كثافة التنغستن. خصائص وتطبيقات التنغستن

رسم تخطيطي للإنتاج العالمي من التنغستن (بالألف طن) في النصف الأول من القرن العشرين.
يُستخدم فولاذ التنغستن والسبائك الأخرى التي تحتوي على التنغستن أو كربيداته في صناعة دروع الدبابات، وقذائف الطوربيدات والقذائف، وأهم أجزاء الطائرات والمحركات.

يعد التنغستن مكونًا لا غنى عنه في أفضل درجات فولاذ الأدوات. بشكل عام، يمتص علم المعادن ما يقرب من 95٪ من جميع التنغستن المستخرج. (من المميزات أنها لا تستخدم التنغستن النقي على نطاق واسع فحسب، بل تستخدم بشكل أساسي الحديد التنغستن الأرخص ثمناً - وهي سبيكة تحتوي على 80٪ واط وحوالي 20٪ حديد؛ ويتم إنتاجها في أفران القوس الكهربائي).

سبائك التنغستن لها العديد من الخصائص الرائعة. ويستخدم ما يسمى بالمعادن الثقيلة (من التنغستن والنيكل والنحاس) في صناعة الحاويات التي يتم فيها تخزين المواد المشعة. تأثيره الوقائي أعلى بنسبة 40% من تأثير الرصاص. تُستخدم هذه السبيكة أيضًا في العلاج الإشعاعي، لأنها توفر حماية كافية بسمك شاشة صغير نسبيًا.

إن سبيكة كربيد التنغستن التي تحتوي على 16% من الكوبالت صلبة للغاية لدرجة أنها يمكن أن تحل محل الماس جزئيًا عند حفر الآبار.

تعتبر سبائك التنغستن والنحاس والفضة الزائفة مواد ممتازة للمفاتيح الكهربائية والمفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي: فهي تدوم لفترة أطول بست مرات من الاتصالات النحاسية التقليدية.

تمت مناقشة استخدام التنغستن في خيوط المصابيح الكهربائية في بداية المقال. يتم تفسير ضرورة التنغستن في هذه المنطقة ليس فقط من خلال حرانه، ولكن أيضًا من خلال ليونته. من كيلوغرام واحد من التنغستن يتم سحب سلك طوله 3.5 كم، أي. وهذا الكيلوغرام يكفي لصنع خيوط 23 ألف مصباح كهربائي بقدرة 60 واط. وبفضل هذه الخاصية تستهلك الصناعة الكهربائية العالمية حوالي 100 طن فقط من التنغستن سنويًا.

في السنوات الأخيرة، اكتسبت المركبات الكيميائية للتنغستن أهمية عملية هامة. على وجه الخصوص، يتم استخدام حمض متغاير الفوسفاتنجستيك لإنتاج الورنيش والدهانات الساطعة المقاومة للضوء. يمنح محلول تنجستات الصوديوم Na2WO4 الأقمشة مقاومة للحريق ومقاومة للماء، وتستخدم تنجستات المعادن الأرضية القلوية والكادميوم والعناصر الأرضية النادرة في صناعة أجهزة الليزر والدهانات المضيئة.

الماضي والحاضر من التنغستن يعطي كل الأسباب لاعتباره عامل المعادن.

خصائص التنغستن

التنغستن- إنه معدن. ولا يوجد في ماء البحر ولا في الهواء، وفي القشرة الأرضية تبلغ نسبته 0.0055% فقط. هكذا عنصر التنغستن، ويحتل المركز 74 في. تم "افتتاحه" للصناعة من خلال المعرض العالمي في العاصمة الفرنسية. حدث ذلك في عام 1900. وتميز المعرض التنغستن الصلب.

كان التكوين صعبًا للغاية لدرجة أنه يمكنه قطع أي مادة. وظل "لا يقهر" حتى عند درجات حرارة تصل إلى آلاف الدرجات، ولهذا أطلق عليه اسم "مقاوم للون الأحمر". اعتمد المصنعون من مختلف البلدان الذين زاروا المعرض هذا التطوير. لقد اكتسب إنتاج سبائك الفولاذ نطاقًا عالميًا.

ومن المثير للاهتمام أن العنصر نفسه تم اكتشافه في القرن الثامن عشر. في عام 1781، أجرى السويدي شيلر تجارب على معدن التنغستن. قرر الكيميائي وضعه في حمض النيتريك. اكتشف العالم في منتجات التحلل معدنًا رماديًا غير معروف ذو صبغة فضية. تم تغيير اسم المعدن الذي أجريت عليه التجارب فيما بعد إلى السكليت والعنصر الجديد يسمى التنغستن.

ومع ذلك، فقد استغرق الأمر الكثير من الوقت لدراسة خصائصه، لذلك تم العثور على الاستخدام الجيد للمعدن في وقت لاحق. تم اختيار الاسم على الفور. كلمة التنغستنكانت موجودة من قبل. أطلق الإسبان على هذا أحد المعادن الموجودة في رواسب البلاد.

وتضمن تركيب الحجر في الواقع العنصر رقم 74. خارجيًا، المعدن مسامي، كما لو كان رغويًا. ولذلك، جاء تشبيه آخر في متناول اليدين. في الألمانية، يعني التنغستن حرفيًا "رغوة الذئب".

نقطة انصهار المعدن تنافس الهيدروجين، وهو العنصر الأكثر مقاومة للحرارة. لذلك، تثبيت مؤشر تليين التنغستنلم يتمكنوا من ذلك لمدة مائة عام. لم تكن هناك أفران قادرة على التسخين حتى عدة آلاف من الدرجات.

عندما تم "رؤية" فوائد "العنصر الرمادي الفضي، بدأوا في استخراجه على نطاق صناعي. بالنسبة لمعرض عام 1900، تم استخراج المعدن بالطريقة القديمة باستخدام حمض النيتريك. ومع ذلك، لا يزال يتم استخراج التنغستن بهذه الطريقة.

التعدين التنغستن

في أغلب الأحيان، يتم الحصول على مادة ثلاثي أكسيد لأول مرة من نفايات الخام. تتم معالجته عند 700 درجة، للحصول على معدن نقي على شكل غبار. لتليين الجزيئات يجب على المرء اللجوء إلى الهيدروجين. فيه يتم ذوبان التنغستنعند ثلاثة آلاف درجة مئوية.

يتم استخدام السبيكة للقواطع وقواطع الأنابيب وقواطع الطحن. لمعالجة المعادن مع باستخدام التنغستنزيادة دقة تصنيع الأجزاء. عند تعرضها للأسطح المعدنية يكون الاحتكاك عاليا مما يعني أن الأسطح العاملة تصبح ساخنة جدا. قد تذوب آلات القطع والتلميع التي لا تحتوي على العنصر رقم 74 بنفسها. وهذا يجعل القطع غير دقيق وغير كامل.

التنغستن ليس فقط من الصعب ذوبانه، ولكن من الصعب أيضًا معالجته. وعلى مقياس الصلابة، يحتل المعدن المركز التاسع. يحتوي اكسيد الالمونيوم على نفس عدد النقاط التي تستخدم فتاتها في صنع ورق الصنفرة على سبيل المثال. الماس فقط هو الأصعب. لذلك، تتم معالجة التنغستن بمساعدته.

تطبيقات التنغستن

"ثبات" العنصر 74 يجذب. لا يمكن خدش المنتجات المصنوعة من السبائك ذات المعدن الفضي الرمادي أو ثنيها أو كسرها، إلا إذا قمت بالطبع بخدشها على السطح أو بنفس الماس.

تتمتع مجوهرات التنغستن بميزة أخرى لا يمكن إنكارها. أنها لا تسبب الحساسية، على عكس الذهب والفضة والبلاتين، وأكثر من ذلك، سبائكها مع أو. بالنسبة للمجوهرات، يتم استخدام كربيد التنغستن، أي مركبه مع الكربون.

ومن المسلم به أنه أصعب سبيكة في تاريخ البشرية. سطحه المصقول يعكس الضوء بشكل مثالي. يطلق عليها الجواهريون اسم "المرآة الرمادية".

بالمناسبة، المجوهرات اهتم الماجستير بالتنغستنبعد أن بدأ تصنيع نوى الرصاص والقذائف وألواح الدروع الواقية للبدن من هذه المادة في منتصف القرن العشرين.

شكاوى العملاء حول هشاشة المجوهرات الفضية عالية الجودة أجبرت الجواهريين على تذكر العنصر الجديد ومحاولة تطبيقه في صناعتهم. وبالإضافة إلى ذلك، بدأت الأسعار في التقلب. أصبح التنغستن بديلاً للمعدن الأصفر، الذي لم يعد يُنظر إليه على أنه عنصر استثماري.

كونه معدنًا ثمينًا، تكاليف التنغستنالكثير من المال. للكيلوغرام الواحد يطلبون ما لا يقل عن 50 دولارًا في سوق الجملة. وتنفق الصناعة العالمية 30 ألف طن من العنصر رقم 74 سنويا. يتم امتصاص أكثر من 90٪ من الصناعة المعدنية.

فقط مصنوعة من التنغستنحاويات لتخزين النفايات النووية. المعدن لا ينقل الأشعة المدمرة. يضاف العنصر النادر إلى السبائك لصنع الأدوات الجراحية.

ما لا يستخدم للأغراض المعدنية يتم أخذه من قبل الصناعة الكيميائية. مركبات التنغستن مع الفوسفور، على سبيل المثال، هي أساس الورنيش والدهانات. أنها لا تنهار أو تتلاشى من أشعة الشمس.

أ حل تنغستات الصوديوممقاومة للرطوبة والنار. يصبح من الواضح ما هي الأقمشة المقاومة للماء والمقاومة للحريق لبدلات الغواصين ورجال الإطفاء.

رواسب التنغستن

هناك العديد من رواسب التنغستن في روسيا. تقع في ألتاي والشرق الأقصى وشمال القوقاز وتشوكوتكا وبورياتيا. خارج البلاد، يتم استخراج المعدن في أستراليا والولايات المتحدة وبوليفيا والبرتغال وكوريا الجنوبية والصين.

حتى أن هناك أسطورة في الإمبراطورية السماوية حول مستكشف شاب جاء إلى الصين للبحث عن حجر من الصفيح. استقر الطالب في أحد المنازل في بكين.

وبعد بحث غير مثمر، أحب الرجل الاستماع إلى قصص ابنة المالك. وفي إحدى الأمسيات روت قصة الحجارة السوداء التي صنع منها موقد المنزل. واتضح أن الكتل كانت تتساقط من الجرف إلى الفناء الخلفي للمبنى. إذن، لم يجده الطالب، لكنه وجد التنغستن.

التنغستن. العنصر الكيميائي، الرمز W (لاتيني ولفراميوم، تنجستن إنجليزي، تنجستن فرنسي، ولفرام ألماني، من وولف رام الألمانية - لعاب الذئب، رغوة). لديه رقم تسلسلي 74، الوزن الذري 183.85، الكثافة 19.30 جم/سم3، نقطة الانصهار 3380 درجة ج- درجة الغليان 5680 درجة مئوية.

التنغستن معدن رمادي فاتح، وفي درجة حرارة الغرفة يكون شديد المقاومة للتآكل في الماء والهواء، وكذلك في الأحماض والقلويات. يبدأ في التأكسد قليلاً في الهواء عندما 400-500 درجة C (عند درجة حرارة شديدة الاحمرار) ويتأكسد بشكل مكثف عند درجات حرارة أعلى. يشكل التنغستن أكاسيد مستقرة:طلب العمل 3 وطلب العمل 2 . لا يتفاعل التنغستن مع الهيدروجين تقريبًا حتى الذوبان، ويبدأ بالتفاعل مع النيتروجين فقط عند درجات حرارة أعلى 2000 درجة ج. يشكل التنغستن الكلوريدات مع الكلور WCl 2، WCl 4، WCl 5، WCl 6. الكربون الصلب وبعض الغازات التي تحتوي عليه 1100-1200° يتفاعل C مع التنغستن لتكوين الكربيداتمرحاض و دبليو 2 ج.

يذوب التنغستن في مخاليط الفلورايد وأحماض النيتريك يذوب أيضًا في القلويات المنصهرة مع إمكانية الوصول إلى الهواء وخاصة العوامل المؤكسدة. بعض الأحماض ليس لها أي تأثير على التنغستن.

التنغستن ذو درجة نقاء عالية جدًا يكون قابلاً للسحب في درجة حرارة الغرفة. من حيث القوة في درجات الحرارة المرتفعة، يتفوق التنغستن على جميع المعادن الأخرى. علىالخصائص الميكانيكية يتأثر التنغستن بشدة بالشوائب. محتوى الكميات الصغيرة من الشوائب في المعدن يجعله هشاً جداً (بارد هش). التأثير الأكثر سلبية على خصائص التنغستن هو الأكسجين والنيتروجين والكربون والحديد والفوسفور والسيليكون.

يستخدم التنغستن على نطاق واسع في أنابيب الراديو، والهندسة الراديوية، وصناعات الفراغ الإلكترونية لتصنيع الخيوط المتوهجة، والسخانات وشاشات أفران التفريغ ذات درجة الحرارة العالية، والاتصالات الكهربائية، وكاثودات أنابيب الأشعة السينية.

في علم المعادن، يتم خلط الفولاذ مع التنغستن ويستخدم في صناعة السبائك الصلبة (على سبيل المثال، سوف تفوز سبيكة معدنية سيراميكية تعتمد على كربيد التنغستن)، وفي الصناعة الكيميائية يتم استخدامها لصنع الدهانات والمحفزات، وفي صناعة الصواريخ - المنتجات تعمل في درجات حرارة عالية جدًا، في الصناعة النووية - بوتقات لتخزين المواد المشعة، لأن التأثير الوقائي لسبائك التنغستن،النيكل والنحاس أعلى من الرصاص . يتم إنتاج السبائك التي تحتوي على معادن عن طريق التلبيد، وليس عن طريق الضغط، لأنه عند نقطة انصهار التنغستن، تتحول العديد من المعادن إلى بخار.

يستخدم التنغستن أيضًا في الطلاء: على الأجزاء التي تعمل عند درجات حرارة عالية جدًا في البيئات المختزلة والمحايدة؛ لقوالب المسبك منالموليبدينوم تستخدم لإنتاج قضبان من معادن شديدة الإشعاع؛ على الأجزاء التي تستخدم الاحتكاك.

السبائك المعتمدة على التنغستن والرينيوم شائعة أيضًا. إضافة الرينيوم (حتى 20-25%) يقلل من درجة الحرارة التي يتحول عندها التنغستن إلى حالة هشة، ويزيد بشكل حاد من ليونته في درجات الحرارة العادية ويحسن الخصائص التكنولوجية. يتم إنتاج السبائك عن طريق تعدين المساحيق وصهرها في أفران فراغ القوس الكهربائي. تصنع المزدوجات الحرارية والاتصالات الكهربائية من هذه السبائك.

سبائك التنغستن معالموليبدينوم مناسبة للتشغيل في درجات حرارة أعلى 3000 درجة ج- يتم استخدامها لفوهات المحرك النفاث.

عندما يتم تسخين التنغستن أعلاه 400 درجة يتكون أكسيد مسحوق أصفر على سطحه، والذي يتبخر بشكل ملحوظ عند درجات حرارة أعلى 800 درجة ج. لذلك، لا يمكن استخدام التنغستن كمادة عالية القوة في درجات حرارة عالية إلا إذا كان سطح المنتج محميًا بشكل موثوق من تأثيرات البيئة المؤكسدة أو عند العمل في بيئة محايدة أو في الفراغ. لحماية التنغستن على المدى القصير من الأكسدة أثناء 2000-3000 درجة تُستخدم الطلاءات الخزفية التي تشبه المينا والتي تحتوي على مركبات حرارية كحشو رئيسي، ويتم استخدام الزجاج الموثق المقاوم للحرارة.

لم يتم العثور على التنغستن الاستخدام العملي لفترة طويلة. فقط في نهاية القرن التاسع عشر بدأ استخدام الخصائص الرائعة لهذا المعدن في الصناعة. حاليا، يتم استخدام حوالي 80 في المائة من التنغستن المستخرج في فولاذ التنغستن، وحوالي 15 في المائة من التنغستن يستخدم لإنتاج السبائك الصلبة. من المجالات المهمة لتطبيق التنغستن النقي والسبائك النقية المصنوعة منه الصناعة الكهربائية، حيث يتم استخدامه في صناعة الخيوط المتوهجة للمصابيح الكهربائية، ولأجزاء من أنابيب الراديو وأنابيب الأشعة السينية، وكهرباء السيارات والجرارات المعدات، والأقطاب الكهربائية للمقاومة، واللحام الذري بالهيدروجين والأرجون القوسي، وسخانات الأفران الكهربائية، وما إلى ذلك. وقد وجدت مركبات التنغستن تطبيقًا في إنتاج الأقمشة المقاومة للحريق والمقاومة للماء والمثقلة، كمحفزات في الصناعة الكيميائية.
يتم تعزيز قيمة التنغستن بشكل خاص من خلال قدرته على تشكيل سبائك مع معادن مختلفة: الحديد والنيكل والكروم والكوبالت والموليبدينوم، والتي يتم تضمينها في الفولاذ بكميات مختلفة. يتفاعل التنغستن المضاف بكميات صغيرة إلى الفولاذ مع الشوائب الضارة من الكبريت والفوسفور والزرنيخ الموجودة فيه ويحيد آثارها السلبية. ونتيجة لذلك، فإن الفولاذ مع إضافة التنغستن يحصل على صلابة عالية، وحران، ومرونة ومقاومة للأحماض. يعلم الجميع الجودة العالية للشفرات المصنوعة من الفولاذ الدمشقي الذي يحتوي على عدة بالمائة من شوائب التنغستن. ايضا في. في عام 1882، بدأ استخدام التنغستن في صناعة الرصاص. تحتوي أيضًا قذائف الفولاذ والقذائف الخارقة للدروع على التنغستن. يتم استخدام الفولاذ مع إضافات التنغستن لصنع نوابض متينة للسيارات وعربات السكك الحديدية والينابيع والأجزاء المهمة من الآليات المختلفة. يمكن للقضبان المصنوعة من فولاذ التنغستن أن تتحمل أحمالًا أكبر بكثير ولها عمر خدمة أطول بكثير من القضبان المصنوعة من الفولاذ التقليدي. من الخصائص الرائعة للفولاذ مع إضافة 918 في المائة من التنغستن قدرته على التصلب الذاتي، أي أنه مع زيادة الأحمال ودرجة الحرارة، يصبح هذا الفولاذ أقوى. كانت هذه الخاصية هي الأساس لتصنيع سلسلة كاملة من الأدوات مما يسمى "فولاذ الأدوات عالي السرعة". إن استخدام القواطع المصنوعة منه جعل من الممكن زيادة سرعة معالجة الأجزاء على آلات قطع المعادن عدة مرات في وقت واحد.
ومع ذلك، فإن الأدوات المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة أبطأ بمقدار 35 مرة من الأدوات المصنوعة من سبائك الكربيد. وتشمل هذه مركبات التنغستن مع الكربون (كربيدات) والبورون (بوريدات). هذه السبائك قريبة في صلابة الماس. إذا تم التعبير عن الصلابة المشروطة لأصعب المواد، وهي الماس، بـ 10 نقاط، فإن صلابة كربيد التنغستن (فوكار) هي 9.8. وتشمل هذه السبائك سبيكة الكربون المعروفة مع التنغستن وإضافة الكوبالت. لم يعد "Pobedit" نفسه صالحًا للاستخدام، ولكن تم الحفاظ على هذا الاسم فيما يتعلق بمجموعة كاملة من السبائك الصلبة. في صناعة الهندسة الميكانيكية، يتم أيضًا تصنيع قوالب مكابس الحدادة من السبائك الصلبة. إنها تتآكل أبطأ بنحو ألف مرة من الفولاذ.
أحد مجالات تطبيق التنغستن المهمة والمثيرة للاهتمام بشكل خاص هو تصنيع خيوط (خيوط) المصابيح المتوهجة الكهربائية. ويستخدم التنغستن النقي في صناعة خيوط المصابيح الكهربائية. الضوء المنبعث من خيوط التنغستن الساخنة يقترب من ضوء النهار. وكمية الضوء المنبعثة من مصباح بشعيرات التنغستن أعلى بعدة مرات من إشعاع المصابيح ذات خيوط مصنوعة من معادن أخرى (الأوكتيوم والتنتالوم). إن انبعاث الضوء (كفاءة الإضاءة) للمصابيح الكهربائية ذات خيوط التنغستن أعلى بعشر مرات من المصابيح المستخدمة سابقًا بخيوط الكربون. إن سطوع التوهج والمتانة والكفاءة في استهلاك الطاقة والتكاليف المعدنية المنخفضة وسهولة تصنيع المصابيح الكهربائية بخيوط التنغستن ضمنت تطبيقها على نطاق واسع في الإضاءة.
تم اكتشاف الإمكانيات الواسعة لاستخدام التنغستن نتيجة للاكتشاف الذي قام به عالم الفيزياء الأمريكي الشهير روبرت ويليامز وود. في إحدى التجارب، لفت R. Wood الانتباه إلى حقيقة أن توهج خيوط التنغستن من الجزء الأخير من أنبوب الكاثود من تصميمه استمر حتى بعد فصل الأقطاب الكهربائية عن البطارية. لقد أذهل هذا معاصريه كثيرًا لدرجة أن ر. وود بدأ يُطلق عليه اسم الساحر. أظهرت الأبحاث أن التفكك الحراري لجزيئات الهيدروجين يحدث حول خيوط التنغستن الساخنة، حيث تتفكك إلى ذرات فردية. بعد إيقاف الطاقة، تتحد ذرات الهيدروجين مجددًا لتشكل جزيئات، وهذا يطلق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، تكفي لتسخين خيط رفيع من التنغستن وتسبب توهجه. بناءً على هذا التأثير، تم تطوير نوع جديد من اللحام الذري الهيدروجيني للمعادن، مما جعل من الممكن لحام أنواع مختلفة من الفولاذ والألمنيوم والنحاس والنحاس في صفائح رقيقة، والحصول على التماس نظيف ومتساوي. يستخدم معدن التنغستن كأقطاب كهربائية. تُستخدم أقطاب التنغستن أيضًا في اللحام بقوس الأرجون الأكثر انتشارًا.
في الصناعة الكيميائية، يتم استخدام سلك التنغستن، وهو شديد المقاومة للأحماض والقلويات، لصنع شبكات لمختلف المرشحات. وقد وجد التنغستن أيضًا تطبيقًا كمحفز؛ فهو يساعد على تغيير معدل التفاعلات الكيميائية في العملية التكنولوجية. يتم استخدام مجموعة من مركبات التنغستن في الظروف الصناعية والمخبرية ككواشف لتقدير البروتين والمركبات العضوية وغير العضوية الأخرى.
كما تستخدم مركبات التنغستن في صناعة الطباعة كدهانات (الزعفران، التنغستن الأزرق، التنغستن الأصفر). يضيف فنيو الألعاب النارية مركبات التنغستن إلى الخلائط القابلة للاحتراق وينتجون أضواء متعددة الألوان من الصواريخ والألعاب النارية. تستخدم الطباعة الخفيفة الورق المعالج بتنغستن الصوديوم. في صناعة النسيج، يستخدم ملح حمض التنغستن، تنغستات الصوديوم، لحفر الأقمشة أثناء الصباغة. هذه الأقمشة مقاومة للماء ولا تخاف من النار. ويصبح الخشب أيضًا مقاومًا للحريق إذا تمت معالجته بهذه المادة.

يستخدم التنغستن ديتيلورايد WTe 2 لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية (قوة دافعة حرارية حوالي 57 ميكروفولت/ك).

معامل التمدد الحراري للتنغستن قريب من معامل التمدد الحراري للسيليكون، لذلك يتم لحام بلورات السيليكون من الترانزستورات القوية على ركائز التنغستن لتجنب تشقق هذه البلورات عند تسخينها.
وحتى القائمة غير الكاملة لاستخدامات التنغستن ومركباته في الصناعة تعطي فكرة عن القيمة العالية لهذا العنصر. من الصعب الآن أن نتخيل كيف يمكن لأي منا أن يتدبر أمره حتى في الحياة اليومية بدون التنغستن. وبطبيعة الحال، فإن إمكانيات استخدامه سوف تستمر في الظهور.
تركزت صناعة التنغستن بأكملها تقريبًا خلال الحرب العالمية الأولى في ألمانيا. ولكن المواد الخام اللازمة لها، مركزات التنغستن، تم توفيرها من بلدان أخرى. لذلك، معزولين عن موردي المواد الخام، اضطر الألمان إلى معالجة الخبث المتراكم بالقرب من مصاهر القصدير (تذكر "رغوة الذئب"!) وحصلوا منهم على حوالي 100 طن من التنغستن سنويًا.
وفي الوقت نفسه، تسببت حاجة الصناعة العسكرية إلى التنغستن في "اندفاع التنغستن" في العديد من البلدان. في روسيا، أصبحت جبال الأورال وترانسبايكاليا موردين لخامات التنغستن. في محاولة للاستفادة من "اندفاع التنغستن"، لم يأخذ رواد الأعمال في الاعتبار مصالح الدولة حقًا. وهكذا، قرر رجل الصناعة تولماتشيف، الذي كان يمتلك حقول ترانسبايكال في بوكوكا وأولاندو، تأجيرهما لشركة سويدية. وفقط تدخل اللجنة الجيولوجية في الوقت المناسب هو الذي حال دون ذلك. خلال ظروف الحرب، تم الاستيلاء على مناجم رجل الأعمال هذا.

يتم استخدام النويدات المشعة الاصطناعية 185 واط كمتتبع إشعاعي في أبحاث المواد. يتم استخدام 184 واط المستقر كمكون من السبائك مع اليورانيوم 235 المستخدم في محركات الصواريخ النووية ذات الطور الصلب، لأنه نظير التنغستن الشائع الوحيد الذي يحتوي على مقطع عرضي منخفض لالتقاط النيوترونات الحرارية (حوالي 2 حظيرة).

قبل اندلاع الحرب العالمية الأولى في عام 1913، أنتج العالم 8,123 طنًا من مركز التنغستن (يحتوي على 60 بالمائة من ثالث أكسيد التنغستن). قبل الحرب العالمية الثانية، زاد إنتاجه بسرعة وفي عام 1940 بلغ 44.013 طنًا (باستثناء الاتحاد السوفيتي). وفقا لمكتب المناجم الأمريكي، في عام 1972، بلغ الإنتاج العالمي من التنغستن حوالي 38400 طن.

سبائك التنغستن لها العديد من الخصائص الرائعة. ويستخدم ما يسمى بالمعادن الثقيلة (من التنغستن والنيكل والنحاس) في صناعة الحاويات التي يتم فيها تخزين المواد المشعة. تأثيره الوقائي أعلى بنسبة 40% من تأثير الرصاص. تُستخدم هذه السبيكة أيضًا في العلاج الإشعاعي، لأنها توفر حماية كافية بسمك شاشة صغير نسبيًا.

إن سبيكة كربيد التنغستن التي تحتوي على 16% من الكوبالت صلبة للغاية لدرجة أنها يمكن أن تحل محل الماس جزئيًا عند حفر الآبار.

تعتبر سبائك التنغستن والنحاس والفضة الزائفة مواد ممتازة للمفاتيح والمفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي: فهي تدوم لفترة أطول بست مرات من الاتصالات النحاسية التقليدية.

تمت مناقشة استخدام التنغستن في خيوط المصابيح الكهربائية في بداية المقال. يتم تفسير ضرورة التنغستن في هذه المنطقة ليس فقط من خلال حرانه، ولكن أيضًا من خلال ليونته. من كيلوغرام واحد من التنغستن يتم سحب سلك طوله 3.5 كم، أي. وهذا الكيلوغرام يكفي لصنع خيوط 23 ألف مصباح كهربائي بقدرة 60 واط. وبفضل هذه الخاصية تستهلك الصناعة الكهربائية العالمية حوالي 100 طن فقط من التنغستن سنويًا.

في السنوات الأخيرة، اكتسبت المركبات الكيميائية للتنغستن أهمية عملية مهمة. على وجه الخصوص، يتم استخدام حمض متغاير الفوسفاتنجستيك لإنتاج الورنيش والدهانات الساطعة المقاومة للضوء. يمنح محلول تنجستات الصوديوم Na 2 WO 4 الأقمشة مقاومة للحريق ومقاومة للماء، وتستخدم تنجستات المعادن الأرضية القلوية والكادميوم والعناصر الأرضية النادرة في صناعة أجهزة الليزر والدهانات المضيئة.

في القرن السادس عشر، كان معروفا معدن الولفراميت، والذي ترجم من الألمانية ( وولف رام) تعني "كريم الذئب". حصل المعدن على هذا الاسم بسبب خصائصه. والحقيقة هي أن التنغستن، الذي رافق خامات القصدير، أثناء صهر القصدير حوله ببساطة إلى رغوة الخبث، ولهذا السبب قالوا: "يأكل القصدير كما يلتهم الذئب خروفًا". بمرور الوقت، كان من الولفراميت أن اسم التنغستن ورث العنصر الكيميائي الرابع والسبعين للنظام الدوري.

خصائص التنغستن

التنغستن هو معدن انتقالي ذو لون رمادي فاتح. لديه تشابه خارجي للصلب. نظرًا لخصائصه الفريدة إلى حد ما، يعد هذا العنصر مادة قيمة ونادرة للغاية، ولا يوجد شكل نقي لها في الطبيعة. التنغستن لديه:

• كثافة عالية إلى حد ما، والتي تعادل 19.3 جم/سم3؛
• نقطة انصهار عالية تبلغ 3422 درجة مئوية؛
• مقاومة كهربائية كافية - 5.5 ميكروأوم*سم؛
• المؤشر الطبيعي لمعامل معامل التوسع الخطي يساوي 4.32 ؛
• أعلى درجة غليان بين جميع المعادن، وتساوي 5555 درجة مئوية؛
• انخفاض معدل التبخر، حتى على الرغم من تجاوز درجات الحرارة 200 درجة مئوية؛
• الموصلية الكهربائية منخفضة نسبيا. ومع ذلك، فإن هذا لا يمنع التنغستن من البقاء موصلًا جيدًا.

كل هذا يجعل التنغستن معدنًا متينًا للغاية وغير قابل للتلف الميكانيكي. ولكن وجود مثل هذه الخصائص الفريدة لا يستبعد وجود عيوب التنغستن أيضا. وتشمل هذه:

• هشاشة عالية عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة للغاية.
• كثافة عالية، مما يجعل معالجتها صعبة؛
• مقاومة منخفضة للأحماض في درجات حرارة منخفضة.

إنتاج التنغستن

يعد التنغستن، إلى جانب الموليبدينوم والروبيديوم وعدد من المواد الأخرى، جزءًا من مجموعة المعادن النادرة التي تتميز بتوزيعها المنخفض جدًا في الطبيعة. ونتيجة لذلك، لا يمكن استخراجه بالطريقة التقليدية، مثل العديد من المعادن. وهكذا فإن الإنتاج الصناعي للتنغستن يتكون من المراحل التالية:

• استخراج الخام الذي يحتوي على نسبة معينة من التنغستن؛
• تنظيم الظروف المناسبة التي يمكن من خلالها فصل المعدن عن الكتلة المعالجة؛
• تركيز المادة على شكل محلول أو راسب.
• تنقية المركب الكيميائي الناتج من الخطوة السابقة؛
• عزل التنغستن النقي.

وبالتالي، يمكن عزل المادة النقية من الخام المستخرج المحتوي على التنغستن بعدة طرق.

1. نتيجة لإثراء خام التنغستن عن طريق الجاذبية أو التعويم أو الفصل المغناطيسي أو الكهربائي. في هذه العملية، يتم تشكيل مركز التنغستن، الذي يتكون من 55-65٪ أنهيدريد التنغستن (ثالث أكسيد) WO 3. في مركزات هذا المعدن، يتم مراقبة محتوى الشوائب، والتي يمكن أن تشمل الفوسفور والكبريت والزرنيخ والقصدير والنحاس والأنتيمون والبزموت.
2. كما هو معروف، فإن ثالث أكسيد التنغستن WO 3 هو المادة الرئيسية لفصل معدن التنغستن أو كربيد التنغستن. يحدث إنتاج WO 3- نتيجة لتحلل المركزات، وترشيح السبائك أو اللبيدات، وما إلى ذلك. وفي هذه الحالة، يكون الناتج عبارة عن مادة تتكون من 99.9% WO 3.
3. من أنهيدريد التنغستن WO 3. عن طريق اختزال هذه المادة بالهيدروجين أو الكربون يتم الحصول على مسحوق التنغستن. يتم استخدام المكون الثاني لتفاعل الاختزال بشكل أقل تكرارًا. ويرجع ذلك إلى تشبع WO 3 بالكربيدات أثناء التفاعل، ونتيجة لذلك يفقد المعدن قوته ويصبح أكثر صعوبة في المعالجة. يتم إنتاج مسحوق التنغستن بطرق خاصة، والتي بفضلها يصبح من الممكن التحكم في تركيبه الكيميائي، وحجم الحبوب وشكلها، وكذلك توزيع حجم الجسيمات. وبالتالي، يمكن زيادة نسبة جزيئات المسحوق عن طريق زيادة درجة الحرارة بسرعة أو عن طريق انخفاض معدل إمداد الهيدروجين.
4. إنتاج التنغستن المدمج، الذي يكون على شكل قضبان أو سبائك ويكون فارغًا لمزيد من إنتاج المنتجات شبه المصنعة - الأسلاك والقضبان والأشرطة وما إلى ذلك.

تتضمن الطريقة الأخيرة بدورها خيارين محتملين. يرتبط أحدهما بطرق تعدين المساحيق، والآخر بالصهر في أفران القوس الكهربائي باستخدام قطب كهربائي مستهلك.

طريقة تعدين المساحيق

نظرًا لحقيقة أنه بفضل هذه الطريقة، من الممكن توزيع المواد المضافة التي تعطي التنغستن خصائصه الخاصة بشكل متساوٍ، فهي أكثر شيوعًا.

ويتضمن عدة مراحل:

1. يتم ضغط المسحوق المعدني في القضبان؛
2. يتم تلبيد قطع العمل عند درجات حرارة منخفضة (ما يسمى بالتلبيد المسبق)؛
3. لحام قطع العمل
4. الحصول على المنتجات شبه المصنعة عن طريق معالجة الفراغات. يتم تنفيذ هذه المرحلة عن طريق تزوير أو معالجة ميكانيكية (طحن، تلميع). ومن الجدير بالذكر أن المعالجة الميكانيكية للتنغستن تصبح ممكنة فقط تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، وإلا فإنه من المستحيل معالجتها.

وفي الوقت نفسه، يجب تنقية المسحوق جيدًا مع الحد الأقصى المسموح به من نسبة الشوائب التي تصل إلى 0.05%.

تتيح هذه الطريقة الحصول على قضبان التنغستن ذات المقطع العرضي المربع من 8x8 إلى 40x40 ملم وطولها 280-650 ملم. تجدر الإشارة إلى أنها قوية جدًا في درجات حرارة الغرفة، ولكنها زادت من هشاشتها.

الصمامات

يتم استخدام هذه الطريقة إذا كان من الضروري الحصول على فراغات التنغستن ذات أبعاد كبيرة إلى حد ما - من 200 كجم إلى 3000 كجم. عادةً ما تكون هذه الفراغات ضرورية لدرفلة الأنابيب وسحبها وتصنيع المنتجات عن طريق الصب. يتطلب الذوبان خلق ظروف خاصة - فراغ أو جو مخلخل من الهيدروجين. الناتج هو سبائك التنغستن، التي لها بنية بلورية خشنة وهي أيضًا هشة للغاية بسبب وجود كمية كبيرة من الشوائب. يمكن تقليل محتوى الشوائب عن طريق صهر التنجستن مسبقًا في فرن شعاع الإلكترون. ومع ذلك، يبقى الهيكل دون تغيير. في هذا الصدد، لتقليل حجم الحبوب، يتم صهر السبائك بشكل أكبر، ولكن في فرن القوس الكهربائي. وفي الوقت نفسه، أثناء عملية الصهر، تتم إضافة مواد صناعة السبائك إلى السبائك، مما يعطي التنغستن خصائص خاصة.

للحصول على سبائك التنغستن ذات بنية دقيقة الحبيبات، يتم استخدام ذوبان الجمجمة القوسية مع صب المعدن في القالب.

طريقة الحصول على المعدن تحدد وجود المواد المضافة والشوائب فيه. وهكذا، يتم إنتاج عدة درجات من التنغستن اليوم.

درجات التنغستن

1. HF - التنغستن النقي، الذي لا يحتوي على أي إضافات؛
2. VA عبارة عن معدن يحتوي على إضافات من الألومنيوم والسيليكا والقلويات، مما يمنحه خصائص إضافية؛
3. VM هو معدن يحتوي على إضافات الثوريوم والسيليكا القلوية.
4. VT - التنغستن، الذي يحتوي على أكسيد الثوريوم كمادة مضافة، مما يزيد بشكل كبير من الخصائص الانبعاثية للمعدن؛
5. السادس - معدن يحتوي على أكسيد الإيتريوم.
6. VL - التنغستن مع أكسيد اللانثانم، مما يزيد أيضًا من خصائص الانبعاث؛
7. VR - سبيكة من الرينيوم والتنغستن.
8. VРН - لا توجد إضافات في المعدن، ولكن الشوائب قد تكون موجودة بكميات كبيرة؛
9. MV عبارة عن سبيكة من التنغستن مع الموليبدينوم، مما يزيد بشكل كبير من القوة بعد التلدين مع الحفاظ على الليونة.

أين يتم استخدام التنغستن؟

بفضل خصائصه الفريدة، أصبح العنصر الكيميائي 74 لا غنى عنه في العديد من القطاعات الصناعية.

1. الاستخدام الرئيسي للتنغستن هو كأساس لإنتاج المواد المقاومة للحرارة في علم المعادن.
2. مع المشاركة الإجبارية للتنغستن، يتم إنتاج الخيوط المتوهجة، وهي العنصر الرئيسي في أجهزة الإضاءة وأنابيب الصور والأنابيب المفرغة الأخرى.
3. أيضًا ، يشكل هذا المعدن أساسًا لإنتاج السبائك الثقيلة المستخدمة كأثقال موازنة ونوى خارقة للدروع من العيار الفرعي وقذائف المدفعية ذات الزعانف.
4. التنغستن هو القطب المستخدم في اللحام بقوس الأرجون.
5. تتميز سبائكها بمقاومة عالية لدرجات الحرارة المختلفة والبيئات الحمضية، فضلاً عن الصلابة ومقاومة التآكل، ولذلك تُستخدم في إنتاج الأدوات الجراحية ودروع الدبابات وأغلفة الطوربيد والقذائف وأجزاء الطائرات والمحركات وكذلك حاويات التخزين النووية. . النفايات؛
6. أفران مقاومة الفراغ، حيث تصل درجة الحرارة إلى قيم عالية للغاية، وهي مجهزة بعناصر تسخين مصنوعة أيضًا من التنغستن؛
7. يعد استخدام التنغستن أمرًا شائعًا لتوفير الحماية ضد الإشعاعات المؤينة.
8. تُستخدم مركبات التنغستن كعناصر صناعة السبائك، ومواد تشحيم عالية الحرارة، ومحفزات، وأصباغ، وكذلك لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية (ثنائي تيلوريد التنغستن).