Scienza dei materiali
Tungsten – Il Metallo Segreto dell’Alta Tecnologia
Il Metallo Strategico Dimenticato
Investire in materie prime tende a concentrarsi su quelle più grandi per volume e valore totale: petrolio, gas, prodotti alimentari, ferro, rame, ecc., o su materie prime “di tendenza” importanti per le nuove tecnologie come i metalli per batterie (litio, cobalto, nichel) e gli elementi delle terre rare.
Nonostante la loro enorme importanza per la società industriale moderna, alcune parti importanti della tavola periodica degli elementi sono fuori dai riflettori.
Un buon esempio è il tungsteno, un metallo necessario per la produzione di semiconduttori, motori a razzo e armi. È sempre più utilizzato nelle batterie e potrebbe presto essere impiegato anche nei motori a fusione nucleare.
Ciò lo rende un metallo molto strategico. Con quasi il 90% della sua fornitura proveniente da Cina e Russia, è importante nel contesto delle crescenti tensioni tra l’Occidente e le due principali potenze eurasiatiche.
Al momento della stesura, la Cina rappresenta l’85% della fornitura mondiale, seguita da Vietnam e Russia.
Fonte: Almonty
Il Metallo più Duro sulla Terra
Il tungsteno è eccezionale per la sua resistenza. Il suo punto di fusione è il più alto di tutti gli elementi conosciuti, a 3.422 °C (6.192 °F). Ha anche una densità molto elevata, simile a quella di elementi molto più pesanti come l’uranio.
Oltre alla sua resistenza meccanica, il tungsteno non è molto reattivo chimicamente. Ciò significa che generalmente non si ossida né si corrode quando è esposto a condizioni avverse. Non reagisce con l’acqua, è immune alla maggior parte degli acidi e delle basi e non reagisce con l’ossigeno a temperature normali.
Ha anche la più alta resistenza alla trazione di tutti i metalli, il doppio di quella dell’acciaio inossidabile.
Quando è combinato con il carbonio, il carburo di tungsteno forma l’unico materiale naturale in grado di graffiare i diamanti.
Fonte: Chemistry Learner
Fornitura di Tungsteno
Il tungsteno è stato scoperto per la prima volta negli anni 1750. La principale risorsa per il tungsteno è la wolframite (FeMnWO4), da cui il tungsteno prende il suo simbolo W nella tavola periodica. Si trova anche nella scheelite (CaWO4). Il nome tungsteno deriva dallo svedese, che significa “pietra pesante”.
È un minerale moderatamente raro, con 1,25 g per 1.000 kg di crosta terrestre, e i depositi ad alta concentrazione sono piuttosto rari, rendendo difficile lo sfruttamento commerciale.
La durezza del metallo rende difficile e ad alta intensità energetica la purificazione dal minerale e la lavorazione in metallo utile, aumentando ulteriormente i costi di produzione.
Applicazioni del Tungsteno
Il profilo del tungsteno lo rende utile in molte applicazioni industriali quando i suoi costi sono giustificati dalla sua estrema resistenza.
Ciò genera una domanda diversificata di tungsteno, con molti settori più recenti in rapida crescita oltre alle tradizionali applicazioni industriali.
Fonte: Almonty
Tuttavia, il tungsteno potrebbe presto vedere più applicazioni in versioni migliorate di leghe (metalli mescolati) chiamate leghe refrattarie. Queste sono estremamente resistenti al calore e sono realizzate combinando metalli del quinto e sesto periodo della tavola periodica degli elementi: molibdeno, niobio, tungsteno, tantalio e renio.
Gli scienziati hanno recentemente scoperto che è possibile rendere queste leghe più flessibili e meno fragili, rendendole quindi più utili (anche se hanno usato una lega di niobio-molibdeno-tantalio-afnio senza tungsteno).
Costruzione, Miniere e Industria
Il tungsteno e il carburo di tungsteno sono comunemente usati per produrre punte di trapano ultra-dure e altri utensili in grado di tagliare acciaio, cemento, ecc.
È particolarmente utile per perforare la roccia nelle miniere grazie sia alla sua resistenza al calore che a quella meccanica, e per la lavorazione dei metalli nei processi industriali.
La domanda di questo segmento è relativamente stabile e segue per lo più l’attività economica globale complessiva.
Fonte: Planetary.org
Difesa
Il tungsteno è usato per blindare varie attrezzature militari, inclusi i carri armati. La sua densità è anche utilizzata per munizioni perforanti, dai calibri delle armi leggere alle munizioni per difesa aerea, carri armati, artiglieria e missili.
A causa di questo ruolo importante, il metallo è stato a lungo classificato come metallo strategico ed è stato una delle risorse accumulate dalla US Defense Logistics Agency. Questa agenzia potrebbe svolgere un ruolo importante in futuro, poiché è diventata da tempo una fonte di tungsteno per il mercato, riducendo le sue scorte.
Queste vendite hanno incluso 3.000 tonnellate corte di titanio, utilizzato nella costruzione di strutture militari, e 76 milioni di libbre di minerali e concentrati di tungsteno, usati nei motori a turbina militari e nelle munizioni perforanti.
Aerospazio
L’estrema resistenza al calore del tungsteno lo ha reso il materiale di scelta per le testate dei razzi, sia per i razzi spaziali sia per i missili. Finora, ciò ha rappresentato solo l’8 % della domanda globale di tungsteno, ma potrebbe aumentare rapidamente con una nuova corsa allo spazio verso la Luna e la crescente domanda di lanciare e mantenere costellazioni di satelliti per Internet basato nello spazio come Starlink.
Il turismo spaziale, l’estrazione di asteroidi futura e i viaggi ipersonici punto‑a‑punto tramite voli suborbitali probabilmente aumenteranno anche la domanda di tungsteno.
Il tungsteno è anche usato nelle pale dei rotori degli aerei, nelle eliche, nei sistemi inerziali, ecc.
Semiconduttori
Un ruolo spesso trascurato del tungsteno è nella produzione di semiconduttori. Il tungsteno può essere trasformato in un gas, il tungsteno esafluoruro, che è il gas più denso conosciuto, 11 volte più pesante dell’aria.
Questo gas consente la deposizione di tungsteno in uno strato sottile di 10‑15 nm, usando un processo chiamato “deposizione chimica da vapore”. Il tungsteno reagisce con il substrato di silicio e protegge lo strato di silicio.
Le sonde a ago microscopiche in tungsteno sono anche usate per testare i dispositivi semiconduttori. Il tungsteno potrebbe essere utile in nuovi tipi di sistemi informatici come i cancelli redox, usando l’ossido di tungsteno (VI) (WO3) e l’ossido di vanadio (IV) (VO2).
Quindi, complessivamente, la domanda di tungsteno per la produzione di semiconduttori tende a seguire il volume di produzione complessivo (in crescita) dell’industria.
Automotive
Un nuovo segmento di domanda di tungsteno è nella produzione di batterie. Questo sta causando una forte crescita della domanda per applicazioni automotive, che in precedenza era limitata ad alberi a camme ad alte prestazioni, pistoni, ingranaggi e altri componenti meccanici prima dello sviluppo dei veicoli elettrici.
2 kg di tungsteno entrano in ogni veicolo elettrico, usati nell’elettrodo positivo e negativo della batteria, così come nei semiconduttori.
Il tungsteno potrebbe anche beneficiare della domanda per ibridi oltre al componente batteria, grazie al fatto che gli ibridi richiedono sistemi di ingranaggi ad alta resistenza.
“I principali produttori di automobili sembrano ritirarsi dalle auto elettriche e gli ibridi sembrano una scommessa più grande almeno a breve termine. E il tungsteno è ancora più vitale per gli ibridi a causa della sua importanza nel sistema di ingranaggi.
Il tungsteno è cruciale qui perché la sua straordinaria resistenza e resistenza al calore possono sopportare il continuo passaggio del veicolo tra modalità elettrica e a benzina o diesel.”
Lewis Black, direttore, presidente e CEO di Almonty Industries
Energia
Idrogeno
Oltre alle batterie, il tungsteno potrebbe essere usato anche per la generazione di energia a basse emissioni di carbonio.
Una applicazione è usarlo come catalizzatore per produrre idrogeno. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto che una lega di ruthenio, silicio e tungsteno (RuSiW) potrebbe essere usata per produrre idrogeno.
In questo metodo, il tungsteno stabilizza e rende più durevole la parte attiva (ruthenio). Questo metodo potrebbe sostituire catalizzatori molto più costosi e dannosi per l’ambiente nella produzione di idrogeno, come il platino o l’iridio.
Fusione
Un’altra possibile applicazione del tungsteno è nella fusione nucleare, il santo graal della generazione di energia sostenibile. Questo segue un nuovo record di una reazione di fusione della durata di 6 minuti stabilita dal WEST (tungsteno (W) Environment in Steady-state Tokamak).
“Dobbiamo fornire una nuova fonte di energia, e la fonte dovrebbe essere continua e permanente. Questi sono risultati splendidi. Abbiamo raggiunto un regime stazionario nonostante fossimo in un ambiente difficile a causa di questa parete di tungsteno.”
Ciò dimostra che, sebbene la fisica avanzata e i campi magnetici saranno fondamentali per sbloccare la fusione, l’impiego di materiali avanzati come il tungsteno potrebbe contribuire notevolmente.
Altri
Il tungsteno ha diverse altre applicazioni di nicchia, alcune vecchie e altre emergenti, che sono meno rilevanti per la domanda complessiva.
È, ad esempio, usato in:
- Nuove lenti per la realtà virtuale.
- Macchine a raggi X.
- Microscopia elettronica.
- Strumenti chirurgici.
- Gioielli.
- Filamento per lampade.
- Beni di consumo (mazze da golf, )
Aziende del Tungsteno
1. Almonty Industries (AII.TO)
Almonty è un’azienda mineraria di tungsteno che attualmente produce principalmente da una miniera in Portogallo, in attività da 125 anni.
L’azienda ha lavorato all’espansione della miniera portoghese e possiede depositi non sviluppati in Spagna.
Fonte: Almonty
Il progetto più importante dell’azienda è lo sviluppo in corso di una nuova miniera a Sangdong, Corea del Sud.
La miniera contiene più risorse inferite rispetto a tutti gli altri suoi depositi combinati.
Fonte: Almonty
Essendo uno dei pochi mineratori di tungsteno attivi e produttivi nei paesi occidentali, Almonty è un fornitore strategico chiave per l’industria della difesa.
Quindi è un’azienda importante per ridurre la dipendenza dalla fornitura cinese.
Mentre la Cina si prepara ad aprire una enorme miniera di tungsteno in Kazakistan, Almonty è pronta a “spostare sostanzialmente la politica legata alla sicurezza del tungsteno” quando la miniera Sangdong del Progetto Tungsteno Coreano di Almonty entrerà in funzione entro pochi mesi. Quando inizierà la produzione, sarà una delle più grandi miniere di tungsteno al mondo, rappresentando il 30 % della fornitura non cinese.
Lewis Black, direttore, presidente e CEO di Almonty Industries
La posizione della miniera di Sangdong la rende un fornitore perfetto per l’industria della difesa, con la Corea del Sud un nuovo gigante nella produzione di massa di equipaggiamento militare “a bassa tecnologia” come carri armati, artiglieria e munizioni (rispetto a jet da combattimento, portaerei, ecc.).
A causa della sua posizione strategica come praticamente l’unico grande fornitore in Occidente, ad Almonty è stato offerto un prezzo garantito da Plansee. Plansee è un produttore di metalli ad alte prestazioni e uno dei più grandi clienti di Almonty, nonché proprietario del 15 % dell’azienda.
Il prezzo minimo garantito era di $235/MTU (unità di tonnellata metrica), senza soglia superiore. Poiché la miniera di Sangdong punta a costi di cassa di $110/MTU, ciò dovrebbe garantire virtualmente un alto margine di profitto per il progetto.
2. China Molybdenum / CMOC Group (603993.SS)
Il motivo per cui Almonty è uno dei pochi produttori di tungsteno non cinesi è che la Cina è stata per molto tempo il produttore a più basso costo di questo metallo, con praticamente solo Almonty che è sopravvissuta a questa concorrenza senza sussidi. Inoltre, la produzione di tungsteno è stata fortemente sovvenzionata dallo Stato per ragioni strategiche.
China Molybdenum possiede miniere di molibdeno e tungsteno in Cina, miniere di rame e cobalto in Congo e miniere di niobio e fosfati in Brasile.
Le operazioni di cobalto rendono CMOC il secondo più grande produttore di cobalto al mondo.
Le operazioni brasiliane sono il secondo più grande produttore del paese di fertilizzanti fosfatici, rendendo CMOC il secondo più grande produttore di niobio al mondo.
Fonte: CMOC
L’azienda possiede anche IXM, un commerciante globale di metalli di base con 300 dipendenti e più di 5 milioni di tonnellate metriche di metallo scambiate.
L’azienda sta cercando di innovare per mantenere i costi di produzione bassi, soprattutto grazie al fatto che le miniere cinesi sono “le prime al mondo a introdurre la tecnologia 5G per le attrezzature minerarie autonome e pionieri nell’impiego di camion minerari elettrici”.
Pur non essendo esclusivamente un’azienda di tungsteno, l’azienda si è evoluta diventando un produttore leader mondiale di metalli “di nicchia”. Questa posizione sarà rafforzata con un’espansione nel litio in Bolivia attraverso una partnership con il gigante delle batterie CATL (CATL possiede il 25 % di CMOC dal 2022).
