Вольфрамовый концентрат

Вольфрамовый концентрат — это продукт обогащения вольфрамовых руд, представляющий собой техническое сырьё с высоким содержанием триоксида вольфрама (WO₃), предназначенное для последующей металлургической переработки с целью получения вольфрама и его соединений. Является промежуточным продуктом горно-обогатительного производства, стандартизованным по содержанию основного компонента и примесей.

Свойства и состав

Вольфрамовый концентрат представляет собой порошкообразную массу тёмно-серого, коричневого или чёрного цвета (в зависимости от минерального состава исходной руды). Основным полезным компонентом является триоксид вольфрама (WO₃), содержание которого в товарных концентратах обычно составляет от 55% до 70% (в отдельных сортах — до 75%). Помимо WO₃, в составе присутствуют оксиды сопутствующих металлов (молибдена, олова, меди, висмута, мышьяка, фосфора, серы) и пустая порода (кремнезём, оксиды кальция, магния, алюминия, железа).

Физико-химические свойства концентрата определяются минеральным типом руды. Основными промышленными минералами вольфрама являются:

• Вольфрамит ((Fe,Mn)WO₄) — смесь ферберита (FeWO₄) и гюбнерита (MnWO₄), обладает магнитными свойствами, цвет от чёрного до коричневого.
• Шеелит (CaWO₄) — вольфрамат кальция, не магнитный, часто флюоресцирует голубоватым светом в ультрафиолете, цвет от белого до жёлтого и коричневого.

Соответственно, концентраты подразделяются на шеелитовые (из шеелитовых руд) и вольфрамитовые (из вольфрамитовых руд). Смешанные концентраты получают при переработке руд, содержащих оба минерала.

Классификация и марки

В России и странах СНГ качество вольфрамового концентрата регламентируется государственным стандартом ГОСТ 213-73 (с изменениями). Согласно стандарту, концентраты подразделяются на марки и сорта в зависимости от содержания WO₃ и допустимых примесей.

Основные марки (по ГОСТ 213-73):

• КВГ (концентрат вольфрамовый, высокой чистоты) — содержание WO₃ не менее 65%, строго ограничены примеси (Mo, Sn, As, P, S, Cu, Bi, CaO, SiO₂). Используется для производства высококачественных вольфрамовых порошков и твёрдых сплавов.
• КВ (концентрат вольфрамовый) — содержание WO₃ не менее 60%, допускаются более высокие содержания примесей. Основной сорт для металлургической переработки.
• КВШ (концентрат вольфрамовый шеелитовый) — для шеелитовых концентратов, содержание WO₃ не менее 55%.
• КВТ (концентрат вольфрамовый, труднообогатимый) — для концентратов из труднообогатимых руд, содержание WO₃ не менее 50%.

Каждая марка делится на сорта (1-й, 2-й, 3-й) по допустимому содержанию вредных примесей. Основные лимитируемые примеси: молибден (Mo), олово (Sn), мышьяк (As), фосфор (P), сера (S), медь (Cu), висмут (Bi), а также оксид кальция (CaO) и диоксид кремния (SiO₂). Превышение норм по примесям ухудшает качество конечных продуктов — твёрдых сплавов, вольфрамовой проволоки, ферровольфрама.

Технология производства

Получение вольфрамового концентрата включает несколько стадий обогащения вольфрамовых руд, которые характеризуются низким содержанием WO₃ (обычно 0,1–2,0%).

Дробление и измельчение

Руда проходит стадии крупного, среднего и мелкого дробления, а затем измельчение в шаровых или стержневых мельницах до крупности, обеспечивающей раскрытие зёрен полезных минералов (обычно 0,1–1,0 мм).

Гравитационное обогащение

Основной метод для вольфрамитовых руд, основанный на высокой плотности вольфрамовых минералов (6,7–7,5 г/см³) по сравнению с пустой породой (2,6–2,8 г/см³). Используются отсадочные машины, концентрационные столы, винтовые сепараторы, шлюзы. Гравитацией удаётся извлечь до 80–90% вольфрама, но получаемый черновой концентрат содержит много примесей.

Флотация

Применяется для шеелитовых руд и для доочистки гравитационных концентратов. Шеелит обладает хорошей флотируемостью с использованием жирнокислотных собирателей (олеиновая кислота, мылонафт). Флотация позволяет повысить содержание WO₃ до 50–65% и отделить сульфидные минералы (пирит, халькопирит, молибденит).

Магнитная сепарация

Используется для разделения вольфрамита (обладает слабыми магнитными свойствами) и шеелита (немагнитен), а также для удаления магнитных примесей (магнетит, ильменит). Применяют электромагнитные сепараторы с различной напряжённостью поля.

Химическое обогащение (доводка)

Для получения высококачественных концентратов (марки КВГ) применяют химические методы: выщелачивание примесей (серной, соляной, плавиковой кислотами) или обработку растворами для удаления фосфора, мышьяка, олова, меди. В некоторых случаях используют обжиг для удаления серы и органических веществ.

Сушка и упаковка

Готовый концентрат сушат до влажности не более 2–5% и упаковывают в бумажные или полипропиленовые мешки, мягкие контейнеры (биг-бэги) или металлические барабаны. Влажность нормируется для предотвращения слёживания и коррозии транспортной тары.

Применение

Вольфрамовый концентрат является исходным сырьём для получения всех видов вольфрамсодержащей продукции. Основные направления переработки:

Производство триоксида вольфрама (WO₃)

Концентрат подвергают химической переработке (разложение кислотами или щелочами, экстракция, осаждение) для получения чистого триоксида вольфрама — промежуточного продукта для получения вольфрамового порошка.

Получение вольфрамового порошка

WO₃ восстанавливают водородом при температурах 600–900°C до металлического вольфрамового порошка. Порошок используется для производства:

• Твёрдых сплавов (карбид вольфрама с кобальтом) — для режущего инструмента, буровых коронок, штампов.
• Вольфрамовой проволоки — для нитей накаливания, электродов сварки, нагревателей.
• Специальных сталей (быстрорежущих, инструментальных) — в виде ферровольфрама (сплава вольфрама с железом).

Производство ферровольфрама

Вольфрамовый концентрат (обычно вольфрамитовый) восстанавливают углеродом или кремнием в электропечах для получения ферровольфрама, который добавляют в сталь для повышения твёрдости, красностойкости и износостойкости.

Производство химических соединений

Из концентрата получают вольфрамовую кислоту, вольфраматы натрия, кальция, аммония, которые используются в качестве катализаторов, пигментов, смазочных материалов, в текстильной промышленности (для огнезащитных пропиток).

Мировые запасы и добыча

По данным Геологической службы США (USGS), мировые запасы вольфрама (в пересчёте на WO₃) оцениваются в 3,5–4,0 млн тонн. Крупнейшие запасы сосредоточены в Китае (около 60% мировых), России, Вьетнаме, Боливии, Австрии, Португалии, Канаде.

Китай является безусловным лидером по добыче вольфрамовых руд и производству концентрата (около 80% мирового объёма). В России основные месторождения вольфрама расположены на Дальнем Востоке (Приморский край, Хабаровский край, Чукотка), в Забайкалье, на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария), в Якутии. Крупнейшие российские предприятия по добыче и обогащению: «Приморский ГОК» (п. Светлогорье, Приморский край), «Лермонтовский ГОК» (г. Лермонтов, Ставропольский край), «Новоорловский ГОК» (Забайкальский край), «Тырныаузский вольфрамово-молибденовый комбинат» (Кабардино-Балкария, в настоящее время законсервирован).

Экономическое значение

Вольфрамовый концентрат является стратегическим сырьём, так как вольфрам относится к группе редких и тугоплавких металлов, критически важных для оборонной, авиакосмической, электронной и машиностроительной промышленности. Цена на концентрат формируется на мировом рынке (Лондонская биржа металлов) и зависит от содержания WO₃, уровня примесей, а также от конъюнктуры спроса со стороны производителей твёрдых сплавов и специальных сталей. В 2020-е годы цена на стандартный концентрат (65% WO₃) колебалась в диапазоне 200–350 долларов США за тонну WO₃ (в пересчёте на металл). Вольфрамовый концентрат не является биржевым товаром в классическом смысле, его поставки осуществляются по долгосрочным контрактам между горно-обогатительными комбинатами и металлургическими заводами.

Источники

• ГОСТ 213-73 «Концентраты вольфрамовые. Технические условия» (с изменениями).
• Геологическая служба США (USGS). Mineral Commodity Summaries (ежегодные отчёты по вольфраму).
• «Вольфрам» // Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1984–1991.
• «Металлургия вольфрама, молибдена и ниобия» / Под ред. Ю. М. Королёва. — М.: Металлургия, 1979.
• «Обогащение полезных ископаемых» / Под ред. В. А. Чантурия. — М.: Недра, 1990.