El punto de fusión del tungsteno metálico
Suplemento de conocimiento:
El tungsteno es un metal poco común de alto punto de fusión, 3410 más o menos 20 grados Celsius el punto de ebullición del tungsteno; es 5660 grados Celsius, que es la más alta entre los metales. Pertenece al grupo VIB en el sexto período (el segundo período más largo) de la tabla periódica de elementos. El tungsteno es un metal de color blanco plateado que parece acero. El tungsteno tiene un alto punto de fusión, baja presión de vapor y baja tasa de evaporación. Las propiedades químicas del tungsteno son muy estables, no reacciona con el aire ni el agua a temperatura ambiente y es insoluble en ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico y soluciones alcalinas. El agua regia solo puede oxidar su superficie y disolverse en una mezcla de ácido nítrico y ácido fluorhídrico. Puede combinarse con cloro, bromo, yodo, carbono, nitrógeno y azufre a altas temperaturas, pero no puede hidrogenarse.
Las principales propiedades físicas del tungsteno son las siguientes:
Símbolo del elemento: w
Número atómico: 74
Isótopos estables y sus porcentajes: 180 (0,14); 182 (26,41); 183 (14,40); 184 (30,64); 186 (28,41)
Volumen atómico: (centímetro cúbico/mol) 9,53
Masa atómica relativa: 183,85
Contenido de elementos en el sol: (ppm)0,004
Contenido de elementos en agua de mar: (ppm)0,000092
Estructura de la capa electrónica de átomos: 1s 22 p 63s 23 p 63d 104s 24 p 64d 104 f 145s 25 p 65d 56s 1.
Volumen atómico: 9,53 cm/mol
Radio atómico: 137 picómetros
Configuración electrónica periférica: 5d46s2.
La velocidad de propagación del sonido en él: (m/s) 4620
Estados de oxidación: principal w-4, w-2, w-1, w0, w 2, w 3, w 4, w 5, w 6.
Energía de ionización (kj/mol): m-m 770m -m2 1700 m2 -m3 2300 m3 -M4 3400 m3 -M5 4600 m3 -M6 5900.
Primera energía de ionización: 775kJ/mol.
Electronegatividad: 1.7.
Densidad: 19,35 g/cm3.
Estructura cristalina y constantes de red;
α-W: La celda unitaria es una celda unitaria cúbica centrada en el cuerpo, y cada celda unitaria contiene 2 átomos de metal. β-W: Red cúbica A = 5,046 nm (estable por debajo de 630 °C)
Parámetros de la celda unitaria:
a = 316,52 pm
b = 316,52 pm
c = 316,52 pm
α = 90
β = 90
γ = 90
Punto de fusión : 3410±20℃
Punto de ebullición: 5927℃
Dureza de Mohs: 7,5
Calor latente de fusión: 40,13 6,67 kj/mol.
Calor de sublimación: 847,8 kJ/mol (25 ℃)
Calor de vaporización: 823,85 ± 20,9 kJ/mol (punto de ebullición)
Coeficiente de temperatura de resistencia : 0,00482 I/℃
Función de trabajo de electrones: 4,55 electronvoltios
Superficie de captura de neutrones térmicos: 19,2b.
Módulo elástico: 35000-38000 MPa (cable)
Módulo de torsión: 36000Mpa
Módulo volumétrico: 3.108×1011-1.579×107t 0.344×103 T2 pa .
Módulo de corte: 4.103×1011-3.489×107t 7.55×103 T2 pa.
Relación de compresión: 2.910-7 cm/kg
El tungsteno se presenta en dos variantes, alfa y beta.
A temperaturas y presiones normales, el tipo α es una estructura cúbica estable centrada en el cuerpo. El tungsteno de tipo beta sólo puede aparecer en presencia de oxígeno. Es estable por debajo de 630 ℃ y se transforma en alfa tungsteno por encima de 630 ℃, y este proceso es irreversible.
Isótopos:
Símbolo de isótopo Abundancia natural Vida media Tipo de desintegración Liberaciones de desintegración Energía Productos de desintegración
180 w 0,12 1,8e 18α2,516 mev 176 HF.
181W sintetiza 121,2 días ε captura de electrones 0,188mev 1TA
182W 26,50 elemento estable, no decae. 108 Neutrón
183W14.5438 0 Elemento estable sin desintegración. 109 Neutron
184W 30,64 es un elemento estable y no se desintegra. 110 neutrones
185W sintetiza 75,1 días β 0,433MeV 185Re
186W 28,43 es un elemento estable y no decae. 112 Neutrón
Nota: Mev es la abreviatura de mega electrón voltio.
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El número atómico del tungsteno en la tabla periódica de elementos es 74. La palabra china "tungsteno" y el símbolo "w" provienen del alemán Wolfram. Como el mineral de tungsteno negro de Alemania es mundialmente famoso, los alemanes lo llaman tungsteno. Su nombre en inglés es tungsteno, que originalmente significa piedra pesada, y su componente principal es tungstato de calcio.
El tungsteno tiene diferentes nombres en distintos idiomas alrededor del mundo. Consulte la siguiente tabla para obtener más detalles:
Gran Bretaña, Reino Unido
Tungsteno
Alemania
Tungsteno
Italia
Tungsteno no
Suecia
Wolfram
Francia
Tungsteno
Países Bajos
Wolframio
España
Wolframio
Portugal
Ión de tungsteno
El tungsteno se llama Wu en chino, que proviene de la pronunciación de lenguas occidentales, como el inglés. El ucraniano es chino simplificado y su homólogo chino tradicional es tungsteno. El tungsteno tiene dos significados en chino: uno es mirlo, por lo que podemos entenderlo como “mirlo de metal” además, Wu también significa negro y cuervo; La mayoría de los metales, especialmente los de tierras raras, reciben este nombre en China. Se descubrieron por primera vez en Occidente, luego se introdujeron en China y todavía se utilizan en la actualidad.
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Hay más de una docena de minas importantes de tungsteno, incluidas dos en China. Wolframita (wolframita) y scheelita (tungstato de calcio).
1. Wolframita (FeMn)WO4. Los colores incluyen gris oscuro, marrón rojizo, marrón claro, negro, marrón y marrón hierro. Brillo semimetálico, brillo metálico y brillo de resina. Generalmente en forma de hoja, curvados, escamosos, granulares y densos; algunos cristales monoclínicos, como placas gruesas y pilares puntiagudos, suelen estar llenos de vetas blancas en las grietas del granito y las rocas adyacentes. Dureza 5-5,5, gravedad específica 7,1-7,5. Fracturas escalonadas. Frágil y débilmente magnético. La wolframita es la principal materia prima para fundir tungsteno y preparar tungstato.
2.Scheelita CaWO4. El color es blanquecino, pero también está disponible en leonado, verde y rojo. Brillo de grasa. Pertenece al sistema cristalino tetragonal y forma pseudooctaedros bipiramidales o cristales en placas. A veces se pueden ver franjas diagonales en la superficie del cristal, entre las que son más comunes las gemelas. Algunos cristales tienen forma de concha, de riñón, granulares y densos. Dureza 4,5-5; gravedad específica 5,9-6,2. Fracturas frágiles, concoideas o dentadas. Scheelite emite una hermosa fluorescencia azul claro cuando se ilumina con lámparas fluorescentes. Los minerales de scheelita se producen en Dayu, Rucheng, Anhua, Linwu, Yunnan y otros lugares de Jiangxi. Los placeres polimórficos,
concentrado de wolframita o concentrado de scheelita se pueden obtener mediante separación por gravedad (agitador, jig, etc.). ), flotación, tolva y lavado de arena pesada.
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En la década de 1750, los químicos descubrieron el efecto del tungsteno en las propiedades del acero. Sin embargo, la producción y aplicación generalizada del acero de tungsteno comenzó a finales del siglo XIX y principios del XX.
En 1900, el acero rápido se exhibió por primera vez en la Exposición Universal de París. Por tanto, la industria de extracción de tungsteno ha crecido rápidamente desde entonces. La aparición de este acero supone un importante avance tecnológico en el corte de metales. El tungsteno se ha convertido en el elemento de aleación más importante.
En 1900, el inventor ruso анладыгин propuso por primera vez el uso de tungsteno en las bombillas. No fue hasta 1909 que кулид desarrolló un método de proceso basado en pulvimetalurgia y procesamiento a presión que el tungsteno se utilizó ampliamente en la tecnología de vacío eléctrico.
En 1927-1928 se desarrolló el carburo cementado con carburo de tungsteno como componente principal. Esta fue una etapa importante en la historia del desarrollo industrial del tungsteno. Las propiedades de estas aleaciones son superiores a las de los mejores aceros para herramientas en todos los aspectos y se utilizan ampliamente en la tecnología moderna.
Propósito de doblar y editar este párrafo
Aproximadamente el 50% del mineral de tungsteno extraído en el mundo se utiliza para fundir acero de alta calidad, aproximadamente el 35% se utiliza para producir acero duro. , aproximadamente el 10% se utiliza para fabricar alambre de tungsteno y aproximadamente el 10% se utiliza para fabricar alambre de tungsteno 5 para otros fines. El tungsteno se puede utilizar para fabricar pistolas, boquillas para propulsores y alimentadores de cohetes, hojas para cortar metal, brocas, moldes superduros, troqueles para trefilado, etc. El tungsteno se usa ampliamente en minería, metalurgia, maquinaria, construcción, transporte, electrónica, productos químicos, industria ligera, textiles, industria militar, aeroespacial, tecnología y diversos campos industriales.
El tungsteno se utiliza ampliamente en la tecnología moderna en forma de metales puros y sistemas de aleaciones. Los sistemas de aleaciones más importantes incluyen acero aleado, carburo cementado a base de carburo de tungsteno, aleaciones resistentes al desgaste y aleaciones térmicas fuertes. El tungsteno se utiliza principalmente en los siguientes campos industriales:
Industria del acero
El tungsteno se utiliza principalmente en la producción de acero especial. El acero de alta velocidad ampliamente utilizado contiene 9-24 tungsteno, 3,8-4,6 cromo, 1-5 vanadio, 4-7 cobalto y 0,7-1,5 carbono. La característica del acero rápido es que puede templarse automáticamente en aire a una temperatura de revenido alta (700-800 ℃), por lo que aún mantiene una alta dureza y resistencia al desgaste hasta 600-650 ℃. Entre los aceros para herramientas de aleación, el acero de tungsteno contiene 0,8-1,2 tungsteno; el acero de cromo-tungsteno-silicio contiene 2-2,7 tungsteno; el acero de cromo-tungsteno-manganeso contiene 0,5-1,6 tungsteno. El acero que contiene tungsteno se utiliza para fabricar diversas herramientas, como brocas, fresas, matrices de trefilado, matrices macho y hembra, herramientas neumáticas y otras piezas. El acero con imán de tungsteno es un tipo de acero con imán permanente que contiene entre 5,2 y 6,2 tungsteno, entre 0,68 y 0,78 de carbono y entre 0,3 y 0,5 de cromo. El imán de tungsteno-cobalto contiene 11,5-14,5 tungsteno, 5,5-6,5 molibdeno y 11,5-12,5 cobalto materiales magnéticos duros. Tienen alta magnetización y coercitividad.
Carburo cementado a base de carburo de tungsteno
El carburo de tungsteno tiene alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia al fuego. Estas aleaciones contienen entre un 85% y un 95% de carburo de tungsteno y entre un 5% y un 14% de cobalto. El cobalto se utiliza como metal aglutinante para dar a la aleación la resistencia necesaria. Algunas aleaciones utilizadas principalmente para mecanizar acero también contienen carburos de titanio, tantalio y niobio. Todas estas aleaciones se fabrican mediante pulvimetalurgia. Cuando se calienta a 1000-1100 ℃, todavía tiene alta dureza y resistencia al desgaste. Las herramientas de corte de carburo pueden cortar mucho más rápido que las mejores herramientas de corte de acero para herramientas. El carburo se utiliza principalmente en herramientas de corte, herramientas de minería y matrices de trefilado.
Aleación resistente al calor
El tungsteno, como metal más refractario, es un componente de muchas aleaciones resistentes al calor, como 3-15 tungsteno, 25-35 cromo, 45- La aleación de cobalto 65 y CoCrW compuesta de 0,5-0,75 de carbono se utiliza principalmente para piezas con gran resistencia al desgaste, como válvulas de motores aeroespaciales.
En la tecnología de cohetes aeroespaciales y otros sectores que requieren una alta resistencia térmica para piezas de máquinas, motores y algunos instrumentos, se utilizan como Material de resistencia térmica.
Aleación de cobre y tungsteno
La aleación de tungsteno y cobre (10-40 de cobre) y la aleación de tungsteno y plata obtenidas mediante pulvimetalurgia tienen una buena conductividad eléctrica y térmica del cobre y la plata, así como La resistencia del tungsteno. A altas temperaturas, el cobre de la aleación se licuará y se evaporará a unos 3000 °C, eliminando una gran cantidad de calor al mismo tiempo, reduciendo así el calor del material, por lo que también se le llama material autotranspirante. Por lo tanto, es un material de contacto muy eficaz en la fabricación de componentes de trabajo como interruptores de cuchilla, disyuntores y electrodos de soldadura por puntos.
Aleación de alta gravedad específica
Aleación de alta densidad compuesta por 90-95 tungsteno, 1-6 níquel, 1-4 cobre y una aleación con hierro en lugar de cobre (-5) Las aleaciones se utilizan en la fabricación de giroscopios, aviones, pesos de dirección, escudos contra la radiación de radioisótopos y góndolas.
Aleación de tungsteno dopada
La aleación de tungsteno dopada con óxidos como K, Al, Si o ThO2 se puede convertir en alambres de tungsteno, barras de tungsteno y diversas piezas forjadas mediante pulvimetalurgia. Se utiliza en la producción de tubos, radioelectrónica y tecnología de rayos X. El tungsteno es el mejor material para fabricar filamentos y espirales tejidos de color blanco. Bajo temperaturas de funcionamiento extremadamente altas (2200-2500°C), aún se puede garantizar una alta eficiencia luminosa y la pequeña tasa de evaporación garantiza una larga vida útil del filamento. El alambre de tungsteno también se utiliza para fabricar cátodos y rejillas de tubos de oscilación electrónicos de calentamiento directo, cátodos de rectificadores de alto voltaje y calentadores de cátodos de calentamiento indirecto en diversos instrumentos electrónicos. El tungsteno se utiliza como contracátodo y cátodo en tubos de rayos X y tubos de descarga de gas, así como contactos en equipos de radio y electrodos en pistolas de soldadura de hidrógeno atómico. El alambre y la varilla de tungsteno se utilizan como calentadores en hornos de alta temperatura (3000°C). Los calentadores de tungsteno funcionan con hidrógeno, gas inerte o vacío.
Tungstato de sodio compuesto
El tungstato de sodio se utiliza en la producción de cierto tipo de pinturas y pigmentos, así como en la industria textil, y se mezcla con sulfato de amonio y fosfato de amonio para hacer fuego. -Telas y lonas resistentes. También se utiliza en la fabricación de metales de tungsteno, ácido tungstico y tungstato, así como colorantes, pigmentos, tintas, galvanoplastia, etc. También se utiliza como catalizador, etc. El ácido tungstico se utiliza como mordiente y colorante en la industria textil y como catalizador para la preparación de gasolina de alto octanaje en la industria química. El disulfuro de tungsteno se utiliza como lubricante sólido y catalizador en síntesis orgánica, como la preparación de gasolina sintética. El mineral de tungsteno se puede procesar para obtener trióxido de tungsteno, que luego se puede reducir con hidrógeno para producir polvo de tungsteno, que se usa ampliamente como materia prima para materiales de tungsteno y materiales metalúrgicos de tungsteno.
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Mi país es un importante productor de tungsteno, con reservas de recursos de tungsteno de 5,2 millones de toneladas, más de tres veces las reservas totales de 30 países extranjeros (6,54383 millones de toneladas). Tanto la producción como el volumen de exportación ocupan el primer lugar en el mundo. mundo. Las provincias de Hunan, Jiangxi y Henan se encuentran entre las tres primeras en términos de reservas de recursos de tungsteno del país. Hunan y Jiangxi representan el 55,48% de las reservas de recursos de tungsteno del país. Hunan está dominado por el mineral de scheelita y Jiangxi está dominado por el mineral de wolframita. Sus recursos de mineral de wolframita representan el 42,40% de los recursos totales de mineral de wolframita del país.
Las minas de tungsteno de mi país se distribuyen generalmente en las zonas costeras orientales de Guangdong a ambos lados de las montañas Nanling de mi país, especialmente en el sur de Jiangxi, con reservas que representan más de la mitad de las reservas mundiales. Además, Dayu en Jiangxi, Rucheng, Anhua, Linwu, Zixing y Chaling en Hunan, Guangxi, Yunnan, Sichuan, Fujian y otras provincias también tienen recursos minerales de tungsteno.
Las principales zonas productoras de mineral de tungsteno extranjero son Canadá y Estados Unidos.
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El filamento de la bombilla es filamento de tungsteno. El tungsteno es el metal más refractario, con un punto de fusión de hasta 3410°C. Cuando la lámpara está encendida, la temperatura del filamento supera los 3000°C. Sólo el tungsteno puede soportar temperaturas tan altas, mientras que la mayoría de los demás metales se funden en líquido o incluso se convierten en vapor.
El tungsteno fue descubierto por el químico sueco Scheele en 1781 cuando usó ácido para descomponer el ácido de tungsteno. Sin embargo, se necesitaron 67 años para crear tungsteno metálico puro. El tungsteno puro es un metal de color blanco plateado, sólo el tungsteno en polvo o en filamentos es gris o negro. La razón por la cual la bombilla se vuelve negra después de un uso prolongado es porque hay una capa de polvo de tungsteno en la pared interior de la bombilla. El tungsteno es muy pesado. 1 metro cúbico de tungsteno pesa 19,1 toneladas, que es aproximadamente lo mismo que el oro, por lo que su significado original en sueco es "pesado". El tungsteno también es muy duro. La gente utiliza el diamante, la piedra más dura, como matriz de trefilado, y deja pasar un alambre de tungsteno con un diámetro de 1 mm a través de más de 20 agujeros de diamante que van disminuyendo gradualmente, y luego se estira hasta formar un filamento con un diámetro de sólo unas pocas centésimas. de un milímetro. Un kilogramo de lingote de tungsteno puede extraer filamentos de hasta 400 kilómetros de longitud. Lámparas incandescentes, tubos de vacío e incluso las novedosas "lámparas de yodo tungsteno" domésticas. Todos utilizan tungsteno como filamento. Según las estadísticas, ¡la producción anual de lámparas incandescentes y tubos electrónicos en todo el mundo supera los varios miles de millones!
El mayor uso del tungsteno no es fabricar filamentos, sino fabricar acero de tungsteno. Cada año, el 90% del tungsteno del mundo se utiliza para fabricar acero de tungsteno. En la antigua China, a menudo había espadas de las que se decía que "cortaban el hierro como arcilla". "Water Margin" dice que si pones tu cabello en la espada de Yang Zhi, la "bestia de cara verde", tu cabello se partirá por la mitad. Estas leyendas son algo exageradas, pero algunos cuchillos son realmente afilados.
Según análisis químicos modernos. ¡Resulta que estos cuchillos de acero contienen tungsteno! La gente junta mineral de tungsteno y mineral de hierro para fabricar acero de tungsteno. El acero de tungsteno generalmente contiene entre 9 y 17 tungsteno.
El tungsteno es el metal más resistente al calor. El acero de tungsteno también hereda esta excelente característica del tungsteno. Las herramientas de torneado hechas de acero al carbono ordinario se ablandan cuando se calientan a más de 250 °C y, naturalmente, no pueden cortar metal. Sin embargo, las herramientas de torneado de acero de tungsteno siguen siendo tan duras como siempre a temperaturas de hasta 1000°C. En 1900 se exhibieron por primera vez herramientas de torneado de acero de tungsteno en la Exposición Universal. Sin embargo, debido a sus enormes ventajas, las herramientas de torneado de acero de tungsteno se han promocionado rápidamente en la industria. En sólo 50 años, gracias al uso de herramientas de torneado de acero de tungsteno, la velocidad de corte de metal se ha multiplicado por 200, de 10 metros por minuto a más de 2.000 metros por minuto. El cañón y el cañón también están hechos de acero de tungsteno, que se rayará con los proyectiles y las balas durante los disparos continuos, pero el acero de tungsteno resistente al calor aún mantiene una buena elasticidad y resistencia mecánica.
El tungsteno es duro y el tungsteno es duro y afilado. Pero si el carburo cementado está hecho de carburo de tungsteno y polvo de cobalto, es más duro que el acero de tungsteno e incluso tan bueno como el diamante. Este carburo no se fabrica en un horno de acero, sino a partir de polvo metálico. Este método de fabricación se denomina "pulvimetalurgia". Durante la fabricación, la gente primero mezcla polvo de carbono y polvo de tungsteno y los calienta a aproximadamente 1500 °C para producir carburo de tungsteno. Luego, se mezclan polvo de carburo de tungsteno y polvo de cobalto negro, se les da una forma determinada y primero se calientan a 1000°C para la sinterización previa. Después de la precocción, la aleación se mecaniza (porque apenas se puede agregar tierra después del endurecimiento) y luego se calienta a aproximadamente 1500°C. En ese momento, originalmente era un polvo negro de "arena suelta", pero se sinterizó en un carburo cementado muy fuerte. China está promoviendo vigorosamente el uso de este sencillo método de pulvimetalurgia para fabricar carburo cementado. Al mecanizar las mismas piezas mecánicas, las herramientas fabricadas con este carburo de tungsteno pueden cortar 15 veces más rápido que las herramientas de carburo de tungsteno. Los moldes fabricados con este carburo de tungsteno se pueden perforar más de 3 millones de veces, mientras que los moldes de acero de aleación ordinarios solo se pueden perforar más de 50.000 veces. Además, como no se desgasta fácilmente, el producto es muy preciso. El carburo se ha utilizado ampliamente en diversos campos industriales en China, como en la fabricación de piezas de relojes, boquillas de alta presión utilizadas en plantas químicas, núcleos superiores de tubos de acero sin costura, brocas utilizadas en plataformas de perforación, etc.
Aleación de tungsteno-tungsteno-titanio, aleación de tungsteno-cromo-cobalto y otras aleaciones. , también es un famoso carburo cementado.
Las propiedades químicas del tungsteno son muy estables, incluso en condiciones de calentamiento, no reaccionará con el ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico e incluso se disolverá en agua regia; en agua regia, el tungsteno sólo se oxida lentamente. en la superficie. Sólo una mezcla altamente corrosiva de ácido fluorhídrico y nítrico puede disolver el tungsteno.
El tungsteno tiene muchos compuestos, entre los cuales el yoduro de tungsteno y el bromuro de tungsteno se pueden usar para fabricar nuevas fuentes de luz; el tungstato de sodio se puede usar para fabricar telas ignífugas; el tungstato de plomo se puede usar como pigmento blanco; mientras que el óxido de tungsteno es un pigmento amarillo.
En la corteza terrestre, el contenido de tungsteno es de cuatro partes por cien mil. ¡China tiene las reservas de tungsteno más grandes del mundo! Entre ellos, la montaña Dagenshan en la provincia de Jiangxi tiene las mayores reservas, y Guangxi, Guangdong, Hunan y otros lugares también son ricos en tungsteno.