Tungsten (Volfram) Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)

Tungsten, her ortamda bulunan ampullerin tellerinin üretiminde kullanılan metaldir. Fiziksel özellikleri sebebiyle binlerce ürünün hammaddesidir.

Tungsten, diğer adı volfram olan bir metaldir. Fiziksel yapısı ve özellikleri çok sağlam ve dayanıklıdır. Tungstenden üretilmiş filamanlar (ampul teli), 1900’lü yılların başından bu yana dünyada kullanılmaktadır. Ampul telinden füzelere, torna bıçağından takılara kadar çok farklı alan ve ürünlerde rastladığımız tungsten, adını pek duymasak da her evin en yüksek yerinde odalarımızı aydınlatmaktadır. Tungstenin özelliklerinin çelik ve uranyumla kıyaslanması, ne kadar ilginç bir metal olduğunu da ortaya koyuyor. Makalemizde tungstenin tarihinden Türkiye’deki rezervlerine kadar birçok bilgiyi bulabilirsiniz.

Tarihçesi

Tungsten, 1781 yılında yeni bir element olarak tanımlandı ve ilk olarak 1783 yılına izole edildi. 1779 yılında İsveç’te bulunan bir minerali inceleyen Peter Woulfe, yeni bir metal türünü fark etti; ancak bu metali tanımlayamadı. 1781 yılında İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele, bu mineraldeki araştırmaları sırasında bir oksit ürünü elde etti. 1783 yılında ise Jose ve Fausto Elhuyar adlı kardeşler wolframite mineralinden tungsteni izole etti. Bazı kaynaklarda tungstenin kâşifi olarak Scheele, bazılarında ise Elhuyar kardeşler gösteriliyor.

Tungstenin keşfinden sonra bazı tarihi gelişmeler ise şöyle;

• 1783 yılında keşfedilen yeni elemente “volfram” adı verildi.
  
• 1847 yılında mühendis Robert Oxland, tungstenin metal formunun çeşitli sektörlerde kullanımı için patent aldı.
  
• 1858 yılında ilk tungsten alaşımı çelikler üretildi.
  
• 1904 yılında ilk tungsten ampulün patenti alındı.
  
• 1908 yılında mucit William D. Coolidge, tungstenin ideal bir filaman (ampul direnç teli) olabileceğini keşfetti.
  
• 1940’lı yıllarda tungstenin metal ve kimya endüstrilerindeki kullanımı yaygınlaştı.
  

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Tungstenin kimyasal sembolü, bulunduğu mineralin ismi sebebiyle “W”dir. Atom numarası 74, atom ağırlığı 183,85, yoğunluğu 19.25’tir. Erime noktası 3422 derece, kaynama noktası 5555 derecedir. Alaşım olmayan metaller arasında erime noktası en yüksek metaldir. Kaynama noktası en yüksek ikinci elementtir. Periyodik cetvelin 6-B grubunda yer alır. Çelik grisi veya beyaz rengindedir. Çok sert ve ağır bir metaldir. Kristal yapısı kübik olan bir geçiş metalidir. Yoğunluğu sudan yaklaşık 20 kat daha fazladır.

Fiziksel özellikleri bakımından molibden ile benzerlik gösterir. Dünyadaki en sert ve sıcaklığa dayanıklı metallerden biridir. Saf tungstenin sertliği birçok çelikten daha yüksektir; ancak kolayca işlenebilir. Sünektir, tel haline getirilebilir, dövülebilir. Kolay oksitlenmez. Aşınmaya karşı direnci yüksektir. Isı ve elektriği iyi düzeyde iletebilir. Genleşme katsayısı düşüktür. 1650 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda mukavemeti en yüksek metaldir. Geri dönüştürülebilir. Oksijen, asitler ve alkalilere karşı uzun süre direnç gösterebilir. Hidrojenle 1000 derecede indirgenerek tungsten tozu elde edilir. Doğadaki izotopik özellik gösteren tek metaldir. Yani her yönde aynı özellikleri gösterir.

Tungsten, yerkabuğunda yaklaşık yüzde 0,00011 oranında bulunur. Doğada en yaygın wolframite ve scheelite (şelit) minerallerinde bulunur. Ekonomik olarak kullanılabilen mineraller de bunlardır. Bunun dışında yaklaşık 20 adet tungsten içeren mineral bulunur. Doğal tungsten, yarılanma ömürleri çok uzun olan 5 kararlı izotoptan oluşur. Yaklaşık 30 adet de yapay radyoizotopu bulunur.

Hangi Alan ve Ürünlerde Kullanılır?

Tungstenin en yaygın kullanımı ampul filamanları ve kesme aşındırma aletlerinin uçlarıdır. Genellikle alaşım ve bileşik halinde kullanımı yaygındır. En yaygın ve zorlu bileşiği tungsten karbürdür. Tungsten telinin direnci çok yüksektir. Fiziksel ufalanmaya karşı dayanıklıdır. Bu sebeple hemen hemen bütün ampullerin lamba telleri olan filamanlar tungstenden üretilir. Bu özelliği sebebiyle yüksek direnç ve dayanıklılık gerektiren elektrikli fırınların rezistanslarının telleri de tungsten ürünüdür. Saf tungsten, bazı elektronik uygulamalarda kullanılır.

Demir alaşımları ve çeliklerin hazırlanmasında da tungstenin rolü vardır. Otomotiv, uçak, gemi ve iş makinelerinin üretildiği sanayilerde de tungstenin fiziksel özellikleri sebebiyle tercih edildiği birçok ürün ve parça bulunmaktadır. Uzay teknolojisinde yüksek alaşım ürünlerinde kullanılmaktadır. Toz haline getirilen formuna tungsten bronzları adı verilir ve bu tozlar süsleme uygulamalarında kullanılır. Yüzde 80 oranında tungsten içeren demir alaşımı ferrotungsten, takım çeliklerinin üretiminde kullanılır. Tungsten bileşikleri aynı zamanda endüstriyel uygulamalarda katalizör görevi görür. Tungsten disülfür bileşiği, yüksek sıcaklıklarda kuru yağlayıcı olarak kullanılır. Silah ve savunma sanayisinde de tungsten ve alaşımları önemli bir hammaddedir. Altına yakın yoğunluğu sebebiyle takı ve mücevherlerde platin ve altına alternatif olarak kullanılabilmektedir. Vanadyum dioksitle tungsten bileşiği, camlarda kullanılan güneş filmlerinin hammaddesidir.

Tungsten, alaşımları ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; x ışını cihazları, elektrik kontakların parçaları, radyasyon önleyici ekranlar, egzoz subapları kaplamaları, matkap uçları, ısıtıcı direnç telleri, askeri zırhlılar, torna kalemi ve freze gibi kesim aletleri ve uçları, termo iyonik lambalar, röntgen lambaları, öğütücü aletler, takı ve mücevherler, enstrüman telleri, roket motorları, elektron tabancası, boyalar, televizyon tüpleri, otomobil distribütörleri, testere bıçakları, diş delme ve kesme aletleri…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Tungsten, adını İsveççe, Norveççe ve Danca dillerinde “ağır taş” anlamındaki “tung sten” kelimesinden almıştır. Ancak bu üç ülkede bu metal için “volfram” kelimesi kullanılır.
  
• Tungstenin daha önce kullanılan adı volframdır ve simgesi “W”dir. Simgesini, en yaygın bulunduğu “wolframite” mineralinden alır. “Wolframite” kelimesinin anlamı “kalay yosunu”dur.
  
• Tungstenin metal oksit formu, camlara koyu mavi rengi verir ve bu camlar evlerde perde ihtiyacını ortadan kaldıran akıllı pencerelerde kullanılır.
  
• Çok yüksek sertlik derecesi olan tungsten, demir testeresi ile kesilebilir.
  
• Bir askeri analist olan Robert Kelley, tungstenin fiziksel özelliklerinin önemini vurgulamak için, “Mermilerinizde tungsten kullanırsanız zırhlarınızı tungsten ile tanıştırmak zorundasınız.” demiştir.
  
• Füze gibi kinetik bombardıman silahlarında kullanılan tungstenin tek rakibi radyoaktif element uranyumdur.
  
• Tungsten, biyolojik role sahip en ağır metaldir. Bazı bakteriler, karboksilik asidi aldehitlere indirgemek için bir enzimde tungsten kullanır.
  

Hangi Ülkelerde Rezervi Bulunur?

Dünyadaki toplam tungsten rezervinin 5 milyon ton civarında olduğu tahmin edilmektedir. İşletilebilir rezerv ise yaklaşık 2 milyon tondur. Dünyadaki mevcut rezerv yaklaşık 50 yıl tungsten ihtiyacını karşılayabilecek kapasitededir. Dünyadaki tungsten üretimi yıllık toplam 50 bin ton civarındadır.

Tungsten rezervi bakımından en zengin ülkeler Çin ve Rusya’dır. Dünya tungsten rezervinin neredeyse yarısı bu iki ülkede bulunur. Çin, dünya tungsten ihtiyacının yüzde 30’unu karşılamaktadır. Diğer tungsten rezervi bulunan ülkeler; Kanada, Kuzey Kore, ABD, Bolivya, Vietnam, Portekiz, Avusturya, Ruanda, İspanya, Brezilya, Avustralya, Peru, Brundi ve Myanmar’dır. En fazla tungsten tüketen ülkeler ise ABD, İngiltere, Fransa, Almanya ve İsveç’tir.

Türkiye’de ilk tungsten cevheri 1945 yılında Söğüt-Dudaş antimuan yatağında bulunmuştur. Ancak bazı kaynaklarda 1910’lu yıllarda Türkiye’den Almanya’ya tungsten konsantresi ihraç edildiği bilgisi yer almaktadır. Türkiye’deki en önemli tungsten yatakları Bursa Uludağ ve Keban bölgelerinde bulunmaktadır. Uludağ’daki tungsten oluşumları, dünyadaki tungsten rezervinin yüzde 4’üne tekabül eder. Bunun dışında Türkiye’de; Çanakkale (Çakıroba, Hamdibey), Niğde (Gümüşler), Yozgat (Akdağmadeni) ile birlikte yaklaşık 30 farklı tungsten yatağı bulunmaktadır.

Tungsten cevherleri bulunduğu halde Türkiye’de tungsten madenciliği ve üretimi yapılmamaktadır. Bu sebeple tungsten ürünleri ithal edilmektedir. En fazla ferrotungsten alaşımı ithal edilmektedir.