精矿与 30% 盐酸按比例混合，在 80-90℃下反应 3-4 小时，反应式：
     CaWO₄ + 2HCl = H₂WO₄↓ + CaCl₂；
  2. 过滤得到钨酸沉淀，用热水洗涤去除 CaCl₂等可溶性杂质。

三、核心步骤 2：纯化工序（制备仲钨酸铵 APT）

钨酸钠 / 钨酸溶液中含 Si、P、As、Mo 等杂质，需通过净化提纯，最终得到高纯度 APT（仲钨酸铵，(NH4) 10W12O41・xH2O），这是生产金属钨的关键中间体：

1. 杂质去除

• 除 Si、P、As：向钨酸钠溶液中加入 MgCl₂或 CaCl₂，生成 Mg₃(PO4)₂、Mg₂SiO4 等沉淀，过滤去除；
• 除 Mo：加入硫化铵 ((NH4) 2S)，Mo 转化为硫代钼酸盐，用萃取剂（如 N235）萃取分离，或调节 pH=2-3 使 Mo 沉淀；
• 钨酸净化：若以钨酸为原料，用氨水溶解钨酸生成钨酸铵溶液，再重复上述除杂步骤。

2. 转型与结晶（制备 APT）

• 离子交换 / 溶剂萃取转型：将净化后的钨酸钠溶液通过强碱性阴离子交换树脂，钨酸根被吸附，再用 NH4Cl 溶液洗脱，得到钨酸铵溶液；或用萃取剂（如 P204）萃取钨酸根，再用氨水反萃得到钨酸铵溶液。
• 蒸发结晶：将钨酸铵溶液加热浓缩（90-100℃），冷却结晶得到仲钨酸铵（APT）晶体，纯度可达 99.99%（4N），杂质含量＜10ppm。

四、核心步骤 3：金属钨还原（从 APT 到金属钨）

APT 经煅烧得到三氧化钨（WO₃），再通过氢还原得到金属钨粉，如需致密钨块，还需后续烧结：

1. APT 煅烧分解

将 APT 放入回转窑或马弗炉，在 500-600℃下煅烧，脱去氨和结晶水，生成黄色三氧化钨（WO₃），反应式：(NH4) 10W12O41・xH2O → 12WO₃ + 10NH3↑ + (x+5) H2O↑。

2. 氢还原制钨粉

• 原理：WO₃在高温下被氢气还原，分步生成 WO₂、W，最终得到钨粉。
• 流程：
  1. 将 WO₃放入管式还原炉，在干燥氢气氛围中，分两段还原：
     • 第一段（500-700℃）：WO₃ → WO₂（二氧化钨）；
     • 第二段（800-1000℃）：WO₂ → W（金属钨粉）；
  2. 还原产物经冷却、粉碎、分级，得到不同粒度的钨粉（纯度≥99.9%，粒度 0.5-10μm）。

3. 致密化成型（可选）

若需制备钨块、钨丝等成品，需对钨粉进行致密化：

• 粉末冶金烧结：钨粉压制成型（压力 150-300MPa），在氢气氛围中 1400-1600℃预烧结，再升温至 2000-2200℃高温烧结，得到密度≥95% 的钨坯；
• 熔炼提纯：如需超高纯钨（5N 以上），可采用电子束熔炼或等离子熔炼，去除微量杂质（如 O、N）。

五、钨提炼工艺特点与关键控制

1. 高纯度要求：钨用于硬质合金、灯丝等领域时，杂质（如 O、C、Mo）会严重影响性能，因此提纯环节需严格控制（APT 纯度需≥4N）；
2. 能耗较高：氢还原和烧结需高温（800-2200℃），通常采用电加热或氢气燃烧加热；
3. 环保要求：碱煮、烧结过程会产生废水（含 NaOH、NH3）、废气（含 CO₂、NH3），需配套废水处理（中和沉淀）、废气回收（氨水吸收）系统。

六、主流工艺对比（黑钨矿 vs 白钨矿）