טונגסטן: יישום, תכונות ומאפיינים כימיים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

אמא טבע העשירה את האנושות ביסודות כימיים שימושיים. חלקם חבויים במעיו ומוכלים בכמויות קטנות יחסית, אך משמעותם משמעותית ביותר. אחד מהם הוא טונגסטן. השימוש בו נובע מתכונותיו המיוחדות.

סיפור מקור

המאה ה- XVIII - המאה של גילוי הטבלה המחזורית - הפכה לבסיס בהיסטוריה של מתכת זו.

בעבר התקבל קיומו של חומר מסוים, שהוא חלק מהסלעים המינרליים, שמנע מהם התכה של המתכות הנחוצות. לדוגמה, השגת פח הייתה קשה אם העפרה מכילה אלמנט כזה. הפרש טמפרטורת ההיתוך והתגובות הכימיות הביאו להיווצרות קצף סיגים, שהפחית את כמות תפוקת הפח.

במאה ה-8, המתכת התגלתה ברציפות על ידי המדען השבדי Scheele והאחים הספרדים אלוארד. זה קרה כתוצאה מניסויים כימיים על חמצון של סלעים מינרליים - scheelite ו-wolframite.

רשומה במערכת המחזורית של יסודות בהתאם למספר אטומי 74. מתכת עקשן נדירה בעלת אטומיעם מסה של 183.84 הוא טונגסטן. השימוש בו נובע ממאפיינים חריגים שהתגלו כבר במהלך המאה ה-20.

היכן לחפש?

מבחינת המספר בבטן האדמה, הוא "מיושב בדלילות" ותופס את המקום ה-28. זהו מרכיב של כ-22 מינרלים שונים, אך רק 4 מהם חיוניים להפקתו: scheelite (מכיל כ-80% טריאוקסיד), וולפרמיט, פרבריט והובנריט (הם מכילים 75-77% כל אחד). הרכב העפרות מכיל לרוב זיהומים, במקרים מסוימים מתבצעת "חילוץ" מקביל של מתכות כמו מוליבדן, בדיל, טנטלום וכו'. הפיקדונות הגדולים ביותר נמצאים בסין, קזחסטן, קנדה, ארה"ב, יש גם ברוסיה, פורטוגל, אוזבקיסטן.

איך הם משיגים את זה?

בשל התכונות המיוחדות, כמו גם התכולה הנמוכה בסלעים, הטכנולוגיה להשגת טונגסטן טהור היא די מסובכת.

1. הפרדה מגנטית, הפרדה אלקטרוסטטית או ציפה להעשרת עפר ל-50-60% ריכוז תחמוצת טונגסטן.
2. בידוד של תחמוצת 99% על ידי תגובות כימיות עם ריאגנטים אלקליים או חומציים וטיהור הדרגתי של המשקע שנוצר.
3. הפחתת מתכת עם פחמן או מימן, פלט של אבקת המתכת המתאימה.
4. ייצור של מטילי או לבנים מסונטרים באבקה.

אחד השלבים החשובים בייצור מוצרים מתכות הוא מתכות אבקה. הוא מבוסס על ערבוב אבקת מתכות עקשן, לחיצה שלהן ולאחר מכן סינטר.בדרך זו מתקבלות מספר רב של סגסוגות חשובות מבחינה טכנולוגית, ביניהן טונגסטן קרביד, שיישומה נמצא בעיקר בייצור תעשייתי של כלי חיתוך בעלי הספק ועמידות מוגברים.

מאפיינים פיזיים וכימיים

טונגסטן היא מתכת עקשנית וכבדה בצבע כסף עם סריג קריסטל במרכז הגוף.

• נקודת התכה - 3422 ˚С.
• נקודת רתיחה - 5555 ˚С.
• צפיפות - 19.25 גרם/ס"מ3.

זהו מוליך טוב של זרם חשמלי. לא מתמגנט. חלק מהמינרלים (כגון scheelite) הם זוהרים.

עמיד בפני חומצות, חומרים אגרסיביים בטמפרטורות גבוהות, קורוזיה והזדקנות. טונגסטן תורם גם לביטול השפעת זיהומים שליליים בפלדות, לשיפור עמידות החום שלו, עמידות בפני קורוזיה ואמינות. השימוש בסגסוגות ברזל-פחמן כאלה מוצדק על ידי יכולת הייצור שלהן ועמידותן בפני שחיקה.

מאפיינים מכניים וטכנולוגיים

טונגסטן היא מתכת קשה ועמידה. הקשיות שלו היא 488 HB, חוזק המתיחה הוא 1130-1375 MPa. כשהוא קר, זה לא פלסטיק. בטמפרטורה של 1600 ˚С, הפלסטיות עולה למצב של רגישות מוחלטת לטיפול בלחץ: חישול, גלגול, ציור. ידוע כי 1 ק"ג ממתכת זו מאפשר לייצר חוט באורך כולל של עד 3 ק"מ.

העיבוד קשה עקב קשיות יתר ושְׁבִירוּת. עבור קידוח, מפנה, כרסום, חומרים טונגסטן-קובלט קרביד משמשים, שנעשו על ידי מטלורגיית אבקה. לעתים רחוקות יותר, במהירויות נמוכות ובתנאים מיוחדים, נעשה שימוש בכלים העשויים מפלדת טונגסטן סגסוגת במהירות גבוהה. עקרונות חיתוך סטנדרטיים אינם ישימים, מכיוון שהציוד נשחק במהירות רבה והטונגסטן המעובד נסדק. הטכנולוגיות הבאות מיושמות:

1. טיפול כימי והספגה של שכבת פני השטח, כולל שימוש בכסף לצורך כך.
2. חימום פני השטח בעזרת תנורים, להבת גז, זרם חשמלי של 0.2 A. הטמפרטורה המותרת בה יש עלייה קלה בפלסטיות ובהתאם, החיתוך משתפר היא 300-450 ˚С.
3. חיתוך טונגסטן עם חומרים ניתנים להתיך.

השחזה והשחזה צריכות להתבצע באמצעות כלי יהלום ואלבור, לעתים רחוקות יותר קורונדום.

ריתוך של מתכת עקשן זו מתבצע בעיקר תחת פעולת קשת חשמלית, טונגסטן או אלקטרודות פחמן בגז אינרטי או מיגון נוזלי. ריתוך מגע אפשרי גם.

לאלמנט הכימי המסוים הזה יש מאפיינים שגורמים לו לבלוט מהקהל. כך, למשל, מאופיין בעמידות גבוהה בחום ועמידות בפני שחיקה, הוא משפר את האיכות ותכונות החיתוך של פלדות סגסוגות המכילות טונגסטן, ונקודת ההיתוך הגבוהה שלה מאפשרת לייצר חוטים לנורות ואלקטרודות לריתוך.

Application

נדירות, חריגות וחשיבות קובעות את השימוש הנרחב בטכנולוגיה המודרנית במתכת בשם טונגסטן - טונגסטן. מאפיינים ויישום מצדיקים את העלות והביקוש הגבוהים. נקודת התכה גבוהה, קשיות, חוזק, עמידות בחום ועמידות בפני התקפה כימית וקורוזיה, עמידות בפני שחיקה ותכונות חיתוך הם קלפי המנצח העיקריים שלו. מקרי שימוש:

1. Filaments.
2. סגסוגות של פלדות על מנת להשיג סגסוגות ברזל-פחמן מהירות, עמידות בפני שחיקה, עמידות חום ועמידות בחום, המשמשות לייצור מקדחים וכלים אחרים, אגרוף, קפיצים וקפיצים, מסילות.
3. ייצור של סגסוגות קשות "מואבקות", המשמשות בעיקר ככלי חיתוך, קידוח או לחיצה עמידים במיוחד.
4. אלקטרודות לריתוך TIG והתנגדות.
5. ייצור חלקים להנדסת רנטגן ורדיו, מנורות טכניות שונות.
6. צבעים זוהרים מיוחדים.
7. חוטים וחלקים לתעשייה הכימית.
8. דברים קטנים ומעשיים שונים, למשל, ג'יגים לדיג.

סגסוגות שונות המכילות טונגסטן צוברות פופולריות. ההיקף של חומרים כאלה מפתיע לפעמים - מהנדסה כבדה ועד לתעשייה קלה, שבה מייצרים בדים בעלי תכונות מיוחדות (למשל, עמידים באש).

אין חומרים אוניברסליים. כל אלמנט ידוע וסגסוגות שנוצרו נבדלים בייחודיות ובנחיצותם עבור תחומי חיים ותעשייה מסוימים. עם זאת, לחלקם יש מאפיינים מיוחדים שמאפשרים תהליכים שלא היו אפשריים בעבר. מתכת אחת כזו היא טונגסטן. היישום שלו אינו רחב מספיק, כמו פלדה, אבל כל אחת מהאפשרויות שימושית והכרחית ביותר עבור האנושות.