텅스텐 재료는 어떻게 생산되나요?

안녕하세요! 저는 텅스텐 재료 공급업체입니다. 오늘은 텅스텐 재료가 생산되는 전체 과정을 안내해 드리겠습니다. 텅스텐은 높은 융점, 밀도 및 강도로 알려진 매우 유용한 금속입니다. 전자부터 항공우주, 심지어 일부 일상용품까지 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 그럼 바로 들어가 보겠습니다!

광업 텅스텐 광석

텅스텐 재료 생산의 첫 번째 단계는 텅스텐 광석을 채굴하는 것입니다. 텅스텐은 일반적으로 철망간석(Fe,Mn)WO₄ 및 회중석 CaWO₄의 형태로 발견됩니다. 이러한 광석은 일반적으로 지하 또는 노천 광산에서 채굴됩니다.

지하 채굴은 광석이 지하 깊은 곳에 있을 때 자주 사용됩니다. 광부들은 광석에 접근하기 위해 샤프트 마이닝이나 드리프트 마이닝과 같은 다양한 기술을 사용합니다. 제한된 공간에서 작업해야 하고 함몰과 같은 잠재적인 위험을 처리해야 하기 때문에 힘든 일입니다.

반면, 노천 채굴은 광석이 표면에 더 가까울 때 사용됩니다. 땅에서 광석을 캐내려면 거대한 기계가 사용됩니다. 이 방법은 대규모 채굴 작업에 더 비용 효율적이지만 환경에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

광석이 채굴되면 추가 처리를 위해 가공 공장으로 운반됩니다.

텅스텐 광석의 선광

가공 공장에서 텅스텐 광석은 텅스텐 함량을 높이기 위해 선광 공정을 거칩니다. 선광의 첫 번째 단계는 광석을 작은 입자로 분쇄하고 분쇄하는 것입니다. 이렇게 하면 맥석(원치 않는 암석 및 기타 물질)에서 텅스텐 함유 광물을 더 쉽게 분리할 수 있습니다.

파쇄 및 분쇄 후 광석은 일반적으로 중력 분리를 거칩니다. 이 방법은 텅스텐 광물과 맥석 사이의 밀도 차이를 이용합니다. 분쇄된 광석을 물줄기에 넣으면 무거운 텅스텐 광물은 바닥으로 가라앉고 가벼운 맥석은 씻겨 나가게 됩니다.

부양은 또 다른 일반적인 선광 방법입니다. 텅스텐 광물을 소수성(발수성)으로 만들기 위해 광석 슬러리에 화학물질이 첨가됩니다. 그런 다음 기포가 유입되고 소수성 텅스텐 미네랄이 기포에 부착되어 표면에 떠서 걷어낼 수 있습니다.

광석에 자성 불순물이 포함된 경우에도 자성 분리를 사용할 수 있습니다. 자성 물질은 자석에 끌리고 비자성 텅스텐 광물은 남습니다.

선광 공정의 결과는 일반적으로 약 60~70%의 삼산화 텅스텐(WO₃)으로 훨씬 더 높은 텅스텐 함량을 함유한 농축물입니다.

텅스텐 산화물로의 전환

다음 단계는 텅스텐 정광을 텅스텐 산화물로 변환하는 것입니다. 농축물은 일반적으로 약 700~800°C의 고온에서 용광로에서 구워집니다. 로스팅하는 동안 텅스텐 미네랄은 공기 중의 산소와 반응하여 삼산화텅스텐(WO₃)을 형성합니다.

회중석의 배소를 위한 화학 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
CaWO₄ + 2HCl → CaCl2+ H2WO₄
H2WO₄ → WO₃+ H2O

이 공정은 또한 로스팅 중에 가스로 방출되는 황 및 비소와 같은 농축물 내의 일부 불순물을 제거하는 데 도움이 됩니다.

텅스텐 금속으로의 환원

텅스텐 산화물이 생기면 이제 이를 텅스텐 금속으로 환원할 차례입니다. 이는 일반적으로 환원로에서 수소 가스를 사용하여 수행됩니다. 산화텅스텐을 용광로에 넣고 일반적으로 약 800~1000°C의 고온에서 수소 가스를 그 위로 통과시킵니다.

삼산화텅스텐의 환원을 위한 화학 반응은 다음과 같습니다.
WO₃+ 3H2 → W + 3H2O

수소는 환원제 역할을 하여 산화텅스텐에서 산소를 제거하고 순수한 텅스텐 금속만 남깁니다. 생성된 텅스텐 분말은 매우 미세하고 표면적이 높습니다.

분말야금

환원 공정에서 얻은 텅스텐 분말은 분말 야금에 사용되어 다양한 텅스텐 제품을 생산합니다. 분말 야금에는 텅스텐 분말을 원하는 모양으로 압축한 다음 고온에서 소결하여 조밀하고 강하게 만드는 작업이 포함됩니다.

분말 야금의 첫 번째 단계는 필요한 경우 텅스텐 분말을 다른 첨가제와 혼합하는 것입니다. 이러한 첨가제는 경도나 연성과 같은 최종 제품의 특성을 향상시킬 수 있습니다.

혼합된 분말을 금형에 넣고 고압으로 압축합니다. 이 압축 과정을 통해 분말은 최종 제품과 유사한 거친 모양을 갖게 됩니다.

압축 후 압분체(압축되었지만 소결되지 않은 부분)는 일반적으로 2000°C 이상의 매우 높은 온도에서 용광로에서 소결됩니다. 소결하는 동안 텅스텐 입자는 서로 결합하여 견고한 텅스텐 재료 조각을 형성합니다.

텅스텐 제품 제조

소결 텅스텐 재료를 얻으면 다양한 제품으로 추가로 가공할 수 있습니다. 예를 들어, 텅스텐을 기계로 가공할 수 있습니다.텅스텐 도가니. 이러한 도가니는 텅스텐의 높은 융점과 내식성으로 인해 금속 용해와 같은 고온 응용 분야에 사용됩니다.

텅스텐을 압연할 수도 있습니다.고밀도 텅스텐 플레이트또는고품질 텅스텐 플레이트. 이 플레이트는 높은 강도 대 중량 비율이 매우 중요하게 여겨지는 항공우주를 포함한 다양한 산업 분야에서 사용됩니다.

다른 일반적인 텅스텐 제품에는 전자 제품, 조명 및 일부 의료 응용 분야에도 사용되는 텅스텐 막대, 와이어 및 구체가 포함됩니다.

품질 관리

전체 생산 과정에서 품질 관리가 가장 중요합니다. 각 단계에서 샘플을 채취하고 분석하여 텅스텐 재료가 필수 사양을 충족하는지 확인합니다.

화학 분석은 텅스텐 재료의 순도를 결정하는 데 사용됩니다. X선 형광(XRF) 및 유도 결합 플라즈마 질량 분석(ICP - MS)과 같은 기술은 재료의 다양한 원소 농도를 정확하게 측정할 수 있습니다.

텅스텐 제품의 기계적 특성을 평가하기 위해 물리적 테스트도 수행됩니다. 이러한 테스트에는 경도 테스트, 인장 테스트 및 밀도 측정이 포함됩니다.

환경 고려 사항

텅스텐 재료의 생산은 환경에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 광산 작업은 삼림 벌채, 토양 침식, 수질 오염을 유발할 수 있습니다. 선광 공정에서 화학 물질을 사용하면 제대로 관리되지 않으면 수원이 오염될 수도 있습니다.

환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해 현대 텅스텐 생산 시설에서는 다양한 조치를 시행하고 있습니다. 여기에는 보다 효율적인 채굴 기술 사용, 물 재활용, 폐기물의 적절한 처리가 포함됩니다. 일부 회사에서는 선광 공정에서 화학 물질 사용을 줄이는 방법도 모색하고 있습니다.

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참고자료

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• Schlesinger, ME, King, MJ, Sole, KC 및 Davenport, WG(2011). 구리 추출 야금. 엘스비어.