Vonfram – còn gọi là Wolfram hoặc Tungsten trong tiếng Anh – là kim loại chuyển tiếp màu xám thép, ký hiệu hóa học W, số nguyên tử 74. Đây là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong tất cả các nguyên tố, điểm nóng chảy lên tới 3.422°C – lý do vonfram xuất hiện trong mọi thứ từ mũi khoan cơ khí, dây tóc bóng đèn đến vật liệu tên lửa và thiết bị hạt nhân.
Vonfram là gì? Định nghĩa và vị trí trong bảng tuần hoàn
Vonfram là nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIB, chu kỳ 6 trong bảng tuần hoàn, ký hiệu W (từ tiếng Đức Wolfram), số nguyên tử 74, nguyên tử khối 183,84. Tên gọi “Tungsten” xuất phát từ tiếng Thụy Điển tung sten nghĩa là “đá nặng” – phản ánh khối lượng riêng đặc biệt cao của kim loại này.
Ba tên gọi phổ biến tại Việt Nam đều chỉ cùng một nguyên tố:
- Vonfram – tên tiếng Việt phổ biến nhất
- Wolfram – tên tiếng Đức, cũng là nguồn gốc ký hiệu W
- Tungsten – tên tiếng Anh, phổ biến trong tài liệu kỹ thuật quốc tế
Vonfram không tồn tại ở dạng nguyên chất trong tự nhiên – luôn ở dạng hợp chất trong quặng, phổ biến nhất là scheelite (CaWO₄) và wolframite (Fe,Mn)WO₄.
Ký hiệu hóa học và thông số kỹ thuật của vonfram
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Ký hiệu hóa học | W (Wolfram) |
| Số nguyên tử | 74 |
| Nguyên tử khối | 183,84 g/mol |
| Nhóm / Chu kỳ | VIB / 6 |
| Trạng thái | Rắn (ở điều kiện thường) |
| Màu sắc | Xám thép, ánh kim |
| Khối lượng riêng | 19,25 g/cm³ |
| Nhiệt độ nóng chảy | 3.422°C — cao nhất trong các kim loại |
| Nhiệt độ sôi | 5.555°C |
| Độ cứng Mohs | 7,5 |
| Độ dẫn điện | 18,9 × 10⁶ S/m |
| Nhiệt dung riêng | 132 J/(kg·K) |
| Hóa trị phổ biến | +2, +4, +6 |
Tính chất vật lý của vonfram
Vonfram là kim loại màu xám thép, bề mặt sáng bóng khi được đánh bóng, rất cứng và nặng. Khối lượng riêng 19,25 g/cm³ — nặng hơn chì (11,34 g/cm³) và gần bằng vàng (19,3 g/cm³), nặng hơn sắt gần 2,5 lần.
Tính chất nổi bật nhất của vonfram là nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong tất cả các kim loại – 3.422°C. Để so sánh, sắt nóng chảy ở 1.538°C, đồng ở 1.085°C và nhôm chỉ ở 660°C. Nhiệt độ sôi của vonfram còn cao hơn: 5.555°C — gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt Trời.
Độ cứng Mohs 7,5 – cứng hơn hầu hết kim loại thông thường nhưng vẫn thua kim cương (10). Đây là lý do vonfram được dùng làm mũi khoan, dao cắt và khuôn đúc công nghiệp.
Dẫn điện ở mức trung bình – độ dẫn điện của vonfram thấp hơn đồng khoảng 30 lần và thấp hơn nhôm khoảng 10 lần. Tuy nhiên khả năng chịu nhiệt độ cực cao mà không biến dạng mới là tính chất được khai thác chính.
Không bị ăn mòn ở nhiệt độ thường – bề mặt vonfram hình thành lớp oxit WO₃ mỏng bảo vệ. Ở nhiệt độ cao trên 600°C, lớp oxit này bay hơi nên vonfram cần được bảo vệ trong môi trường trơ hoặc chân không khi sử dụng ở nhiệt độ cao.
Tính chất hóa học của vonfram
Vonfram là kim loại khá trơ ở nhiệt độ thường nhưng trở nên hoạt động hóa học mạnh hơn đáng kể khi đun nóng.
Vonfram tác dụng với phi kim
Ở nhiệt độ thường vonfram không phản ứng với hầu hết phi kim. Khi đun nóng, vonfram phản ứng trực tiếp với oxy tạo oxit:
W + O₂ → WO₂ (ở nhiệt độ vừa phải)
2W + 3O₂ → 2WO₃ (ở nhiệt độ cao – oxit vonfram(VI), màu vàng)
Vonfram cũng phản ứng với clo, lưu huỳnh và nitơ khi đun nóng, tạo các halide và nitride tương ứng.
Vonfram tác dụng với axit và kiềm
Vonfram không tan trong hầu hết axit thông thường ở nhiệt độ phòng – kể cả HCl, H₂SO₄ và HNO₃ loãng. Đây là tính chất đặc biệt giúp vonfram chống ăn mòn tốt trong môi trường hóa chất.
Vonfram tan chậm trong hỗn hợp axit HF + HNO₃ và trong kiềm nóng chảy:
W + 2NaOH + 3/2 O₂ → Na₂WO₄ + H₂O
Hợp chất vonfram phổ biến
WO₃ (Vonfram(VI) oxit) – bột màu vàng chanh, dùng trong sản xuất vonfram kim loại, pin mặt trời và điện cực.
Tungsten Carbide (WC) – hợp chất cứng nhất được dùng phổ biến trong công nghiệp, tạo nên nền tảng của hợp kim cứng Carbide dùng cho mũi khoan, dao tiện và khuôn đúc.
Na₂WO₄ (Natri vonframat) – muối tan trong nước, dùng trong chất chống cháy và chất xúc tác.
Vonfram trong tự nhiên – quặng vonfram và khai thác
Vonfram không tồn tại ở dạng nguyên chất trong tự nhiên. Hai loại quặng vonfram quan trọng nhất là:
Scheelite (CaWO₄) – khoáng chất màu trắng đến vàng nhạt, phát quang màu xanh dưới tia UV. Đây là nguồn quặng vonfram chính ở nhiều mỏ trên thế giới.
Wolframite (Fe,Mn)WO₄ – khoáng chất màu nâu đen đến đen, thường kết hợp với thiếc. Phổ biến ở Trung Quốc, Nga và Bồ Đào Nha.
Trung Quốc chiếm hơn 80% sản lượng vonfram toàn cầu – đây là lý do giá vonfram phế liệu trên thị trường quốc tế bị ảnh hưởng mạnh bởi chính sách xuất khẩu của Trung Quốc. Việt Nam cũng có trữ lượng vonfram đáng kể tại Núi Pháo (Thái Nguyên) – một trong những mỏ vonfram lớn nhất thế giới ngoài Trung Quốc.
Quy trình sản xuất vonfram kim loại: tinh chế quặng → tách WO₃ → khử bằng hydro ở nhiệt độ cao → bột vonfram → thiêu kết hoặc đúc thành sản phẩm.
Ứng dụng của vonfram trong công nghiệp và đời sống
Dụng cụ cắt gọt và gia công cơ khí
Đây là ứng dụng lớn nhất và quan trọng nhất của vonfram. Hợp kim cứng Carbide (Tungsten Carbide – WC) là vật liệu nền tảng của toàn bộ ngành gia công cơ khí chính xác hiện đại. Mũi khoan hợp kim, dao tiện hợp kim, dao phay CNC, insert cắt, khuôn đúc áp lực và bánh cán thép đều dùng WC làm thành phần chính. Độ cứng của WC gần bằng kim cương nhưng có thể gia công, định hình và sản xuất hàng loạt – điều kim cương không làm được.
Dây vonfram và thiết bị điện tử
Dây vonfram (dây tóc) từng là vật liệu duy nhất làm dây tóc bóng đèn sợi đốt – chịu được nhiệt độ vận hành 2.500–3.000°C trong khi vẫn duy trì độ bền cơ học. Ngày nay dây vonfram được dùng rộng rãi trong lò nung công nghiệp, máy hàn, thiết bị chân không và dây cắt máy CNC (dây molipden-vonfram).
Điện cực vonfram là thành phần không thể thiếu trong đèn hồ quang, đèn hơi thủy ngân cao áp, đèn xenon và thiết bị hàn TIG. Nhiệt độ nóng chảy cực cao cho phép điện cực duy trì hình dạng ổn định dù hoạt động ở nhiệt độ plasma hàng nghìn độ.
Hợp kim vonfram trong công nghiệp nặng
Thép vonfram (thép gió HSS – High Speed Steel) là hợp kim sắt-vonfram (thường 6–18% W) – cứng hơn thép thông thường và giữ được độ cứng ở nhiệt độ cắt cao. Đây là vật liệu phổ biến cho mũi khoan, dao phay và dụng cụ cắt tốc độ cao trước khi WC Carbide thay thế dần.
Hợp kim nặng vonfram (90–97% W + Ni + Fe hoặc Cu) có khối lượng riêng 17–19 g/cm³, dùng làm đối trọng trong hàng không, đầu đạn xuyên giáp, vỏ bảo vệ phóng xạ và thiết bị y tế.
Ứng dụng khác của vonfram
Vonfram được dùng trong vật liệu chịu nhiệt cho tên lửa, động cơ phản lực và lò phản ứng hạt nhân – những môi trường mà không vật liệu nào khác chịu được. Trong y tế, vonfram thay thế chì làm vỏ bảo vệ phóng xạ vì không độc và khối lượng riêng tương đương. Trong trang sức, vonfram carbide được dùng làm nhẫn và phụ kiện cao cấp do độ cứng và khả năng chống trầy xước vượt trội.
Vonfram phế liệu – giá trị thu hồi và cách nhận biết
Vonfram là một trong những kim loại tái chế có giá trị cao nhất trong nhóm kim loại hiếm công nghiệp. Tái chế vonfram từ phế liệu tiết kiệm được khoảng 70% năng lượng so với sản xuất từ quặng, và kim loại thu hồi có chất lượng tương đương nguyên sinh.
Các dạng phế liệu vonfram phổ biến:
- Mũi khoan hợp kim cũ, dao tiện hợp kim, insert CNC đã mòn
- Dây molipden từ máy cắt dây CNC
- Bột hợp kim và phế phẩm từ xưởng thiêu kết
- Khuôn hợp kim cứng thanh lý
- Điện cực vonfram cũ
Cách nhận biết vonfram phế liệu:
- Rất nặng khi cầm – khối lượng riêng gần bằng vàng
- Màu xám thép, bề mặt thường có lớp phủ TiN (vàng) hoặc TiAlN (tím đen) với insert CNC
- Không bị nam châm hút
- Cực kỳ cứng – không thể cắt bằng dụng cụ thông thường
Vonfram phế liệu thuộc nhóm hợp kim cứng Carbide – loại có giá trị thu hồi cao nhất trong phế liệu hợp kim. Xem thêm giá thu mua phế liệu hợp kim hoặc liên hệ trực tiếp để được báo giá theo lô hàng thực tế.
Câu hỏi thường gặp về vonfram
Vonfram dẫn điện tốt hay kém?
Vonfram dẫn điện ở mức trung bình – kém hơn đồng khoảng 30 lần và kém hơn nhôm khoảng 10 lần. Tuy nhiên vonfram không được dùng vì tính dẫn điện mà vì khả năng chịu nhiệt độ cực cao trong khi vẫn duy trì điện trở ổn định – lý do dây vonfram được dùng làm dây tóc bóng đèn và điện cực hồ quang.
Nhiệt độ nóng chảy của vonfram là bao nhiêu?
3.422°C – đây là nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong tất cả các kim loại và cao nhất trong tất cả các nguyên tố trừ carbon. Để so sánh: sắt nóng chảy ở 1.538°C, đồng ở 1.085°C. Xem thêm bảng nhiệt độ nóng chảy các kim loại.
Vonfram giá bao nhiêu?
Giá vonfram nguyên chất trên thị trường quốc tế dao động theo sàn kim loại London và chính sách xuất khẩu của Trung Quốc. Với phế liệu hợp kim Carbide (chứa WC), giá thu mua tại Việt Nam thường từ 385.000–955.000 đ/kg tùy độ tinh khiết và tình trạng hàng.
W là nguyên tố gì trong bảng tuần hoàn?
W là ký hiệu hóa học của vonfram (Wolfram), số nguyên tử 74, thuộc nhóm VIB chu kỳ 6. Ký hiệu W đến từ tên tiếng Đức Wolfram – không phải từ tên tiếng Anh Tungsten – vì đây là tên được đặt đầu tiên khi nguyên tố này được phân lập vào năm 1783.
Scheelite là gì?
Scheelite (CaWO₄) là khoáng chất canxi vonframat – một trong hai loại quặng vonfram quan trọng nhất. Đặc điểm nhận biết: màu trắng đến vàng nhạt, phát quang màu xanh lam đặc trưng dưới đèn UV sóng ngắn. Được đặt theo tên nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele.
Vonfram và molipden khác nhau như thế nào?
Cả hai đều là kim loại chuyển tiếp nặng, cứng, chịu nhiệt cao và thường xuất hiện cùng nhau trong phế liệu cơ khí. Điểm khác: vonfram (W, số 74) nặng hơn và nóng chảy cao hơn molipden (Mo, số 42). Molipden nóng chảy ở 2.623°C, vonfram ở 3.422°C. Dây cắt máy CNC thực tế là dây đồng mạ kẽm hoặc dây molipden – không phải vonfram nguyên chất – nhưng vẫn được gọi chung là “dây vonfram” ngoài thực tế.
Bài viết liên quan:
- Nhôm là gì – kim loại nhẹ đối lập với vonfram
Bài viết từ đội ngũ chuyên gia của vuaphelieu.com.vn mọi thông tin chi tiết xin vui lòng liên hệ với chúng tôi để được giải đáp và tư vấn miễn phí.
