水素の還元法でタングステン粉末を調製

タングステン粉末の調製は一般的に還元酸化タングステンの方法を採用する。つまり、水素で三酸化タングステンを還元することまたはタングステン酸アンモニウムの作製方法を採用する。同時にこの反応は常に管式ストーブやロータリー炉を行う。水素の還元法でタングステン粉末を調製することの工芸の過程は主に2つの段階に分かれる。最初の段階では500℃- 700℃の温度の下で、三酸化タングステンは二酸化タングステンを還元する。第二の段階で700℃-900℃の温度の下で、二酸化タングステンはタングステン粉末を還元する。還元したタングステン粉末の性能(例えば純度、粒度、粒度構成など)は還元工芸によって決まる。たとえば還元温度、焼き舟の中で酸化タングステンの搭載量、焼き舟移動速度、水素の流量及び水素で水分の含有量のなどである。また、金属アルミニウム、カルシウム、亜鉛など酸化タングステンのを還元するの方法も大きな注目を引き起こす。
タングステン粉末の調整は水素還元方法を採用したほか、初期はタングステン酸化炭素の還元法を採用する。還元の温度は1050℃以上である。しかし、この方法でタングステン粉末の調整は純度が低いため、現在は工業の中で運用が少ない。

 

 

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タングステンの一般製法

タングステンの一般的工芸は、タングステン酸アンモニウムの500℃ぐらいの空気の中で三酸化タングステンを锻烧する。あるいわ450℃ぐらいの軽い水素にブルー酸化タングステンを還元する。
白熱燈のタングステンフィラメント制作が三酸化タングステンあるいはブルー酸化タングステンで少量のカリウム、酸化シリコンとアルミナに混入する。三者の使用量は合計が1%を超えない。これはバズが1922年に発明のタングステンの混じりけ工芸である。混じりけの処理のタングステン酸化物を経て水素で金属タングステン粉末を還元する。
還元の過程は一般に二つを分ける。第1は二歩を630℃ぐらいで二酸化タングステン(ブラウン酸化タングステン)を還元する。第二は820℃ぐらいで金属タングステン粉末を還元する。還元の目的は混ぜのカリウムの作用を十分に発揮すると粉末の粒度を抑える。このように取得したの混じりけタングステン粉はまた特製の鋳型に押さえ込んで細長い側条をつくる。
このグループのプロセスでは、溶融水酸化ナトリウム中でタングステンを酸化溶解し、これを冷却・固化したのち水に溶解することでタングステン酸ナトリウム水溶液を得る。
 このプロセスは、タングステンの酸化溶解工程を簡略化できるうえ有害ガスの発生も無いといった利点が期待される。

 

 

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タングステンのリサイクル

タングステンは硬度、融点、密度が非常に高く、超硬工具をはじめとした様々な産業分野で利用されている。一方で、資源的には比較的希少なうえ偏在性も高く、リサイクルの必要性が高い金属の一つであるが、国内でのリサイクル率は依然として低い水準に留まっており、早急な改善が必要である。
 このような背景から、日本のあるグループでは超硬工具を主なターゲットとしたタングステンの新規なリサイクルプロセスを検討している。
 また、従来法および住友電工グループが最近開発したプロセスのフローも比較のために併記した。いずれのプロセスでも、まずは廃超硬工具に含まれるタングステン成分を酸化・溶解してタングステン酸ナトリウムのアルカリ水溶液を得る。
 さらに各種湿式処理によりAPT (パラタングステン酸アンモニウム) や酸化タングステンを経て、タングステンやタングステンカーバイド粉として再生する。
 ここでのポイントはタングステンカーバイドの溶解方法であり、従来法では焙焼によりタングステンを酸化タングステンとし、これをアルカリで浸出する。ただ、焙焼の際に表面付近しか酸化できないため、焙焼と浸出を繰り返し行う必要があるなどの問題点も多い。
 住友電工グループのプロセスでは、溶融硝酸ナトリウムと廃超硬工具を直接反応させ、タングステン成分を酸化溶解している。反応速度が高いため従来法よりも簡便で高速な処理が可能だが、比較的高度な反応制御や反応により生じる NOx の処理設備が必要となる。

 

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オモリの種類

オモリには、多様な形状・種類がある。
仕掛けへの装着方法による分類
ラインをはさみこみ固定するタイプ
    割ビシ、ガン玉、アユ玉、スプリットショットなど
    細ラインの場合は、はさむタイプのオモリにティッシュペーパーをはさみ、ラインに傷がつかないようにすることがある。
ラインを中に通し、オモリが遊動するタイプ
    中通しオモリ、バレットシンカーなど
    中通しオモリなどはゴム管でショックを吸収させることがある。
天秤や捨て糸などの先に取り付けるタイプ
    ナス型オモリ、小田原型オモリなど
その他
    板オモリ(固定、遊動いずれにも使える)
    ジグヘッド(フックとシンカーが一体となったもの)
    海草天秤、ジェット天秤、デルナー天秤など(天秤とオモリが一体となったもの)

釣りの種類による分類

汎用
    割ビシ、ガン玉、板オモリなど
ヘラブナ釣り
    板オモリ
アユの友釣り
    アユ玉
投げ釣り
    海草天秤、ジェット天秤、デルナー天秤、中通しオモリ、小田原型オモリ、ナス型オモリなど
サビキ釣り、ワカサギ釣りなど
    ナス型オモリ、太鼓型オモリなど
ルアーフィッシング
    スプリットショット、バレットシンカー、ジグヘッドなど

 

 

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オモリの材質

一般的には、安価で比重の大きな鉛が使われる。遠投を目的とする場合は、鉛よりさらに比重の大きいタングステン製のオモリが使われることがある。ただし、タングステンのオモリは鉛製のオモリに比べると高価なため、あまり使用されない。鉛は害があるため人体への影響や水質の悪化などが懸念されている。このため、最近では、害の少ない亜鉛製や鉄製のエコオモリもできていて、鉛以外の金属で作るようにしているメーカーもある。また、鉛より軽い金属で出来たオモリでも、形を工夫すれば鉛以上の効果を発揮できる。エコオモリが増えてきている。
タングステン合金オモリの利点:体積は小さくて、密度は大きくて、無害、抗風性が強い、環境に優しく。

 

 

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オモリとは何?

オモリとは、ライン(釣り糸)に付けて、仕掛けを目的の水深や場所に投入するための道具。ウキ釣りでは、ウキがうまく立つように浮力を調整したり、投げ釣りでは仕掛けを遠くに飛ばすために使用される。ハリス(鉤素)にオモリを使うことはあまりない。フライフィッシングでは、オモリではなくシンカーを使うが、ガン玉や割ビシなどで、代用することが出来る。
オモリが小さいから1 / 32ozに淺水、小さく使える釣トビウオ。あるいは大十数オンスを深海釣り。オモリのシンカーがさまざまな形であるが、オモリの材料選択は環境に大きいな影響がある。タングステンで作られたオモリ、それはシンカーとして最高の素材だ。タングステン合金の体積は小さくて、重い、そして環境にも優しく。

 

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タングステンコイルの表面処理について

フィラメントコイルはこのまま使う場合もありますが、ランプに組み込む前に洗浄処理して不純物や酸化を除きます。最終的には水素中で還元熱処理を行います。

まずタングステンコイルは10%NaOH水溶液で10分間程度の煮沸するのが一般的です。表面のエッチングが必要な場合などは5%HF(フッ化水素酸)処理とかアルカリ性フェリシアン化カリウム水溶液で表面の腐食処理で浄化します。終了すれば、薬液を完全洗浄します。

その後、コイルフィラメントに支持具(アンカーとかサポータと呼ぶ)を付けたり、モリブデン箔や外部リード棒を溶接します。

その後もう一度Naoh処理を入れるか、又はそのまま水素雰囲気炉(1000℃)に入れ、酸化物を還元します。水素はドライ水素を使う場合とウェット水素を使う場合があります。ウェット水素は炭素を除去する能力があります。

 

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タングステンの結晶構造

タングステンのドーピングにより混入されたカリウム等の微量元素は良好なタングステンの結晶構造(からみあった長大結晶)を作ると共に結晶粒界に集まり、微小な気泡を形成します。これは結晶粒界の滑りを防止し、フィラメントの高温クリープを抑えます。

しかしこのドープによる気泡は長時間経過すると次第に集合し、大きな気泡をフィラメント内部に形成するようになります。これはランプ寿命を制限する要素になりまが、ハロゲンランプの封入ガスは高圧なのでこの気泡(ドープ孔)の成長拡大を抑制します。この点でも高圧の封入ガスはランプの長寿命化に貢献していると考えられています。

なお、この気泡の中の不純物はそのうちランプ封入ガス中に火山の様に噴出しますので、封入ガスのハロゲンバランスが崩れ、黒化などの原因になり得ます(カリウムなどのアルカリ金属はハロゲンと強固に結合し、ハロゲンサイクルを阻害する)。点灯開始して数百時間経過後に発生する黒化はこれが原因の一つに上げられます。

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タングステン線

タングステン線が2次再結晶してできる結晶の形で耐高温クリープ性が大きく異なります。一般的には線の方向にからみあった長大な結晶ができるものが良いとされています。この様な結晶を作る上で重要なのはタングステンの製造工程で微量のカリウムその他を添加することです(ドーピング)。ハロゲンランプ用のタングステン線はほぼ例外なくドーピングされたタングステン線です。この線材を使うと共に前記した2次再結晶のさせ方に注意して製造するとフィラメント変形の少ない優秀なハロゲンランプが作れます。

ただしドーピング量が多くなると2次再結晶開始温度が高くなる傾向があります。過大にドーピングされてしまったタングステン線は2200℃といった高温でも2次再結晶が完全には終了せず、ランプになって点灯すると変形を始めるものもあります。このように性能,品質を安定させるにはドーピングの質,量共に重要です。

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高融点金属タングステンの活用

タングステンは希少金属の1つに数えられています。金属としては比較的大きな電気抗体を持つということから電球のフィラメントとして活用されています。現在ではLEDの普及もあり、利用される頻度は減少している傾向にあります。
タングステンは釣り具のシンカーの代わりとしても注目されていましたがコストの問題から実際に普及しているとは言えない現状になっています。タングステンを活用することが出来る範囲というものは限られています。
ただ軍事的にも砲弾として利用されるなど限られてるい範囲ではあるもののかなり重要な金属であるということは確実です。希少金属ということもあり、コストがかかるということが普及していない大きな要因として考えられています。コストが高いからこそ他の類似性がある物質などに変えられているということがとても増えています。
こうした希少性が高いという部分は商業利用する時にとても大きな問題になっていくことになります。実際に利用する上では、大きなポイントです。タングステンのような物質は戦車の装甲などにも活用されている通り現代の様々な分野で不可欠なものになっています。
とても重要な素材になっているということもあり、いかにしてコストを下げていくのかということはとても大事な部分です。あまり関係ないと思われているこうした素材などは、多くのことに活用されているということを知ることが出来ます。電子顕微鏡などにも利用されているなど基礎研究の分野でもかなり役立っています。

 

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