Oda sıcaklığında tungsten atmosferik korozyona karşı dayanıklıdır, ancak 750 K'ye ısıtıldığında WO3'e oksitlenir ve halojenlerle reaksiyona girer: oda sıcaklığında flor ile ve yaklaşık 900 K sıcaklıkta iyot ile reaksiyona girer.
Yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında karbon, silikon ve bor ile reaksiyona girerek sırasıyla karbürler, silisitler ve borürler oluşturur. Kükürt ve fosforun normal koşullar altında tungsten üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Havada alkalilerin sıcak sulu çözeltilerinde çözünür, ancak ısıtıldığında hidroflorik ve nitrik asit hariç asitlerin etkisine karşı zayıf bir şekilde hassastır.
Hidrojen ve nitrojen tungsten ile kimyasal bileşikler üretmez.
3000 0 C, ancak bazı kaynaklar WH2 hidrürün oluşma olasılığını gösteriyor.
Oksijenle birlikte tungsten üç kararlı oksit oluşturur:
WO 2 – kahverengi renk;
WO 3 – sarı;
W 2 O 5 – mavimsi renkli.
Tüm bu oksitler havada veya oksijende yaklaşık 800 K sıcaklıkta oluşur ve hepsi çok uçucudur ve düşük erime noktasına sahiptir. Örneğin WO3 1645 K sıcaklıkta erir.
Uygulamada, tungsten telini molibden telinden ayırmak için basit bir teknik kullanılır: telin ucu kibritle ateşe verilir. Sarı veya kahverengi duman gözlenirse tungsten teldir, beyazsa molibdendir.
Karbon W oksitlerini azaltır:
825 K sıcaklıkta;
1325 K sıcaklıkta;
1425 K sıcaklıkta.
Azotla birlikte tungsten, 1600 K'nin üzerindeki sıcaklıklarda nitrürler oluşturur, ancak 2275 K'nin üzerinde ayrışır.
Tungsten, karbonla ve 1800 K'nin üzerindeki sıcaklıklarda etkileşime girdiğinde W2C ve WC karbürlerini oluşturur. Yoğunluk W 2 C - 16000 kg/m3, WC - 9000 kg/m3, sertlik yaklaşık 9 Mohs birimidir. 2875 K sıcaklıkta WC karbür reaksiyona göre ayrışır
Şekil 73 W–C faz diyagramını göstermektedir.
Diyagramdan görülebileceği gibi, tungstenli karbürlerin erime noktası metalin kendisinden önemli ölçüde daha düşüktür. Böylece, WC yaklaşık 2875 K, W2C - 3065 K sıcaklıkta erir. Ayrıca karbürler, 3683 K'de eriyen metalinkinden önemli ölçüde daha düşük bir erime noktasına sahip tungsten ile ötektik alaşımlar oluşturabilir. Bu nedenle, Roket bilimcilerinin dikkatini, grafit-tungsten arayüzünde 2675 K'nin üzerine ısıtıldığında meydana gelen karbür oluşumu reaksiyonunun tehlikesine çekmek gerekir. Uyarı, nozül kritik bölüm astarının tasarımından kaynaklanmaktadır. Katı yakıtlı bir motorun tungsten iç astarını bir grafit tutucuyla birleştirir.
Bu reaksiyonu önlemek için, tungsten astar ile tutucunun grafiti arasına "bariyer" tantal veya titanyum karbür (TaC, TiC) tabakası uygulanır.
Tungstenin yüksek yoğunluğu ve kıtlığı nedeniyle, tasarımcılar ve teknoloji uzmanları onu aşağıda tartışılacak olan daha hafif ve daha az kıt malzemelerle değiştirmeye çalışıyorlar.
Pirinç. 73. W-C durum şeması
Pirinç. 74. Bir lambada kütle transfer şeması
akkor: 1 - WJ2'nin oluşturulduğu şişenin duvarı; 2 - WJ 2'nin W ve J'ye ayrıştığı sarmal
Her ne kadar tungstenin iyotla tepkimesi roket teknolojisiyle ilgili olmasa da yine de üzerinde kısaca durmak istiyorum.
850 K'nin üzerindeki sıcaklıklarda, iyodür buharlı tungsten, iyodür asidinin kolayca süblimleşen bir tuzu olan iyodür'ü oluşturur:
2475 K sıcaklıkta iyodür ayrışır:
Bu iki reaksiyon, örneğin akkor lambalarda tungsteni aktarmak için kullanılır: içlerindeki düşük buhar basıncına rağmen, tungsten hala vakumda buharlaşır. Buharı lambanın cam ampulünün duvarlarına oturur ve şeffaflığı azalır. Şişe iyot buharı ile doldurulursa, ikincisi lambanın sıcak duvarındaki tungsten ile reaksiyona girecek ve difüzyon nedeniyle ısıtılmış tungsten spiraline giren ve ayrışan WJ2'yi oluşturacaktır. Serbest iyot tekrar duvara doğru hareket edecek ve tungsten spiral üzerinde kalacak ve bu böyle sonsuza kadar sürecek. Sonuçta iyot dolu lambaların parlaklığı ve dayanıklılığı artar.
Aynı reaksiyon teknolojide saf refrakter metaller elde etmek için kullanılır: tungsten, tantal, molibden, hafniyum vb.
Bu reaksiyon aynı zamanda ince tungsten kabukları üretmek için de kullanılabilir. Bu amaçla iyodür yöntemine ek olarak karbonil yöntemini de kullanabilirsiniz. WCO2'nin ayrışması. Jet yakıtı motorlarında, saf haliyle tungsten, kural olarak, düşük termal stabilitesi nedeniyle kullanılmaz, ancak bakırlı sözde alaşımlar şeklinde kullanılır. Bu konuya aşağıda tekrar değinilecektir.
16. yüzyılda, Almanca'dan tercüme edilen wolframit minerali biliniyordu ( Kurt Rahm) "kurt kreması" anlamına gelir. Mineral, özelliklerinden dolayı bu ismi almıştır. Gerçek şu ki, kalay eritme sırasında kalay cevherlerine eşlik eden tungsten onu basitçe cüruf köpüğüne dönüştürdü, bu yüzden şöyle dediler: "bir kurdun bir koyunu yediği gibi kalayı da yer." Zamanla, periyodik sistemin 74. kimyasal elementi tarafından tungsten adı volframitten miras alınmıştır.
Tungsten Özellikleri
Tungsten açık gri bir geçiş metalidir. Çeliğe dışsal bir benzerliği vardır. Oldukça benzersiz özelliklerinden dolayı bu element, doğada saf hali bulunmayan çok değerli ve nadir bir malzemedir. Tungsten şunları içerir:
- 19,3 g/cm3'e eşit olan oldukça yüksek bir yoğunluk;
- 3422 0 C'lik yüksek erime noktası;
- yeterli elektrik direnci - 5,5 μOhm*cm;
- doğrusal genişleme parametre katsayısının normal göstergesi 4,32'ye eşittir;
- tüm metaller arasında en yüksek kaynama noktası, 5555 0 C'ye eşittir;
- 200 0 C'yi aşan sıcaklıklara rağmen düşük buharlaşma oranı;
- nispeten düşük elektrik iletkenliği. Ancak bu, tungstenin iyi bir iletken olarak kalmasını engellemez.
| karakteristik | Anlam |
|---|---|
| Atom özellikleri | |
| İsim, sembol, numara | Tungsten / Wolframyum (W), 74 |
| Atom kütlesi (molar kütle) | 183,84(1)a. e.m. (g/mol) |
| Elektronik konfigürasyon | 4f14 5d4 6s2 |
| Atom yarıçapı | 141:00 |
| Kimyasal özellikler | |
| kovalent yarıçap | 170:00 |
| İyon yarıçapı | (+6e) 62 (+4e) 70 pm |
| Elektronegatiflik | 2.3 (Pauling ölçeği) |
| Elektrot potansiyeli | W ← W3+ 0,11 VW ← W6+ 0,68 V |
| Oksidasyon durumları | 6, 5, 4, 3, 2, 0 |
| İyonlaşma enerjisi (ilk elektron) | 769,7 (7,98) kJ/mol (eV) |
| Basit bir maddenin termodinamik özellikleri | |
| Yoğunluk (n.a.'da) | 19,25 gr/cm³ |
| Erime sıcaklığı | 3695 K (3422°C, 6192°F) |
| Kaynama sıcaklığı | 5828 K (5555°C, 10031°F) |
| Ud. füzyon ısısı |
285,3 kJ/kg 52,31 kJ/mol |
| Ud. buharlaşma ısısı | 4482 kJ/kg 824 kJ/mol |
| Molar ısı kapasitesi | 24,27 J/(Kmol) |
| Molar hacim | 9,53 cm³/mol |
| Basit bir maddenin kristal kafesi | |
| Kafes yapısı | kübik vücut merkezli |
| Kafes parametreleri | 3.160Å |
| Debye sıcaklığı | 310 bin |
| Diğer özellikler | |
| Termal iletkenlik | (300 K) 162,8 W/(mK) |
| CAS numarası | 7440-33-7 |
Bütün bunlar tungsteni mekanik hasara duyarlı olmayan çok dayanıklı bir metal yapar. Ancak bu tür benzersiz özelliklerin varlığı, tungstenin sahip olduğu dezavantajların da varlığını dışlamaz. Bunlar şunları içerir:
- çok düşük sıcaklıklara maruz kaldığında yüksek kırılganlık;
- işlenmesini zorlaştıran yüksek yoğunluk;
- düşük sıcaklıklarda asitlere karşı düşük direnç.
Tungsten üretimi
Tungsten, molibden, rubidyum ve diğer bazı maddelerle birlikte, doğada çok düşük bir dağılımla karakterize edilen bir grup nadir metalin parçasıdır. Bu nedenle birçok mineral gibi geleneksel yöntemlerle çıkarılamaz. Böylece, tungstenin endüstriyel üretimi aşağıdaki aşamalardan oluşur:
- belirli bir oranda tungsten içeren cevherin çıkarılması;
- metalin işlenmiş kütleden ayrılabileceği uygun koşulların düzenlenmesi;
- bir maddenin bir çözelti veya çökelti formunda konsantrasyonu;
- önceki adımdan elde edilen kimyasal bileşiğin saflaştırılması;
- saf tungstenin izolasyonu.
Böylece, tungsten içeren maden cevherinden elde edilen saf madde çeşitli yollarla izole edilebilir.
- Tungsten cevherinin yerçekimi, yüzdürme, manyetik veya elektriksel ayırma yoluyla zenginleştirilmesi sonucu. Bu işlemde,% 55-65 tungsten anhidrit (trioksit) WO3'ten oluşan bir tungsten konsantresi oluşturulur. Bu metalin konsantrelerinde fosfor, kükürt, arsenik, kalay, bakır, antimon ve bizmutu içerebilen yabancı maddelerin içeriği izlenir.
- Bilindiği gibi tungsten trioksit WO3, metal tungsten veya tungsten karbürün ayrılmasında kullanılan ana malzemedir. WO 3- üretimi, konsantrelerin ayrışması, bir alaşımın veya sinterin süzülmesi vb. sonucunda meydana gelir. Bu durumda çıktı, % 99,9 WO 3'ten oluşan bir malzemedir.
- Tungsten anhidrit WO 3'ten. Bu maddenin hidrojen veya karbon ile indirgenmesiyle tungsten tozu elde edilir. İndirgeme reaksiyonu için ikinci bileşenin kullanımı daha az sıklıkla kullanılır. Bunun nedeni WO3'ün reaksiyon sırasında karbürlerle doygunluğudur, bunun sonucunda metal mukavemetini kaybeder ve işlenmesi daha zor hale gelir. Tungsten tozu, kimyasal bileşimini, tane boyutunu ve şeklini ve ayrıca parçacık boyutu dağılımını kontrol etmenin mümkün olduğu özel yöntemlerle üretilir. Böylece, sıcaklığın hızlı bir şekilde arttırılması veya düşük hidrojen besleme hızı ile toz parçacıklarının oranı arttırılabilir.
- Çubuk veya külçe formunda olan ve yarı mamul ürünlerin (tel, çubuk, bant vb.) daha fazla üretimi için boşluk olan kompakt tungsten üretimi.
İkinci yöntem ise iki olası seçeneği içerir. Bunlardan biri toz metalurjisi yöntemleriyle, diğeri ise tükenebilir elektrotlu elektrik ark ocaklarında eritmeyle ilgilidir.
Toz metalurjisi yöntemi
Bu yöntem sayesinde tungstene özel özelliklerini veren katkı maddelerinin daha eşit şekilde dağıtılması mümkün olduğundan daha popüler hale gelmiştir.
Birkaç aşama içerir:
- Metal tozu çubuklar halinde preslenir;
- İş parçaları düşük sıcaklıklarda sinterlenir (buna ön sinterleme denir);
- İş parçalarının kaynağı;
- Boşlukları işleyerek yarı mamul ürünler elde etmek. Bu aşamanın uygulanması dövme veya mekanik işlem (taşlama, cilalama) ile gerçekleştirilir. Tungstenin mekanik olarak işlenmesinin yalnızca yüksek sıcaklıkların etkisi altında mümkün olduğunu, aksi takdirde işlenmesinin imkansız olduğunu belirtmekte fayda var.
Aynı zamanda, tozun izin verilen maksimum yabancı madde yüzdesi% 0,05'e kadar olacak şekilde iyice saflaştırılması gerekir.
Bu yöntem, 8x8 ila 40x40 mm kare kesitli ve 280-650 mm uzunluğunda tungsten çubukların elde edilmesini mümkün kılar. Oda sıcaklıklarında oldukça güçlü olduklarını, ancak kırılganlıklarının arttığını belirtmekte fayda var.
Sigorta
Bu yöntem, 200 kg'dan 3000 kg'a kadar oldukça büyük boyutlarda tungsten boşlukları elde etmek gerekiyorsa kullanılır. Bu tür boşluklara genellikle boruların haddelenmesi, çekilmesi ve döküm yoluyla ürünlerin imalatı için ihtiyaç duyulur. Erime, özel koşulların yaratılmasını gerektirir - bir vakum veya seyreltilmiş bir hidrojen atmosferi. Çıktı, iri kristalli bir yapıya sahip olan ve aynı zamanda büyük miktarda yabancı maddenin varlığı nedeniyle oldukça kırılgan olan tungsten külçeleridir. Safsızlık içeriği, tungstenin bir elektron ışın fırınında önceden eritilmesiyle azaltılabilir. Ancak yapı değişmeden kalır. Bu bağlamda, tane boyutunu küçültmek için külçeler bir elektrik ark ocağında daha da eritilir. Aynı zamanda eritme işlemi sırasında külçelere alaşım maddeleri eklenerek tungstene özel özellikler kazandırılır.
İnce taneli bir yapıya sahip tungsten külçeleri elde etmek için, metalin bir kalıba dökülmesiyle ark kafatası eritme kullanılır.
Metal elde etme yöntemi, içindeki katkı maddelerinin ve yabancı maddelerin varlığını belirler. Bu nedenle günümüzde çeşitli derecelerde tungsten üretilmektedir.
Tungsten kaliteleri
- HF - herhangi bir katkı maddesi içermeyen saf tungsten;
- VA, kendisine ek özellikler kazandıran, alüminyum ve silika-alkali katkı maddeleri içeren bir metaldir;
- VM, toryum ve silika-alkali katkı maddeleri içeren bir metaldir;
- VT - katkı maddesi olarak toryum oksit içeren, metalin emisyon özelliklerini önemli ölçüde artıran tungsten;
- VI - itriyum oksit içeren metal;
- VL - emisyon özelliklerini de artıran lantan oksitli tungsten;
- VR - renyum ve tungsten alaşımı;
- VРН - metalde hiçbir katkı maddesi yoktur, ancak büyük hacimlerde yabancı maddeler mevcut olabilir;
- MV, sünekliği korurken tavlama sonrasında mukavemeti önemli ölçüde artıran, molibdenli bir tungsten alaşımıdır.
Tungsten nerede kullanılır?
Benzersiz özellikleri sayesinde kimyasal element 74 birçok endüstriyel sektörde vazgeçilmez hale gelmiştir.
- Tungstenin ana kullanımı, metalurjide refrakter malzemelerin üretimi için temel oluşturmaktır.
- Tungstenin zorunlu katılımıyla aydınlatma cihazlarının, resim tüplerinin ve diğer vakum tüplerinin ana unsuru olan akkor filamentler üretilir.
- Ayrıca bu metal, karşı ağırlık olarak kullanılan ağır alaşımların, alt kalibreli zırh delici çekirdeklerin ve topçu silahlarının süpürülmüş kanatlı mermilerinin üretiminin temelini oluşturur.
- Tungsten, argon arkı kaynağında kullanılan elektrottur;
- Alaşımları çeşitli sıcaklıklara, asitli ortamlara, sertliğe ve aşınmaya karşı oldukça dirençlidir ve bu nedenle cerrahi aletler, tank zırhı, torpido ve mermi kovanları, uçak ve motor parçaları ile nükleer depolama konteynırlarının üretiminde kullanılır. atık;
- Sıcaklığın son derece yüksek değerlere ulaştığı vakum dirençli fırınlar yine tungstenden yapılmış ısıtma elemanlarıyla donatılmıştır;
- İyonlaştırıcı radyasyona karşı koruma sağlamak için tungstenin kullanımı popülerdir.
- Tungsten bileşikleri alaşım elementleri, yüksek sıcaklıkta yağlayıcılar, katalizörler, pigmentler olarak ve ayrıca termal enerjiyi elektrik enerjisine (tungsten ditellürid) dönüştürmek için kullanılır.
Açık gri bir renge sahip. Mendeleev'in periyodik sisteminde 74. seri numarasına sahiptir. Kimyasal element refrakterdir. 5 kararlı izotop içerir.
Tungstenin kimyasal özellikleri
Tungstenin hava ve sudaki kimyasal direnci oldukça yüksektir. Isıtıldığında oksidasyona duyarlıdır. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, kimyasal elementin oksidasyon hızı da o kadar yüksek olur. 1000°C'yi aşan sıcaklıklarda tungsten buharlaşmaya başlar. Oda sıcaklığında hidroklorik, sülfürik, hidroflorik ve nitrik asitlerin tungsten üzerinde herhangi bir etkisi olamaz. Nitrik ve hidroflorik asitlerin bir karışımı tungsteni çözer. Tungsten ne sıvı ne de katı halde altın, gümüş, sodyum veya lityum ile karışmaz. Ayrıca çinko, magnezyum, kalsiyum veya cıva ile etkileşimi yoktur. Tungsten, tantal ve niyobyumda çözünür ve krom ve molibden ile hem katı hem de sıvı halde çözeltiler oluşturabilir.
Tungsten uygulamaları
Tungsten modern endüstride hem saf halde hem de alaşımlarda kullanılmaktadır. Tungsten aşınmaya dayanıklı bir metaldir. Tungsten içeren alaşımlar genellikle türbin kanatlarının ve uçak motoru valflerinin yapımında kullanılır. Ayrıca bu kimyasal element, X-ışını mühendisliği ve radyo elektroniği alanlarında çeşitli parçaların üretiminde de uygulama alanı bulmuştur. Tungsten, elektrik lambası filamanlarında kullanılır.
Tungsten kimyasal bileşikleri son zamanlarda pratik uygulamalarını buldu. Fosfor-tungstik heteropoliasit, ışıkta stabil olan parlak boya ve verniklerin üretiminde kullanılır. Nadir toprak elementlerinin tungstatları, alkali toprak metalleri ve kadmiyum, parlak boyaların ve lazerlerin üretiminde kullanılır.
Günümüzde geleneksel altın alyansların yerini diğer metallerden yapılan ürünler almaya başladı. Tungsten karbürden yapılan alyanslar popüler hale geldi. Bu tür ürünler oldukça dayanıklıdır. Yüzüğün ayna cilası zamanla solmaz. Ürün tüm kullanım süresi boyunca orijinal durumunu koruyacaktır.
Tungsten, çelik için alaşım katkı maddesi olarak kullanılır. Bu, çeliğe yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve sertlik kazandırır. Böylece tungsten çeliğinden yapılan aletler çok yoğun metal işleme süreçlerine dayanabilme özelliğine sahiptir.
Tungsten, Dmitri Ivanovich Mendeleev'in periyodik tablosunda W (Wolframium) olarak adlandırılan atom numarası 74 olan 4. grubun kimyasal bir elementidir. Metal, 1783 yılında iki İspanyol kimyager d'Eluyard kardeşler tarafından keşfedildi ve izole edildi. "Wolframium" adı, 16. yüzyılda bilinen, daha önce bilinen volframit mineralinden elemente aktarılmıştır, daha sonra Latince "kurt köpüğü" veya "Spuma lupi" olarak adlandırılmıştır, Almanca'da bu cümle şuna benzer: “Kurt Rahm” (Tungsten). Bu isim, kalay cevherlerine eşlik eden tungstenin kalayın eritilmesine önemli ölçüde müdahale etmesinden kaynaklanıyordu, çünkü kalayı cüruf köpüğüne dönüştürdüler (bu süreç hakkında şunu söylemeye başladılar: “Kurdun koyunu yediği gibi teneke de tenekeyi yutar!”). Şu anda ABD, Fransa, Büyük Britanya ve diğer bazı ülkelerde, tungsteni adlandırmak için "tungsten" adı ("ağır taş" anlamına gelen İsveççe tung steninden) kullanılmaktadır.
Tungsten sert, gri bir geçiş metalidir. Tungstenin ana kullanımı metalurjide refrakter malzemelerde temel malzeme olarak kullanılır. Tungsten son derece refrakterdir; normal koşullar altında metal kimyasal olarak dayanıklıdır.
Tungsten, olağandışı sertliği, ağırlığı ve refrakterliği bakımından diğer tüm metallerden farklıdır. Antik çağlardan beri insanlar “kurşun kadar ağır” veya “kurşundan daha ağır”, “kurşun göz kapakları” vb. tabirlerini kullanmışlardır. Ancak bu alegorilerde “tungsten” kelimesini kullanmak daha doğru olacaktır. Bu metalin yoğunluğu kurşunun neredeyse iki katı, tam olarak 1,7 katıdır. Bütün bunlarla birlikte tungstenin atom kütlesi daha düşüktür ve kurşunun 207'ye karşılık 184 değeri vardır.
Tungsten açık gri bir metaldir; bu metalin erime ve kaynama noktaları en yüksektir. Tungstenin sünekliği ve refrakterliği nedeniyle aydınlatma cihazlarında filaman olarak, resim tüplerinde ve diğer vakum tüplerinde kullanılabilir.
Yirmi tungsten minerali bilinmektedir. En yaygın olanı: endüstriyel öneme sahip olan şelit-wolframit grubunun mineralleri. Daha az yaygın olarak bulunan ise wolframit sülfürdür; tungstensit (WS2) ve oksit benzeri bileşikler - ferro - ve kuprotungstit, tungstit, hidrotungstit. Yüksek tungsten içeriğine sahip psilomelanlar olan Vadalar yaygındır.
Tungsten yataklarının oluşum koşullarına, morfolojisine ve türüne bağlı olarak geliştirilmesinde açık ocak, yer altı ve kombine yöntemler kullanılmaktadır.
Şu anda konsantrelerden doğrudan tungsten elde etmek için herhangi bir yöntem bulunmamaktadır. Bu bağlamda, konsantreden önce ara bileşikler izole edilir ve ardından onlardan metal tungsten elde edilir. Tungstenin izolasyonu şunları içerir: konsantrelerin ayrışması, ardından metalin, kendisine eşlik eden diğer elementlerden ayrıldığı bileşiklere geçişi. Tungstik asit salınımı, yani. saf kimyasal bileşik tungsten, daha sonra metalik formda tungstenin üretimiyle devam eder.
Tungsten, metal işleme, inşaat ve madencilik endüstrilerine yönelik makine ve ekipmanların üretiminde, aydınlatma armatürleri ve lambaların imalatında, ulaştırma ve elektronik endüstrisinde, kimya endüstrisinde ve diğer alanlarda kullanılmaktadır.
Tungsten çeliğinden yapılmış olan alet, en yoğun metal işleme süreçlerindeki muazzam hızlara dayanma kapasitesine sahiptir. Böyle bir alet kullanılarak kesme hızı genellikle saniyede onlarca metre olarak ölçülür.
Tungsten doğada oldukça nadir bulunur. Yer kabuğundaki metal içeriği kütlece yaklaşık %1,3·10−4'tür. Tungsten içeren ana mineraller, doğal olarak oluşan tungstatlardır: başlangıçta tungsten olarak adlandırılan şelit ve wolframit.
Biyolojik özellikler
Tungstenin biyolojik rolü önemsizdir. Tungsten, özellikleri bakımından molibdene çok benzer, ancak molibdenden farklı olarak tungsten önemli bir element değildir. Bu gerçeğe rağmen, tungsten, bakterilerin bir parçası olarak hayvanlarda ve bitkilerde molibdenin yerini alma yeteneğine sahipken, örneğin ksantin oksidaz gibi Mo'ya bağımlı enzimlerin aktivitesini inhibe eder. Hayvanlarda tungsten tuzlarının birikmesi nedeniyle ürik asit seviyeleri azalırken, hipoksantin ve ksantin seviyeleri artar. Tungsten tozu diğer metal tozları gibi solunum sistemini tahriş eder.
Ortalama olarak insan vücudu gıdayla birlikte günde yaklaşık 0,001-0,015 miligram tungsten alır. İnsan gastrointestinal kanalında elementin kendisinin ve tungsten tuzlarının sindirilebilirliği% 1-10, hafif çözünür tungsten asitlerin sindirilebilirliği -% 20'ye kadar. Tungsten esas olarak kemik dokusunda ve böbreklerde birikir. Kemikler yaklaşık 0,00025 mg/kg, insan kanı ise yaklaşık 0,001 mg/l tungsten içerir. Metal genellikle idrar yoluyla doğal olarak vücuttan atılır. Ancak radyoaktif tungsten izotop 185W'nin %75'i dışkıyla atılır.
Tungstenin besin kaynakları ve günlük gereksinimi henüz araştırılmamıştır. İnsan vücudu için toksik bir doz henüz belirlenmemiştir. Sıçanlarda öldürücü sonuç, maddenin 30 mg'dan biraz fazla olması nedeniyle ortaya çıkar. Tıpta tungstenin insanlar ve hayvanlar üzerinde metabolik, kanserojen veya teratojenik etkilerinin bulunmadığına inanılmaktadır.
İnsan vücudundaki tungstenin temel durumunun göstergesi: idrar, tam kan. Kandaki tungsten seviyesinde bir azalmaya ilişkin veri yoktur.
Vücutta artan tungsten içeriği, çoğunlukla refrakter ve ısıya dayanıklı malzemelerin, alaşımlı çeliklerin üretiminde yer alan metalurji tesislerinin çalışanlarında ve ayrıca tungsten karbür ile temas eden kişilerde meydana gelir.
Klinik sendrom "ağır metal hastalığı" veya pnömokonyoz, tungsten tozuna kronik maruziyetten kaynaklanabilir. Belirtiler arasında öksürük, nefes alma sorunları, atopik astım gelişimi ve akciğerlerdeki değişiklikler yer alabilir. Yukarıdaki sendromlar genellikle uzun bir dinlenmeden sonra ve vanadyumla doğrudan temasın olmaması durumunda azalır. En ağır vakalarda, hastalık çok geç teşhis edildiğinde “kor pulmonale” patolojisi, amfizem ve pulmoner fibrozis gelişir.
"Ağır metal hastalıkları" ve ortaya çıkmasının önkoşulları genellikle çeşitli metal ve tuz türlerine (örneğin kobalt, tungsten vb.) maruz kalmanın bir sonucu olarak ortaya çıkar. Tungsten ve kobaltın insan vücudu üzerindeki birleşik etkisinin, pulmoner sistem üzerindeki zararlı etkiyi arttırdığı tespit edilmiştir. Tungsten ve kobalt karbürlerin birleştirilmesi lokal iltihaplanma ve kontakt dermatite neden olabilir.
Tıbbi gelişimin mevcut aşamasında, metabolizmayı hızlandırmanın veya "ağır metal hastalığının" ortaya çıkmasına neden olabilecek bir grup metal bileşiğini ortadan kaldırmanın etkili bir yolu yoktur. Bu nedenle sürekli önleyici tedbirlerin alınması, ağır metallere karşı duyarlılığı yüksek olan kişilerin derhal tespit edilmesi ve hastalığın başlangıç aşamasında teşhisin yapılması çok önemlidir. Tüm bu faktörler patolojinin tedavisinde daha fazla başarı şansını belirler. Ancak bazı durumlarda gerekirse kompleks ajan tedavisi ve semptomatik tedavi kullanılır.
Üretilen tüm tungstenin yarısından fazlası (tam olarak %58) tungsten karbür üretiminde kullanılır ve neredeyse dörtte biri (tam olarak %23) çeşitli çelik ve alaşımların üretiminde kullanılır. Tungsten "haddelenmiş" ürünlerin imalatı (buna akkor lambaların filamanları, elektrik kontakları vb. dahildir) dünyada tüketilen tungstenin yaklaşık %8'ini oluşturur ve geri kalan %9'u katalizör ve pigment üretmek için kullanılır.
Elektrik lambalarında kullanım alanı bulan tungsten teli yakın zamanda yeni bir profil kazandı: kırılgan malzemeleri işlerken kesici alet olarak kullanılması önerildi.
Tungstenin yüksek mukavemeti ve iyi sünekliği, ondan benzersiz ürünler yapılmasını mümkün kılar. Örneğin bu metalden o kadar ince bir tel çekebilirsiniz ki, bu telin 100 km'si sadece 250 kg'lık bir kütleye sahip olacaktır.
Erimiş sıvı tungsten, metalin kaynama noktası 5500 °C'nin üzerinde olduğundan, Güneş'in yüzeyine yakın yerlerde bile bu durumda kalabilir.
Birçok kişi bronzun bakır, çinko ve kalaydan oluştuğunu biliyor. Ancak tungsten bronzu, tanımı gereği bronz değildir, çünkü... Yukarıdaki metallerin hiçbirini içermez; kesinlikle bir alaşım değildir, çünkü içinde tamamen metalik bileşikler yoktur ve sodyum ve tungsten oksitlenir.
Şeftali boyası elde etmek çok zordu ve çoğu zaman tamamen imkansızdı. Bu ne kırmızı ne de pembedir, ancak bir tür ara renktir ve hatta yeşilimsi bir renk tonuna sahiptir. Efsane, bu boyayı elde etmek için 8.000'den fazla denemenin gerekli olduğunu söylüyor. 17. yüzyılda Shanxi eyaletindeki özel bir fabrikada yalnızca en pahalı porselen ürünler o zamanki Çin imparatoru için şeftali boyasıyla süslendi. Ancak bir süre sonra nadir boyanın sırrı keşfedildiğinde, bunun tungsten oksitten başka bir şeye dayanmadığı ortaya çıktı.
Bu 1911'de oldu. Pekin'den Yunnan Eyaletine bir öğrenci geldi, adı Li'ydi. Her gün biraz taş bulmaya çalışırken dağlarda kayboluyordu, kendi açıklamasına göre bu bir teneke taştı. Ama hiçbir şey onun işine yaramadı. Öğrenci Li'nin yaşadığı evin sahibi, Xiao-mi adında küçük bir kızla birlikte yaşıyordu. Kız, şanssız öğrenciye çok üzüldü ve akşam yemeğinde ona basit hikayeler anlattı. Bir hikayede, doğrudan uçurumdan koparılan ve evlerinin arka bahçesine döşenen koyu renkli taşlardan yapılmış alışılmadık bir soba anlatılıyor. Bu soba oldukça başarılı ve en önemlisi dayanıklı çıktı, sahiplerine uzun yıllar iyi hizmet etti. Hatta Genç Xiao-mi öğrenciye böyle bir taşı bile hediye etti. Yuvarlatılmış, kurşun ağırlıklı kahverengi bir taştı. Daha sonra bu taşın saf wolframit olduğu ortaya çıktı...
1900 yılında Paris'teki Dünya Metalurji Fuarı'nın açılışında ilk kez yüksek hız çeliğinin (çelik ve tungsten alaşımı) tamamen yeni örnekleri gösterildi. Kelimenin tam anlamıyla bundan hemen sonra tungsten, tüm gelişmiş ülkelerin metalurji endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Ancak oldukça ilginç bir gerçek var: Tungsten çeliği ilk kez 1865 yılında Rusya'da Urallar'daki Motovilikha fabrikasında icat edildi.
2010 yılının başında Perm ufologlarının eline ilginç bir eser düştü. Bir uzay aracı parçası olduğu düşünülüyor. Parçanın analizi, nesnenin neredeyse tamamen saf tungstenden oluştuğunu gösterdi. Bileşimin yalnızca %0,1'i nadir yabancı maddelerden oluşur. Bilim adamlarına göre roket nozulları saf tungstenden yapılıyor. Ancak bir gerçek henüz açıklanamıyor. Tungsten havada hızla oksitlenir ve paslanır. Ancak bazı nedenlerden dolayı bu parça paslanmıyor.
Hikaye
"Tungsten" kelimesinin kendisi Almanca kökenlidir. Daha önce tungstenin kendisi metal olarak değil, ana minerali olarak adlandırılıyordu. wolframite kadar. Bazıları bu kelimenin daha sonra neredeyse küfür olarak kullanıldığını öne sürüyor. 16. yüzyılın başlarından 17. yüzyılın ikinci yarısına kadar tungsten bir kalay minerali olarak kabul edildi. Her ne kadar sıklıkla kalay cevherlerine eşlik etse de. Ancak wolframit içeren cevherlerden çok daha az kalay eritildi. Sanki biri ya da bir şey yararlı tenekeyi "yiyordu". Yeni elementin adı buradan geliyor. Almanca'da Wolf kurt, Ram ise eski Almanca'da koç anlamına gelir. Onlar. “kurdun kuzuyu yediği gibi teneke de tenekeyi yer” ifadesi metalin adı oldu.
ABD'nin tanınmış kimyasal soyut dergisi veya Mellor (İngiltere) ve Pascal'ın (Fransa) tüm kimyasal elementler hakkındaki referans yayınları, tungsten gibi bir elementten söz bile etmiyor. 74 numaralı kimyasal elemente tungsten denir. Tungsten anlamına gelen W sembolü ancak son birkaç yılda yaygınlaşmaya başladı. Fransa ve İtalya'da, yakın zamana kadar element Tu harfleriyle belirtiliyordu, yani. Tungsten kelimesinin ilk harfleri.
Bu tür kafa karışıklığının temeli, elementin keşif tarihinde yatmaktadır. 1783 yılında İspanyol kimyager Eluard kardeşler yeni bir kimyasal element keşfettiklerini bildirdiler. Sakson minerali “tungsten”in nitrik asitle ayrışması sürecinde “asit toprağı” elde etmeyi başardılar, yani. bilinmeyen bir metalin sarı oksidi çökeltisi; çökeltinin amonyak içinde çözünür olduğu ortaya çıktı. Kaynak malzemede bu oksit, manganez ve demir oksitlerle birlikte mevcuttu. Eluard kardeşler bu elemente tungsten, metalin çıkarıldığı minerale ise wolframit adını verdiler.
Ancak Eluard kardeşler %100 tungstenin kaşifleri olarak adlandırılamaz. Tabii ki, keşiflerini yazılı olarak ilk bildirenler onlardı, ama... 1781'de, yani kardeşlerin keşfinden iki yıl önce, ünlü İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele, başka bir minerali nitrikle işlemden geçirirken tamamen aynı "sarı toprağı" buldu. asit. Bilim adamı buna basitçe "tungsten" adını verdi (İsveççe tung - ağır, sten - taş, yani "ağır taş" kelimesinden çevrilmiştir). Karl Wilhelm Scheele, "sarı toprağın" renginin yanı sıra diğer özelliklerinin de benzer molibden toprağından farklı olduğunu buldu. Bilim adamı ayrıca mineralin kendisinde kalsiyum oksitle bağlı olduğunu da öğrendi. Scheele'nin onuruna "tungsten" mineralinin adı "şeelit" olarak değiştirildi. Eluard kardeşlerden birinin Scheele'nin öğrencisi olması ilginçtir; 1781'de öğretmenin laboratuvarında çalışıyordu. Ne Scheele ne de Eluard kardeşler keşfi paylaşmadı. Scheele bu keşif üzerinde hak iddia etmedi ve Eluard kardeşler kendi önceliklerinin önceliği konusunda ısrar etmediler.
Birçok kişi “tungsten bronzları” olarak adlandırılan şeyleri duymuştur. Bunlar görünüş olarak çok güzel metallerdir. Mavi tungsten bronz aşağıdaki bileşime sahiptir: Na2O · WO2 · ve altın – 4WO3Na2O · WO2 · WO3; mor ve mor-kırmızı bir ara pozisyonda bulunur, içlerinde WO3'ün WO2'ye oranı dörtten az ve birden fazladır. Formüllerin gösterdiği gibi bu maddeler ne kalay, ne bakır, ne de çinko içerir. Bunlar bronz değil, alaşım da değil, çünkü... metal bileşikleri bile içermezler ve burada sodyum ve tungsten oksitlenir. Bu tür "bronzlar" yalnızca görünüm açısından değil aynı zamanda özellikleri açısından da gerçek bronza benzemektedir: sertlik, kimyasal reaktiflere karşı direnç, yüksek elektrik iletkenliği.
Antik çağda şeftali rengi en nadide renklerden biriydi ve onu elde etmek için 8.000 deney yapılması gerektiği söyleniyordu. 17. yüzyılda Çin imparatorunun en pahalı porseleni şeftali rengine boyanmıştı. Ancak bu boyanın sırrı ortaya çıktıktan sonra beklenmedik bir şekilde temelinin tungsten oksit olduğu ortaya çıktı.
Doğada olmak
Tungsten doğada zayıf bir şekilde dağılmıştır; yer kabuğundaki metal içeriği kütlece %1,3·10-4'tür. Tungsten esas olarak tungsten trioksit WO3'ün yanı sıra demir ve kalsiyum veya manganez oksitleri, bazen bakır, kurşun, toryum ve çeşitli nadir toprak elementlerinden oluşan kompleks oksitlenmiş bileşiklerde bulunur. En yaygın mineral wolframit katı bir tungstat çözeltisidir, yani. tungstik asit, manganez ve demir tuzları (nMnWO 4 mFeWO 4). Çözelti, çeşitli bileşiklerin çözeltideki baskınlığına bağlı olarak siyah veya kahverengi renkte sert ve ağır kristaller halinde görünür. Daha fazla manganez bileşiği (Hübnerit) varsa kristaller siyah olur, ancak demir bileşikleri (ferberit) baskınsa çözelti kahverengi olur. Wolframit mükemmel bir elektrik iletkenidir ve paramanyetiktir.
Diğer tungsten minerallerine gelince, şelit endüstriyel öneme sahiptir. kalsiyum tungstat (formül CaWO 4). Mineral açık sarı ve bazen neredeyse beyaz renkte parlak kristaller oluşturur. Scheelite hiç manyetik değildir, ancak başka bir özelliği daha vardır: ışıldama yeteneği. Karanlıkta ultraviyole aydınlatmanın ardından parlak mavi bir renkle floresans yayar. Molibden yabancı maddelerinin varlığı parıltının rengini değiştirir; soluk maviye, bazen de krem rengine dönüşür. Bu özelliği sayesinde madenin jeolojik yatakları kolaylıkla tespit edilebilmektedir.
Tipik olarak, tungsten cevheri yatakları granit alanıyla ilişkilidir. Büyük şeelit veya wolframit kristalleri çok nadirdir. Genellikle mineraller granit kayaların içine gömülür. Tungsteni granitten çıkarmak oldukça zordur çünkü... konsantrasyonu genellikle% 2'den fazla değildir. Toplamda 20'den fazla tungsten minerali bilinmemektedir. Bunlar arasında kurşun tungstat PbWO 4'ün iki farklı kristal modifikasyonu olan stolzit ve rasoit'i ayırt edebiliriz. Geriye kalan mineraller, yaygın minerallerin ayrışma ürünleri veya ikincil formlarıdır; örneğin, şeelit ve wolframit (volframitten oluşan hidratlı tungsten oksit olan hidrotungstit; tungsten aşı boyası), Rousselite, tungsten ve bizmut oksitleri içeren bir mineral. Oksit olmayan tek tungsten minerali tungstenittir (WS 2) ve ana rezervleri Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunmaktadır. Tipik olarak tungsten içeriği %0,3 ila %1,0 WO3 aralığındadır.
Tüm tungsten yatakları hidrotermal veya magmatik kökenlidir. Şelit ve volframit, magmanın yer kabuğundaki çatlaklara nüfuz ettiği yerlerde sıklıkla damar şeklinde bulunur. Tungsten yataklarının büyük kısmı Alpler, Himalayalar ve Pasifik kuşağı gibi genç dağ sıralarında yoğunlaşmıştır. En büyük wolframit ve şelit yatakları Çin, Burma, ABD, Rusya (Urallar, Transbaikalia ve Kafkaslar), Portekiz ve Bolivya'da bulunmaktadır. Dünyadaki tungsten cevherinin yıllık üretimi yaklaşık 5,95 104 ton metal olup, bunun 49,5 104 tonu (veya %83'ü) Çin'de çıkarılmaktadır. Rusya'da yılda yaklaşık 3.400 ton, Kanada'da ise yılda 3.000 ton çıkarılıyor.
Çin, tungsten hammaddelerinin geliştirilmesinde küresel lider rolünü oynuyor (Jianshi yatağı Çin üretiminin yüzde 60'ını, Hunan - yüzde 20'sini, Yunnan - yüzde 8'ini, Guandong - yüzde 6'sını, İç Moğolistan ve Guanzhi - her biri yüzde 2'sini oluşturuyor) , başkaları da var). Rusya'da en büyük tungsten cevheri yatakları 2 bölgede bulunmaktadır: Kuzey Kafkasya'da (Tyrnyauz, Kabardey-Balkar) ve Uzak Doğu'da. Nalçik tesisi tungsten cevherini işleyerek amonyum paratungstat ve tungsten okside dönüştürüyor.
En büyük tungsten tüketicisi Batı Avrupa'dır (%30). ABD ve Çin - her biri %25, %12 - %13 - Japonya. BDT'de yılda yaklaşık 3000 ton metal tüketilmektedir.
Başvuru
Toplamda dünya yılda yaklaşık 30 bin ton tungsten üretiyor. Tungsten çeliği ve tungsten ve karbürlerini içeren diğer alaşımlar, uçakların ve içten yanmalı motorların en önemli parçaları olan tank zırhı, mermi ve torpido imalatında kullanılmaktadır.
En iyi takım çelikleri kesinlikle tungsten içerir. Metalurji genel olarak üretilen tüm tungstenin yaklaşık %95'ini emer. Metalurji için tipik olan, yalnızca saf tungsten kullanılmaz, çoğunlukla daha ucuz tungsten kullanılır - ferrotungsten, yani. yaklaşık %80 tungsten ve yaklaşık %20 demir içeren bir alaşım. Elektrik ark ocaklarında üretilir.
Tungsten alaşımlarının çok sayıda dikkat çekici özelliği vardır. "Ağır" metal olarak da adlandırılan tungsten, bakır ve nikel alaşımı, radyoaktif maddelerin depolanmasına yönelik kapların imalatında kullanılan bir hammaddedir. Böyle bir alaşımın koruyucu etkisi kurşununkinden %40 daha fazladır. Bu alaşım radyoterapide de kullanılır çünkü ekranın nispeten küçük kalınlığı yeterli koruma sağlar.
Tungsten karbür ve yüzde 16 kobalttan oluşan bir alaşım, sondaj kuyularında kısmen elmasın yerini alacak kadar sertliğe sahiptir. Gümüş ve bakır içeren tungsten sahte alaşımları, yüksek elektrik voltajı koşulları altındaki anahtarlar ve anahtarlar için mükemmel bir malzemedir. Bu tür ürünler geleneksel bakır kontaklardan 6 kat daha uzun ömürlüdür.
Saf tungsten veya tungsten içeren alaşımların kullanımı büyük ölçüde bunların sertliğine, refrakterliğine ve kimyasal direncine bağlıdır. Saf formundaki tungsten, elektrikli akkor lambalar için filamanların üretiminde ve ayrıca metalleri buharlaştırmak amacıyla potaların üretiminde kullanılan, otomobil ateşleme distribütörlerinin kontaklarında kullanılan, hedeflerde kullanılan katot ışın tüplerinin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. X-ışını tüpleri; elektrikli fırınların sargıları ve ısıtma elemanları olarak kullanıldığı gibi, yüksek sıcaklıklarda çalışan uzay ve uçaklar için yapısal bir malzeme olarak da kullanılır.
Tungsten, yüksek hız çelikleri (tungsten içeriği %17,5 - 18,5), stellitler (Cr, C, W ilavesiyle kobalttan yapılmış), hastalloy (Ni bazlı paslanmaz çelikler) ve diğer birçok alaşımın alaşımlarının bir parçasıdır. . Tungsten, ısıya dayanıklı ve alet alaşımlarının, yani ferrotungsten (% 68-86 W, Mo ve % 7'ye kadar demir) üretiminde baz olarak kullanılır ve şelit veya wolframit konsantresinin doğrudan indirgenmesiyle kolayca elde edilir. Pobedit üretiminde tungsten kullanılır. Bu, %80-85 tungsten, %7-14 kobalt, %5-6 karbon içeren süper sert bir alaşımdır. Pobedit, metal işleme prosesinin yanı sıra petrol ve madencilik endüstrilerinde de yeri doldurulamaz.
Magnezyum ve kalsiyum tungstatlar floresan cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer tungsten tuzları tabaklama ve kimya endüstrilerinde kullanılmaktadır. Tungsten disülfür, 500 ° C'ye kadar sıcaklıklarda stabil, kuru, yüksek sıcaklıkta bir yağlayıcıdır. Tungsten bronzları ve diğer tungsten bileşikleri, boya üretiminde kullanılır. Oldukça fazla sayıda tungsten bileşiği mükemmel katalizörlerdir.
Elektrik lambalarının üretiminde tungsten vazgeçilmezdir çünkü alışılmadık derecede dayanıklı olmasının yanı sıra oldukça esnektir. 1 kg tungsten, 3,5 km tel üretimi için hammadde görevi görmektedir. Onlar. 1 kg tungstenden 23 bin 60 watt'lık lambalar için akkor filamanlar üretilebiliyor. Yalnızca bu özellik sayesinde dünya çapındaki elektrik endüstrisi yılda yaklaşık yüz ton tungsten tüketmektedir.
Üretme
Tungsten elde etmenin ilk aşaması cevher zenginleştirmedir, yani. değerli bileşenlerin ana cevher kütlesinden, gangdan ayrılması. Kullanılan zenginleştirme yöntemleri diğer ağır metal cevherleriyle aynıdır: öğütme ve yüzdürme, ardından manyetik ayırma (wolframit cevherleri) ve oksidatif kavurma. Bu yöntemle elde edilen konsantre genellikle fazla miktarda soda ile yakılır, böylece tungsten çözünür bir duruma getirilir, yani. sodyum wolframit içinde.
Bu maddeyi elde etmenin bir başka yöntemi de liçtir. Tungsten, yüksek sıcaklıkta ve basınç altında bir soda çözeltisi kullanılarak ekstrakte edilir, ardından kalsiyum tungstatın nötrleştirilmesi ve çökeltilmesi yapılır; şelit. Saflaştırılmış tungsten oksidin çıkarılması oldukça kolay olduğundan şelit elde edilir.
CaWO 4 → H2 WO 4 veya (NH 4) 2 WO 4 → WO 3
Tungsten oksit ayrıca klorürlerden de elde edilir. Tungsten konsantresi yüksek sıcaklıklarda klor gazı ile işlenir. Bu durumda süblimleşme yoluyla diğer klorürlerden kolayca ayrılan tungsten klorürler oluşur. Ortaya çıkan klorür, oksit üretmek için kullanılabilir veya ondan doğrudan metal çıkarılabilir.
Bir sonraki adımda oksitler ve klorürler tungsten metaline dönüştürülür. Tungsten oksidi azaltmanın en iyi yolu hidrojen kullanmaktır. Bu indirgeme ile metal en saf olanıdır. Oksitin indirgenmesi, WO3'ün "teknesinin" çeşitli sıcaklık bölgelerinden geçtiği özel bir boru şeklindeki fırında gerçekleşir. Kuru hidrojen “tekneye” doğru akar.Oksit indirgenmesi sıcak (450-600°C) ve soğuk bölgelerde (750-1100°C) meydana gelir. Soğuk bölgelerde, WO 2'ye ve ardından metale indirgeme meydana gelir. Zaman geçtikçe sıcak bölgeden geçerken tungsten tozu taneciklerinin boyutları değişir.
İndirgeme yalnızca hidrojen sağlandığında gerçekleşemez. Kömür sıklıkla kullanılır. Katı indirgeyici madde nedeniyle üretim basitleştirilmiştir, ancak bu durumda sıcaklığın 1300°C'ye ulaşması gerekir. Kömürün kendisi ve her zaman içerdiği safsızlıklar, tungsten ile reaksiyona girerek diğer bileşiklerin karbürlerini oluşturur. Sonuç olarak metal kirlenir. Ancak elektrik endüstrisinde yalnızca yüksek kaliteli tungsten kullanılır. % 0,1'lik demir safsızlığı bile en ince telin üretimi için tungsten yapar, çünkü çok daha kırılgan hale gelir.
Tungstenin klorürlerden ayrılması pirolize dayanmaktadır. Tungsten ve klor bazı bileşikler oluşturur. Fazla klor bunların tamamının WCl6'ya dönüştürülmesine olanak tanır ve bu da 1600°C sıcaklıkta klor ve tungstene ayrışır. Hidrojen mevcutsa işlem 1000°C'de başlar.
Tungsten bu şekilde toz halinde elde edilir ve daha sonra yüksek sıcaklıkta bir hidrojen akışında preslenir. Preslemenin ilk aşaması (yaklaşık 1100-1300°C'ye ısıtma) kırılgan, gözenekli bir külçe üretir. Daha sonra presleme devam eder ve sıcaklık neredeyse tungstenin erime noktasına kadar yükselmeye başlar. Böyle bir ortamda metal katılaşmaya başlar ve yavaş yavaş kendi niteliklerini ve özelliklerini kazanır.
Ortalama olarak endüstride üretilen tungstenin %30'u geri dönüştürülmüş malzemelerden elde edilen tungstendir. Tungsten hurdası, talaş, talaş ve toz oksitlenir ve amonyum paratungstat'a dönüştürülür. Kural olarak, hurda kesme çelikleri aynı çelikleri üreten bir işletmede bertaraf edilir. Elektrotlardan, akkor lambalardan ve kimyasal reaktiflerden çıkan hurdalar neredeyse hiçbir zaman geri dönüştürülmez.
Rusya Federasyonu'nda tungsten ürünleri şu tesislerde üretilmektedir: Skopino Hidrometalurji Tesisi "Metallurg", Vladikavkaz Tesisi "Pobedit", Nalçik Hidrometalurji Tesisi, Kirovgrad Sert Alaşım Tesisi, Elektrostal, Çelyabinsk Elektrometalurji Tesisi.
Fiziki ozellikleri
Tungsten açık gri bir metaldir. Karbon dışında bilinen herhangi bir elementin en yüksek erime noktasına sahiptir. Bu göstergenin değeri yaklaşık 3387 ila 3422 santigrat derece arasında değişmektedir. Tungsten, yüksek sıcaklıklara ulaşıldığında mükemmel mekanik özelliklere sahiptir; tüm metaller arasında tungsten, genleşme katsayısı gibi bir göstergenin en düşük değerine sahiptir.
Tungsten en ağır metallerden biridir, yoğunluğu 19250 kg/m3'tür. Metal, a = 0,31589 nm parametresine sahip kübik gövde merkezli bir kafese sahiptir. 0 santigrat derece sıcaklıkta, tungstenin elektriksel iletkenliği gümüş için aynı göstergenin değerinin yalnızca% 28'idir (gümüş akımı diğer metallerden daha iyi iletir). Saf tungstenin işlenmesi çok kolaydır, ancak saf haliyle nadiren bulunur; daha çok bilinen sertliğini aldığı için karbon ve oksijen safsızlıklarına sahiptir. Metalin 20 santigrat derece sıcaklıkta elektriksel direnci 5,5 * 10 -4, 2700 santigrat derece - 90,4 * 10 -4 sıcaklıktadır.
Tungsten, özel refrakterliği, ağırlığı ve sertliği bakımından diğer tüm metallerden farklıdır. Bu metalin yoğunluğu aynı kurşunun neredeyse iki katı, daha doğrusu 1,7 katıdır. Ancak elementin atom kütlesi tam tersine daha düşüktür ve 207'ye karşı 184'tür.
Tungsten alışılmadık derecede yüksek çekme ve sıkıştırma modülü değerlerine, sıcaklık kaymasına karşı muazzam bir dirence sahiptir ve metal yüksek elektrik ve termal iletkenliğe sahiptir. Tungstenin oldukça yüksek bir elektron emisyon katsayısı vardır ve bu, elementin diğer bazı metallerin oksitleriyle alaşımlanmasıyla önemli ölçüde geliştirilebilir.
Ortaya çıkan tungstenin rengi büyük ölçüde üretim yöntemine bağlıdır. Erimiş tungsten, platine çok benzeyen parlak, gri bir metaldir. Tungsten tozu gri, koyu gri ve hatta siyah olabilir: tozun tanesi ne kadar küçükse o kadar koyu olur.
Tungsten oldukça dayanıklıdır: oda sıcaklığında havada değişmez; Sıcaklık kırmızı ısıya ulaştığında metal yavaş yavaş oksitlenmeye başlar ve tungstik anhidrit açığa çıkar. Tungsten sülfürik, hidroflorik ve hidroklorik asitlerde neredeyse çözünmez. Kral suyu ve nitrik asitte metal yüzeyden oksitlenir. Hidroflorik ve nitrik asit karışımı içinde tungsten çözünür ve böylece tungstik asit oluşur. Tüm tungsten bileşikleri arasında en büyük pratik faydalar şunlardır: tungsten anhidrit veya tungsten trioksit, ME2WOX genel formülüne sahip peroksitler, tungstatlar, karbonlu, kükürtlü ve halojenli bileşikler.
Doğada bulunan tungsten, kütle numaraları 186,184, 183, 182, 181 olan 5 kararlı izotoptan oluşur. Kütle numarası 184 olan en yaygın izotop olup, payı %30,64'tür. 74 numaralı elementin yapay radyoaktif izotoplarının göreceli çeşitliliğinden sadece üçü pratik öneme sahiptir: tungsten-181 (yarı ömrü 145 gündür), tungsten-185 (yarı ömrü 74,5 gündür), tungsten-187 ( yarılanma ömrü 23,85 saattir). Tüm bu izotoplar, tungsten izotoplarının doğal bir karışımdan nötronlarla bombalanması sürecinde nükleer reaktörlerin içinde oluşur.
Tungstenin değerliği değişkendir - 2'den 6'ya kadar, en kararlı olanı altı değerlikli tungstendir; kimyasal elementin üç ve iki değerlikli bileşikleri kararsızdır ve pratik bir önemi yoktur. Bir tungsten atomunun yarıçapı 0,141 nm'dir.
Vinogradov'a göre yer kabuğunun tungsten Clarke'ı 0,00013 g/t'dir. Kayaç cinsinden ortalama içeriği, gram/ton: ultrabazik - 0,00001, bazik - 0,00007, orta - 0,00012, asidik - 0,00019.
Kimyasal özellikler
Tungsten aşağıdakilerden etkilenmez: kral suyu, sülfürik, hidroklorik, hidroflorik ve nitrik asitler, sulu sodyum hidroksit çözeltisi, cıva, cıva buharı, amonyak (700° C'ye kadar), hava ve oksijen (400° C'ye kadar), hidrojen, su, hidrojen klorür (600° C'ye kadar), karbon monoksit (800° C'ye kadar), nitrojen.
Biraz ısıtıldıktan sonra kuru flor, ince öğütülmüş tungsten ile birleşmeye başlar. Sonuç olarak heksaflorür oluşur (formül WF 6) - bu, erime noktası 2,5 ° C ve kaynama noktası 19,5 ° C olan çok ilginç bir maddedir. Klor ile reaksiyona girdikten sonra benzer bir bileşik oluşur, ancak reaksiyon ancak 600°C sıcaklıkta mümkündür. Çelik mavisi kristaller olan WC16, 275°C sıcaklıkta erimeye başlar ve 347°C'ye ulaştığında kaynamaya başlar. Tungsten, iyot ve brom ile zayıf kararlı bileşikler oluşturur: tetra- ve diiyodür, penta- ve dibromür.
Yüksek sıcaklıklarda tungsten selenyum, kükürt, nitrojen, bor, tellür, silikon ve karbon ile birleşebilir. Bu bileşiklerin bazıları şaşırtıcı sertliğin yanı sıra diğer mükemmel niteliklerle de karakterize edilir.
Özellikle ilgi çekici olan karbonildir (formül W(CO)6). Tungsten burada karbon monoksit ile birleşir ve bu nedenle sıfır değerliğe sahiptir. Tungsten karbonil özel koşullar altında üretilir çünkü son derece dengesizdir. 0°C sıcaklıkta, renksiz kristaller formundaki özel bir çözeltiden salınır; 50°C'ye ulaştıktan sonra karbonil süblimleşir; 100°C'de tamamen ayrışır. Ancak yoğun ve sert tungsten kaplamalar (saf tungstenden) tam olarak bu bağlantı sayesinde elde edilebilir. Tungstenin kendisi gibi birçok tungsten bileşiği çok aktiftir. Örneğin, tungsten oksit tungsten oksit WO3 polimerleşme özelliğine sahiptir. Bu durumda, sözde heteropolibileşikler (molekülleri 50'den fazla atom içerebilir) ve izopolibileşikler oluşur.
Tungsten oksit (VI)WO 3, açık sarı renkte, ısıtıldığında turuncuya dönüşen kristal bir maddedir. Oksit 1473 °C erime noktasına ve 1800 °C kaynama noktasına sahiptir. Buna karşılık gelen tungstik asit stabil değildir; bir su çözeltisinde dihidrat çökelir ve 70 ila 100 ° C arasındaki sıcaklıklarda bir molekül su ve 180 ila 350 ° C arasındaki sıcaklıklarda ikinci molekülü kaybeder.
Tungstik asit anyonları polibileşikler oluşturma eğilimindedir. Konsantre asitlerle reaksiyon sonucunda karışık anhidritler oluşur:
12WO3 + H3PO4 = H3.
Tungsten oksit ve sodyum metalin reaksiyonu stokiyometrik olmayan sodyum tungstat üretir ve buna "tungsten bronzu" adı verilir:
WO3 + xNa = Na x WO3.
Tungsten oksidin hidrojen ile indirgenmesi sürecinde, ayırma sırasında karışık oksidasyon durumuna sahip hidratlı oksitler elde edilir, bunlara "tungsten mavileri" denir:
WO3–n(OH)n, n = 0,5–0,1.
WO3 + Zn + HCl = (“mavi”), W205 (OH) (kahverengi)
Tungsten (VI) oksit, tungsten ve bileşiklerinin üretim sürecinde bir ara maddedir. Seçilmiş seramik pigmentlerin ve endüstriyel açıdan önemli hidrojenasyon katalizörlerinin bir bileşenidir.
WCl 6 – Metal tungsten veya tungsten oksidin klor, flor veya karbon tetraklorür ile etkileşimi sonucu oluşan daha yüksek tungsten klorür. Tungsten klorürün alüminyum ile indirgenmesinden sonra, karbon monoksit ile birlikte tungsten karbonil oluşur:
WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl3 (eterde)
Tungsten (İngilizce Tungsten, Fransızca Tungsten, Almanca Wolfram) ilk olarak 1783'te Bergman'ın öğrencileri olan Spaniards de Elguiar kardeşler tarafından elde edildi. Ancak tungsten adı elementin keşfinden çok önce mevcuttu. Kalay madenciliği yapan 14. - 16. yüzyıl madencileri ve metalurji uzmanları, kalay cevherlerinden biri kalsine edildiğinde cürufa girerek önemli miktarda kalayın kaybolduğunu fark ettiler. Bu cevhere Wolf veya Wolfert adı verildi ve zamanla tungstene dönüştü; Cevherin içerdiği mineral bu şekilde anılmaya başlandı. Agricola bu minerale Latince adını verir - Spuma Lupi veya kurt köpüğü anlamına gelen Lupus spuma, yani. kızgın bir kurdun ağzında köpük. 16. yüzyılın madencileri Tungsten hakkında şöyle dediler: "kalay çalar ve onu bir kurdun koyunu yediği gibi yutar." 1781'de Scheele, daha sonra onun onuruna şelit (CaWO 4) adı verilen bir mineralden tungsten trioksit WO 3 elde etti. Scheele'nin keşfi, minerali "ağır taş" (Latince: Lapis Ponderosus) olarak adlandıran Bergman tarafından doğrulandı; İsveççe'ye çevrildiğinde Tungsten'dir (Tung Sten - ağır taş). Kısa bir süre sonra yeni keşfedilen metalin Scheele onuruna Scheelium olarak adlandırılması önerildi, ancak başlangıçta bu adı destekleyen Berzelius kısa süre sonra Tungsten kelimesini tercih etti. Latince (Syuma lupi) ve Almanca'da (Wolf Rahm) tungsten, kurt tükürüğü anlamına gelir. Tungsten adı Lomonosov'da, ardından Scherer'de bulunur; Soloviev ve Hess (1824) buna devedikeni, Dvigubsky (1824) - tungsten diyorlar. Sheelia, sheel metal (tungsten böceği) isimleri de vardır.
