三氧化鎢的制備方法工業(yè)中的應用
三氧化鎢(化學式:WO3)是鎢(VI)的氧化物,是從鎢礦制取單質鎢工業(yè)的重要中間體。該冶煉過程涉及兩步:*步用堿處理鎢礦,制得WO3,然后用碳或氫氣還原三氧化鎢,得到金屬鎢:
WO3+3H2→W+3H2O
2WO3+3C→2W+3CO2
三氧化鎢制備
三氧化鎢可由很多方法制備:
先用鎢酸鈣與鹽酸反應生成鎢酸沉淀,然后鎢酸高溫分解成為三氧化鎢和水。
CaWO4+2HCl→CaCl2+H2WO4
H2WO4→H2O+WO3
氧化劑存在下,仲鎢酸銨熱分解:
(NH4)10[H2W12O42]·4H2O→12WO3+10NH3+11H2O
三氧化鎢用途
除制取金屬鎢外,黃色的三氧化鎢也可作為顏料,用在陶瓷和涂料中,使用紅外線的非接觸式車窗控制系統(tǒng)(Smartwindows)中,也應用了三氧化鎢。
三氧化鎢的理想晶體結構屬于Re03型,與鈣欽礦ABO3結構非常相似,只是W原子占據(jù)著B的位置,而A位置空置。從單純的化學計量比來看,三氧化鎢中W:O為1:3,其理想晶體結構可以看成由一個處在中心的W原子和圍繞在W原子周圍的六個。原子組成的鎢氧八面體[W06]經(jīng)過共頂連接而成,八面體之間有許多空隙,形成了各種通道。其晶體結構示意圖如圖1.2所示。+6是W中zui高的價態(tài),除此之外,還有+2,+3,+4,+5價。實際中的三氧化鎢無法滿足嚴格的化學計量比,非化學計量的WO3為N型半導體,通常以W03-x(x=0-1)表示。三氧化鎢在一40~740℃溫度范圍內(nèi)具有不同的結構相變,這些不同的結構相變不是鎢原子和氧原子的重組,而是在原有理想晶體結構上由鎢原子發(fā)生畸變和扭曲所致。隨著溫度的升高,三氧化鎢發(fā)生的相變順序為:低溫單斜(β一W03)三斜(α-W03)室溫單斜(y-W03)正交相(β一W03)和四方相(α-W03)。同時也存在六方相的三氧化鎢晶相。