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下級欄目:
 (Tungsten),一種金屬元素。主要用途為制造燈絲和高速切削合金鋼、超硬模具,也用于光學儀器,化學儀器。中國是世界上最大的鎢儲藏國,國內分布江西、湖南、河南。
鎢發展歷史
  鎢是屬于有色金屬,也是重要的戰略金屬,鎢礦在古代被稱為“重石”。1781年由瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒發現白鎢礦,并提取出新的元素酸-鎢酸,1783年被西班牙人德普爾亞發現黑鎢礦也從中提取出鎢酸,同年,用碳還原三氧化鎢第一次得到了鎢粉,并命名該元素。鎢在地殼中的含量為0.001%。已發現的含鎢礦物有20種。鎢礦床一般伴隨著花崗質巖漿的活動而形成。經過冶煉后的鎢是銀白色有光澤的金屬,熔點極高,硬度很大。鎢是熔點最高的金屬。
  18世紀50年代,化學家曾發現鎢對鋼性質的影響。然而,鎢鋼開始生產和廣泛應用是在19世紀末和20世紀初。
  1900年在巴黎世界博覽會上,首次展出了高速鋼。因此,鎢的提取工業從此得到了迅猛發展。這種鋼的出現標志了金屬切割加工領域的重大技術進步。鎢成為最重要的合金元素。
  1900年,俄國發明家А.Н.Ладыгин首先建議在照明燈泡中應用鎢。在1909年Кулидж制定基于粉末冶金法,采用壓力加工的工藝方法之后,鎢才有可能在電真空技術中得到廣泛的應用。
  1927——1928年采用以碳化鎢為主成分研制出硬質合金,這是鎢的工業發展史中的一個重要階段。這些合金各方面的性質都超過了最好的工具鋼,在現代技術中得到了廣泛的使用。
鎢化學性質  
     鎢是稀有高熔點金屬,可提高鋼的高溫硬度,屬于元素周期表中第六周期(第二長周期)的ⅥB族。鎢是一種銀白色金屬,外形似鋼。鎢的熔點高,蒸氣壓很低,蒸發速度也較小。鎢的化學性質很穩定,常溫時不跟空氣和水反應,不加熱時,任何濃度的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸以及王水對鎢都不起作用,當溫度升至80°—100°C 時,上述各種酸中,除氫氟酸外,其它的酸對鎢發生微弱作用。常溫下,鎢可以迅速溶解于氫氟酸和濃硝酸的混合酸中,但在堿溶液中不起作用。有空氣存在的條件下,熔融堿可以把鎢氧化成鎢酸鹽,在有氧化劑(NaNO3、NaNO2、KClO3、PbO2)存在的情況下,生成鎢酸鹽的反應更猛烈。高溫下能與氧,氟,氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合,但不與氫化合。
  以下為鎢的反應方程式
  在高溫下,與氧族元素反應
  2W+3O2=2WO3
  W+2S=WS2
  W+2Se=WSe2
  W+2Te=WTe2
  與鹵族元素反應
  W+3F2=WF6
  W+3Cl2=WCl6
  W+3Br2=WBr6
  W+2I2=WI4
鎢物理性質
  元素符號:W
  原子序數:74
  核電荷數:74
  CAS:7440-33-7
  穩定同位素及其所占百分比:180(0.14);182(26.41); 183(14.40);184(30.64);186(28.41)
  原子體積:(cm3/mol)9.53
  相對原子質量:183.84
  元素在太陽中的含量:(ppm)0.004%
  元素在海水中的含量:(ppm)0.000092%
  自由原子的電子層結構:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25P65d46S2
  原子半徑:137pm
  外圍電子層排布:5d4 6s2
  電子層:K-L-M-N-O-P
  聲音在其中的傳播速率(細棒):(m/s)4620
  氧化態:Main W-4,W-2,W-1,W0,W+2,W+3,W+4,W+5,W+6
  電離能 (kJ /mol):M - M+ 770 M+ - M2+ 1700 M2+ - M3+ 2300 M3+ - M4+ 3400 M4+ - M5+ 4600 M5+ - M6+ 5900
  第一電離能:775kJ/mol。
  電負性:1.7。
  固態密度:19.25g/cm3。
  液態密度:17.6g/cm3。
  比熱:130J/kg.K (300K)。
  熱導率:160W/m.K (300K)。
  晶體結構及晶格常數:
  α-W:晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有2個金屬原子。β-W:立方晶格 a=5.046 nm(630℃以下雷達鎢鋼鉆石型藍寶石鏡面表穩定)
  晶胞參數:
  a = 316.52 pm
  b = 316.52 pm
  c = 316.52 pm
  α = 90°
  β = 90°
  γ = 90°
  熔點:3410±20℃
  沸點:5555℃(在一個標準大氣壓下)
  莫氏硬度:7.5
  熔化潛熱:40.13±6.67kJ/mol
  升華熱:847.8 kJ/mol(25℃)
  蒸發熱:823.85±20.9kJ/mol(沸點)
  電阻溫度系數:0.00482 I/℃
  電子逸出功:4.55 eV
  熱中子俘獲面:19.2 b
  彈性模量:35000—38000 MPa(絲材)
  扭力模量:~36000Mpa
  體積模量:3.108×1011-1.579×107t+0.344×103t2 Pa
  剪切模量:4.103×1011-3.489×107t+7.55×103t2 Pa
  壓縮性:2.910-7 cm/kg
  鎢有兩種變型,α和β。在標準溫度和常壓下,α型是穩定的體心立方結構。β型鎢只有在有氧存在的條件下才能出現。它在630℃以下是穩定的,在630℃以上又轉化為α鎢,并且這一過程是不可逆的。
同位素

同位素 自然豐度 半衰期 衰變類型 衰變釋放能量(MeV) 衰變產物
180W 0.12% 1.8 x 1018年 α衰變  2.516 176Hf
181W  人造  121.2天 ε 0.188   181Ta
182W 26.50% >1.7 x 1020年 α衰變  1.772  178Hf
183W 14.31% >8 x 1019年 α衰變 1.680   179Hf
184W 30.64% >1.8 x 1020年 α衰變 1.123  180Hf
185W 人造 75.1天  β  0.433  185Re
186W  28.43% >4.1x1018年 α衰變 1.656  182Hf
β-β- - 186Os
                                                                                                 注:MeV是兆電子伏特的縮寫
鎢其他性質
  鎢是稀有高熔點金屬,屬于元素周期系中第六周期(第二長周期)的 ⅥB族。鎢是一種銀白色金屬,外形似鋼。鎢的熔點高,蒸氣壓很低,蒸發速度也較小。它的主要物理性質如下:
  元素符號&Nbsp; W
  原子序數74
  穩定同位素及其所占%180(0.14);182(26.41); 183(14.40);184(30.64);186(28.41)
  原子體積9.53 cm3/mol
  固態密度:19.35g/cm3。
  液態密度:17.6g/cm3。
  晶體結構及晶格常數α-W:體心立方 a=3.16524 nm(25℃)
  β-W:立方晶格 a=5.046 nm(630℃以下穩定)
  熔點3410±20℃
  沸點5555℃±20℃
  熔化潛熱40.13±6.67kJ/mol
  升華熱847.8 kJ/mol(25℃)
  蒸發熱823.85±20.9kJ/mol(沸點)
  電阻溫度系數0.00482 I/℃
  電子逸出功4.55 eV
  熱中子俘獲面19.2 b
  彈性模量35000~38000 MPA(絲材)
  扭力模量~36000Mpa
  體積模量3.108×1011-1.579×107t+0.344×103t2 Pa
  剪切模量4.103×1011-3.489×107t+7.55×103t2 Pa
鎢同位素
  自然界里出現的有五種鎢的同位素,它們的半衰期均非常長,因此可以被看作是穩定同位素。所有這些同位素均可以通過α衰變蛻化為鉿。至今為止能夠測量到的半衰期是180W,其半衰期為1.8×1018年,其它同位素沒有被觀測到自然衰變,強迫退化的半衰期:182W, T1/2> 8.3 年,184W, T1/2> 29 年,185W, T1/2> 13 年,186W, T1/2> 27 年。至今為止它們的半衰期僅是理論值。平均每年在一克180W中發生兩次α衰變。此元素已發現4種同位素,有三種可能有輕微放射性,它們分別是182W、186W、183W。
  鎢目前有27種人造放射性同位素,其中最穩定的是181W,其半衰期為121.2天,185W的半衰期為75.1天,188W的半衰期為69.4天,178W的半衰期為21.6天。其它放射性同位素的半衰期均在24小時以下,其中大多數少于8分鐘。
鎢種類
  主要的鎢礦有十幾種,中國主要有兩種;黑鎢礦(錳和鐵的鎢酸鹽)和白鎢礦(鎢酸鈣礦)。
  1.黑鎢礦(FeMn)WO4。顏色有暗灰色、淡紅褐、淡褐黑、發褐及鐵褐等顏色。半金屬光澤、金屬光澤及樹脂光澤。通常為葉片狀、彎曲片狀、粒狀和致密狀;也有的呈厚板狀、尖柱狀等單斜晶系晶體,常與白色石英一起以脈絡的形式充填在花崗巖及其附近的巖石裂縫中。硬度5-5.5,比重7.1-7.5。參差狀斷口。性脆,有弱磁性。黑鎢礦是煉鎢和制造鎢酸鹽類的主要原料。傳統工藝使用堿熔法。
  2.白鎢礦CaWO4。顏色為灰白色,也有黃褐、綠和淡紅色等。油脂光澤。它屬正方晶系,形成雙錐狀的假八面體或板狀晶體,晶面有時可見斜條紋,其中插生雙晶者較為常見。也有的晶體呈皮殼狀、腎狀、粒狀和致密塊狀。硬度4.5-5;比重5.9-6.2。性脆,貝殼狀或參差狀斷口。受熒光燈照射時,白鎢礦可發出美麗的淺藍色熒光。白鎢礦產于中國江西大余、修水、湖南汝城、安化、臨武、河南欒川、云南文山等地。多成砂礦,以上鎢礦物可用重選(搖床、跳汰等)、浮選、溜槽、淘重砂法等方法得到黑鎢精礦或白鎢精礦。
鎢技術發展
        鎢是1781年由瑞典化學家舍勒發現的。到20世紀初期,由于其一系列應用的開發,如1900年在巴黎世界博覽會首次展出以鎢作為合金元素的高速鋼以及采用鎢絲制作的燈泡;1927-1928年研制成碳化鎢基燒結硬質合金等,鎢冶金工業開始得以產生和發展。
  為了適應用戶對鎢制品日益提高的質量需求,降低成本,減少對環境的污染,鎢冶金技術得到長足的進步,新的先進技術全面取代傳統的技術。主要體現在以下方面:
  在鎢礦物原料分解方面,早期產業化的蘇打壓煮法發展成為不僅能高效處理白鎢精礦、低品位白鎢中礦,同時能夠處理黑白鎢混合礦;在理論 研究得到突破的基礎上,NaOH(氫氧化鈉)分解法由只能處理低鈣黑鎢精礦發展成為能處理包括白鎢精礦、難選鎢中礦在內的各種鎢礦物原料的通用技術。當然,隨著發展逐步淘汰了NaOH熔合法、蘇打燒結法、鹽酸分解法等效率低、環境污染嚴重的傳統方法。同時也降低了對選礦的要求,大幅度提高了資源利用率。
  在純鎢化合物制取方面,粗Na2WO4溶液的強堿性陰離子交換法凈化并轉型工藝以及流程短、成本低、產品質量高等特點在很大范圍內取代了經典的鎂鹽凈化-傳統化學法轉型工藝。與之想對應的季銨鹽萃取法凈化并轉型由實驗室研發開始走向產業化,呈現了可喜的前景。選擇性沉淀法從鎢酸鹽溶液中除鉬、錫、銻、砷等高效凈化除雜技術的研發成功并廣為應用,大幅度提高了鎢制品的純度和鎢冶金過程對原料的適應能力。
  在金屬鎢粉制取方面,在20世紀70年代,先進的藍鎢氫還原法取代了黃鎢氫還原法,到20世紀末,紫鎢氫還原法又進一步取代了藍鎢氫還原法,使產出鎢粉的物理性能控制達到更先進的水平,進一步全面提高了鎢粉的質量。
  與此同時,多種處理鎢冶金二次資源技術的研發成功,使鎢二次資源的利用不論是在技術水平上還是回收利用率上都大幅度提高。
鎢用途
  基本用途:世界上開采出的鎢礦,約50%用于優質鋼的冶煉,約35%用于生產硬質鋼,約10%用于制鎢絲,約5%其他用于其他用途。鎢可以制造槍械、火箭推進器的噴嘴、穿甲彈、切削金屬的刀片、鉆頭、超硬模具、拉絲模等等,鎢的用途十分廣泛,涉及礦山、冶金、機械、建筑、交通、電子、化工、輕工、紡織、軍工、航天、科技、各個工業領域。
  鎢以純金屬狀態和以合金系狀態廣泛應用于現代技術中,合金系狀態中最主要的是合金鋼、以碳化鎢為基的硬質合金、耐磨合金和強熱合金。鎢主要分別應用于以下工業領域:
  鋼鐵工業:鎢大部分用于生產特種鋼。廣泛采用的高速鋼含有9%——24%的鎢、3.8%——4.6%的鉻、1%——5%的釩、4%——7%鈷、0.7%——1.5%碳。高速鋼的特點是在空氣中有高的強化回火溫度(700——800℃)下,能自動淬火,因此,直到600—650℃它還保持高的硬度和耐磨性。合金工具鋼中的鎢鋼含有0.8%——1.2%的鎢;鉻鎢硅鋼含有2%——2.7%的鎢;鉻鎢鋼中含有2%——9%的鎢;鉻鎢錳鋼中含有0.5%——1.6%的鎢。含鎢的鋼用于制造各種工具:如鉆頭、銑刀、拉絲模、陰模和陽模,氣支工具等零件。鎢磁鋼是含有5.2%——6.2%的鎢、0.68%——0.78%碳、0.3%——0.5%鉻的永磁體鋼。鎢鈷磁鋼含有11.5%——14.5%的鎢、5.5%——6.5%鉬、11.5%——12.5%鈷的硬磁材料。它們具有高的磁化強度和矯頑磁力。
  碳化鎢基硬質合金
  鎢的碳化物具有高的硬度、耐磨性和難熔性。這些合金含有85%——95%的碳化鎢和5%——14%的鈷,鈷是作為粘結劑金屬,它使合金具有必要的強度。主要用于加工鋼的某些合金中,還含有鈦、鉭和鈮的碳化物。所有這些合金都是用粉末冶金法制造的。當加熱到1000——1100℃時,它們仍具有高的硬度和耐磨性。硬質合金刀具的切削速度遠遠地超過了最好的工具鋼刀具的切削速度。硬質合金主要用于切削工具、礦山工具和拉絲模等。
  熱強和耐磨合金
  作為最難熔的金屬鎢是許多熱強合金的成分,如3%——15%的鎢、25%——35%的鉻、45%——65%的鈷、0.5%——0.75%的碳組成的合金,主要用于強烈耐磨的零件,例如航空發動機的活門、壓模熱切刀的工作部件、渦輪機葉輪、挖掘設備、犁頭的表面涂層。
  在航空火箭技術中,以及要求機器零件,發動機和一些儀器的高熱強度的其它部門中,鎢和其它難熔金屬(如鉭、鈮、鉬、錸)的合金用作熱強材料。
  觸頭材料和高比重合金
  用粉末冶金方法制造的鎢-銅合金(10%——40%的銅)和鎢-銀合金,兼有銅和銀的良好的導電性、導熱性和鎢的耐磨性。因此,它成為制造閘刀開關、斷路器、點焊電極等的工作部件非常的效的觸頭材料。成分為90%——95%的鎢、1%——6%的鎳、1%——4%的銅的高比重合金,以及用鐵代銅(—5%)的合金,用于制造陀螺儀的轉子、飛機、控制舵的平衡錘、放射性同位素的放射護罩和料筐等。
  電真空照明材料:鎢以鎢絲、鎢帶和各種鍛造元件用于電子管生產、無線電電子學和X射線技術中。鎢是白織燈絲和螺旋絲的最好材料。高的工作溫度(2200——2500℃)保證高的發光效率,而小的蒸發速度保證絲的壽命長。鎢絲用于制造電子振蕩管的直熱陰極和柵極,高壓整流器的陰極和和各種電子儀器中旁熱陰極加熱器。用鎢做X光管和氣體放電管的對陰極和陰極,以及無線電設備的觸頭和原子氫焊槍電極。鎢絲和鎢棒作為高溫爐(3000℃)的加熱器。鎢加熱器在氫氣氣體、惰性氣體或真空中工作。
  鎢的化合物:鎢酸鈉用于生產某些類型的漆和顏料,以及紡織工業中用于布疋加重和與硫酸銨和磷酸銨混合來制造耐火布疋和防水布疋。還用于金屬鎢、鎢酸及鎢酸鹽的制造以及染料、顏料、油墨、電鍍等方面。也用作催化劑等。鎢酸在紡織工業中是媒染劑與染料和在化學工業中用作制取高辛烷汽油的催化劑。二硫化鎢在有機合成中,如在合成汽油的制取中用作固體的潤滑劑和催化劑。處理鎢礦石的時候可得到得三氧化鎢,再用氫還原三氧化鎢制得鎢粉,廣泛用于鎢材及鎢冶金材原料。
  在航空和火箭技術中,以及要求機器零件,發動機和一些儀器的高熱強度的其它部門中,鎢和其它給熔金屬(鉭、鈮、鉬、錸)的合金用作熱強材料。
  正是鎢的這些性質使鎢在核聚變反應裝置里的材料研究領域成了重點的研究對象,尤其是氫及其同位素在鎢里的滯留更是前沿。
鎢資源分布
  鎢在地殼中的自然儲量620萬噸,可開采儲量290萬噸。中國是產鎢大國,鎢資源儲量520萬噸,為國外30個產鎢國家總儲量(130萬噸)的3倍多,產量及出口量均居世界第一。湖南、江西、河南三省的鎢資源儲量居全國的前三位,其中湖南、江西兩省的鎢資源儲量占全國的55.48%。湖南以白鎢為主,江西以黑鎢為主,其黑鎢資源占全國黑鎢資源總量的42.40%。
  中國的鎢礦大體上分布于中國南嶺山地兩側的廣東東部沿海一帶,尤其是以江西的南部為最多,儲量約占全世界的二分之一以上。此外,江西的(贛南)大余、修水、湖南的汝城、安化、臨武、資興、荼陵、河南欒川、福建寧化、以及廣西、廣東、甘肅、云南等地。
  國外鎢礦的主要產地是加拿大、俄羅斯、美國、朝鮮、蒙古等國。
  中國鎢礦屬于壟斷性資源,但是并沒有獲得壟斷性利潤。其原因就是中國鎢品出口產品結構不合理,出口過多,價格低廉。以附加值低的初級產品出口為主,是中國鎢行業對外貿易中的致命弱點。隨著市場的發展,中國鎢行業產品品種漸漸齊全,市場格局和產業布局在慢慢規范,鎢產品價格也在經過兩年多的上漲之后,基本趨于穩定。2008年以后,行業整合有可能提速,而這一過程同時也孕育著較大的投資機會。
鎢管制政策
  國家從資源保護、可持續發展角度出發,提出了一系列鎢產業政策,促進了我國鎢工業進一步向規范化、有序化方向發展。
鎢稅收政策
  2005年5月1日,國家財政部、稅務總局將鎢及鎢制品的出口退稅下調(由13%調至8%);2006年1月1日起,將鎢及鎢制品的出口退稅再次下調(由8%調至5%);2006年11月22日起,禁止鎢精礦加工貿易;2006年9月15日起,鎢品出口退稅全部調整為零;2007年1月1日起,初級鎢產品的暫定關稅提高5%~15%。
鎢出口配額
  2015年1月商務部、海關總署公布《2015年出口許可證管理貨物目錄》,根據目錄,鎢及鎢制品不再在配額管理范疇,而被列為實行出口許可證管理的貨物。這標志著,今后鎢及鎢制品只需憑出口合同即可申領出口,無需提供批文。
 

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