Ammoniummetawolframat (AMT)
Physikalische und chemische Eigenschaften, Prozesse und Anwendungen
Verzeichnis
Vorwort
Bedeutung der Forschung und industrieller Wert von Ammoniummetawolframat
Kapitel 1 Einleitung
1.1 Definition und Überblick über Ammoniummetawolframat
1.2 Stellung in der Familie der Wolframverbindungen
1.3 Historische Entwicklung und Forschungsstand
1.4 Perspektiven für industrielle Anwendungen
Kapitel 2 Chemische und physikalische Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
2.1 Chemische Zusammensetzung und molekulare Struktur von Ammoniummetawolframat
2.1.1 Summenformel und strukturelle Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
2.1.2 Kristallstrukturanalyse von Ammoniummetawolframat (Röntgenbeugungsstudie)
2.2 Physikalische Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
2.2.1 Aussehen und Morphologie von Ammoniummetawolframat
2.2.2 Löslichkeit und Stabilität von Ammoniummetawolframat
2.2.3 Thermische Stabilität und Zersetzungsverhalten von Ammoniummetawolframat
2.3 Chemische Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
2.3.1 Reaktion von Ammoniummetawolframat mit Säure und Base
2.3.2 Redoxeigenschaften von Ammoniummetawolframat
2.3.3 Koordinationschemie von Ammoniummetawolframat
2.4 Vergleich von Ammoniummetawolframat und Ammoniumparawolframat (APT).
- Kapitel: Herstellungsprozess von Ammoniummetawolframat
3.1 Rohstoffe und Vorprodukte
3.1.1 Wolframkonzentrat
3.1.2 Wolframsäure und Natriumwolframat
3.2 Traditionelle Herstellungsmethode von Ammoniummetawolframat
3.2.1 Versauerung
3.2.2 Verfahren des Ionenaustauschs
3.3 Moderne Synthesetechnologie von Ammoniummetawolframat
3.3.1 Extraktion mit Lösungsmitteln
3.3.2 Thermische Zersetzung
3.3.3 Mikrowellengestützte Synthese
3.4 Optimierung der Prozessparameter für die Herstellung von Ammoniummetawolframat
3.4.1 pH-Kontrolle
3.4.2 Einfluss von Temperatur und Druck
3.4.3 Regelung des Kristallisationsprozesses
3.5 Industrieller Herstellungsprozess von Ammoniummetawolframat
3.5.1 Flussdiagramme und Ausrüstung
3.5.2 Abfallentsorgung und Umweltschutzmaßnahmen
Kapitel 4 Analyse- und Nachweistechnologie von Ammoniummetawolframat
4.1 Analyse der chemischen Zusammensetzung von Ammoniummetawolframat
4.1.1 Bestimmung des Wolframgehalts (gravimetrisch, ICP-AES)
4.1.2 Verunreinigungsanalyse von Ammoniummetawolframat (Fe, Mo, etc.)
4.2 Strukturelle Charakterisierung von Ammoniummetawolframat
4.2.1 Röntgenbeugung (XRD)
4.2.2 Infrarotspektroskopie (IR) und Raman-Spektroskopie
4.2.3 Thermische Analyse (TG-DSC)
4.3 Prüfung der physikalischen Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
4.3.1 Partikelgröße und -verteilung (Laser-Partikelgrößenanalyse)
4.3.2 Spezifische Oberfläche (BET-Methode)
4.4 Qualitätskontrollnormen für Ammoniummetawolframat
4.4.1 Chinesische Norm (YS/T 535-2006)
4.4.2 Vergleich internationaler Normen
Kapitel 5 Anwendungsgebiete von Ammoniummetawolframat
5.1 Katalysatorenindustrie
5.1.1 Anwendungen in der petrochemischen Industrie
5.1.2 Katalysator für den Umweltschutz (SCR-Denitrifikation)
5.2 Zubereitung von Wolframprodukten
5.2.1 Hochreines Wolframpulver und Wolfram
5.2.2 Wolframbasislegierungen und Verbundwerkstoffe5.3 Funktionswerkstoffe
5.3.1 Elektrochrome Werkstoffe
5.3.2 Flammschutzmittel und Nanomaterialien5.4 Sonstige Bereiche
5.4.1 Biomedizinische Anwendungen
5.4.2 Energiespeicherung und -umwandlung
Kapitel 6 Industrielle Produktion und technologische Herausforderungen
6.1 Engpässe in der Großserienproduktion
6.1.1 Kontrolle der Reinheit
6.1.2 Kosten und Energieverbrauch6.2 Richtung der technischen Verbesserung
6.2.1 Grüner Syntheseprozess
6.2.2 Automatisierung und intelligente Produktion6.3 Sicherheit und Umweltschutz
6.3.1 Sicherheitstechnische Vorgaben im Produktionsprozess
6.3.2 Behandlung von Abfallflüssigkeiten und Abgasen
Kapitel 7 Fallstudien und Praktiken
7.1 Fälle der industriellen Produktion
7.1.1 Präparationsbeispiele für hochreines AMT
7.1.2 Anwendungsfälle von AMT für Katalysatoren
7.2 Beispiele für Laborsynthesen
7.2.1 Versuchsplanung in kleinem Maßstab
7.2.2 Datenanalyse und -optimierung
7.3 Fehleranalyse und -behebung
7.3.1 Häufige Probleme (schlechte Kristallisation, übermäßige Verunreinigungen)
7.3.2 Abwicklungsstrategie
Kapitel 8 Zukunftsaussichten
8.1 Entwicklungstrend der Ammoniummetawolframat-Technologie
8.2 Potenziale neu entstehender Anwendungsfelder
8.3 Internationalisierung und Normungsprozess
8.4 Vorschläge für Forschungsrichtungen
Anhang
Anhang A: Datenblatt der chemischen Eigenschaften und physikalischen Eigenschaften von Ammoniummetawolframat
Anhang B: Flussdiagramm der gängigen Zubereitungsverfahren
Anhang C: Standardarbeitsanweisungen (SOPs) für Prüfverfahren
Referenzen
Wissenschaftliche Arbeiten, Patente und technische Berichte
Nationale und internationale Normenliteratur (YS/T, ISO, ASTM, etc.)
Index
Index der Schlüsselwörter und Begriffe
Anhang
Sicherheitsdatenblatt (MSDS) für Ammoniummetawolframat
Kapitel 1 Einleitung
1.1 Definition und Überblick über Ammoniummetawolframat
Ammoniummetawolframat (AMT, chemische Formel (NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·nH₂O) ist eine wichtige Polywolframatverbindung, die als wichtiges Zwischenprodukt in der Wolframchemie aufgrund ihrer hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften auf sich aufmerksam gemacht hat. Seine molekulare Struktur besteht aus einem polysauren Anion vom Keggin-Typ [H₂W₁₂O₄₀]⁶⁻ und 6 Ammoniumkationen (NH₄⁺Die Menge an kristallisiertem Wasser (n) variiert in der Regel zwischen 3-6, abhängig von den Zubereitungsbedingungen. Zu den wesentlichen Eigenschaften von AMT gehören eine extrem hohe Wasserlöslichkeit (ca. 300-400 g/100 mL bei 20 °C), eine gute thermische Stabilität (Zersetzung zu WO₃ bei 400-600 °C) und eine Vielseitigkeit in der chemischen Umwandlung, wodurch es bei der Katalysatorvorbereitung, der Herstellung von hochreinem Wolframpulver und der Entwicklung von Funktionsmaterialien unersetzlich ist.
Im Vergleich zu herkömmlichen Wolframverbindungen wie Ammoniumparawolframat (APT) bietet die hohe Löslichkeit von AMT Vorteile in Lösungsprozessen, wie z. B. bei der direkten Verwendung zur Sprühtrocknung zur Herstellung von nanoskaligem Wolframpulver oder als Vorläufer für die Herstellung von elektrochromen WO₃-Membranen. Diese Eigenschaft verbessert nicht nur die Produktionseffizienz traditioneller Wolframprodukte, sondern fördert auch deren Anwendung im Bereich neuer Materialien wie Nanotechnologie, Energiespeicherung und biomedizinische Forschung. Der industrielle Wert von AMT liegt in seiner Rolle als effiziente Brücke zwischen Wolframkonzentrat (Wolframit, Scheelit) und Endprodukten (z. B. Wolframlegierungen, Wolframmaterial), die die vor- und nachgelagerten Verbindungen der chemischen Wolframindustrie verbinden.
1.2 Stellung in der Familie der Wolframverbindungen
Innerhalb der Familie der Wolframverbindungen nimmt AMT aufgrund seiner einzigartigen Polysäurestruktur und hohen Löslichkeit einen besonderen Platz ein. Es gibt viele Arten von Wolframverbindungen, darunter Wolframsäure (H₂WO₄) und Natriumwolframat (Na₂WO₄). ), Wolframtrioxid (WO₃), Ammoniumparawolframat (APT) usw., jeweils mit spezifischen Anwendungen. AMT gehört zur gleichen Ammoniumwolframatgruppe wie APT, ist aber mit seiner Keggin-artigen Struktur kompakter als die Ketten- oder Lamellenstruktur von APT, was zu einer deutlich verbesserten Löslichkeit führt (AMT 350 g/100 mL vs. APT 10 g/100 mL bei 25 °C). Darüber hinaus hat AMT eine niedrigere thermische Zersetzungstemperatur (600 °C wird vollständig in WO₃ umgewandelt), während APT eine höhere Temperatur (>600 °C) erfordert und mehr Zwischenprodukte erzeugt, was den Prozess für AMT bei der Herstellung von hochreinem Wolframpulver erleichtert.
Die Brückenfunktion von AMT spiegelt sich in der gesamten Kette von der Wolframerzreinigung bis zur Weiterverarbeitung wider. Nachdem Wolframkonzentrat mit Säure oder Alkali behandelt wurde, um Wolframsäure oder Natriumwolframat herzustellen, kann es durch Ionenaustausch, Lösungsmittelextraktion oder Ansäuerungsprozess in AMT umgewandelt und dann zu Wolframpulver, Wolframmaterial oder Katalysator weiterverarbeitet werden. Mit den steigenden Anforderungen der High-Tech-Industrien (z. B. Luft- und Raumfahrt und Halbleiter) an die Reinheit und Leistung von Wolframprodukten hat sich AMT zu einem immer wichtigeren Bindeglied zwischen Basisrohstoffen und High-End-Anwendungen entwickelt.
1.3 Historische Entwicklung und Stand der Forschung
Globale Forschungsgeschichte
Die Forschung an Ammoniummetawolframat begann Anfang des 20. Jahrhunderts, zeitgleich mit der Entwicklung von Wolfram als strategisches Metall. In den 1940er Jahren beschrieben die amerikanischen Gelehrten K. C. Li und C. Y. Wang zum ersten Mal systematisch die Eigenschaften und Herstellungsmethoden von Wolframverbindungen in Wolfram, wobei der vorläufige Prozess der Synthese von AMT durch die Reaktion von Wolframsäure mit Ammoniak erwähnt wurde. Trotz der damals rudimentären Technologie lagen die Erträge nur bei etwa 50 bis 60 %, eine Erkenntnis, die den Grundstein für nachfolgende Studien am AMT legte. In der Mitte des 20. Jahrhunderts, mit der Ausweitung der Wolframanwendungen in den Bereichen Beleuchtung (Wolframdraht), Militär (Wolframstahl) und Chemie (Katalysatoren), begannen die Vereinigten Staaten und Europa, die industrielle Produktion von AMT zu erforschen. In den 1950er Jahren nutzten amerikanische Chemieunternehmen die Ansäuerung zur Herstellung von AMT für die Herstellung von Wolframpulver mit einer Jahresproduktion von Dutzenden von Tonnen, und die Produkte wurden hauptsächlich an das Militär und die Beleuchtungsindustrie geliefert.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts vertiefte sich die Forschung am AMT weltweit. Deutsche Chemiker in Europa haben die chemischen Eigenschaften und industriellen Anwendungen von AMT in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry ausführlich dokumentiert und auf sein Potenzial in Erdölcrack-Katalysatoren und Wolfram mit hoher Dichte hingewiesen. In den 1970er Jahren diskutierte die Japan Tungsten Industry Association die Verwendung von AMT in der Präzisionsfertigung und bei elektronischen Materialien wie Wolframatfolien in der “Utilization of Compound Compounds in the Industrial Industry”, und japanische Unternehmen begannen, AMT aus China für die Verwendung in der Halbleiter- und Displayindustrie zu importieren. Russlands wolframchemische Forschung konzentriert sich auf die Anwendung von AMT in der Militärindustrie, wie z. B. die Herstellung von Wolframlegierungen mit hoher Dichte durch thermische Zersetzung, um den Anforderungen von Luft- und Raumfahrt- und Panzermaterialien gerecht zu werden. Diese Entwicklungen zeigen, dass sich die Anwendung von AMT allmählich von traditionellen Wolframprodukten auf High-Tech-Bereiche ausweitet.
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