钨:性能、生产和应用

350多年前，有人观察到中国瓷器制造商在他们的设计中加入了一种独特的桃色，这种颜色在世界其他地方都不为人知或认可。这种情况一直持续到1779年，爱尔兰化学家和矿物学家彼得·伍尔夫在瑞典黑钨矿的样品中发现了一种新金属的存在，但他没有把它分离出来。后来在1781年，德国化学家威廉·舍勒继续研究，成功地分离出一种酸性白色氧化物，他推断这是这种新金属的氧化物。发现这种金属的荣誉被授予了西班牙化学家和矿物学家Juan Jose和Fausto Elhuyar，他们在1793年生产出了同样的酸性金属，但与其他任何金属都不同，他们成功地分离出了这种金属钨[1]。

钨过渡金属以其突出的性能而闻名，特别是当与其他元素结合在化合物中，如碳化钨．钨的名字来源于北欧词“tung”和“sten”，这两个词合起来的意思是“沉重的石头”[3]。钨也被称为wolfram，它的化学符号，W．wolfram这个名字来源于黑钨矿。

地壳中钨的含量约为0.007%(全球储量350万吨)。如今，中国的钨储量占全球的很大一部分。钨及其化合物由于其物理和化学性质而具有广泛的应用。

在这里，你将了解到:

• 钨的性质
• 钨的来源
• 钨的产品及用途
• 钨的未来应用

钨的性质

钨是一种浅灰色或银白色的金属，是自然界中最坚硬的金属之一。的钨密度是非常高的，实际上是所有金属中最高的[2][4]。下表显示了钨和碳化钨各自的一些主要特性。请注意碳的加入是如何显著提高其硬度，但降低其熔点和热导率的。

表1。钨和碳化钨的比较

钨的熔点和沸点是所有已发现元素中最高的，也是最低的热膨胀系数在金属。

这是一个属性比较必威地址这表明钨在熔点、热膨胀系数和密度方面在其他金属中排名靠前。注意钨的熔点是最高的，CTE是最低的，密度是最高的。点击图或下面标题中的链接来执行您自己的比较方案。

图1所示。房地产有限公司不同显示了钨和其他金属在熔点、CTE和密度方面的排名

这种稀有金属的性质，无论是纯的还是合金的形式，都使钨在许多现代应用中非常有用。例如，钨环由于其令人难以置信的硬度和强度，被认为是抗划伤和牢不可破的。它们不容易生锈，具有高度的耐腐蚀性，这使得它们对材料科学的未来更具吸引力。

钨的生产加工

钨在自然环境中存在，就像在岩石和矿物中结合了其他化学物质一样，但它不是作为纯金属存在的。钨的两种主要矿物是钨锰铁矿而且白钨矿．钨锰铁矿[(铁、锰)我们₄)]见于与花岗质侵入体[5]有关的石英脉和伟晶岩中。黑钨矿强度大，密度大，熔点高。它的颜色从浅灰色到深黑色变化，它的光泽是亚金属。白钨矿(CaWO₄)，另一方面，通常以致密或颗粒状的质量出现。白钨矿的颜色在白色、灰色、棕色、淡黄色、橙色和无色之间变化。它的主要特点之一是在紫外光[6]下具有很强的荧光性。

矿石的提取主要有两种采矿方法，地表采矿而且地下采矿．

地表采矿

由于有些钨矿床离地表很近，所以进行地表采矿，基本上就是清除矿床上的土壤和岩石。

地下采矿

对于地壳以下深度的矿床，建造水平或垂直的竖井和隧道，然后开采矿石。

由于钨主要是从黑钨矿和白钨矿中获得的，它的生产使用了Juan Jose和Fausto Elhuyar开发的方法。钨矿经过粉碎、清洗和碱处理，生产出三氧化钨(WO_3.)．这种三氧化化合物然后与碳或氢气加热，产生金属钨和二氧化碳(CO₂)，或在其他情况下，钨金属和水蒸气(H₂0)［4］.

大多数钨矿位于中国的南山区，约占世界储量的50%。其他拥有丰富钨资源的地区包括俄罗斯的北高加索和贝加尔湖、哈萨克斯坦、韩国的沙洞、加拿大北部、玻利维亚的Chojlla和美国的落基山脉。

钨制品及用途

根据用途，钨制品可分为四大类:碳化物、轧机产品、合金和高温合金，以及各种化工产品[8]。

碳化物是最常见和最硬的钨化合物产品。化学加工钨的公司主要生产钨精矿、仲钨酸铵(APT)、氧化钨，钨金属粉，碳化钨粉、其他含钨化学品[7]。生产的钨约60%用于工业硬质合金零件用于切割和耐磨应用，主要用于建筑，金属加工，采矿，石油和天然气行业。其余40%通常用于制造各种合金和特种钢、电极、灯丝、电线，以及用于电气、电子、加热、照明和焊接应用的各种组件[7]。下表中列出了产品的摘要和使用示例。

表2。不同的钨制品及其应用和用途

钨的另一个有趣用途是黄金替换．珠宝行业使用钨作为钨的替代品黄金因为它的密度相似(比黄金的密度低0.36%)，也是低过敏性和耐刮擦的。在过去的几十年里，人们发现钨被用于金条的伪造，在现有的金条中，已经观察到钻孔被钨棒取代，因为它们具有相似的密度和性能，价格明显低于黄金[9]。

钨的未来应用

在世界范围内，能源的使用持续增长，甚至快于能源供应。此外，能源的未来趋势是生产和消费的效率。因此，预计钨产品和应用将在未来的挑战中发挥重要作用。氧化钨基电极已被研究用于开发能量存储应用，如超级电容器和电池，考虑到这种材料因其电荷传输特性、独特的物理化学性质和良好的耐腐蚀性[11]而具有优势。

钨制品还有一个重要的机会是在可再生能源领域，它们可以对化石能源或可再生能源的发电、输电和配电[10]产生重大影响。

阴极射线管的样品。

[1] J. Rowlatt，“钨:子弹和导弹的完美金属”，BBC新闻杂志，BBC世界服务，2014年，https://www.bbc.com/news/magazine-28263683(2020年2月13日访问)

[2]拉斯纳e和舒弗特W-D，钨:性质，化学，技术，元素，合金和化合物，施普林格科学商业媒体，纽约，1999年

[3]牛津英语词典，“钨”，第3版，牛津大学出版社。2005年9月

[4] JLab科学教育，“钨元素”，https://education.jlab.org/itselemental/ele074.html(2020年2月10日访问)

[5]米切尔，板岩带中的花岗岩、小侵入和矿化，《缅甸地质带、板块边界与矿床》，2018

[6]大英百科全书，“钨加工，https://www.britannica.com/technology/tungsten-processing(2020年2月10日访问)

[7]美国地质调查局，“钨”，矿产商品摘要，2020年1月，可在https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2020/mcs2020-tungsten.pdf(2020年2月10日访问)

[8]美国内政部矿务局，“钨”，年度报告，1994年11月。https://www.google.com/books/edition/Tungsten/_7KWMjChLBwC?hl=en&gbpv=1&dq=tungsten&pg=PA2&printsec=frontcover(2020年2月10日访问)

[9] DiMaggio R.和Barone下午犯罪现场的地球科学家，施普林格Nature, Cham，瑞士，2017，可售:https://www.google.com/books/edition/Geoscientists_at_Crime_Scenes/JH4nDwAAQBAJ?hl=en&gbpv=1&dq=tungsten+counterfeit+gold&pg=PA27&printsec=frontcover(2020年2月10日访问)

[10]国际钨工业协会，“未来应用”，https://www.itia.info/future-applications.html(2020年2月10日访问)

[11]信德P.A，张荣S，电化学储能用氧化钨基电极研究进展，ChemSusChem, 2020, vol 13, p. 11-38