“工业牙齿”—钨

钨是一种宝贵的稀有金属。在生活中人们对钨的认识还是从灯泡里的钨丝开始，其实它早已以各种形式影响着现代工业的发展，在生产生活中被广泛应用，素有“工业牙齿”之称。随着科技的迅速发展，钨的战略地位不断提高，是我国新一轮找矿突破战略行动的目标矿种之一。

一、钨的“前世今生”

在17世纪德国厄尔士山脉中，矿工在提炼锡的过程中发现有些矿石会促使矿渣的形成，影响锡的生产效率。矿工们十分讨厌这种矿石，给它起了一个德语绰号：wolfram，意思是狼的口水，寓意它能像狼吃羊那样“吃掉”锡。1758年瑞典化学家克朗斯泰发现了一白色的矿物（钨矿），因其比重很大而将其命名为“tungsten”，瑞典语中可译为“重石”。1781年瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒通过对“重石”的研究从中提取出了钨酸。1783年西班牙化学家胡安·何塞·埃尔乌亚尔和浮斯图·埃尔乌亚尔兄弟不仅从钨矿中提取出了钨酸，而且用碳还原出了钨的单质形式—金属钨。后来德国矿物学家和化学家将这种新元素称为“wolfram”，而美国、英国等国家将之称为“tungsten”，在化学符号上，大家统一使用W来表示。

钨原子序数为74，相对原子量183.84，密度19.35g/cm3，熔点3410℃，沸点5927℃，为银白色金属，其密度与黄金接近，硬度和熔点是所有非合金金属中最高的。钨的化学性质稳定，常温下不与空气、水和任何浓度的硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等反应。钨由于具有高熔点、高硬度、高密度、良好的导热性、导电性等物理性质和极为稳定的化学性质而被广泛应用于现代工业中。

钨元素在化学元素周期表中的位置（图中蓝框所标注）

1907年，在江西省大余县西华山地区发现了我国最早的钨矿，1915~1916年开始开采利用。1916年开始由我国早期著名地质学家翁文灏先生主导在江西、河北、广东、广西等省区开展钨矿地质调查工作。通过地质先驱们数十年的不断奋斗，在我国江西、湖南、河南、甘肃等省份发现并探明了一批大型、超大型钨矿，使我国钨的储量、产量均为世界第一，为我国工业的高速发展提供了充足的必备资源。

地质找矿中的钻探机台（来源：白兆华拍摄）

二、自然界中的钨

钨的分布广泛，在各类岩石中均可见，但含量普遍较低，在地壳中的平均含量为1.3克/吨，花岗岩中含量相对较高，为1.5克/吨，是一种稀有的金属资源。

钨在自然界中主要以钨酸盐的形式存在，钨成矿溶液在进入不同的岩石中可形成不同类型的钨矿。当钨矿液进入硅酸盐围岩时，常形成黑色至褐色的黑钨矿族，如黑钨矿、钨锰矿、钨铁矿等；当钨矿液进入碳酸盐岩类围岩时，常形成白色偏黄的白钨矿族，如白钨矿、铜白钨矿、钼白钨矿等。当钨矿物在地表被氧化后常形成钨华。目前在自然界中已发现的钨矿物和含钨矿物有20余种，但以目前的开发利用水平来看具有经济价值的只有黑钨矿和白钨矿两种。     黑钨矿（来源：江西耀升钨业）

白钨矿（来源：国家珠宝玉石检验有限公司）                     

金属钨棒（来源：江西耀升钨业）

三、千锤百炼脱颖而出的钨

钨矿的形成与地质构造、岩浆活动和成矿作用关系密切。地质学家普遍认为钨矿主要由岩浆热液、接触变质两种地质作用形成。热液作用成矿：在地壳演化过程中，由于板块运动和地球内部岩浆活动形成了富集钨的岩浆，随着岩浆热液流体在岩石缝隙不断运移，温度、压力、氧化还原电位等物理化学条件发生改变并达到一定条件时，富含钨的化合物便会沉淀而形成钨矿石，这个过程主要形成黑钨矿。接触变质作用成矿：富集钨的岩浆侵入碳酸盐岩或含钙的地层中时，在热接触变质作用和高温汽化热液的影响下，形成一种特殊的由钙、镁、铁、铝、硅酸盐、碳酸盐等组成的变质岩—矽卡岩，同时出现矿化，形成白钨矿。

在19世纪末至20世纪初，随着世界工业技术的不断进步，人们认识到钨的重要性，对钨的需求不断增加，开始成规模的开采利用钨。然而钨矿石的冶炼过程并不简单，需要经过多重步骤才能制备出可利用的金属钨：

选矿。根据钨矿物和其他矿物在密度、磁性、亲水性等物理性质的差异，通过粉碎、研磨、重力分选、浮选等方法手段，对矿石进行筛选和分级，得到含有60%~70%三氧化钨的钨精矿。

浸出。采用碱浸或酸浸将钨从钨精矿中溶解出来，便于进一步浓缩。一般使用氢氧化钠或盐酸溶液在高温下对钨精矿进行溶解，得到钨酸钠或钨酸。

富集。这个过程中通常利用树脂或其他载体对溶液中的钨进行选择性吸附和分离，而后用洗脱剂将钨从载体上洗脱下来，得到高浓度的含钨溶液。

钨矿选矿设备（来源：海隅钨业）                            钨矿浸出设备（来源：海隅钨业）

蒸发结晶。将含钨溶液溶解于氨水中，形成钨酸铵溶液，经过蒸发结晶将钨从溶液中以仲钨酸铵晶体的形式析出，得到片状的仲钨酸铵晶体。

煅烧。将仲钨酸铵晶体在500~800℃下煅烧，得到高纯度的三氧化钨粉末。

还原。采用氢气作为还原剂，对三氧化钨进行高温加热，将其分解为金属钨和水，这时得到的钨是一种黑色的金属粉末，称为钨粉。由于钨有着非常高的熔点，在这个过程中需要在电弧炉、感应炉、等离子炉等特殊装置中进行。

四、无所不能的钨

金属钨登上人类历史舞台，是从爱迪生发明灯泡开始。起初灯泡里的灯丝主要是用棉线、竹子、碳纤维等制成，只能发出微弱的光，且易破碎，寿命短，通常只能使用1000小时以内。1906年化学家柯立芝用钨丝作为灯丝，制造出了发光稳定、经久耐用的钨丝。到1916年，钨丝灯的销量就超过了爱迪生发明的碳丝灯泡，很快在美国每家每户都用上了柯立芝的钨丝灯泡。现在，钨丝灯被更高效的荧光灯和LED灯泡所取代，金属钨则继续在其他领域发挥着重要作用。

钨丝灯（来源：veer）

目前，钨主要应用于高端制造、电子电气、化工等领域，同时在新能源领域中具有举足轻重的地位。

在自然界中，钨的硬度仅次于钻石，密度则接近黄金，几乎“啃得动”所有东西，有“工业牙齿”之称。钨加入钢铁中，能够极大地提高钢材的强度、硬度和耐磨性，这些含钨钢材主要用于制造钻头、铣刀等机械加工工具。钨的熔点极高，因而常被用来制造耐高温耐磨合金，如钨和铬、钴、碳的合金可用来生产航空发动机的涡轮叶片等高强耐磨零件。钨和铌、钽、钼、铼等的合金常用来制造航空火箭的喷管、发动机等高热强度的零件。

钨钢钻头（来源：川业五金）                                 钨钢铣刀（来源：川业五金）

在军工领域，钨及其合金是极为稀缺的战略资源，在很大程度上影响着一个国家军事力量的发展。战争中使用最多的武器就是枪炮，而枪炮中的枪管和炮管都离不开钨，制作枪管和炮管时加入钨能大大提高其强度和抗火药燃烧的腐蚀作用，从而提高枪管和炮管的使用寿命。钨还是制造动能穿甲弹的重要材料，在所有已知的金属材料中，只有钨是制造穿甲弹的理想材料。

钨合金穿甲弹（来源：百度百科）                              航空发动机（来源：机械工程师网）

钨的高熔点和高稳定性使其在电子设备中扮演着重要的角色。钨的导电性能仅次于金和银，是制造电路板、导线、连接器的关键材料，在保障电流通畅的同时，钨耐高温的特性还能有助于保持电路的稳定性。

钨常用来制造太阳能电池板中的电极和导电线路，可以有效提高太阳能电池板的效率和寿命。在新能源汽车中，钨是制造电池阳极的重要材料，能提高电池的能量密度和充放电性能，同时还可以用来制造电池的隔膜和外壳等部件。

钨在化学工业中也有广泛应用，为化学工业的发展提供了重要支撑和推动作用。钨酸盐在石油化工、有机合成等领域可作为化学反应的催化剂，提高生产效能。氧化钨在陶瓷烧制中起着关键作用，在瓷土中加入一定量的氧化钨可以提高瓷器表面的亮度，使得瓷器更加美观。

五、意义非凡的钨

钨资源主要分布在中国、俄罗斯和越南，三个国家的储量约占世界总储量的60%以上。根据美国地质调查局数据，2022年全球钨储量380万吨，其中中国180万吨（47.37%）、俄罗斯40万吨（10.53%）、越南10万吨（2.63%）。钨矿是我国的优势矿种之一，具有储量大、分布广、大型矿床多的特点。产量方面，全球钨产量为8.4万吨，其中中国7.1万吨（84.52%），越南0.48万吨（5.71%），俄罗斯0.23万吨（2.74%）。2022年，国内钨消费量约6.3万吨，约占全球消费量的一半。我国是钨最大的生产国和消费国，是名副其实的钨资源大国。但无序开发、资源浪费、高附加值产品少等问题制约着我国钨产业的高质量发展。

长期以来我国钨出口量高达世界市场的一半左右，美国等国家大肆从我国进口钨。由于国内缺乏对钨矿的整体利用技术，一些加工制造技术体系不完备，因此钨产品技术附加值较低，难以卖出应有的价格。随着国外企业的抢购，国内钨矿开采量也逐渐增大，导致产能过剩，钨价格也随之降低。因此，我国出台一系列政策，严格限制钨矿的开发和出口。1991年我国将钨、稀土等列为国家保护性开采矿种，为了合理开发利用优势资源，国家每年限定钨矿开采总量。

由于钨的稀缺性和不可替代性，被世界各国列为重要战略金属，还得到“高端制造的脊梁”的美誉。随着世界经济新形势的发展，钨在精细化工、新能源、军工等领域的应用不断拓展，在社会经济发展和国家安全中发挥着重要保障作用。因此，我们要高度重视钨矿行业可持续发展，一方面根据市场和国家发展需求，整体规划资源的开发利用；另一方面重视金属钨的回收利用，增强资源利用率。此外，需要地勘行业和相关企业加强攻关，在不断提高钨资源储量的同时提升钨产品附加价值，力争在高端制造、军工等领域关键核心技术有所突破，加快培育和形成新质生产力。