鎢（化學元素）

鎢（化學元素）

鎢 （化學元素） 次瀏覽 | 2022.05.04 08:00:03 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 鎢化學元素

鎢是化學元素，化學符號是W，原子序數是74，是非常硬、鋼灰色至白色的過渡金屬。含有鎢的礦物有黑鎢礦和白鎢礦等。鎢的物理特征非常強，尤其是熔點非常高，是所有非合金金屬中最高的。純鎢主要用在電器和電子設備，其許多化合物和合金也用在許多其它應用（最常見的有燈泡的燈絲，在X射線管中以及在高溫合金中也有鎢使用）。

中文名

鎢

英文名

wolfram

符號

W

序號

74

CAS號

7440-33-7

族

6

周期

6

元素分區

d

原子質量

183.84g·mol?1

密度

19.25g·cm?3

熔點

3695K，3422°C,6192°F℃

沸點

5828K，5555°C,10031°F℃

臨界點

13892℃

簡介

鎢是稀有高熔點金屬，屬于元素周期表中第六周期（第二長周期）的VIB族。中文“鎢”及符號“W”的來源均來自德語Wolfram。鋼鎢是屬于有色金屬，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·舍耶爾發現白鎢礦，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。含有鎢的礦物有黑鎢礦和白鎢礦等。鎢的物理特征非常強，尤其是熔點非常高，是所有非合金金屬中最高的。純鎢主要用在電器和電子設備，其許多化合物和合金也用在許多其它應用（最常見的有燈泡的燈絲，在X射線管中以及在高溫合金中也有鎢使用）。最近發現鎢的最穩定的三種同位素都有輕微放射性。

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。

鎢目前有27種人造放射性同位素，其中最穩定的是18W，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。

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。

來源

黑鎢礦、白鎢礦、鎢鐵礦等礦物含鎢。重要的鎢礦位于玻利維亞、美國加利福尼亞州和科羅拉多州、中國、葡萄牙、俄羅斯以及韓國。中國出產全世界鎢的75%。通過使用碳還原鎢的氧化物獲得純的金屬。全世界鎢的貯藏總量估計為700萬噸，其中約30%是黑鎢礦，70%是白鎢礦。但是目前大多數這些礦藏無法經濟性地開采。按照目前的消耗量這些礦藏只夠使用約140年。另一個獲得鎢的方法是回收。回收的鎢比鎢礦含量高，事實上非常有利潤。

性質化學性質

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。高溫下能與氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合，但不與氫化合。

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：(立方厘米/摩爾）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：5d46s2

電子層：K-L-M-N-O-P

聲音在其中的傳播速率：（m/S）4620

氧化態：MainW-4,W-2,W-1,W0,W+2,W+3,W+4,W+5,W+6

電離能(kJ/mol）:M-M+770M+-M2+1700M2+-M3+2300M3+-M4+3400M4+-M5+4600M5+-M6+5900

第一電離能：775kJ/mol。

電負性：1.7。

固態密度：19.25克/每立方厘米。

液態密度：17.6克/每立方厘米。

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=5.046nm（630℃以下穩定）

晶胞參數

a=316.52pm

b=316.52pm

c=316.52pm

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：847.8kJ/mol（25℃）

蒸發熱：823.85±20.9kJ/mol（沸點）

電阻溫度系數：0.00482I/℃

元素周期表：鎢

電子逸出功：4.55eV

熱中子俘獲面：19.b

彈性模量：35000—38000MPa（絲材）

扭力模量：～36000Mpa

體積模量：3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2Pa

剪切模量：4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2Pa

壓縮性：2.910－7cm/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。

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9.53cm3/mol

固態密度：19.35克/每立方厘米。

液態密度：17.6克/每立方厘米。

晶體結構及晶格常數α-W：體心立方a=3.16524nm（25℃）

鎢合金

β-W：立方晶格a=5.046nm（630℃以下穩定）

熔點3410±20℃

沸點5555℃

熔化潛熱40.13±6.67kJ/mol

升華熱847.8kJ/mol（25℃）

蒸發熱823.85±20.9kJ/mol（沸點）

電阻溫度系數0.00482I/℃

電子逸出功4.55eV

熱中子俘獲面19.2b

彈性模量35000~38000MPA（絲材）

扭力模量～36000Mpa

體積模量3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2Pa

剪切模量4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2Pa

伴生礦

主要的鎢礦有十幾種，中國主要有兩種；黑鎢礦（鎢錳鐵礦）和白鎢礦（鎢酸鈣礦）。

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。

白鎢礦MnWO4。

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。白鎢礦產于我國江西大庚、湖南大順窿、云南文山等地。多成砂礦，可用淘重砂法淘洗得到白鎢礦。

應用

鎢以純金屬狀態和以合金系狀態廣泛應用于現代技術中，被稱為“工業牙齒”和“工業食鹽”，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。大部分鎢用于生產硬質合金和鎢鋼，一部分用于生產鎢絲、鎢棒、鎢片、高溫合金、高密度合金以及各種用途的鎢化合物。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：

鎢坩堝

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，鎢和其它給熔金屬（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。

化合物應用：

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。

鎢提取冶金

黑鎢精礦和白鎢精礦是提取鎢的主要工業原料。此外也使用鎢中礦、鎢細泥和含鎢廢雜料等非標準含鎢原料。鎢提取冶金過程主要包括鎢精礦分解、鎢溶液凈化、純鎢化合物（仲鎢酸錢、三氧化鎢）制取、鎢粉制取、致密鎢制取和高純致密鎢制取等六個步驟。

致密鎢制取

致密鎢主要指鎢條和鎢錠。前者用粉末冶金法生產，后者用熔煉法制取。

粉末冶金法

主要由鎢粉壓制成型和燒結兩工序組成。工業上鎢坯通常采用鋼模冷壓壓制和常溫等靜壓壓制兩種成形方法制取。鎢坯燒結一般用直接燒結法，對于超出燒結爐能力的大型鎢坯則采用間接燒結法，直接燒結分預燒結（低溫燒結）和垂熔（高溫燒結）兩階段。預燒結通常在鑰絲爐內進行，燒結溫度視坯條性質控制在1050-1500℃范圍，垂熔通常在水冷鐘罩式垂熔爐中進行，視鎢坯性質控制在2600-2800℃范圍。影響垂熔鎢條質量的因素主要有垂熔溫度制度、原料鎢粉粒度、氫氣氣氛、成形壓力等。間接燒結多采用電阻加熱爐或感應爐。

熔煉法

熔煉法主要用于生產純度在99.99%(4N）以上的鎢錠或單晶，常用方法有電子束爐熔煉、真空電弧熔煉、區域熔煉和等離子熔煉。[2]

(1)電弧熔煉通常采用自耗電極熔煉法，熔煉時采用25-40V的直流電，電流達40000A，真空度保持在1.33X10-2Pa，工藝過程中須嚴格控制熔煉速度。

(2)電子束爐熔煉熔煉在高真空和高溫下進行。利用電能產生的高速電子動能使鎢錠局部熔化，在滴人熔池過程中，蒸氣壓比鎢大的金屬雜質因蒸發而脫除。同時氧、氨、碳等或生成化合物揮發或被分解而脫除。電子束熔煉生產的鎢柱狀晶粗大，不易于壓力加工。

(3)區域熔煉多采用電子懸浮區域熔煉法，在高真空下利用電子束加熱鎢棒上的局部區域，使之形成小熔區，并使小熔區按控制速度移動，在熔區移動過程中，由于分凝效應而使原料鎢棒中的雜質分別富集于首末端，最后切除首末端而得到純的中段鎢棒，經多次區熔便可得到高純鎢或鎢單晶。

金屬鎢粉制取

生產鎢粉的主要原料為仲鎢酸按、三氧化鎢和藍鎢。制取方法主要有碳還原法、氫還原法、金屬熱離解法、熔鹽電解法和物理制粉法，工業生產多用氫還原法。

三氧化鎢氫還原為階段反應過程，總反應為：WO3＋3H2=W＋3H2O

氫還原法有便于控制鎢粉粒度的特點，尤其適合生產細顆粒鎢粉。

以仲鎢酸餒為原料的氫還原法分直接還原和二次還原兩種工藝，直接還原是用氫氣直接將仲鎢酸錢還原成鎢粉。二次氫還原是先將仲鎢酸錢還原為藍鎢，再將藍鎢還原成鎢粉，這是中國于20世紀70年代開發并已廣泛用于工業生產的方法。

一次還原多在回轉管式爐或四管電爐中進行，二次還原多在電爐或馬弗爐中進行。鎢粉國標為GB3458-82，有FW-1,FW-2,FW-3三個品種。

資源分布

鎢在地殼中的豐度為1.2X10-4%。已發現鎢礦物24種，其中具有工業價值的有黑鎢礦和白鎢礦兩種，世界資源主要集中于環太平洋帶和歐亞一北美大陸帶二大成礦區域。世界鎢儲量281.69萬噸，主要產于中國、加拿大、朝鮮北部、俄羅斯、美國、澳大利亞等國家。中國地處上述兩個鎢礦區，礦石質量好，礦石品種齊全，儲量居世界第一，達232萬噸，主產江西、湖南、福建、廣東、云南、廣西等省。

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，江西的大庾、湖南的汝城、資興、荼陵等地；以及廣西和云南等省也都產有鎢礦。除中國外，世界上擁有鎢資源的國家還有加拿大、奧地利、俄羅斯、澳大利亞和越南等。

中國生產情況

歷經數年的發展，中國的鎢礦業生產規模不斷擴大，技術開發能力、市場競爭能力已達到一定水平，能按國內外用戶的需求生產各種鎢礦產品，取得了很大的成績。[1]

2006年，中國鎢行業銷售收入311億元，實現銷售利潤64億元，比2005年增長7%。全國91家主要鎢企業的銷售收入占全行業的63.0%，比2005年增長20個百分點，其中礦山、冶煉、硬質合金、鎢材和鎢鐵企業銷售收入分別提高22.4%、20.5%、16.5%、11.7%和7.4%。2006年中國鎢品出口31710.45噸，僅比2005年增加1.8%，增幅減緩10.7個百分點；出口額為10.9億美元，比2005年增長36.3%。進口量7890.9噸，比2005年增長71.5%；進口額為2.02億美元，比2005年增長108.2%。凈出口量為23819.6噸，比2005年減少10.3%；凈出口額為8.88億美元，比2005年增長26%。2006年出口1噸鎢品相當于2002年、2003年的4噸，2004年的3噸，2005年的1.3噸。

2007年上半年，中國鎢行業生產經營呈現出平穩、快速的發展態勢。2007年1-6月份，全國鎢精礦產量40309噸（折合WO365%量，下同），比上年同期增長18.65%。2007年1-6月，累計出口鎢制品金屬量15343.8噸，比2006年同期增長8%，出口額5.35億美元，同比增長91.7%。累計進口鎢品（含鎢精礦）金屬量3430.2噸，進口額8533.5萬美元，分別比2006年同期增長87.5%和121.9%。出口硬質合金1245.6噸，同期比較增長17.06%，出口額47974.77萬美元，同比下降4.52%，平均出口價格385153.9美元/噸，同比下降18.4%。

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，是不可再生資源，廉價而且不合理的開采，使得中國對鎢的國際地位并不高。

參考資料