1、概述


钨是稀有金属,也是重要的战略物资。我国是产钨大国,钨资源储量520万吨,占世界总储量的65%,产量及出口量均居世界第一。湖南、江西、河南三省的钨资源储量居全国的前三位,其中湖南、江西两省的钨资源储量占全国的 55.48%。湖南以白钨为主,江西以黑钨为主,其黑钨资源占全国黑钨资源总量的 42.40%。

2、性质

钨是稀有高熔点金属,属于元素周期表中第六周期(第二长周期)的 VIB族。钨是一种白色金属,外形似钢。钨的熔点高,蒸气压很低,蒸发速度也较小。它的主要物理性质如下:

元素符号: W

原子序数: 74

稳定同位素及其所占%:180(0.14);182(26.41); 183(14.40);184(30.64);186(28.41)

相对原子质量: 183.85

自由原子的电子层结构: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25P65d46S2

原子体积: 9.53 cm3/mol

密度: 19.35 g/cm3

晶体结构及晶格常数: α-W:体心立方 a=3.16524 nm(25℃)

β-W:立方晶格 a=5.046 nm(630℃以下稳定)

熔点: 3410±20℃

沸点: 5927℃

熔化潜热:40.13±6.67kJ/mol

升华热: 847.8 kJ/mol(25℃)

蒸发热: 823.85±20.9kJ/mol(沸点)

电阻温度系数: 0.00482 I/℃

电子逸出功: 4.55 eV

热中子俘获面: 19.2 b

弹性模量: 35000~38000 MPa(丝材)

扭力模量: ~36000Mpa

体积模量: 3.108×1011-1.579×107t+0.344×103t2 Pa

剪切模量: 4.103×1011-3.489×107t+7.55×103t2 Pa

压缩性: 2.910-7 cm/kg

钨有两种变型,α和β。在标准温度和常压下,α型是稳定的体心立方结构。β型钨只有在有存在的条件下才能出现。它在630℃以下是稳定的,在630℃以上又转化为α钨,并且这一过程是不可逆的。

3、用途:


18世纪50年代曾发现钨对钢性质的影响。然而,钨钢开始生产和广泛应用是在19世纪末和20世纪初。

1900年在巴黎世界博览会上,首次展出了高速钢。因此,钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。

1900年,俄国发明家А.Н.Ладыгин首先建议在照明灯泡中应用钨。在1909年Кулидж制定基于粉末冶金法,采用压力加工的工艺方法之后,钨才有可能在电真空技术中得到广泛的应用。

1927——1928年采用以碳化钨为主成分研制出硬质合金,这是钨的工业发展史中的一个重要阶段。这些合金各方面的性质都超过了最好的工具钢,在现代技术中得到了广泛的使用。

钨以纯金属状态和以合金系状态广泛应用于现代技术中,合金系状态中最主要的是合金钢、以碳化钨为基的硬质合金、耐磨合金和强热合金。钨主要分别应用于以下工业领域。

一、钢工业:

钨大部分用于生产特种钢。广泛采用的高速钢含有9%——24%的钨、3.8%——4.6%的、1%——5%的钒、4%——7%、0.7%——1.5%碳。高速钢的特点是在空气中有高的强化回火温度(700——800℃)下,能自动淬火,因此,直到600~650℃它还保持高的硬度和耐磨性。合金工具钢中的钨钢含有0.8%——1.2%的钨;铬钨钢含有2%——2.7%的钨;铬钨钢中含有2%——9%的钨;铬钨钢中含有0.5%——1.6%的钨。含钨的钢用于制造各种工具:如钻头、铣刀、拉丝模、阴模和阳模,气支工具等零件。钨磁钢是含有5.2%——6.2%的钨、0.68%——0.78%碳、0.3%——0.5%铬的永磁体钢。钨钴磁钢含有11.5%——14.5%的钨、5.5%——6.5%钼、11.5%——12.5%钴的硬磁材料。它们具有高的磁化强度和矫顽磁力。

碳化钨基硬质合金:

钨的碳化物具有高的硬度、耐磨性和难熔性。这些合金含有85%——95%的碳化钨和5%——14%的钴,钴是作为粘结剂金属,它使合金具有必要的强度。主要用于加工钢的某些合金中,还含有的碳化物。所有这些合金都是用粉末冶金法制造的。当加热到1000——1100℃时,它们仍具有高的硬度和耐磨性。硬质合金刀具的切削速度远远地超过了最好的工具钢刀具的切削速度。硬质合金主要用于切削工具、矿山工具和拉丝模等。

热强和耐磨合金:

作为最难熔的金属钨是许多热强合金的成分,如3%——15%的钨、25%——35%的铬、45%——65%的钴、0.5%——0.75%的碳组成的合金,主要用于强烈耐磨的零件,例如航空发动机的活门、压模热切刀的工作部件、涡轮机叶轮、挖掘设备、犁头的表面涂层。

在航空和火箭技术中,以及要求机器零件,发动机和一些仪器的高热强度的其它部门中,钨和其它给熔金属(如钽、铌、钼、)的合金用作热强材料。

触头材料和高比重合金:

用粉末冶金方法制造的钨-合金(10%——40%的铜)和钨-银合金,兼有铜和银的良好的导电性、导热性和钨的耐磨性。因此,它成为制造闸刀开关、断路器、点焊电极等的工作部件非常的效的触头材料。成分为90%——95%的钨、1%——6%的镍、1%——4%的铜的高比重合金,以及用铁代铜(—5%)的合金,用于制造陀螺仪的转子、飞机、控制舵的平衡锤、放射性同位素的放射护罩和料筐等。

电真空照明材料:
钨以钨丝、钨带和各种锻造元件用于电子管生产、无线电电子学和X射线技术中。钨是白织灯丝和螺旋丝的最好材料。高的工作温度(2200——2500℃)保证高的发光效率,而小的蒸发速度保证丝的寿命长。钨丝用于制造电子振荡管的直热阴极和栅极,高压整流器的阴极和和各种电子仪器中旁热阴极加热器。用钨做X光管和气体放电管的对阴极和阴极,以及无线电设备的触头和原子焊枪电极。钨丝和钨棒作为高温炉(达3000℃)的加热器。钨加热器在氢气气体、惰性气体或真空中工作。

钨的化合物:

钨酸钠用于生产某些类型的漆和颜料,以及纺织工业中用于布疋加重和与酸铵和酸铵混合来制造耐火布疋和防水布疋。还用于金属钨、钨酸及钨酸盐的制造以及染料、颜料、油墨、电镀等方面。也用作催化剂等。钨酸在纺织工业中是媒染剂与染料和在化学工业中用作制取高辛烷汽油的催化剂。二硫化钨在有机合成中,如在合成汽油的制取中用作固体的润滑剂和催化剂。

中国的钨矿资源储量:

钨矿在我国储量丰富,约占世界钨矿的90%以上,是世界公认的钨矿大国。

我国的钨矿大体上分布于我国南岭山地两侧的广东东部沿海一带,尤其是以江西的南部为最多,储量约占全世界的二分之一以上。此外,江西的大庾、湖南的汝城、资兴、荼陵等地;以及广西和云南等省也都产有钨矿。

主要的钨矿有十几种,我国主要有两种;黑钨矿(钨锰铁矿)和白钨矿(钨酸矿)。

1.黑钨矿。颜色有暗灰色、淡红褐、淡褐黑、发褐及铁褐等颜色。半金属光泽、金属光泽及金刚光泽。通常为叶片状、弯曲片状、粒状和致密状;也有的呈厚板状、尖柱状等单斜晶系晶体,硬度5-5.5,比重7.1-7.5。参差状断口。性脆,有弱磁性。黑钨矿是炼钨和制造钨酸盐类的主要原料。

2.白钨矿。颜色为白色,也有黄褐、绿和淡红色等。金刚光泽。它属正方晶系,形成双锥状的假八面体或板状晶体,晶面有时可见斜条纹,其中插生双晶者较为常见。也有的晶体呈皮壳状、肾状、粒状和致密块状。硬度4.5-5;比重5.9-6.2。性脆,贝壳状或参差状断口。受阴极射线作用时可发出浅蓝色的光。白钨矿产于我国江西大庚、湖南大顺窿、云南文山等地。多成砂矿,可用淘重砂法淘洗得到白钨矿。

(图为黑钨与石共生)
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