تاریخچه کشف تنگستن. خواص شیمیایی تنگستن

در دمای اتاق، تنگستن در برابر خوردگی اتمسفر مقاوم است، اما وقتی تا 750 کلوین گرم شود، به WO 3 اکسید می شود، با هالوژن ها واکنش می دهد: با فلوئور در دمای اتاق و با ید در دمای حدود 900 کلوین.

هنگامی که تا دمای بالا گرم می شود، با کربن، سیلیکون و بور واکنش داده و به ترتیب کاربید، سیلیسید و بورید تشکیل می دهد. گوگرد و فسفر در شرایط عادی روی تنگستن اثر نمی‌گذارند. در هوا، در محلول های آبی داغ قلیایی ها حل می شود، اما به جز اسیدهای هیدروفلوئوریک و نیتریک در هنگام گرم شدن، نسبت به اسیدها واکنش ضعیفی دارد.

هیدروژن و نیتروژن ترکیبات شیمیایی با تنگستن نمی دهد، تا

3000 0 C، اگرچه برخی منابع احتمال تشکیل هیدرید WH 2 را نشان می دهد.

تنگستن با اکسیژن سه اکسید پایدار را تشکیل می دهد:

WO 2 - قهوه ای؛

WO 3 - زرد؛

W 2 O 5 - رنگ مایل به آبی.

همه این اکسیدها در دمای حدود 800 کلوین در هوا یا اکسیژن تشکیل می شوند و همه آنها بسیار فرار هستند و نقطه ذوب پایینی دارند. به عنوان مثال، WO 3 در 1645 K ذوب می شود.

در عمل، برای تشخیص سیم تنگستن از سیم مولیبدن، از یک ترفند ساده استفاده می شود: نوک سیم را با کبریت آتش می زنند. اگر در همان زمان دود زرد یا قهوه ای مشاهده شود، پس این یک سیم تنگستن است، اگر سفید - مولیبدن باشد.

کربن اکسیدهای W را کاهش می دهد:

در دمای 825 کلوین؛

در دمای 1325 K;

در دمای 1425 K.

تنگستن با نیتروژن، نیتریدها را در دمای بالای 1600 کلوین تشکیل می دهد، اما بالای 2275 کلوین تجزیه می شوند.

تنگستن هنگام برهمکنش با کربن و دماهای بالاتر از 1800 کلوین، کاربیدهای W 2 C و WC را تشکیل می دهد. چگالی W 2 C - 16000 kg / m 3، WC - 9000 kg / m 3، سختی حدود 9 واحد مه. در دمای 2875 کلوین، کاربید WC در اثر واکنش تجزیه می شود

شکل 73 نمودار حالت W-C را نشان می دهد.

همانطور که از نمودار مشاهده می شود، کاربیدهای تنگستن دارای نقطه ذوب بسیار پایین تر از خود فلز هستند. بنابراین، WC در دمای حدود 2875 K، W 2 C - 3065 K ذوب می شود. علاوه بر این، کاربیدها می توانند آلیاژهای یوتکتیک با تنگستن با نقطه ذوب بسیار کمتر از فلزی که در دمای 3683 کلوین ذوب می شود، تشکیل دهند. بنابراین، دانشمندان موشکی باید به خطر تشکیل واکنش کاربیدها در سطح مشترک گرافیت و تنگستن توجه شود، که هنگام گرم شدن بالای 2675 کلوین رخ می دهد. این هشدار به این دلیل است که طراحی لاینر بخش بحرانی نازل یک موتور سوخت جامد پوشش داخلی تنگستن را با یک گیره گرافیتی ترکیب می کند.

برای جلوگیری از این واکنش بین پوشش تنگستن و گرافیت پوشش، یک لایه به اصطلاح "موانع" از تانتالیوم یا کاربید تیتانیوم (TaC, TiC) اعمال می شود.

با توجه به چگالی بالای تنگستن و کمیاب بودن آن، طراحان و فناوران به دنبال جایگزینی آن با مواد سبکتر و کمتر کمیاب هستند که در ادامه به آن پرداخته خواهد شد.

برنج. 73. نمودار وضعیت W-C

برنج. 74. طرح انتقال جرم در لامپ

رشته ای: 1 - دیواره فلاسک، جایی که WJ 2 تشکیل شده است. 2 - مارپیچ، جایی که WJ 2 به W و J تجزیه می شود

اگرچه واکنش تنگستن با ید مربوط به فناوری موشک نیست، اما من هنوز هم می خواهم به طور خلاصه در مورد آن صحبت کنم.

در دماهای بالاتر از 850 کلوین، تنگستن با بخار ید، یدید را تشکیل می دهد که نمک اسید یدید به راحتی تصعید می شود.

در دمای 2475 کلوین، یدید تجزیه می شود:

این دو واکنش برای انتقال تنگستن، به عنوان مثال، در لامپ های رشته ای استفاده می شود: با وجود فشار کم بخار در آنها، تنگستن همچنان در خلاء تبخیر می شود. بخارات آن روی دیواره لامپ شیشه ای لامپ می نشیند و شفافیت آن کاهش می یابد. اگر فلاسک با بخار ید پر شود، دومی با تنگستن روی دیواره داغ لامپ واکنش داده و WJ 2 را تشکیل می دهد که در اثر انتشار وارد مارپیچ تنگستن گرم شده و تجزیه می شود. ید آزاد دوباره به سمت دیوار حرکت می کند و تنگستن روی مارپیچ باقی می ماند و غیره بدون انتها. نتیجه نهایی افزایش درخشندگی و دوام لامپ های پر از ید است.

از همین واکنش در فناوری برای به دست آوردن فلزات نسوز خالص استفاده می شود: تنگستن، تانتالیوم، مولیبدن، هافنیوم و غیره.

از این واکنش می توان برای به دست آوردن پوسته های تنگستن نازک نیز استفاده کرد. علاوه بر روش یدید، می توان از کربونیل برای این منظور استفاده کرد، یعنی. تجزیه WCO 2 . در موتورهای سوخت جت، تنگستن به شکل خالص خود، به عنوان یک قاعده، به دلیل پایداری حرارتی کم استفاده نمی شود، اما در قالب به اصطلاح شبه آلیاژ با مس استفاده می شود. در زیر به این موضوع پرداخته خواهد شد.

در قرن شانزدهم، ماده معدنی ولفرمیت شناخته شده بود که از آلمانی ترجمه شده بود ( گرگ رحم) به معنی کرم گرگ است. این ماده معدنی در ارتباط با ویژگی های خود این نام را دریافت کرد. واقعیت این است که تنگستن که سنگ معدن قلع را همراهی می‌کرد، در حین ذوب قلع به سادگی آن را به کف سرباره تبدیل می‌کرد، به همین دلیل است که می‌گویند: «قلع را می‌بلعد، مثل گرگ که گوسفند را می‌خورد». پس از مدتی، از ولفرامیت بود که نام تنگستن توسط هفتاد و چهارمین عنصر شیمیایی سیستم تناوبی به ارث رسید.

ویژگی های تنگستن

تنگستن یک فلز انتقالی خاکستری روشن است. شباهت خارجی به فولاد دارد. در ارتباط با داشتن خواص نسبتاً منحصر به فرد، این عنصر یک ماده بسیار ارزشمند و کمیاب است که شکل خالص آن در طبیعت وجود ندارد. Wolfram دارای:

• چگالی به اندازه کافی بالا، که معادل 19.3 گرم در سانتی متر مکعب است.
• نقطه ذوب بالا، جزء 3422 0 С;
• مقاومت الکتریکی کافی - 5.5 میکرو اهم * سانتی متر؛
• ضریب پارامتر انبساط خطی معمولی برابر با 4.32.
• بالاترین نقطه جوش در بین تمام فلزات برابر با 5555 0 C.
• نرخ تبخیر کم، حتی با وجود دمای بیش از 200 0 C.
• هدایت الکتریکی نسبتا کم با این حال، این مانع از این نمی شود که تنگستن یک رسانای خوب باشد.

جدول 1. خواص تنگستن

مشخصه	معنی
خواص اتم
نام، نماد، شماره	تنگستن / ولفرامیوم (W)، 74
جرم اتمی (جرم مولی)	183.84 (1) الف. e.m. (g/mol)
پیکربندی الکترونیکی	4f14 5d4 6s2
شعاع اتم	ساعت 141 بعد از ظهر
خواص شیمیایی
شعاع کووالانسی	ساعت 170 بعد از ظهر
شعاع یونی	(+6e) 62 (+4e) 70 بعد از ظهر
الکترونگاتیوی	2.3 (مقیاس پالینگ)
پتانسیل الکترود	W ← W3+ 0.11 VW ← W6+ 0.68 V
حالت های اکسیداسیون	6, 5, 4, 3, 2, 0
انرژی یونیزاسیون (الکترون اول)	769.7 (7.98) kJ/mol (eV)
خواص ترمودینامیکی یک ماده ساده
چگالی (در n.a.)	19.25 گرم بر سانتی متر مکعب
دمای ذوب	3695K (3422 درجه سانتیگراد، 6192 درجه فارنهایت)
دمای جوش	5828K (5555 درجه سانتیگراد، 10031 درجه فارنهایت)
عود. گرمای همجوشی	285.3 کیلوژول بر کیلوگرم 52.31 کیلوژول بر مول
عود. گرمای تبخیر	4482 kJ/kg 824 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	24.27 J/(K mol)
حجم مولی	9.53 cm³/mol
شبکه کریستالی یک ماده ساده
ساختار مشبک	مکعب محور
پارامترهای شبکه	3.160A
دمای دبای	310 هزار
سایر خصوصیات
رسانایی گرمایی	(300 K) 162.8 W/(m K)
شماره CAS	7440-33-7

همه اینها تنگستن را به فلزی بسیار بادوام تبدیل می کند که در معرض آسیب مکانیکی نیست. اما وجود چنین خواص منحصر به فردی وجود معایبی را که تنگستن نیز دارد را منتفی نمی کند. این شامل:

• شکنندگی بالا هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بسیار پایین؛
• چگالی بالا، که فرآیند پردازش آن را پیچیده می کند.
• مقاومت کم در برابر اسیدها در دماهای پایین

به دست آوردن تنگستن

تنگستن همراه با مولیبدن، روبیدیم و تعدادی از مواد دیگر در گروه فلزات کمیاب قرار می گیرد که با توزیع بسیار کمی در طبیعت مشخص می شود. در این راستا نمی توان مانند بسیاری از مواد معدنی به روش سنتی استخراج کرد. بنابراین، تولید صنعتی تنگستن شامل مراحل زیر است:

• استخراج سنگ معدن که حاوی نسبت معینی از تنگستن است.
• سازماندهی شرایط مناسب که در آن فلز را می توان از جرم فرآوری شده جدا کرد.
• غلظت یک ماده به شکل محلول یا رسوب؛
• خالص سازی ترکیب شیمیایی حاصل از مرحله قبل؛
• جداسازی تنگستن خالص

بنابراین، یک ماده خالص از سنگ معدن استخراج شده حاوی تنگستن را می توان به روش های مختلفی جدا کرد.

1. در نتیجه غنی سازی سنگ معدن تنگستن توسط گرانش، شناورسازی، جداسازی مغناطیسی یا الکتریکی. در این فرآیند، یک کنسانتره تنگستن تشکیل می‌شود که 55-65 درصد آن از انیدرید تنگستن (تری اکسید) WO 3 تشکیل شده است. در کنسانتره های این فلز، میزان ناخالصی ها که می تواند فسفر، گوگرد، آرسنیک، قلع، مس، آنتیموان و بیسموت باشد، کنترل می شود.
2. همانطور که مشخص است، تری اکسید تنگستن WO 3 ماده اصلی برای جداسازی فلز تنگستن یا کاربید تنگستن است. به دست آوردن WO 3-- در نتیجه تجزیه کنسانتره ها، شستشوی آلیاژ یا زینتر و غیره اتفاق می افتد. در این حالت ماده ای متشکل از 99.9 درصد WO 3 در خروجی تشکیل می شود.
3. از تنگستن انیدرید WO 3 . با کاهش این ماده با هیدروژن یا کربن است که پودر تنگستن به دست می آید. کاربردهای جزء دوم برای واکنش کاهش کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. این به دلیل اشباع WO 3 با کاربیدها در طول واکنش است که در نتیجه فلز قدرت خود را از دست می دهد و پردازش آن دشوارتر می شود. پودر تنگستن با روش های خاصی به دست می آید که به لطف آن می توان ترکیب شیمیایی، اندازه و شکل دانه و همچنین توزیع اندازه ذرات را کنترل کرد. بنابراین، کسر ذرات پودر را می توان با افزایش سریع دما یا نرخ عرضه کم هیدروژن افزایش داد.
4. تولید تنگستن فشرده که به شکل میله یا شمش است و برای تولید بیشتر محصولات نیمه تمام - سیم، میله، نوار و غیره می باشد.

روش آخر، به نوبه خود، شامل دو گزینه ممکن است. یکی از آنها مربوط به روش های متالورژی پودر و دیگری مربوط به ذوب در کوره های قوس الکتریکی با الکترود مصرفی است.

روش متالورژی پودر

با توجه به این واقعیت که به لطف این روش امکان توزیع یکنواخت مواد افزودنی که به تنگستن خواص ویژه آن را می دهد، محبوبیت بیشتری دارد.

این شامل چندین مرحله است:

1. پودر فلز به میله ها فشرده می شود.
2. بلنک ها در دماهای پایین زینتر می شوند (به اصطلاح پیش پخت).
3. قطعات کار جوشکاری؛
4. به دست آوردن محصولات نیمه تمام با فرآوری بلنک ها. اجرای این مرحله به روش آهنگری یا ماشین کاری (سنگ زنی، پرداخت) انجام می شود. لازم به ذکر است که پردازش مکانیکی تنگستن تنها تحت تأثیر دمای بالا امکان پذیر می شود، در غیر این صورت نمی توان آن را پردازش کرد.

در عین حال، پودر باید به خوبی با حداکثر درصد مجاز ناخالصی تا 0.05٪ خالص شود.

این روش به دست آوردن میله های تنگستن با مقطع مربع از 8x8 تا 40x40 میلی متر و طول 280-650 میلی متر امکان پذیر می شود. لازم به ذکر است که در دمای اتاق آنها کاملاً قوی هستند، اما شکنندگی آنها افزایش یافته است.

فیوز

این روش در صورت لزوم به دست آوردن قطعات تنگستن با ابعاد به اندازه کافی بزرگ - از 200 کیلوگرم تا 3000 کیلوگرم استفاده می شود. چنین صفحاتی، به عنوان یک قاعده، برای نورد، کشیدن لوله و ساخت محصولات با ریخته گری ضروری هستند. برای ذوب، لازم است شرایط خاصی ایجاد شود - یک خلاء یا یک جو نادر هیدروژن. در خروجی، شمش های تنگستن تشکیل می شود که دارای ساختار دانه درشت و همچنین به دلیل وجود مقدار زیادی ناخالصی، شکنندگی بالایی دارند. محتوای ناخالصی ها را می توان با ذوب پیش از ذوب تنگستن در یک کوره پرتو الکترونی کاهش داد. با این حال، ساختار بدون تغییر باقی می ماند. در این رابطه، به منظور کاهش اندازه دانه، شمش ها بیشتر ذوب می شوند، اما در حال حاضر در یک کوره قوس الکتریکی. در عین حال، مواد آلیاژی در طول فرآیند ذوب به شمش ها اضافه می شود و تنگستن را با خواص ویژه ای همراه می کند.

برای به دست آوردن شمش های تنگستن با ساختار ریزدانه، از ذوب جمجمه قوس الکتریکی با ریختن فلز در قالب استفاده می شود.

روش به دست آوردن یک فلز وجود مواد افزودنی و ناخالصی در آن را تعیین می کند. بنابراین، امروزه چندین گرید تنگستن تولید می شود.

نمرات تنگستن

1. HF - تنگستن خالص، که در آن هیچ افزودنی وجود ندارد.
2. VA - فلزی حاوی آلومینیوم و مواد افزودنی قلیایی سیلیکون که به آن خواص اضافی می دهد.
3. VM - فلزی حاوی توریم و افزودنی های سیلیکون قلیایی.
4. VT - تنگستن، که حاوی اکسید توریم به عنوان یک افزودنی است، که به طور قابل توجهی خواص انتشار فلز را افزایش می دهد.
5. VI - فلز حاوی اکسید ایتریم؛
6. VL - تنگستن با اکسید لانتانیم، که همچنین خواص انتشار را افزایش می دهد.
7. VR - آلیاژ رنیوم و تنگستن؛
8. BPH - هیچ ماده افزودنی در فلز وجود ندارد، با این حال، ممکن است ناخالصی در حجم زیاد وجود داشته باشد.
9. MW آلیاژی از تنگستن با مولیبدن است که به طور قابل توجهی استحکام را پس از بازپخت افزایش می دهد و در عین حال شکل پذیری را حفظ می کند.

تنگستن کجا استفاده می شود؟

عنصر 74 به دلیل خواص منحصر به فرد خود در بسیاری از صنایع ضروری شده است.

1. کاربرد اصلی تنگستن به عنوان پایه ای برای تولید مواد نسوز در متالورژی است.
2. با مشارکت اجباری تنگستن، رشته های رشته ای تولید می شود که عنصر اصلی دستگاه های روشنایی، کینسکوپ ها و همچنین سایر لوله های خلاء هستند.
3. همچنین این فلز پایه ای برای تولید آلیاژهای سنگین مورد استفاده به عنوان وزنه تعادل، هسته های زره ​​شکن توپخانه های زیر کالیبر و تیری شکل است.
4. تنگستن یک الکترود در جوشکاری با قوس آرگون است.
5. آلیاژهای آن در برابر دماهای مختلف، محیط‌های اسیدی و همچنین سختی و مقاومت در برابر سایش بسیار مقاوم است و به همین دلیل در ساخت ابزار جراحی، زره تانک، پوسته‌های اژدر و پرتابه، قطعات هواپیما و موتور و همچنین ظروف برای نگهداری استفاده می‌شود. سلاح های هسته ای.
6. کوره های مقاومت در خلاء، که در آنها دما به مقادیر بسیار بالایی می رسد، مجهز به عناصر گرمایشی نیز از تنگستن هستند.
7. استفاده از تنگستن برای محافظت در برابر تشعشعات یونیزان محبوب است.
8. ترکیبات تنگستن به عنوان عناصر آلیاژی، روان کننده های با دمای بالا، کاتالیزورها، رنگدانه ها و همچنین برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی (دیتلورید تنگستن) استفاده می شود.

دارای رنگ خاکستری روشن. در سیستم تناوبی مندلیف، او به شماره سریال 74 تعلق دارد. عنصر شیمیایی نسوز است. در ترکیب خود دارای 5 ایزوتوپ پایدار است.

خواص شیمیایی تنگستن

مقاومت شیمیایی تنگستن در هوا و آب بسیار بالاست. وقتی گرم می شود، اکسید می شود. هر چه دما بالاتر باشد، سرعت اکسیداسیون عنصر شیمیایی بیشتر می شود. در دمای بیش از 1000 درجه سانتیگراد، تنگستن شروع به تبخیر می کند. در دمای اتاق، اسیدهای هیدروکلریک، سولفوریک، هیدروفلوئوریک و نیتریک نمی توانند هیچ تاثیری بر تنگستن داشته باشند. مخلوطی از اسیدهای نیتریک و هیدروفلوریک، تنگستن را حل می کند. نه در حالت مایع و نه در حالت جامد، تنگستن با طلا، نقره، سدیم، لیتیوم مخلوط نمی شود. همچنین هیچ اثر متقابلی با روی، منیزیم، کلسیم، جیوه وجود ندارد. تنگستن در تانتالیوم و نیوبیم محلول است و با کروم و مولیبدن می تواند در هر دو حالت جامد و مایع محلول تشکیل دهد.

کاربرد تنگستن

تنگستن در صنعت مدرن هم به صورت خالص و هم در آلیاژ استفاده می شود. تنگستن یک فلز مقاوم در برابر سایش است. اغلب از آلیاژهای حاوی تنگستن برای ساخت پره های توربین و دریچه های موتور هواپیما استفاده می شود. همچنین این عنصر شیمیایی کاربرد خود را برای ساخت قطعات مختلف در مهندسی اشعه ایکس و الکترونیک رادیویی پیدا کرده است. تنگستن برای رشته های لامپ های الکتریکی استفاده می شود.

ترکیبات شیمیایی تنگستن اخیراً کاربرد عملی خود را یافته اند. اسید هتروپلی فسفوتنگستیک در تولید رنگ ها و لاک های روشن که در نور پایدار هستند استفاده می شود. برای ساخت رنگ های درخشان و ساخت لیزر، تنگستات عناصر خاکی کمیاب، فلزات قلیایی خاکی و کادمیوم استفاده می شود.

امروزه حلقه های ازدواج طلای سنتی جای خود را به محصولات ساخته شده از فلزات دیگر داده اند. حلقه های ازدواج کاربید تنگستن محبوبیت پیدا کرده اند. چنین محصولاتی از دوام بالایی برخوردار هستند. روکش آینه ای انگشتر به مرور زمان محو نمی شود. این محصول در تمام مدت استفاده شرایط اولیه خود را حفظ خواهد کرد.

تنگستن به عنوان یک افزودنی آلیاژی برای فولاد استفاده می شود. این به فولاد استحکام و سختی آن را در دماهای بالا می دهد. بنابراین، ابزارهای ساخته شده از فولاد تنگستن توانایی مقاومت در برابر فرآیندهای بسیار فشرده فلزکاری را دارند.

تنگستن یک عنصر شیمیایی از گروه 4 است که دارای عدد اتمی 74 در سیستم تناوبی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف با نام W (Wolframium) است. این فلز توسط دو شیمیدان اسپانیایی، برادران d'Eluyar، در سال 1783 کشف و جدا شد. نام "Wolframium" خود به عنصری از ولفرمیت معدنی شناخته شده قبلی منتقل شد، که در قرن شانزدهم شناخته شده بود، سپس در لاتین "فوم گرگ" یا "Spuma lupi" نامیده می شد، در آلمانی این عبارت به نظر می رسد. "گرگ رحم" (تنگستن). این نام با این واقعیت همراه بود که تنگستن، در حالی که سنگ معدن قلع را همراهی می کرد، به طور قابل توجهی در ذوب قلع دخالت می کرد، زیرا. قلع را به کف سرباره تبدیل کردند (آنها در مورد این روند شروع به گفتن کردند: "قلع مانند گرگ گوسفند را می بلعد!"). در حال حاضر در ایالات متحده آمریکا، فرانسه، بریتانیای کبیر و برخی کشورهای دیگر از نام تنگستن (از تونگ استن سوئدی که به معنی سنگ سنگین ترجمه می شود) برای نام گذاری تنگستن استفاده می شود.

تنگستن یک فلز انتقالی سخت خاکستری است. کاربرد اصلی تنگستن نقش پایه در مواد نسوز در متالورژی است. تنگستن بسیار نسوز است، در شرایط عادی این فلز از نظر شیمیایی مقاوم است.

تنگستن با تمام فلزات دیگر از نظر سختی، سنگینی و قابلیت نفوذپذیری غیرعادی متفاوت است. از قدیم الایام در میان مردم عبارت «سنگین مثل سرب» یا «سنگین تر از سرب»، «پلک های سربی» و غیره وجود داشته است. اما استفاده از واژه تنگستن در این تمثیل ها صحیح تر است. چگالی این فلز تقریباً دو برابر سرب، به طور دقیق، 1.7 برابر است. با همه اینها، جرم اتمی تنگستن کمتر است و دارای ارزش 184 در مقابل 207 برای سرب است.

تنگستن یک فلز خاکستری روشن است، نقطه ذوب و جوش این فلز بالاترین میزان است. به دلیل پلاستیسیته و نفوذ ناپذیری تنگستن، می توان از آن به عنوان رشته در دستگاه های روشنایی، در کینسکوپ ها و همچنین در سایر لوله های خلاء استفاده کرد.

بیست ماده معدنی تنگستن شناخته شده است. رایج ترین: کانی های گروه شیلیت ولفرامیت که از اهمیت صنعتی برخوردار هستند. سولفید ولفرامیت کمتر رایج است، یعنی. تنگستنزیت (WS2) و ترکیبات اکسید مانند - فرو - و کوپروتانگستیت، تنگستیت، هیدروتنگستیت. Vads، psilomelans با محتوای بالای تنگستن، به طور گسترده ای توزیع شده است.

بسته به شرایط وقوع، مورفولوژی و نوع نهشته های تنگستن، از روش های باز، زیرزمینی و ترکیبی در توسعه آنها استفاده می شود.

در حال حاضر هیچ روشی برای بدست آوردن مستقیم تنگستن از کنسانتره وجود ندارد. در این راستا ابتدا ترکیبات میانی از کنسانتره جدا شده و سپس تنگستن فلزی از آنها به دست می آید. جداسازی تنگستن شامل: تجزیه کنسانتره ها، سپس انتقال فلز به ترکیباتی است که از بقیه عناصر همراه جدا می شود. جداسازی اسید تنگستیک، به عنوان مثال. تنگستن ترکیب شیمیایی خالص، با تولید بعدی تنگستن به شکل فلزی ادامه می‌یابد.

تنگستن در ساخت ماشین آلات و تجهیزات در صنایع فلزکاری، ساخت و ساز و معدن، در ساخت لامپ ها و لامپ ها، در صنایع حمل و نقل و الکترونیک، در صنایع شیمیایی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

این ابزار که از فولاد تنگستن ساخته شده است، قادر به مقاومت در برابر سرعت بسیار زیاد فرآیندهای فشرده در فلزکاری است. سرعت برش با استفاده از چنین ابزاری معمولاً با ده ها متر در ثانیه اندازه گیری می شود.

تنگستن در طبیعت نسبتاً ضعیف است. محتوای فلز در پوسته زمین بر حسب جرم حدود 1.3·10-4٪ است. کانی های اصلی حاوی تنگستن تنگستات های طبیعی هستند: شیلیت که در اصل تنگستن نامیده می شود و ولفرمیت.

خواص بیولوژیکی

نقش بیولوژیکی تنگستن ناچیز است. تنگستن از نظر خواص بسیار شبیه به مولیبدن است، اما برخلاف دومی، تنگستن عنصر ضروری نیست. با وجود این واقعیت، تنگستن کاملاً قادر به جایگزینی مولیبدن در حیوانات و گیاهان، در ترکیب باکتری‌ها است، در حالی که فعالیت آنزیم‌های وابسته به مو، به عنوان مثال، گزانتین اکسیداز را مهار می‌کند. به دلیل تجمع نمک های تنگستن در حیوانات، سطح اسید اوریک کاهش و سطح هیپوگزانتین و گزانتین افزایش می یابد. گرد و غبار تنگستن مانند سایر غبارهای فلزی اندام های تنفسی را تحریک می کند.

حدود 0.001-0.015 میلی گرم تنگستن در روز به طور متوسط ​​با غذا وارد بدن انسان می شود. قابلیت هضم خود عنصر، و همچنین نمک های تنگستن، در دستگاه گوارش انسان 1-10٪ است، اسیدهای تنگستیک ضعیف محلول - تا 20٪. تنگستن عمدتاً در بافت استخوان و کلیه ها تجمع می یابد. استخوان ها تقریباً 0.00025 میلی گرم بر کیلوگرم و در خون انسان حدود 0.001 میلی گرم در لیتر تنگستن دارند. این فلز معمولاً به طور طبیعی و از طریق ادرار از بدن دفع می شود. اما 75 درصد از ایزوتوپ رادیواکتیو تنگستن 185W از طریق مدفوع دفع می شود.

منابع غذایی تنگستن و همچنین نیاز روزانه آن هنوز مورد مطالعه قرار نگرفته است. دوز سمی برای بدن انسان هنوز شناسایی نشده است. نتیجه کشنده در موش‌ها از مقدار کمی بیشتر از 30 میلی‌گرم این ماده رخ می‌دهد. در پزشکی اعتقاد بر این است که تنگستن اثرات متابولیکی، سرطان زا و تراتوژنیک بر انسان و حیوانات ندارد.

شاخص وضعیت عنصری تنگستن در داخل بدن انسان: ادرار، خون کامل. هیچ اطلاعاتی در مورد کاهش سطح تنگستن در خون وجود ندارد.

افزایش محتوای تنگستن در بدن اغلب در کارگران کارخانه های متالورژی که در تولید مواد نسوز و مقاوم در برابر حرارت، فولادهای آلیاژی، و همچنین در افرادی که با کاربید تنگستن در تماس هستند، رخ می دهد.

سندرم بالینی "بیماری فلزات سنگین" یا پنوموکونیوز می تواند نتیجه دریافت مزمن غبار تنگستن به بدن باشد. علائم می تواند شامل سرفه، مشکلات تنفسی، آسم آتوپیک و تغییرات داخل ریه باشد. سندرم های فوق معمولاً پس از استراحت طولانی و به سادگی در صورت عدم تماس مستقیم با وانادیوم فروکش می کنند. در شدیدترین موارد، با تشخیص دیرهنگام بیماری، آسیب شناسی "کور ریوی"، آمفیزم و فیبروز ریوی ایجاد می شود.

«بیماری های فلزات سنگین» و پیش نیازهای بروز آن معمولاً در نتیجه قرار گرفتن در معرض چندین نوع فلز و نمک (مثلاً کبالت، تنگستن و غیره) ظاهر می شوند. مشخص شده است که اثر ترکیبی تنگستن و کبالت بر بدن انسان باعث افزایش اثر مضر بر سیستم ریوی می شود. ترکیب تنگستن و کاربید کبالت می تواند باعث التهاب موضعی و درماتیت تماسی شود.

در مرحله فعلی توسعه پزشکی، هیچ راه موثری برای تسریع متابولیسم یا دفع گروهی از ترکیبات فلزی وجود ندارد که بتواند ظاهر "بیماری فلزات سنگین" را تحریک کند. به همین دلیل است که انجام مداوم اقدامات پیشگیرانه و شناسایی به موقع افراد با حساسیت بالا به فلزات سنگین برای تشخیص در مرحله اولیه بیماری بسیار مهم است. همه این عوامل شانس بیشتر برای موفقیت درمان آسیب شناسی را تعیین می کند. اما در برخی موارد، در صورت لزوم، از درمان با عوامل کمپلکس و درمان علامتی استفاده می شود.

بیش از نیمی (یا بهتر است بگوییم 58٪) از کل تنگستن تولید شده در ساخت کاربید تنگستن استفاده می شود و تقریباً یک چهارم (یا بهتر بگوییم، 23٪) در تولید فولادها و آلیاژهای مختلف استفاده می شود. تولید تنگستن "محصولات نورد شده" (این شامل رشته های لامپ رشته ای، تماس های الکتریکی، و غیره) حدود 8٪ از تنگستن مصرف شده در جهان را تشکیل می دهد، و 9٪ باقی مانده برای تولید کاتالیزورها و رنگدانه ها استفاده می شود.

سیم تنگستن که در لامپ های الکتریکی کاربرد پیدا کرده است، اخیراً مشخصات جدیدی پیدا کرده است: پیشنهاد شده است از آن به عنوان یک ابزار برش در پردازش مواد شکننده استفاده شود.

استحکام بالا و شکل پذیری خوب تنگستن این امکان را فراهم می کند که اقلام منحصر به فردی از آن تولید شود. برای مثال می توان سیمی به قدری نازک از این فلز کشید که 100 کیلومتر از این سیم تنها 250 کیلوگرم جرم خواهد داشت.

تنگستن مایع مذاب می تواند در این حالت حتی در نزدیکی سطح خود خورشید باقی بماند، زیرا نقطه جوش فلز بالای 5500 درجه سانتیگراد است.

بسیاری از مردم می دانند که برنز از مس، روی و قلع تشکیل شده است. اما، به اصطلاح برنز تنگستن نه تنها بنا به تعریف برنز نیست، زیرا. حاوی هیچ یک از فلزات بالا نیست، به هیچ وجه آلیاژی نیست، زیرا. فاقد ترکیبات کاملاً فلزی است و سدیم و تنگستن اکسید می شوند.

بدست آوردن رنگ هلو بسیار دشوار و اغلب غیرممکن بود. این نه قرمز است و نه صورتی، بلکه نوعی میانی و حتی با رنگ مایل به سبز است. Giving می گوید که بیش از 8000 تلاش برای به دست آوردن این رنگ باید انجام می شد. در قرن هفدهم، تنها گران‌ترین اقلام چینی برای امپراتور وقت چین با رنگ هلو در کارخانه‌ای در استان شانشی تزئین می‌شد. اما زمانی که پس از مدتی امکان فاش شدن راز یک رنگ کمیاب وجود داشت، مشخص شد که اساس آن چیزی جز اکسید تنگستن نیست.

این اتفاق در سال 1911 رخ داد. دانش آموزی به نام لی از پکن به استان یوننان آمد. او روز به روز در کوه ها گم می شد و سعی می کرد نوعی سنگ را پیدا کند، همانطور که او توضیح داد، این یک سنگ حلبی بود. اما او موفق نشد. صاحب خانه ای که دانش آموز لی در آن ساکن شده بود، با دختر جوانی به نام شیائومی زندگی می کرد. دختر برای دانش آموز نگون بخت بسیار متاسف شد و عصر هنگام شام برای او داستان های ساده و ساده ای تعریف کرد. یک داستان از یک اجاق گاز غیر معمول که از نوعی سنگ های تیره ساخته شده بود که از صخره کنده شده و در حیاط خلوت خانه خود گذاشته شده بود، می گفت. این اجاق گاز کاملاً موفق و از همه مهمتر بادوام بود ، سالها به طور مرتب به صاحبان خدمت می کرد. Xiao-mi جوان حتی یک سنگ از این قبیل را به عنوان هدیه به دانش آموز داد. این یک سنگ درهم، سنگین و قهوه ای رنگ بود، مثل سرب. بعداً معلوم شد که این سنگ ولفرمیت خالص است...

در سال 1900، در افتتاحیه نمایشگاه جهانی متالورژی در پاریس، نمونه های کاملاً جدیدی از فولاد پرسرعت (آلیاژی از فولاد با تنگستن) برای اولین بار به نمایش درآمد. به معنای واقعی کلمه بلافاصله پس از آن، تنگستن به طور گسترده در صنعت متالورژی تمام کشورهای بسیار توسعه یافته مورد استفاده قرار گرفت. اما یک واقعیت نسبتاً جالب وجود دارد: برای اولین بار، فولاد تنگستن در اوایل سال 1865 در کارخانه Motovilikha در اورال در روسیه اختراع شد.

در اوایل سال 2010، یک مصنوع جالب به دست یوفولوژیست های پرم افتاد. فرض بر این است که این قطعه ای از یک سفینه فضایی است. تجزیه و تحلیل قطعه نشان داد که شی تقریباً به طور کامل از تنگستن خالص تشکیل شده است. فقط 0.1٪ از ترکیب روی ناخالصی های کمیاب قرار می گیرد. به گفته دانشمندان، نازل های موشک از تنگستن خالص ساخته شده اند. اما تا کنون یک واقعیت توضیح داده نشده است. در هوا، تنگستن به سرعت اکسید می شود و زنگ می زند. اما به دلایلی این قطعه خود را در معرض خوردگی قرار نمی دهد.

داستان

کلمه "تنگستن" خود منشأ آلمانی دارد. پیش از این، نه خود فلز تنگستن، بلکه کانی اصلی آن، یعنی. به ولفرامیت. برخی معتقدند که در آن زمان این کلمه تقریباً به عنوان یک کلمه دشنام استفاده می شد. از آغاز قرن شانزدهم تا نیمه دوم قرن هفدهم، تنگستن به عنوان یک کانی قلع در نظر گرفته می شد. اگرچه اغلب با سنگ معدن قلع همراه است. اما از سنگ معدنی که شامل ولفرامیت بود، قلع بسیار کمتر ذوب می شد. گویی کسی یا چیزی قلع مفید را «بلعیده است». از این رو نام عنصر جدید است. در آلمانی Wolf (Wolf) به معنی گرگ است و Ram (Ram) که از آلمانی باستان ترجمه شده است به معنای قوچ است. آن ها عبارت «قلع را می خورد مثل گرگ که بره می خورد» و به نام فلز تبدیل شد.

مجله انتزاعی شیمیایی معروف ایالات متحده یا کتابهای مرجع در مورد همه عناصر شیمیایی Mellor (انگلیس) و Pascal (فرانسه) حتی حاوی عنصری مانند تنگستن نیست. عنصر شیمیایی شماره 74 تنگستن نامیده می شود. نماد W که مخفف تنگستن است، تنها در چند سال اخیر رایج شده است. در فرانسه و ایتالیا، اخیراً، این عنصر با حروف Tu نشان داده شد، یعنی. حروف اول کلمه تنگستن

پایه های چنین سردرگمی در تاریخ کشف عنصر گذاشته شده است. در سال 1783، شیمی‌دانان اسپانیایی، برادران الوارد، گزارش دادند که یک عنصر شیمیایی جدید کشف کرده‌اند. در فرآیند تجزیه کانی "تنگستن" ساکسون با اسید نیتریک، آنها موفق شدند "زمین اسیدی" را به دست آورند، یعنی. رسوب زرد از اکسید یک فلز ناشناخته، رسوب محلول در آمونیاک بود. در ماده اولیه، این اکسید همراه با اکسیدهای منگنز و آهن وجود داشت. برادران الوارد نام این عنصر را تنگستن و ماده معدنی که فلز از آن استخراج شد را ولفرمیت نامیدند.

اما برادران الوارد را نمی توان صد در صد کاشف تنگستن نامید. البته آنها اولین کسانی بودند که کشف خود را به صورت چاپی گزارش کردند، اما ... در سال 1781، دو سال قبل از کشف برادران، کارل ویلهلم شیلی، شیمیدان مشهور سوئدی، دقیقاً همان "زمین زرد" را در روند درمان یافت. یک ماده معدنی دیگر با اسید نیتریک دانشمند او آن را به سادگی "تنگستن" (ترجمه شده از سوئدی تونگ - سنگین، استن - سنگ، یعنی "سنگ سنگین") نامید. کارل ویلهلم شیل دریافت که "زمین زرد" در رنگ آن و همچنین در سایر خواص با مولیبدن مشابه متفاوت است. این دانشمند همچنین دریافت که در خود این ماده معدنی با اکسید کلسیم مرتبط است. به افتخار Scheele، نام ماده معدنی "تنگستن" به "scheelite" تغییر یافت. جالب اینجاست که یکی از برادران الوارد شاگرد شیله بود، او در سال 1781 در آزمایشگاه معلم کار می کرد. نه شیل و نه برادران الوارد شروع به اشتراک گذاری این کشف نکردند. Scheele به سادگی ادعای این کشف را نکرد و برادران Eluard بر اولویت برتری خود اصرار نداشتند.

بسیاری در مورد به اصطلاح "برنزهای تنگستن" شنیده اند. این فلزات ظاهر بسیار زیبایی دارند. برنز تنگستن آبی دارای ترکیب زیر Na2O WO2 است و برنز طلایی دارای ترکیب زیر 4WO3Na2O WO2 WO3 است. بنفش و قرمز مایل به ارغوانی متوسط ​​هستند، با نسبت WO3 به WO2 کمتر از چهار و بیشتر از یک. همانطور که فرمول ها نشان می دهد، این مواد نه قلع، نه مس و نه روی دارند. اینها برنز نیستند و اصلاً آلیاژ نیستند، زیرا. آنها حتی ترکیبات فلزی ندارند و سدیم و تنگستن در اینجا اکسید می شوند. چنین "برنز" نه تنها از نظر ظاهری، بلکه از نظر خواص نیز شبیه برنز واقعی است: سختی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی، هدایت الکتریکی بالا.

در زمان های قدیم رنگ هلویی یکی از کمیاب ترین رنگ ها بود، می گفتند برای به دست آوردن آن باید 8000 آزمایش انجام می شد. در قرن هفدهم، گرانترین چینی امپراتور چین به رنگ هلویی رنگ آمیزی شد. اما پس از افشای راز این رنگ، ناگهان مشخص شد که بر پایه اکسید تنگستن ساخته شده است.

بودن در طبیعت

تنگستن در طبیعت توزیع ضعیفی دارد، محتوای فلز در پوسته زمین 1.3 10-4٪ وزنی است. تنگستن عمدتاً به عنوان بخشی از ترکیبات پیچیده اکسید شده یافت می شود که توسط تری اکسید تنگستن WO3 و همچنین اکسیدهای آهن و کلسیم یا منگنز، گاهی اوقات مس، سرب، توریم و عناصر مختلف خاکی کمیاب تشکیل می شوند. رایج ترین ولفرامیت معدنی محلول جامد تنگستات است، یعنی. نمک اسید تنگستیک، منگنز و آهن (nMnWO 4 mFeWO 4). محلول بسته به غلبه ترکیبات مختلف در ترکیب محلول، بلورهای جامد و سنگین به رنگ سیاه یا قهوه ای است. اگر ترکیبات منگنز (هیوبنریت) بیشتر باشد، کریستال‌ها سیاه می‌شوند و اگر ترکیبات آهن (فربریت) غالب باشد، محلول قهوه‌ای می‌شود. ولفرامیت رسانای عالی الکتریسیته و پارامغناطیس است.

در مورد سایر کانی های تنگستن، شیلیت از اهمیت صنعتی برخوردار است، به عنوان مثال. تنگستات کلسیم (فرمول CaWO 4). این ماده معدنی بلورهای درخشانی از رنگ های زرد روشن و گاهی تقریباً سفید تشکیل می دهد. Sheelite به هیچ وجه مغناطیسی نیست، اما ویژگی دیگری دارد - توانایی لومینسانس. پس از نور UV در تاریکی، به رنگ آبی روشن فلورسانس می شود. وجود ترکیبی از مولیبدن رنگ درخشش را تغییر می دهد، به آبی کم رنگ، گاهی اوقات به کرم تغییر می کند. به لطف این خاصیت، به راحتی می توان ذخایر زمین شناسی این ماده معدنی را شناسایی کرد.

به طور معمول، ذخایر سنگ معدن تنگستن با منطقه توزیع گرانیت مرتبط است. بلورهای بزرگ شیلیت یا ولفرامیت بسیار نادر هستند. معمولا کانی ها به سادگی در سنگ های گرانیتی پراکنده می شوند. استخراج تنگستن از گرانیت بسیار دشوار است، زیرا. غلظت آن معمولاً بیش از 2٪ نیست. در مجموع، بیش از 20 کانی تنگستن شناخته شده نیست. از میان آنها می توان استولزیت و راسوئیت را متمایز کرد که دو اصلاح کریستالی متفاوت از تنگستات سرب PbWO 4 هستند. کانی های باقی مانده محصولات تجزیه یا اشکال ثانویه کانی های معمولی هستند، به عنوان مثال، شلیت و ولفرامیت (هیدروتونگستیت، که اکسید تنگستن هیدراته است، از ولفرامیت تشکیل شده است؛ اخر تنگستن)، روسلیت، کانی حاوی اکسیدهای تنگستن و بیسموت. تنگستنیت (WS 2) تنها کانی غیر اکسیدی تنگستن است و ذخایر اصلی آن در ایالات متحده آمریکا قرار دارد. به عنوان یک قاعده، محتوای تنگستن در محدوده 0.3٪ تا 1.0٪ WO 3 است.

تمام ذخایر تنگستن منشأ هیدروترمال یا ماگمایی دارند. شیلیت و ولفرامیت اغلب به شکل رگه‌ها، در مکان‌هایی که ماگما به شکاف‌های پوسته زمین نفوذ کرده است، یافت می‌شوند. بخش اصلی ذخایر تنگستن در مناطقی از رشته کوه های جوان - آلپ، هیمالیا و کمربند اقیانوس آرام متمرکز شده است. بزرگترین ذخایر ولفرامیت و شیلیت در چین، برمه، ایالات متحده آمریکا، روسیه (اورال، Transbaikalia و قفقاز)، پرتغال و بولیوی قرار دارد. استخراج سالانه سنگ معدن تنگستن در جهان تقریباً 5.95·104 تن فلز است که 49.5·104 تن (یا 83%) در چین استخراج می شود. حدود 3400 تن در سال در روسیه و 3000 تن در سال در کانادا استخراج می شود.

نقش رهبر جهانی در توسعه مواد خام تنگستن را چین ایفا می کند (میدان جیانشی 60 درصد تولید چین، هونان - 20 درصد، یوننان - 8 درصد، گوانگدونگ - 6 درصد، مغولستان داخلی و گوانژی - 2 را تشکیل می دهد. ٪ هر یک، دیگران وجود دارد). در روسیه، بزرگترین ذخایر سنگ معدن تنگستن در 2 منطقه قرار دارد: در قفقاز شمالی (Tyrnyauz، Kabardino-Balkaria) و در شرق دور. کارخانه در نالچیک سنگ معدن تنگستن را به پاراتنگستات آمونیوم و اکسید تنگستن تبدیل می کند.

بزرگترین مصرف کننده تنگستن اروپای غربی (30 درصد) است. ایالات متحده آمریکا و چین - هر کدام 25٪، 12٪ - 13٪ - ژاپن. سالانه حدود 3000 تن فلز در کشورهای مستقل مشترک المنافع مصرف می شود.

کاربرد

در مجموع سالانه حدود 30 هزار تن تنگستن در جهان تولید می شود. فولاد تنگستن و سایر آلیاژهای حاوی تنگستن و کاربیدهای آن در ساخت زره تانک، پوسته‌ها و پوسته‌های اژدر، مهم‌ترین بخش‌های هواپیما و موتورهای احتراق داخلی استفاده می‌شوند.

بهترین انواع فولادهای ابزار حاوی تنگستن هستند. متالورژی به طور کلی حدود 95٪ از کل تنگستن تولید شده را جذب می کند. آنچه برای متالورژی معمول است این است که نه تنها از تنگستن خالص استفاده می شود، بلکه عمدتاً از تنگستن استفاده می شود که ارزان تر است - فروتنگستن، یعنی. آلیاژی حاوی حدود 80 درصد تنگستن و حدود 20 درصد آهن. در کوره های قوس الکتریکی تولید می شود.

آلیاژهای تنگستن دارای تعدادی کیفیت قابل توجه هستند. آلیاژ تنگستن، مس و نیکل، همانطور که به آن فلز "سنگین" نیز می گویند، یک ماده خام در ساخت ظروف برای ذخیره مواد رادیواکتیو است. اثر محافظتی چنین آلیاژی 40 درصد بیشتر از سرب است. از چنین آلیاژی در پرتودرمانی نیز استفاده می شود، زیرا با ضخامت نسبتاً کوچک صفحه، محافظت کاملاً کافی ارائه می شود.

آلیاژی از کاربید تنگستن و 16 درصد کبالت دارای چنان سختی است که تا حدی جایگزین الماس در حفر چاه می شود. آلیاژهای شبه تنگستن با نقره و مس یک ماده عالی برای کلیدها و کلیدهای چاقویی در محیط های ولتاژ بالا هستند. چنین محصولاتی 6 برابر بیشتر از تماس های مسی معمولی دوام می آورند.

استفاده از تنگستن خالص یا آلیاژهای حاوی تنگستن عمدتاً بر اساس سختی، نسوز و مقاومت شیمیایی آنها است. تنگستن به شکل خالص به طور گسترده ای در تولید رشته های لامپ های رشته ای الکتریکی و همچنین لوله های پرتو کاتدی استفاده می شود. به عنوان سیم پیچ و عناصر گرمایش کوره های الکتریکی و همچنین یک ماده ساختاری برای فضا و هواپیماهایی که در دماهای بالا کار می کنند استفاده می شود.

تنگستن بخشی از آلیاژهای فولادهای پرسرعت (محتوای تنگستن 17.5 - 18.5٪)، استلیت ها (از کبالت با افزودنی های کروم، C، W)، هاستالی (فولادهای ضد زنگ مبتنی بر Ni) و همچنین بسیاری از آلیاژهای دیگر است. تنگستن به عنوان پایه ای در تولید آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و ابزار استفاده می شود، یعنی از فروتنگستن (W 68-86٪، مو و آهن تا 7٪) استفاده می شود که به راحتی با احیای مستقیم کنسانتره شلیت یا ولفرامیت به دست می آید. . از تنگستن در تولید پوبدا استفاده می شود. این یک آلیاژ فوق سخت است که حاوی 80-85٪ تنگستن، 7-14٪ کبالت، 5-6٪ کربن است. Pobedit به سادگی در فرآیند فلزکاری و همچنین در صنایع نفت و معدن ضروری است.

تنگستات های منیزیم و کلسیم به طور گسترده در دستگاه های فلورسنت استفاده می شوند. سایر نمک های تنگستن در صنایع دباغی و شیمیایی استفاده می شود. تنگستن دی سولفید یک روان کننده خشک با دمای بالا است که در دماهای تا 500 درجه سانتیگراد پایدار است. برنزهای تنگستن و سایر ترکیبات تنگستن در ساخت رنگها استفاده می شود. مقدار زیادی از ترکیبات تنگستن کاتالیزورهای عالی هستند.

در تولید لامپ های الکتریکی، تنگستن ضروری است زیرا نه تنها به طور غیرعادی نسوز، بلکه کاملاً پلاستیکی است. 1 کیلوگرم تنگستن به عنوان ماده خام برای ساخت 3.5 کیلومتر سیم استفاده می شود. آن ها برای ساخت رشته های 23000 لامپ 60 واتی می توان از 1 کیلوگرم تنگستن استفاده کرد. تنها به لطف این خاصیت، صنعت برق در سراسر جهان حدود صد تن تنگستن در سال مصرف می کند.

تولید

اولین مرحله در تولید تنگستن غنی سازی سنگ معدن است، یعنی. جداسازی اجزای ارزشمند از توده سنگ اصلی، سنگ ضایعات. همان روش‌های غنی‌سازی مانند سایر سنگ‌های فلزات سنگین استفاده می‌شود: آسیاب و فلوتاسیون، و به دنبال آن جداسازی مغناطیسی (سنگ‌های ولفرامیت) و بو دادن اکسیداتیو. کنسانتره به‌دست‌آمده از این روش معمولاً با مقدار زیادی سودا سوزانده می‌شود و در نتیجه تنگستن را به حالت محلول در می‌آورد. به ولفرامیت سدیم

روش دیگر برای به دست آوردن این ماده شستشو است. تنگستن با یک محلول سودا در دمای بالا و تحت فشار استخراج می‌شود و به دنبال آن تنگستات کلسیم خنثی و رسوب می‌شود. scheelite Scheelite به این دلیل به دست می آید که استخراج اکسید تنگستن خالص شده از آن بسیار آسان است.

CaWO 4 → H 2 WO 4 یا (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

اکسید تنگستن نیز از طریق کلریدها به دست می آید. کنسانتره تنگستن با گاز کلر در دمای بالا تصفیه می شود. در این حالت کلریدهای تنگستن تشکیل می شوند که با تصعید به راحتی از سایر کلریدها جدا می شوند. از کلرید حاصل می توان برای به دست آوردن اکسید یا استخراج فوری فلز از آن استفاده کرد.

در مرحله بعد، اکسیدها و کلریدها به تنگستن فلزی تبدیل می شوند. برای کاهش اکسید تنگستن، بهتر است از هیدروژن استفاده شود. با این کاهش، فلز خالص ترین است. کاهش اکسید در یک کوره لوله ویژه، جایی که "قایق" با WO 3 در چندین منطقه دمایی حرکت می کند، انجام می شود. هیدروژن خشک به سمت "قایق" وارد می شود.کاهش اکسید در مناطق گرم (450-600 درجه سانتیگراد) و سرد (750-1100 درجه سانتیگراد) رخ می دهد. در مناطق سرد، کاهش به WO 2 و سپس به فلز رخ می دهد. با گذشت زمان از منطقه داغ، دانه های تنگستن پودری اندازه خود را تغییر می دهند.

بازیابی می تواند نه تنها تحت عرضه هیدروژن انجام شود. اغلب از زغال سنگ استفاده می شود. با توجه به جامد بودن عامل کاهنده تولید ساده شده است، اما دما در این مورد باید به 1300 درجه سانتیگراد برسد. خود زغال سنگ و ناخالصی هایی که همیشه حاوی آن است، در واکنش با تنگستن، کاربیدهای ترکیبات دیگر را تشکیل می دهند. در نتیجه فلز آلوده می شود. اما در صنعت برق فقط از تنگستن با کیفیت بالا استفاده می شود. حتی 0.1٪ ناخالصی آهن تنگستن را برای ساخت نازک ترین سیم می سازد، زیرا. بسیار شکننده تر می شود.

جداسازی تنگستن از کلریدها بر اساس تجزیه در اثر حرارت است. تنگستن و کلر ترکیباتی را تشکیل می دهند. کلر اضافی به همه آنها اجازه می دهد تا به WCl6 تبدیل شوند و به نوبه خود در دمای 1600 درجه سانتیگراد به کلر و تنگستن تجزیه می شود. اگر هیدروژن وجود داشته باشد، فرآیند در 1000 درجه سانتیگراد شروع می شود.

به این ترتیب تنگستن به شکل پودر به دست می آید که سپس در دمای بالا در جریانی از هیدروژن فشرده می شود. مرحله اول پرس (حرارت در حدود 1100-1300 درجه سانتیگراد) یک شمش متخلخل شکننده تولید می کند. سپس فشار دادن ادامه می یابد و دما شروع به افزایش تقریباً به دمای ذوب تنگستن می کند. در چنین محیطی، فلز شروع به جامد شدن می کند و به تدریج کیفیت و خواص خود را به دست می آورد.

به طور متوسط، 30 درصد از تنگستن تولید شده در صنعت، تنگستن بازیافتی است. ضایعات تنگستن، خاک اره، تراشه ها و پودر اکسید شده و به پاراتونگستات آمونیوم تبدیل می شوند. به عنوان یک قاعده، ضایعات فولادهای برش در شرکتی که همان فولادها را تولید می کند دفع می شود. ضایعات الکترودها، لامپ های رشته ای و مواد شیمیایی تقریباً هرگز بازیافت نمی شوند.

در فدراسیون روسیه، محصولات تنگستن در: کارخانه هیدرومتالورژی اسکوپینسکی متالورگ، کارخانه ولادیکاوکاز پوبدیت، کارخانه هیدرومتالورژی نالچیک، کارخانه آلیاژ سخت کیرووگراد، الکترواستال، کارخانه الکترومتالورژی چلیابینسک تولید می شود.

مشخصات فیزیکی

تنگستن یک فلز خاکستری روشن است. بالاترین نقطه ذوب را در بین عناصر شناخته شده به جز کربن دارد. مقدار این شاخص تقریباً از 3387 تا 3422 درجه سانتیگراد است. تنگستن دارای خواص مکانیکی عالی هنگام رسیدن به دماهای بالا است؛ در میان تمام فلزات، تنگستن دارای کمترین مقدار از چنین شاخصی به عنوان ضریب انبساط است.

تنگستن یکی از سنگین ترین فلزات است که چگالی آن 19250 کیلوگرم بر متر مکعب است. این فلز دارای یک پارامتر شبکه محور مکعبی a = 0.31589 نانومتر است. در دمای 0 درجه سانتیگراد، رسانایی الکتریکی تنگستن تنها 28٪ از مقدار همان نشانگر برای نقره است (نقره بهتر از هر فلز دیگری جریان را هدایت می کند). پردازش تنگستن خالص بسیار آسان است، اما به شکل خالص آن نادر است، بیشتر اوقات دارای ناخالصی های کربن و اکسیژن است که به همین دلیل سختی شناخته شده خود را به دست می آورد. مقاومت الکتریکی فلز در دمای 20 درجه سانتیگراد 5.5 * 10 -4، در دمای 2700 درجه سانتیگراد - 90.4 * 10 -4 برگ می شود.

تنگستن با تمام فلزات دیگر در نفوذ ناپذیری، سنگینی و سختی خاص خود متفاوت است. چگالی این فلز تقریباً دو برابر همان سرب یا بهتر است بگوییم 1.7 برابر است. اما جرم اتمی عنصر، برعکس، کمتر است و 184 در مقابل 207 است.

مقادیر مدول های کششی و فشرده سازی تنگستن به طور غیرمعمول زیاد است، مقاومت در برابر خزش دما بسیار زیاد است، فلز دارای رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی است. تنگستن دارای ضریب انتشار الکترون نسبتاً بالایی است که می‌توان آن را با آلیاژ کردن عنصر با اکسیدهای برخی فلزات دیگر به طور قابل توجهی بهبود بخشید.

رنگ تنگستن حاصل تا حد زیادی به روش تولید آن بستگی دارد. تنگستن ذوب شده یک فلز خاکستری براق است که شباهت زیادی به پلاتین دارد. پودر تنگستن می تواند خاکستری، خاکستری تیره و حتی سیاه باشد: هر چه دانه های پودر کوچکتر باشد، تیره تر خواهد بود.

تنگستن مقاومت بالایی دارد: در دمای اتاق در هوا تغییر نمی کند. هنگامی که دمای حرارت قرمز به دست می آید، فلز به آرامی شروع به اکسید شدن می کند و انیدرید تنگستیک آزاد می کند. تنگستن در اسیدهای سولفوریک، هیدروفلوریک و هیدروکلریک تقریبا نامحلول است. در آکوا رژیا و اسید نیتریک، فلز از سطح اکسید می شود. تنگستن در مخلوطی از هیدروفلوئوریک و اسید نیتریک حل می شود و اسید تنگستیک را تشکیل می دهد. از بین تمام ترکیبات تنگستن، کاربردی ترین مزایای آن عبارتند از: انیدرید تنگستن یا تری اکسید تنگستن، پراکسیدها با فرمول کلی ME2WOX، تنگستات، ترکیبات با کربن، گوگرد و هالوژن.

تنگستن موجود در طبیعت متشکل از 5 ایزوتوپ پایدار است که اعداد جرمی آنها 186.184، 183، 182، 181 است. رایج ترین ایزوتوپ با عدد جرمی 184، سهم آن 30.64 درصد است. از کل مجموعه نسبی ایزوتوپ های رادیواکتیو مصنوعی عنصر شماره 74، تنها سه مورد از اهمیت عملی برخوردار هستند: تنگستن-181 (نیمه عمر آن 145 روز)، تنگستن-185 (نیمه عمر آن 74.5 روز است)، تنگستن-187. (نیمه عمر آن نیمه عمر 23.85 ساعت است). همه این ایزوتوپ‌ها در داخل راکتورهای هسته‌ای در طی بمباران ایزوتوپ‌های تنگستن با نوترون‌های حاصل از مخلوط طبیعی تشکیل می‌شوند.

ظرفیت تنگستن یک ویژگی متغیر دارد - از 2 تا 6، پایدارترین تنگستن شش ظرفیتی است، ترکیبات سه ظرفیتی و دو ظرفیتی یک عنصر شیمیایی ناپایدار هستند و ارزش عملی ندارند. شعاع اتم تنگستن 0.141 نانومتر است.

کلارک تنگستن در پوسته زمین طبق نظر وینوگرادوف 0.00013 گرم در تن است. میانگین محتوای آن در ترکیب سنگ ها، گرم در تن: اولترابازیک - 0.00001، بازی - 0.00007، متوسط ​​- 0.00012، اسیدی - 0.00019.

خواص شیمیایی

تنگستن تحت تأثیر این موارد قرار نمی گیرد: اسیدهای آبی، سولفوریک، هیدروکلریک، هیدروفلوریک و اسیدهای نیتریک، محلول آبی هیدروکسید سدیم، جیوه، بخار جیوه، آمونیاک (تا 700 درجه سانتیگراد)، هوا و اکسیژن (تا 400 درجه سانتیگراد)، هیدروژن، آب، کلرید هیدروژن (تا 600 درجه سانتیگراد)، مونوکسید کربن (تا 800 درجه سانتیگراد)، نیتروژن.

در حال حاضر پس از یک حرارت جزئی، فلوئور خشک شروع به ترکیب با تنگستن ریز تقسیم می کند. در نتیجه، هگزا فلوراید تشکیل می شود (فرمول WF 6) - این یک ماده بسیار جالب است که دارای نقطه ذوب 2.5 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 19.5 درجه سانتیگراد است. پس از واکنش با کلر، یک ترکیب مشابه تشکیل می شود، اما واکنش فقط در دمای 600 درجه سانتیگراد امکان پذیر است. WC16، بلورهای آبی فولادی، در دمای 275 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در دمای 347 درجه سانتیگراد می جوشد. تنگستن ترکیبات ضعیفی با ید و برم تشکیل می دهد: تترا و دی یدید، پنتا و دی برومید.

در دماهای بالا، تنگستن می تواند با سلنیوم، گوگرد، نیتروژن، بور، تلوریم، سیلیکون و کربن ترکیب شود. برخی از این ترکیبات به‌طور قابل‌توجهی سخت هستند و همچنین کیفیت‌های عالی دیگری نیز دارند.

مورد توجه خاص کربونیل است (فرمول W(CO) 6). تنگستن در اینجا با مونوکسید کربن ترکیب می شود و بنابراین ظرفیت صفر دارد. کربونیل تنگستن در شرایط خاصی تولید می شود، زیرا او به شدت ناپایدار است. در دمای 0 درجه سانتیگراد از محلول خاصی به شکل کریستالهای بی رنگ آزاد می شود، پس از رسیدن به 50 درجه سانتیگراد کربونیل تصعید می شود و در 100 درجه سانتیگراد کاملاً تجزیه می شود. اما به لطف این ترکیب است که می توان پوشش تنگستن متراکم و سخت (از تنگستن خالص) به دست آورد. بسیاری از ترکیبات تنگستن، مانند خود تنگستن، بسیار فعال هستند. به عنوان مثال، اکسید تنگستن اکسید تنگستن WO 3 توانایی پلیمریزاسیون را دارد. در این حالت به اصطلاح ترکیبات هتروپلی (مولکول های آنها می تواند بیش از 50 اتم داشته باشد) و ایزوپلی ترکیبات تشکیل می شوند.

اکسید تنگستن (VI)WO 3 یک ماده کریستالی زرد روشن است که با حرارت دادن به رنگ نارنجی در می آید. نقطه ذوب اکسید 1473 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 1800 درجه سانتیگراد است. اسید تنگستیک مربوط به آن پایدار نیست، دی هیدرات در محلول آب رسوب می کند، در حالی که یک مولکول آب را در دمای 70 تا 100 درجه سانتیگراد و مولکول دوم را در دمای 180 تا 350 درجه سانتیگراد از دست می دهد. .

آنیونهای اسیدهای تنگستیک تمایل به تشکیل چند ترکیب دارند. در نتیجه واکنش با اسیدهای غلیظ، انیدریدهای مخلوط تشکیل می شوند:

12WO 3 + H 3 PO 4 \u003d H 3.

در نتیجه واکنش اکسید تنگستن و سدیم فلزی، تنگستات سدیم غیر استوکیومتری به دست می آید که به آن "برنز تنگستن" می گویند:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

در فرآیند کاهش اکسید تنگستن با هیدروژن، اکسیدهای هیدراته در هنگام جداسازی به دست می آیند، با داشتن حالت اکسیداسیون مخلوط، به آنها "آبی تنگستن" می گویند:

WO 3-n (OH) n، n = 0.5-0.1.

WO 3 + Zn + HCl = ("آبی")، W 2 O 5 (OH) (قهوه ای)

اکسید تنگستن (VI) یک واسطه در فرآیند تولید تنگستن و ترکیبات آن است. این جزئی از رنگدانه های سرامیکی خاص و کاتالیزورهای هیدروژناسیون مهم صنعتی است.

WCl 6 - بالاترین کلرید تنگستن، در نتیجه برهمکنش تنگستن فلزی یا اکسید تنگستن با کلر، فلوئور یا تتراکلرید کربن تشکیل می شود. پس از احیای کلرید تنگستن با آلومینیوم، کربونیل تنگستن همراه با مونوکسید کربن تشکیل می شود:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (در اتر)

تنگستن (انگلیسی Tungsten، فرانسوی Tungstene، آلمانی Wolfram) اولین بار توسط برادران اسپانیایی دی الگیار، شاگردان برگمان در سال 1783 به دست آمد. نام تنگستن، اما مدتها قبل از کشف عنصر وجود داشت. معدنچیان و متالورژیست های قرن 14-16 که به استخراج قلع مشغول بودند، متوجه شدند که وقتی یکی از سنگ معدن قلع کلسینه شد، مقدار قابل توجهی از قلع از بین رفت و به سرباره رفت. این سنگ معدن گرگ (Wolf یا Wolfert) نامیده می شد که به مرور زمان به تنگستن تبدیل شد. بنابراین آنها شروع به نامیدن مواد معدنی موجود در سنگ معدن کردند. Agricola نام لاتین این ماده معدنی را می دهد - Spuma Lupi یا Lupus spuma که به معنای کف گرگ است. کف در دهان یک گرگ عصبانی معدنچیان قرن شانزدهم در مورد تنگستن گفتند: قلع را می دزد و می بلعد، مثل گرگ گوسفند. در سال 1781، Scheele تری اکسید تنگستن WO 3 را از یک ماده معدنی بدست آورد که بعدها به افتخار او scheelite (CaWO 4) نام گرفت. کشف Scheele توسط برگمان تأیید شد که این کانی را "سنگ سنگین" (lat. Lapis ponderosus) نامید. به زبان سوئدی ترجمه شده است، آن تنگستن است (Tung Sten - یک سنگ سنگین). کمی بعد، پیشنهاد شد که فلز تازه کشف شده را به افتخار Scheele بنامیم، اما برزلیوس، که در ابتدا از این نام حمایت می کرد، به زودی کلمه تنگستن را به او ترجیح داد. تنگستن در لاتین (Syuma lupi) و آلمانی (Wolf Rahm) به معنای بزاق گرگ است. نام تنگستن در Lomonosov و سپس در Scherer یافت می شود. سولوویوف و هس (1824) آن را ولفرامیوم می نامند، دویگوبسکی (1824) - ولفرامیوم. همچنین نام غلاف ها، فلز شیلف (سوسک تنگستن) نیز وجود دارد.