اکسیدهای تنگستن

اکسیدهای تنگستن

تعداد بازدید: 5387
چهارشنبه 03 دي 1393

اکسیدهای تنگستن

اکسیدهای تنگستن (Tungsten Oxides) از ترکیبات مهم تنگستنی هستند. به­ دلیل داشتن اعداد اکسایش مختلف، تعداد ترکیبات زیادی از تنگستن شناخته شده است اما در میان سیستمهای مختلف موجود بین تنگستن و سایر مواد، سیستم تنگستن – اکسیژن از اهمیت بیش­تری برخوردار است. زیرا بسیاری از این ترکیبات حین فرایند هیدرومتالورژی تولید پودر تنگستن، تشکیل می شود. نکته قابل توجه اینکه به دلیل داشتن اعداد اکسایش مختلف، تعداد ترکیبات زیادی از تنگستن شناخته شده است. این سیستم تقریبا پیچیده بوده و علاوه بر اکسیدهای دوتایی استوکیومتری (WO3،  WO2.9، WO2.72، WO2) ، محدوده وسیعی از ترکیبات غیراستوکیومتری را نیز در بر می گیرد.

در حالت اکسایش کامل (W6+)، مکان­های اکتاهدرال غالب بوده که در آن اتم­های تنگستن در مرکز اکتاهدرال قرار داشته و با 6 اتم اکسیژن احاطه شده است (WO6) و تا زمانی که یون­های تنگستن 6 ظرفیتی باشد، تنها گوشه­ های اکتاهدرال به اشتراک گذاشته می شود که این حالت در شکل زیر دیده می­ شود. دایره کوچک اتم تنگستن و دایره های بزرگ، اکسیژن می باشد.

ساختار اکسید تنگستن

با کاهش نسبت اکسیژن به تنگستن، که در طی احیا رخ می­ دهد (تبدیل به اکسیدهای پایین­تر)، هشت­ وجهی بسیار بسیار پیچیده شده و ترکیبی از گوشه، لبه و وجوه را به اشتراک می گذارد. با از دست دادن هر اتم اکسیژن از شبکه اکسید، دو الکترون به باند هدایت اضافه شده که در نتیجه ترکیبات حاصل از احیا، نیمه­ هادی یا هادی می شوند. درکنار هشت­ وجهی تنگستن – اکسید، چهاروجهی WO4 نیز می­ تواند در ترکیبات کاملا اکسید شده و تشکیل شود. امروزه چند صد یا حتی هزاران اکسید سه تایی و چهارتایی شناخته شده است که در این بخش تنها تعدادی از آن­ها آورده شده است.

اکسیدهای دوتایی استوکیومتری تنگستن

اکسیدهای دوتایی تنگستن به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

دی اکسید تنگستن و تری اکسید تنگستن که خود به سه دسته α، β و γ تقسیم می شود که در بخش بعدی توضیحات مربوط به هر یک آورده شده است.

اکسیدهای دوتایی تنگستن

تری اکسید تنگستن

تری اکسید تنگستن به سه دسته آلفا،بتا و گاما تقسیم می شود:

 

α- اکسید تنگستن  WO3

این اکسید از کلسیناسیون اسید تنگستیک یا APT در حضور هوا یا اکسیژن بدست می­آید:

(H2WO4 → WO3 + H2O      (750-800 °C           

NH4)10H2W12O42 . 4H2O → 12WO3 + 10NH3 + 11H2O)            

در اکسیداسیون پودر تنگستن (برای ترکیب استوکیومتری WO3)، فشار جزیی اکسیژن می­ بایست بالاتر از هوا باشد.

چگالی 7.30-7.21 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب 1427 درجه سانتی گراد، شروع تصعید آن در دمای بسیار پایین­ تر از نقطه ذوب و بالاتر از 750 درجه سانتی گراد بوده و نقطه جوش آن 1837 درجه سانتی گراد می باشد. بخش­ های فرار آن تنها مولکول­ های پلی­ مریک می باشند.

بعضی از آلوتروپی های آن به صورت زیر است:

نکته قابل ذکر این است که WO3 تجاری عموما به­ طور کامل شامل WO3γ می­باشد. علت این تبدیل­ ها از ساختار سرچشمه می گیرد. در یک ساختار ایده ­آل این اکسید، مکان­ های اکتاهدرال به­ شکل چهارگوش دیده می شود، البته ساختار واقعی واپیچیده می باشد. این بدان معنی است که اتم ­های نسبتا کوچک تنگستن تمایل به جابجایی از مرکز اکتاهدرال دارند و این انتقال به دما وابسته می باشد. نکته قابل ذکر دیگر آن است که از بین رفتن این تقارن به وجود ناخالصی ها نیز بستگی دارد.

WO3 در اسیدها به­ جز HF غیرقابل­ حل بوده اما به­ راحتی در محلول­ های هیدروکسیدی قلیایی آبی یا مذاب هیدروکسیدهای قلیایی یا کربنات­ها حل می شود. WO3  یکی از مهم­ ترین و خالص­ ترین بین­ فلزی ها در تولید سایر ترکیبات تنگستنی یا پودر تنگستن می باشد. هم­ چنین حجم زیادی از این اکسید در طی فرآیندی به اکسید آبی رنگ تنگستن تبدیل می شود.

WOبه علت داشتن رنگ زرد کم­رنگ، به عنوان رنگ­ دانه در رنگ­ های آبی یا روغنی به­ کار برده می شود. اخیراً از آن در کاتالیست­ های مختلفی به­ ویژه در کنترل آلودگی هوا و صنایع بهداشتی نیز استفاده می شود.

اکسید تنگستن آبی

تری اکسید تنگستن

  • β- اکسید تنگستن (WO2.9 (W20O58))

این اکسید درطی فرآیند احیاء WO3 به W بدست می آید. حالت خلوص بالای آن می­ تواند در دمای 550-500 درجه سانتی گراد و فشار جزیی بخار آب 0.6 bar بدست آید. چگالی 7.16 گرم بر سانتی متر مکعب، رنگ آبی یا آبی تیره و ساختار مونوکلینیکی داشته و اغلب به ­شکل سوزنی (محور b مونو کلینیک آن موازی محور سوزن) کریستاله می شود. در حالت خالص به عنوان کاتالیست مهم صنعتی سنتز شیمیایی به­ کار می رود. مشابه WO2.72، می تواند تجزیه N2O و اکسیداسیون انتخابی مخلوط اکسیژن پروپن به آکرولین را تسریع کند.

 

  • γ- اکسید تنگستن (WO2.72 (W18O49)

این اکسید نیز در طی احیا WO3 به W حاصل می شود. نوع خلوص بالای آن می تواند در دمای 900 درجه سانتی گراد و فشار جزیی بخار آب 0.8 bar بدست آید. چگالی 7.427-7.989 گرم بر سانتی متر مکعب، رنگ بنفش مایل به قرمز و ساختار مونوکلینیکی داشته و مشابه اکسید β، سوزن­ های محور b آن موازی محور سوزن می باشد. این اکسید در دماهای بالا تجزیه شده و در محلول­های قلیایی قابل حل می باشد.

دی اکسید تنگستن

دی اکسید تنگستن (WO2) محصول میانی احیاء هیدروژنی اکسیدهای بالاتر تنگستن بوده که در دمای 900 درجه سانتی گراد تحت اتمسفر هیدروژن و فشار جزیی بخار آب 0.5 bar بدست می آید، علاوه بر این درطی احیا WO3 به W نیز حاصل می شود. نکته دیگر آن است که اکسیداسیون مستقیم تنگستن با اکسیژن، روش مناسبی جهت سنتز آن نمی باشد زیرا که در این بین اکسیدهای بالاتر نیز تشکیل می شود. چگالی 10.82-11.05 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب 1530 درجه سانتی گراد  و رنگ قهوه ای تا بنفش قهوه­ ای داشته که تک کریستال­ های آن به رنگ برنزی می باشد و به همین علت درخشندگی و جلای فلزی دارند.

این اکسید در اسیدهای معدنی غلیظ و گرم و محلول­های هیدروکسیدی قلیایی غلیظ و در حال جوش حل می شود. هم ­چنین در محلول آب اکسیژنه رقیق و غلیظ به ­سرعت حل شده و اسیدنیتریک نیز منجر به اکسید شدن WO2 به WO3 می شود.

ترکیبات سه تایی استوکیومتری

ترکیب های سه تایی تنگستن با اکسیژن به صورت زیر دسته بندی می شوند:

ترکیب سه تایی تنگستن- اکسیژن

  • تری اکسید تنگستن هیدراته (یک­ آبه) (WO3.H2O (WO2(OH2))

این ماده یک ترکیب مونومریک و گازی بوده که در دماهای بالاتر از 600 درجه سانتی گراد  و در اثر احیاء بخار آب و اکسیدهای تنگستن حاصل می­ شود. عامل انتقال شیمیایی بخار[1] تنگستن در طی احیاء بوده و بر اندازه دانه نهایی پودر تنگستن تولید شده، تاثیر می­ گذارد.

 

  • اسیدهای تنگستیک

برخلاف ترکیباتی که تاکنون ذکر شد، اسید تنگستیک بسیار چگال و تقریبا غیرقابل حل بوده و با کاهش مقدار آب آن، آمورف می­ شود. درطی حرارت دادن، دی هیدراته شده و حرارت دهی تا دمای درجه سانتی گراد 500، منجر به رسیدن به مرحله نهایی تجزیه آبی شده و تری اکسید تنگستن کریستاله بدون آب مطابق واکنش ذیل حاصل می­ شود:

( WO3 . 2H2O       ( W : H2O  ratio 1 : 2 

( WO3 . H2O       ( W : H2O  ratio 1 : 1 

(2WO3 . H2O       ( W : H2O  ratio 2 : 1       

  • اسید تنگستیک (H2WO4 (WO3.H2O))

از طریق احیاء محلول­ های قلیایی داغ با اسیدهای معدنی قوی، ترجیحا HCl، بدست می آید. به رنگ زرد و آمورف بوده و در محلول­ های آبی یا اسیدی غیرقابل حل می­ باشد اما اسید تنگستیک تازه تولید شده در حضور آب تشکیل محلول کلوییدی می­ دهد. در ضمن در محیط­ های قلیایی قوی، آمونیاک و HF حل شده و تا دمای 150 درجه سانتی گراد پایدار می­ باشد.

در ابتدا، اسید تنگستیک در فرآیند تولید پودر تنگستن از سنگ معدن، یکی از ترکیبات میانی بسیار خالص و مهم بود که امروزه با APT جایگزین شده است. در تولید پودر تنگستن بسیار ریز و بعضی از ترکیبات آن، به ­عنوان  ماده اولیه به کار می­ رود، هم­چنین در تولید لعاب زرد روشن به عنوان رنگ­دانه استفاده می­ شود.

 

  • اسید تنگستیک سفید (WO3 . x H2O) ( x=~2)

از طریق اسیددار کردن محلول­ های تنگستات در محیط سرد، رسوب می­ کند. در واقع از افزودن محلول تنگستات سدیم به 1 مولار اسید نیتریک در 1=pH ، ماده ای حاصل شده که جامدی سفید رنگ و آمورف بوده و با جوشیدن به اسید تنگستیک تبدیل می­ شود. تا 55 دمای درجه سانتی گراد پایدار بوده و در محدوده دمایی 75- 55 درجه سانتی گراد آب خود را از دست می­ دهد. 

 

  • تنگستات کلسیم ( CaWO4)

از افزودن کلرید کلسیم اضافی به مذاب تنگستات سدیم و یا از افزودن محلول کلرید کلسیم به محلول تنگستات سدیم حاصل می­ شود. از این واکنش در مقیاس بزرگ به عنوان بخشی از تصفیه کردن در مراحل اولیه استفاده می­ شود. ساختار تتراگونال داشته و به صورت ناچیز در آب قابل حل می­ باشد. در واقع این ترکیب همان شیلیت بوده که به صورت مصنوعی تشکیل می­ شود.

 

  • آمونیوم پاراتنگستات  ((NH4)10H2W12O42 .4H2O )

این ترکیب ساختار مونوکلینیک داشته و در طی فرآیند تشکیل آن، بسته به شرایط کریستاله شدن، هگزا هیدراته تری­ کلینیک و دکا هیدراته ارتورومبیک تشکیل می شود. امروزه این ترکیب عمومی­ ترین و خالص­ ترین ترکیب میانی در فرآیند تولید تنگستن می­ باشد.


[1] - Chemical Vapor Transport: CVT

منابع و پیوندها

گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Lassner. E, Tungsten: Properties, Chemistry, Technology of the Element, Alloys, and Chemical Compounds, Springer, 1999

Scott.M, Tungsten and selected Tungsten compounds, National Institute of Environmental Health Sciences, 2003

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلا مانع است

سيستم تنگستن – اكسيژن
ترکیبات تنگستن یا اکسیژن
Tungsten oxide
w oxides
برچسب ها: اکسیدتنگستنسرامیک
نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 1400
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر