¿Dónde se usa el tungsteno en la vida cotidiana? ¿Dónde se utiliza el tungsteno de alta densidad?

Tungsteno. elemento químico, símbolo W (Latin Wolframium, English Tungsten, French Tungstene, German Wolfram, del alemán Wolf Rahm - saliva de lobo, espuma). Tiene un número de serie 74, peso atómico 183,85, densidad 19,30 g/cm3, punto de fusion 3380° C, punto de ebullición 5680°C.

El tungsteno es un metal gris claro. temperatura ambiente Posee una alta firmeza de corrosión en el agua y en el aire, también en los ácidos y los álcalis. Comienza a oxidarse ligeramente en el aire a 400-500° C (a una temperatura de calor rojo) y se oxida intensamente a temperaturas más altas. El tungsteno forma dos óxidos estables: WO3 y WO2 . El tungsteno no interactúa con el hidrógeno prácticamente hasta que se funde, y comienza a reaccionar con el nitrógeno solo a temperaturas superiores a 2000° C. Con cloro, el tungsteno forma cloruros WCl 2 , WCl 4 , WCl 5 , WCl 6 . Carbón sólido y algunos gases que lo contienen. 1100-1200° C reaccionar con tungsteno para formar carburos WC y W2C.

El tungsteno se disuelve en mezclas de fluorhídrico yÁcido nítrico , también se disuelve en álcalis fundidos con acceso al aire y especialmente a los agentes oxidantes. Los ácidos separados no actúan sobre el tungsteno.

El tungsteno de muy alta pureza es dúctil a temperatura ambiente. En términos de resistencia a altas temperaturas, el tungsteno supera a todos los demás metales. Sobre elpropiedades mecánicas el tungsteno está fuertemente influenciado por las impurezas. El contenido de pequeñas cantidades de impurezas en el metal lo hace muy frágil (quebradizo en frío). El oxígeno, el nitrógeno, el carbono, el hierro, el fósforo y el silicio tienen el efecto más negativo sobre las propiedades del tungsteno.

El tungsteno se usa ampliamente en las industrias de tubos de radio, ingeniería de radio y vacío electrónico para la fabricación de filamentos, calentadores y pantallas para hornos de vacío de alta temperatura, contactos electricos, tubos de rayos x de cátodos.

En metalurgia, los aceros se alean con tungsteno y se utilizan en la fabricación de aleaciones duras (por ejemplo, ganará una aleación cermet basada en carburo de tungsteno), en la industria química, se fabrican pinturas y catalizadores, en tecnología de cohetes: productos que operan a muy altas temperaturas, en la industria nuclear - crisoles para almacenar materiales radiactivos, como acción protectora en aleación de tungsteno, el níquel y el cobre es más alto que el del plomo . Las aleaciones con metales se obtienen por sinterización, y no por presión, ya que en el punto de fusión del tungsteno, muchos metales se convierten en vapor.

El tungsteno también se utiliza para recubrir: en piezas que funcionan a temperaturas muy altas en medios reductores y neutros; para moldes de fundición molibdeno se utiliza para producir varillas de metales altamente radiactivos; en piezas de fricción.

Las aleaciones basadas en tungsteno con renio también son comunes. Aditivo de renio (hasta 20-25%) reduce la temperatura de transición del tungsteno a un estado frágil, aumenta considerablemente su ductilidad a temperatura normal y mejora las propiedades tecnológicas. Las aleaciones se obtienen por el método metalurgia de polvos y fusión en arco eléctrico hornos de vacío. Los termopares y los contactos eléctricos están hechos de estas aleaciones.

Aleaciones de tungsteno con molibdeno adecuado para funcionar a temperaturas superiores 3000° C, se utilizan para boquillas de motores a reacción.

Cuando el tungsteno se calienta por encima 400° Con un óxido en polvo formado en su superficie. color amarillo, que se evapora notablemente a temperaturas superiores 800° C. Por lo tanto, el tungsteno se puede usar como material de alta resistencia a altas temperaturas solo cuando protección confiable superficie del producto debido a la exposición a un ambiente oxidante o cuando se opera en un ambiente neutral o en vacío. Para la protección a corto plazo del tungsteno contra la oxidación en 2000-3000° Con el uso de revestimientos cerámicos similares al esmalte que contienen compuestos refractarios como relleno principal para ellos, vidrio aglutinante refractario.

Tungsteno en tecnología moderna juega un papel sumamente importante. Se utiliza en la industria del acero, en la producción de aleaciones duras, en la producción de aleaciones resistentes a los ácidos y otras aleaciones especiales, en ingeniería eléctrica, en la producción de colorantes, como reactivos químicos, etc.

Alrededor del 70% de todo el tungsteno extraído se destina a la producción de ferrotungsteno, en la forma en que se introduce en el acero. En los aceros más ricos en tungsteno y los aceros tungsteno más comunes (en aceros de corte de alta velocidad), el tungsteno forma carburos complejos que contienen tungsteno que aumentan la dureza del acero, especialmente a temperaturas elevadas (dureza roja), muchas veces aumentan la velocidad de corte . En la actualidad, los cortadores de acero rápido están dando paso a los cortadores de aleaciones duras de cermet hechas a base de carburo de tungsteno con la adición de un aditivo cementante.También se introducen carburos de titanio, tantalio y niobio en algunas aleaciones duras. Velocidades modernas Los cortes logrados por los innovadores de producción se obtienen precisamente con cortadores hechos de aleaciones duras.Las aleaciones de tungsteno con otros metales tienen una amplia variedad de aplicaciones: la aleación de níquel-tungsteno-cromo se caracteriza por propiedades resistentes a los ácidos. Se llama la atención sobre las aleaciones de tungsteno con mayor resistencia al calor: por ejemplo, la adición de 1% de niobio, tantalio, molibdeno, que forman una solución sólida con tungsteno, aumenta el punto de fusión del metal por encima de 3300 ° C., mientras que la adición de El 1% de hierro, que es muy poco soluble en tungsteno, reduce el punto de fusión a 1640°C. La investigación en esta área está ampliamente desarrollada en los Estados Unidos.

El tungsteno metálico encuentra diversas aplicaciones en ingeniería eléctrica y de rayos X. Los filamentos de las lámparas eléctricas están hechos de tungsteno. El tungsteno es especialmente adecuado para este fin debido a su alta refractariedad y muy baja volatilidad: a temperaturas del orden de 2500 °C, a las que operan los filamentos, la presión de vapor del tungsteno no alcanza 1 mm Hg. Los calentadores también están hechos de tungsteno metálico para hornos electricos que puede soportar temperaturas de hasta 3000 °C. El tungsteno metálico se utiliza para anticátodos de tubos de rayos X, para diversas partes de equipos de electrovacío, para dispositivos de radio, rectificadores de corriente, etc. Los filamentos delgados de tungsteno se utilizan en galvanómetros. Se utilizan hilos similares con fines quirúrgicos. Finalmente, el metal de tungsteno se usa para fabricar varios resortes helicoidales, así como piezas que requieren un material que sea resistente a diversas influencias químicas.

Los compuestos de tungsteno se han usado mucho como colorantes. En China, los artículos antiguos hechos de porcelana teñida en color inusual"melocotón", los estudios han demostrado que la pintura contiene tungsteno.

Las sales de tungsteno se utilizan para impartir resistencia al fuego a algunos tejidos. Las sedas pesadas y caras deben su belleza a las sales de tungsteno con las que están impregnadas.

Las preparaciones de tungsteno puro se utilizan en análisis químicos como reactivos para alcaloides y otras sustancias. Los compuestos de tungsteno también se utilizan como catalizadores.

1. Ofrecemos los siguientes productos de tungsteno: tira de tungsteno, alambre de tungsteno, varilla de tungsteno, varilla de tungsteno.

El contenido del artículo

TUNGSTENO– (Wolframio), W – elemento químico 6 (VIb) del grupo del sistema periódico de D.I. Mendeleev, número atómico 74, masa atomica 183.85. Se conocen 33 isótopos de tungsteno: de 158 W a 190 W. Se han encontrado cinco isótopos en la naturaleza, tres de los cuales son estables: 180 W (la proporción entre isótopos naturales es 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426 %), y los otros dos son débilmente radiactivos: 183 W (14,314 %, T ½ = 1,1 10 17 años), 184 W (30,642 %, T ½ = 3 10 17 años). La configuración de la capa de electrones es 4f 14 5d 4 6s 2 . El estado de oxidación más característico es +6. Se conocen compuestos con estados de oxidación de tungsteno +5, +4, +3, +2 y 0.

Allá por los siglos XIV-XVI. Los mineros y metalúrgicos de los Montes Metálicos de Sajonia observaron que algunos minerales interrumpían la reducción de la piedra de estaño (el mineral casiterita, SnO 2) y provocaban la escoria del metal fundido. Sobre el lenguaje profesional En ese momento, este proceso se caracterizó de la siguiente manera: "Estos minerales arrancan la lata y la devoran, como un lobo devora una oveja". Los mineros le dieron a esta raza "molesta" los nombres "Wolfert" y "Wolfrahm", que significa "espuma de lobo" o "espuma en la boca de un lobo enojado". El químico y metalúrgico alemán Georg Agricola en su obra fundamental Doce libros sobre metales(1556) lleva Nombre latino de este mineral - Spuma Lupi, o Lupus spuma, que es esencialmente un papel de calco del popular nombre alemán.

En 1779 Peter Wulf exploró el mineral ahora llamado wolframita (FeWO 4 X MnWO 4) y concluyó que debía contener una sustancia previamente desconocida. En 1783, en España, los hermanos d'Elguyar (Juan José y Fausto D'Elhuyar de Suvisa) aislaron de este mineral “tierra ácida” con ayuda del ácido nítrico, un precipitado amarillo de un óxido metálico desconocido, soluble en agua amoniacal. . En el mineral también se encontraron óxidos de hierro y manganeso. Juan y Fausto calcinaron la "tierra" con carbón y recibió un metal, que propusieron llamar "tungsteno", y el mineral en sí - "wolframita". Así, los químicos españoles d'Elguiar fueron los primeros en publicar información sobre el descubrimiento de un nuevo elemento.

Más tarde se supo que, por primera vez, no se encontró óxido de tungsteno en el "devorador de estaño", la wolframita, sino en otro mineral.

En 1758, el químico y mineralogista sueco Axel Fredrik Cronstedt descubrió y describió un mineral inusualmente pesado (CaWO 4 , más tarde llamado scheelita), al que llamó Tung Sten, que significa "piedra pesada" en sueco. Kronstedt estaba convencido de que este mineral contiene un elemento nuevo, aún no descubierto.

En 1781, el gran químico sueco Karl Scheele descompuso la "piedra pesada" con ácido nítrico y descubrió, además de la sal de calcio, "tierra amarilla", no similar a la "tierra de molibdeno" blanca, que aisló por primera vez hace tres años. . Es interesante que uno de los hermanos d "Elguillard trabajaba en ese momento en su laboratorio. Scheele llamó al metal "tungsteno", por el nombre del mineral del que se aisló por primera vez el óxido amarillo. Entonces, el mismo elemento tenía dos nombres.

En 1821, von Leonhard propuso llamar al mineral CaWO 4 scheelita.

El nombre tungsteno se puede encontrar en Lomonosov; Solovyov y Hess (1824) lo llaman wolframio, Dvigubsky (1824) - wolframio.

Incluso a principios del siglo XX. en Francia, Italia y los países anglosajones, el elemento "tungsteno" se designó como Tu (de tungsteno). Solo a mediados del siglo pasado, se estableció el símbolo moderno W.

Tungsteno en la naturaleza. Tipos de depósitos.

El tungsteno es un elemento bastante raro, su clarke ( porcentaje en la corteza terrestre) es 1.3 10 -4% (lugar 57 entre los elementos químicos).

El tungsteno se presenta principalmente como tungstatos de hierro y manganeso o calcio y, a veces, plomo, cobre, torio y elementos de tierras raras.

El mineral wolframita más común es una solución sólida de tungstatos (Fe, Mn)WO 4 de hierro y manganeso. Estos son cristales pesados ​​y duros que varían en color de marrón a negro, según el elemento que predomine en su composición. Si hay más manganeso (Mn:Fe > 4:1), entonces los cristales son negros, pero si predomina el hierro (Fe:Mn > 4:1), son marrones. El primer mineral se llama hübnerita, el segundo - ferberita. La wolframita es paramagnética y buena conductora de electricidad.

De los otros minerales de tungsteno, la scheelita, tungstato de calcio CaWO 4, es de importancia industrial. Forma cristales, brillantes como el cristal, de color amarillo claro, a veces casi blanco. Scheelita no está magnetizada, pero tiene otro rasgo característico: la capacidad de luminiscencia. si esta iluminado rayos ultravioleta, emite una fluorescencia azul brillante en la oscuridad. La mezcla de molibdeno cambia el color del resplandor de la scheelita: se vuelve azul pálido y, a veces, incluso crema. Esta propiedad de la scheelita, utilizada en la exploración geológica, sirve como función de búsqueda que le permite detectar depósitos minerales.

Como regla general, los depósitos de minerales de tungsteno están asociados con áreas de distribución de granitos. Los cristales grandes de wolframita o scheelita son muy raros. Por lo general, los minerales solo se intercalan en rocas de granito antiguas. La concentración promedio de tungsteno en ellos es solo del 1 al 2%, por lo que es bastante difícil extraerlo. En total, se conocen unos 15 minerales propios del tungsteno. Entre ellos se encuentran la rasoita y la estolcita, que son dos modificaciones cristalinas diferentes del tungstato de plomo PbWO 4 . Otros minerales son productos de descomposición o formas secundarias de los minerales comunes wolframita y scheelita, como el ocre de tungsteno y la hidrotungstita, que es un óxido de tungsteno hidratado formado a partir de la wolframita; La russelita es un mineral que contiene óxidos de bismuto y tungsteno. El único mineral de tungsteno no oxidado es la tungstenita WS 2, cuyas principales reservas se concentran en EE.UU. Por lo general, el contenido de tungsteno en los depósitos desarrollados se encuentra en el rango de 0,3 a 1,0% WO 3 .

Todos los depósitos de tungsteno son de origen ígneo o hidrotermal. A medida que el magma se enfría, se produce una cristalización diferencial, por lo que la scheelita y la wolframita a menudo se encuentran como vetas donde el magma ha penetrado en las fisuras. la corteza terrestre. La mayoría de los depósitos de tungsteno se concentran en cadenas montañosas jóvenes: los Alpes, el Himalaya y el cinturón del Pacífico. Según el Servicio Geológico de EE. UU. para 2003 (Servicios geológicos de EE. UU.), alrededor del 62% de las reservas mundiales de tungsteno se encuentran en China. También se han explorado importantes yacimientos de este elemento en EE. UU. (California, Colorado), Canadá, Rusia, Corea del Sur, Bolivia, Brasil, Australia y Portugal.

Las reservas mundiales de minerales de tungsteno se estiman en 2,9 106 toneladas en términos de metal. mayores reservas China tiene (1,8 106 toneladas), el segundo lugar lo comparten Canadá y Rusia (2,6 105 y 2,5 105 toneladas, respectivamente). Estados Unidos ocupa el tercer lugar (1,4 105 toneladas), pero ahora casi todos los depósitos estadounidenses están suspendidos. Entre otros países, Portugal (reservas de 25.000 t), Corea del Norte (35.000 t), Bolivia (53.000 t) y Austria (10.000 t) cuentan con importantes reservas.

La producción mundial anual de minerales de tungsteno es de 5,95·10 4 toneladas en términos de metal, de las cuales 49,5·10 4 toneladas (83%) se extraen en China. Rusia produce 3400 toneladas, Canadá - 3000 toneladas.

King Island en Australia produce entre 2000 y 2400 toneladas de mineral de tungsteno por año. En Austria, la scheelita se extrae en los Alpes (provincias de Salzburgo y Steiermark). Se está desarrollando un depósito conjunto de tungsteno, oro y bismuto (las minas de Kanung y el depósito de Calzas en el Yukón) en el noreste de Brasil, con una reserva estimada de oro de 1 millón de onzas y 30.000 toneladas de óxido de tungsteno. El líder mundial en el desarrollo de materias primas de tungsteno es China (campos de Jianshi (60% de la producción china de tungsteno), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guangdong (6%), Guanzhi y Mongolia Interior (2% cada uno) y otros). El volumen de producción anual en Portugal (yacimiento de Panashira) se estima en 720 toneladas de tungsteno al año. En Rusia, los principales depósitos de minerales de tungsteno se encuentran en dos regiones: Lejano Oriente(Depósito de Lermontovskoye, 1700 toneladas de concentrado por año) y en el Cáucaso del Norte (Kabardino-Balkaria, Tyrnyauz). La planta en Nalchik procesa el mineral en óxido de tungsteno y paratungstato de amonio.

El mayor consumidor de tungsteno es Europa Occidental: su participación en el mercado mundial es del 30%. El 25% del consumo total proviene de Norteamérica y China, y 12-13% a Japón. La demanda de tungsteno en los países de la CEI se estima en 3.000 toneladas de metal al año.

Más de la mitad (58%) de todo el metal consumido se utiliza en la producción de carburo de tungsteno, casi una cuarta parte (23%), en forma de diversas aleaciones y aceros. La fabricación de "productos laminados" de tungsteno (filamentos para lámparas incandescentes, contactos eléctricos, etc.) representa el 8% del tungsteno producido, y el 9% restante se utiliza en la producción de pigmentos y catalizadores.

Procesamiento de materias primas de tungsteno.

El mineral primario contiene alrededor de 0,5% de óxido de tungsteno. Después de la flotación y la separación de los componentes no magnéticos, queda una roca que contiene alrededor del 70 % de WO 3 . Luego, el mineral enriquecido (y la chatarra de tungsteno oxidada) se lixivia con carbonato o hidróxido de sodio:

4FeWO4 + O2 + 4Na2CO3 = 4NaWO4 + 2Fe2O3 + 4CO2

6MnWO 4 + O 2 + 6Na 2 CO 3 = 6Na 2 WO 4 + 2Mn 3 O 4 + 6CO 2

WO 3 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 WO 4 + CO 2

WO 3 + 2NaOH \u003d Na 2 WO 4 + H 2 O

Na 2 WO 4 + CaCl 2 \u003d 2NaCl + CaWO 4 Ї.

La solución resultante se libera de impurezas mecánicas y luego se procesa. Inicialmente, el tungstato de calcio precipita, seguido de su descomposición con ácido clorhídrico y la disolución del WO 3 resultante en amoníaco acuoso. A veces, la purificación del tungstato de sodio primario se lleva a cabo utilizando resinas de intercambio iónico. El producto final del proceso es parawolframato de amonio:

CaWO 4 + 2HCl \u003d H 2 WO 4 Ї + CaCl 2

H 2 WO 4 \u003d WO 3 + H 2 O

WO 3 + 2NH 3 · H 2 O (conc.) \u003d (NH 4) 2 WO 4 + H 2 O

12(NH 4) 2 WO 4 + 14HCl (muy diluido) \u003d (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 + 14NH 4 Cl + 6H 2 O

Otra forma de aislar el tungsteno del mineral enriquecido es el tratamiento con cloro o cloruro de hidrógeno. Este método se basa en el punto de ebullición relativamente bajo de los cloruros y oxocloruros de tungsteno (300 °C). El método se utiliza para obtener tungsteno de alta pureza.

El concentrado de wolframita se puede fusionar directamente con carbón o coque en una cámara de arco eléctrico. Esto produce ferrotungsteno, que se utiliza en la fabricación de aleaciones en la industria siderúrgica. También se puede agregar concentrado de scheelita pura al acero fundido.

Alrededor del 30% del consumo mundial de tungsteno proviene del procesamiento de materias primas secundarias. Los desechos de carburo de tungsteno contaminados, astillas, aserrín y residuos de tungsteno en polvo se oxidan y se convierten en paratungstato de amonio. La chatarra de aceros rápidos se utiliza en la producción de los mismos aceros (hasta un 60-70% de la masa fundida total). La chatarra de tungsteno de lámparas incandescentes, electrodos y reactivos químicos prácticamente no se recicla.

El principal producto intermedio en la producción de tungsteno es el paratungstato de amonio (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. También es el principal compuesto de tungsteno transportado. Al calcinar paratungstato de amonio, se obtiene óxido de tungsteno (VI), que luego se trata con hidrógeno a 700–1000 °C para obtener polvo de tungsteno metálico. El carburo de tungsteno se obtiene sinterizándolo con polvo de carbono a 900–2200°C (proceso de carburación).

En 2002, el precio del paratungstato de amonio, el principal compuesto comercial de tungsteno, era de aproximadamente $9,000 por tonelada en términos de metal. Recientemente, ha habido una tendencia a reducir los precios de los productos de tungsteno debido a la gran oferta de China y los países de la antigua URSS.

En Rusia, los productos de tungsteno son producidos por: Skopinsky Hydrometallurgical Plant "Metallurg" ( Óblast de Riazán, concentrado de tungsteno y anhídrido), Planta Vladikavkaz Pobedit (Osetia del Norte, polvo y lingotes de tungsteno), Planta hidrometalúrgica Nalchik (Kabardino-Balkaria, tungsteno metálico, carburo de tungsteno), Planta Kirovgrad de aleaciones duras ( Región de Sverdlovsk, carburo de tungsteno, polvo de tungsteno), Elektrostal (región de Moscú, paratungstato de amonio, carburo de tungsteno), planta electrometalúrgica de Chelyabinsk (ferrotungsteno).

Propiedades de una sustancia simple.

El tungsteno metálico tiene un color gris claro. Después del carbono, tiene el punto de fusión más alto de todos. sustancias simples. Su valor se determina dentro del rango de 3387–3422° C. El tungsteno tiene excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas y el coeficiente de expansión más bajo entre todos los metales. El punto de ebullición es de 5400–5700° C. El tungsteno es uno de los metales más pesados ​​con una densidad de 19250 kg/m 3 . La conductividad eléctrica del tungsteno a 0 °C es aproximadamente el 28 % de la conductividad eléctrica de la plata, que es el metal más conductor de la electricidad. El tungsteno puro es bastante fácil de procesar, pero suele contener impurezas de carbono y oxígeno, lo que le da al metal su conocida dureza.

El tungsteno tiene un módulo de tracción y compresión muy alto, una resistencia a la fluencia térmica muy alta, una conductividad térmica y eléctrica alta, una alta emisión electrónica, que se puede mejorar aún más aleando tungsteno con ciertos óxidos metálicos.

El tungsteno es químicamente resistente. Ácidos clorhídrico, sulfúrico, nítrico, fluorhídrico, agua regia, solución acuosa de hidróxido de sodio, amoníaco (hasta 700 °C), mercurio y vapor de mercurio, aire y oxígeno (hasta 400 °C), agua, hidrógeno, nitrógeno, monóxido de carbono(hasta 800 °C), cloruro de hidrógeno (hasta 600 °C) no afectan al tungsteno. Amoníaco mezclado con peróxido de hidrógeno, azufre líquido y hirviendo, cloro (más de 250 °C), sulfuro de hidrógeno al rojo vivo, agua regia caliente, una mezcla de ácido fluorhídrico y nítrico, fundidos de nitrato, nitrito, clorato de potasio, dióxido de plomo reaccionar con tungsteno, nitrito de sodio, ácido nítrico caliente, flúor, bromo, yodo. El carburo de tungsteno se forma por la interacción de carbono con tungsteno a temperaturas superiores a 1400 ° C, óxido: por interacción con vapor de agua y dióxido de azufre (a una temperatura de calor rojo), dióxido de carbono (por encima de 1200 ° C), óxidos de aluminio, magnesio y torio.

Propiedades de los compuestos más importantes del tungsteno.

Entre los compuestos más importantes del tungsteno se encuentran su óxido, cloruro, carburo y paratungstato de amonio.

Óxido de tungsteno (VI) WO 3 es una sustancia cristalina de color amarillo claro, que se vuelve naranja cuando se calienta, punto de fusión 1473 ° C, punto de ebullición - 1800 ° C. El ácido tungstico correspondiente es inestable, un dihidrato precipita en una solución acuosa, perdiendo una molécula de agua a 70– 100 ° C, y el segundo, a 180–350 ° C. Cuando WO 3 reacciona con álcalis, se forman tungstatos.

Los aniones de los ácidos túngsticos tienden a formar policompuestos. Al reaccionar con ácidos concentrados, se forman anhídridos mixtos:

12WO 3 + H 3 PO 4 (hervir, conc.) = H 3

Cuando el óxido de tungsteno interactúa con el sodio metálico, se forma un tungstato de sodio no estequiométrico, que se denomina "bronce de tungsteno":

WO3+ X na = na X WO3

Al reducir el óxido de tungsteno con hidrógeno, en el momento del aislamiento se forman óxidos hidratados con estado de oxidación mixto - “azul de tungsteno” WO 3– norte(OH) norte , norte= 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl ® (“azul”), W 2 O 5 (OH) (marrón)

Óxido de tungsteno (VI) un producto intermedio en la producción de tungsteno y sus compuestos. Es un componente de algunos catalizadores de hidrogenación y pigmentos para cerámica de importancia industrial.

Más alto cloruro de tungsteno El WCl 6 se forma por la interacción del óxido de tungsteno (o tungsteno metálico) con cloro (así como con flúor) o tetracloruro de carbono. Se diferencia de otros compuestos de tungsteno por su bajo punto de ebullición (347°C). Por su naturaleza química, el cloruro es un cloruro de ácido del ácido túngstico, por lo tanto, al interactuar con el agua, se forman cloruros de ácido incompletos, y al interactuar con los álcalis, se forman sales. Como resultado de la reducción de cloruro de tungsteno con aluminio en presencia de monóxido de carbono, se forma carbonilo de tungsteno:

WCl 6 + 2Al + 6CO \u003d Ї + 2AlCl 3 (en éter)

El WC de carburo de tungsteno se obtiene haciendo reaccionar polvo de tungsteno con carbón en una atmósfera reductora. La dureza, comparable a la del diamante, determina el alcance de su aplicación.

El tungstato de amonio (NH 4) 2 WO 4 es estable solo en solución de amoníaco. en diluido ácido clorhídrico precipita el paratungstato de amonio (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42, que es el principal producto intermedio del tungsteno en el mercado mundial. El paratungstato de amonio se descompone fácilmente cuando se calienta:

(NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 \u003d 10NH 3 + 12WO 3 + 6H 2 O (400 - 500 ° C)

El uso de tungsteno

El uso de metales puros y aleaciones que contienen tungsteno se basa principalmente en su refractariedad, dureza y resistencia química. El tungsteno puro se utiliza en la fabricación de filamentos para lámparas incandescentes eléctricas y tubos de rayos catódicos, en la producción de crisoles para la evaporación de metales, en los contactos de distribuidores de encendido de automóviles, en dianas de tubos de rayos X; como devanados y elementos de calentamiento hornos eléctricos y como material estructural para vehículos espaciales y otros que funcionan a altas temperaturas. Los aceros de alta velocidad (17,5–18,5 % de tungsteno), estelita (a base de cobalto con adición de Cr, W, C), hastalloy (acero inoxidable a base de Ni) y muchas otras aleaciones contienen tungsteno. El ferrotungsteno (68–86 % W, hasta 7 % Mo y hierro), que se obtiene fácilmente por reducción directa de concentrados de wolframita o scheelita, es la base para la producción de aleaciones para herramientas y resistentes al calor. "Pobedit" es una aleación muy dura que contiene 80-87% de tungsteno, 6-15% de cobalto, 5-7% de carbono, indispensable en el procesamiento de metales, la minería y la industria petrolera.

Los tungstatos de calcio y magnesio se usan ampliamente en dispositivos fluorescentes, otras sales de tungsteno se usan en las industrias química y de curtido. El disulfuro de tungsteno es un lubricante seco de alta temperatura, estable hasta 500 ° C. Los bronces de tungsteno y otros compuestos de elementos se utilizan en la fabricación de pinturas. Muchos compuestos de tungsteno son excelentes catalizadores.

Durante muchos años desde su descubrimiento, el tungsteno siguió siendo una rareza de laboratorio, solo en 1847 Oxland recibió una patente para la producción de tungstato de sodio, ácido tungstico y tungsteno a partir de casiterita (piedra de estaño). La segunda patente, obtenida por Oxland en 1857, describía la producción de aleaciones de hierro y tungsteno, que forman la base de los aceros rápidos modernos.

A mediados del siglo XIX Se hicieron los primeros intentos de utilizar tungsteno en la producción de acero, pero largo tiempo no fue posible introducir estos desarrollos en la industria debido al alto precio del metal. El aumento de la demanda de aceros aleados y de alta resistencia condujo al lanzamiento de aceros rápidos en Bethlehem Steel. Las muestras de estas aleaciones se presentaron por primera vez en 1900 en la Exposición Mundial de París.

Tecnología de fabricación de filamentos de tungsteno y su historia.

Los volúmenes de producción de alambre de tungsteno tienen una pequeña participación entre todos los sectores de la aplicación de tungsteno, pero el desarrollo de la tecnología para su producción ha jugado papel clave en el desarrollo de la pulvimetalurgia de compuestos refractarios.

Desde 1878, cuando Swan hizo una demostración en Newcastle de las lámparas de carbón de ocho y dieciséis velas que había inventado, se ha buscado un material más adecuado para fabricar filamentos. La primera lámpara de carbón tenía una eficiencia de solo 1 lumen/vatio, que se incrementó durante los siguientes 20 años mediante modificaciones en los métodos de procesamiento del carbón en un factor de dos y medio. En 1898, la salida de luz de estas bombillas era de 3 lúmenes/vatio. Los hilos de carbón en esos días se calentaban al pasar corriente eléctrica en una atmósfera de vapores de hidrocarburos pesados. Durante la pirólisis de este último, el carbón resultante rellena los poros e irregularidades del hilo, dándole un brillo metálico brillante.

A finales del siglo XIX von Welsbach fabricó el primer filamento de metal para lámparas incandescentes. Lo hizo a partir de osmio (T pl = 2700 ° C). Los filamentos de osmio tenían una eficiencia de 6 lúmenes/vatio, sin embargo, el osmio es un elemento raro y extremadamente caro del grupo del platino, por lo tanto aplicación amplia en producción electrodomésticos No he encontrado. El tantalio, con un punto de fusión de 2996°C, fue ampliamente utilizado en forma de alambre trefilado desde 1903 hasta 1911 gracias al trabajo de von Bolton de Siemens y Halske. La eficiencia de las lámparas de tantalio era de 7 lúmenes/vatio.

El tungsteno comenzó a usarse en lámparas incandescentes en 1904 y reemplazó a todos los demás metales como tales en 1911. Una lámpara incandescente convencional con filamento de tungsteno tiene un brillo de 12 lúmenes/vatio, y las lámparas que funcionan con alto voltaje, 22 lúmenes/vatio. Las lámparas fluorescentes modernas con cátodo de tungsteno tienen una eficiencia de unos 50 lúmenes/vatio.

En 1904, Siemens-Halske intentó aplicar el proceso de trefilado desarrollado para el tantalio a metales más refractarios como el tungsteno y el torio. La rigidez y la falta de maleabilidad del tungsteno impidieron que el proceso se desarrollara sin problemas. Sin embargo, más tarde, en 1913-1914, se demostró que el tungsteno fundido se podía laminar y estirar mediante un procedimiento de reducción parcial. arco eléctrico se pasó entre una varilla de tungsteno y una gota de tungsteno parcialmente fundida colocada en un crisol de grafito recubierto por dentro con polvo de tungsteno y ubicado en una atmósfera de hidrógeno. Así, se obtuvieron pequeñas gotas de tungsteno fundido, de unos 10 mm de diámetro y 20-30 mm de longitud. Aunque con dificultad, ya era posible trabajar con ellos.

En los mismos años, Just y Hannaman patentaron un proceso para fabricar filamentos de tungsteno. Se mezcló polvo fino de metal con un ligante orgánico, la pasta resultante se pasó por hileras y se calentó en una atmósfera especial para eliminar el ligante, y se obtuvo un fino filamento de tungsteno puro.

En 1906-1907 se desarrolló y utilizó el conocido proceso de extrusión hasta principios de la década de 1910. Se mezcló polvo de tungsteno negro muy finamente molido con dextrina o almidón hasta que se formó una masa plástica. La presión hidráulica forzó esta masa a través de finos tamices de diamante. El hilo así obtenido era lo suficientemente fuerte como para enrollarlo en carretes y secarlo. A continuación, los hilos se cortaron en "horquillas", que se calentaron en la atmósfera. gas inerte al rojo vivo para eliminar la humedad residual y los hidrocarburos ligeros. Cada "horquilla" se fijó en una abrazadera y se calentó en una atmósfera de hidrógeno hasta obtener un brillo brillante al pasar una corriente eléctrica. Esto condujo a la eliminación final de las impurezas no deseadas. A altas temperaturas, pequeñas partículas individuales de tungsteno se fusionan y forman un filamento de metal sólido uniforme. Estos hilos son elásticos, aunque frágiles.

A principios del siglo XX Yust y Hannaman desarrollaron un proceso diferente que destaca por su originalidad. Un filamento de carbono de 0,02 mm de diámetro se recubrió con tungsteno calentándolo en una atmósfera de hidrógeno y vapor de hexacloruro de tungsteno. El hilo revestido de esta manera se calentó a un brillo brillante en hidrógeno bajo presión reducida. En este caso, la cubierta de tungsteno y el núcleo de carbono estaban completamente fusionados entre sí, formando carburo de tungsteno. El hilo resultante era blanco y quebradizo. A continuación, el filamento se calentaba en una corriente de hidrógeno, que interactuaba con el carbono, dejando un filamento compacto de tungsteno puro. Los hilos tenían las mismas características que los obtenidos en el proceso de extrusión.

En 1909, el estadounidense Coolidge logró obtener tungsteno maleable sin el uso de rellenos, pero solo con la ayuda de una temperatura y temperatura razonables. mecanizado. El principal problema en la obtención de alambre de tungsteno era la rápida oxidación del tungsteno a altas temperaturas y la presencia de una estructura granular en el tungsteno resultante, lo que conducía a su fragilidad.

La producción moderna de alambre de tungsteno es compleja y precisa. proceso tecnológico. La materia prima es tungsteno en polvo obtenido por la reducción de paratungstato de amonio.

El polvo de tungsteno utilizado para la producción de alambre debe ser de alta pureza. Por lo general, se mezclan polvos de tungsteno de varios orígenes para promediar la calidad del metal. Se mezclan en molinos y, para evitar la oxidación del metal calentado por fricción, se pasa una corriente de nitrógeno a la cámara. Luego, el polvo se prensa en moldes de acero en prensas hidráulicas o neumáticas (5–25 kg/mm2). Si se utilizan polvos contaminados, el compacto se vuelve quebradizo y se añade un ligante orgánico totalmente oxidable para eliminar este efecto. Sobre el siguiente etapa Se lleva a cabo la presinterización de las varillas. Cuando el calentamiento y el enfriamiento se compactan en un flujo de hidrógeno, su propiedades mecánicas están mejorando. Los compactos todavía son bastante frágiles y su densidad es del 60 al 70% de la densidad del tungsteno, por lo que las varillas se someten a sinterización a alta temperatura. La varilla se sujeta entre contactos enfriados por agua, y en una atmósfera de hidrógeno seco se hace pasar una corriente a través de ella para calentarla casi hasta su punto de fusión. Debido al calentamiento, el tungsteno se sinteriza y su densidad aumenta al 85–95% de la cristalina, al mismo tiempo, aumenta el tamaño de los granos y crecen los cristales de tungsteno. A esto le sigue el forjado a una temperatura alta (1200–1500°C). En un aparato especial, las varillas se pasan a través de una cámara, que se comprime con un martillo. Para una pasada, el diámetro de la varilla se reduce en un 12 %. Cuando se forjan, los cristales de tungsteno se alargan, creando una estructura fibrilar. Después de la forja, sigue el trefilado. Las varillas se lubrican y se pasan por un tamiz de diamante o carburo de tungsteno. El grado de extracción depende del propósito de los productos resultantes. El diámetro del cable resultante es de aproximadamente 13 µm.

El papel biológico del tungsteno

limitado. Su vecino en el grupo, el molibdeno, es indispensable en las enzimas que aseguran la unión del nitrógeno atmosférico. Anteriormente, el tungsteno se usaba en la investigación bioquímica solo como antagonista del molibdeno, es decir, la sustitución de molibdeno por tungsteno en el centro activo de la enzima condujo a su desactivación. Las enzimas, por el contrario, desactivadas al reemplazar el tungsteno por molibdeno, se encontraron en microorganismos termófilos. Entre ellas se encuentran las formiatos deshidrogenasas, las aldehído ferredoxina oxidorreductasas; formaldehído-ferdo-xina-oxidorreductasa; acetileno hidratasa; reductasa ácido carboxílico. Ahora se han determinado las estructuras de algunas de estas enzimas, como la aldehído ferredoxina oxidorreductasa.

No se han identificado efectos graves de la exposición al tungsteno y sus compuestos en humanos. La exposición prolongada a altas dosis de polvo de tungsteno puede causar neumoconiosis, una enfermedad causada por todos los polvos pesados ​​que ingresan a los pulmones. Los síntomas más comunes de este síndrome son tos, problemas respiratorios, asma atópica, cambios en los pulmones, cuya manifestación disminuye después de que se detiene el contacto con el metal.

Materiales en línea: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Yuri Krutiakov

Literatura:

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Tener un color gris claro. EN sistema periódico Mendeleev, posee el número de serie 74. El elemento químico es refractario. Contiene 5 isótopos estables en su composición.

Propiedades químicas del tungsteno

La resistencia química del tungsteno en el aire y en el agua es bastante alta. Cuando se calienta, se oxida. Cómo más temperatura, mayor es la tasa de oxidación de un elemento químico. A temperaturas superiores a 1000°C, el tungsteno comienza a evaporarse. A temperatura ambiente, los ácidos clorhídrico, sulfúrico, fluorhídrico y nítrico no pueden tener ningún efecto sobre el tungsteno. Una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico disuelve el tungsteno. Ni en estado líquido ni en estado sólido, el tungsteno se mezcla con oro, plata, sodio, litio. Además, no hay interacción con magnesio, calcio, mercurio. Tungsteno en tantalio y niobio, y con cromo y puede formar soluciones tanto en estado sólido como en estado liquido.

Aplicación de tungsteno

El tungsteno se utiliza en industria moderna cómo en forma pura, así como en . El tungsteno es un metal resistente al desgaste. A menudo, las aleaciones que contienen tungsteno se utilizan para fabricar álabes de turbinas y válvulas de motores de aeronaves. Además, este elemento químico ha encontrado su aplicación para la fabricación de diversas piezas en ingeniería de rayos X y radioelectrónica. El tungsteno se utiliza para los filamentos de las lámparas eléctricas.

Los compuestos químicos de tungsteno han encontrado recientemente su uso práctico. El heteropoliácido fosfotúngstico se utiliza en la producción de colores brillantes y lacas resistentes a la luz. Para la fabricación de pinturas luminosas y la fabricación de láseres, se utilizan tungstatos de elementos de tierras raras, metales alcalinotérreos y cadmio.

Hoy en día, los tradicionales anillos de bodas de oro están siendo reemplazados por productos hechos de otros metales. Los anillos de boda de carburo de tungsteno han ganado popularidad. Dichos productos son muy duraderos. El acabado de espejo del anillo no se desvanecerá con el tiempo. El producto conservará su estado original durante todo el período de uso.

El tungsteno se utiliza como aditivo de aleación para el acero. Esto le da al acero su fuerza y ​​dureza. alta temperatura. Por lo tanto, las herramientas hechas de acero de tungsteno tienen la capacidad de soportar procesos de trabajo de metales muy intensivos.

La producción mundial de tungsteno es de unas 30 mil toneladas al año. Desde principios de nuestro siglo, ha experimentado en repetidas ocasiones fuertes aumentos y caídas igualmente pronunciadas. Y ahora es un metal puramente estratégico. A partir de acero de tungsteno y otras aleaciones que contienen o sus carburos, se fabrican armaduras de tanques, proyectiles de torpedos y proyectiles, la mayoría detalles importantes aeronaves y motores. - indispensable componente mejores marcas herramienta de acero. En general, la metalurgia absorbe casi el 95% de todo el tungsteno extraído.

Característicamente, utiliza ampliamente no sólolimpiotungsteno, pero principalmente el ferrotungsteno más barato - una aleación que contiene 80% W y aproximadamente20% Fe; obtenerlo en hornos de arco eléctrico) El tungsteno tiene muchas cualidades notables. El llamado metal pesado (del tungsteno, el níquel y el cobre) se utiliza para fabricar contenedores en los que se almacenan materiales radiactivos. Su efecto protector es un 40% superior al del plomo. Esta aleación también se usa en radioterapia, ya que crea suficiente protección con un grosor de pantalla relativamente pequeño.

Una aleación de carburo de tungsteno con 16% de cobalto es tan dura que puede reemplazarse parcialmente al perforar pozos.Las pseudoaleaciones de tungsteno con cobre y plata son un excelente material para interruptores e interruptores de corriente eléctrica de alta tensión: duran seis veces más que los contactos de cobre convencionales. O el uso de tungsteno en los cabellos de las lámparas eléctricas se discutió al principio del artículo. La indispensabilidad del tungsteno en esta área se explica no solo por su refractariedad, sino también por su ductilidad.? De un kilogramo de tungsteno, se estira un alambre con una longitud 3,5 km, es decir, este kilogramo es suficiente para fabricar filamentos para 23.000 bombillas de 60 vatios.

Es debido a esta propiedad que la industria eléctrica mundial consume solo alrededor de 100 toneladas de tungsteno por año. yo ENen los últimos años han adquirido gran importancia práctica compuestos químicos tungsteno. En particular, el heteropoliácido fosfotúngstico se utiliza para la producción de barnices y pinturas brillantes y resistentes a la luz. solución de tungstato de sodioNa 2 WO 4da a los tejidos resistencia al fuego y al agua, y metales alcalinotérreos, cadmio y tierras raraslos elementos finos se utilizan en la fabricación de láseres y pinturas luminosas.

POR QUÉ "TUNGSTENO"? Esta palabra es de origen alemán.Se sabe que antes no se refería al metal, sino al principal mineral de tungsteno: la wolframita. Existe la suposición de que esta palabra era casi abusiva. En los siglos XVI-XVII. El "tungsteno" se consideraba un mineral de estaño. (Él realmente a menudo acompaña minerales de estaño.) Pero se fundió menos estaño de minerales que contenían estaño, como si alguien lo "devorara". Entonces apareció el nombre, que refleja los "hábitos de lobo" del tungsteno, - en alemán Wolf es un lobo, y el antiguo alemán Ramm es bun paraíso.

¿WOLFRAM O TUNGSTENO? Sería en vano buscar un metal llamado "tungsteno" en la conocida revista de resumen químico de los Estados Unidos o en publicaciones de referencia sobre todos los elementos químicos de Mellor (Inglaterra) y Pascal (Francia). Artículo No.74 lo llaman de otra manera: tungsteno. Incluso un símboloW (la letra inicial de la palabra Wolfram) se ha generalizado solo en los últimos años: más recientemente, Tu (las letras iniciales de la palabra tungsteno) se escribieron en Italia y Francia.¿Por qué tanta confusión? Sus cimientos están sentados por la historia del descubrimiento del elemento No. 74.B1783 Los químicos españoles, los hermanos Eluard, informan del descubrimiento de un nuevo elemento.

Al descomponer el mineral sajón "tungsteno" con ácido nítrico, obtuvieron "tierra ácida", un precipitado amarillo del óxido de algún metal, soluble en amoníaco. Este óxido estaba incluido en el mineral original junto con los óxidos de hierro y manganeso. Los hermanos Eluard propusieron llamar al nuevo elemento tungsteno, y al propio mineral, wolframita. Entonces, ¿quién descubrió el tungsteno? ¿Los hermanos Éluard? Si y no. Sí, porque fueron los primeros en informar este descubrimiento en forma impresa. No, porque dos años antes de eso, en1781 g.- el famoso científico sueco Karl Wilhelm Scheele descubrió exactamente la misma "tierra amarilla", procesando otro mineral con ácido nítrico. Se llamaba simplemente "tungsteno", es decir, "piedra pesada" (en suecotung - pesado, sten - piedra). Scheele descubrió además que esta "tierra" difiere del molibdeno similar en el color y algunas otras propiedades, y en el mineral está asociado con el óxido de calcio. En honor a Scheele, el mineral tungsteno pasó a llamarse "scheelita".Queda por añadir que uno de los hermanos Eluard fue alumno de Scheele y en1781 El señor trabajaba en su laboratorio... ¿Quién descubrió el tungsteno?Ambos bandos mostraron la debida nobleza en esta materia; Scheele nunca afirmó haber descubierto el tungsteno y los hermanos Eluard no insistieron en su prioridad.

EL NOMBRE "BRONCE DE TUNGSTENO" SE ENGAÑA. A menudo escuchas sobre los bronces de tungsteno. ¿Qué es esto? Externamente, son muy bonitos. El bronce de tungsteno dorado tiene la composiciónNa 2 O x WO 2 x WO 3, y azul - Na 2 O x WO 2 x 4 WO 3 ; rojo purpúreo y violeta ocupan posición intermedia- la relación de WO 3 a WO2 en ellos es menor que cuatro, pero mayor que uno. Como puede verse en las fórmulas, estos no contienen ni cobre, ni zinc, ni estaño, es decir, estrictamente hablando, no son bronce en absoluto. No lo son en absoluto, ya que aquí no hay compuestos puramente metálicos: tanto tungsteno como oxidado. Sin embargo, se asemejan al bronce no solo en color y brillo, sino también en dureza, resistencia a los reactivos químicos y alta conductividad eléctrica.

COLOR melocotón. Fue muy difícil preparar esta pintura; no es rojo ni rosa, pero algunos color intermedio y con un tinte verdoso. Según la leyenda, para abrirlo había que gastar unos8000 experimentos con varios metales y minerales En el siglo 17 los artículos de porcelana más caros para el emperador chino fueron pintados en color melocotón en una fábrica en la provincia de Shansn. Cuando se descubrió el secreto para hacer esta pintura, resultó que se basaba en óxido de tungsteno.

COMO UN CUENTO DE HADAS. sucedió en1911 D. Un estudiante llamado Li llegó a la provincia de Yunnan desde Beijing. Durante días y días, desapareciendo en las montañas, estuvo buscando algún tipo de piedra, según él, estaño. Pero no encontró nada.El dueño de la casa donde se instaló el estudiante tenía una hija pequeña, Xiao-mi. La niña sintió pena por el desafortunado buscador de piedras especiales y, por la noche, sirviéndole la cena, contó historias simples. Uno de ellos era sobre un horno inusual construido con piedras oscuras que cayó de un acantilado justo en el patio trasero de su casa. La estufa resultó ser muy exitosa: sirvió regularmente a los propietarios durante muchos años. Xiao-mi incluso le dio al estudiante una de estas piedras: marrón, metida, pesada, como. Resultó que era wolframita pura... Sobre

ISOTOPOS DE TUNGSTENO.El tungsteno natural se compone de cinco estable isótopos con números de masa 180, 182, 183, 184 los más comunes heridos, su participación es del 30,64%) y 186. De los numerosos isótopos radiactivos artificiales del elemento№ 74 prácticamentesolo tres son importantes: tungsteno-181 con una vida media de 145 días, tungsteno-185 (74,5 días) y tungsteno-187 (23,85 horas). Estos tres isótopos se forman en reactores nucleares cuando se bombardean con neutrones. mezcla natural isótopos de tungsteno.