Tungsten adalah logam berat. Tungsten carbide digunakan untuk membuat

Tungsten adalah unsur kimia dari sistem periodik Mendeleev, yang termasuk dalam kelompok VI. Di alam, tungsten terjadi sebagai campuran dari lima isotop. Dalam bentuk biasa dan kondisi normal itu adalah logam keras berwarna abu-abu perak. Ini juga yang paling tahan api dari semua logam.

Sifat utama tungsten

Tungsten adalah logam dengan sifat fisik dan kimia yang luar biasa. Hampir semua industri produksi modern tungsten digunakan. Rumusnya biasanya dinyatakan sebagai penunjukan oksida logam - WO 3 . Tungsten dianggap yang paling tahan api dari logam. Diasumsikan bahwa hanya seaborgium yang bisa lebih tahan api. Tetapi belum mungkin untuk mengatakan dengan pasti, karena seaborgium memiliki waktu keberadaan yang sangat singkat.

Logam ini memiliki fisik khusus dan Sifat kimia. Tungsten memiliki kerapatan 19300 kg / m 3, titik lelehnya adalah 3410 ° C. Menurut parameter ini, ia menempati urutan kedua setelah karbon - grafit atau berlian. Di alam, tungsten terjadi dalam bentuk lima isotop stabil. Nomor massanya berkisar antara 180 hingga 186. Tungsten memiliki valensi ke-6, dan dalam senyawa dapat berupa 0, 2, 3, 4 dan 5. Logam ini juga memiliki tingkat konduktivitas termal yang cukup tinggi. Untuk tungsten, angka ini adalah 163 W/(m*deg). Dengan sifat ini, ia bahkan melebihi senyawa seperti paduan aluminium. Massa tungsten adalah karena kepadatannya, yang sama dengan 19kg / m 3. Tingkat oksidasi tungsten berkisar dari +2 hingga +6. Pada tingkat oksidasi yang lebih tinggi, logam memiliki sifat asam, dan pada tingkat yang lebih rendah - basa.

Dalam hal ini, paduan senyawa tungsten rendah dianggap tidak stabil. Yang paling tahan adalah senyawa dengan derajat +6. Mereka juga menunjukkan sifat kimia yang paling khas dari logam. Tungsten cenderung mudah membentuk kompleks. Tapi tungsten logam biasanya sangat tahan. Ia mulai berinteraksi dengan oksigen hanya pada suhu +400 °C. Kisi kristal tungsten termasuk dalam tipe berpusat pada tubuh kubik.

Interaksi dengan bahan kimia lainnya

Jika tungsten dicampur dengan fluor kering, maka senyawa yang disebut "hexafluoride" dapat diperoleh, yang sudah meleleh pada suhu 2,5 ° C, dan mendidih pada 19,5 ° C. Zat serupa diperoleh dengan menggabungkan tungsten dengan klorin. Tetapi reaksi seperti itu membutuhkan suhu yang cukup tinggi - sekitar 600 ° C. Namun, zat tersebut dengan mudah menahan aksi destruktif air dan praktis tidak mengalami perubahan dalam dingin. Tungsten adalah logam yang, tanpa oksigen, tidak menghasilkan reaksi pelarutan dalam alkali. Namun, mudah larut dalam campuran HNO 3 dan HF. Yang paling penting dari senyawa kimia tungsten adalah trioksidanya WO 3, H 2 WO 4 - asam tungstat, serta turunannya - garam tungstat.

Anda dapat mempertimbangkan beberapa sifat kimia tungsten dengan persamaan reaksi. Misalnya, rumus WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. Di dalamnya, logam tungsten direduksi dari oksida, sifat interaksinya dengan hidrogen dimanifestasikan. Persamaan ini mencerminkan proses memperoleh tungsten dari trioksidanya. Rumus berikut menunjukkan sifat seperti ketidaklarutan praktis tungsten dalam asam: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Salah satu zat yang paling luar biasa yang mengandung tungsten adalah karbonil. Darinya, lapisan tungsten murni yang padat dan ultra-tipis diperoleh.

Sejarah penemuan

Tungsten adalah logam yang mendapatkan namanya dari bahasa Latin. Dalam terjemahan, kata ini berarti "busa serigala". Nama yang tidak biasa seperti itu muncul karena perilaku logam. Mendampingi bijih timah yang ditambang, tungsten mengganggu pelepasan timah. Karena itu, hanya terak yang terbentuk selama proses peleburan. Logam ini dikatakan "makan timah seperti serigala makan domba". Bagi banyak orang, menarik siapa yang menemukan unsur kimia tungsten?

Ini penemuan ilmiah dilakukan secara bersamaan di dua tempat oleh ilmuwan yang berbeda, secara independen satu sama lain. Pada tahun 1781, ahli kimia Swedia Scheele memperoleh apa yang disebut "batu berat" dengan bereksperimen dengan asam nitrat dan scheelite. Pada tahun 1783, kimiawan bersaudara dari Spanyol bernama Eluard juga mengumumkan penemuan unsur baru. Lebih tepatnya, mereka menemukan oksida tungsten, yang dilarutkan dalam amonia.

Paduan dengan logam lain

Saat ini, paduan tungsten fase tunggal dan multi fase dibedakan. Mereka mengandung satu atau lebih elemen asing. Senyawa yang paling terkenal adalah paduan tungsten dan molibdenum. Penambahan molibdenum memberi tungsten kekuatan tariknya. Juga, senyawa tungsten dengan titanium, hafnium, dan zirkonium termasuk dalam kategori paduan fase tunggal. Renium memberikan plastisitas terbesar untuk tungsten. Namun, aplikasi praktis dari paduan semacam itu adalah proses yang agak melelahkan, karena renium sangat sulit diperoleh.

Karena tungsten adalah salah satu bahan yang paling tahan api, mendapatkan paduan tungsten bukanlah tugas yang mudah. Ketika logam ini baru mulai mendidih, yang lain sudah berubah menjadi cair atau gas. Tetapi ilmuwan modern dapat memperoleh paduan menggunakan proses elektrolisis. Paduan yang mengandung tungsten, nikel dan kobalt digunakan untuk menerapkan lapisan pelindung pada bahan rapuh.

Industri metalurgi modern juga memproduksi paduan menggunakan bubuk tungsten. Penciptaannya membutuhkan kondisi khusus, termasuk penciptaan lingkungan vakum. Karena beberapa fitur interaksi tungsten dengan elemen lain, ahli metalurgi lebih suka membuat paduan tidak dengan karakteristik dua fase, tetapi dengan penggunaan 3, 4 atau lebih komponen. Paduan ini sangat kuat, tetapi dengan kepatuhan yang ketat pada formula. Dengan sedikit penyimpangan dalam persentase komponen, paduan dapat menjadi rapuh dan tidak cocok untuk digunakan.

Tungsten - elemen yang digunakan dalam teknologi

Filamen bola lampu biasa terbuat dari logam ini. Seperti halnya tabung untuk mesin sinar-X, komponen tungku vakum yang harus digunakan pada suhu yang sangat tinggi. Baja, yang termasuk tungsten, memiliki tingkat kekuatan yang sangat tinggi. Paduan tersebut digunakan untuk pembuatan alat di berbagai bidang: untuk pengeboran sumur, kedokteran, dan teknik mesin.

Keuntungan utama menggabungkan baja dan tungsten adalah ketahanan aus dan kemungkinan kerusakan yang rendah. Paduan tungsten paling terkenal dalam konstruksi disebut "menang". Juga, elemen ini banyak digunakan di industri kimia. Dengan tambahannya, cat dan pigmen dibuat. Tungsten oksida 6 sangat banyak digunakan di daerah ini, digunakan untuk pembuatan karbida dan tungsten halida. Nama lain zat ini adalah tungsten trioksida. 6 digunakan sebagai pigmen kuning pada cat untuk keramik dan barang pecah belah.

Apa itu paduan berat?

Semua paduan berbasis tungsten yang memiliki indeks kepadatan tinggi disebut berat. Mereka diperoleh hanya dengan metode metalurgi serbuk. Tungsten selalu menjadi dasar paduan berat, di mana kandungannya bisa mencapai 98%. Selain logam ini, nikel, tembaga dan besi ditambahkan ke paduan berat. Namun, mereka mungkin juga termasuk kromium, perak, kobalt, molibdenum. Paduan yang paling populer adalah VMZh (tungsten - nikel - besi) dan VNM (tungsten - nikel - tembaga). Tingkat kepadatan yang tinggi dari paduan tersebut memungkinkan mereka untuk menyerap radiasi gamma yang berbahaya. Roda gila, kontak listrik, rotor untuk giroskop dibuat darinya.

Wolfram karbida

Sekitar setengah dari semua tungsten digunakan untuk membuat logam tahan lama, terutama tungsten karbida, yang memiliki titik leleh 2770 C. Tungsten karbida adalah senyawa kimia yang mengandung jumlah atom karbon dan tungsten yang sama. Paduan ini memiliki sifat kimia khusus. Tungsten memberinya kekuatan sedemikian rupa sehingga dalam indikator ini melampaui baja dua kali.

Tungsten carbide banyak digunakan dalam industri. Ini digunakan untuk membuat objek pemotongan, yang harus sangat tahan terhadap suhu tinggi dan abrasi. Juga dari elemen ini dibuat:

Suku cadang pesawat, mesin mobil.
Bagian untuk pesawat luar angkasa.
Instrumen bedah medis yang digunakan di bidang bedah perut. Instrumen semacam itu lebih mahal daripada baja medis biasa, tetapi lebih produktif.
Perhiasan, terutama cincin kawin. Popularitas tungsten seperti itu dikaitkan dengan kekuatannya, yang bagi mereka yang menikah melambangkan kekuatan hubungan, serta penampilan. Karakteristik tungsten yang dipoles sedemikian rupa sehingga mempertahankan penampilan mengkilap seperti cermin untuk waktu yang sangat lama.
Bola untuk bolpen kelas mewah.

Menangkan - paduan tungsten

Kira-kira pada paruh kedua tahun 1920-an, paduan untuk alat pemotong mulai diproduksi di banyak negara, yang diperoleh dari karbida tungsten dan kobalt logam. Di Jerman, paduan semacam itu disebut vidia, di Amerika Serikat - karbola. Di Uni Soviet, paduan semacam itu disebut "menang". Paduan ini telah terbukti sangat baik untuk pengerjaan produk besi cor. Pobedite adalah paduan cermet dengan tingkat kekuatan yang sangat tinggi. Itu dibuat dalam bentuk piring. berbagai bentuk dan ukuran.

Proses pembuatan Pobedit adalah sebagai berikut: bubuk tungsten carbide, nikel halus atau bubuk kobalt diambil, dan semuanya dicampur dan ditekan dalam bentuk khusus. Pelat yang ditekan dengan cara ini dikenai perlakuan panas lebih lanjut. Ini memberikan paduan yang sangat keras. Sisipan ini tidak hanya digunakan untuk memotong besi tuang, tetapi juga untuk membuat alat bor. Pelat dari Pobedit disolder ke peralatan pengeboran menggunakan tembaga.

Prevalensi tungsten di alam

Logam ini sangat langka di lingkungan. Setelah semua elemen, ia menempati urutan ke-57 dan terkandung dalam bentuk tungsten clarke. Logam ini juga membentuk mineral - scheelite dan wolframite. Tungsten bermigrasi ke air tanah baik sebagai ion sendiri atau sebagai berbagai senyawa. Tetapi konsentrasi tertingginya di air tanah dapat diabaikan. Ini adalah seperseratus mg/l dan praktis tidak mengubah sifat kimianya. Tungsten juga dapat masuk ke badan air alami dari limbah tanaman dan pabrik.

Dampak pada tubuh manusia

Tungsten praktis tidak masuk ke tubuh dengan air atau makanan. Mungkin ada bahaya menghirup partikel tungsten dengan udara industri. Namun, meski termasuk dalam kategori logam berat, tungsten tidak beracun. Keracunan tungsten hanya terjadi pada mereka yang terkait dengan produksi tungsten. Pada saat yang sama, tingkat pengaruh logam pada tubuh berbeda. Misalnya, bubuk tungsten, tungsten carbide, dan zat seperti tungstic anhydrite dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. Gejala utamanya adalah malaise umum, demam. Gejala yang lebih parah terjadi dengan keracunan dengan paduan tungsten. Ini terjadi ketika menghirup debu paduan dan menyebabkan bronkitis, pneumosklerosis.

Tungsten logam, masuk ke dalam tubuh manusia, tidak diserap di usus dan secara bertahap dikeluarkan. Senyawa tungsten, yang larut, bisa sangat berbahaya. Mereka disimpan di limpa, tulang dan kulit. Dengan kontak yang terlalu lama dengan senyawa tungsten, gejala seperti kuku rapuh, pengelupasan kulit, dan berbagai jenis dermatitis dapat terjadi.

Cadangan tungsten di berbagai negara

Sumber daya tungsten terbesar ada di Rusia, Kanada, dan Cina. Menurut para ilmuwan, sekitar 943 ribu ton logam ini berada di wilayah domestik. Menurut perkiraan ini, sebagian besar cadangan terletak di Siberia Selatan dan Timur Jauh. Pangsa sumber daya yang dieksplorasi sangat kecil - hanya sekitar 7%.

Dalam hal jumlah deposit tungsten yang dieksplorasi, Rusia berada di urutan kedua setelah China. Sebagian besar dari mereka terletak di wilayah Kabardino-Balkaria dan Buryatia. Tetapi dalam endapan ini, bukan tungsten murni yang ditambang, tetapi bijihnya, yang juga mengandung molibdenum, emas, bismut, telurium, skandium, dan zat lainnya. Dua pertiga dari volume tungsten yang diperoleh dari sumber yang dieksplorasi terkandung dalam bijih tahan api, di mana mineral utama yang mengandung tungsten adalah scheelite. Bagian bijih yang mudah diperkaya hanya menyumbang sepertiga dari semua produksi. Karakteristik tungsten yang ditambang di Rusia lebih rendah daripada di luar negeri. Bijihnya mengandung persentase tungsten trioksida yang tinggi. Ada sangat sedikit deposit logam aluvial di Rusia. Pasir tungsten juga berkualitas rendah, dengan sejumlah besar oksida.

Tungsten dalam Ekonomi

Produksi global tungsten mulai tumbuh sekitar tahun 2009, ketika industri Asia mulai pulih. Cina tetap menjadi produsen tungsten terbesar. Misalnya, pada 2013, produksi negara ini menyumbang 81% dari pasokan dunia. Sekitar 12% dari permintaan tungsten terkait dengan produksi perlengkapan pencahayaan. Menurut para ahli, penggunaan tungsten di area ini akan berkurang dengan latar belakang penggunaan LED dan Lampu Pijar baik di rumah maupun di tempat kerja.

Diyakini bahwa permintaan tungsten di industri elektronik akan tumbuh. Ketahanan aus yang tinggi dari tungsten dan kemampuannya untuk menahan listrik menjadikannya logam yang paling cocok untuk produksi regulator tegangan. Namun, dari sisi volume, permintaan ini masih cukup kecil, dan diperkirakan pada 2018 hanya tumbuh 2%. Namun, menurut perkiraan para ilmuwan, dalam waktu dekat harus ada peningkatan permintaan karbida semen. Hal ini disebabkan oleh pertumbuhan produksi otomotif di AS, China, Eropa, serta peningkatan industri pertambangan. Diyakini bahwa pada tahun 2018 permintaan tungsten akan meningkat sebesar 3,6%.

Penggunaan logam murni dan paduan yang mengandung tungsten terutama didasarkan pada sifat tahan api, kekerasan, dan ketahanan kimianya. Tungsten murni digunakan untuk membuat filamen untuk bola lampu listrik dan tabung sinar katoda, dalam produksi cawan lebur untuk penguapan logam, dalam kontak distributor pengapian mobil, dalam target tabung sinar-X; sebagai gulungan dan elemen pemanas oven listrik dan sebagai bahan struktural untuk ruang dan kendaraan lain yang beroperasi pada suhu tinggi. Baja berkecepatan tinggi (17,5-18,5% tungsten), stellite (berdasarkan kobalt dengan penambahan Cr, W, C), hastalloy (baja tahan karat berdasarkan Ni) dan banyak paduan lainnya mengandung tungsten. Dasar untuk produksi alat dan paduan tahan panas adalah ferrotungsten (68-86% W, hingga 7% Mo dan besi), yang mudah diperoleh dengan reduksi langsung konsentrat wolframite atau scheelite. "Pobedit" - paduan yang sangat keras yang mengandung 80-87% tungsten, 6-15% kobalt, 5-7% karbon, sangat diperlukan dalam pemrosesan logam, di industri pertambangan dan minyak.

Kalsium dan magnesium tungstat banyak digunakan dalam perangkat fluoresen, garam tungsten lainnya digunakan dalam industri kimia dan penyamakan. Tungsten disulfide adalah pelumas kering bersuhu tinggi, stabil hingga 500 ° C. Tungsten perunggu dan senyawa elemen lainnya digunakan dalam pembuatan cat. Banyak senyawa tungsten adalah katalis yang sangat baik.

Selama bertahun-tahun sejak penemuannya, tungsten tetap menjadi barang langka di laboratorium, hanya pada tahun 1847 Oxland menerima paten untuk produksi natrium tungstat, asam tungstat, dan tungsten dari kasiterit (batu timah). Paten kedua, diperoleh Oxland pada tahun 1857, menjelaskan produksi paduan besi-tungsten, yang membentuk dasar baja berkecepatan tinggi modern.

Di pertengahan abad ke-19 upaya pertama dilakukan untuk menggunakan tungsten dalam produksi baja, tetapi untuk waktu yang lama tidak mungkin untuk memperkenalkan perkembangan ini ke dalam industri karena tingginya harga logam. Meningkatnya permintaan baja paduan dan baja berkekuatan tinggi menyebabkan peluncuran baja kecepatan tinggi di Bethlehem Steel. Sampel paduan ini pertama kali dipresentasikan pada tahun 1900 di Pameran Dunia di Paris.

Teknologi pembuatan filamen tungsten dan sejarahnya.

Volume produksi kawat tungsten memiliki pangsa kecil di antara semua industri yang menggunakan tungsten, tetapi perkembangan teknologi untuk produksinya telah memainkan peran kunci dalam pengembangan metalurgi serbuk senyawa tahan api.

Sejak tahun 1878, ketika Swan mendemonstrasikan delapan dan enam belas lampu arang lilin yang dia temukan di Newcastle, telah ada pencarian untuk lebih bahan yang cocok untuk pembuatan filamen. Lampu arang pertama memiliki efisiensi hanya 1 lumen/watt, yang meningkat selama 20 tahun berikutnya dengan modifikasi metode pengolahan arang dengan faktor dua setengah. Pada tahun 1898, output cahaya dari bola lampu tersebut adalah 3 lumens/watt. Pada masa itu, filamen karbon dipanaskan dengan melewatkan arus listrik di atmosfer uap hidrokarbon berat. Selama pirolisis yang terakhir, karbon yang dihasilkan mengisi pori-pori dan ketidakteraturan benang, memberikan kilau metalik yang cerah.

Pada akhir abad ke-19 von Welsbach membuat filamen logam pertama untuk lampu pijar. Dia membuatnya dari osmium (T pl = 2700 ° C). Filamen osmium memiliki efisiensi 6 lumens / watt, namun osmium adalah elemen langka dan sangat mahal dari kelompok platinum, oleh karena itu belum ditemukan aplikasi yang luas dalam pembuatan perangkat rumah tangga. Tantalum, dengan titik leleh 2996°C, banyak digunakan dalam bentuk kawat yang ditarik dari tahun 1903 hingga 1911 berkat karya von Bolton dari Siemens dan Halske. Efisiensi lampu tantalum adalah 7 lumen/watt.

Tungsten mulai digunakan dalam lampu pijar pada tahun 1904 dan menggantikan semua logam lain dalam kapasitas ini pada tahun 1911. Lampu pijar konvensional dengan filamen tungsten memiliki cahaya 12 lumen / watt, dan lampu yang beroperasi di bawah tegangan tinggi - 22 lumen / watt. Lampu neon modern dengan katoda tungsten memiliki efisiensi sekitar 50 lumens/watt.

Pada tahun 1904, Siemens-Halske mencoba menerapkan proses penarikan kawat yang dikembangkan untuk tantalum ke logam yang lebih tahan api seperti tungsten dan thorium. Kekakuan dan kurangnya kelenturan tungsten mencegah proses berjalan lancar. Namun, kemudian, pada tahun 1913-1914, terlihat bahwa tungsten cair dapat digulung dan ditarik menggunakan prosedur reduksi parsial. Busur listrik dilewatkan antara batang tungsten dan tetesan tungsten cair sebagian ditempatkan dalam wadah grafit dilapisi di bagian dalam dengan bubuk tungsten dan terletak di atmosfer hidrogen. Dengan demikian, tetesan kecil tungsten cair diperoleh, dengan diameter sekitar 10 mm dan panjang 20-30 mm. Meskipun dengan susah payah, sudah mungkin untuk bekerja dengan mereka.

Pada tahun yang sama, Just dan Hannaman mematenkan proses pembuatan filamen tungsten. Bubuk logam halus dicampur dengan pengikat organik, pasta yang dihasilkan dilewatkan melalui pemintal dan dipanaskan dalam suasana khusus untuk menghilangkan pengikat, dan filamen halus tungsten murni diperoleh.

Proses ekstrusi yang terkenal dikembangkan pada tahun 1906-1907 dan digunakan hingga awal tahun 1910-an. Bubuk tungsten hitam yang ditumbuk sangat halus dicampur dengan dekstrin atau pati sampai terbentuk massa plastik. tekanan hidrolik massa ini dipaksa melalui saringan berlian tipis. Benang yang diperoleh cukup kuat untuk dililitkan pada gulungan dan dikeringkan. Selanjutnya, benang dipotong menjadi "jepit rambut", yang dipanaskan dalam atmosfer gas inert hingga suhu panas-merah untuk menghilangkan sisa uap air dan hidrokarbon ringan. Setiap "jepit rambut" dipasang pada penjepit dan dipanaskan dalam atmosfer hidrogen hingga bersinar terang dengan melewatkan arus listrik. Hal ini menyebabkan penghapusan akhir kotoran yang tidak diinginkan. Pada suhu tinggi, partikel kecil individu tungsten melebur dan membentuk filamen logam padat yang seragam. Benang ini elastis, meski rapuh.

Pada awal abad ke-20 Yust dan Hannaman mengembangkan proses berbeda yang terkenal karena orisinalitasnya. Filamen karbon berdiameter 0,02 mm dilapisi dengan tungsten dengan memanaskannya dalam atmosfer hidrogen dan uap tungsten heksaklorida. Benang yang dilapisi dengan cara ini dipanaskan hingga bersinar terang dalam hidrogen di bawah tekanan yang dikurangi. Dalam hal ini, cangkang tungsten dan inti karbon benar-benar menyatu satu sama lain, membentuk tungsten karbida. Utas yang dihasilkan memiliki warna putih dan rapuh. Selanjutnya, filamen dipanaskan dalam aliran hidrogen, yang berinteraksi dengan karbon, meninggalkan filamen kompak tungsten murni. Benang memiliki karakteristik yang sama seperti yang diperoleh dalam proses ekstrusi.

Pada tahun 1909 seorang Amerika Coolidge berhasil mendapatkan tungsten lunak tanpa menggunakan pengisi, tetapi hanya dengan bantuan suhu yang wajar dan permesinan. Masalah utama dalam memperoleh kawat tungsten adalah oksidasi cepat tungsten pada suhu tinggi dan adanya struktur butir dalam tungsten yang dihasilkan, yang menyebabkan kerapuhannya.

Produksi modern kawat tungsten adalah proses teknologi yang kompleks dan tepat. Bahan bakunya adalah tungsten bubuk yang diperoleh dengan mereduksi amonium paratungstat.

Bubuk tungsten yang digunakan untuk produksi kawat harus memiliki kemurnian tinggi. Biasanya, bubuk tungsten dari berbagai asal dicampur untuk meratakan kualitas logam. Mereka dicampur di pabrik dan, untuk menghindari oksidasi logam yang dipanaskan oleh gesekan, aliran nitrogen dilewatkan ke dalam ruangan. Kemudian serbuk dipres dalam cetakan baja pada press hidrolik atau pneumatik (5-25 kg/mm2). Jika bubuk yang terkontaminasi digunakan, compact tersebut rapuh dan pengikat organik yang sepenuhnya dapat teroksidasi ditambahkan untuk menghilangkan efek ini. Pada tahap selanjutnya, sintering awal batang dilakukan. Saat memanaskan dan mendinginkan compact dalam aliran hidrogen, peralatan mekanis membaik. Kompaknya masih cukup rapuh, dan kerapatannya 60-70% dari kerapatan tungsten, sehingga batang dikenai sintering suhu tinggi. Batang dijepit di antara kontak berpendingin air, dan dalam atmosfer hidrogen kering, arus dilewatkan untuk memanaskannya hampir ke titik lelehnya. Karena pemanasan, tungsten disinter dan kepadatannya meningkat menjadi 85-95% dari yang kristal, pada saat yang sama, ukuran butir meningkat, dan kristal tungsten tumbuh. Ini diikuti dengan penempaan pada suhu tinggi (1200-1500 ° C). Dalam peralatan khusus, batang dilewatkan melalui ruang, yang dikompresi oleh palu. Untuk satu lintasan, diameter batang berkurang 12%. Saat ditempa, kristal tungsten memanjang, menciptakan struktur fibrilar. Setelah penempaan, gambar kawat berikut. Batang dilumasi dan melewati saringan berlian atau tungsten karbida. Tingkat ekstraksi tergantung pada tujuan produk yang dihasilkan. Diameter kawat yang dihasilkan adalah sekitar 13 m.

Berapa kerapatan tungsten? Berdasarkan apa aplikasinya? Mari kita cari jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini bersama-sama.

Peraturan di PS

Unsur kimia ini terletak di golongan keenam sistem periodik. Nomor serinya adalah 74, nilai massa atom relatifnya adalah 183,85. Yang khusus ditentukan oleh titik lelehnya yang tinggi. Ini dianggap sebagai salah satu dari lima isotop stabil yang ditemukan dalam tungsten alami, yang memiliki nomor massa serupa dari 180 hingga 186.

Membuka elemen

Unsur kimia ini ditemukan pada akhir abad ke-18. K. Scheele berhasil mengisolasinya dari mineral di mana logam itu terkandung dalam bentuk oksida. Untuk waktu yang lama, tungsten praktis tidak memiliki aplikasi industri dan tidak diminati. Baru pada pertengahan abad ke-19, logam mulai digunakan sebagai bahan tambahan dalam pembuatan baja tahan lama.

Di kerak bumi elemen yang diberikan ada dalam jumlah kecil. Itu tidak terjadi dalam bentuk bebas, itu hanya ditemukan dalam bentuk mineral. Pada skala industri, oksidanya digunakan.

Properti fisik

19300 adalah densitas tungsten kg/m3 at kondisi normal. Logam membentuk kisi kubik volume-konsentris. Ini memiliki kapasitas panas yang baik. Koefisien suhu tinggi tungsten menjelaskan refraktorinya. Titik lelehnya adalah 3380 derajat Celcius. Sifat mekaniknya dipengaruhi oleh pra-perawatannya. Mempertimbangkan kepadatan tungsten pada 20 s 19,3 g/cm3, dapat dibawa ke keadaan serat kristal tunggal. Properti ini digunakan dalam pembuatan kawat darinya. Pada suhu kamar, tungsten memiliki sedikit plastisitas.

Fitur tungsten

Kepadatan esensial tungsten memberikan sifat tertentu pada logam ini. Ini memiliki tingkat penguapan yang cukup rendah, titik didih tinggi. Dalam hal tungsten, tiga kali lebih rendah dari tembaga. Tepat kepadatan tinggi tungsten membatasi ruang lingkup penggunaannya. Selain itu, penggunaannya dipengaruhi oleh peningkatan kerapuhan pada suhu rendah, ketidakstabilan terhadap oksidasi oleh oksigen atmosfer pada suhu rendah.

Oleh karakteristik eksternal tungsten mirip dengan baja. Ini digunakan untuk pembuatan paduan yang ditandai dengan peningkatan kekuatan. Pemrosesan tungsten hanya dilakukan pada suhu tinggi.

Nilai tungsten

Tidak hanya kepadatan tungsten, tetapi juga aditif yang digunakan dalam metalurgi, tercermin dalam kualitas logam ini. Misalnya, VA melibatkan campuran tungsten dengan aluminium dan silikon. Nilai yang dihasilkan ditandai dengan peningkatan suhu rekristalisasi awal, kekuatan setelah anil.

VL melibatkan penambahan lantanum oksida ke tungsten sebagai aditif, yang meningkatkan sifat emisi logam.

MW adalah paduan tungsten dan molibdenum. Komposisi seperti itu meningkatkan kekuatan, mempertahankan keuletan logam setelah anil.

Lingkup penggunaan tungsten

Sifat unik dari logam ini telah menentukan penerapannya. Ini digunakan secara komersial dan dalam bentuk murni, dan sebagai paduan.

Tungsten dalam kehidupan sehari-hari digunakan terutama untuk keperluan listrik.

Dialah yang digunakan sebagai komponen utama (elemen paduan) dalam produksi baja kecepatan tinggi. Rata-rata, kandungan tungsten adalah dari sembilan hingga dua puluh persen. Selain itu, ini adalah komponen baja perkakas.

Garpu baja semacam itu digunakan untuk pembuatan pemotong frais, bor, pukulan, cetakan. Misalnya, P6M5 menunjukkan bahwa baja tersebut dicampur dengan kobalt dan molibdenum. Selain itu, tungsten yang terkandung di dalamnya dibagi menjadi spesies tungsten-kobalt dan tungsten.

Tungsten dalam kehidupan sehari-hari dalam bentuk murni praktis tidak diminati. Tungsten carbide adalah senyawa logam ini dengan karbon. Senyawa ini ditandai dengan kekerasan tinggi, refraktori, dan ketahanan aus. Atas dasar tungsten karbida, paduan keras yang produktif alat dibuat, mengandung sekitar 90 persen tungsten dan sekitar 10 persen kobalt. Bagian pemotongan alat bor dan pemotong terbuat dari paduan keras.

Varietas baja berdasarkan tungsten

Tahan aus dan berdasarkan refraktori tungsten. Senyawa tungsten dengan kromium dan kobalt, yang disebut stellite, umum ditemukan di industri. Mereka diterapkan dengan permukaan untuk memakai bagian-bagian dari bagian-bagian mesin industri.

Paduan "berat" dan kontak adalah campuran tungsten dengan perak atau tembaga. Mereka dianggap sebagai bahan kontak yang cukup efektif, oleh karena itu mereka digunakan untuk produksi bagian kerja pemutus sirkuit, elektroda untuk pengelasan titik, serta pembuatan sakelar.

Dalam bentuk kawat, produk tempa, pita tungsten digunakan dalam teknik radio, dalam pembuatan lampu listrik, dan juga dalam teknologi sinar-X. Logam inilah yang dianggap sebagai bahan terbaik untuk membuat spiral dan filamen.

Batang dan kabel tungsten diperlukan untuk pembuatan pemanas listrik karena pemanas berbasis tungsten mampu beroperasi dalam suasana gas inert, hidrogen, dan juga dalam ruang hampa.

Salah satu kegunaan yang paling penting dari tungsten adalah pengelasan. Dari situ membuat elektroda yang digunakan untuk pengelasan busur. Elektroda yang dihasilkan dianggap tidak dapat dikonsumsi.

Mendapatkan logam tahan api

Berapa nilai tungsten? Harga per kg berada dalam kisaran 900 hingga 1200 rubel. Itu milik kelompok elemen logam langka. Selain tungsten, rubidium dan molibdenum juga disertakan di sini. Logam langka memiliki skala penggunaan yang kecil, mengingat kandungannya yang tidak signifikan di kerak bumi. Tak satu pun dari logam yang terdaftar dapat diperoleh dengan pengurangan langsung dari bahan baku. Untuk memulainya, bahan mentah diolah menjadi berbagai bahan kimia. Perhatikan bahwa ada juga yang spesial pengayaan tambahan bijih sebelum diproses secara penuh.

Ada tiga tahap dalam rantai teknologi untuk mendapatkan tungsten langka. Pertama, bijih didekomposisi, memisahkan logam yang diekstraksi dari massa bahan baku, serta konsentrasinya dalam endapan atau dalam larutan. Selanjutnya diperoleh senyawa kimia murni, dilakukan isolasi, serta pemurnian bahan kimia tersebut. Pada tahap ketiga, logam diisolasi dari oksida yang dimurnikan dari pengotor.

Wolframite digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan tungsten. Bijih ini mengandung sekitar dua persen logam murni. Pengayaan bijih dilakukan dengan flotasi, gravitasi, elektromagnetik atau pemisahan magnetik. Setelah pengayaan, konsentrat tungsten terbentuk, yang mengandung sekitar 65 persen oksida tungsten (6). Selain logam, konsentrat tersebut mengandung kotoran belerang, tembaga, fosfor, arsenik, bismut, antimon. Berapa harga tungsten ini? Harga per kg adalah sekitar seribu rubel. Untuk membuat bubuk tungsten, perlu untuk mereduksi anhidridanya dengan karbon atau hidrogen.

Metode hidrogenasi terutama digunakan, karena karbon menambah kerapuhan pada logam dan secara negatif mempengaruhi kemampuan mesinnya. Digunakan untuk membuat bubuk tungsten metode khusus, yang memungkinkan seseorang untuk menganalisis komposisi, ukuran butir, serta komposisi butiran yang terbentuk.

Hidrogen kompak, terutama dalam bentuk batangan atau batangan, digunakan sebagai blanko dalam pembuatan produk setengah jadi seperti pita dan kawat.

Saat ini, dua metode digunakan untuk membuat tungsten kompak. Metode pertama melibatkan penggunaan metalurgi serbuk. Menurut metode kedua, penggunaan tungku busur listrik, yang melibatkan penggunaan elektroda habis pakai, diperbolehkan.

Produk paling umum yang terbuat dari logam tungsten dan yang paling penting adalah batang tungsten. Dengan menempa, mereka diperoleh dari batang pada mesin tempa khusus. Menerapkan produk jadi di berbagai industri industri modern. Misalnya, dari mereka diperoleh elektroda yang tidak dapat dikonsumsi. Selain itu, batang tungsten juga digunakan untuk membuat pemanas. Mereka diminati dalam perangkat pelepasan gas, lampu listrik.

Isi artikel

TUNGSTEN- (Wolframium), W - unsur kimia 6 (VIb) dari kelompok sistem periodik D.I. Mendeleev, nomor atom 74, massa atom 183,85. 33 isotop tungsten diketahui: dari 158 W hingga 190 W. Lima isotop telah ditemukan di alam, tiga di antaranya stabil: 180 W (proporsi di antara isotop alami adalah 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426%), dan dua lainnya radioaktif lemah: 183 W (14,314%, T = 1,1 10 17 tahun), 184 W (30,642%, T = 3 10 17 tahun). Konfigurasi kulit elektron adalah 4f 14 5d 4 6s 2 . Keadaan oksidasi yang paling khas adalah +6. Senyawa dengan bilangan oksidasi tungsten +5, +4, +3, +2 dan 0 diketahui.

Kembali pada abad 14-16. penambang dan ahli metalurgi di Pegunungan Bijih Saxony mencatat bahwa beberapa bijih mengganggu reduksi batu timah (mineral kasiterit, SnO 2) dan menyebabkan terak logam cair. Dalam bahasa profesional saat itu, proses ini ditandai sebagai berikut: "Bijih ini mengeluarkan timah dan melahapnya, seperti serigala memakan domba." Para penambang memberi jenis yang "mengganggu" ini dengan nama "Serigala" dan "Serigala", yang berarti "busa serigala" atau "busa di mulut serigala yang marah." Ahli kimia dan metalurgi Jerman Georg Agricola dalam karya fundamentalnya Dua Belas Buku tentang Logam(1556) petunjuk nama latin mineral ini - Spuma Lupi, atau Lupus spuma, yang pada dasarnya adalah kertas kalkir dari nama Jerman yang populer.

Pada tahun 1779 Peter Wulf menjelajahi mineral yang sekarang disebut wolframite (FeWO 4 x MnWO 4) dan menyimpulkan bahwa itu harus mengandung zat yang sebelumnya tidak diketahui. Pada tahun 1783, di Spanyol, saudara-saudara d'Elguyar (Juan Jose dan Fausto D'Elhuyar de Suvisa) mengisolasi "tanah asam" dari mineral ini dengan bantuan asam nitrat - endapan kuning dari oksida logam yang tidak diketahui, larut dalam air amonia. Besi dan mangan oksida juga ditemukan dalam mineral. Juan dan Fausto mengkalsinasi "bumi" dengan arang dan memperoleh logam, yang mereka usulkan untuk disebut "tungsten", dan mineral itu sendiri - "wolframite". Dengan demikian, ahli kimia Spanyol d'Elguiar adalah yang pertama mempublikasikan informasi tentang penemuan elemen baru.

Belakangan diketahui bahwa untuk pertama kalinya tungsten oksida tidak ditemukan di "pemakan timah" - wolframite, tetapi di mineral lain.

Pada tahun 1758, ahli kimia dan mineralogi Swedia Axel Fredrik Cronstedt menemukan dan mendeskripsikan mineral yang sangat berat (CaWO 4 , kemudian disebut scheelite), yang ia sebut Tung Sten, yang berarti "batu berat" dalam bahasa Swedia. Kronstedt yakin bahwa mineral ini mengandung unsur baru yang belum ditemukan.

Pada tahun 1781, ahli kimia besar Swedia Karl Scheele menguraikan "batu berat" dengan asam nitrat, menemukan, selain garam kalsium, "tanah kuning", tidak mirip dengan "tanah molibdenum" putih, yang pertama kali diisolasinya tiga tahun lalu. . Sangat menarik bahwa salah satu saudara d "Elguillard bekerja pada waktu itu di laboratoriumnya. Scheele menyebut logam itu "tungsten", setelah nama mineral dari mana oksida kuning pertama kali diisolasi. Jadi unsur yang sama memiliki dua nama.

Pada tahun 1821, von Leonhard mengusulkan penamaan mineral CaWO 4 scheelite.

Nama tungsten dapat ditemukan di Lomonosov; Solovyov dan Hess (1824) menyebutnya wolframium, Dvigubsky (1824) - wolframium.

Bahkan di awal abad ke-20. di Prancis, Italia, dan negara-negara Anglo-Saxon, elemen "tungsten" ditetapkan sebagai Tu (dari tungsten). Hanya di pertengahan abad terakhir, simbol modern W didirikan.

Tungsten di alam. Jenis deposito.

Tungsten adalah elemen yang agak langka, clarke-nya (persentase kandungan dalam kerak bumi) adalah 1,3 10 -4% (tempat ke-57 di antara unsur-unsur kimia).

Tungsten terjadi terutama sebagai tungstat besi dan mangan atau kalsium, dan kadang-kadang timbal, tembaga, torium dan unsur tanah jarang.

Mineral wolframite yang paling umum adalah larutan padat dari besi dan mangan tungstat (Fe, Mn)WO 4 . Ini adalah kristal keras berat yang warnanya berkisar dari coklat hingga hitam, tergantung pada elemen mana yang mendominasi komposisinya. Jika lebih banyak mangan (Mn:Fe> 4:1), maka kristalnya berwarna hitam, tetapi jika besi mendominasi (Fe:Mn> 4:1) berwarna coklat. Mineral pertama disebut hübnerite, yang kedua - ferberite. Wolframite adalah paramagnetik dan konduktor listrik yang baik.

Dari mineral tungsten lainnya, scheelite, kalsium tungstat CaWO 4, adalah kepentingan industri. Ini membentuk kristal, bersinar seperti kaca, berwarna kuning muda, kadang-kadang hampir putih. Scheelite tidak termagnetisasi, tetapi memiliki fitur karakteristik lain - kemampuan untuk bercahaya. Ketika disinari dengan sinar ultraviolet, ia berpendar biru terang dalam gelap. Campuran molibdenum mengubah warna cahaya scheelite: menjadi biru pucat, dan kadang-kadang bahkan krem. Properti scheelite ini, yang digunakan dalam eksplorasi geologi, berfungsi sebagai fitur pencarian yang memungkinkan Anda mendeteksi deposit mineral.

Sebagai aturan, endapan bijih tungsten dikaitkan dengan area distribusi granit. Kristal besar wolframite atau scheelite sangat jarang. Biasanya mineral hanya diselingi pada batuan granit purba. Konsentrasi rata-rata tungsten di dalamnya hanya 1-2%, sehingga agak sulit untuk mengekstraknya. Secara total, sekitar 15 mineral tungsten sendiri diketahui. Diantaranya adalah rasoit dan stolsit, yang merupakan dua modifikasi kristal berbeda dari timbal tungstat PbWO 4 . Mineral lainnya adalah produk dekomposisi atau bentuk sekunder dari mineral umum wolframite dan scheelite, seperti tungsten oker dan hidrotungstit, yang merupakan oksida tungsten terhidrasi yang terbentuk dari wolframite; russelite adalah mineral yang mengandung oksida bismut dan tungsten. Satu-satunya mineral tungsten non-oksida adalah tungstenite WS 2, cadangan utamanya terkonsentrasi di AS. Biasanya kandungan tungsten pada endapan yang dikembangkan berkisar antara 0,3 hingga 1,0% WO 3 .

Semua endapan tungsten berasal dari batuan beku atau hidrotermal. Saat magma mendingin, terjadi kristalisasi diferensial, sehingga scheelite dan wolframite sering ditemukan sebagai urat di mana magma telah menembus retakan di kerak bumi. Sebagian besar endapan tungsten terkonsentrasi di pegunungan muda - Pegunungan Alpen, Himalaya, dan sabuk Pasifik. Menurut Survei Geologi AS untuk tahun 2003 (Survei Geologi AS), sekitar 62% dari cadangan tungsten dunia terletak di Cina. Deposit signifikan elemen ini juga telah dieksplorasi di Amerika Serikat (California, Colorado), Kanada, Rusia, Korea Selatan, Bolivia, Brasil, Australia, dan Portugal.

Cadangan bijih tungsten dunia diperkirakan 2,9.106 ton dalam hal logam. Cina memiliki cadangan terbesar (1,8 106 ton), Kanada dan Rusia berbagi tempat kedua (masing-masing 2,6 105 dan 2,5 105 ton). Amerika Serikat berada di tempat ketiga (1,4 105 ton), tetapi sekarang hampir semua simpanan Amerika dibekap. Di antara negara-negara lain, Portugal (cadangan 25.000 ton), Korea Utara (35.000 ton), Bolivia (53.000 ton) dan Austria (10.000 ton) memiliki cadangan yang signifikan.

Produksi dunia tahunan bijih tungsten adalah 5,95·10 4 ton dalam hal logam, yang 49,5·10 4 ton (83%) diekstraksi di Cina. Rusia menghasilkan 3400 ton, Kanada - 3000 ton.

King Island di Australia menghasilkan 2000–2400 ton bijih tungsten per tahun. Di Austria, scheelite ditambang di Pegunungan Alpen (provinsi Salzburg dan Steiermark). Sebuah deposit tungsten-emas-bismut bersama (tambang Kanung dan deposit Calzas di Yukon) sedang dikembangkan di timur laut Brasil, dengan perkiraan cadangan emas 1 juta ons dan 30.000 ton tungsten oksida. Pemimpin dunia dalam pengembangan bahan baku tungsten adalah Cina (ladang Jianshi (60% dari produksi tungsten Cina), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guangdong (6%), Guangzhi dan Mongolia Dalam (2% masing-masing) dan lainnya). Volume produksi tahunan di Portugal (deposit Panashira) diperkirakan 720 ton tungsten per tahun. Di Rusia, deposit utama bijih tungsten terletak di dua wilayah: di Timur Jauh (deposit Lermontovskoye, 1700 ton konsentrat per tahun) dan di Kaukasus Utara (Kabardino-Balkaria, Tyrnyauz). Pabrik di Nalchik memproses bijih menjadi oksida tungsten dan amonium paratungstat.

Konsumen tungsten terbesar adalah Eropa Barat - pangsanya di pasar dunia adalah 30%. Amerika Utara dan Cina masing-masing menyumbang 25% dari total konsumsi, sementara Jepang menyumbang 12-13%. Permintaan tungsten di negara-negara CIS diperkirakan 3.000 ton logam per tahun.

Lebih dari setengah (58%) dari semua logam yang dikonsumsi digunakan dalam produksi tungsten carbide, hampir seperempat (23%) - dalam bentuk berbagai paduan dan baja. Untuk pembuatan tungsten "digulung" (filamen untuk lampu pijar, kontak listrik dll.) menyumbang 8% dari tungsten yang diproduksi, dan 9% sisanya digunakan dalam produksi pigmen dan katalis.

Pengolahan bahan baku tungsten.

Bijih primer mengandung sekitar 0,5% tungsten oksida. Setelah flotasi dan pemisahan komponen non-magnetik, batu yang mengandung sekitar 70% WO 3 tetap ada. Bijih yang diperkaya (dan skrap tungsten teroksidasi) kemudian dilarutkan dengan natrium karbonat atau hidroksida:

4FeWO 4 + O 2 + 4Na 2 CO 3 = 4NaWO 4 + 2Fe 2 O 3 + 4CO 2

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 .

Solusi yang dihasilkan dibebaskan dari kotoran mekanis, dan kemudian diproses. Awalnya, kalsium tungstat mengendap, diikuti oleh dekomposisi dengan asam klorida dan pembubaran WO3 yang dihasilkan dalam amonia berair. Terkadang pemurnian natrium tungstat primer dilakukan dengan menggunakan resin penukar ion. Produk akhir dari proses ini adalah amonium paratungstat:

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

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

WO3 + 2NH3 · H 2 O (conc.) \u003d (NH 4) 2 WO 4 + H 2 O

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

Cara lain untuk mengisolasi tungsten dari bijih yang diperkaya adalah perlakuan dengan klorin atau hidrogen klorida. Metode ini didasarkan pada titik didih tungsten klorida dan oksoklorida yang relatif rendah (300 °C). Metode ini digunakan untuk mendapatkan tungsten yang sangat murni.

Konsentrat wolframite dapat menyatu langsung dengan batu bara atau kokas dalam ruang busur listrik. Ini menghasilkan ferrotungsten, yang digunakan dalam pembuatan paduan di industri baja. Konsentrat scheelite murni juga dapat ditambahkan ke dalam lelehan baja.

Sekitar 30% dari konsumsi tungsten dunia disediakan oleh pengolahan bahan baku sekunder. Residu tungsten karbida yang terkontaminasi, serpihan, serbuk gergaji dan residu bubuk tungsten dioksidasi dan diubah menjadi amonium paratungstat. Memo baja berkecepatan tinggi digunakan dalam produksi baja yang sama (hingga 60–70% dari seluruh lelehan). Potongan tungsten dari lampu pijar, elektroda dan reagen kimia praktis tidak didaur ulang.

Produk antara utama dalam produksi tungsten adalah amonium paratungstat (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. Ini juga merupakan senyawa tungsten utama yang diangkut. Dengan kalsinasi amonium paratungstat, tungsten(VI) oksida diperoleh, yang kemudian diolah dengan hidrogen pada 700-1000 °C untuk mendapatkan bubuk tungsten logam. Tungsten carbide diperoleh dengan sintering dengan bubuk karbon pada 900-2200 °C (proses karburasi).

Pada tahun 2002, harga amonium paratungstat, senyawa komersial utama tungsten, adalah sekitar $9.000 per ton dalam hal logam. PADA baru-baru ini ada tren penurunan harga untuk produk tungsten karena pasokan besar dari Cina dan negara-negara bekas Uni Soviet.

Di Rusia, produk tungsten diproduksi oleh: Pabrik Hidrometalurgi Skopinsky "Metallurg" (wilayah Ryazan, konsentrat tungsten dan anhidrida), Pabrik Vladikavkaz "Pobedit" (Ossetia Utara, bubuk tungsten dan ingot), Pabrik Hidrometalurgi Nalchik (Kabardino-Balkaria, tungsten logam , tungsten carbide ), Pabrik Paduan Keras Kirovgrad (Wilayah Sverdlovsk, tungsten carbide, bubuk tungsten), Elektrostal (Wilayah Moskow, amonium paratungstat, tungsten carbide), Pabrik Elektrometalurgi Chelyabinsk (ferrotungsten).

Sifat-sifat zat sederhana.

Tungsten metalik memiliki warna abu-abu muda. Setelah karbon, ia memiliki titik leleh tertinggi dari semuanya zat sederhana. Nilainya ditentukan dalam kisaran 3387–3422° C. Tungsten memiliki sifat mekanik yang sangat baik pada suhu tinggi dan koefisien ekspansi terendah di antara semua logam. Titik didihnya adalah 5400–5700 ° C. Tungsten adalah salah satu logam terberat dengan massa jenis 19250 kg/m 3 . Konduktivitas listrik tungsten pada 0°C adalah sekitar 28% dari konduktivitas listrik perak, yang merupakan logam yang paling konduktif secara elektrik. Tungsten murni cukup mudah untuk diproses, tetapi biasanya mengandung pengotor karbon dan oksigen, yang membuat logam ini terkenal keras.

Tungsten memiliki modulus tarik dan kompresi yang sangat tinggi, ketahanan mulur termal yang sangat tinggi, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, koefisien emisi elektron yang tinggi, yang dapat lebih ditingkatkan dengan memadukan tungsten dengan oksida logam tertentu.

Tungsten tahan bahan kimia. Hidroklorida, sulfat, nitrat, asam fluorida, aqua regia, larutan natrium hidroksida berair, amonia (hingga 700 ° C), merkuri dan uap merkuri, udara dan oksigen (hingga 400 ° C), air, hidrogen, nitrogen, karbon monoksida (hingga 800 ° C), hidrogen klorida (hingga 600 ° C) tidak mempengaruhi tungsten. Amonia dicampur dengan hidrogen peroksida, belerang cair dan mendidih, klorin (lebih dari 250 ° C), hidrogen sulfida pada suhu panas-panas, aqua regia panas, campuran asam fluorida dan nitrat, lelehan nitrat, nitrit, kalium klorat, timbal dioksida bereaksi dengan tungsten , natrium nitrit, asam nitrat panas, fluor, brom, yodium. Tungsten carbide dibentuk oleh interaksi karbon dengan tungsten pada suhu di atas 1400 ° C, oksida - oleh interaksi dengan uap air dan sulfur dioksida (pada suhu panas merah), karbon dioksida (di atas 1200 ° C), oksida aluminium, magnesium dan torium.

Sifat senyawa yang paling penting dari tungsten.

Di antara senyawa yang paling penting dari tungsten adalah oksida, klorida, karbida dan amonium paratungstat.

Tungsten(VI) oksida WO 3 adalah zat kristal kuning muda, berubah oranye saat dipanaskan, titik leleh 1473 ° C, titik didih - 1800 ° C. Asam tungstat yang sesuai tidak stabil, dihidrat mengendap dalam larutan berair, kehilangan satu molekul air pada 70– 100 ° C, dan yang kedua - pada 180–350 ° C. Ketika WO 3 bereaksi dengan alkali, tungstat terbentuk.

Anion asam tungstat cenderung membentuk senyawa poli. Ketika bereaksi dengan asam pekat, anhidrida campuran terbentuk:

12WO 3 + H 3 PO 4 (mendidih, kons.) = H 3

Ketika tungsten oksida berinteraksi dengan natrium logam, natrium tungstat non-stoikiometrik terbentuk, yang disebut "perunggu tungsten":

WO3+ x Na = Na x WO3

Saat mereduksi tungsten oksida dengan hidrogen, pada saat isolasi, oksida terhidrasi dengan keadaan oksidasi campuran terbentuk - "tungsten biru" WO 3– n(OH) n , n= 0,5–0,1.

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

Tungsten(VI) oksida produk antara dalam produksi tungsten dan senyawanya. Ini adalah komponen dari beberapa katalis dan pigmen hidrogenasi yang penting secara industri untuk keramik.

Lebih tinggi tungsten klorida WCl 6 dibentuk oleh interaksi tungsten oksida (atau tungsten logam) dengan klorin (juga dengan fluor) atau karbon tetraklorida. Ini berbeda dari senyawa tungsten lainnya dengan titik didihnya yang rendah (347°C). Dengan caranya sendiri sifat kimia klorida adalah asam klorida dari asam tungstat, oleh karena itu, ketika berinteraksi dengan air, klorida asam tidak lengkap terbentuk, dan ketika berinteraksi dengan alkali, garam terbentuk. Sebagai hasil dari reduksi tungsten klorida dengan aluminium dengan adanya karbon monoksida, tungsten karbonil terbentuk:

WCl 6 + 2Al + 6CO \u003d + 2AlCl 3 (dalam eter)

Tungsten carbide WC diperoleh dengan mereaksikan bubuk tungsten dengan batubara dalam atmosfer pereduksi. Kekerasan, sebanding dengan berlian, menentukan ruang lingkup penerapannya.

Amonium tungstat (NH 4) 2 WO 4 hanya stabil dalam larutan amonia. Dalam asam klorida encer, amonium paratungstat (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 mengendap, yang merupakan produk antara utama tungsten di pasar dunia. Amonium paratungstat mudah terurai saat dipanaskan:

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

Penggunaan tungsten

Penggunaan logam murni dan paduan yang mengandung tungsten terutama didasarkan pada sifat tahan api, kekerasan, dan ketahanan kimianya. Tungsten murni digunakan dalam pembuatan filamen untuk lampu pijar listrik dan tabung sinar katoda, dalam produksi cawan lebur untuk penguapan logam, dalam kontak distributor pengapian mobil, dalam target tabung sinar-X; sebagai gulungan dan elemen pemanas dalam tungku listrik dan sebagai bahan struktural untuk ruang dan kendaraan lain yang beroperasi pada suhu tinggi. Baja berkecepatan tinggi (17,5–18,5% tungsten), stellite (berbasis kobalt dengan Cr, W, C ditambahkan), hastalloy (baja tahan karat berbasis Ni) dan banyak paduan lainnya mengandung tungsten. Ferrotungsten (68–86% W, hingga 7% Mo dan besi), yang mudah diperoleh dengan reduksi langsung konsentrat wolframite atau scheelite, adalah dasar untuk produksi perkakas dan paduan tahan panas. "Pobedit" adalah paduan yang sangat keras yang mengandung 80-87% tungsten, 6-15% kobalt, 5-7% karbon, sangat diperlukan dalam pengolahan logam, pertambangan dan industri minyak.

Teknologi pembuatan filamen tungsten dan sejarahnya.

Sejak 1878, ketika Swan mendemonstrasikan di Newcastle lampu arang delapan dan enam belas lilin yang ia temukan, telah ada pencarian bahan yang lebih cocok untuk membuat filamen. Lampu arang pertama memiliki efisiensi hanya 1 lumen/watt, yang meningkat selama 20 tahun berikutnya dengan modifikasi metode pengolahan arang dengan faktor dua setengah. Pada tahun 1898, output cahaya dari bola lampu tersebut adalah 3 lumens/watt. Pada masa itu, filamen karbon dipanaskan dengan melewatkan arus listrik di atmosfer uap hidrokarbon berat. Selama pirolisis yang terakhir, karbon yang dihasilkan mengisi pori-pori dan ketidakteraturan benang, memberikan kilau metalik yang cerah.

Pada akhir abad ke-19 von Welsbach membuat filamen logam pertama untuk lampu pijar. Dia membuatnya dari osmium (T pl = 2700 ° C). Filamen osmium memiliki efisiensi 6 lumens/watt, namun osmium merupakan elemen langka dan sangat mahal dari golongan platinum, sehingga belum banyak ditemukan aplikasinya dalam pembuatan perangkat rumah tangga. Tantalum, dengan titik leleh 2996°C, banyak digunakan dalam bentuk kawat yang ditarik dari tahun 1903 hingga 1911 berkat karya von Bolton dari Siemens dan Halske. Efisiensi lampu tantalum adalah 7 lumen/watt.

Tungsten mulai digunakan dalam lampu pijar pada tahun 1904 dan menggantikan semua logam lain seperti itu pada tahun 1911. Lampu pijar konvensional dengan filamen tungsten memiliki cahaya 12 lumen / watt, dan lampu yang beroperasi di bawah tegangan tinggi - 22 lumen / watt. Lampu neon modern dengan katoda tungsten memiliki efisiensi sekitar 50 lumens/watt.

Pada tahun 1904, Siemens-Halske mencoba menerapkan proses penarikan kawat yang dikembangkan untuk tantalum ke logam yang lebih tahan api seperti tungsten dan thorium. Kekakuan dan kurangnya kelenturan tungsten mencegah proses berjalan lancar. Namun, kemudian, pada tahun 1913–1914, terlihat bahwa tungsten cair dapat digulung dan ditarik menggunakan prosedur reduksi parsial. Busur listrik dilewatkan antara batang tungsten dan tetesan tungsten cair sebagian ditempatkan dalam wadah grafit dilapisi di bagian dalam dengan bubuk tungsten dan terletak di atmosfer hidrogen. Dengan demikian, tetesan kecil tungsten cair diperoleh, dengan diameter sekitar 10 mm dan panjang 20-30 mm. Meskipun dengan susah payah, sudah mungkin untuk bekerja dengan mereka.

Pada tahun 1906-1907 proses ekstrusi yang terkenal dikembangkan dan digunakan hingga awal tahun 1910-an. Bubuk tungsten hitam yang ditumbuk sangat halus dicampur dengan dekstrin atau pati sampai terbentuk massa plastik. Tekanan hidrolik memaksa massa ini melalui saringan berlian tipis. Benang yang diperoleh cukup kuat untuk dililitkan pada gulungan dan dikeringkan. Selanjutnya, benang dipotong menjadi "jepit rambut", yang dipanaskan dalam atmosfer gas inert hingga suhu panas-merah untuk menghilangkan sisa uap air dan hidrokarbon ringan. Setiap "jepit rambut" dipasang pada penjepit dan dipanaskan dalam atmosfer hidrogen hingga bersinar terang dengan melewatkan arus listrik. Hal ini menyebabkan penghapusan akhir kotoran yang tidak diinginkan. Pada suhu tinggi, partikel kecil individu tungsten melebur dan membentuk filamen logam padat yang seragam. Benang ini elastis, meski rapuh.

Pada awal abad ke-20 Yust dan Hannaman mengembangkan proses berbeda yang terkenal karena orisinalitasnya. Filamen karbon berdiameter 0,02 mm dilapisi dengan tungsten dengan memanaskannya dalam atmosfer hidrogen dan uap tungsten heksaklorida. Benang yang dilapisi dengan cara ini dipanaskan hingga bersinar terang dalam hidrogen di bawah tekanan yang dikurangi. Dalam hal ini, cangkang tungsten dan inti karbon benar-benar menyatu satu sama lain, membentuk tungsten karbida. Benang yang dihasilkan berwarna putih dan rapuh. Selanjutnya, filamen dipanaskan dalam aliran hidrogen, yang berinteraksi dengan karbon, meninggalkan filamen kompak tungsten murni. Benang memiliki karakteristik yang sama seperti yang diperoleh dalam proses ekstrusi.

Pada tahun 1909, American Coolidge berhasil mendapatkan tungsten lunak tanpa menggunakan pengisi, tetapi hanya dengan bantuan suhu yang wajar dan pemrosesan mekanis. Masalah utama dalam memperoleh kawat tungsten adalah oksidasi cepat tungsten pada suhu tinggi dan adanya struktur butir dalam tungsten yang dihasilkan, yang menyebabkan kerapuhannya.

Produksi modern kawat tungsten adalah proses teknologi yang kompleks dan tepat. Bahan bakunya adalah tungsten bubuk yang diperoleh dengan mereduksi amonium paratungstat.

Bubuk tungsten yang digunakan untuk produksi kawat harus memiliki kemurnian tinggi. Biasanya, bubuk tungsten dari berbagai asal dicampur untuk meratakan kualitas logam. Mereka dicampur di pabrik dan, untuk menghindari oksidasi logam yang dipanaskan oleh gesekan, aliran nitrogen dilewatkan ke dalam ruangan. Kemudian serbuk dipres dalam cetakan baja pada pres hidrolik atau pneumatik (5–25 kg/mm2). Jika bubuk yang terkontaminasi digunakan, compact tersebut rapuh dan pengikat organik yang sepenuhnya dapat teroksidasi ditambahkan untuk menghilangkan efek ini. Pada tahap selanjutnya, sintering awal batang dilakukan. Ketika compacts dipanaskan dan didinginkan dalam aliran hidrogen, sifat mekaniknya meningkat. Compacts masih cukup rapuh, dan kepadatannya adalah 60-70% dari kepadatan tungsten, sehingga batang dikenakan sintering suhu tinggi. Batang dijepit di antara kontak berpendingin air, dan dalam atmosfer hidrogen kering, arus dilewatkan untuk memanaskannya hampir ke titik lelehnya. Karena pemanasan, tungsten disinter dan densitasnya meningkat hingga 85-95% dari nilai kristal; pada saat yang sama, ukuran butir meningkat dan kristal tungsten tumbuh. Ini diikuti dengan penempaan pada suhu tinggi (1200-1500 °C). Dalam peralatan khusus, batang dilewatkan melalui ruang, yang dikompresi oleh palu. Untuk satu lintasan, diameter batang berkurang 12%. Saat ditempa, kristal tungsten memanjang, menciptakan struktur fibrilar. Setelah penempaan, gambar kawat berikut. Batang dilumasi dan melewati saringan berlian atau tungsten karbida. Tingkat ekstraksi tergantung pada tujuan produk yang dihasilkan. Diameter kawat yang dihasilkan adalah sekitar 13 m.

Peran biologis tungsten

terbatas. Tetangganya dalam kelompok, molibdenum, sangat diperlukan dalam enzim yang memastikan pengikatan nitrogen atmosfer. Sebelumnya, tungsten digunakan dalam penelitian biokimia hanya sebagai antagonis molibdenum, yaitu. penggantian molibdenum oleh tungsten di pusat aktif enzim menyebabkan penonaktifannya. Enzim, sebaliknya, dinonaktifkan ketika mengganti tungsten dengan molibdenum, ditemukan pada mikroorganisme termofilik. Diantaranya adalah formate dehydrogenases, aldehyde ferredoxin oxidoreductases; formaldehida-feredo-xin-oksidoreduktase; asetilen hidratase; reduktase asam karboksilat. Struktur beberapa enzim ini, seperti aldehida ferredoxin oxidoreductase, kini telah ditentukan.

Efek parah dari paparan tungsten dan senyawanya pada manusia belum diidentifikasi. Paparan debu tungsten dosis tinggi dalam waktu lama dapat menyebabkan pneumokoniosis, penyakit yang disebabkan oleh semua serbuk berat yang masuk ke paru-paru. Gejala paling umum dari sindrom ini adalah batuk, masalah pernapasan, asma atopik, perubahan paru-paru, yang manifestasinya berkurang setelah penghentian kontak dengan logam.

Materi online: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Yuri Krutyakov

Literatur:

Colin J. Smithells tungsten, M., Metallurgizdat, 1958
Agte K., Vacek I. Tungsten dan molibdenum, M., Energi, 1964
Figurovsky N.A. Penemuan unsur-unsur dan asal-usulnya diberi nama uy M., Sains, 1970
Perpustakaan populer elemen kimia. M., Nauka, 1983
Buku Tahunan Mineral Survei Geologi AS 2002
Lvov N.P., Nosikov A.N., Antipov A.N. Enzim yang mengandung tungsten, vol.6, 7. Biokimia, 2002

Produksi tungsten dunia sekitar 32 ribu ton per tahun. Sejak awal abad kita, ia telah berulang kali mengalami kenaikan tajam dan penurunan yang sama tajamnya. Diagram menunjukkan bahwa puncak pada kurva produksi persis sama dengan klimaks dari perang dunia pertama dan kedua. Dan sekarang tungsten adalah logam strategis murni

Diagram produksi tungsten dunia (dalam ribuan ton) pada paruh pertama abad ke-20.
Dari baja tungsten dan paduan lainnya yang mengandung tungsten atau karbidanya, pelindung tangki, cangkang torpedo dan cangkang dibuat, sebagian besar detail penting pesawat dan mesin.

Tungsten adalah komponen yang sangat diperlukan merek terbaik baja perkakas. Secara umum, metalurgi menyerap hampir 95% dari semua tungsten yang ditambang. (Ini adalah karakteristik bahwa ia secara luas menggunakan tidak hanya tungsten murni, tetapi terutama ferrotungsten yang lebih murah - paduan yang mengandung 80% W dan sekitar 20% Fe; diperoleh dalam tungku busur listrik).

Paduan tungsten memiliki banyak kualitas yang luar biasa. Yang disebut logam berat (dari tungsten, nikel dan tembaga) digunakan untuk membuat wadah di mana zat radioaktif disimpan. Miliknya tindakan perlindungan 40% lebih tinggi dari timah. Paduan ini juga digunakan dalam radioterapi, karena menciptakan perlindungan yang cukup dengan ketebalan layar yang relatif kecil.

Paduan tungsten karbida dengan kobalt 16% sangat keras sehingga sebagian dapat menggantikan berlian saat mengebor sumur.

Paduan palsu tungsten dengan tembaga dan perak adalah bahan yang sangat baik untuk sakelar dan sakelar untuk arus listrik tegangan tinggi: mereka bertahan enam kali lebih lama daripada kontak tembaga konvensional.

Penggunaan tungsten pada bulu lampu listrik telah dibahas di awal artikel. Sangat diperlukannya tungsten di area ini dijelaskan tidak hanya oleh refraktorinya, tetapi juga oleh keuletannya. Dari satu kilogram tungsten, sebuah kawat sepanjang 3,5 km ditarik, mis. kilogram ini cukup untuk membuat filamen untuk 23.000 bola lampu 60 watt. Karena properti inilah industri kelistrikan global hanya mengkonsumsi sekitar 100 ton tungsten per tahun.

PADA tahun-tahun terakhir senyawa kimia tungsten telah memperoleh kepentingan praktis yang besar. Secara khusus, asam heteropolifosfotungstik digunakan untuk produksi pernis dan cat yang terang dan tahan cahaya. Larutan natrium tungstat Na2WO4 memberikan ketahanan api dan ketahanan air pada kain, dan tungstat dari logam alkali tanah, kadmium, dan elemen tanah jarang digunakan dalam pembuatan laser dan cat bercahaya.

Masa lalu dan masa kini tungsten memberikan setiap alasan untuk menganggapnya sebagai logam pekerja keras.