Tam, gdzie używany jest wolfram o dużej gęstości. Gęstość wolframu

Wolfram należy również do grupy metali o wysokiej ogniotrwałości. Został odkryty w Szwecji przez chemika o nazwisku Scheele. To on jako pierwszy wyizolował tlenek nieznanego metalu z minerału wolframitu w 1781 roku. Naukowiec po 3 latach uzyskał wolfram w czystej postaci.

Opis

Wolfram należy do grupy materiałów często stosowanych w różnych gałęziach przemysłu. On oznaczony literą W aw układzie okresowym ma numer seryjny 74. Charakteryzuje się jasnoszarym kolorem. Jedną z jego charakterystycznych cech jest wysoka ogniotrwałość. Temperatura topnienia wolframu wynosi 3380 stopni Celsjusza. Jeśli rozważymy to z punktu widzenia aplikacji, to najważniejszymi cechami tego materiału są:

• gęstość;
• temperatura topnienia;
• opór elektryczny;
• współczynnik rozszerzalności liniowej.

Przy obliczaniu jego cech charakterystycznych należy podkreślić wysoką temperaturę wrzenia, która znajduje się na na poziomie 5 900 stopni Celsjusza... Kolejną cechą jest niska szybkość parowania. Nie jest wysoka nawet w warunkach temperaturowych 2000 stopni Celsjusza. W przypadku takiej właściwości, jak przewodność elektryczna, ten metal jest 3 razy wyższy niż tak powszechny stop jak miedź.

Czynniki ograniczające użycie wolframu

Istnieje szereg czynników, które ograniczają użycie tego materiału:

• duża gęstość;
• znaczna tendencja do kruchości w niskich temperaturach;
• niska odporność na utlenianie.

Z wyglądu wolfram przypomina konwencjonalną stal... Jego główne zastosowanie wiąże się głównie z produkcją stopów o wysokich właściwościach wytrzymałościowych. Ten metal może być przetwarzany, ale tylko wtedy, gdy jest wstępnie podgrzany. W zależności od wybranego rodzaju obróbki, ogrzewanie odbywa się do określonej temperatury. Na przykład, jeśli zadaniem jest wykuwanie prętów z wolframu, to przedmiot obrabiany należy wstępnie podgrzać do temperatury 1450-1500 stopni Celsjusza.

Od 100 lat wolfram nie jest używany komercyjnie. Jego zastosowanie w produkcji różnych technik ograniczała jego wysoka temperatura topnienia.

Początek jego przemysłowego zastosowania wiąże się z rokiem 1856, kiedy po raz pierwszy zastosowano go do stopowania gatunków stali narzędziowych. Podczas ich produkcji do kompozycji dodawano wolfram z łącznym udziałem do 5%. Obecność tego metalu w składzie stali umożliwiła zwiększenie prędkości skrawania na tokarkach od 5 do 8 m na minutę.

Rozwój przemysłu w drugiej połowie XIX wieku charakteryzuje się aktywnym rozwojem przemysłu obrabiarek. Zapotrzebowanie na sprzęt stale rosło z roku na rok, co wymagało od konstruktorów maszyn uzyskania wysokiej jakości cech maszyn, a ponadto zwiększenia ich szybkości działania. Pierwszym impulsem do zwiększenia prędkości cięcia było zastosowanie wolframu.

Już na początku XX wieku zwiększono prędkość cięcia do 35 metrów na minutę... Udało się to osiągnąć dzięki połączeniu stali stopowej nie tylko z wolframem, ale także z innymi pierwiastkami:

• molibden;
• chrom;
• wanad.

Następnie prędkość cięcia na maszynach wzrosła do 60 metrów na minutę. Ale pomimo tak wysokich wskaźników eksperci zrozumieli, że istnieje możliwość poprawy tej cechy. Specjaliści długo nie zastanawiali się, jaką metodę wybrać, aby zwiększyć prędkość cięcia. Uciekli się do używania wolframu, ale już w postaci węglików w sojuszu z innymi metalami i ich rodzajami. W dzisiejszych czasach dość powszechne jest cięcie metalu na maszynach o prędkości 2000 metrów na minutę.

Jak każdy materiał, wolfram posiada swoje szczególne właściwości, dzięki którym zaliczył się do grupy metali strategicznych. Powiedzieliśmy już powyżej, że jedną z zalet tego metalu jest jego wysoka ogniotrwałość. Dzięki tej właściwości materiał można wykorzystać do produkcji włókien.

Jego temperatura topnienia wynosi w 2500 stopniach Celsjusza... Ale tylko ta jakość nie ogranicza się do pozytywnych właściwości tego materiału. Ma też inne zalety, o których należy wspomnieć. Jednym z nich jest wysoka wytrzymałość wykazywana w normalnych i wysokich temperaturach. Na przykład, gdy żelazo i oparte na nim stopy są podgrzewane do temperatury 800 stopni Celsjusza, wytrzymałość spada 20-krotnie. W tych samych warunkach wytrzymałość wolframu spada tylko trzykrotnie. W warunkach 1500 stopni Celsjusza wytrzymałość żelaza jest praktycznie zredukowana do zera, ale w wolframie jest na poziomie żelaza w zwykłych temperaturach.

Obecnie 80% wolframu produkowanego na świecie jest wykorzystywane głównie do produkcji wysokiej jakości stali. Ponad połowa gatunków stali używanych przez przedsiębiorstwa budowy maszyn zawiera wolfram. Używają ich jako głównego materiału. do części turbin, skrzynie biegów, a także wykorzystywać takie materiały do ​​produkcji maszyn kompresorowych. Stale maszynowe zawierające wolfram są używane do produkcji wałów, kół zębatych i jednoczęściowego kutego wirnika.

Ponadto służą do produkcji wałów korbowych, korbowodów. Dodanie do składu stali maszynowej, oprócz wolframu i innych pierwiastków stopowych, zwiększa ich hartowność. Dodatkowo możliwe jest uzyskanie drobnoziarnistej struktury. Wraz z tym wzrastają takie właściwości jak twardość i wytrzymałość produkowanych stali maszynowych.

W produkcji stopów żaroodpornych stosowanie wolframu jest jednym z warunków wstępnych. Konieczność użycia tego konkretnego metalu wynika z faktu, że jako jedyny jest w stanie wytrzymać znaczne obciążenia w wysokich temperaturach przekraczające wartość topienia żelaza. Wolfram i związki na bazie tego metalu charakteryzują się dużą wytrzymałością i dobrą elastycznością. Pod tym względem przewyższają inne metale z grupy materiałów ogniotrwałych.

Minusy

Jednak wymieniając zalety wolframu, należy zauważyć i wady tkwiące w tym materiale.

Obecnie produkowany wolfram zawiera 2% toru. Ten stop nazywa się wolframem torowanym. Charakteryzuje się wytrzymałość na rozciąganie 70 MPa w temperaturze 2420 stopni Celsjusza. Chociaż wartość tego wskaźnika nie jest wysoka, zauważamy, że tylko 5 metali wraz z wolframem nie zmienia swojego stanu stałego w takiej temperaturze.

Do tej grupy należy molibden, który ma temperaturę topnienia 2625 stopni. Kolejnym metalem jest technet. Jednak oparte na nim stopy są mało prawdopodobne w najbliższej przyszłości. Ren i tantal nie są bardzo trwałe w tych warunkach temperaturowych. Dlatego wolfram jest jedynym materiałem, który jest w stanie zapewnić wystarczającą wytrzymałość przy obciążeniu wysokimi temperaturami. Z tego powodu, że należy do nielicznych, jeśli jest możliwość jego wymiany, to producenci stosują dla niego alternatywę.

Jednak w produkcji poszczególnych elementów nie ma materiałów, które mogłyby w pełni zastąpić wolfram. Na przykład w produkcji żarników lamp elektrycznych i anod lamp łukowych prądu stałego stosuje się tylko wolfram, ponieważ po prostu nie ma odpowiednich zamienników. Również jest używany w produkcji elektrod do spawania łukiem argonowym i atomowo-wodorowym. Również z tego materiału wytwarzany jest element grzejny, który jest używany w warunkach od 2000 stopni Celsjusza.

Podanie

Wolfram i oparte na nim stopy znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystywane są do produkcji silników lotniczych, wykorzystywanych w dziedzinie rakiety, a także do produkcji technologii kosmicznej. W tych obszarach z wykorzystaniem tych stopów wykonuje się dysze odrzutowe oraz wkładki sekcji krytycznych w silnikach rakietowych. Ponadto takie materiały są wykorzystywane jako podstawowe materiały do ​​produkcji stopów rakietowych.

Produkcja stopów z tego metalu ma jedną cechę związaną z ogniotrwałością tego materiału. W wysokich temperaturach wiele metali zmienia swój stan i zamienić się w gazy lub wysoce lotne ciecze. Dlatego do uzyskania stopów, w których występuje wolfram, stosuje się metody metalurgii proszków.

Metody te obejmują prasowanie mieszaniny proszków metali, następnie spiekanie i dalsze poddawanie ich topieniu łukowemu, prowadzonemu w piecach elektrodowych. W niektórych przypadkach spiekany proszek wolframowy jest dodatkowo impregnowany płynnym roztworem innego metalu. W ten sposób uzyskuje się pseudostopy wolframu, miedzi, srebra, które są wykorzystywane do styków w instalacjach elektrycznych. W porównaniu z miedzią trwałość takich produktów jest 6-8 razy wyższa.

Ten metal i jego stopy mają wielkie perspektywy na dalsze rozszerzenie zakresu zastosowania. Przede wszystkim należy zauważyć, że w przeciwieństwie do niklu, materiały te mogą pracować na „ognistych” granicach. Zastosowanie produktów wolframowych zamiast niklu prowadzi do podwyższenia parametrów pracy elektrowni. A to prowadzi do wzrost wydajności sprzętu... Ponadto produkty na bazie wolframu mogą z łatwością wytrzymać trudne warunki środowiskowe. Można więc śmiało stwierdzić, że wolfram w najbliższej przyszłości nadal będzie przewodził grupie takich materiałów.

Wolfram również przyczynił się do udoskonalenia elektrycznej żarówki. Do 1898 roku w tych elektrycznych oprawach oświetleniowych stosowano włókno węglowe.

• było łatwe do wykonania;
• jego produkcja była niedroga.

Jedyną wadą włókna węglowego było to, że dożywotni miała mały. Po 1898 r. włókno węglowe lamp miało konkurenta w postaci osmu. Od 1903 r. do produkcji lamp elektrycznych używano tantalu. Jednak już w 1906 roku wolfram zastąpił te materiały i zaczął być używany do produkcji żarników do żarówek. Stosuje się go również do dziś w produkcji nowoczesnych żarówek.

Aby nadać temu materiałowi wysoką odporność na ciepło, na powierzchnię metalu nakłada się warstwę renu i toru. W niektórych przypadkach włókno wolframowe jest wykonane z dodatkiem renu. Wynika to z faktu, że w wysokich temperaturach ten metal zaczyna parować, a to prowadzi do tego, że nić tego materiału staje się cieńsza. Dodatek renu do kompozycji prowadzi do 5-krotnego zmniejszenia efektu parowania.

Obecnie wolfram jest aktywnie wykorzystywany nie tylko w produkcji elektrotechniki, ale także różne produkty militarno-przemysłowe... Jej dodatek do stali broni zapewnia wysoką wydajność dla tego rodzaju materiału. Ponadto pozwala poprawić charakterystykę ochrony pancerza, a także zwiększyć skuteczność pocisków przeciwpancernych.

Wniosek

Wolfram jest jednym z poszukiwanych materiałów stosowanych w metalurgii. Dodanie go do składu produkowanych stali zapewnia wzrost ich właściwości. Stają się bardziej odporne na naprężenia termiczne, a dodatkowo podnosi się ich temperatura topnienia, co jest szczególnie ważne w przypadku produktów eksploatowanych w ekstremalnych warunkach. w wysokich temperaturach... Zastosowanie w produkcji różnych urządzeń, produktów i elementów, zespołów wykonanych z tego metalu lub opartych na nim stopów, pozwala poprawić właściwości sprzętu i zwiększyć wydajność jego pracy.

Wolfram- najbardziej ogniotrwały metal. Jedynie pierwiastek niemetaliczny, węgiel, ma wyższą temperaturę topnienia. Odporny chemicznie w standardowych warunkach. Nazwa Wolframium została przeniesiona na pierwiastek od mineralnego wolframitu, znanego już w XVI wieku. zwany łac. Spuma lupi ("wilcza piana") lub on. Wolf Rahm („krem wilczy”, „krem wilczy”). Nazwa wzięła się stąd, że towarzyszący rudom cyny wolfram ingerował w wytapianie cyny, przekształcając ją w pianę żużli („pożera cynę jak wilk owca”).

Zobacz też:

STRUKTURA

Kryształ wolframu ma sześcienną siatkę skoncentrowaną na ciele. Kryształy wolframu na zimno charakteryzują się niską plastycznością, dlatego w procesie prasowania proszku praktycznie nie zmieniają swojego podstawowego kształtu i wielkości, a zagęszczanie proszku następuje głównie poprzez względny ruch cząstek.

W sześciennej komórce wolframowej skoncentrowanej na ciele atomy znajdują się na wierzchołkach i w środku komórki, tj. w komórce są dwa atomy. Struktura bcc nie jest najbliższym upakowaniem atomów. Współczynnik zwartości wynosi 0,68. Grupa kosmiczna z wolframu Im3m.

NIERUCHOMOŚCI

Wolfram jest błyszczącym jasnoszarym metalem o najwyższych sprawdzonych temperaturach topnienia i wrzenia (przyjmuje się, że seaborgium jest jeszcze bardziej ogniotrwały, ale jak dotąd nie można tego jednoznacznie stwierdzić - żywotność seborgu jest bardzo krótka). Temperatura topnienia - 3695 K (3422 ° C), wrze w 5828 K (5555 ° C). Gęstość czystego wolframu wynosi 19,25 g/cm³. Posiada właściwości paramagnetyczne (podatność magnetyczna 0,32 · 10-9). Twardość Brinella 488 kg/mm², oporność elektryczna przy 20 °C - 55 · 10-9 Ohm · m, przy 2700 ° C - 904 · 10-9 Ohm · m. Prędkość dźwięku w wyżarzonym wolframie wynosi 4290 m/s. To paramagnetyk.

Wolfram jest jednym z najcięższych, najtwardszych i najbardziej ogniotrwałych metali. W czystej postaci jest to srebrno-biały metal, podobny do platyny, w temperaturze około 1600 ° C dobrze poddaje się kuciu i można go przeciągnąć w cienką nitkę.

REZERWY I PRODUKCJA

Pik wolframu w skorupie ziemskiej wynosi (według Vinogradova) 1,3 g/t (0,0013% zawartości w skorupie ziemskiej). Jego średnia zawartość w skałach, ppm: ultrazasadowa – 0,1, zasadowa – 0,7, średnia – 1,2, kwasowa – 1,9.

Proces otrzymywania wolframu przechodzi przez podetap separacji trójtlenku WO 3 z koncentratów rudy, a następnie redukcję do proszku metalu wodorem w temperaturze około 700°C. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia wolframu do uzyskania zwartej formy stosuje się metody metalurgii proszków: powstały proszek jest prasowany, spiekany w atmosferze wodoru w temperaturze 1200-1300 ° C, a następnie przepuszczany jest przez niego prąd elektryczny. Metal jest podgrzewany do 3000 ° C, podczas gdy następuje spiekanie w materiał monolityczny. Topienie strefowe służy do późniejszego oczyszczania i uzyskania postaci monokrystalicznej.

POCZĄTEK

Wolfram występuje w przyrodzie głównie w postaci utlenionych związków kompleksowych utworzonych przez trójtlenek wolframu WO 3 z tlenkami żelaza i manganu lub wapnia, a czasami ołowiu, miedzi, toru i pierwiastków ziem rzadkich. Znaczenie przemysłowe mają wolframit (wolframian żelaza i manganu nFeWO 4 * mMnWO 4 - odpowiednio ferberyt i hubneryt) oraz schelit (wolframian wapnia CaWO 4). Minerały wolframu są zwykle osadzone w skałach granitowych, więc średnie stężenie wolframu wynosi 1-2%.

Największe rezerwy znajdują się w Kazachstanie, Chinach, Kanadzie i Stanach Zjednoczonych; znane są również złoża w Boliwii, Portugalii, Rosji, Uzbekistanie i Korei Południowej. Światowa produkcja wolframu wynosi 49-50 tys. ton rocznie, w tym 41 w Chinach, 3,5 w Rosji; Kazachstan 0,7, Austria 0,5. Główni eksporterzy wolframu: Chiny, Korea Południowa, Austria. Główni importerzy: USA, Japonia, Niemcy, Wielka Brytania.
Istnieją również złoża wolframu w Armenii i innych krajach.

PODANIE

Ogniotrwałość i plastyczność wolframu sprawiają, że jest on niezastąpiony w przypadku żarników w oprawach oświetleniowych, a także kineskopach i innych lampach próżniowych.
Ze względu na dużą gęstość wolfram jest podstawą ciężkich stopów, które są używane do przeciwwag, rdzeni przeciwpancernych podkalibrowych i w kształcie strzały pocisków artyleryjskich, rdzeni pocisków przeciwpancernych i ultraszybkich wirniki żyroskopowe do stabilizacji lotu pocisków balistycznych (do 180 tys. obr./min).

Wolfram jest używany jako elektrody do spawania łukiem argonowym. Stopy zawierające wolfram charakteryzują się odpornością na wysokie temperatury, kwasoodporność, twardość i odporność na ścieranie. Z nich wykonuje się narzędzia chirurgiczne (stop amalojowy), pancerze czołgów, pociski torped i pocisków, najważniejsze części samolotów i silników, pojemniki do przechowywania substancji radioaktywnych. Wolfram jest ważnym składnikiem najlepszych gatunków stali narzędziowych. Wolfram jest stosowany w wysokotemperaturowych próżniowych piecach oporowych jako elementy grzejne. Stop wolframu i renu jest stosowany w takich piecach jako termopara.

Do obróbki mechanicznej metali i niemetalicznych materiałów konstrukcyjnych w inżynierii mechanicznej (toczenie, frezowanie, struganie, dłutowanie), wierceniu, w górnictwie, szeroko stosowane są stopy twarde i materiały kompozytowe na bazie węglika wolframu (np. kryształów WC w osnowie kobaltowej gatunków szeroko stosowanych w Rosji - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4) oraz mieszanin węglika wolframu, tytanu, tantalu (gatunki TT do szczególnie trudne warunki obróbki, np. dłutowanie i struganie odkuwek ze stali żaroodpornych oraz wiercenie udarowe w twardym materiale). Jest szeroko stosowany jako pierwiastek stopowy (często w połączeniu z molibdenem) w stalach i stopach żelaza. Stale wysokostopowe klasy „high speed”, z oznaczeniami zaczynającymi się na literę P, prawie zawsze zawierają wolfram. (P18, P6M5. Od szybkiego - szybko, prędkość).

Siarczek wolframu WS 2 jest stosowany jako smar wysokotemperaturowy (do 500 ° C). Niektóre związki wolframu są używane jako katalizatory i pigmenty. Monokryształy wolframianów (wolframiany ołowiu, kadmu, wapnia) są wykorzystywane jako detektory scyntylacyjne promieniowania rentgenowskiego i innego promieniowania jonizującego w fizyce jądrowej i medycynie nuklearnej.

Ditelluryd wolframu WTe 2 służy do zamiany energii cieplnej na energię elektryczną (termo-EMF około 57 μV/K). Sztuczny radionuklid 185 W jest stosowany jako znacznik radioaktywny w badaniach substancji. Stabilny 184 W jest stosowany jako składnik stopów z uranem-235 stosowanych w stałych silnikach rakietowych, ponieważ jest to jedyny powszechny izotop wolframu o niskim przekroju wychwytywania neutronów termicznych (około 2 barn).

Wolfram - W

KLASYFIKACJA

Nickel-Strunz (10 edycja)	1.AE.05
Dana (7. edycja)	1.1.38.1

Wśród metali wolfram wyróżnia się nie tylko ogniotrwałością, ale także masą. Gęstość wolframu w normalnych warunkach wynosi 19,25 g / cm³, czyli około 6 razy więcej niż aluminium. W porównaniu do miedzi wolfram jest 2 razy cięższy. Na pierwszy rzut oka duża gęstość może wydawać się wadą, ponieważ produkty z niej wykonane będą ciężkie. Ale nawet ta cecha metalu znalazła zastosowanie w technologii. Zalety wolframu ze względu na jego wysoką gęstość:

1. Możliwość skoncentrowania dużej masy w małej objętości.
2. Ochrona przed promieniowaniem jonizującym (promieniowaniem).

Pierwszą właściwość tłumaczy wewnętrzna struktura metalu. Jądro atomu zawiera 74 protony i 110 neutronów, czyli 184 cząstki. W układzie okresowym pierwiastków chemicznych, w którym atomy są uporządkowane rosnąco według masy atomowej, wolfram zajmuje 74. miejsce. Z tego powodu substancja złożona z ciężkich atomów będzie miała dużą masę. Ekranowanie przed promieniowaniem jest nieodłącznym elementem wszystkich materiałów o wysokiej gęstości. Wynika to z faktu, że promieniowanie jonizujące, zderzając się z jakąkolwiek przeszkodą, przekazuje jej część swojej energii. Gęstsze substancje mają wysokie stężenie cząstek na jednostkę objętości, dlatego promienie jonizujące ulegają większej liczbie zderzeń i odpowiednio tracą więcej energii. Zastosowanie metalu opiera się na powyższych właściwościach.

Zastosowanie wolframu

Wysoka gęstość to ogromna przewaga wolframu nad innymi metalami.

Wolfram jest szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu.

Zastosowania oparte na dużej masie metalu

Jego znaczna gęstość sprawia, że ​​wolfram jest cennym materiałem wyważającym. Wykonane z niego obciążniki wyważające zmniejszają obciążenie działające na części. Tym samym wydłuża się ich okres eksploatacji. Zastosowania wolframu:

1. Lotnictwo. Części z metali ciężkich równoważą efektywne momenty obrotowe. Dlatego wolfram jest używany do produkcji łopat śmigłowców, śmigieł, sterów. Ze względu na to, że materiał nie posiada właściwości magnetycznych, znajduje zastosowanie w produkcji pokładowych układów elektronicznych lotnictwa.
2. Przemysł samochodowy. Wolfram stosuje się tam, gdzie konieczne jest skoncentrowanie dużej masy na niewielkiej przestrzeni, na przykład w silnikach samochodowych montowanych w ciężkich samochodach ciężarowych, drogich SUV-ach i pojazdach z silnikiem Diesla. Ponadto wolfram jest opłacalnym materiałem do produkcji wałów korbowych i kół zamachowych, obciążeń podwozia. Oprócz dużej gęstości metal charakteryzuje się wysokim modułem sprężystości, dzięki czemu służy do tłumienia drgań na napędach.
3. Optyka. Ciężarki wolframowe o złożonej konfiguracji działają jak równoważniki w mikroskopach i innych precyzyjnych przyrządach optycznych.
4. Produkcja sprzętu sportowego. Wolfram jest używany zamiast ołowiu w sprzęcie sportowym, ponieważ w przeciwieństwie do niego nie jest szkodliwy dla zdrowia i środowiska. Na przykład materiał jest używany do produkcji kijów golfowych.
5. W inżynierii mechanicznej. Młoty wibracyjne wykonane są z wolframu, za pomocą którego wbijają pale. Na środku każdego instrumentu znajduje się obracający się ciężarek. Zamienia energię drgań na siłę napędową. Ze względu na obecność wolframu możliwe jest zastosowanie młotów wibracyjnych do gruntu zagęszczonego o znacznej grubości.
6. Do produkcji instrumentów precyzyjnych. Przy głębokim wierceniu stosuje się precyzyjne narzędzia, których uchwyt nie może być poddawany wibracjom. To wymaganie spełnia wolfram, który również ma wysoki moduł sprężystości. Oprawki antywibracyjne zapewniają płynną pracę, dlatego znajdują zastosowanie w wytaczakach i szlifierkach, w wałkach narzędziowych. Część robocza narzędzia wykonana jest na bazie wolframu, ponieważ ma zwiększoną twardość.

Stosować w oparciu o zdolność do ochrony przed promieniowaniem

Kolimatory wolframowe w chirurgii.

• Według tego kryterium stopy wolframu wyprzedzają żeliwo, stal, ołów i wodę, dlatego z metalu wykonane są kolimatory i ekrany ochronne, które są wykorzystywane w radioterapii. Stopy wolframu nie ulegają odkształceniom i są wysoce niezawodne. Zastosowanie kolimatorów wielolistkowych umożliwia skierowanie promieniowania na określony obszar dotkniętej tkanki. Podczas terapii najpierw wykonuje się zdjęcia rentgenowskie, aby zlokalizować lokalizację i określić charakter guza. Następnie płatki kolimatora przesuwane są przez silnik elektryczny do żądanej pozycji. Można użyć 120 płatków, za pomocą których tworzy się pole powtarzające kształt guza. Ponadto wiązki o wysokim promieniowaniu są kierowane na dotknięty obszar. W tym przypadku guz jest napromieniowany przez fakt, że wielolistkowy kolimator obraca się wokół pacjenta. Aby chronić sąsiadujące zdrowe tkanki i środowisko przed promieniowaniem, kolimator musi być bardzo dokładny.
• Opracowano specjalne kolimatory pierścieniowe wykonane z wolframu do radiochirurgii, których naświetlanie kierowane jest na głowę i szyję. Urządzenie wykonuje bardzo precyzyjne ogniskowanie promieniowania gamma. Wolfram wchodzi również w skład płyt do tomografów komputerowych, elementów ekranujących detektory i akceleratory liniowe, aparatury dozymetrycznej i urządzeń do badań nieniszczących, pojemników na substancje radioaktywne. Wolfram jest używany w urządzeniach wiertniczych. Zrobione są z niego osłony chroniące zanurzone instrumenty przed promieniowaniem rentgenowskim i promieniowaniem gamma.

Klasyfikacja stopu wolframu

Kryteria takie jak zwiększona gęstość i ogniotrwałość wolframu umożliwiają zastosowanie go w wielu gałęziach przemysłu. Jednak nowoczesne technologie czasami wymagają dodatkowych właściwości materiału, których nie ma czysty metal. Na przykład jego przewodność elektryczna jest niższa niż miedzi, a produkcja części o złożonym kształcie geometrycznym jest trudna ze względu na kruchość materiału. W takich sytuacjach pomagają zanieczyszczenia. Co więcej, ich liczba często nie przekracza 10%. Po dodaniu miedzi, żelaza, niklu, wolframu, których gęstość pozostaje bardzo wysoka (nie mniej niż 16,5 g/cm³), lepiej przewodzi prąd elektryczny i staje się plastyczny, co umożliwia jego dobrą obróbkę.

Zezwolenie na pobyt, VNM, VD

W zależności od składu stopy są różnie oznaczane.

1. VNZH to stopy wolframu zawierające nikiel i żelazo,
2. ВНМ - nikiel i miedź,
3. VD - tylko miedź.

Na etykiecie po wielkich literach następują cyfry wskazujące wartość procentową. Na przykład VNM 3-2 to stop wolframu z dodatkiem 3% niklu i 2% miedzi, VNM 5-3 zawiera 5% niklu i 3% żelaza w domieszce, VD-30 składa się z 30% miedzi.

Wolfram należy do metali ogniotrwałych, które są stosunkowo rzadkie w skorupie ziemskiej. Tak więc zawartość w skorupie ziemskiej (w%) wolframu wynosi około 10 -5, renu 10 -7, molibdenu 3,10 -4, niobu 10 -3, tantalu 2,10 -4 i wanadu 1,5,10 -2.

Metale ogniotrwałe są pierwiastkami przejściowymi i znajdują się w grupach IV, V, VI i VII (podgrupa A) układu okresowego pierwiastków. Wraz ze wzrostem liczby atomowej wzrasta temperatura topnienia metali ogniotrwałych w każdej z podgrup.

Pierwiastki z grup VA i VIA (wanad, niob, tantal, chrom, molibden i wolfram) są metalami ogniotrwałymi o sześciennej sieci przestrzennej skoncentrowanej na ciele, w przeciwieństwie do innych metali ogniotrwałych, które mają gęsto upakowaną strukturę skoncentrowaną na powierzchni i heksagonalną.

Wiadomo, że głównym czynnikiem determinującym strukturę krystaliczną i właściwości fizyczne metali i stopów jest charakter ich wiązań międzyatomowych. Metale ogniotrwałe charakteryzują się dużą wytrzymałością wiązania międzyatomowego, a co za tym idzie wysoką temperaturą topnienia, zwiększoną wytrzymałością mechaniczną oraz znaczną opornością elektryczną.

Możliwość badania metali za pomocą mikroskopii elektronowej umożliwia badanie cech strukturalnych skali atomowej, ujawnia związek między właściwościami mechanicznymi a dyslokacjami, wadami układania itp. Uzyskane dane pokazują, że charakterystyczne właściwości fizyczne odróżniające metale ogniotrwałe od zwykłych te są określone przez strukturę elektronową ich atomów. Elektrony mogą przechodzić w różnym stopniu z jednego atomu do drugiego, a rodzaj przejścia odpowiada pewnemu rodzajowi wiązania międzyatomowego. Specyfika struktury elektronowej determinuje wysoki poziom sił międzyatomowych (wiązań), wysoką temperaturę topnienia, wytrzymałość metali i ich oddziaływanie z innymi pierwiastkami oraz zanieczyszczeniami międzywęzłowymi. W wolframie energetycznie aktywna powłoka zawiera elektrony 5 d i 6 s.

Spośród metali ogniotrwałych największą gęstość ma wolfram - 19,3 g / cm 3. Chociaż w przypadku stosowania w konstrukcjach wysoką gęstość wolframu można uznać za wskaźnik ujemny, to jednak zwiększona wytrzymałość w wysokich temperaturach umożliwia zmniejszenie masy produktów wolframowych poprzez zmniejszenie ich wielkości.

Gęstość metali ogniotrwałych zależy w dużej mierze od ich stanu. Na przykład gęstość spiekanego pręta wolframowego wynosi od 17,0-18,0 g / cm3, a gęstość pręta kutego o współczynniku odkształcenia 75% wynosi 18,6-19,2 g / cm3. To samo obserwuje się w molibdenu: spiekany pręt ma gęstość 9,2-9,8 g/cm 3, kuty ze stopniem odkształcenia 75% -9,7-10,2 g/cm 3 i odlewany 10,2 g/cm 3 ...

Niektóre właściwości fizyczne wolframu, tantalu, molibdenu i niobu dla porównania podano w tabeli. 1. Przewodność cieplna wolframu jest mniejsza niż połowa przewodności cieplnej miedzi, ale jest znacznie wyższa niż żelaza lub niklu.

Metale ogniotrwałe z grup VA, VIA, VIIA układu okresowego pierwiastków mają niższy współczynnik rozszerzalności liniowej w porównaniu z innymi pierwiastkami. Wolfram ma najniższy współczynnik rozszerzalności liniowej, co wskazuje na wysoką stabilność jego sieci atomowej i jest unikalną właściwością tego metalu.

Wolfram ma przewodność cieplną około 3 razy mniejszą niż przewodność elektryczną miedzi wyżarzonej, ale jest wyższa niż przewodność żelaza, platyny i brązu fosforytowego.

W metalurgii gęstość metalu w stanie ciekłym ma ogromne znaczenie, ponieważ ta cecha determinuje prędkość ruchu wzdłuż kanałów, proces usuwania wtrąceń gazowych i niemetalicznych oraz wpływa na powstawanie wnęki skurczowej i porowatości w wlewki. W przypadku wolframu wartość ta jest wyższa niż w przypadku innych metali ogniotrwałych. Jednak inna cecha fizyczna — napięcie powierzchniowe ciekłych metali ogniotrwałych w temperaturze topnienia — różni się mniej (patrz tabela 1). Znajomość tej właściwości fizycznej jest niezbędna w procesach takich jak powlekanie ochronne, impregnacja, topienie i odlewanie.

Ważną właściwością odlewniczą metalu jest płynność. Jeżeli dla wszystkich metali wartość tę określa się podczas wlewania ciekłego metalu do formy spiralnej w temperaturze zalewania wyższej od temperatury topnienia o 100-200 °C, to płynność wolframu uzyskuje się przez ekstrapolację empirycznej zależności tej wartości od ciepło topnienia.

Wolfram jest stabilny w różnych gazach, kwasach i niektórych stopionych metalach. W temperaturze pokojowej wolfram nie wchodzi w interakcje z kwasami chlorowodorowym, siarkowym i fosforowym, nie jest narażony na działanie rozpuszczonego kwasu azotowego iw mniejszym stopniu niż molibden reaguje z mieszaniną kwasu azotowego i fluorowodorowego. Wolfram ma wysoką odporność na korozję w środowisku niektórych zasad, np. w środowisku wodorotlenku sodu i potasu, w którym jest odporny na temperatury 550°C. Pod wpływem stopionego sodu jest stabilny do 900°C , rtęci do 600 °C, galu do 800 i bizmutu do 980 °C. Szybkość korozji w tych ciekłych metalach nie przekracza 0,025 mm/rok. W temperaturze 400-490 ° C wolfram zaczyna utleniać się w powietrzu i tlenie. Słaba reakcja zachodzi po podgrzaniu do 100 ° C w kwasie chlorowodorowym, azotowym i fluorowodorowym. W mieszaninie kwasu fluorowodorowego i azotowego wolfram szybko się rozpuszcza. Oddziaływanie z mediami gazowymi rozpoczyna się w temperaturach (°C): z chlorem 250, z fluorem 20. W dwutlenku węgla wolfram utlenia się w temperaturze 1200 °C, w amoniaku reakcja nie zachodzi.

O regularności utleniania metali ogniotrwałych decyduje głównie temperatura. Wolfram do 800-1000 ° C ma paraboliczny wzór utleniania, a powyżej 1000 ° C jest liniowy.

Wysoka odporność na korozję w ciekłych mediach metalicznych (sód, potas, lit, rtęć) pozwala na zastosowanie wolframu i jego stopów w elektrowniach.

Właściwości wytrzymałościowe wolframu zależą od stanu materiału i temperatury. W przypadku kutych prętów wolframowych wytrzymałość na rozciąganie po rekrystalizacji zmienia się w zależności od temperatury badania od 141 kgf/mm2 w 20 °C do 15,5 kgf/mm2 w 1370 °C. Wolfram uzyskany metodą metalurgii proszków przy zmianie temperatury od 1370 do 2205 ° C ma? b = 22,5 × 6,3 kgf / mm 2. Wytrzymałość wolframu wzrasta zwłaszcza podczas deformacji na zimno. Drut o średnicy 0,025 mm ma wytrzymałość na rozciąganie 427 kgf / mm2.

Twardość odkształconego handlowo czystego wolframu HB 488, wyżarzonego HB 286. Jednocześnie tak wysoka twardość utrzymuje się do temperatur zbliżonych do temperatury topnienia iw dużej mierze zależy od czystości metalu.

Moduł sprężystości jest w przybliżeniu związany z objętością atomową temperatury topnienia

gdzie T pl jest bezwzględną temperaturą topnienia; V aТ - objętość atomowa; K jest stałą.

Charakterystyczną cechą wolframu wśród metali jest również duże odkształcenie objętościowe, które określa się na podstawie wyrażenia

gdzie E jest modułem sprężystości pierwszego rodzaju, kgf / mm 2; ?-współczynnik odkształcenia poprzecznego.

Patka. 3 ilustruje zmianę odkształcenia objętościowego dla stali, żeliwa i wolframu, obliczoną przy użyciu powyższego wyrażenia.

Plastyczność handlowo czystego wolframu w temperaturze 20 °C wynosi mniej niż 1% i wzrasta po oczyszczeniu strefy wiązki elektronowej z zanieczyszczeń, a także po domieszkowaniu 2% tlenku toru. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta plastyczność.

Wysoka energia wiązań międzyatomowych metali z grup IV, V, VIA decyduje o ich wysokiej wytrzymałości w temperaturze pokojowej i podwyższonej. Właściwości mechaniczne metali ogniotrwałych w znacznym stopniu zależą od ich czystości, metod produkcji, obróbki mechanicznej i termicznej, rodzaju półproduktów i innych czynników. Większość informacji o właściwościach mechanicznych metali ogniotrwałych, publikowanych w literaturze, uzyskano na metalach niewystarczająco czystych, ponieważ topienie w warunkach próżni zaczęto stosować stosunkowo niedawno.

Na ryc. 1 przedstawia zależność temperatury topnienia metali ogniotrwałych od położenia pierwiastków w układzie okresowym.

Porównanie właściwości mechanicznych wolframu po topieniu łukowym i wolframu otrzymanego metodą metalurgii proszków pokazuje, że chociaż ich wytrzymałość końcowa różni się nieznacznie, wolfram topiący się łukowo okazuje się bardziej plastyczny.

Twardość Brinella wolframu w postaci spieku wynosi HB 200-250, a walcowanej blachy zimnowalcowanej HB 450-500, twardość molibdenu wynosi odpowiednio HB 150-160 i HB 240-250.

Stopowanie wolframu odbywa się w celu zwiększenia jego plastyczności, w tym celu stosuje się pierwiastki substytucyjne. Coraz więcej uwagi poświęca się próbom zwiększenia ciągliwości metali z grupy VIA przez dodanie niewielkich ilości pierwiastków z grup VII i VIII. Wzrost plastyczności tłumaczy się tym, że podczas stapiania metali przejściowych z dodatkami w stopie powstaje niejednorodna gęstość elektronowa ze względu na lokalizację elektronów pierwiastków stopowych. W tym przypadku atom pierwiastka stopowego zmienia siły wiązań międzyatomowych w sąsiedniej objętości rozpuszczalnika; długość takiej objętości powinna zależeć od struktury elektronowej metali stopowych i stopowych.

Trudność w tworzeniu stopów wolframu polega na tym, że nie było jeszcze możliwe zapewnienie niezbędnej ciągliwości przy rosnącej wytrzymałości. Własności mechaniczne stopów wolframu domieszkowanych molibdenem, tantalem, tlenkiem niobu i toru (w badaniach krótkoterminowych) podano w tabeli. 4.

Stopowanie wolframu z molibdenem umożliwia uzyskanie stopów, które pod względem właściwości wytrzymałościowych przewyższają niestopowy wolfram do temperatury 2200 ° C (patrz Tabela 4). Wraz ze wzrostem zawartości tantalu z 1,6 do 3,6% w temperaturze 1650 ° C wytrzymałość wzrasta 2,5 razy. Towarzyszy temu 2-krotny spadek wydłużenia.

Utwardzane dyspersyjnie i złożone stopy stopowe na bazie wolframu, które zawierają molibden, niob, hafn, cyrkon i węgiel, zostały opracowane i są nadal doskonalone. Na przykład następujące kompozycje: W - 3% Mo - 1% Nb; W - 3% Mo - 0,1% Hf; W - 3% Mo - 0,05% Zr; W - 0,07% Zr - 0,004% B; W - 25% Mo - 0,11% Zr - 0,05% C.

Stop W - 0,48% Zr-0,048% C ma? b = 55,2 kgf / mm2 w 1650 ° C i 43,8 kgf / mm2 w 1925 ° C.

Stopy wolframu, zawierające tysięczne części procenta boru, dziesiąte części procenta cyrkonu i hafnu oraz około 1,5% niobu, mają wysokie właściwości mechaniczne. Wytrzymałość na rozciąganie tych stopów w wysokich temperaturach wynosi 54,6 kgf/mm2 przy 1650 °C, 23,8 kgf/mm2 przy 2200 °C i 4,6 kgf/mm2 przy 2760 °C. Jednak temperatura przejścia (około 500 °C ) takich stopów od stanu plastycznego do stanu kruchego jest dość wysoka.

W literaturze można znaleźć informacje o stopach wolframu o zawartości 0,01 i 0,1% C, które charakteryzują się wytrzymałością na rozciąganie 2-3 razy wyższą niż wytrzymałość na rozciąganie wolframu rekrystalizowanego.

Ren znacznie zwiększa odporność cieplną stopów wolframu (tab. 5).

Od bardzo dawna i na dużą skalę wolfram i jego stopy są wykorzystywane w technologii elektrycznej i próżniowej. Wolfram i jego stopy są głównym materiałem do produkcji włókien, elektrod, katod i innych elementów konstrukcyjnych potężnych elektrycznych urządzeń próżniowych. Wysoka emisyjność i strumień świetlny w stanie żarowym, niska prężność par sprawiają, że wolfram jest jednym z najważniejszych materiałów dla tej branży. Czysty (bez dodatków) wolfram jest stosowany w urządzeniach elektropróżniowych do produkcji części pracujących w niskich temperaturach, które nie są poddawane obróbce wstępnej w temperaturach powyżej 300 ° C.

Dodatki różnych pierwiastków znacząco zmieniają właściwości wolframu. Umożliwia to tworzenie stopów wolframu o wymaganych właściwościach. Na przykład w przypadku części urządzeń elektropróżniowych, które wymagają zastosowania nieuciekającego wolframu w temperaturach do 2900 ° C i wysokiej temperaturze pierwotnej rekrystalizacji, stosuje się stopy z dodatkami krzemowo-alkalicznymi lub aluminiowymi. Dodatki alkaliczne krzemu i toru podnoszą temperaturę rekrystalizacji i zwiększają wytrzymałość wolframu w wysokich temperaturach, co umożliwia wytwarzanie części pracujących w temperaturach do 2100 °C w warunkach zwiększonych naprężeń mechanicznych.

Katody urządzeń elektronicznych i wyładowczych, haki i sprężyny lamp generatorowych w celu zwiększenia właściwości emisyjnych wykonane są z wolframu z dodatkiem tlenku toru (na przykład gatunki VT-7, VT-10, VT-15, z zawartość tlenku toru odpowiednio 7, 10 i 15%).

Termopary wysokotemperaturowe są wykonane ze stopów wolframu i renu. Wolfram bez dodatków, w którym dopuszcza się podwyższoną zawartość zanieczyszczeń, stosuje się do produkcji zimnych części urządzeń elektropróżniowych (tulejki szklane, trawersy). Zaleca się wykonanie elektrod lamp błyskowych i zimnych katod lamp wyładowczych ze stopu wolframu z niklem i barem.

Do pracy w temperaturach powyżej 1700 ° C należy stosować stopy BB-2 (wolfram-moniob). Warto zauważyć, że w testach krótkoterminowych stopy o zawartości niobu od 0,5 do 2% mają wytrzymałość na rozciąganie w temperaturze 1650 ° C 2-2,5 razy wyższą niż niestopowy wolfram. Najbardziej wytrzymałym stopem jest wolfram z 15% molibdenem. Stopy W-Re-Th O 2 mają dobrą skrawalność w porównaniu do stopów W-Re; dodatek dwutlenku toru umożliwia obróbkę taką jak toczenie, frezowanie, wiercenie.

Stopowanie wolframu z renem zwiększa jego plastyczność, podczas gdy właściwości wytrzymałościowe stają się w przybliżeniu takie same wraz ze wzrostem temperatury. Dodatek drobnych tlenków do stopów wolframu zwiększa ich ciągliwość. Ponadto dodatki te znacznie poprawiają skrawalność.

Stopy wolframu z renem (W - 3% Re; W - 5% Re; W - 25% Re) służą do pomiaru i kontroli temperatury do 2480 ° C w produkcji stali oraz w innych rodzajach technologii. Wzrasta zastosowanie stopów wolframowo-renowych do produkcji antykatod w lampach rentgenowskich. Pokryte tym stopem antykatody molibdenowe pracują pod dużym obciążeniem i mają dłuższą żywotność.

Wysoka czułość elektrod wolframowych na zmiany stężenia jonów wodorowych pozwala na ich wykorzystanie do miareczkowania potencjometrycznego. Takie elektrody służą do kontroli wody i różnych roztworów. Są proste w konstrukcji i mają niską rezystancję elektryczną, co czyni je obiecującymi do zastosowania jako mikroelektrody w badaniach kwasoodporności warstwy przyelektrodowej w procesach elektrochemicznych.

Wadą wolframu jest jego niska ciągliwość (?<1%), большая плотность, высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, плохая свариваемость, низкая ока-линостойкость и плохая обрабатываемость резанием. Однако легирование его различными элементами позволяет улучшить эти характеристики.

Szereg części dla przemysłu elektrycznego i tuleje dysz silnika wykonane są z wolframu impregnowanego miedzią lub srebrem. Oddziaływanie ogniotrwałej fazy stałej (wolframu) z impregnującym metalem (miedź lub srebro) jest takie, że praktycznie nie występuje wzajemna rozpuszczalność metali. Kąty zwilżania wolframu ciekłą miedzią i srebrem są raczej małe ze względu na wysoką energię powierzchniową wolframu, co poprawia penetrację srebra lub miedzi. Wolfram impregnowany srebrem lub miedzią był początkowo wytwarzany dwoma metodami: przez całkowite zanurzenie kęsa wolframu w roztopionym metalu lub przez częściowe zanurzenie zawieszonego kęsa wolframu. Istnieją również metody impregnacji za pomocą ciekłego ciśnienia hydrostatycznego lub próżniowego ssania.

Wytwarzanie styków elektrycznych impregnowanych srebrem lub miedzią z wolframu odbywa się w następujący sposób. Najpierw proszek wolframu jest prasowany i spiekany w określonych warunkach technologicznych. Następnie powstały przedmiot jest impregnowany. W zależności od uzyskanej porowatości detalu zmienia się proporcja impregnatu. Tak więc zawartość miedzi w wolframie może wahać się od 30 do 13%, gdy ciśnienie właściwe prasowania zmienia się od 2 do 20 tf / cm2. Technologia otrzymywania materiałów impregnowanych jest dość prosta, ekonomiczna, a jakość takich styków jest wyższa, ponieważ jeden ze składników nadaje materiałowi wysoką twardość, odporność na erozję, wysoką temperaturę topnienia, a drugi zwiększa jego przewodność elektryczną.

Dobre wyniki uzyskuje się przy użyciu impregnowanego wolframu z miedzią lub srebrem do produkcji wkładek dyszowych do silników na paliwo stałe. Wzrost takich właściwości wolframu impregnowanego jak przewodność cieplna i przewodność elektryczna, współczynnik rozszerzalności cieplnej, znacznie zwiększa trwałość silnika. Ponadto parowanie metalu impregnującego z wolframu podczas pracy silnika ma pozytywny wpływ, zmniejszając strumienie ciepła i zmniejszając erozyjne działanie produktów spalania.

Proszek wolframu jest używany do produkcji porowatych materiałów na części elektrostatycznego silnika jonowego. Zastosowanie wolframu do tych celów umożliwia poprawę jego podstawowych właściwości.

Właściwości erozyjne dysz wykonanych z wolframu wzmocnionych rozproszonymi tlenkami ZrO2, MgO2, V2O3, HfO 2 wzrastają w porównaniu z dyszami wykonanymi ze spiekanego wolframu. Po odpowiednim przygotowaniu na powierzchnię wolframu nakładane są powłoki galwaniczne w celu ograniczenia korozji wysokotemperaturowej, np. niklowanie, które wykonuje się w elektrolicie zawierającym 300 g/l siarczanu sodu, 37,5 g/l kwasu borowego przy prądzie gęstość 0,5-11 A / dm 2, temperatura 65 ° С i pH = 4.

Wolfram jest pierwiastkiem chemicznym grupy 4 o liczbie atomowej 74 w układzie okresowym Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa, oznaczonym W (Wolframium). Metal został odkryty i wyizolowany przez dwóch hiszpańskich naukowców chemicznych, braci d'Eluyard, w 1783 roku. Sama nazwa „Wolframium” przeszła na pierwiastek ze znanego wcześniej mineralnego wolframitu, który był znany już w XVI wieku, nazywano go wówczas „wilczą pianą” lub „Spuma lupi” po łacinie, po niemiecku to zdanie brzmi jak „Wilk Rahm” (Wolfram). Nazwa wiązała się z faktem, że wolfram towarzysząc rudom cyny znacząco przeszkadzał w wytopie cyny, ponieważ przeniósł cynę w pianę żużli (o tym procesie zaczęli mówić: „Puszka jest pożerana jak wilk owca!”). Obecnie w USA, Francji, Wielkiej Brytanii i kilku innych krajach wolfram nazywa się „wolframem” (od szwedzkiego wolframu, co tłumaczy się jako „ciężki kamień”).

Wolfram to szary, twardy metal przejściowy. Głównym zastosowaniem wolframu jest rola podłoża w materiałach ogniotrwałych w metalurgii. Wolfram jest niezwykle ogniotrwały, w normalnych warunkach metal jest odporny chemicznie.

Wolfram różni się od wszystkich innych metali niezwykłą twardością, ciężarem i ogniotrwałością. Od czasów starożytnych ludzie używali wyrażenia „ciężki jak ołów” lub „cięższy niż ołów”, „ołowiane powieki” itp. Ale bardziej poprawne byłoby użycie słowa „wolfram” w tych alegoriach. Gęstość tego metalu jest prawie dwukrotnie większa niż ołowiu, a dokładniej 1,7 razy. Z tym wszystkim masa atomowa wolframu jest niższa i ma wartość 184 w porównaniu z 207 dla ołowiu.

Wolfram to jasnoszary metal o najwyższych temperaturach topnienia i wrzenia. Ze względu na plastyczność i ogniotrwałość wolframu można go stosować jako żarniki urządzeń oświetleniowych, w kineskopach, a także w innych lampach próżniowych.

Znanych jest dwadzieścia minerałów wolframu. Najczęstsze: minerały z grupy schelitów wolframitu, które mają znaczenie przemysłowe. Mniej powszechny jest siarczek wolframitu, tj. wolframu (WS2) i związki tlenkopodobne - żelazo- i miedziowolframu, wolfram, hydrowolfram. Vads, psylomelany z wysoką zawartością wolframu są szeroko rozpowszechnione.

W zależności od warunków występowania, morfologii i rodzaju złóż wolframu do ich zagospodarowania stosuje się metody odkrywkowe, podziemne i kombinowane.

Obecnie nie ma metod wytwarzania wolframu bezpośrednio z koncentratów. W związku z tym związki pośrednie najpierw izoluje się z koncentratu, a następnie otrzymuje się z nich metaliczny wolfram. Oddzielenie wolframu obejmuje: rozkład koncentratów, następnie przejście metalu w związki, z których jest oddzielany od reszty towarzyszących mu pierwiastków. Izolacja kwasu wolframowego, tj. czysty związek chemiczny wolframu, kontynuuje produkcję wolframu w postaci metalicznej.

Wolfram jest stosowany w produkcji maszyn i urządzeń dla przemysłu metalowego, budowlanego i wydobywczego, w produkcji lamp i lamp, w przemyśle transportowym i elektronicznym, w przemyśle chemicznym i innych dziedzinach.

Wykonane ze stali wolframowej narzędzie jest w stanie wytrzymać ogromne prędkości najbardziej intensywnych procesów obróbki metali. Szybkość cięcia takim narzędziem mierzona jest zwykle w dziesiątkach metrów na sekundę.

Wolfram jest raczej słabo rozprowadzany w przyrodzie. Zawartość metali w skorupie ziemskiej wynosi około 1,3 · 10 −4%. Głównymi minerałami zawierającymi wolfram są naturalnie występujące wolframiany: schelit, pierwotnie zwany wolframem oraz wolframit.

Właściwości biologiczne

Biologiczna rola wolframu jest nieznaczna. Wolfram w swoich właściwościach jest bardzo podobny do molibdenu, ale w przeciwieństwie do tego ostatniego, wolfram nie jest niezbędnym pierwiastkiem. Mimo to wolfram jest całkiem zdolny do zastąpienia molibdenu u zwierząt i roślin, u bakterii, jednocześnie hamując aktywność enzymów zależnych od Mo, na przykład oksydazy ksantynowej. Ze względu na akumulację soli wolframu u zwierząt, poziom kwasu moczowego spada, a poziom hipoksantyny i ksantyny wzrasta. Pył wolframu, podobnie jak inne pyły metali, działa drażniąco na drogi oddechowe.

Średnio około 0,001-0,015 miligramów wolframu dziennie dostaje się do ludzkiego ciała z jedzeniem. Asymilacja samego pierwiastka, podobnie jak sole wolframu, w przewodzie pokarmowym człowieka wynosi 1-10%, słabo rozpuszczalne kwasy wolframowe - do 20%. Wolfram gromadzi się głównie w tkance kostnej i nerkach. Kości zawierają około 0,00025 mg/kg, a ludzka krew zawiera około 0,001 mg/L wolframu. Metal jest zwykle naturalnie wydalany z organizmu z moczem. Ale 75% radioaktywnego izotopu wolframu 185W jest wydalane z kałem.

Źródła dietetyczne wolframu, a także jego dzienne zapotrzebowanie, nie zostały jeszcze zbadane. Toksyczna dawka dla ludzkiego ciała nie została jeszcze zidentyfikowana. Śmierć u szczurów następuje po podaniu nieco ponad 30 mg substancji. W medycynie uważa się, że wolfram nie ma wpływu metabolicznego, rakotwórczego i teratogennego na ludzi i zwierzęta.

Wskaźnik stanu pierwiastkowego wolframu w ludzkim ciele: mocz, krew pełna. Brak danych na temat spadku poziomu wolframu we krwi.

Podwyższona zawartość wolframu w organizmie najczęściej występuje u pracowników zakładów metalurgicznych zajmujących się produkcją materiałów ogniotrwałych i żaroodpornych, stali stopowych, a także u osób mających kontakt z węglikiem wolframu.

Zespół kliniczny „choroba metali ciężkich” lub pylica płuc może wynikać z przewlekłego przyjmowania pyłu wolframowego do organizmu. Objawy mogą obejmować kaszel, problemy z oddychaniem, rozwój astmy atopowej i zmiany w płucach. Opisane powyżej zespoły zwykle ustępują po dłuższym odpoczynku i po prostu przy braku bezpośredniego kontaktu z wanadem. W najcięższych przypadkach, przy opóźnionym rozpoznaniu choroby, rozwija się patologia serca płucnego, rozedmy i zwłóknienia płuc.

„Choroby metali ciężkich” i przesłanki do ich wystąpienia pojawiają się zwykle w wyniku narażenia na kilka rodzajów metali i soli (na przykład kobalt, wolfram itp.). Stwierdzono, że łączny wpływ wolframu i kobaltu na organizm człowieka zwiększa szkodliwy wpływ na układ płucny. Połączenie węglików wolframu i kobaltu może powodować miejscowe zapalenie i kontaktowe zapalenie skóry.

Na obecnym etapie rozwoju medycyny nie ma skutecznych metod przyspieszonego metabolizmu lub eliminacji grupy związków metali, które mogą wywołać pojawienie się „choroby metali ciężkich”. Dlatego tak ważne jest ciągłe prowadzenie działań zapobiegawczych i terminowa identyfikacja osób o wysokiej wrażliwości na metale ciężkie oraz przeprowadzanie diagnostyki w początkowej fazie choroby. Wszystkie te czynniki decydują o dalszych szansach powodzenia w leczeniu patologii. Ale w niektórych przypadkach, jeśli to konieczne, stosuje się terapię środkami kompleksowymi i leczenie objawowe.

Ponad połowa (a raczej 58%) całego produkowanego wolframu jest wykorzystywana do produkcji węglika wolframu, a prawie jedna czwarta (dokładniej 23%) jest wykorzystywana do produkcji różnych stali i stopów. Produkcja „wyrobów walcowanych” z wolframu (obejmuje to włókna żarówek, styki elektryczne itp.) stanowi około 8% wolframu zużywanego na świecie, a pozostałe 9% wykorzystywane jest do otrzymywania katalizatorów i pigmentów.

Drut wolframowy, który znalazł zastosowanie w lampach elektrycznych, zyskał ostatnio nowy profil: zaproponowano wykorzystanie go jako narzędzia tnącego w obróbce materiałów kruchych.

Wysoka wytrzymałość i dobra plastyczność wolframu umożliwia wytwarzanie z niego unikalnych przedmiotów. Na przykład z tego metalu można wyciągnąć tak cienki drut, że 100 km tego drutu będzie miało masę tylko 250 kg.

Stopiony ciekły wolfram może pozostawać w tym stanie nawet w pobliżu powierzchni samego Słońca, ponieważ temperatura wrzenia metalu wynosi powyżej 5500 ° C.

Wiele osób wie, że brąz składa się z miedzi, cynku i cyny. Ale tak zwany brąz wolframowy nie tylko z definicji nie jest brązem, ponieważ nie zawiera żadnego z wyżej opisanych metali, w ogóle nie jest stopem, ponieważ nie ma w nim związków czysto metalicznych, a sód i wolfram są utlenione.

Uzyskanie barwnika brzoskwiniowego było bardzo trudne, a często w ogóle niemożliwe. To nie jest ani czerwone, ani różowe, ale jakieś pośrednie, a nawet z zielonkawym odcieniem. Pożyczka mówi, że aby uzyskać tę farbę, trzeba było wykonać ponad 8000 prób. W XVII wieku farbą brzoskwiniową ozdobiono tylko najdroższe wyroby porcelanowe dla ówczesnego cesarza chińskiego w specjalnej fabryce w prowincji Shanxi. Ale kiedy po pewnym czasie udało się odkryć tajemnicę rzadkiej farby, okazało się, że opiera się ona wyłącznie na tlenku wolframu.

Stało się to w 1911 roku. Student przybył do prowincji Yunnan z Pekinu, nazywał się Li. Dzień po dniu znikał w górach, próbując znaleźć jakiś kamień, jak wyjaśnił, był to kamień cynowy. Ale mu się nie udało. Właścicielka domu, w którym mieszkała studentka Li, mieszkała z młodą córką o imieniu Xiao-mi. Dziewczyna bardzo żałowała pechowego ucznia i wieczorem podczas kolacji opowiadała mu proste, nieskomplikowane historie. Jedna z historii opowiadała o niezwykłym piecu, który został zbudowany z jakiegoś rodzaju ciemnych kamieni, które spadły prosto z klifu i ułożono na podwórku ich domu. Piec ten okazał się całkiem udany, a co najważniejsze trwały, służył swoim właścicielom przez wiele lat. Młoda Xiao-mi wręczyła uczniowi nawet jeden taki kamień. Był to brązowy kamień, ciężki jak ołów. Później okazało się, że ten kamień to czysty wolframit...

W 1900 roku na otwarciu Światowej Wystawy Metalurgicznej w Paryżu po raz pierwszy zademonstrowano zupełnie nowe przykłady stali szybkotnącej (stop stali z wolframem). Dosłownie zaraz potem wolfram zaczął być szeroko stosowany w przemyśle metalurgicznym wszystkich wysoko rozwiniętych krajów. Ale jest dość interesujący fakt: po raz pierwszy stal wolframowa została wynaleziona w Rosji w 1865 roku w fabryce Motovilikh na Uralu.

Na początku 2010 roku w ręce permskich ufologów wpadł ciekawy artefakt. Uważa się, że jest to wrak statku kosmicznego. Analiza fragmentu wykazała, że ​​obiekt składa się prawie w całości z czystego wolframu. Tylko 0,1% składu stanowią rzadkie zanieczyszczenia. Według naukowców dysze rakietowe są wykonane z czystego wolframu. Ale jak dotąd nie można wyjaśnić jednego faktu. W powietrzu wolfram szybko utlenia się i rdzewieje. Ale z jakiegoś powodu ten kawałek nie koroduje.

Historia

Samo słowo „wolfram” ma pochodzenie niemieckie. Wcześniej wolfram nie był nazywany samym metalem, ale jego głównym minerałem, tj. do wolframitu. Niektórzy sugerują, że wtedy słowo to było używane prawie jako przekleństwo. Od początku XVI do drugiej połowy XVII wieku wolfram był uważany za minerał cyny. Chociaż naprawdę dość często towarzyszy rudom cyny. Ale z rud, w tym wolframitu, wytopiono znacznie mniej cyny. Jakby ktoś lub coś „pochłonęło” użyteczną puszkę. Stąd wzięła się nazwa nowego elementu. W języku niemieckim Wilk (Wilk) oznacza wilka, a Ram (Ram) w tłumaczeniu ze starożytnego niemieckiego oznacza barana. Te. wyrażenie „zjada cynę jak wilk baranka” stało się nazwą metalu.

Znane czasopismo chemiczne w Stanach Zjednoczonych lub publikacje referencyjne na temat wszystkich pierwiastków chemicznych autorstwa Mellora (Anglia) i Pascala (Francja) nie zawierają nawet wzmianki o takim pierwiastku jak wolfram. Ich pierwiastek chemiczny 74 nazywa się wolframem. Symbol W, oznaczający wolfram, zyskał powszechną akceptację dopiero w ciągu ostatnich kilku lat. We Francji i Włoszech element do niedawna oznaczano literami Tu, tj. pierwsze litery słowa wolfram.

Podstawy tego zamieszania leżą w historii odkrycia pierwiastka. W 1783 roku hiszpańscy chemicy, bracia Éluard, poinformowali, że udało im się odkryć nowy pierwiastek chemiczny. W procesie rozkładu saksońskiego minerału „wolfram” kwasem azotowym udało się uzyskać „kwaśną ziemię”, czyli tzw. żółty osad tlenku nieznanego metalu, osad okazał się rozpuszczalny w amoniaku. W materiale wyjściowym tlenek ten był razem z tlenkami manganu i żelaza. Bracia Eluard nazywali ten pierwiastek wolframem, a minerał, z którego wydobywano metal, wolframit.

Ale braci Eluard nie można w 100% nazwać odkrywcami wolframu. Oczywiście to oni jako pierwsi donosili o swoim odkryciu w druku, ale… W 1781 roku, dwa lata przed odkryciem braci, słynny szwedzki chemik Karl Wilhelm Scheele znalazł dokładnie tę samą „żółtą ziemię”, traktując inny minerał azotem. kwas. Naukowiec nazwał go po prostu "wolframem" (w tłumaczeniu ze szwedzkiego wolfram - ciężki, sten - kamień, czyli "ciężki kamień"). Karl Wilhelm Scheele stwierdził, że „żółta ziemia” różni się swoim kolorem, a także innymi właściwościami, od analogicznego molibdenu. Naukowiec dowiedział się również, że w samym minerale wiąże się on z tlenkiem wapnia. Na cześć Scheele nazwę minerału „wolfram” zmieniono na „sheelite”. Ciekawostką jest, że jeden z braci Eluardów był uczniem Scheele, w 1781 roku pracował w laboratorium nauczyciela. Ani Scheele, ani bracia Eluard nie podzielili się odkryciem. Scheele po prostu nie twierdził, że to odkrycie, a bracia Eluard nie nalegali na pierwszeństwo swojego prymatu.

Wielu słyszało o tak zwanych „brązach wolframowych”. Są to bardzo piękne metale z wyglądu. Brąz wolframowy niebieski ma następujący skład: Na2O·WO2·, a złoty - 4WO3Na2O·WO2·WO3; fioletowe i fioletowoczerwone zajmują pozycję pośrednią, w nich stosunek WO3 do WO2 wynosi mniej niż cztery, a więcej niż jeden. Jak pokazują formuły, substancje te nie zawierają ani cyny, ani miedzi, ani cynku. To nie są brązy i wcale nie są to stopy. nie zawierają nawet związków metalicznych, a sód i wolfram są tutaj utleniane. Takie „brązy” przypominają prawdziwy brąz nie tylko zewnętrznie, ale także swoimi właściwościami: twardością, odpornością na odczynniki chemiczne, wysoką przewodnością elektryczną.

W czasach starożytnych kwiat brzoskwini był jednym z najrzadszych, mówiono, że aby go uzyskać, trzeba było przeprowadzić 8000 eksperymentów. W XVII wieku najdroższe porcelanowe wyroby cesarza chińskiego pomalowano na kolor brzoskwiniowy. Ale po ujawnieniu tajemnicy tej farby nagle okazało się, że jej podstawą był tlenek wolframu.

Będąc na łonie natury

Wolfram jest słabo rozmieszczony w przyrodzie, zawartość metali w skorupie ziemskiej wynosi 1,3 · 10 -4% wagowo. Wolfram występuje głównie w złożonych utlenionych związkach, które tworzą trójtlenek wolframu WO3, a także tlenki żelaza i wapnia lub manganu, czasem miedzi, ołowiu, toru i różnych pierwiastków ziem rzadkich. Najpopularniejszy minerał, wolframit, to stały roztwór wolframianów, tj. sole kwasu wolframowego, manganu i żelaza (nMnWO 4 mFeWO 4). Roztwór ma postać twardych i ciężkich kryształów koloru czarnego lub brązowego, w zależności od przewagi różnych związków w składzie roztworu. Jeśli jest więcej związków manganu (Hübneryt), kryształy będą czarne, jeśli przeważają związki żelaza (ferberyt), roztwór będzie brązowy. Wolframit jest wysoce przewodzący i paramagnetyczny

Podobnie jak w przypadku innych minerałów wolframu, schelit ma znaczenie przemysłowe, tj. wolframian wapnia (wzór CaWO 4). Minerał tworzy lśniące kryształy o jasnożółtej, a czasem prawie białej barwie. Scheelite jest całkowicie niemagnetyczny, ale ma jeszcze jedną cechę - zdolność do luminescencji. Po świetle ultrafioletowym w ciemności będzie fluoryzować jasnym niebieskim kolorem. Obecność domieszki molibdenu zmienia kolor blasku, zmienia się on na jasnoniebieski, czasem kremowy. Dzięki tej właściwości możliwe jest łatwe wykrycie geologicznych złóż kopaliny.

Zwykle złoża rudy wolframu związane są z obszarem rozmieszczenia granitu. Duże kryształy schelitu lub wolframitu są bardzo rzadkie. Zwykle minerały są po prostu osadzone w skałach granitowych. Wydobywanie wolframu z granitu jest raczej trudne, ponieważ jego stężenie zwykle nie przekracza 2%. W sumie znanych jest nie więcej niż 20 minerałów wolframu. Wśród nich można wyróżnić stolzyt i rasoit, które są dwiema różnymi odmianami krystalicznymi wolframianu ołowiu PbWO 4. Pozostałe minerały to produkty rozkładu lub wtórne formy pospolitych minerałów, na przykład schelit i wolframit (hydrowolfram, który jest uwodnionym tlenkiem wolframu, powstały z wolframitu; wolframowa ochra), russelit, minerał zawierający tlenki wolframu i bizmutu. Jedynym minerałem beztlenkowym wolframu jest wolfram (WS 2), którego główne złoża znajdują się w USA. Zazwyczaj zawartość wolframu wynosi od 0,3% do 1,0% WO 3.

Wszystkie złoża wolframu są pochodzenia hydrotermalnego lub magmowego. Scheelit i wolframit dość często występują w postaci żył, w miejscach, w których magma przeniknęła do pęknięć w skorupie ziemskiej. Główna część złóż wolframu koncentruje się na obszarach młodych pasm górskich - Alp, Himalajów i pasa Pacyfiku. Największe złoża wolframitu i schelitu znajdują się w Chinach, Birmie, USA, Rosji (Ural, Transbaikalia i Kaukaz), Portugalii i Boliwii. Roczna produkcja rud wolframu na świecie wynosi około 5,95 · 104 ton metalu, z czego 49,5 · 104 ton (lub 83%) wydobywa się w Chinach. W Rosji wydobywa się około 3400 ton rocznie, w Kanadzie - 3000 ton rocznie.

Chiny pełnią rolę światowego lidera w rozwoju surowców wolframowych (złoże Jianshi stanowi 60 proc. chińskiej produkcji, Hunan - 20 proc., Yunnan - 8 proc., Guandong - 6 proc., Mongolia Wewnętrzna i Guanzhi - po 2% , są inni). W Rosji największe złoża rudy wolframu znajdują się w 2 regionach: na Kaukazie Północnym (Tyrnyauz, Kabardyno-Bałkaria) i na Dalekim Wschodzie. Zakład w Nalczyku przetwarza rudę wolframu na parawolframian amonu i tlenek wolframu.

Największym konsumentem wolframu jest Europa Zachodnia (30%). USA i Chiny - po 25%, 12% -13% - Japonia. W krajach WNP rocznie zużywa się około 3000 ton metalu.

Podanie

W sumie świat produkuje około 30 tysięcy ton wolframu rocznie. Stal wolframowa i inne stopy zawierające wolfram i jego węgliki są wykorzystywane do produkcji pancerzy czołgów, pocisków do pocisków i torped, najważniejszych części samolotów i silników spalinowych.

Wolfram z pewnością jest obecny w składzie najlepszych gatunków stali narzędziowych. Metalurgia ogólnie pochłania około 95% całego produkowanego wolframu. Jak to w metalurgii jest typowe, nie tylko używa się czystego wolframu, ale głównie wolframu, który jest tańszy - żelazowolfram, czyli wolfram. stop o zawartości wolframu około 80% i zawartości żelaza około 20%. Jest produkowany w elektrycznych piecach łukowych.

Stopy wolframu mają wiele niezwykłych właściwości. Stop wolframu, miedzi i niklu, ponieważ nazywany jest również metalem „ciężkim”, jest surowcem do produkcji pojemników do przechowywania substancji radioaktywnych. Efekt ochronny takiego stopu jest o 40% wyższy niż ołowiu. Stop ten jest również stosowany w radioterapii, ponieważ przy stosunkowo małej grubości ekranu zapewniona jest wystarczająca ochrona.

Stop węglika wolframu i 16% kobaltu jest tak twardy, że częściowo zastępuje diament w wierceniu studni. Pseudostopy wolframu ze srebrem i miedzią są doskonałym materiałem na przełączniki i przełączniki w warunkach wysokiego napięcia. Produkty te działają 6 razy dłużej niż konwencjonalne styki miedziane.

Zastosowanie czystego wolframu lub stopów zawierających wolfram jest w dużej mierze oparte na ich twardości, ogniotrwałości i odporności chemicznej. Wolfram w czystej postaci jest szeroko stosowany w produkcji żarników do lamp elektrycznych i lamp elektronopromieniowych, jest używany do produkcji tygli do odparowywania metali, jest używany w stykach dystrybutorów zapłonu samochodowego, jest stosowany w celach do lamp rentgenowskich; Wykorzystywany jest jako element uzwojenia i grzejny do pieców elektrycznych, a także jako materiał konstrukcyjny do statków kosmicznych i samolotów pracujących w wysokich temperaturach.

Wolfram wchodzi w skład stopów stali szybkotnących (zawartość wolframu 17,5 - 18,5%), stellitów (z kobaltu z dodatkami Cr, C, W), hastaloyu (stali nierdzewnych na bazie Ni), a także wielu innych stopów. Wolfram stosuje się jako bazę do produkcji stopów żaroodpornych i narzędziowych, a mianowicie stosuje się żelazowolfram (W 68-86%, Mo i żelazo do 7%), który łatwo uzyskuje się przez bezpośrednią redukcję schelitu lub koncentrat wolframitu. Do produkcji Pobedit używa się wolframu. Jest to supertwardy stop zawierający 80-85% wolframu, 7-14% kobaltu, 5-6% węgla. Pobedit jest po prostu niezastąpiony w procesie obróbki metali, a także w przemyśle naftowym i wydobywczym.

Wolframiany magnezu i wapnia są szeroko stosowane w urządzeniach fluorescencyjnych. Inne sole wolframu są wykorzystywane w przemyśle garbarskim i chemicznym. Dwusiarczek wolframu to suchy smar wysokotemperaturowy, stabilny w temperaturach do 500 ° C. Do produkcji farb stosuje się brązy wolframowe i inne związki wolframu. Wiele związków wolframu to doskonałe katalizatory.

W produkcji lamp elektrycznych wolfram jest niezbędny, ponieważ jest nie tylko niezwykle ogniotrwały, ale także dość plastyczny. Jako surowiec do produkcji 3,5 km drutu wykorzystuje się 1 kg wolframu. Te. Z 1 kg wolframu można wyprodukować żarniki do 23 tysięcy 60-watowych lamp. Tylko dzięki tej właściwości przemysł elektryczny na całym świecie zużywa około stu ton wolframu rocznie.

Produkcja

Pierwszym etapem produkcji wolframu jest wzbogacanie rudy, tj. oddzielenie cennych składników od głównej masy rudy, skały płonnej. Stosowane są te same metody wzbogacania, co w przypadku innych rud metali ciężkich: mielenie i flotacja, a następnie separacja magnetyczna (rudy wolframu) i prażenie oksydacyjne. Koncentrat otrzymany tą metodą jest zwykle spalany z nadmiarem sody, doprowadzając tym samym wolfram do stanu rozpuszczalnego tj. do wolframitu sodu.

Inną metodą pozyskiwania tej substancji jest ługowanie. Wolfram jest ekstrahowany roztworem sody w podwyższonej temperaturze i pod ciśnieniem, po czym następuje neutralizacja i wytrącanie wolframianu wapnia, tj. schelit. Scheelite otrzymuje się, ponieważ dość łatwo jest z niego wyekstrahować oczyszczony tlenek wolframu.

CaWO 4 → H 2 WO 4 lub (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

Tlenek wolframu jest również otrzymywany przez chlorki. Koncentrat wolframu jest traktowany gazowym chlorem w podwyższonej temperaturze. W tym przypadku powstają chlorki wolframu, które łatwo oddziela się od innych chlorków przez sublimację. Powstały chlorek można wykorzystać do uzyskania tlenku lub natychmiastowego wyekstrahowania z niego metalu.

W kolejnym etapie tlenki i chlorki są przekształcane w metaliczny wolfram. Najlepszym sposobem na redukcję tlenku wolframu jest użycie wodoru. Dzięki tej redukcji metal jest najczystszy. Redukcja tlenku odbywa się w specjalnym piecu rurowym, w którym „łódź” ​​z WO 3 przemieszcza się przez kilka stref temperaturowych. Suchy wodór płynie w kierunku „łodzi” Redukcja tlenku zachodzi w strefach gorących (450-600 °C) i zimnych (750-1100 °C). W strefach zimnych następuje redukcja do WO 2, a następnie do metalu. W miarę upływu czasu przez gorącą strefę cząsteczki proszku wolframu zmieniają swój rozmiar.

Odzysk może odbywać się nie tylko pod wpływem wodoru. Często używany jest węgiel. Dzięki stałemu reduktorowi produkcja jest uproszczona, ale temperatura w tym przypadku powinna osiągnąć 1300 °C. Sam węgiel i zanieczyszczenia, które zawsze zawiera, wchodząc w reakcję z wolframem, tworzą węgliki innych związków. W rezultacie metal się brudzi. Ale w przemyśle elektrycznym używany jest tylko wysokiej jakości wolfram. Nawet 0,1% zanieczyszczenia żelazem jest wytwarzane przez wolfram do produkcji najcieńszego drutu, ponieważ staje się znacznie bardziej kruchy.

Oddzielenie wolframu od chlorków opiera się na pirolizie. Wolfram i chlor tworzą pewne związki. Nadmiar chloru pozwala na przekształcenie ich wszystkich w WCl6, który z kolei rozkłada się na chlor i wolfram w temperaturze 1600°C. Jeśli obecny jest wodór, proces rozpoczyna się w 1000 ° C.

W ten sposób wolfram uzyskuje się w postaci proszku, który jest następnie prasowany w wysokiej temperaturze w strumieniu wodoru. W pierwszym etapie tłoczenia (podgrzewanie do ok. 1100-1300 °C) powstaje kruchy porowaty wlewek. Następnie trwa prasowanie, a temperatura zaczyna rosnąć prawie do temperatury topnienia wolframu. W takim środowisku metal zaczyna twardnieć i stopniowo nabiera swoich cech i właściwości.

Średnio 30% wolframu produkowanego w przemyśle to wolfram z materiałów pochodzących z recyklingu. Złom wolframu, trociny, wióry i proszek są utleniane i przekształcane w parawolframian amonu. Z reguły złom stali tnącej jest utylizowany w przedsiębiorstwie produkującym te same stale. Złom z elektrod, żarówek i odczynników chemicznych prawie nigdzie nie jest poddawany recyklingowi.

W Federacji Rosyjskiej wyroby wolframowe produkowane są w: Skopinsky Hydrometallurgical Plant Metallurg, Vladikavkaz Plant Pobedit, Nalchik Hydrometalurgial Plant, Kirovgrad Hard Alloys Plant, Elektrostal, Czelabińsku.

Właściwości fizyczne

Wolfram to jasnoszary metal. Ma najwyższą temperaturę topnienia ze wszystkich znanych pierwiastków z wyjątkiem węgla. Wartość tego wskaźnika wynosi w przybliżeniu od 3387 do 3422 stopni Celsjusza. Wolfram ma doskonałe właściwości mechaniczne przy osiąganiu wysokich temperatur, spośród wszystkich metali wolfram ma najniższą wartość takiego wskaźnika jak współczynnik rozszerzalności.

Wolfram to jeden z najcięższych metali o gęstości 19250 kg/m3. Metal ma sześcienną siatkę skupioną wokół ciała o parametrze a = 0,31589 nm. W temperaturze 0 stopni Celsjusza przewodność elektryczna wolframu wynosi tylko 28% wartości tego samego wskaźnika dla srebra (srebro - przewodzi prąd lepiej niż jakikolwiek inny metal). Czysty wolfram jest bardzo łatwy w obróbce, ale w czystej postaci jest rzadki, częściej zawiera zanieczyszczenia węgla i tlenu, dzięki czemu uzyskuje swoją dobrze znaną twardość. Opór elektryczny metalu w temperaturze 20 stopni Celsjusza wynosi 5,5 * 10 -4, w temperaturze 2700 stopni Celsjusza - 90,4 * 10 -4.

Wolfram różni się od wszystkich innych metali swoją szczególną ogniotrwałością, ciężarem i twardością. Gęstość tego metalu jest prawie dwukrotnie większa niż tego samego ołowiu, a raczej 1,7 razy. Wręcz przeciwnie, masa atomowa pierwiastka jest mniejsza i wynosi 184 w porównaniu z 207.

Wartości modułów rozciągania i ściskania wolframu są niezwykle wysokie, ogromna odporność na pełzanie termiczne, metal ma wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Wolfram ma dość wysoki współczynnik emisji elektronów, który można znacznie poprawić poprzez stopienie pierwiastka z tlenkami niektórych innych metali.

Kolor powstałego wolframu zależy w dużej mierze od sposobu jego produkcji. Topiony wolfram to błyszczący szary metal, który z wyglądu przypomina platynę. Proszek wolframowy może być szary, ciemnoszary, a nawet czarny: im mniejsze ziarna proszku, tym ciemniejszy.

Wolfram jest bardzo trwały: w temperaturze pokojowej nie zmienia się w powietrzu; po osiągnięciu rozgrzanej do czerwoności temperatury metal zaczyna powoli utleniać się, uwalniając bezwodnik kwasu wolframowego. Wolfram jest prawie nierozpuszczalny w kwasach siarkowym, fluorowodorowym i chlorowodorowym. W wodzie królewskiej i kwasie azotowym metal jest utleniany z powierzchni. Będąc w mieszaninie kwasu fluorowodorowego i azotowego, wolfram rozpuszcza się, tworząc w ten sposób kwas wolframowy. Spośród wszystkich związków wolframu najbardziej praktyczne korzyści to: bezwodnik wolframu lub trójtlenek wolframu, nadtlenki o ogólnym wzorze ME2WOX, związki wolframu, związki z węglem, siarką i halogenami.

Wolfram występujący w przyrodzie składa się z 5 stabilnych izotopów o liczbach masowych 186,184, 183, 182, 181. Najpopularniejszy izotop o liczbie masowej 184, jego udział wynosi 30,64%. Z całego względnego zestawu sztucznych izotopów promieniotwórczych pierwiastka 74, tylko trzy mają praktyczne znaczenie: wolfram-181 (jego okres półtrwania wynosi 145 dni), wolfram-185 (jego okres półtrwania wynosi 74,5 dnia), wolfram-187 ( jego okres półtrwania wynosi 23,85 godziny). Wszystkie te izotopy powstają wewnątrz reaktorów jądrowych w procesie bombardowania izotopów wolframu neutronami z naturalnej mieszaniny.

Wartościowość wolframu ma charakter zmienny - od 2 do 6, najbardziej stabilny sześciowartościowy wolfram, trójwartościowe i dwuwartościowe związki pierwiastka chemicznego są nietrwałe i nie mają wartości praktycznej. Promień atomu wolframu wynosi 0,141 nm.

Clarke wolframu skorupy ziemskiej według Winogradowa wynosi 0,00013 g / t. Jego średnia zawartość w składzie skał, gram / tonę: ultrabasic - 0,00001, podstawowy - 0,00007, średni - 0,00012, kwaśny - 0,00019.

Właściwości chemiczne

Na wolfram nie mają wpływu: woda królewska, kwas siarkowy, chlorowodorowy, fluorowodorowy i azotowy, wodny roztwór wodorotlenku sodu, rtęć, pary rtęci, amoniak (do 700 ° C), powietrze i tlen (do 400 ° C), wodór, woda, chlorowodór (do 600 ° C), tlenek węgla (do 800 ° C), azot.

Po krótkim podgrzaniu suchy fluor zaczyna łączyć się z drobno zmielonym wolframem. W efekcie powstaje sześciofluorek (wzór WF 6) - jest to bardzo ciekawa substancja, która ma temperaturę topnienia 2,5°C i temperaturę wrzenia 19,5°C. Po reakcji z chlorem powstaje podobny związek, ale reakcja jest możliwa tylko w temperaturze 600 °C. WC16, stalowoniebieski kryształ, zaczyna się topić w 275°C i wrzeć, gdy osiągnie 347 °C. Wolfram tworzy z jodem i bromem słabo stabilne związki: tetra- i dijodki, penta- i dibromki.

W wysokich temperaturach wolfram może łączyć się z selenem, siarką, azotem, borem, tellurem, krzemem i węglem. Niektóre z tych związków są zaskakująco twarde, podobnie jak inne doskonałe właściwości.

Szczególnie interesujący jest karbonyl (wzór W (CO) 6). Wolfram łączy się tutaj z tlenkiem węgla, a zatem ma zerową wartościowość. Karbonyl wolframu jest produkowany w specjalnych warunkach, ponieważ jest niezwykle niestabilny. W 0°C wydziela się ze specjalnego roztworu w postaci bezbarwnych kryształów, po osiągnięciu 50°C karbonyl sublimuje, w 100°C całkowicie się rozkłada. Ale to dzięki temu związkowi można uzyskać gęste i twarde powłoki wolframowe (z czystego wolframu). Wiele związków wolframu, takich jak sam wolfram, jest bardzo aktywnych. Na przykład, tlenek wolframu tlenek wolframu WO 3 ma zdolność polimeryzacji. W tym przypadku powstają tak zwane związki heteropoli (ich cząsteczki mogą zawierać więcej niż 50 atomów) oraz związki izopoli.

Tlenek wolframu (VI) WO 3 jest substancją krystaliczną, która ma jasnożółty kolor, po podgrzaniu zmienia kolor na pomarańczowy. Tlenek ma temperaturę topnienia 1473 ° C i temperaturę wrzenia 1800 ° C. Odpowiadający mu kwas wolframowy nie jest trwały, w roztworze wodnym dwuwodzian wytrąca się, podczas gdy traci jedną cząsteczkę wody w temperaturze 70 do 100 ° C, a drugą cząsteczkę w temperaturze 180 do 350 ° C.

Aniony kwasów wolframowych mają skłonność do tworzenia polizwiązków. W wyniku reakcji ze stężonymi kwasami powstają mieszane bezwodniki:

12WO 3 + H 3 PO 4 = H 3.

W wyniku reakcji tlenku wolframu i metalicznego sodu powstaje niestechiometryczny wolframian sodu, który nazywany jest „brązem wolframowym”:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

W procesie redukcji tlenku wolframu wodorem, podczas separacji uzyskuje się uwodnione tlenki o mieszanym stopniu utlenienia, nazywane „błękitem wolframu”:

WO 3 – n (OH) n, n = 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl = („niebieski”), W 2 O 5 (OH) (brązowy)

Tlenek wolframu (VI) jest produktem pośrednim w procesie produkcji wolframu, a także jego związków. Jest składnikiem pojedynczych pigmentów ceramicznych i ważnych z handlowego punktu widzenia katalizatorów uwodornienia.

WCl 6 - Wyższy chlorek wolframu, powstający w wyniku oddziaływania metalicznego wolframu lub tlenku wolframu z chlorem, fluorem lub czterochlorkiem węgla. Po redukcji chlorku wolframu glinem powstaje karbonylek wolframu wraz z tlenkiem węgla:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (na powietrzu)