Dove viene applicato il tungsteno ad alta densità. Densità di tungsteno

Anche il tungsteno appartiene al gruppo dei metalli con alta refrattarietà. È stato scoperto in Svezia da un chimico di nome Scheele. Fu lui il primo a isolare un ossido di un metallo sconosciuto dal minerale wolframite nel 1781. Lo scienziato è riuscito a ottenere il tungsteno nella sua forma pura dopo 3 anni.

Descrizione

Il tungsteno appartiene a un gruppo di materiali che vengono spesso utilizzati in vari settori. Lui indicato con la lettera W e nella tavola periodica ha un numero di serie 74. È caratterizzato da un colore grigio chiaro. Una delle sue qualità caratteristiche è l'elevata refrattarietà. Il punto di fusione del tungsteno è 3380 gradi Celsius. Se lo consideriamo dal punto di vista dell'applicazione, le qualità più importanti di questo materiale sono:

• densità;
• temperatura di fusione;
• resistenza elettrica;
• coefficiente di espansione lineare.

Quando si calcolano le sue qualità caratteristiche, è necessario evidenziare l'alto punto di ebollizione, che si trova su al livello di 5 900 gradi Celsius... Un'altra caratteristica è il suo basso tasso di evaporazione. Non è alto nemmeno in condizioni di temperatura di 2000 gradi Celsius. Per una proprietà come la conduttività elettrica, questo metallo è 3 volte superiore a una lega così comune come il rame.

Fattori che limitano l'uso del tungsteno

Ci sono una serie di fattori che limitano l'uso di questo materiale:

• alta densità;
• significativa tendenza alla fragilità alle basse temperature;
• bassa resistenza all'ossidazione.

Dal suo aspetto, tungsteno assomiglia all'acciaio convenzionale... La sua principale applicazione è principalmente associata alla produzione di leghe con caratteristiche di elevata resistenza. Questo metallo si presta alla lavorazione, ma solo se preriscaldato. A seconda del tipo di trattamento scelto, il riscaldamento viene effettuato ad una certa temperatura. Ad esempio, se l'attività è forgiare barre di tungsteno, il pezzo deve essere preriscaldato a una temperatura di 1450-1500 gradi Celsius.

Per 100 anni, il tungsteno non è stato utilizzato commercialmente. Il suo uso nella fabbricazione di varie tecniche è stato limitato dal suo alto punto di fusione.

L'inizio del suo uso industriale è associato al 1856, quando fu usato per la prima volta per legare i gradi di acciaio per utensili. Durante la loro produzione, il tungsteno è stato aggiunto alla composizione con una quota totale fino al 5%. La presenza di questo metallo nella composizione dell'acciaio ha permesso di aumentare la velocità di taglio sui torni da 5 a 8 m al minuto.

Lo sviluppo dell'industria nella seconda metà del XIX secolo è caratterizzato dallo sviluppo attivo dell'industria delle macchine utensili. La domanda di attrezzature era in costante crescita ogni anno, il che richiedeva ai costruttori di macchine di ottenere caratteristiche di alta qualità delle macchine e, oltre a ciò, aumentare la loro velocità operativa. Il primo impulso per aumentare la velocità di taglio è stato l'uso del tungsteno.

Già all'inizio del XX secolo, la velocità di taglio è stata aumentata fino a 35 metri al minuto... Ciò è stato ottenuto legando l'acciaio non solo con il tungsteno, ma anche con altri elementi:

• molibdeno;
• cromo;
• vanadio.

Successivamente, la velocità di taglio sulle macchine è aumentata a 60 metri al minuto. Ma, nonostante tassi così alti, gli esperti hanno capito che c'era un'opportunità per migliorare questa caratteristica. Gli specialisti non hanno pensato a lungo quale metodo scegliere per aumentare la velocità di taglio. Hanno fatto ricorso all'uso del tungsteno, ma già sotto forma di carburi in alleanza con altri metalli e loro tipi. Al giorno d'oggi, è abbastanza comune tagliare il metallo su macchine da 2000 metri al minuto.

Come ogni materiale, il tungsteno ha le sue proprietà speciali, grazie alle quali è caduto nel gruppo dei metalli strategici. Abbiamo già detto sopra che uno dei vantaggi di questo metallo è la sua elevata refrattarietà. È a causa di questa proprietà che il materiale può essere utilizzato per la produzione di filamenti.

Il suo punto di fusione è a 2500 gradi Celsius... Ma solo questa qualità non si limita alle proprietà positive di questo materiale. Ha anche altri vantaggi che dovrebbero essere menzionati. Uno di questi è l'elevata resistenza dimostrata in condizioni normali e ad alta temperatura. Ad esempio, quando il ferro e le leghe a base di esso vengono riscaldate a una temperatura di 800 gradi Celsius, la forza diminuisce di 20 volte. Nelle stesse condizioni, la forza del tungsteno diminuisce solo tre volte. In condizioni di 1500 gradi Celsius, la forza del ferro è praticamente ridotta a zero, ma nel tungsteno è al livello del ferro a temperature ordinarie.

Oggi l'80% del tungsteno prodotto nel mondo viene utilizzato principalmente nella produzione di acciaio di alta qualità. Più della metà dei tipi di acciaio utilizzati dalle imprese di costruzione di macchine contengono tungsteno. Li usano come materiale principale. per parti di turbine, riduttori e utilizzano anche tali materiali per la fabbricazione di macchine per compressori. Gli acciai tecnici contenenti tungsteno vengono utilizzati per produrre alberi, ingranaggi e un rotore forgiato in un unico pezzo.

Inoltre, vengono utilizzati per la produzione di alberi a gomito, bielle. L'aggiunta di tungsteno e altri elementi di lega alla composizione dell'acciaio per la costruzione di macchine ne aumenta la temprabilità. Inoltre, è possibile ottenere una struttura a grana fine. Insieme a questo, aumentano le caratteristiche come la durezza e la resistenza degli acciai per la costruzione di macchine prodotti.

Nella produzione di leghe resistenti al calore, l'uso del tungsteno è uno dei prerequisiti. La necessità di utilizzare questo particolare metallo è dovuta al fatto che è l'unico in grado di sopportare carichi significativi ad alte temperature superiori al valore di fusione del ferro. Il tungsteno e i composti a base di questo metallo sono caratterizzati da elevata resistenza e buona elasticità. A questo proposito, sono superiori ad altri metalli inclusi nel gruppo dei materiali refrattari.

contro

Tuttavia, elencando i vantaggi del tungsteno, va notato e svantaggi che sono inerenti a questo materiale.

Il tungsteno, attualmente prodotto, contiene il 2% di torio. Questa lega è chiamata tungsteno toriato. È caratterizzato da resistenza alla trazione 70 MPa ad una temperatura di 2420 gradi Celsius. Sebbene il valore di questo indicatore non sia elevato, notiamo che solo 5 metalli, insieme al tungsteno, non cambiano il loro stato solido a tale temperatura.

Questo gruppo include il molibdeno, che ha un punto di fusione di 2625 gradi. Un altro metallo è il tecnezio. Tuttavia, è improbabile che le leghe basate su di esso vengano prodotte nel prossimo futuro. Il renio e il tantalio non sono molto resistenti in queste condizioni di temperatura. Pertanto, il tungsteno è l'unico materiale in grado di fornire una resistenza sufficiente sotto carichi ad alta temperatura. Per il motivo che è tra quelli scarsi, se c'è un'opportunità per sostituirlo, i produttori usano un'alternativa ad esso.

Tuttavia, nella produzione dei singoli componenti, non esistono materiali che possano sostituire completamente il tungsteno. Ad esempio, nella produzione di filamenti di lampade elettriche e anodi di lampade ad arco CC, viene utilizzato solo il tungsteno, poiché semplicemente non esistono sostituti adatti. Inoltre è usato nella produzione di elettrodi per saldatura ad arco argon e idrogeno atomico. Inoltre, utilizzando questo materiale, viene prodotto un elemento riscaldante che viene utilizzato in condizioni da 2000 gradi Celsius.

Applicazione

Il tungsteno e le leghe a base di esso sono ampiamente utilizzate in vari settori. Sono utilizzati nella produzione di motori aeronautici, utilizzati nel campo della missilistica, nonché per la produzione di tecnologia spaziale. In queste aree, utilizzando queste leghe, vengono realizzati ugelli a getto e inserti di sezioni critiche nei motori a razzo. Inoltre, tali materiali sono utilizzati come materiali di base per la produzione di leghe per razzi.

La produzione di leghe da questo metallo ha una caratteristica che è associata alla refrattarietà di questo materiale. Ad alte temperature, molti metalli cambiano il loro stato e trasformarsi in gas o liquidi altamente volatili. Pertanto, per ottenere leghe in cui è presente il tungsteno, vengono utilizzati metodi di metallurgia delle polveri.

Tali metodi prevedono la pressatura di una miscela di polveri metalliche, la successiva sinterizzazione e la successiva sottoposizione ad arco di fusione, effettuata in forni ad elettrodi. In alcuni casi, la polvere di tungsteno sinterizzata viene inoltre impregnata con una soluzione liquida di un altro metallo. Pertanto, si ottengono pseudo-leghe di tungsteno, rame, argento, che vengono utilizzate per i contatti negli impianti elettrici. Rispetto al rame, la durata di tali prodotti è 6-8 volte superiore.

Questo metallo e le sue leghe hanno grandi prospettive per ampliare ulteriormente il campo di applicazione. Prima di tutto, va notato che, a differenza del nichel, questi materiali possono lavorare alle frontiere "infuocate". L'uso di prodotti di tungsteno al posto del nichel porta ad un aumento dei parametri operativi delle centrali elettriche. E questo porta a aumento dell'efficienza delle apparecchiature... Inoltre, i prodotti a base di tungsteno possono resistere facilmente ad ambienti difficili. Pertanto, possiamo affermare con sicurezza che il tungsteno continuerà a guidare il gruppo di tali materiali nel prossimo futuro.

Il tungsteno ha anche contribuito al processo di miglioramento della lampada a incandescenza elettrica. Fino al periodo del 1898, in questi apparecchi di illuminazione elettrica veniva utilizzato il filamento di carbonio.

• era facile da fabbricare;
• la sua produzione era poco costosa.

L'unico inconveniente del filamento di carbone era che tutta la vita ne aveva una piccola. Dopo il 1898, il filamento di carbonio delle lampade aveva un concorrente sotto forma di osmio. A partire dal 1903, il tantalio è stato utilizzato per la produzione di lampade elettriche. Tuttavia, già nel 1906, il tungsteno sostituì questi materiali e iniziò ad essere utilizzato per la produzione di filamenti per lampade ad incandescenza. Viene utilizzato anche oggi nella produzione di moderne lampadine.

Per fornire a questo materiale un'elevata resistenza al calore, sulla superficie metallica viene applicato uno strato di renio e torio. In alcuni casi, il filamento di tungsteno è realizzato con l'aggiunta di renio. Ciò è dovuto al fatto che alle alte temperature questo metallo inizia ad evaporare e questo porta al fatto che il filo di questo materiale diventa più sottile. L'aggiunta di renio alla composizione porta a una diminuzione di 5 volte dell'effetto dell'evaporazione.

Al giorno d'oggi, il tungsteno viene utilizzato attivamente non solo nella produzione di ingegneria elettrica, ma anche vari prodotti militari-industriali... La sua aggiunta all'acciaio per armi offre prestazioni elevate per questo tipo di materiale. Inoltre, ti consente di migliorare le caratteristiche della protezione dell'armatura e di rendere più efficaci i proiettili perforanti.

Conclusione

Il tungsteno è uno dei materiali richiesti utilizzati nella metallurgia. Aggiungendolo alla composizione degli acciai prodotti si ottiene un aumento delle loro caratteristiche. Diventano più resistenti allo stress termico e, inoltre, aumenta il punto di fusione, che è particolarmente importante per i prodotti utilizzati in condizioni estreme. ad alte temperature... L'uso nella produzione di varie attrezzature, prodotti ed elementi, assemblaggi realizzati con questo metallo o leghe basate su di esso, consente di migliorare le caratteristiche dell'attrezzatura e aumentare l'efficienza del loro lavoro.

Tungsteno- il metallo più refrattario. Solo l'elemento non metallico, il carbonio, ha un punto di fusione più alto. Chimicamente resistente in condizioni standard. Il nome Wolframium è stato trasferito all'elemento dal minerale wolframite, noto già nel XVI secolo. chiamato lat. Spuma lupi ("schiuma di lupo") o lui. Wolf Rahm ("crema di lupo", "crema di lupo"). Il nome era dovuto al fatto che il tungsteno, accompagnando i minerali di stagno, interferiva con la fusione dello stagno, trasformandolo in una schiuma di scorie ("divora lo stagno come un lupo una pecora").

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STRUTTURA

Un cristallo di tungsteno ha un reticolo cubico a corpo centrato. I cristalli di tungsteno al freddo sono caratterizzati da una bassa plasticità, quindi, nel processo di pressatura della polvere, praticamente non cambiano praticamente la loro forma e dimensione di base e la compattazione della polvere avviene principalmente attraverso il movimento relativo delle particelle.

In una cella di tungsteno cubica a corpo centrato, gli atomi si trovano ai vertici e al centro della cella, cioè ci sono due atomi per cellula. La struttura bcc non è l'imballaggio più vicino di atomi. Il fattore di compattezza è 0,68. Gruppo spaziale di tungsteno Im3m.

PROPRIETÀ

Il tungsteno è un metallo grigio chiaro lucido con i più alti punti di fusione e di ebollizione provati (si presume che il seaborgio sia ancora più refrattario, ma finora questo non può essere affermato con certezza - la durata del seborgio è molto breve). Punto di fusione - 3695 K (3422 ° C), bolle a 5828 K (5555 ° C). La densità del tungsteno puro è 19,25 g / cm³. Possiede proprietà paramagnetiche (suscettibilità magnetica 0,32 · 10-9). Durezza Brinell 488 kg / mm², resistività elettrica a 20 ° C - 55 · 10-9 Ohm · m, a 2700 ° C - 904 · 10-9 Ohm · m. La velocità del suono nel tungsteno ricotto è di 4290 m/s. È un paramagnetico.

Il tungsteno è uno dei metalli più pesanti, duri e refrattari. Nella sua forma pura è un metallo bianco-argento, simile al platino, ad una temperatura di circa 1600°C si presta bene alla forgiatura e può essere trafilato in un filo sottile.

RISERVE E PRODUZIONE

Il clarke di tungsteno nella crosta terrestre è (secondo Vinogradov) 1,3 g / t (0,00013% per contenuto nella crosta terrestre). Il suo contenuto medio in rocce, ppm: ultrabasico - 0,1, basico - 0,7, medio - 1,2, acido - 1,9.

Il processo di ottenimento del tungsteno passa attraverso una sottofase di separazione del triossido di WO 3 dai concentrati di minerale e successiva riduzione a polvere metallica con idrogeno ad una temperatura di circa 700°C. A causa dell'elevato punto di fusione del tungsteno, vengono utilizzati metodi di metallurgia delle polveri per ottenere una forma compatta: la polvere risultante viene pressata, sinterizzata in un'atmosfera di idrogeno a una temperatura di 1200-1300 ° C, quindi attraversata da una corrente elettrica. Il metallo viene riscaldato a 3000 ° C, mentre avviene la sinterizzazione in un materiale monolitico. La fusione della zona viene utilizzata per la successiva purificazione e l'ottenimento di una forma monocristallina.

ORIGINE

Il tungsteno si presenta in natura principalmente sotto forma di composti complessi ossidati formati da triossido di tungsteno WO 3 con ossidi di ferro e manganese o calcio, e talvolta piombo, rame, torio ed elementi delle terre rare. Di importanza industriale sono la wolframite (ferro e manganese tungstato nFeWO 4 * mMnWO 4 - rispettivamente ferberite e hubnerite) e scheelite (calcio tungstato CaWO 4). I minerali di tungsteno sono solitamente incorporati nelle rocce granitiche, quindi la concentrazione media di tungsteno è dell'1-2%.

Le maggiori riserve sono in Kazakistan, Cina, Canada e Stati Uniti; sono noti anche depositi in Bolivia, Portogallo, Russia, Uzbekistan e Corea del Sud. La produzione mondiale di tungsteno è di 49-50 mila tonnellate all'anno, di cui 41 in Cina, 3,5 in Russia; Kazakistan 0,7, Austria 0,5. I principali esportatori di tungsteno: Cina, Corea del Sud, Austria. Principali importatori: USA, Giappone, Germania, Gran Bretagna.
Ci sono anche depositi di tungsteno in Armenia e in altri paesi.

APPLICAZIONE

La refrattarietà e la plasticità del tungsteno lo rendono indispensabile per i filamenti negli apparecchi di illuminazione, così come nei cinescopi e altri tubi a vuoto.
A causa della sua alta densità, il tungsteno è la base delle leghe pesanti, che vengono utilizzate per contrappesi, nuclei perforanti di sottocalibro e gusci piumati a forma di freccia di pistole di artiglieria, nuclei di proiettili perforanti e ultra-alta velocità rotori giroscopici per stabilizzare il volo dei missili balistici (fino a 180 mila giri/min).

Il tungsteno viene utilizzato come elettrodi per la saldatura ad arco di argon. Le leghe contenenti tungsteno sono caratterizzate da resistenza alle alte temperature, resistenza agli acidi, durezza e resistenza all'abrasione. Sono usati per realizzare strumenti chirurgici (lega di amaloy), armature per carri armati, proiettili per siluri e proiettili, le parti più importanti di aerei e motori, contenitori per lo stoccaggio di sostanze radioattive. Il tungsteno è un componente importante delle migliori qualità di acciai per utensili. Il tungsteno viene utilizzato nei forni a resistenza sotto vuoto ad alta temperatura come elementi riscaldanti. Una lega di tungsteno e renio viene utilizzata in tali forni come termocoppia.

Per la lavorazione meccanica di metalli e materiali strutturali non metallici nell'ingegneria meccanica (tornitura, fresatura, piallatura, scalpellatura), perforazione, nell'industria mineraria, sono ampiamente utilizzati leghe dure e materiali compositi a base di carburo di tungsteno (ad esempio, win, consistente di cristalli di WC in una matrice di cobalto; gradi ampiamente utilizzati in Russia - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), nonché miscele di carburo di tungsteno, carburo di titanio, carburo di tantalio (gradi TT per condizioni di lavorazione particolarmente gravose, ad esempio scalpellatura e piallatura forgiati di acciai resistenti al calore e perforazione a percussione di materiale duro). È ampiamente utilizzato come elemento di lega (spesso in combinazione con molibdeno) in acciai e leghe a base di ferro. Gli acciai altolegati della classe "alta velocità", con marcature che iniziano con la lettera P, contengono quasi sempre tungsteno. (P18, P6M5. Da rapido - veloce, velocità).

Il solfuro di tungsteno WS 2 viene utilizzato come grasso per alte temperature (fino a 500 ° C). Alcuni composti di tungsteno sono usati come catalizzatori e pigmenti. Monocristalli di tungstati (tungstati di piombo, cadmio, calcio) sono utilizzati come rivelatori a scintillazione di raggi X e altre radiazioni ionizzanti nella fisica nucleare e nella medicina nucleare.

Il ditelluride di tungsteno WTe 2 viene utilizzato per convertire l'energia termica in energia elettrica (termo-EMF circa 57 μV/K). Il radionuclide artificiale 185 W viene utilizzato come etichetta radioattiva nella ricerca sulle sostanze. Stable 184 W è utilizzato come componente di leghe con uranio-235 utilizzato nei motori a razzo nucleari a stato solido, poiché è l'unico isotopo di tungsteno comune con una bassa sezione d'urto di cattura dei neutroni termici (circa 2 barn).

Tungsteno - W

CLASSIFICAZIONE

Nichel-Strunz (10a edizione)	1.AE.05
Dana (7a edizione)	1.1.38.1

Il tungsteno si distingue tra i metalli non solo per la sua refrattarietà, ma anche per la sua massa. La densità del tungsteno in condizioni normali è 19,25 g/cm³, che è circa 6 volte quella dell'alluminio. Rispetto al rame, il tungsteno è 2 volte più pesante. A prima vista, l'alta densità può sembrare uno svantaggio, perché i prodotti realizzati con essa saranno pesanti. Ma anche questa caratteristica del metallo ha trovato la sua applicazione nella tecnologia. Vantaggi del tungsteno grazie alla sua alta densità:

1. La capacità di concentrare una grande massa in un piccolo volume.
2. Protezione contro le radiazioni ionizzanti (radiazioni).

La prima proprietà è spiegata dalla struttura interna del metallo. Il nucleo di un atomo contiene 74 protoni e 110 neutroni, cioè 184 particelle. Nella tavola periodica degli elementi chimici, in cui gli atomi sono disposti in ordine crescente di massa atomica, il tungsteno è al 74° posto. Per questo motivo una sostanza composta da atomi pesanti avrà una grande massa. La schermatura dalle radiazioni è inerente a tutti i materiali ad alta densità. Ciò è dovuto al fatto che le radiazioni ionizzanti, scontrandosi con qualsiasi ostacolo, le trasferiscono parte della sua energia. Le sostanze più dense hanno un'alta concentrazione di particelle per unità di volume, quindi i raggi ionizzanti subiscono più collisioni e, di conseguenza, perdono più energia. L'uso del metallo si basa sulle proprietà di cui sopra.

Applicazione del tungsteno

L'alta densità è un enorme vantaggio del tungsteno rispetto ad altri metalli.

Il tungsteno è ampiamente utilizzato in vari settori.

Usi basati su una grande massa di metallo

La sua notevole densità fa del tungsteno un prezioso materiale di bilanciamento. I pesi di bilanciamento che ne derivano riducono il carico che agisce sulle parti. Pertanto, il loro periodo operativo è esteso. Applicazioni del tungsteno:

1. Aerospaziale. Le parti in metallo pesante bilanciano le coppie effettive. Pertanto, il tungsteno viene utilizzato per la produzione di pale per elicotteri, eliche, timoni. A causa del fatto che il materiale non possiede proprietà magnetiche, viene utilizzato nella produzione di sistemi elettronici di bordo dell'aviazione.
2. Industria automobilistica. Il tungsteno viene utilizzato dove è necessario concentrare una grande massa in un piccolo volume di spazio, ad esempio nei motori di automobili installati su autocarri pesanti, costosi SUV, veicoli diesel. Inoltre, il tungsteno è un materiale vantaggioso per la fabbricazione di alberi a gomiti e volani, carichi del telaio. Oltre alla sua alta densità, il metallo è caratterizzato da un alto modulo di elasticità, grazie a queste qualità viene utilizzato per smorzare le vibrazioni sugli azionamenti.
3. Ottica. I pesi in tungsteno di configurazione complessa fungono da bilanciatori nei microscopi e in altri strumenti ottici di alta precisione.
4. Produzione di attrezzature sportive. Il tungsteno viene utilizzato al posto del piombo nelle attrezzature sportive perché, a differenza di quest'ultimo, non è dannoso per la salute e per l'ambiente. Ad esempio, il materiale viene utilizzato nella produzione di mazze da golf.
5. Nell'ingegneria meccanica. I martelli vibranti sono fatti di tungsteno, con il quale guidano i pali. Al centro di ogni dispositivo c'è un peso rotante. Converte l'energia della vibrazione in forza motrice. Per la presenza del tungsteno è possibile utilizzare martelli vibranti per terreni compattati di notevole spessore.
6. Per la fabbricazione di strumenti di precisione. Nella foratura profonda vengono utilizzati utensili di precisione, il cui supporto non deve essere soggetto a vibrazioni. Questo requisito è soddisfatto dal tungsteno, che ha anche un alto modulo di elasticità. I supporti antivibranti garantiscono un funzionamento regolare, quindi vengono utilizzati nelle barre di alesatura e rettifica, negli alberi degli utensili. La parte operativa dell'utensile è realizzata sulla base del tungsteno, poiché ha una maggiore durezza.

Uso basato sulla capacità di proteggere dalle radiazioni

Collimatori di tungsteno in chirurgia.

• Secondo questo criterio, le leghe di tungsteno sono davanti a ghisa, acciaio, piombo e acqua, quindi i collimatori e gli schermi protettivi sono realizzati in metallo, che vengono utilizzati in radioterapia. Le leghe di tungsteno non sono soggette a deformazione e sono altamente affidabili. L'uso di collimatori a più foglie consente di dirigere la radiazione verso un'area specifica del tessuto interessato. Durante la terapia, vengono eseguite prima le radiografie per localizzare la posizione e determinare la natura del tumore. Quindi i petali del collimatore vengono spostati dal motore elettrico nella posizione desiderata. Possono essere utilizzati 120 petali, con l'aiuto dei quali viene creato un campo che ripete la forma del tumore. Inoltre, i raggi con radiazioni elevate sono diretti verso l'area interessata. In questo caso il tumore viene irradiato dal fatto che il collimatore multilamina ruota attorno al paziente. Per proteggere i tessuti sani adiacenti e l'ambiente dalle radiazioni, il collimatore deve essere estremamente preciso.
• Sono stati sviluppati speciali collimatori ad anello in tungsteno per la radiochirurgia, la cui irradiazione è diretta alla testa e al collo. Il dispositivo esegue la messa a fuoco ad alta precisione delle radiazioni gamma. Inoltre, il tungsteno fa parte di lastre per tomografi computerizzati, elementi di schermatura per rilevatori e acceleratori lineari, apparecchiature di dosimetria e dispositivi di prova non distruttivi, contenitori per sostanze radioattive. Il tungsteno è utilizzato nei dispositivi di perforazione. Ne vengono realizzati degli scudi per proteggere gli strumenti immersi dai raggi X e dalle radiazioni gamma.

Classificazione della lega di tungsteno

Criteri come l'aumento della densità e della refrattarietà del tungsteno consentono di utilizzarlo in molti settori. Tuttavia, le moderne tecnologie a volte richiedono proprietà materiali aggiuntive che il metallo puro non ha. Ad esempio, la sua conduttività elettrica è inferiore a quella del rame e la fabbricazione di una parte di una forma geometrica complessa è difficile a causa della fragilità del materiale. In tali situazioni, le impurità aiutano. Inoltre, il loro numero spesso non supera il 10%. Dopo aver aggiunto rame, ferro, nichel, tungsteno, la cui densità rimane molto elevata (non inferiore a 16,5 g / cm³), conduce meglio la corrente elettrica e diventa duttile, il che rende possibile una buona lavorazione.

Permesso di soggiorno, VNM, VD

A seconda della composizione, le leghe sono contrassegnate in modo diverso.

1. VNZH sono leghe di tungsteno che contengono nichel e ferro,
2. ВНМ - nichel e rame,
3. VD - solo rame.

Nell'etichettatura, le lettere maiuscole sono seguite da numeri che indicano la percentuale. Ad esempio, VNM 3-2 è una lega di tungsteno con l'aggiunta del 3% di nichel e 2% di rame, VNM 5-3 contiene il 5% di nichel e il 3% di ferro nell'impurità, VD-30 è costituito dal 30% di rame.

Il tungsteno appartiene ai metalli refrattari, che sono relativamente rari nella crosta terrestre. Pertanto, il contenuto nella crosta terrestre (in%) di tungsteno è di circa 10 -5, renio 10 -7, molibdeno 3,10 -4, niobio 10 -3, tantalio 2,10 -4 e vanadio 1,5.10 -2.

I metalli refrattari sono elementi di transizione e si trovano nei gruppi IV, V, VI e VII (sottogruppo A) della tavola periodica degli elementi. Con un aumento del numero atomico, aumenta il punto di fusione dei metalli refrattari in ciascuno dei sottogruppi.

Gli elementi VA e VIA gruppi (vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno e tungsteno) sono metalli refrattari con un reticolo cubico a corpo centrato, a differenza di altri metalli refrattari, che hanno una struttura densamente compattata esagonale.

È noto che il principale fattore che determina la struttura cristallina e le proprietà fisiche dei metalli e delle leghe è la natura dei loro legami interatomici. I metalli refrattari sono caratterizzati da un'elevata resistenza del legame interatomico e, di conseguenza, da un alto punto di fusione, da una maggiore resistenza meccanica e da una significativa resistenza elettrica.

La possibilità di studiare i metalli mediante microscopia elettronica consente di studiare le caratteristiche strutturali della scala atomica, rivela la relazione tra proprietà meccaniche e dislocazioni, difetti di impilamento, ecc. I dati ottenuti mostrano che le proprietà fisiche caratteristiche che distinguono i metalli refrattari dall'ordinario quelli sono determinati dalla struttura elettronica dei loro atomi. Gli elettroni possono passare in varia misura da un atomo all'altro e il tipo di transizione corrisponde a un certo tipo di legame interatomico. La particolarità della struttura elettronica determina l'alto livello di forze interatomiche (legami), l'alto punto di fusione, la resistenza dei metalli e la loro interazione con altri elementi e impurità di introduzione. Nel tungsteno, il guscio energeticamente attivo include elettroni 5 d e 6 s.

Dei metalli refrattari, il tungsteno ha la densità più alta - 19,3 g / cm 3. Sebbene, quando viene utilizzato nelle strutture, l'elevata densità di tungsteno possa essere considerata un indicatore negativo, tuttavia, l'aumento della resistenza alle alte temperature consente di ridurre la massa dei prodotti di tungsteno riducendo le loro dimensioni.

La densità dei metalli refrattari dipende in larga misura dalle loro condizioni. Ad esempio, la densità di una barra di tungsteno sinterizzato varia da 17,0-18,0 g / cm 3 e la densità di una barra forgiata con un tasso di deformazione del 75% è 18,6-19,2 g / cm 3. Lo stesso si osserva nel molibdeno: la barra sinterizzata ha una densità di 9,2-9,8 g/cm 3, forgiata con un grado di deformazione del 75% -9,7-10,2 g/cm 3 e colata 10,2 g/cm 3...

Alcune proprietà fisiche di tungsteno, tantalio, molibdeno e niobio per confronto sono riportate nella tabella. 1. La conduttività termica del tungsteno è inferiore alla metà di quella del rame, ma è molto superiore a quella del ferro o del nichel.

I metalli refrattari dei gruppi VA, VIA, VIIA della tavola periodica degli elementi hanno un coefficiente di espansione lineare inferiore rispetto ad altri elementi. Il tungsteno ha il coefficiente di espansione lineare più basso, che indica l'elevata stabilità del suo reticolo atomico ed è una proprietà unica di questo metallo.

Il tungsteno ha una conducibilità termica circa 3 volte inferiore alla conducibilità elettrica del rame ricotto, ma è superiore a quella del ferro, platino e bronzo fosforito.

Per la metallurgia, la densità del metallo allo stato liquido è di grande importanza, poiché questa caratteristica determina la velocità di movimento attraverso i canali, il processo di rimozione delle inclusioni gassose e non metalliche e influenza la formazione di una cavità di ritiro e porosità in lingotti. Per il tungsteno, questo valore è superiore a quello di altri metalli refrattari. Tuttavia, un'altra caratteristica fisica - la tensione superficiale dei metalli refrattari liquidi alla temperatura di fusione - differisce di meno (vedi Tabella 1). La conoscenza di questa proprietà fisica è essenziale in processi quali rivestimento protettivo, impregnazione, fusione e colata.

Un'importante proprietà di fusione di un metallo è la fluidità. Se per tutti i metalli questo valore viene determinato quando si versa il metallo liquido in una forma a spirale a una temperatura di colata superiore alla temperatura di fusione di 100-200 ° C, la fluidità del tungsteno si ottiene estrapolando la dipendenza empirica di questo valore dal calore di fusione.

Il tungsteno è stabile in vari gas, acidi e alcuni metalli fusi. A temperatura ambiente, il tungsteno non interagisce con gli acidi cloridrico, solforico e fosforico, non è esposto all'acido nitrico disciolto e, in misura minore rispetto al molibdeno, reagisce con una miscela di acido nitrico e fluoridrico. Il tungsteno ha un'elevata resistenza alla corrosione nell'ambiente di alcuni alcali, ad esempio nell'ambiente di sodio e idrossido di potassio, in cui è resistente a temperature di 550 ° C. Se esposto al sodio fuso, è stabile fino a 900 ° C , mercurio fino a 600°C, gallio fino a 800 e bismuto fino a 980°C. La velocità di corrosione in questi metalli liquidi non supera 0,025 mm/anno. A una temperatura di 400-490 ° C, il tungsteno inizia a ossidarsi nell'aria e nell'ossigeno. Una reazione debole si verifica quando riscaldata a 100 ° C negli acidi cloridrico, nitrico e fluoridrico. In una miscela di acido fluoridrico e nitrico, il tungsteno si dissolve rapidamente. L'interazione con i mezzi gassosi inizia a temperature (° C): con cloro 250, con fluoro 20. Nell'anidride carbonica, il tungsteno viene ossidato a 1200 ° C, nell'ammoniaca la reazione non avviene.

La regolarità dell'ossidazione dei metalli refrattari è determinata principalmente dalla temperatura. Il tungsteno fino a 800-1000 ° C ha uno schema parabolico di ossidazione e sopra i 1000 ° C è lineare.

L'elevata resistenza alla corrosione in ambienti metallici liquidi (sodio, potassio, litio, mercurio) consente l'utilizzo del tungsteno e delle sue leghe nelle centrali elettriche.

Le proprietà di resistenza del tungsteno dipendono dallo stato del materiale e dalla temperatura. Per le barre di tungsteno forgiate, la resistenza alla trazione dopo la ricristallizzazione varia a seconda della temperatura di prova da 141 kgf / mm 2 a 20 ° C a 15,5 kgf / mm 2 a 1370 ° C. Tungsteno ottenuto dalla metallurgia delle polveri quando la temperatura cambia da 1370 a 2205 ° C ha? b = 22,5 × 6,3 kgf / mm 2. La resistenza del tungsteno aumenta soprattutto durante la deformazione a freddo. Un filo con un diametro di 0,025 mm ha una resistenza alla trazione di 427 kgf / mm 2.

La durezza del tungsteno deformato commercialmente puro HB 488, ricotto HB 286. Allo stesso tempo, una durezza così elevata rimane fino a temperature vicine al punto di fusione e dipende in gran parte dalla purezza del metallo.

Il modulo elastico è approssimativamente correlato al volume atomico della temperatura di fusione

dove T pl è il punto di fusione assoluto; V aТ - volume atomico; K è una costante.

Una caratteristica distintiva del tungsteno tra i metalli è anche un'elevata deformazione volumetrica, che è determinata dall'espressione

dove E è il modulo di elasticità del primo tipo, kgf / mm 2; ?-coefficiente di deformazione trasversale.

tab. 3 illustra la variazione della deformazione volumetrica per acciaio, ghisa e tungsteno, calcolata utilizzando l'espressione di cui sopra.

La plasticità del tungsteno commercialmente puro a 20 ° C è inferiore all'1% e aumenta dopo la pulizia della zona del fascio di elettroni dalle impurità, nonché quando drogato con l'aggiunta del 2% di ossido di torio. Con l'aumentare della temperatura, la plasticità aumenta.

L'elevata energia dei legami interatomici dei metalli dei gruppi IV, V, VIA determina la loro elevata resistenza a temperatura ambiente ed elevata. Le proprietà meccaniche dei metalli refrattari dipendono sostanzialmente dalla loro purezza, dai metodi di produzione, dai trattamenti meccanici e termici, dalla tipologia dei semilavorati e da altri fattori. La maggior parte delle informazioni sulle proprietà meccaniche dei metalli refrattari, pubblicate in letteratura, sono state ottenute su metalli non sufficientemente puri, poiché la fusione sotto vuoto ha iniziato ad essere utilizzata in tempi relativamente recenti.

Nella fig. 1 mostra la dipendenza del punto di fusione dei metalli refrattari dalla posizione nella tavola periodica degli elementi.

Il confronto delle proprietà meccaniche del tungsteno dopo la fusione dell'arco e del tungsteno ottenuto con il metodo della metallurgia delle polveri mostra che sebbene la loro resistenza ultima differisca in modo insignificante, il tungsteno fuso ad arco risulta essere più duttile.

La durezza Brinell del tungsteno sotto forma di barra sinterizzata è HB 200-250 e della lamiera laminata lavorata a freddo HB 450-500, la durezza del molibdeno è rispettivamente HB 150-160 e HB 240-250.

La lega del tungsteno viene eseguita per aumentarne la plasticità, a tale scopo vengono utilizzati elementi sostitutivi. Sempre più attenzione è rivolta ai tentativi di aumentare la duttilità dei metalli del gruppo VIA aggiungendo piccole quantità di elementi dei gruppi VII e VIII. L'aumento della plasticità è spiegato dal fatto che quando si legano metalli di transizione con additivi, si crea una densità elettronica disomogenea nella lega a causa della localizzazione degli elettroni degli elementi di lega. In questo caso, l'atomo dell'elemento di lega cambia le forze dei legami interatomici nel volume adiacente del solvente; la lunghezza di tale volume dovrebbe dipendere dalla struttura elettronica dei metalli legati e legati.

La difficoltà nella creazione di leghe di tungsteno risiede nel fatto che non è stato ancora possibile fornire la necessaria duttilità con un aumento della resistenza. Le proprietà meccaniche delle leghe di tungsteno drogate con molibdeno, tantalio, niobio e ossido di torio (durante le prove a breve termine) sono riportate in tabella. 4.

La lega di tungsteno con molibdeno consente di ottenere leghe che nelle loro proprietà di resistenza sono superiori al tungsteno non legato fino a temperature di 2200 ° C (vedi Tabella 4). Con un aumento del contenuto di tantalio dall'1,6 al 3,6% a una temperatura di 1650 ° C, la forza aumenta di 2,5 volte. Questo è accompagnato da una diminuzione di 2 volte dell'allungamento.

Le leghe a base di tungsteno indurite per dispersione e leghe complesse, che contengono molibdeno, niobio, afnio, zirconio e carbonio, sono state sviluppate e vengono padroneggiate. Ad esempio le seguenti composizioni: W - 3% Mo - 1% Nb; W - 3% Mo - 0,1% Hf; W - 3% Mo - 0,05% Zr; W - 0,07% Zr - 0,004% B; W - 25% Mo - 0,11% Zr - 0,05% C.

La lega W - 0,48% Zr-0,048% C ha? b = 55,2 kgf/mm2 a 1650°C e 43,8 kgf/mm2 a 1925°C.

Le leghe di tungsteno contenenti millesimi di percento di boro, decimi di percento di zirconio e afnio e circa l'1,5% di niobio hanno elevate proprietà meccaniche. La resistenza alla trazione di queste leghe alle alte temperature è di 54,6 kgf/mm2 a 1650 °C, 23,8 kgf/mm2 a 2200 °C e 4,6 kgf/mm2 a 2760 °C. Tuttavia, la temperatura di transizione (circa 500 °C ) di tali leghe dallo stato plastico allo stato fragile è piuttosto elevato.

La letteratura contiene informazioni sulle leghe di tungsteno con 0,01 e 0,1% C, che sono caratterizzate da una resistenza alla trazione 2-3 volte superiore alla resistenza alla trazione del tungsteno ricristallizzato.

Il renio aumenta significativamente la resistenza al calore delle leghe di tungsteno (Tabella 5).

Per molto tempo e su larga scala, il tungsteno e le sue leghe sono state utilizzate nella tecnologia elettrica e del vuoto. Il tungsteno e le sue leghe sono il materiale principale per la fabbricazione di filamenti, elettrodi, catodi e altri elementi strutturali di potenti dispositivi elettrici per il vuoto. L'elevata emissività e l'emissione luminosa allo stato incandescente, la bassa pressione di vapore rendono il tungsteno uno dei materiali più importanti per questo settore. Il tungsteno puro (senza additivi) viene utilizzato nei dispositivi elettrovuoto per la produzione di parti funzionanti a basse temperature che non sono pretrattate a temperature superiori a 300 ° C.

Gli additivi di vari elementi modificano significativamente le proprietà del tungsteno. Ciò consente di creare leghe di tungsteno con le caratteristiche richieste. Ad esempio, per parti di dispositivi elettrovuoto che richiedono l'uso di tungsteno non colante a temperature fino a 2900 ° C e con un'alta temperatura di ricristallizzazione primaria, vengono utilizzate leghe con additivi alcalini-silicio o alluminio. Gli additivi alcalini di silicio e torio aumentano la temperatura di ricristallizzazione e aumentano la resistenza del tungsteno alle alte temperature, il che rende possibile la produzione di parti che funzionano a temperature fino a 2100 ° C in condizioni di maggiore stress meccanico.

I catodi dei dispositivi elettronici e a scarica di gas, i ganci e le molle delle lampade del generatore per aumentare le proprietà di emissione sono realizzati in tungsteno con un additivo di ossido di torio (ad esempio, gradi VT-7, VT-10, VT-15, con il contenuto di ossido di torio, rispettivamente, 7, 10 e 15%).

Le termocoppie per alte temperature sono realizzate con leghe di tungsteno-renio. Il tungsteno senza additivi, in cui è consentito un maggiore contenuto di impurità, viene utilizzato nella produzione di parti fredde di dispositivi elettrovuoto (boccole di vetro, traverse). Si consiglia di realizzare gli elettrodi delle lampade flash e dei catodi freddi delle lampade a scarica di gas da una lega di tungsteno con nichel e bario.

Per il funzionamento a temperature superiori a 1700 ° C, è necessario utilizzare leghe BB-2 (tungsteno-moniobio). È interessante notare che nei test a breve termine, le leghe con contenuto di niobio dallo 0,5 al 2% hanno una resistenza alla trazione a 1650 ° C 2-2,5 volte superiore al tungsteno non legato. La lega più resistente è il tungsteno con il 15% di molibdeno. Le leghe W-Re-Th O 2 hanno una buona lavorabilità rispetto alle leghe W-Re; l'aggiunta di biossido di torio rende possibili lavorazioni quali tornitura, fresatura, foratura.

La lega del tungsteno con il renio ne aumenta la plasticità, mentre le proprietà di resistenza diventano approssimativamente le stesse con l'aumentare della temperatura. L'aggiunta di ossidi fini alle leghe di tungsteno ne aumenta la duttilità. Inoltre, questi additivi migliorano notevolmente la lavorabilità.

Le leghe di tungsteno con renio (W - 3% Re; W - 5% Re; W - 25% Re) vengono utilizzate per misurare e controllare temperature fino a 2480 ° C nella produzione di acciaio e in altri tipi di tecnologia. L'uso di leghe di tungsteno-renio nella produzione di anticatodi nei tubi a raggi X è in aumento. Gli anticatodi al molibdeno rivestiti con questa lega lavorano sotto forti sollecitazioni e hanno una vita utile più lunga.

L'elevata sensibilità degli elettrodi di tungsteno alle variazioni della concentrazione di ioni idrogeno consente di utilizzarli per la titolazione potenziometrica. Tali elettrodi sono utilizzati per controllare l'acqua e varie soluzioni. Sono semplici nel design e hanno una bassa resistenza elettrica, il che li rende promettenti per l'uso come microelettrodi nello studio della resistenza agli acidi dello strato vicino all'elettrodo nei processi elettrochimici.

Gli svantaggi del tungsteno sono la sua bassa duttilità (?<1%), большая плотность, высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, плохая свариваемость, низкая ока-линостойкость и плохая обрабатываемость резанием. Однако легирование его различными элементами позволяет улучшить эти характеристики.

Un certo numero di parti per l'industria elettrica e le camicie degli ugelli dei motori sono realizzate in tungsteno impregnato di rame o argento. L'interazione della fase solida refrattaria (tungsteno) con il metallo impregnante (rame o argento) è tale che la solubilità reciproca dei metalli è praticamente assente. Gli angoli di contatto del tungsteno che bagna con rame liquido e argento sono piuttosto piccoli a causa dell'elevata energia superficiale del tungsteno e questo fatto migliora la penetrazione dell'argento o del rame. Il tungsteno impregnato di argento o rame veniva inizialmente prodotto con due metodi: immergendo completamente una billetta di tungsteno in metallo fuso o immergendo parzialmente una billetta di tungsteno sospesa. Esistono anche metodi di impregnazione che utilizzano la pressione idrostatica del liquido o l'aspirazione sotto vuoto.

La fabbricazione di contatti elettrici impregnati di argento o rame dal tungsteno viene eseguita come segue. Innanzitutto, la polvere di tungsteno viene pressata e sinterizzata in determinate condizioni tecnologiche. Quindi il pezzo risultante viene impregnato. A seconda della porosità ottenuta del pezzo, la proporzione dell'impregnante cambia. Pertanto, il contenuto di rame nel tungsteno può variare dal 30 al 13% quando la pressione specifica di pressatura cambia da 2 a 20 tf / cm 2. La tecnologia per ottenere materiali impregnati è abbastanza semplice, economica e la qualità di tali contatti è maggiore, poiché uno dei componenti conferisce al materiale un'elevata durezza, resistenza all'erosione, un alto punto di fusione e l'altro aumenta la sua conduttività elettrica.

Buoni risultati si ottengono quando si utilizza tungsteno impregnato con rame o argento per la produzione di inserti per ugelli per motori a combustibile solido. Un aumento di tali proprietà del tungsteno impregnato come conduttività termica e conduttività elettrica, coefficiente di espansione termica, aumenta significativamente la durata del motore. Inoltre, l'evaporazione del metallo impregnante dal tungsteno durante il funzionamento del motore ha un effetto positivo, riducendo i flussi di calore e riducendo l'effetto erosivo dei prodotti della combustione.

La polvere di tungsteno viene utilizzata nella produzione di materiali porosi per parti di un motore a ioni elettrostatici. L'uso del tungsteno per questi scopi consente di migliorarne le caratteristiche di base.

Le proprietà di erosione termica degli ugelli in tungsteno rinforzato con ossidi dispersi ZrO2, MgO2, V2O3, НfO2 aumentano rispetto agli ugelli in tungsteno sinterizzato. Dopo un'adeguata preparazione, sulla superficie in tungsteno vengono applicati rivestimenti galvanici per ridurre la corrosione ad alta temperatura, ad esempio la nichelatura, che viene eseguita in un elettrolita contenente 300 g / l di solfato di sodio, 37,5 g / l di acido borico a corrente densità di 0,5-11 A/dm 2, temperatura 65 ° С e pH = 4.

Il tungsteno è un elemento chimico del gruppo 4 con numero atomico 74 nella tavola periodica di Dmitry Ivanovich Mendeleev, indicato con W (Wolframium). Il metallo fu scoperto e isolato da due scienziati chimici spagnoli, i fratelli d'Eluyard, nel 1783. Il nome stesso "Wolframium" passò ad un elemento del minerale precedentemente noto wolframite, che era noto già nel XVI secolo, fu poi chiamato "schiuma di lupo", o "Spuma lupi" in latino, in tedesco questa frase suona come "Lupo Rahm" (Tungsteno). Il nome era associato al fatto che il tungsteno, mentre accompagnava i minerali di stagno, interferiva significativamente con la fusione dello stagno, perché trasferì lo stagno in una schiuma di scorie (la gente iniziò a dire di questo processo: "Lo stagno viene divorato come un lupo una pecora!"). Attualmente negli Stati Uniti, in Francia, in Gran Bretagna e in alcuni altri paesi il nome "tungsteno" viene utilizzato per denominare il tungsteno (dallo svedese tung sten, che si traduce come "pietra pesante").

Il tungsteno è un metallo di transizione grigio e duro. L'applicazione principale del tungsteno è il ruolo della base nei materiali refrattari in metallurgia. Il tungsteno è estremamente refrattario; in condizioni normali, il metallo è chimicamente resistente.

Il tungsteno differisce da tutti gli altri metalli per durezza, pesantezza e refrattarietà insolite. Sin dai tempi antichi, le persone hanno usato l'espressione "pesante come il piombo" o "più pesante del piombo", "palpebre di piombo", ecc. Ma sarebbe più corretto usare la parola "tungsteno" in queste allegorie. La densità di questo metallo è quasi il doppio di quella del piombo, per la precisione 1,7 volte. Con tutto ciò, la massa atomica del tungsteno è inferiore e ha un valore di 184 contro 207 per il piombo.

Il tungsteno è un metallo grigio chiaro con i più alti punti di fusione e di ebollizione. A causa della plasticità e refrattarietà del tungsteno, è possibile utilizzarlo come filamenti di dispositivi di illuminazione, nei cinescopi e in altri tubi a vuoto.

Sono noti venti minerali di tungsteno. I più comuni: minerali del gruppo scheelite della wolframite, che sono di importanza industriale. Meno comune è il solfuro di wolframite, ad es. tungstensite (WS2) e composti ossido-simili - ferro e cuprotungstite, tungstite, idrotungstite. Vads, psilomelani ad alto contenuto di tungsteno sono molto diffusi.

A seconda delle condizioni di insorgenza, della morfologia e del tipo di depositi di tungsteno, nel loro sviluppo vengono utilizzati metodi aperti, sotterranei e combinati.

Attualmente non esistono metodi per produrre tungsteno direttamente dai concentrati. A questo proposito, i composti intermedi vengono prima isolati dal concentrato e quindi da essi si ottiene il tungsteno metallico. La separazione del tungsteno comprende: la decomposizione dei concentrati, quindi la transizione del metallo in composti, dai quali viene separato dagli altri elementi di accompagnamento. Isolamento dell'acido tungstico, ad es. tungsteno composto chimico puro, prosegue con la successiva produzione di tungsteno in forma metallica.

Il tungsteno viene utilizzato nella produzione di macchinari e attrezzature per l'industria metallurgica, edile e mineraria, nella produzione di lampade e lampade, nell'industria dei trasporti e dell'elettronica, nell'industria chimica e in altri settori.

Realizzato in acciaio al tungsteno, l'utensile è in grado di sopportare le enormi velocità dei più intensi processi di lavorazione dei metalli. La velocità di taglio con un tale strumento viene solitamente misurata in decine di metri al secondo.

Il tungsteno è piuttosto mal distribuito in natura. Il contenuto di metallo nella crosta terrestre in peso è di circa 1,3 · 10 −4%. I principali minerali contenenti tungsteno sono i tungstati naturali: scheelite, originariamente chiamata tungsteno, e wolframite.

Proprietà biologiche

Il ruolo biologico del tungsteno è insignificante. Il tungsteno nelle sue proprietà è molto simile al molibdeno, ma, a differenza di quest'ultimo, il tungsteno non è un elemento essenziale. Nonostante ciò, il tungsteno è abbastanza in grado di sostituire il molibdeno negli animali e nelle piante, nei batteri, mentre inibisce l'attività degli enzimi Mo-dipendenti, ad esempio la xantina ossidasi. A causa dell'accumulo di sali di tungsteno negli animali, i livelli di acido urico diminuiscono e i livelli di ipoxantina e xantina aumentano. La polvere di tungsteno, come altre polveri metalliche, è irritante per il sistema respiratorio.

In media, circa 0,001-0,015 milligrammi di tungsteno entrano nel corpo umano al giorno con il cibo. L'assimilazione dell'elemento stesso, come i sali di tungsteno, nel tratto gastrointestinale umano è dell'1-10%, acidi tungstici scarsamente solubili - fino al 20%. Il tungsteno si accumula principalmente nel tessuto osseo e nei reni. Le ossa contengono circa 0,00025 mg/kg e il sangue umano contiene circa 0,001 mg/L di tungsteno. Il metallo viene solitamente espulso naturalmente dal corpo nelle urine. Ma il 75% dell'isotopo radioattivo di tungsteno 185W viene escreto nelle feci.

Le fonti alimentari di tungsteno, così come il suo fabbisogno giornaliero, non sono ancora state studiate. La dose tossica per il corpo umano non è stata ancora identificata. La morte nei ratti si verifica da poco più di 30 mg della sostanza. In medicina, si ritiene che il tungsteno non abbia effetti metabolici, cancerogeni e teratogeni sull'uomo e sugli animali.

Indicatore dello stato elementare del tungsteno all'interno del corpo umano: urina, sangue intero. Non ci sono dati su una diminuzione del livello di tungsteno nel sangue.

Un aumento del contenuto di tungsteno nel corpo si verifica più spesso nei lavoratori degli impianti metallurgici impegnati nella produzione di materiali refrattari e resistenti al calore, acciai legati, nonché nelle persone che entrano in contatto con il carburo di tungsteno.

La sindrome clinica "malattia da metalli pesanti" o pneumoconiosi può derivare dall'assunzione cronica di polvere di tungsteno nel corpo. I segni possono includere tosse, problemi respiratori, sviluppo di asma atopico e alterazioni dei polmoni. Le sindromi sopra descritte di solito regrediscono dopo un riposo prolungato e semplicemente in assenza di contatto diretto con il vanadio. Nei casi più gravi, con diagnosi tardiva della malattia, si sviluppa la patologia del cuore polmonare, dell'enfisema e della fibrosi polmonare.

Le "malattie dei metalli pesanti" e i prerequisiti per la sua insorgenza di solito compaiono a seguito dell'esposizione a diversi tipi di metalli e sali (ad esempio cobalto, tungsteno, ecc.). È stato scoperto che l'effetto combinato di tungsteno e cobalto sul corpo umano aumenta l'effetto dannoso sul sistema polmonare. La combinazione di carburi di tungsteno e cobalto può causare infiammazioni locali e dermatiti da contatto.

Allo stato attuale dello sviluppo della medicina, non esistono metodi efficaci di metabolismo accelerato o eliminazione di un gruppo di composti metallici che possono provocare la comparsa della "malattia dei metalli pesanti". Ecco perché è così importante eseguire costantemente misure preventive e identificare tempestivamente le persone con elevata sensibilità ai metalli pesanti ed eseguire la diagnostica nella fase iniziale della malattia. Tutti questi fattori determinano le ulteriori possibilità di successo nel trattamento della patologia. Ma in alcuni casi, se necessario, vengono utilizzate la terapia con agenti complessanti e un trattamento sintomatico.

Più della metà (o meglio il 58%) di tutto il tungsteno prodotto viene utilizzato nella produzione di carburo di tungsteno e quasi un quarto (più precisamente, il 23%) viene utilizzato nella produzione di vari acciai e leghe. La fabbricazione di "prodotti laminati" di tungsteno (questo include filamenti di lampade ad incandescenza, contatti elettrici, ecc.) rappresenta circa l'8% del tungsteno consumato nel mondo e il restante 9% viene utilizzato per ottenere catalizzatori e pigmenti.

Il filo di tungsteno, che ha trovato applicazione nelle lampade elettriche, ha recentemente acquisito un nuovo profilo: è stato proposto di utilizzarlo come utensile da taglio nella lavorazione di materiali fragili.

L'elevata resistenza e la buona duttilità del tungsteno consentono di fabbricare oggetti unici da esso. Ad esempio, da questo metallo può essere estratto un filo così sottile che 100 km di questo filo avranno una massa di soli 250 kg.

Il tungsteno liquido fuso potrebbe rimanere in questo stato anche vicino alla superficie del Sole stesso, perché il punto di ebollizione del metallo è superiore a 5500°C.

Molte persone sanno che il bronzo è composto da rame, zinco e stagno. Ma il cosiddetto bronzo al tungsteno non solo non è bronzo per definizione, perché non contiene nessuno dei metalli sopra descritti, non è affatto una lega, poiché i composti puramente metallici sono assenti in esso e il sodio e il tungsteno sono ossidati.

Ottenere la tintura alla pesca era molto difficile e spesso del tutto impossibile. Questo non è né rosso né rosa, ma una sorta di intermedio e persino con una sfumatura verdastra. Il prestito dice che sono stati necessari più di 8000 tentativi per ottenere questa vernice. Nel 17 ° secolo, solo gli articoli di porcellana più costosi per l'allora imperatore cinese in una fabbrica speciale nella provincia dello Shanxi erano decorati con vernice color pesca. Ma quando dopo qualche tempo fu possibile svelare il segreto di una vernice rara, si scoprì che non si basava su altro che sull'ossido di tungsteno.

Questo accadde nel 1911. Uno studente è arrivato nella provincia dello Yunnan da Pechino, si chiamava Li. Giorno dopo giorno scomparve tra le montagne, cercando di trovare un qualche tipo di pietra, come spiegò, era una pietra di peltro. Ma non ci è riuscito. Il proprietario della casa in cui viveva lo studente Li viveva con una giovane figlia di nome Xiao-mi. La ragazza era molto dispiaciuta per lo sfortunato studente e la sera, durante la cena, gli raccontava storie semplici e non complicate. Una storia raccontava di un'insolita stufa, costruita con una specie di pietre scure che cadevano direttamente da una scogliera e si trovavano nel cortile di casa loro. Questa stufa si è rivelata un discreto successo e, soprattutto, è stata durevole, ha servito regolarmente i proprietari per molti anni. Il giovane Xiao-mi ha persino presentato allo studente anche una di queste pietre. Era una pietra marrone, pesante come il piombo. Più tardi si è scoperto che questa pietra era pura wolframite ...

Nel 1900, in occasione dell'apertura dell'Esposizione mondiale della metallurgia a Parigi, furono presentati per la prima volta esempi completamente nuovi di acciaio rapido (una lega di acciaio con tungsteno). Letteralmente subito dopo, il tungsteno iniziò ad essere ampiamente utilizzato nell'industria metallurgica di tutti i paesi altamente sviluppati. Ma c'è un fatto piuttosto interessante: per la prima volta l'acciaio al tungsteno è stato inventato in Russia nel 1865 nello stabilimento di Motovilikh negli Urali.

All'inizio del 2010, un manufatto interessante è caduto nelle mani degli ufologi di Perm. Si crede che sia un relitto di un'astronave. L'analisi del frammento ha mostrato che l'oggetto è costituito quasi interamente da puro tungsteno. Solo lo 0,1% della composizione è rappresentato da impurezze rare. Secondo gli scienziati, gli ugelli dei razzi sono realizzati in puro tungsteno. Ma finora non è possibile spiegare un fatto. In aria, il tungsteno si ossida rapidamente e arrugginisce. Ma per qualche ragione questo pezzo non si corrode.

Storia

La stessa parola "tungsteno" è di origine tedesca. In precedenza, il tungsteno non era chiamato il metallo stesso, ma il suo minerale principale, ad es. alla wolframite. Alcuni suggeriscono che allora questa parola fosse usata quasi come una parolaccia. Dall'inizio del XVI alla seconda metà del XVII secolo, il tungsteno era considerato un minerale di stagno. Anche se molto spesso accompagna i minerali di stagno. Ma dai minerali, che includevano la wolframite, veniva fuso molto meno stagno. Come se qualcuno o qualcosa "divorasse" l'utile latta. Da qui deriva il nome del nuovo elemento. In tedesco, Wolf (Wolf) significa un lupo e Ram (Ramm) nella traduzione dal tedesco antico significa un ariete. Quelli. l'espressione "mangia stagno come un lupo di agnello" divenne il nome del metallo.

La nota rivista chimica astratta degli Stati Uniti o le pubblicazioni di riferimento su tutti gli elementi chimici di Mellor (Inghilterra) e Pascal (Francia) non contengono nemmeno una menzione di un elemento come il tungsteno. Il loro elemento chimico numero 74 è chiamato tungsteno. Il simbolo W, che denota il tungsteno, ha ottenuto un'ampia accettazione solo negli ultimi anni. In Francia e in Italia, fino a poco tempo fa, l'elemento era designato con le lettere Tu, cioè. le prime lettere della parola tungsteno.

Le basi di questa confusione risiedono nella storia della scoperta dell'elemento. Nel 1783, gli scienziati chimici spagnoli, i fratelli Eluard, riferirono di essere riusciti a scoprire un nuovo elemento chimico. Nel processo di decomposizione del minerale sassone "tungsteno" con acido nitrico, sono riusciti a ottenere "terra acida", ad es. precipitato giallo di un ossido di metallo sconosciuto, il precipitato si è rivelato solubile in ammoniaca. Nel materiale di partenza, questo ossido era insieme agli ossidi di manganese e ferro. I fratelli Eluard chiamarono questo elemento tungsteno e il minerale da cui veniva estratto il metallo wolframite.

Ma i fratelli Eluard non possono essere definiti al 100% gli scopritori del tungsteno. Certo, furono i primi a riportare la loro scoperta in stampa, ma ... Nel 1781, due anni prima della scoperta dei fratelli, il famoso chimico svedese Karl Wilhelm Scheele trovò esattamente la stessa "terra gialla" mentre trattava un altro minerale con nitrico acido. Lo scienziato lo chiamò semplicemente "tungsteno" (tradotto dallo svedese tung - heavy, sten - stone, cioè "pietra pesante"). Karl Wilhelm Scheele ha scoperto che la "terra gialla" differisce nel suo colore, oltre che in altre proprietà, dall'analogo molibdeno. Lo scienziato ha anche appreso che nel minerale stesso si lega all'ossido di calcio. In onore di Scheele, il nome del minerale "tungsteno" fu cambiato in "sheelite". È interessante che uno dei fratelli Eluard fosse uno studente di Scheele, nel 1781 lavorò nel laboratorio dell'insegnante. Né Scheele né i fratelli Eluard iniziarono a condividere la scoperta. Scheele semplicemente non ha rivendicato questa scoperta e i fratelli Eluard non hanno insistito sulla priorità del loro primato.

Molti hanno sentito parlare dei cosiddetti "bronzi di tungsteno". Questi sono metalli esteriormente molto belli. Il bronzo al tungsteno blu ha la seguente composizione Na2O · WO2 · e dorato - 4WO3Na2O · WO2 · WO3; viola e rosso porpora occupano una posizione intermedia, in essi il rapporto tra WO3 e WO2 è inferiore a quattro e più di uno. Come mostrano le formule, queste sostanze non contengono stagno, rame o zinco. Questi non sono bronzi e non sono affatto leghe. non hanno nemmeno composti metallici e qui si ossidano sodio e tungsteno. Tali "bronzi" assomigliano al vero bronzo non solo esternamente, ma anche per le loro proprietà: durezza, resistenza ai reagenti chimici, elevata conduttività elettrica.

Nell'antichità il fiore di pesco era uno dei più rari, si diceva che ci volessero 8000 esperimenti per ottenerlo. Nel 17 ° secolo, gli articoli in porcellana più costosi dell'imperatore cinese erano dipinti in color pesca. Ma dopo la rivelazione del segreto di questa vernice, si è scoperto improvvisamente che era basata sull'ossido di tungsteno.

Essere nella natura

Il tungsteno è poco distribuito in natura, il contenuto di metallo nella crosta terrestre è di 1,3 · 10 -4% in peso. Il tungsteno si trova principalmente in composti ossidati complessi, formati da triossido di tungsteno WO3, così come ossidi di ferro e calcio o manganese, a volte rame, piombo, torio e vari elementi delle terre rare. Il minerale più comune, la wolframite, è una soluzione solida di tungstati, ad es. sali di acido tungstico, manganese e ferro (nMnWO 4 mFeWO 4). La soluzione si presenta sotto forma di cristalli duri e pesanti di colore nero o marrone, a seconda della predominanza di vari composti nella composizione della soluzione. Se sono presenti più composti di manganese (Hubnerite), i cristalli saranno neri, ma se predominano composti di ferro (ferberite), la soluzione sarà marrone. Wolframite è altamente conduttivo e paramagnetico

Come per altri minerali di tungsteno, la scheelite è di importanza industriale, ad es. tungstato di calcio (formula CaWO 4). Il minerale forma cristalli lucenti di colore giallo chiaro e talvolta quasi bianco. La scheelite non è affatto magnetica, ma ha un'altra caratteristica: la capacità di luminescenza. Dopo la luce ultravioletta al buio, diventerà fluorescente con un colore blu brillante. La presenza di un'impurità di molibdeno cambia il colore del bagliore, cambia in blu pallido, a volte in crema. Grazie a questa proprietà, è possibile rilevare facilmente i depositi geologici del minerale.

Di solito i depositi di minerale di tungsteno sono associati all'area di distribuzione del granito. I grandi cristalli di scheelite o wolframite sono molto rari. Di solito i minerali sono semplicemente incorporati nelle rocce granitiche. È piuttosto difficile estrarre il tungsteno dal granito, perché la sua concentrazione di solito non è superiore al 2%. In totale, non sono noti più di 20 minerali di tungsteno. Tra questi si possono distinguere stolzite e rasoite, che sono due diverse modificazioni cristalline del piombo tungstato PbWO 4. Il resto dei minerali sono prodotti di decomposizione o forme secondarie di minerali comuni, ad esempio scheelite e wolframite (idrotungstite, che è un ossido di tungsteno idratato, formato da wolframite; ocra di tungsteno), russelite, un minerale contenente ossidi di tungsteno e bismuto. L'unico minerale non ossido di tungsteno è la tungstenite (WS 2), le sue principali riserve si trovano negli Stati Uniti. Tipicamente, il contenuto di tungsteno è compreso tra 0,3% e 1,0% WO 3.

Tutti i depositi di tungsteno sono di origine idrotermale o magmatica. Scheelite e wolframite si trovano abbastanza spesso sotto forma di vene, in luoghi in cui il magma è penetrato nelle fessure della crosta terrestre. La parte principale dei depositi di tungsteno è concentrata nelle aree delle giovani catene montuose: le Alpi, l'Himalaya e la fascia del Pacifico. I maggiori giacimenti di wolframite e scheelite si trovano in Cina, Birmania, Stati Uniti, Russia (Urali, Transbaikalia e Caucaso), Portogallo e Bolivia. La produzione annua di minerali di tungsteno nel mondo è di circa 5,95 · 104 tonnellate di metallo, di cui 49,5 · 104 tonnellate (o 83%) vengono estratte in Cina. In Russia vengono estratte circa 3400 tonnellate all'anno, in Canada - 3000 tonnellate all'anno.

La Cina svolge il ruolo di leader globale nello sviluppo di materie prime di tungsteno (il deposito di Jianshi rappresenta il 60 percento della produzione cinese, Hunan - 20 percento, Yunnan - 8 percento, Guandong - 6 percento, Mongolia interna e Guanzhi - 2% ciascuno , ce ne sono altri). In Russia, i maggiori giacimenti di minerale di tungsteno si trovano in 2 regioni: nel Caucaso settentrionale (Tyrnyauz, Kabardino-Balkaria) e in Estremo Oriente. L'impianto di Nalchik trasforma il minerale di tungsteno in paratungstato di ammonio e ossido di tungsteno.

Il maggior consumatore di tungsteno è l'Europa occidentale (30%). USA e Cina - 25% ciascuno, 12% -13% - Giappone. Nella CSI vengono consumate annualmente circa 3000 tonnellate di metallo.

Applicazione

In totale, il mondo produce circa 30mila tonnellate di tungsteno all'anno. L'acciaio al tungsteno e altre leghe contenenti tungsteno e suoi carburi sono utilizzati nella produzione di armature per carri armati, proiettili per proiettili e siluri, le parti più importanti degli aerei e dei motori a combustione interna.

Il tungsteno è sicuramente presente nella composizione dei migliori tipi di acciai per utensili. La metallurgia assorbe generalmente circa il 95% di tutto il tungsteno prodotto. Come è tipico per la metallurgia, non viene utilizzato solo il tungsteno puro, ma viene utilizzato principalmente il tungsteno, che è più economico: il ferro-tungsteno, ad es. una lega con un contenuto di tungsteno di circa l'80% e un contenuto di ferro di circa il 20%. Viene prodotto in forni elettrici ad arco.

Le leghe di tungsteno hanno una serie di proprietà notevoli. Una lega di tungsteno, rame e nichel, come viene anche chiamata metallo "pesante", è una materia prima per la fabbricazione di contenitori per lo stoccaggio di sostanze radioattive. L'effetto protettivo di tale lega è del 40% superiore a quello del piombo. Questa lega viene utilizzata anche in radioterapia, poiché con uno spessore dello schermo relativamente piccolo viene fornita una protezione sufficiente.

Una lega di carburo di tungsteno e 16% di cobalto è così dura da sostituire parzialmente il diamante nella perforazione di pozzi. Le pseudo leghe di tungsteno con argento e rame sono un materiale eccellente per interruttori e interruttori in condizioni di alta tensione. Questi prodotti durano 6 volte più a lungo dei contatti in rame convenzionali.

L'uso di tungsteno puro o leghe contenenti tungsteno si basa in gran parte sulla loro durezza, refrattarietà e resistenza chimica. Il tungsteno allo stato puro trova largo impiego nella produzione di filamenti per lampade elettriche e tubi catodici; viene impiegato nella produzione di crogioli per l'evaporazione dei metalli; viene impiegato nei contatti dei distributori di accensione delle automobili; è utilizzato in obiettivi per tubi a raggi X; Viene utilizzato come avvolgimenti ed elementi riscaldanti per forni elettrici, nonché come materiale strutturale per veicoli spaziali e aerei che operano ad alte temperature.

Il tungsteno fa parte delle leghe di acciai rapidi (contenuto di tungsteno 17,5 - 18,5%), stelliti (dal cobalto con aggiunte di Cr, C, W), hastalloy (acciai inossidabili a base di Ni), così come molte altre leghe. Il tungsteno viene utilizzato come base nella produzione di leghe resistenti al calore e per utensili, vale a dire ferro-tungsteno (W 68-86%, Mo e ferro fino al 7%), che si ottiene facilmente mediante riduzione diretta del concentrato di scheelite o wolframite , viene utilizzato. Il tungsteno è utilizzato nella produzione di Pobedit. È una lega superdura contenente 80-85% di tungsteno, 7-14% di cobalto, 5-6% di carbonio. Pobedit è semplicemente insostituibile nel processo di lavorazione dei metalli, così come nelle industrie petrolifere e minerarie.

I tungstati di magnesio e calcio sono ampiamente utilizzati nei dispositivi fluorescenti. Altri sali di tungsteno sono utilizzati nell'industria conciaria e chimica. Il disolfuro di tungsteno è un grasso secco per alte temperature, stabile a temperature fino a 500 ° C. I bronzi di tungsteno e altri composti di tungsteno sono utilizzati nella produzione di vernici. Alcuni composti di tungsteno sono ottimi catalizzatori.

Nella produzione di lampade elettriche, il tungsteno è indispensabile perché non è solo insolitamente refrattario, ma anche abbastanza plastico. 1 kg di tungsteno viene utilizzato come materia prima per la fabbricazione di 3,5 km di filo. Quelli. 1 kg di tungsteno può essere utilizzato per realizzare filamenti per 23 mila lampade da 60 watt. Grazie a questa sola proprietà, l'industria elettrica di tutto il mondo consuma circa cento tonnellate di tungsteno all'anno.

Produzione

La prima fase nella produzione di tungsteno è l'arricchimento del minerale, ad es. separazione di componenti preziosi dalla massa minerale principale, roccia di scarto. Vengono utilizzati gli stessi metodi di arricchimento degli altri minerali di metalli pesanti: macinazione e flottazione, seguite dalla separazione magnetica (minerali di tungsteno) e tostatura ossidativa. Il concentrato ottenuto con questo metodo viene solitamente bruciato con un eccesso di soda, portando così il tungsteno in uno stato solubile, ad es. in wolframite di sodio.

Un altro metodo per ottenere questa sostanza è la lisciviazione. Il tungsteno viene estratto utilizzando una soluzione di soda a temperatura elevata e sotto pressione, seguita da neutralizzazione e precipitazione del tungstato di calcio, ad es. scheelite. La scheelite si ottiene perché è abbastanza facile estrarne l'ossido di tungsteno purificato.

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

L'ossido di tungsteno si ottiene anche attraverso i cloruri. Il concentrato di tungsteno viene trattato con cloro gassoso a temperatura elevata. In questo caso si formano cloruri di tungsteno, che vengono facilmente separati da altri cloruri per sublimazione. Il cloruro risultante può essere utilizzato per ottenere ossido o estrarre immediatamente metallo da esso.

Nella fase successiva, ossidi e cloruri vengono convertiti in tungsteno metallico. Il modo migliore per ridurre l'ossido di tungsteno è usare l'idrogeno. Con questa riduzione, il metallo è il più puro. La riduzione dell'ossido avviene in un apposito forno tubolare, dove la "barca" con WO 3 si muove attraverso più zone di temperatura. L'idrogeno secco scorre verso la "barca".La riduzione dell'ossido avviene nelle zone calde (450-600 ° C) e fredde (750-1100 ° C). Nelle zone fredde avviene la riduzione a WO 2 e poi a metallo. Con il passare del tempo attraverso la zona calda, le particelle di polvere di tungsteno cambiano dimensione.

Il recupero può avvenire non solo con la fornitura di idrogeno. Il carbone è spesso usato. A causa dell'agente riducente solido, la produzione è semplificata, ma la temperatura in questo caso dovrebbe raggiungere i 1300 ° C. Il carbone stesso e le impurità che sempre contiene, entrando in reazione con il tungsteno, formano carburi di altri composti. Di conseguenza, il metallo si sporca. Ma nell'industria elettrica viene utilizzato solo tungsteno di alta qualità. Anche lo 0,1% di impurità di ferro è costituito da tungsteno per realizzare il filo più sottile, perché diventa molto più fragile.

La separazione del tungsteno dai cloruri si basa sulla pirolisi. Il tungsteno e il cloro formano alcuni composti. Un eccesso di cloro permette di convertirli tutti in WCl6, che a sua volta si decompone in cloro e tungsteno ad una temperatura di 1600°C. Se è presente idrogeno, il processo inizia a 1000°C.

È così che si ottiene il tungsteno sotto forma di polvere, che viene poi pressata ad alta temperatura in un flusso di idrogeno. La prima fase di pressatura (riscaldamento a circa 1100-1300°C) produce un lingotto fragile e poroso. Quindi la pressatura continua e la temperatura inizia a salire quasi fino al punto di fusione del tungsteno. In un tale ambiente, il metallo inizia a diventare solido e acquisisce gradualmente le sue qualità e proprietà.

In media, il 30% del tungsteno prodotto nell'industria è tungsteno proveniente da materiali riciclati. Rottami di tungsteno, segatura, trucioli e polvere vengono ossidati e convertiti in paratungstato di ammonio. Di norma, i rottami degli acciai da taglio vengono smaltiti presso l'impresa che produce gli stessi acciai. Gli scarti di elettrodi, lampade a incandescenza e reagenti chimici non vengono quasi mai riciclati da nessuna parte.

Nella Federazione Russa, i prodotti in tungsteno sono prodotti presso: Skopinsky Hydrometallurgical Plant Metallurg, Vladikavkaz Plant Pobedit, Nalchik Hydrometallurgical Plant, Kirovgrad Hard Alloys Plant, Elektrostal, Chelyabinsk Electrometallurgical Plant.

Proprietà fisiche

Il tungsteno è un metallo grigio chiaro. Ha il punto di fusione più alto di qualsiasi elemento noto tranne il carbonio. Il valore di questo indicatore è approssimativamente compreso tra 3387 e 3422 gradi Celsius. Il tungsteno ha eccellenti proprietà meccaniche quando raggiunge alte temperature, tra tutti i metalli, il tungsteno ha il valore più basso di un tale indicatore come il coefficiente di espansione.

Il tungsteno è uno dei metalli più pesanti con una densità di 19.250 kg/m3. Il metallo ha un reticolo cubico a corpo centrato con parametro a = 0,31589 nm. A una temperatura di 0 gradi Celsius, la conduttività elettrica del tungsteno è solo il 28% del valore dello stesso indicatore per l'argento (argento - conduce la corrente meglio di qualsiasi altro metallo). Il tungsteno puro è molto facile da lavorare, ma nella sua forma pura è raro, più spesso ha impurità di carbonio e ossigeno, grazie alle quali ottiene la sua ben nota durezza. La resistenza elettrica del metallo a una temperatura di 20 gradi Celsius è 5,5 * 10 -4, a una temperatura di 2700 gradi Celsius - 90,4 * 10 -4.

Il tungsteno differisce da tutti gli altri metalli per la sua speciale refrattarietà, pesantezza e durezza. La densità di questo metallo è quasi il doppio di quella dello stesso piombo, ovvero 1,7 volte. Ma la massa atomica dell'elemento, al contrario, è inferiore ed è 184 contro 207.

I valori dei moduli di trazione e compressione del tungsteno sono insolitamente elevati, un'enorme resistenza allo scorrimento termico, il metallo ha un'elevata conduttività elettrica e termica. Il tungsteno ha un coefficiente di emissione di elettroni piuttosto elevato, che può essere notevolmente migliorato fondendo l'elemento con ossidi di alcuni altri metalli.

Il colore del tungsteno risultante dipende in larga misura dal metodo di produzione. Il tungsteno fuso è un metallo grigio lucido che assomiglia molto al platino nell'aspetto. La polvere di tungsteno può essere grigia, grigio scuro e persino nera: più piccoli sono i grani della polvere, più scura sarà.

Il tungsteno è molto resistente: a temperatura ambiente non si altera all'aria; al raggiungimento della temperatura rovente, il metallo inizia ad ossidarsi lentamente, rilasciando anidride dell'acido tungstico. Il tungsteno è quasi insolubile negli acidi solforico, fluoridrico e cloridrico. In acqua regia e acido nitrico, il metallo viene ossidato dalla superficie. Essendo in una miscela di acido fluoridrico e nitrico, il tungsteno si dissolve, formando così acido tungstico. Di tutti i composti di tungsteno, i vantaggi più pratici sono: anidride o triossido di tungsteno, perossidi con formula generale ME2WOX, composti di tungsteno, composti con carbonio, zolfo e alogeni.

Il tungsteno, che si trova in natura, è costituito da 5 isotopi stabili i cui numeri di massa sono 186,184, 183, 182, 181. L'isotopo più comune con un numero di massa di 184, la sua quota è del 30,64%. Dell'intera serie relativa di isotopi radioattivi artificiali dell'elemento 74, solo tre sono di importanza pratica: tungsteno-181 (la sua emivita è di 145 giorni), tungsteno-185 (la sua emivita è di 74,5 giorni), tungsteno-187 ( la sua emivita è l'emivita è di 23,85 ore). Tutti questi isotopi si formano all'interno dei reattori nucleari nel processo di bombardamento degli isotopi di tungsteno con neutroni da una miscela naturale.

La valenza del tungsteno ha un carattere mutevole: da 2 a 6, il tungsteno esavalente più stabile, i composti trivalenti e bivalenti di un elemento chimico sono instabili e non hanno valore pratico. Il raggio dell'atomo di tungsteno è 0,141 nm.

Clarke di tungsteno della crosta terrestre secondo Vinogradov è 0,00013 g / t. Il suo contenuto medio nella composizione delle rocce, grammo / tonnellata: ultrabasico - 0,00001, basico - 0,00007, medio - 0,00012, acido - 0,00019.

Proprietà chimiche

Il tungsteno non è influenzato da: acqua regia, acido solforico, cloridrico, fluoridrico e nitrico, soluzione acquosa di idrossido di sodio, mercurio, vapori di mercurio, ammoniaca (fino a 700 ° C), aria e ossigeno (fino a 400 ° C), idrogeno, acqua, acido cloridrico (fino a 600°C), monossido di carbonio (fino a 800°C), azoto.

Dopo un po' di riscaldamento, il fluoro secco inizia a combinarsi con il tungsteno finemente macinato. Di conseguenza, si forma esafluoruro (formula WF 6): questa è una sostanza molto interessante che ha un punto di fusione di 2,5 ° C e un punto di ebollizione di 19,5 ° C. Dopo la reazione con il cloro, si forma un composto simile, ma il la reazione è possibile solo ad una temperatura di 600°C. WC16, un cristallo blu acciaio, inizia a fondere a 275°C e bollire quando raggiunge i 347°C. Il tungsteno forma composti debolmente stabili con iodio e bromo: tetra e diioduro, penta e dibromuro.

Ad alte temperature, il tungsteno può combinarsi con selenio, zolfo, azoto, boro, tellurio, silicio e carbonio. Alcuni di questi composti sono sorprendentemente duri, così come altre eccellenti proprietà.

Di particolare interesse è il carbonile (formula W (CO) 6). Il tungsteno qui si combina con il monossido di carbonio e, quindi, ha valenza zero. Il carbonile di tungsteno viene prodotto in condizioni speciali, perché è estremamente instabile. A 0°C si separa da una soluzione speciale sotto forma di cristalli incolori, dopo aver raggiunto i 50°C sublima il carbonile, a 100°C si decompone completamente. Ma è grazie a questo composto che si possono ottenere rivestimenti di tungsteno densi e duri (dal tungsteno puro). Molti composti di tungsteno, come il tungsteno stesso, sono molto attivi. Ad esempio, l'ossido di tungsteno ossido di tungsteno WO 3 ha la capacità di polimerizzare. In questo caso si formano i cosiddetti composti eteropoli (le loro molecole possono contenere più di 50 atomi) e i composti isopolici.

L'ossido di tungsteno (VI) WO 3 è una sostanza cristallina che ha un colore giallo chiaro, diventa arancione quando riscaldato. L'ossido ha un punto di fusione di 1473°C e un punto di ebollizione di 1800°C. L'acido tungstico ad esso corrispondente non è stabile, in una soluzione di acqua precipita il diidrato, mentre perde una molecola di acqua a una temperatura da 70 a 100 ° C, e la seconda molecola a una temperatura da 180 a 350 ° C.

Gli anioni degli acidi tungstici sono inclini alla formazione di policomposti. Come risultato della reazione con acidi concentrati, si formano anidridi miste:

12WO 3 + H 3 PO 4 = H 3.

Come risultato della reazione dell'ossido di tungsteno e del sodio metallico, si ottiene il tungstato di sodio non stechiometrico, chiamato "bronzo di tungsteno":

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

Nel processo di riduzione dell'ossido di tungsteno con idrogeno, durante la separazione, si ottengono ossidi idrati con uno stato di ossidazione misto, chiamati "blu di tungsteno":

WO 3 – n (OH) n, n = 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl = ("blu"), W 2 O 5 (OH) (marrone)

L'ossido di tungsteno (VI) è un prodotto intermedio nel processo di produzione del tungsteno e dei suoi composti. È un componente di singoli pigmenti ceramici e catalizzatori di idrogenazione di importanza industriale.

WCl 6 - Cloruro di tungsteno superiore, formato a seguito dell'interazione del tungsteno metallico o dell'ossido di tungsteno con cloro, fluoro o tetracloruro di carbonio. Dopo la riduzione del cloruro di tungsteno con l'alluminio, si forma carbonile di tungsteno insieme al monossido di carbonio:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (in aria)