خواص تنگستن

تنگستن

 تنگستن (Tungsten) از فلزات واسطه می باشد. اگرچه طبیعت فیزیکی (دمای ذوب بالا، چگالی بالا، فشار بخار پایین و غیره) دلیل اصلی گسترش کاربردهای تنگستن می­ باشد اما خواص شیمیایی آن نیز مهم بوده و یکی از عوامل تعیین­ کننده استفاده آن در محیط­ های مختلف می­ باشد.

نکته قابل توجه این است که این خواص می­ تواند کاملا متضاد هم باشند. به­ عبارت دیگر، تنگستن هم می­ تواند به مانند یک فلز نجیب در برابر بسیاری فلزات و ترکیبات تا دماهای بالا مقاوم باشد که این رفتار قابل مقایسه با بیش­تر سرامیک ها و شیشه­ ها بوده و پایداری خوبی نیز در برابر بسیاری از فلزات مذاب داشته و از سوی دیگر، علاوه بر عناصر و ترکیبات شیمیایی با عوامل بی­شماری واکنش می­ دهد. به عنوان مثال؛ در دمای محیط به شدت مورد هجوم فلوئورین قرار گرفته و در کم­تر از 100 درجه سانتی گراد در مخلوط اسید نیتریک- هیدروفلوریک و محلول­های قلیایی حاوی عوامل اکسنده قابل ­حل می­ باشد.

تنگستن زمانی که در معرض هوا قرار می گیرد، تشکیل یک اکسید محافظ بصورت جذب سطحی اکسیژن می­ دهد. این فلز به­ طور معمول با اکسیژن تلفیق شده و تشکیل اکسید تنگستن WO3 زرد رنگ را می دهد. در هوای آزاد تا دمای 350ºC پایدار بوده اما در دماهای بالاتر از 400 درجه سانتی گراد شروع به اکسید شدن می ­­نماید. در اثر اکسید شدن پوسته نازکی از اکسید آبی رنگ تنگستن بر سطح تشکیل شده که از اکسیداسیون بیش­تر تنگستن جلوگیری می­کند.

این فلز در حرارت معمولی و در شکل ناخالص شکننده است. برخی از کانی­ های تنگستن خاصیت مغناطیسی دارند. نکته دیگر آن­که در حضور اکسیژن، تنگستن در دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد می­ سوزد. این عنصر در سرما در حضور اسید پایدار است و در دماهای بالاتر تنها کمی تاثیر می ­پذیرد.

تاریخچه تنگستن

این عنصر برای اولین بار درسال 1847 مورد استفاده قرار گرفت، اما درسال 1898 با کشف اینکه فولاد محتوی آن برای برش سریع سایر فولادها می تواند استفاده شود، مانند یک آلیاژ مورد استفاده عمومی قرار گرفت، به­ طوری که امروزه یک آلیاژ فلزی با اهمیت محسوب میشود.

کانی­ های تنگستن در معادن قلع Saxony- Bohemia  کشف شده بودند و Gregorius Agricola آن­را به زبان لاتین “spuma lupi”، به زبان آلمانی “Wolsschaum” و به زبان انگلیسی “Woplfs Foam”  نامید.

در واقع درسال 1574، کانی ولفرامیت توسط Lazarus Ercker  به­ عنوان یک کان­سنگ قلع حاوی آرسنیک و آهن اکتشاف شد. کانی شیلیت در سال 1757 توسط Cronstedt شناخته شد که آن ­را یک کانی آهن حاوی کلسیم می­ دانست و به­ دلیل چگالی بالای آن، آن را تنگستن نامید که این نام برگرفته از کلمه سوئدی tung sten به معنی سنگ سنگین می­ باشد. در سال Scheele ،1781 ضمن تجزیه این کانه، به این نتیجه رسید که شیلیت نمک کلسیم از اسیدی ناشناخته می­ باشد.

در سال 1783،  Juan José و برادرش، توسط روش احیا با کربن موفق به تولید عنصر تنگستن از ولفرامیت شدند. آن­ها این عنصر را ولفرام نامیده و به دنبال آن در 1821، Von Leonhard نام شیلیت (Scheelite) را برای کانی CaWO4  پیشنهاد نمود.

شیمی واقعی تنگستن توسط Oxland در سال 1874 مشخص شد. وی روش تولید تنگستات سدیم، تری اکسید تنگستن و فلز تنگستن را ابداع کرد. او اولین کسی بود که روش تولید فروتنگستن که در ساخت فولادهای مدرن به­­ کار می­ رود، را ارایه داد.

گرچه روش­ های مختلف تولید فلز تنگستن ثبت و مورد تایید قرار گرفتند، اما استفاده از تنگستن به دلیل قیمت بالای آن مورد توجه نبود. پیشرفت­ هایی که منجر به استفاده صنعتی تنگستن شد در سال 1890 و با تولید WC توسط Morssan آغاز گردید به نحوی­ که تنها در یک دوره 30 ساله، کاربید تنگستن به بزرگ­ترین مصرف کننده تنگستن تبدیل شد. در سال 1903 اولین فیلامانت تنگستنی در لامپ­ های گداخته و در کشور مجارستان تولید شد. در سال 1920، تنگستن تنها عنصر آلیاژی صنعت فولاد و فیلامانت لامپ­ های گداخته به­ شمار می­ آمد.

افزایش پیوسته تقاضا تا سال 1980 منجر به تحقیقات پایدار و ایجاد معادن و کارخانه­ های فرآوری گردید. اگر چه به دلیل کاهش قیمت و تقاضا تعداد زیادی از معادن، به­ خصوص در کشورهای صنعتی، از سال 1985 بسته شده­ اند اما با این وجود از نظر اهمیت تنگستن در رده دوم فلزات دیرگداز پس ازمولیبدن قرار گرفته و به­ عنوان مهم­ ترین فلز دیرگداز در {{متالورژی پودر}} به­ کار برده می­ شود.

خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی تنگستن

ایزوتوپ های تنگستن

خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی تنگستن

تنگستن بالاترین دمای ذوب را در میان تمام فلزات دارا می­ باشد که تنها از کربن عنصری و مونوکاربیدهای فلزی نیوبیوم، زیرکونیوم، تانتالیوم و هافنیم کم­تر است. در کنار این خصوصیت منحصر به فرد، انرژی پیوندی بسیار بالا خصوصیات شیمیایی ویژه­ ای را نیز برای این عنصر فراهم نموده است. به ­عنوان مثال تنگستن دارای کم­ ترین فشار بخار، کم­ترین تراکم پذیری در میان تمام فلزات است. این عنصر هم­چنین دارای چگالی بسیار بالا، ضریب الاستیسیته بالا، انبساط دمایی پایین و رسانایی دمایی بالا می­ باشد.

اندازه دانه­ ها و ساختمان آن­ها تأثیر شدیدی بر خواص مکانیکی تنگستن می­ گذارد، این فلز در برابر تغییر شکل دادن مقاومت بالایی داشته و همچنین ضریب بالای الاستیسیته و دمای تبلور مجدد بالایی دارد. در میان عناصر تنها رنیوم دارای مقاومت دمایی بیش­تر از تنگستن است.

تنگستن در میان تمامی فلزات تقریبا بالاترین چگالی را دارد. چگالی مواد زینترشده تنگستنی مختلف می­ تواند بسیار متفاوت باشد.

منابع تنگستن

کانی­ های تنگستن در سنگ های آذرین، دگرگونی و رسوبی یافت می شوند. اغلب ذخایر اقتصادی تنگستن جهان در دوره های مزوزوئیک و سنوزوئیک در طول فازهای کوهزایی آلپی بوجود آمده ­اند.

کانسارهای تنگستن جنوب شرقی چین که بزرگ­ترین ذخایر تنگستن دنیا را تشکیل می دهند، متعلق به مزوزوئیک می باشند. هم­چنین کانسارهای تنگستن در کره‌ جنوبی و تایلند به این زمان تعلق دارند. مهم­ترین و بزرگ­ترین ذخایر تنگستن در جنوب شرق چین، جمهوری کره، قزاقستان، شمال قفقاز، اروپای مرکزی، کانادا و شرق استرالیا قرار دارند.

کانی شناسی تنگستن بسیار ساده است. تنگستن به­ صورت خالص در طبیعت یافت نمی­ شود و تنها به­ صورت ترکیبی در بیست کانی یافت می شود که اکثر آنها کمیاب هستند. فقط شیلیت و سه کانی گروه ولفرامیت اهمیت بیش­تری دارند. از این بیست کانی، یازده کانی اولیه و بقیه محدود به نواحی هوازده می شوند. نام و فرمول شیمیایی کانیهای مهم تجاری این گروه در جدول ذیل آورده شده‌ است.

به استثنای تنگستنیت، همه کانی­ها تنگستات هستند که از میان آن­ها تنها گروه شیلیت و ولفرامیت از اهمیت صنعتی برخوردارند.

به­ طور کلی سنگ­های معدن تنگستن را می­ توان به دو گروه تقسیم کرد: سنگ­ های مهم از نظر اقتصادی و سنگ­ های پایین رتبه. گروه اول شامل ولفرامیت، هیوبنریت، فربریت و شیلیت می­ باشد که از فراوانی و خلوص کافی برخور دارند و اکتشاف و استخراج آن­ها اقتصادی است. گروه دوم به ­دلیل مقادیر کم، خلوص کم و کمیاب بودن اهمیت کم­تری دارند. مهم­ترین ویژگی­های شیلیت، ولفرامیت، فربریت و هوبنریت در جدول ذیل آمده است.