钨-化学元素-中文百科全书

基本介绍

中文名：钨

英文名：wolfram

拼音：wū　wù　

繁体字：钨

部首：釒

部外笔画：4

总笔画：9

繁体部首：金

部外笔画：4

总笔画：12

五笔86：QQNG　

五笔98：QTNG　

仓颉：CPVM　

笔顺编号：311153551　

四角号码：87727　

UniCode：CJK 统一汉字 U+94A8

基本字义

● 钨

（钨）

wūㄨˉ

◎ 一种金属元素，银白色的结晶，质硬而脆，熔点很高，可以製成很细的丝和特种合金钢：钨丝。钨铁。钨钢。钨砂（精选的钨矿石）。

汉英互译　　

◎ 钨

tungsten English　　

◎ tungsten,wolfram

详细解释

详细字义

◎ 钨 wū

〈名〉钨丝灯

常用片语

◎ 钨丝 wūsī

[tungsten filament] 钨抽成的丝,可做电灯泡、电子管等裏面的灯丝

◎ 钨丝灯 wūsīdēng

[tungsten lamp] 具有一根以金属钨作为灯丝的白炽灯

名称

Tungsten在中文裏面称为钨（Wu），它来自于西方语言（例如英语）的发音。乌是简体的中文，它的繁体中文是钨。钨在中文中有两种意思：一种是黑色的鸟类，所以我们可以理解它为“含金属的黑鸟”；此外乌也有黑人和乌鸦的意思。大多数的金属，尤其是稀土金属在中文中都以这种方式命名。他们先在西方被发现，后来被导入和引进到中文中并延用至今。

康熙字典

【戌集上】【金字部】钨

--------------------------------------------------------------------------------

【广韵】哀都切【集韵】汪胡切，□音乌。【玉篇】钨錥，小釜。【广韵】钨錥，温器。【博雅】钨錥谓之锉𨰠。【晋书·杜预传】釜瓮铫盘钨錥，皆民闲之急用也。

概述信息

钨是属于有色金属，也是重要的战略金属，钨矿在古代被称为“重石”。1781年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒发现白钨矿，并提取出新的元素酸－钨酸，1783年被西班牙人德普尔亚发现黑钨矿也从中提取出钨酸，同年，用碳还原三氧化钨第一次得到了钨粉，并命名该元素。钨在地壳中的含量为0.001%。已发现的含钨矿物有20种。钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属，熔点极高，硬度很大。钨是熔点最高的元素。

化学性质

钨是稀有高熔点金属，属于元素周期表中第六周期（第二长周期）的ⅥB族。钨是一种银白色金属，外形似钢。钨的熔点高，蒸气压很低，蒸发速度也较小。钨的化学性质很稳定，常温时不跟空气和水反应，不加热时，任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及王水对钨都不起作用，当温度升至80°—100°C 时，上述各种酸中，除氢氟酸外，其它的酸对钨发生微弱作用。常温下，钨可以迅速溶解于氢氟酸和浓硝酸的混合酸中，但在硷溶液中不起作用。有空气存在的条件下，熔融硷可以把钨氧化成钨酸盐，在有氧化剂（NaNO₃、NaNO₂、KClO₃、PbO₂）存在的情况下，生成钨酸盐的反应更猛烈。高温下能与氯、溴、碘、碳、氮、硫等化合，但不与氢化合。

物理性质

元素符号：W

原子序数：74

核电荷数：74

CAS：7440-33-7

稳定同位素及其所佔百分比：180(0.14）；182（26.41）； 183（14.40）；184（30.64）；186（28.41）

原子体积：(立方釐米/摩尔）9.53

相对原子质量：183.84

元素在太阳中的含量：（ppm) 0.004%

元素在海水中的含量：（ppm) 0.000092%

自由原子的电子层结构：1s²2s²2p⁶3s²3p63d104s24p64d104f145s²5P⁶5d⁴6S²

原子半径：137pm

外围电子层排布：5d4 6s2

电子层 ：K-L-M-N-O-P

声音在其中的传播速率：（m/S）4620

氧化态：Main W-4,W-2,W-1,W0,W+2,W+3,W+4,W+5,W+6

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

第一电离能：775kJ/mol。

电负性：1.7。

密度：19.35克/每立方釐米。

晶体结构及晶格常数：

α-W：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。β-W：立方晶格 a=5.046 nm（630℃以下稳定）

晶胞参数：

a = 316.52 pm

b = 316.52 pm

c = 316.52 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

熔点：3410±20℃

沸点：5927℃

莫氏硬度：7.5

熔化潜热：40.13±6.67kJ/mol

升华热：847.8 kJ/mol（25℃）

蒸发热：823.85±20.9kJ/mol（沸点）

电阻温度系数：0.00482 I/℃

电子逸出功：4.55 eV

热中子俘获面：19.2 b

弹性模量：35000—38000 MPa（丝材）

扭力模量：～36000Mpa

体积模量：3.108×10^11－1.579×107t+0.344×103t2 Pa

剪下模量：4.103×10^11－3.489×107t+7.55×103t2 Pa

压缩性：2.9×10^(－7 )cm/kg

钨有两种变型，α和β。在标準温度和常压下，α型是稳定的体心立方结构。β型钨只有在有氧存在的条件下才能出现。它在630℃以下是稳定的，在630℃以上又转化为α钨，并且这一过程是不可逆的。

同位素：

同位素符号　自然丰度　半衰期　衰变类型　衰变释放能量　衰变产物

180W 0.12% 1.8E18年　α　2.516MeV 176Hf　

181W 人工合成 121.2天 ε电子捕获　0.188Mev　181Ta

182W 26.50%　稳定元素，不发生衰变。108个中子

183W 14.31%　稳定元素，不发生衰变。109个中子

184W　30.64%　稳定元素，不发生衰变。110个中子

185W　人工合成　75.1天 β　0.433MeV　185Re

186W　28.43%　稳定元素，不发生衰变。112个中子

注：Mev是兆电子伏特的缩写

历史简介

早于350年前，中国的瓷器製造者使用钨色素给它们的设计加入了一种独特的桃红色，这在西方还不可知。确实，直到另一个世纪欧洲才知道了它。在1779年，Peter Woulfe检验一种来自瑞典的矿石，并推断它包含一种新的金属，但他没能分离出来。之后在1781年，Wilhelm Scheele研究了它并成功的提取出了酸性的白色氧化钨，他正确的推断出这是一种新金属的氧化物。

发现钨的荣誉归功于Juan和Fausto Elhuyar兄弟，他们感兴趣于矿物学，住在西班牙的
　　Vergara的神学院，1783年他们生产出了同样的酸性金属氧化物，并且甚至使用碳还原出了钨金属。

种类介绍

主要的钨矿有十几种，中国主要有两种；黑钨矿（钨锰铁矿）和白钨矿（钨酸钙矿）。

1．黑钨矿（FeMn)WO4。颜色有暗灰色、淡红褐、淡褐黑、发褐及铁褐等颜色。半金属光泽、金属光泽及树脂光泽。通常为叶片状、弯曲片状、粒状和致密状；也有的呈厚板状、尖柱状等单斜晶系晶体，常与白色石英一起以脉络的形式充填在花岗岩及其附近的岩石裂缝中。硬度5－5.5，比重7.1－7.5。参差状断口。性脆，有弱磁性。黑钨矿是炼钨和製造钨酸盐类的主要原料。

2．白钨矿CaWO4。颜色为灰白色，也有黄褐、绿和淡红色等。油脂光泽。它属正方晶系，形成双锥状的假八面体或板状晶体，晶面有时可见斜条纹，其中插生双晶者较为常见。也有的晶体呈皮壳状、肾状、粒状和致密块状。硬度4.5－5；比重5.9－6.2。性脆，贝壳状或参差状断口。受荧光灯照射时，白钨矿可发出美丽的浅蓝色荧光。白钨矿产于中国江西大余、湖南汝城、安化、临武、云南文山等地。多成砂矿，

以上钨矿物可用重选（摇床、跳汰等）、浮选、溜槽、淘重砂法等方法得到黑钨精矿或白钨精矿。

用途範围

目前世界上开採出的钨矿，约50%用于优质钢的冶炼，约35%用于生产硬质钢，约10%用于製钨丝，约5%其他用于其他用途。钨可以製造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等，钨的用途十分广泛，涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。

18世纪50年代，化学家曾发现钨对钢性质的影响。然而，钨钢开始生产和广泛套用是在19世纪末和20世纪初。

1900年在巴黎世界博览会上，首次展出了高速钢。因此，钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。

1900年，俄国发明家А.Н.Ладыгин首先建议在照明灯泡中套用钨。在1909年Кулидж製定基于粉末冶金法，採用压力加工的工艺方法之后，钨才有可能在电真空技术中得到广泛的套用。

1927——1928年採用以碳化钨为主成分研製出硬质合金，这是钨的工业发展史中的一个重要阶段。这些合金各方面的性质都超过了最好的工具钢，在现代技术中得到了广泛的使用。

钨以纯金属状态和以合金系状态广泛套用于现代技术中，合金系状态中最主要的是合金钢、以碳化钨为基的硬质合金、耐磨合金和强热合金。钨主要分别套用于以下工业领域：

技术发展

钨是1781年由瑞典化学家舍勒发现的。到20世纪初期，由于其一系列套用的开发，如1900年在巴黎世界博览会首次展出以钨作为合金元素的高速钢以及採用钨丝製作的灯泡；1927-1928年研製成碳化钨基烧结硬质合金等，钨冶金工业开始得以产生和发展。
为了适套用户对钨製品日益提高的质量需求，降低成本，减少对环境的污染，钨冶金技术得到长足的进步，新的先进技术全面取代传统的技术。主要体现在以下方面：
在钨矿物原料分解方面，早期产业化的苏打压煮法发展成为不仅能高效处理白钨精矿、低品位白钨中矿，同时能够处理黑白钨混合矿；在理论研究得到突破的基础上，NaOH(氢氧化钠)分解法由只能处理低钙黑钨精矿发展成为能处理包括白钨精矿、难选钨中矿在内的各种钨矿物原料的通用技术。当然，随着发展逐步淘汰了NaOH熔合法、苏打烧结法、盐酸分解法等效率低、环境污染严重的传统方法。同时也降低了对选矿的要求，大幅度提高了资源利用率。
在纯钨化合物製取方面，粗Na2WO4溶液的强硷性阴离子交换法凈化并转型工艺以及流程短、成本低、产品质量高等特点在很大範围内取代了经典的镁盐凈化-传统化学法转型工艺。与之想对应的季铵盐萃取法凈化并转型由实验室研发开始走向产业化，呈现了可喜的前景。选择性沉淀法从钨酸盐溶液中除钼、锡、锑、砷等高效凈化除杂技术的研发成功并广为套用，大幅度提高了钨製品的纯度和钨冶金过程对原料的适应能力。
在金属钨粉製取方面，在20世纪70年代，先进的蓝钨氢还原法取代了黄钨氢还原法，到20世纪末，紫钨氢还原法又进一步取代了蓝钨氢还原法，使产出钨粉的物理性能控製达到更先进的水準，进一步全面提高了钨粉的质量。
与此同时，多种处理钨冶金二次资源技术的研发成功，使钨二次资源的利用不论是在技术水準上还是回收利用率上都大幅度提高。
科学技术是第一生产力，钨资源作为重要的战略物资是全世界重要的资源，必须合理迴圈的利用。

钢铁工业

钨大部分用于生产特种钢。广泛採用的高速钢含有9%——24%的钨、3.8%——4.6%的铬、1%——5%的钒、4%——7%钴、0.7%——1.5%碳。高速钢的特点是在空气中有高的强化回火温度（700——800℃）下，能自动淬火，因此，直到600—650℃它还保持高的硬度和耐磨性。合金工具钢中的钨钢含有0.8%——1.2%的钨；铬钨硅钢含有2%——2.7%的钨；铬钨钢中含有2%——9%的钨；铬钨锰钢中含有0.5%——1.6%的钨。含钨的钢用于製造各种工具：如钻头、铣刀、拉丝模、阴模和阳模，气支工具等零件。钨磁钢是含有5.2%——6.2%的钨、0.68%——0.78%碳、0.3%——0.5%铬的永磁体钢。钨钴磁钢含有11.5%——14.5%的钨、5.5%——6.5%钼、11.5%——12.5%钴的硬磁材料。它们具有高的磁化强度和矫顽磁力。

碳化钨基硬质合金

钨的碳化物具有高的硬度、耐磨性和难熔性。这些合金含有85%——95%的碳化钨和5%——14%的钴，钴是作为粘结剂金属，它使合金具有必要的强度。主要用于加工钢的某些合金中，还含有钛、钽和铌的碳化物。所有这些合金都是用粉末冶金法製造的。当加热到1000——1100℃时，它们仍具有高的硬度和耐磨性。硬质合金刀具的切削速度远远地超过了最好的工具钢刀具的切削速度。硬质合金主要用于切削工具、矿山工具和拉丝模等。

热强和耐磨合金

作为最难熔的金属钨是许多热强合金的成分，如3%——15%的钨、25%——35%的铬、45%——65%的钴、0.5%——0.75%的碳组成的合金，主要用于强烈耐磨的零件，例如航空发动机的活门、压模热切刀的工作部件、涡轮机叶轮、挖掘设备、犁头的表面涂层。

在航空火箭技术中，以及要求机器零件，发动机和一些仪器的高热强度的其它部门中，钨和其它难熔金属（如钽、铌、钼、铼）的合金用作热强材料。

触头材料和高比重合金

用粉末冶金方法製造的钨-铜合金（10%——40%的铜）和钨-银合金，兼有铜和银的良好的导电性、导热性和钨的耐磨性。因此，它成为製造闸刀开关、断路器、点焊电极等的工作部件非常的效的触头材料。成分为90%——95%的钨、1%——6%的镍、1%——4%的铜的高比重合金，以及用铁代铜（—5%）的合金，用于製造陀螺仪的转子、飞机、控製舵的平衡锤、放射性同位素的放射护罩和料筐等。

电真空照明材料

钨以钨丝、钨带和各种锻造元件用于电子管生产、无线电电子学和X射线技术中。钨是白织灯丝和螺旋丝的最好材料。高的工作温度（2200——2500℃）保证高的发光效率，而小的蒸发速度保证丝的寿命长。钨丝用于製造电子振蕩管的直热阴极和栅极，高压整流器的阴极和和各种电子仪器中旁热阴极加热器。用钨做X光管和气体放电管的对阴极和阴极，以及无线电设备的触头和原子氢焊枪电极。钨丝和钨棒作为高温炉（3000℃）的加热器。钨加热器在氢气气体、惰性气体或真空中工作。

钨的化合物

钨酸钠用于生产某些类型的漆和颜料，以及纺织工业中用于布疋加重和与硫酸铵和磷酸铵混合来製造耐火布疋和防水布疋。还用于金属钨、钨酸及钨酸盐的製造以及染料、颜料、油墨、电镀等方面。也用作催化剂等。钨酸在纺织工业中是媒染剂与染料和在化学工业中用作製取高辛烷汽油的催化剂。二硫化钨在有机合成中，如在合成汽油的製取中用作固体的润滑剂和催化剂。处理钨矿石的时候可得到得三氧化钨，再用氢还原三氧化钨製得钨粉，广泛用于钨材及钨冶金材原料。

资源分布

中国是产钨大国，钨资源储量520万吨，为国外30个产钨国家总储量（130万吨）的3倍多，产量及出口量均居世界第一。湖南、江西、河南三省的钨资源储量居全国的前三位，其中湖南、江西两省的钨资源储量佔全国的55．48%。湖南以白钨为主，江西以黑钨为主，其黑钨资源佔全国黑钨资源总量的42．40%。

中国的钨矿大体上分布于中国南岭山地两侧的广东东部沿海一带，尤其是以江西的南部为最多，储量约佔全世界的二分之一以上。此外，江西的大余、湖南的汝城、安化、临武、资兴、荼陵等地；以及广西和云南、四川、福建等省也有钨矿资源。

国外钨矿的主要产地是加拿大和美国。

其他性质

钨是稀有高熔点金属，属于元素周期系中第六周期（第二长周期）的 ⅥB族。钨是一种银白色金属，外形似钢。钨的熔点高，蒸气压很低，蒸发速度也较小。它的主要物理性质如下：

元素符号&Nbsp; W

原子序数74

稳定同位素及其所佔%180(0.14）；182（26.41）； 183（14.40）；184（30.64）；186（28.41）

原子体积9.53 cm³/mol

密度19.35 g/ cm³

晶体结构及晶格常数α-W：体心立方 a=3.16524 nm（25℃）

β-W：立方晶格 a=5.046 nm（630℃以下稳定）

熔点3410±20℃

沸点5927℃

熔化潜热40.13±6.67kJ/mol

升华热847.8 kJ/mol（25℃）

蒸发热823.85±20.9kJ/mol（沸点）

电阻温度系数0.00482 I/℃

电子逸出功4.55 eV

热中子俘获面19.2 b

弹性模量35000~38000 MPA（丝材）

扭力模量～36000Mpa

体积模量3.108×1011－1.579×107t+0.344×103t2 Pa

剪下模量4.103×1011－3.489×107t+7.55×103t2 Pa

压缩性2.910－7 cm/kg

历史发展

18世纪50年代曾发现钨对钢性质的影响。然而，钨钢开始生产和广泛套用是在19世纪末和20世纪初。

1900年在巴黎世界展览会上，首次展出了高速钢。因此，钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。

1927~1928年採用以碳化钨为主成分研製出硬质合金，这是钨的发展史中的一个重要阶段。这些合金各方面的性质都超过了最好的工具钢，在现代技术中得到了广泛的使用。

目前世界上开採出的钨矿，80%用于优质钢的冶炼，15%用于生产硬质钢，5%其他用于其他用途。钨可以製造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属，是一种用途较广的金属。18世纪50年代，化学家曾发现钨对钢性质的影响。然而，钨钢开始生产和广泛套用是在19世纪末和20世纪初。

1900年在巴黎世界博览会上，首次展出了高速钢。因此，钨的提取工业从此得到了迅猛发展。这种钢的出现标志了金属切割加工领域的重大技术进步。钨成为最重要的合金元素。1900年，俄国发明家А.Н.Ладыгин首先建议在照明灯泡中套用钨。在1909年Кулидж製定基于粉末冶金法，採用压力加工的工艺方法之后，钨才有可能在电真空技术中得到广泛的套用。