Kde sa používa volfrám s vysokou hustotou. Hustota volfrámu

Volfrám tiež patrí do skupiny kovov s vysokými žiaruvzdornosťami. Vo Švédsku ho objavil chemik menom Scheele. Bol to on, kto ako prvý v roku 1781 izoloval oxid neznámeho kovu z minerálu wolframitu. Vedcovi sa podarilo získať volfrám v čistej forme po 3 rokoch.

Popis

Volfrám patrí do skupiny materiálov, ktoré sa často používajú v rôznych priemyselných odvetviach. On označené písmenom W a v periodickej tabuľke má poradové číslo 74. Vyznačuje sa svetlošedou farbou. Jednou z jeho charakteristických vlastností je vysoká žiaruvzdornosť. Teplota topenia volfrámu je 3380 stupňov Celzia. Ak to vezmeme z hľadiska aplikácie, potom najdôležitejšie vlastnosti tohto materiálu sú:

• hustota;
• teplota topenia;
• elektrický odpor;
• koeficient lineárnej expanzie.

Pri výpočte jeho charakteristických vlastností je potrebné zdôrazniť vysoký bod varu, ktorý sa nachádza na na úrovni 5 900 stupňov Celzia... Ďalšou vlastnosťou je nízka rýchlosť odparovania. Nie je vysoká ani v teplotných podmienkach 2 000 stupňov Celzia. Pre takú vlastnosť, ako je elektrická vodivosť, je tento kov 3 -krát vyšší ako bežná zliatina ako meď.

Faktory obmedzujúce používanie volfrámu

Existuje niekoľko faktorov, ktoré obmedzujú používanie tohto materiálu:

• vysoká hustota;
• výrazný sklon k lámavosti pri nízkych teplotách;
• nízka odolnosť voči oxidácii.

Podľa svojho vzhľadu volfrám pripomína konvenčnú oceľ... Jeho hlavná aplikácia je spojená predovšetkým s výrobou zliatin s vysokými pevnostnými charakteristikami. Tento kov je možné spracovať, ale iba ak je predhriaty. V závislosti od zvoleného typu ošetrenia sa zahrievanie vykonáva na určitú teplotu. Napríklad, ak je úlohou kovať tyče z volfrámu, potom musí byť obrobok predhriaty na teplotu 1450-1500 stupňov Celzia.

Volfrám sa 100 rokov komerčne nepoužíva. Jeho použitie pri výrobe rôznych techník obmedzovala jeho vysoká teplota topenia.

Začiatok jeho priemyselného použitia je spojený s rokom 1856, kedy bol prvýkrát použitý na legovanie tried nástrojovej ocele. Pri ich výrobe bol do kompozície pridaný volfrám s celkovým podielom až 5%. Prítomnosť tohto kovu v zložení ocele umožnila zvýšiť rýchlosť rezania na sústruhoch od 5 do 8 m za minútu.

Rozvoj priemyslu v druhej polovici 19. storočia je charakteristický aktívnym rozvojom priemyslu obrábacích strojov. Dopyt po zariadení sa každým rokom neustále zvyšoval, čo vyžadovalo od výrobcov strojov získať vysokokvalitné vlastnosti strojov a okrem toho zvýšiť ich prevádzkovú rýchlosť. Prvým impulzom na zvýšenie rýchlosti rezania bolo použitie volfrámu.

Už na začiatku 20. storočia bola rýchlosť rezania zvýšená až 35 metrov za minútu... To sa dosiahlo legovaním ocele nielen volfrámom, ale aj inými prvkami:

• molybdén;
• chróm;
• vanád.

Následne sa rýchlosť rezania na strojoch zvýšila na 60 metrov za minútu. Napriek takým vysokým sadzbám odborníci pochopili, že existuje príležitosť na zlepšenie tejto charakteristiky. Špecialisti dlho nerozmýšľali, akú metódu zvoliť na zvýšenie rýchlosti rezania. Uchýlili sa k použitiu volfrámu, ale už vo forme karbidov v spojenectve s inými kovmi a ich druhmi. V dnešnej dobe je úplne bežné rezať kov na strojoch s rýchlosťou 2 000 metrov za minútu.

Ako každý materiál, aj volfrám má svoje vlastné špeciálne vlastnosti, vďaka ktorým spadal do skupiny strategických kovov. Vyššie sme už povedali, že jednou z výhod tohto kovu je jeho vysoká žiaruvzdornosť. Vďaka tejto vlastnosti je materiál možné použiť na výrobu vlákien.

Jeho teplota topenia je pri 2500 stupňoch Celzia... Ale iba táto kvalita sa neobmedzuje iba na pozitívne vlastnosti tohto materiálu. Má to aj ďalšie výhody, ktoré treba spomenúť. Jednou z nich je vysoká pevnosť preukázaná za normálnych a vysokých teplotných podmienok. Napríklad, keď sa železo a jeho zliatiny zahrejú na teplotu 800 stupňov Celzia, pevnosť sa zníži o 20 -krát. Za rovnakých podmienok sa sila volfrámu znižuje iba trikrát. V podmienkach 1 500 stupňov Celzia je pevnosť železa prakticky znížená na nulu, ale v volfráme je pri bežných teplotách na úrovni železa.

Dnes sa 80% volfrámu vyrobeného na svete používa hlavne na výrobu vysokokvalitnej ocele. Viac ako polovica tried ocele používaných v strojárskych podnikoch obsahuje volfrám. Používajú ich ako svoj hlavný materiál. pre časti turbíny, prevodovky a tieto materiály tiež používať na výrobu kompresorových strojov. Strojové ocele obsahujúce volfrám sa používajú na výrobu hriadeľov, ozubených kolies a jednodielneho kovaného rotora.

Okrem toho sa používajú na výrobu kľukových hriadeľov, ojníc. Pridanie ocele pre strojárstvo okrem wolfrámu a ďalších legujúcich prvkov zvyšuje ich kaliteľnosť. Okrem toho je možné získať jemne zrnitú štruktúru. Spolu s tým sa zvyšujú charakteristiky, ako je tvrdosť a pevnosť vyrábaných ocelí na výrobu strojov.

Pri výrobe žiaruvzdorných zliatin je použitie volfrámu jedným z predpokladov. Potreba použitia tohto konkrétneho kovu je daná skutočnosťou, že je jediný, ktorý je schopný odolať značnému zaťaženiu pri vysokých teplotách presahujúcich hodnotu tavenia železa. Volfrám a zlúčeniny na základe tohto kovu sa vyznačujú vysokou pevnosťou a dobrou elasticitou. V tomto ohľade sú nadradené iným kovom zaradeným do skupiny žiaruvzdorných materiálov.

Mínusy

Keď však uvedieme výhody wolfrámu, treba poznamenať a nevýhody, ktoré sú súčasťou tohto materiálu.

Volfrám, ktorý sa v súčasnosti vyrába, obsahuje 2% tória. Táto zliatina sa nazýva tóriovaný volfrám. Vyznačuje sa tým pevnosť v ťahu 70 MPa pri teplote 2420 stupňov Celzia. Napriek tomu, že hodnota tohto indikátora nie je vysoká, poznamenávame, že iba 5 kovov spolu s volfrámom pri takejto teplote nemení svoj pevný stav.

Do tejto skupiny patrí molybdén, ktorý má teplotu topenia 2625 stupňov. Ďalším kovom je technécium. Je však nepravdepodobné, že by sa v blízkej budúcnosti vyrábali zliatiny na jeho základe. Rénium a tantal nie sú za týchto teplotných podmienok veľmi trvanlivé. Volfrám je preto jediným materiálom, ktorý je schopný poskytnúť dostatočnú pevnosť pri vysokých teplotných zaťaženiach. Z dôvodu, že patrí k tým vzácnym, ak existuje príležitosť nahradiť ho, výrobcovia používajú jeho alternatívu.

Pri výrobe jednotlivých komponentov však neexistujú materiály, ktoré by mohli plne nahradiť volfrám. Napríklad pri výrobe vlákien elektrických žiaroviek a anód DC oblúkových žiaroviek sa používa iba volfrám, pretože jednoducho neexistujú žiadne vhodné náhrady. Tiež sa používa pri výrobe elektród na zváranie argónom a atómovo-vodíkom. Z tohto materiálu sa tiež vyrába vykurovací prvok, ktorý sa používa v podmienkach od 2 000 stupňov Celzia.

Aplikácia

Volfrám a jeho zliatiny sa široko používajú v rôznych priemyselných odvetviach. Používajú sa pri výrobe leteckých motorov, používaných v oblasti raketovej techniky, ako aj pri výrobe vesmírnych technológií. V týchto oblastiach sa pomocou týchto zliatin vyrábajú prúdové dýzy a vložky kritických sekcií v raketových motoroch. Okrem toho sa tieto materiály používajú ako základné materiály na výrobu zliatin rakiet.

Výroba zliatin z tohto kovu má jednu vlastnosť, ktorá je spojená so žiaruvzdornosťou tohto materiálu. Pri vysokých teplotách mnohé kovy menia svoj stav a premeniť na plyny alebo veľmi prchavé kvapaliny. Na získanie zliatin, v ktorých je prítomný volfrám, sa preto používajú metódy práškovej metalurgie.

Tieto metódy zahrnujú lisovanie zmesi kovových práškov, následné spekanie a ich ďalšie podrobenie taveniu oblúkom, uskutočňované v elektródových peciach. V niektorých prípadoch je spekaný volfrámový prášok dodatočne impregnovaný kvapalným roztokom iného kovu. Tak sa získajú pseudozliatiny volfrámu, medi, striebra, ktoré sa používajú na kontakty v elektrických inštaláciách. V porovnaní s meďou je trvanlivosť takýchto výrobkov 6-8 krát vyššia.

Tento kov a jeho zliatiny majú veľkú perspektívu ďalšieho rozšírenia rozsahu použitia. V prvom rade je potrebné poznamenať, že na rozdiel od niklu môžu tieto materiály pracovať na „ohnivých“ hraniciach. Použitie volfrámových výrobkov namiesto niklu vedie k zvýšeným prevádzkovým parametrom elektrární. A to vedie k zvýšenie účinnosti zariadenia... Výrobky na báze volfrámu navyše ľahko vydržia náročné prostredie. Môžeme teda s istotou tvrdiť, že volfrám bude v blízkej budúcnosti naďalej viesť skupinu takýchto materiálov.

Tungsten tiež prispel k procesu vylepšovania elektrickej žiarovky. V týchto elektrických svietidlách sa až do roku 1898 používalo uhlíkové vlákno.

• bolo ľahké ho vyrobiť;
• jeho výroba bola lacná.

Jedinou nevýhodou vlákna z dreveného uhlia bolo to život mala malú. Po roku 1898 malo uhlíkové vlákno žiarovky konkurenta v podobe osmia. Od roku 1903 sa tantal používal na výrobu elektrických žiaroviek. Už v roku 1906 však wolfrám tieto materiály nahradil a začal sa používať na výrobu vlákien pre žiarovky. Dnes sa používa aj na výrobu moderných žiaroviek.

Aby sa tomuto materiálu poskytla vysoká tepelná odolnosť, na kovový povrch sa nanesie vrstva rénia a tória. V niektorých prípadoch je volfrámové vlákno vyrobené s prídavkom rénia. Je to spôsobené tým, že pri vysokých teplotách sa tento kov začína odparovať, čo vedie k tomu, že vlákno tohto materiálu sa stáva tenším. Pridanie rénia do kompozície vedie k 5-násobnému zníženiu účinku odparovania.

V súčasnej dobe sa volfrám aktívne používa nielen vo výrobe elektrotechniky, ale aj rôzne vojensko-priemyselné výrobky... Jeho prídavok k zbraňovej oceli poskytuje pre tento typ materiálu vysoký výkon. Okrem toho vám umožňuje zlepšiť vlastnosti pancierovej ochrany a tiež zefektívniť pancierové náboje.

Záver

Volfrám je jedným z požadovaných materiálov používaných v metalurgii. Pridaním do zloženia vyrábaných ocelí sa zvýši ich charakteristika. Stávajú sa odolnejšími voči tepelnému namáhaniu a navyše teplota topenia stúpa, čo je obzvlášť dôležité pre výrobky používané v extrémnych podmienkach. pri vysokých teplotách... Použitie pri výrobe rôznych zariadení, výrobkov a prvkov, zostáv z tohto kovu alebo zliatin na nich založených, vám umožňuje zlepšiť vlastnosti zariadenia a zvýšiť účinnosť ich práce.

Volfrám- naj žiaruvzdorný kov. Vyššiu teplotu topenia má iba nekovový prvok, uhlík. Chemicky odolný za štandardných podmienok. Názov Wolframium bol pre prvok prenesený z minerálu wolframit, známeho už v 16. storočí. nazývaný lat. Spuma lupi („vlčia pena“) alebo on. Wolf Rahm („vlčí krém“, „vlčí krém“). Názov bol daný tým, že volfrám, sprevádzajúci cínové rudy, zasahoval do tavenia cínu a transformoval ho na penu trosky („zožiera cín ako vlk a ovca“).

Pozri tiež:

ŠTRUKTÚRA

Kryštál volfrámu má kubickú mriežku zameranú na telo. Kryštály volfrámu za studena sa vyznačujú nízkou plasticitou, preto v procese lisovania prášku prakticky prakticky nemenia svoj základný tvar a veľkosť a k zhutňovaniu prášku dochádza hlavne relatívnym pohybom častíc.

V kubickej volfrámovej bunke zameranej na telo sú atómy umiestnené vo vrcholoch a v strede bunky, t.j. na jednu bunku pripadajú dva atómy. Štruktúra bcc nie je najbližším balením atómov. Faktor kompaktnosti je 0,68. Vesmírna skupina volfrámu Im3m.

VLASTNOSTI

Tungsten je lesklý svetlošedý kov s najvyššími osvedčenými bodmi topenia a varu (predpokladá sa, že seaborgium je ešte viac žiaruvzdorný, ale zatiaľ to nemožno jednoznačne tvrdiť - životnosť seborgia je veľmi krátka). Teplota topenia - 3695 K (3422 ° C), vrie pri 5828 K (5555 ° C). Hustota čistého volfrámu je 19,25 g / cm3. Má paramagnetické vlastnosti (magnetická citlivosť 0,32 · 10-9). Tvrdosť podľa Brinella 488 kg / mm², elektrický odpor pri 20 ° C - 55 · 10−9 Ohm · m, pri 2700 ° C - 904 · 10−9 Ohm · m. Rýchlosť zvuku v žíhanom volfráme je 4290 m / s. Je to paramagnetický.

Volfrám je jedným z najťažších, najtvrdších a najžiarivejších kovov. V čistej forme je to strieborno-biely kov, podobný platine, pri teplote asi 1600 ° C sa dobre kuje a dá sa stiahnuť do tenkej nite.

REZERVY A VÝROBA

Clarke volfrámu v zemskej kôre je (podľa Vinogradova) 1,3 g / t (0,00013% obsahu v zemskej kôre). Jeho priemerný obsah v horninách, ppm: ultrabazický - 0,1, zásaditý - 0,7, stredný - 1,2, kyslý - 1,9.

Spôsob získavania volfrámu prechádza podskupinou separácie oxidu WO 3 z rudných koncentrátov a následnou redukciou na kovový prášok vodíkom pri teplote asi 700 ° C. Vzhľadom na vysoký bod tavenia volfrámu sa na získanie kompaktnej formy používajú metódy práškovej metalurgie: výsledný prášok sa lisuje, speká vo vodíkovej atmosfére pri teplote 1200-1300 ° C, potom ním prechádza elektrický prúd. Kov sa zahrieva na 3000 ° C, pričom dochádza k spekaniu na monolitický materiál. Zónové tavenie sa používa na následné čistenie a získanie monokryštalickej formy.

PÔVOD

Volfrám sa v prírode vyskytuje predovšetkým vo forme oxidovaných komplexných zlúčenín tvorených oxidom wolfrámovým WO 3 s oxidmi železa a mangánu alebo vápnika, niekedy aj s prvkami olova, medi, tória a vzácnych zemín. Priemyselným významom sú wolframit (volfráman železa a mangánu nFeWO 4 * mMnWO 4 - ferberit a hubnerit) a scheelit (wolframan vápenatý CaWO 4). Volfrámové minerály sú zvyčajne uložené v žulových horninách, takže priemerná koncentrácia volfrámu je 1–2%.

Najväčšie zásoby sú v Kazachstane, Číne, Kanade a USA; sú známe aj ložiská v Bolívii, Portugalsku, Rusku, Uzbekistane a Južnej Kórei. Svetová produkcia volfrámu je 49-50 tisíc ton ročne, vrátane 41 v Číne, 3,5 v Rusku; Kazachstan 0,7, Rakúsko 0,5. Hlavní vývozcovia volfrámu: Čína, Južná Kórea, Rakúsko. Hlavní dovozcovia: USA, Japonsko, Nemecko, Veľká Británia.
Ložiská volfrámu sa nachádzajú aj v Arménsku a ďalších krajinách.

APLIKÁCIA

Žiaruvzdornosť a plasticita volfrámu ho robí nepostrádateľným pre vlákna v svietidlách, ako aj v obrazovkách a iných vákuových trubiciach.
Vďaka svojej vysokej hustote je volfrám základom ťažkých zliatin, ktoré sa používajú na protizávažia, jadrá panciera podkaliberných a šípovitých pernatých nábojov delostreleckých zbraní, jadrá panciera-strely a ultrarýchle gyroskopy na stabilizáciu letu balistických rakiet (až 180 tisíc otáčok za minútu).

Volfrám sa používa ako elektródy na zváranie argónom. Zliatiny obsahujúce volfrám sa vyznačujú vysokou teplotnou odolnosťou, odolnosťou voči kyselinám, tvrdosťou a odolnosťou proti oderu. Vyrábajú sa z nich chirurgické nástroje (zliatina amaloy), pancierovanie tankov, torpéda a škrupiny, najdôležitejšie časti lietadiel a motorov, kontajnery na skladovanie rádioaktívnych látok. Volfrám je dôležitou súčasťou najlepších tried nástrojových ocelí. Volfrám sa používa vo vysokoteplotných vákuových odporových peciach ako vykurovacie telesá. Zliatina volfrámu a rénium sa používa v takých peciach ako termočlánok.

Na mechanické spracovanie kovov a nekovových konštrukčných materiálov v strojárstve (sústruženie, frézovanie, hobľovanie, sekáč), vŕtanie, v ťažobnom priemysle sa široko používajú tvrdé zliatiny a kompozitné materiály na báze karbidu volfrámu (napríklad win, kryštálov WC v kobaltovej matrici; v Rusku široko používané druhy - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), ako aj zmesi karbidu wolfrámu, karbidu titánu, karbidu tantalu (stupne TT pre obzvlášť náročné podmienky spracovania, napríklad sekanie a hobľovanie výkovkov zo žiaruvzdorných ocelí a vŕtanie do tvrdého materiálu pomocou príklepového vŕtania). Je široko používaný ako legovací prvok (často v spojení s molybdénom) v oceliach a zliatinách na báze železa. Vysoko legované ocele triedy „vysokorýchlostné“ s označením začínajúcim na písmeno P takmer vždy obsahujú volfrám. (P18, P6M5. Z rapid - rýchlo, rýchlosť).

Sulfid volfrámu WS 2 sa používa ako mazivo na vysoké teploty (do 500 ° C). Niektoré zlúčeniny volfrámu sa používajú ako katalyzátory a pigmenty. Monokryštály wolfrámu (volfrámy olova, kadmia, vápnika) sa používajú ako scintilačné detektory röntgenových lúčov a iného ionizujúceho žiarenia v jadrovej fyzike a nukleárnej medicíne.

Dungellit wolfrámu WTe 2 sa používa na premenu tepelnej energie na elektrickú (termo-EMF asi 57 μV / K). Umelý rádionuklid 185 W sa používa ako rádioaktívna značka vo výskume látok. Stabilná 184 W sa používa ako súčasť zliatin s uránom-235 používaných v jadrových raketových motoroch v tuhej fáze, pretože je to jediný spoločný izotop volfrámu s prierezom s nízkym tepelným zachytávaním neutrónov (asi 2 stodoly).

Wolfram - Ž

KLASIFIKÁCIA

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

Volfrám medzi kovmi vyniká nielen svojou žiaruvzdornosťou, ale aj hmotou. Hustota volfrámu za normálnych podmienok je 19,25 g / cm3, čo je asi 6 -násobok hustoty hliníka. V porovnaní s meďou je volfrám dvakrát ťažší. Na prvý pohľad sa vysoká hustota môže javiť ako nevýhoda, pretože výrobky z neho budú ťažké. Ale aj táto vlastnosť kovu našla svoje uplatnenie v technológiách. Výhody volfrámu kvôli jeho vysokej hustote:

1. Schopnosť koncentrovať veľkú hmotu v malom objeme.
2. Ochrana pred ionizujúcim žiarením (žiarením).

Prvá vlastnosť je vysvetlená vnútornou štruktúrou kovu. Jadro atómu obsahuje 74 protónov a 110 neutrónov, to znamená 184 častíc. V periodickej tabuľke chemických prvkov, v ktorej sú atómy usporiadané vo vzostupnom poradí atómovej hmotnosti, je volfrám na 74. mieste. Z tohto dôvodu bude mať látka zložená z ťažkých atómov veľkú hmotnosť. Radiačné tienenie je vlastné všetkým materiálom s vysokou hustotou. Je to spôsobené tým, že ionizujúce žiarenie, zrážajúce sa s akoukoľvek prekážkou, mu odovzdáva časť svojej energie. Hustšie látky majú vysokú koncentráciu častíc na jednotku objemu, preto ionizujúce lúče podliehajú ďalším kolíziám a podľa toho strácajú viac energie. Použitie kovu je založené na vyššie uvedených vlastnostiach.

Aplikácia volfrámu

Vysoká hustota je obrovskou výhodou volfrámu oproti iným kovom.

Volfrám je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach.

Použitie na základe veľkej hmotnosti kovu

Jeho značná hustota robí z volfrámu cenný vyvažovací materiál. Vyvažovacie závažia z neho vyrobené znižujú zaťaženie pôsobiace na diely. Tým sa predlžuje ich prevádzková doba. Volfrámové aplikácie:

1. Letecký a kozmický priemysel Ťažké kovové diely vyrovnávajú efektívne krútiace momenty. Volfrám sa preto používa na výrobu lopatiek helikoptér, vrtúľ, kormidiel. Pretože materiál nemá magnetické vlastnosti, používa sa na výrobu palubných elektronických leteckých systémov.
2. Automobilový priemysel. Volfrám sa používa tam, kde je potrebné koncentrovať veľkú hmotu v malom objeme priestoru, napríklad v automobilových motoroch inštalovaných na ťažkých nákladných vozidlách, drahých SUV a naftových vozidlách. Volfrám je tiež výnosným materiálom na výrobu kľukových hriadeľov a zotrvačníkov, zaťaženia podvozkov. Kov sa okrem vysokej hustoty vyznačuje aj vysokým modulom pružnosti, vďaka ktorým sa používa na tlmenie vibrácií na pohonoch.
3. Optika. Volfrámové závažia komplexnej konfigurácie pôsobia ako vyvažovače v mikroskopoch a iných vysoko presných optických prístrojoch.
4. Výroba športových potrieb. V športovom vybavení sa wolfrám používa namiesto olova, pretože na rozdiel od neho nie je škodlivý pre zdravie a životné prostredie. Materiál sa napríklad používa na výrobu golfových palíc.
5. V strojárstve. Vibračné kladivá sú vyrobené z volfrámu, s ktorým poháňajú hromady. V strede každého nástroja je rotujúce závažie. Premieňa vibračnú energiu na hnaciu silu. Vzhľadom na prítomnosť volfrámu je možné použiť vibrujúce kladivá na zhutnenú pôdu značnej hrúbky.
6. Na výrobu presných nástrojov. Pri hlbokom vŕtaní sa používajú presné nástroje, ktorých držiak nesmie byť vystavený vibráciám. Túto požiadavku spĺňa volfrám, ktorý má tiež vysoký modul pružnosti. Antivibračné držiaky zaisťujú hladký chod, preto sa používajú v vyvrtávacích a brúsnych tyčiach, v hriadeľoch nástrojov. Pracovná časť nástroja je vyrobená na báze volfrámu, pretože má zvýšenú tvrdosť.

Použitie na základe schopnosti chrániť pred žiarením

Wolframové kolimátory v chirurgii.

• Podľa tohto kritéria majú zliatiny volfrámu prednosť pred liatinou, oceľou, olovom a vodou, preto sú kolimátory a ochranné obrazovky vyrobené z kovu, ktorý sa používa v rádioterapii. Zliatiny volfrámu nepodliehajú deformácii a sú vysoko spoľahlivé. Použitie viaclistových kolimátorov umožňuje nasmerovať žiarenie do konkrétnej oblasti postihnutého tkaniva. Počas terapie sa najskôr urobí röntgenové žiarenie, aby sa lokalizovalo miesto a určila povaha nádoru. Potom sa kolimátorové lístky premiestnia elektromotorom do požadovanej polohy. Je možné použiť 120 okvetných lístkov, pomocou ktorých sa vytvorí pole, ktoré opakuje tvar nádoru. Ďalej sú lúče s vysokým žiarením nasmerované do postihnutej oblasti. V tomto prípade je nádor ožiarený skutočnosťou, že viaclistový kolimátor sa otáča okolo pacienta. Na ochranu priľahlých zdravých tkanív a životného prostredia pred žiarením musí byť kolimátor veľmi presný.
• Boli vyvinuté špeciálne prstencové kolimátory vyrobené z volfrámu pre rádiochirurgiu, ktorých ožarovanie je zamerané na hlavu a krk. Prístroj vykonáva vysoko presné zaostrovanie gama žiarenia. Volfrám je tiež súčasťou platní pre počítačové tomografy, tieniacich prvkov pre detektory a lineárne urýchľovače, dozimetrického zariadenia a nedeštruktívnych testovacích zariadení, nádob na rádioaktívne látky. Volfrám sa používa vo vŕtacích zariadeniach. Sú z neho vyrobené štíty na ochranu ponorených nástrojov pred röntgenovým a gama žiarením.

Klasifikácia zliatiny volfrámu

Kritériá, ako je zvýšená hustota a žiaruvzdornosť volfrámu, umožňujú jeho použitie v mnohých priemyselných odvetviach. Moderné technológie však niekedy vyžadujú ďalšie materiálové vlastnosti, ktoré čistý kov nemá. Napríklad jeho elektrická vodivosť je menšia ako meď a výroba časti zložitého geometrického tvaru je náročná kvôli krehkosti materiálu. V takýchto situáciách pomáhajú nečistoty. Ich počet navyše často nepresahuje 10%. Po pridaní medi, železa, niklu, volfrámu, ktorých hustota zostáva veľmi vysoká (nie menej ako 16,5 g / cm3), lepšie vedie elektrický prúd a stáva sa tvárnym, čo umožňuje jeho dobré spracovanie.

Povolenie na pobyt, VNM, VD

V závislosti od zloženia sú zliatiny označené odlišne.

1. VNZH sú zliatiny volfrámu, ktoré obsahujú nikel a železo,
2. 2 - nikel a meď,
3. VD - iba meď.

Na označení sú za veľkými písmenami nasledované číslami udávajúcimi percentá. Napríklad VNM 3-2 je zliatina volfrámu s prídavkom 3% niklu a 2% medi, VNM 5-3 obsahuje v nečistote 5% niklu a 3% železa, VD-30 pozostáva z 30% medi.

Volfrám patrí k žiaruvzdorným kovom, ktoré sú v zemskej kôre pomerne vzácne. Obsah volfrámu v zemskej kôre (v%) je teda asi 10 -5, rénia 10 -7, molybdénu 3,10 -4, nióbu 10 -3, tantalu 2,10 -4 a vanádu 1,5,10 -2.

Žiaruvzdorné kovy sú prechodné prvky a nachádzajú sa v skupinách IV, V, VI a VII (podskupina A) periodickej tabuľky prvkov. So zvýšením atómového čísla sa zvyšuje teplota topenia žiaruvzdorných kovov v každej z podskupín.

Prvky skupiny VA a VIA (vanád, niób, tantal, chróm, molybdén a volfrám) sú žiaruvzdorné kovy s kubickou mriežkou zameranou na telo, na rozdiel od iných žiaruvzdorných kovov, ktoré majú tvárne centrovanú a šesťuholníkovú husto zabalenú štruktúru.

Je známe, že hlavným faktorom určujúcim kryštálovú štruktúru a fyzikálne vlastnosti kovov a zliatin je povaha ich interatomických väzieb. Žiaruvzdorné kovy sa vyznačujú vysokou pevnosťou medziatomovej väzby a v dôsledku toho vysokou teplotou topenia, zvýšenou mechanickou pevnosťou a významným elektrickým odporom.

Možnosť štúdia kovov elektrónovou mikroskopiou umožňuje študovať štrukturálne vlastnosti atómovej stupnice, odhaľuje vzťah medzi mechanickými vlastnosťami a dislokáciami, poruchami stohovania atď. Získané údaje ukazujú, že charakteristické fyzikálne vlastnosti, ktoré odlišujú žiaruvzdorné kovy od bežných tie sú určené elektronickou štruktúrou ich atómov. Elektróny môžu prechádzať v rôznych stupňoch od jedného atómu k druhému a typ prechodu zodpovedá určitému typu interatomickej väzby. Zvláštnosť elektronickej štruktúry určuje vysokú úroveň medziatomových síl (väzieb), vysokú teplotu topenia, silu kovov a ich interakciu s inými prvkami a intersticiálnymi nečistotami. V volfráme obsahuje energeticky aktívny obal elektróny 5 d a 6 s.

Zo žiaruvzdorných kovov má volfrám najvyššiu hustotu - 19,3 g / cm 3. Aj keď je vysoká hustota volfrámu pri použití v štruktúrach považovaná za negatívny ukazovateľ, napriek tomu zvýšená pevnosť pri vysokých teplotách umožňuje znížiť hmotnosť volfrámových výrobkov zmenšením ich veľkosti.

Hustota žiaruvzdorných kovov závisí vo veľkej miere od ich stavu. Napríklad hustota slinutej volfrámovej tyče sa pohybuje od 17,0 do 18,0 g / cm3 a hustota kovanej tyče s rýchlosťou deformácie 75% je 18,6 až 19,2 g / cm3. To isté sa pozoruje pri molybdéne: slinutá tyčinka má hustotu 9,2-9,8 g / cm 3, kovaná so stupňom deformácie 75%-9,7-10,2 g / cm 3 a odliata 10,2 g / cm 3 ...

Niektoré fyzikálne vlastnosti volfrámu, tantalu, molybdénu a nióbu na porovnanie sú uvedené v tabuľke. 1. Tepelná vodivosť volfrámu je menšia ako polovica tepelnej vodivosti medi, ale je oveľa vyššia ako tepelná vodivosť železa alebo niklu.

Žiaruvzdorné kovy skupín VA, VIA, VIIA periodickej tabuľky prvkov majú v porovnaní s inými prvkami nižší koeficient lineárnej rozťažnosti. Wolfram má najnižší koeficient lineárnej rozťažnosti, čo naznačuje vysokú stabilitu jeho atómovej mriežky a je jedinečnou vlastnosťou tohto kovu.

Wolfram má tepelnú vodivosť asi 3 -krát nižšiu ako elektrická vodivosť žíhanej medi, ale je vyšší ako železo, platina a fosforitový bronz.

Pre metalurgiu má hustota kovu v kvapalnom stave veľký význam, pretože táto charakteristika určuje rýchlosť pohybu pozdĺž kanálov, proces odstraňovania plynných a nekovových inklúzií a ovplyvňuje tvorbu zmršťovacej dutiny a pórovitosť v ingoty. Pre volfrám je táto hodnota vyššia ako pre ostatné žiaruvzdorné kovy. Ďalšia fyzikálna charakteristika - povrchové napätie kvapalných žiaruvzdorných kovov pri teplote topenia - sa však líši menej (pozri tabuľku 1). Znalosť tejto fyzikálnej vlastnosti je zásadná pri procesoch, ako je ochranný náter, impregnácia, tavenie a odlievanie.

Dôležitou vlastnosťou odlievania kovu je tekutosť. Ak je pre všetky kovy táto hodnota stanovená pri nalievaní tekutého kovu do špirálovej formy pri teplote liatia vyššej ako je teplota topenia o 100-200 ° C, potom sa tekutosť volfrámu získa extrapoláciou empirickej závislosti tejto hodnoty na teplo fúzie.

Volfrám je stabilný v rôznych plynoch, kyselinách a niektorých roztavených kovoch. Pri izbovej teplote volfrám nereaguje s kyselinou chlorovodíkovou, sírovou a fosforečnou, nie je vystavený rozpustenej kyseline dusičnej a v menšej miere ako molybdén reaguje na zmes kyseliny dusičnej a fluorovodíkovej. Volfrám má vysokú odolnosť proti korózii v prostredí niektorých zásad, napríklad v prostredí hydroxidu sodného a draselného, ​​v ktorom je odolný voči teplotám 550 ° C. Pri vystavení roztavenému sodíku je stabilný až do 900 ° C , ortuť do 600 ° C, gálium do 800 a bizmut do 980 ° C. Rýchlosť korózie v týchto tekutých kovoch nepresahuje 0,025 mm / rok. Pri teplote 400-490 ° C začne volfrám na vzduchu a kyslíku oxidovať. Slabá reakcia nastáva pri zahriatí na 100 ° C v kyseline chlorovodíkovej, dusičnej a fluorovodíkovej. V zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej sa volfrám rýchlo rozpúšťa. Interakcia s plynnými médiami začína pri teplotách (° C): s chlórom 250, s fluórom 20. V oxide uhličitom sa volfrám oxiduje pri 1200 ° C, v amoniaku k reakcii nedochádza.

Pravidelnosť oxidácie žiaruvzdorných kovov je daná predovšetkým teplotou. Volfrám do 800-1 000 ° C má parabolický oxidačný vzor a nad 1 000 ° C je lineárny.

Vysoká odolnosť proti korózii v kvapalných kovových médiách (sodík, draslík, lítium, ortuť) umožňuje použitie volfrámu a jeho zliatin v elektrárňach.

Pevnostné vlastnosti volfrámu závisia od stavu materiálu a teploty. V prípade kovaných volfrámových tyčí sa pevnosť v ťahu po rekryštalizácii líši v závislosti od testovacej teploty od 141 kgf / mm2 pri 20 ° C do 15,5 kgf / mm2 pri 1370 ° C. Volfrám získaný práškovou metalurgiou, keď sa teplota zmení z 1370 na 2205 ° C má? b = 22,5 × 6,3 kgf / mm 2. Pevnosť volfrámu sa zvyšuje najmä pri deformácii za studena. Drôt s priemerom 0,025 mm má pevnosť v ťahu 427 kgf / mm2.

Tvrdosť deformovaného komerčne čistého volfrámu HB 488, žíhaného HB 286. Takto vysoká tvrdosť zároveň zostáva až do teplôt blízkych teplote topenia a do značnej miery závisí od čistoty kovu.

Modul pružnosti je približne vztiahnutý na atómový objem teploty topenia

kde T pl je absolútna teplota topenia; V aТ - atómový objem; K je konštanta.

Charakteristickým znakom volfrámu medzi kovmi je tiež vysoká objemová deformácia, ktorá je určená z výrazu

kde E je modul pružnosti prvého druhu, kgf / mm 2; ? koeficient priečnej deformácie.

Tab. 3 ilustruje zmenu objemovej deformácie pre oceľ, liatinu a volfrám, vypočítanú pomocou vyššie uvedeného výrazu.

Plastickosť komerčne čistého volfrámu pri 20 ° C je menej ako 1% a zvyšuje sa po vyčistení zóny elektrónového lúča od nečistôt, ako aj keď je dopovaný prídavkom 2% oxidu tória. S rastúcou teplotou sa zvyšuje plasticita.

Vysoká energia medziatomových väzieb kovov skupín IV, V, VIA určuje ich vysokú pevnosť pri izbových a zvýšených teplotách. Mechanické vlastnosti žiaruvzdorných kovov výrazne závisia od ich čistoty, výrobných metód, mechanického a tepelného spracovania, druhu polotovarov a ďalších faktorov. Väčšina informácií o mechanických vlastnostiach žiaruvzdorných kovov, publikovaných v literatúre, bola získaná o nedostatočne čistých kovoch, pretože tavenie vo vákuu sa začalo používať relatívne nedávno.

Na obr. 1 ukazuje závislosť teploty topenia žiaruvzdorných kovov na polohe v periodickej tabuľke prvkov.

Porovnanie mechanických vlastností volfrámu po tavení oblúkom a volfrámu získaného metódou práškovej metalurgie ukazuje, že aj keď sa ich konečná pevnosť bezvýznamne líši, volfrám s tavením do oblúka sa ukazuje byť tvárnejší.

Brinellova tvrdosť volfrámu vo forme slinutej tyčinky je HB 200-250 a z valcovaného plechu opracovaného za studena HB 450-500 je tvrdosť molybdénu HB 150-160 a HB 240-250.

Zliatina volfrámu sa vykonáva s cieľom zvýšiť jeho plasticitu, na tento účel sa používajú substitučné prvky. Čoraz viac pozornosti sa venuje pokusom zvýšiť ťažnosť kovov skupiny VIA pridaním malého množstva prvkov skupín VII a VIII. Zvýšenie plasticity je vysvetlené skutočnosťou, že pri legovaní prechodných kovov s prísadami sa v zliatine vytvára nehomogénna hustota elektrónov v dôsledku lokalizácie elektrónov legujúcich prvkov. V tomto prípade atóm zliatinového prvku mení sily medziatomových väzieb v susednom objeme rozpúšťadla; dĺžka takého objemu by mala závisieť od elektronickej štruktúry legovaných a legovaných kovov.

Problém pri vytváraní zliatin volfrámu spočíva v tom, že ešte nebolo možné zaistiť potrebnú ťažnosť so zvyšujúcou sa pevnosťou. Mechanické vlastnosti zliatin volfrámu dopovaných molybdénom, tantalom, nióbom a oxidom tória (počas krátkodobých testov) sú uvedené v tabuľke. 4.

Legovanie volfrámu molybdénom umožňuje získať zliatiny, ktoré svojimi pevnostnými vlastnosťami prevyšujú nelegovaný volfrám až do teplôt 2 200 ° C (pozri tabuľku 4). So zvýšením obsahu tantalu z 1,6 na 3,6% pri teplote 1650 ° C sa pevnosť zvýši 2,5 -krát. To je sprevádzané 2-násobným znížením predĺženia.

Boli vyvinuté a zvládajú sa disperziou tvrdené a komplexne legované zliatiny na báze volfrámu, ktoré obsahujú molybdén, niób, hafnium, zirkónium a uhlík. Napríklad nasledujúce kompozície: 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.

Zliatina W - 0,48% Zr -0,048% C má? b = 55,2 kgf / mm2 pri 1650 ° C a 43,8 kgf / mm2 pri 1925 ° C

Zliatiny volfrámu, obsahujúce tisíciny percent bóru, desatiny percenta zirkónia a hafnia a asi 1,5% nióbu, majú vysoké mechanické vlastnosti. Pevnosť v ťahu týchto zliatin pri vysokých teplotách je 54,6 kgf / mm2 pri 1650 ° C, 23,8 kgf / mm2 pri 2200 ° C a 4,6 kgf / mm2 pri 2760 ° C. Avšak prechodová teplota (asi 500 ° C) ) týchto zliatin z plastického stavu do krehkého stavu je dosť vysoká.

Literatúra obsahuje informácie o zliatinách volfrámu s 0,01 a 0,1% C, ktoré sa vyznačujú pevnosťou v ťahu, ktorá je 2-3 krát vyššia ako pevnosť v ťahu rekryštalizovaného volfrámu.

Rénium výrazne zvyšuje tepelnú odolnosť zliatin volfrámu (tabuľka 5).

Volfrám a jeho zliatiny sa veľmi dlho a vo veľkom používajú v elektrickej a vákuovej technológii. Volfrám a jeho zliatiny sú hlavným materiálom na výrobu vlákien, elektród, katód a ďalších konštrukčných prvkov výkonných elektrických vákuových zariadení. Vysoká emisivita a svetelný výkon v žiarovkovom stave, nízky tlak pár robia z volfrámu jeden z najdôležitejších materiálov pre toto odvetvie. Čistý volfrám (bez prísad) sa používa v elektrovakuových zariadeniach na výrobu dielov pracujúcich pri nízkych teplotách, ktoré nie sú vopred ošetrené pri teplotách nad 300 ° C.

Prísady rôznych prvkov výrazne menia vlastnosti volfrámu. To umožňuje vytvárať zliatiny volfrámu s požadovanými vlastnosťami. Napríklad pre časti elektrovakuových zariadení, ktoré vyžadujú použitie neklesajúceho volfrámu pri teplotách do 2900 ° C a pri vysokej teplote primárnej rekryštalizácie, sa používajú zliatiny s kremíkovo-alkalickými alebo hliníkovými prísadami. Silikátové zásady a tórium zvyšujú teplotu rekryštalizácie a zvyšujú pevnosť volfrámu pri vysokých teplotách, čo umožňuje vyrábať diely pracujúce pri teplotách až do 2100 ° C za podmienok zvýšeného mechanického namáhania.

Katódy elektronických a plynových výbojok, háky a pružiny generátorových žiaroviek na zvýšenie emisných vlastností sú vyrobené z volfrámu s prísadou oxidu tória (napríklad triedy VT-7, VT-10, VT-15, s obsah oxidu tória, 7, 10 a 15%).

Vysokoteplotné termočlánky sú vyrobené zo zliatin volfrámu a rénia. Volfrám bez prísad, v ktorom je povolený zvýšený obsah nečistôt, sa používa na výrobu studených častí elektrovakuových zariadení (sklenené puzdrá, traverzy). Elektródy bleskových žiaroviek a studené katódy plynových výbojok sa odporúčajú vyrábať zo zliatiny volfrámu s niklom a báriom.

Na prevádzku pri teplotách nad 1700 ° C by sa mali používať zliatiny BB-2 (volfrám-moniobium). Je zaujímavé poznamenať, že v krátkodobých testoch majú zliatiny s obsahom nióbu od 0,5 do 2% pevnosť v ťahu pri 1650 ° C 2 až 2,5 krát vyššiu ako nelegovaný volfrám. Najtrvanlivejšou zliatinou je volfrám s 15% molybdénu. Zliatiny W-Re-Th O 2 majú dobrú opracovateľnosť v porovnaní so zliatinami W-Re; pridanie oxidu tórnatého umožňuje spracovanie ako sústruženie, mletie, vŕtanie.

Zliatina volfrámu s réniom zvyšuje jeho plasticitu, zatiaľ čo pevnostné vlastnosti sa s rastúcou teplotou približne rovnajú. Prídavok jemných oxidov do zliatin volfrámu zvyšuje ich ťažnosť. Tieto aditíva navyše výrazne zlepšujú obrobiteľnosť.

Zliatiny volfrámu s réniom (W - 3% Re; W - 5% Re; W - 25% Re) sa používajú na meranie a reguláciu teplôt až do 2480 ° C vo výrobe ocele a v iných typoch technológií. Použitie zliatin volfrámu a rénia na výrobu antikatód v röntgenových trubiciach sa zvyšuje. Molybdénové antikatódy potiahnuté touto zliatinou pôsobia pod vysokým namáhaním a majú dlhšiu životnosť.

Vysoká citlivosť volfrámových elektród na zmeny koncentrácie vodíkových iónov umožňuje ich použitie na potenciometrickú titráciu. Takéto elektródy sa používajú na ovládanie vody a rôznych roztokov. Majú jednoduchý dizajn a nízky elektrický odpor, čo ich robí sľubnými na použitie ako mikroelektródy pri štúdiu odolnosti voči kyseline blízkej elektródovej vrstvy v elektrochemických procesoch.

Nevýhody volfrámu sú jeho nízka ťažnosť (?<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.

Množstvo dielov pre elektrotechnický priemysel a vložky trysiek motora sú vyrobené z volfrámu impregnovaného meďou alebo striebrom. Interakcia žiaruvzdornej pevnej fázy (volfrámu) s impregnačným kovom (meď alebo striebro) je taká, že vzájomná rozpustnosť kovov prakticky chýba. Kontaktné uhly zvlhčovania volfrámu tekutou meďou a striebrom sú vzhľadom na vysokú povrchovú energiu volfrámu dosť malé a táto skutočnosť zlepšuje prienik striebra alebo medi. Volfrám impregnovaný striebrom alebo meďou sa pôvodne vyrábal dvoma spôsobmi: úplným ponorením volfrámového predvalku do roztaveného kovu alebo čiastočným ponorením zaveseného predvalku volfrámu. Existujú aj spôsoby impregnácie pomocou kvapalného hydrostatického tlaku alebo vákuového odsávania.

Výroba elektrických kontaktov impregnovaných striebrom alebo meďou z volfrámu sa vykonáva nasledovne. Najprv sa za určitých technologických podmienok wolfrámový prášok lisuje a speká. Potom je výsledný obrobok impregnovaný. V závislosti od získanej pórovitosti obrobku sa podiel impregnačného prostriedku mení. Obsah medi v volfráme sa teda môže meniť od 30 do 13%, keď sa špecifický lisovací tlak zmení z 2 na 20 tf / cm2. Technológia získavania impregnovaných materiálov je pomerne jednoduchá, ekonomická a kvalita takýchto kontaktov je vyššia, pretože jedna zo zložiek dodáva materiálu vysokú tvrdosť, odolnosť proti erózii, vysoký bod topenia a druhá zvyšuje jeho elektrickú vodivosť.

Dobré výsledky sa dosahujú pri použití impregnovaného volfrámu meďou alebo striebrom na výrobu vložiek trysiek pre motory na tuhé palivá. Zvýšenie takých vlastností impregnovaného volfrámu, ako je tepelná vodivosť a elektrická vodivosť, koeficient tepelnej rozťažnosti, výrazne zvyšuje trvanlivosť motora. Okrem toho má odparovanie impregnačného kovu z volfrámu počas prevádzky motora pozitívny účinok, znižuje tepelné toky a znižuje erozívny účinok produktov spaľovania.

Volfrámový prášok sa používa na výrobu poréznych materiálov pre časti elektrostatického iónového motora. Použitie volfrámu na tieto účely umožňuje zlepšiť jeho základné vlastnosti.

Tepelné erózne vlastnosti dýz vyrobených z volfrámu, vystužených rozptýlenými oxidmi ZrO2, MgO2, V2O3, HfO 2, sa v porovnaní s tryskami zo spekaného volfrámu zvyšujú. Po vhodnej príprave sa na povrch volfrámu nanášajú galvanické povlaky na zníženie vysokoteplotnej korózie, napríklad niklovanie, ktoré sa vykonáva v elektrolyte obsahujúcom 300 g / l síranu sodného, ​​37,5 g / l kyseliny boritej pri prúde hustota 0,5-11 A / dm 2, teplota 65 ° С a pH = 4.

Wolfram je chemický prvok skupiny 4 s atómovým číslom 74 v periodickej tabuľke Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva, označovaného ako W (Wolframium). Kov objavili a izolovali dvaja španielski chemickí vedci, bratia d'Eluyard, v roku 1783. Samotný názov „Wolframium“ prešiel na prvok z predtým známeho minerálu wolframit, ktorý bol známy už v 16. storočí, vtedy sa mu hovorilo „vlčia pena“ alebo v latinčine „Spuma lupi“, v nemčine táto fráza znie ako „Wolf Rahm“ (volfrám). Názov bol spojený so skutočnosťou, že volfrám, zatiaľ čo sprevádzal cínové rudy, výrazne zasahoval do tavenia cínu, pretože preniesol cín do peny trosky (začali o tomto procese hovoriť: „Cín je zožratý ako vlk a ovca!“). V súčasnej dobe v USA, Francúzsku, Veľkej Británii a niektorých ďalších krajinách sa na označenie volfrámu používa názov „volfrám“ (zo švédskeho tung sten, čo v preklade znamená „ťažký kameň“).

Wolfram je sivý, tvrdý prechodový kov. Hlavnou aplikáciou volfrámu je úloha základu v žiaruvzdorných materiáloch v metalurgii. Volfrám je extrémne žiaruvzdorný; za normálnych podmienok je kov chemicky odolný.

Wolfram sa líši od všetkých ostatných kovov neobvyklou tvrdosťou, ťažkosťou a žiaruvzdornosťou. Ľudia už od staroveku používali výraz „ťažký ako olovo“ alebo „ťažší ako olovo“, „olovené viečka“ atď. Ale správnejšie by bolo použiť v týchto alegóriách slovo „volfrám“. Hustota tohto kovu je takmer dvojnásobok hustoty olova, presnejšie, 1,7 krát. Pri tom všetkom je atómová hmotnosť volfrámu nižšia a má hodnotu 184 oproti 207 pre olovo.

Volfrám je svetlo šedý kov s najvyššími bodmi topenia a varu. Vzhľadom na plasticitu a žiaruvzdornosť volfrámu je možné ho použiť ako vlákna osvetľovacích zariadení, v obrazovkových trubiciach, ako aj v iných vákuových trubiciach.

Je známych dvadsať volfrámových minerálov. Najbežnejšie: minerály scheelitovej skupiny wolframitu, ktoré majú priemyselný význam. Menej častý je sulfid wolframitu, t.j. volframensit (WS2) a zlúčeniny podobné oxidom- fero- a cuprotungstit, wolfram, hydrotungstit. Vady, psilomelany s vysokým obsahom volfrámu sú rozšírené.

V závislosti od podmienok výskytu, morfológie a typu vkladov volfrámu sa pri ich vývoji používajú otvorené, podzemné a kombinované metódy.

V súčasnosti neexistujú žiadne metódy na výrobu volfrámu priamo z koncentrátov. V tomto ohľade sa medziprodukty najskôr izolujú z koncentrátu a potom sa z nich získa kovový volfrám. Oddelenie volfrámu zahŕňa: rozklad koncentrátov, potom prechod kovu na zlúčeniny, z ktorých sa oddelí od zvyšku jeho sprievodných prvkov. Izolácia kyseliny wolfrámovej, t.j. čistá chemická zlúčenina volfrámu, pokračuje následnou výrobou volfrámu v kovovej forme.

Tungsten sa používa na výrobu strojov a zariadení pre kovoobrábací, stavebný a banský priemysel, na výrobu žiaroviek a žiaroviek, v dopravnom a elektronickom priemysle, v chemickom priemysle a ďalších oblastiach.

Nástroj je vyrobený z volfrámovej ocele a je schopný vydržať obrovské rýchlosti najintenzívnejších kovoobrábacích procesov. Rýchlosť rezania takýmto nástrojom sa zvyčajne meria v desiatkach metrov za sekundu.

Volfrám je v prírode pomerne zle distribuovaný. Hmotnostný obsah kovu v zemskej kôre je asi 1,3 - 10 - 4%. Hlavnými minerálmi obsahujúcimi volfrám sú prirodzene sa vyskytujúce volfrámy: scheelit, pôvodne nazývaný volfrám, a wolframit.

Biologické vlastnosti

Biologická úloha volfrámu je nevýznamná. Volfrám je svojimi vlastnosťami veľmi podobný molybdénu, ale na rozdiel od neho nie je volfrám zásadným prvkom. Napriek tejto skutočnosti je volfrám celkom schopný nahradiť molybdén u zvierat a rastlín, u baktérií, zatiaľ čo inhibuje aktivitu enzýmov závislých od Mo, napríklad xantínoxidázy. V dôsledku akumulácie solí volfrámu u zvierat klesá hladina kyseliny močovej a zvyšuje sa hladina hypoxantínu a xantínu. Volfrámový prach, podobne ako ostatné kovové prachy, dráždi dýchací systém.

V priemere asi 0,001-0,015 miligramov volfrámu vstupuje do ľudského tela denne s jedlom. Asimilácia samotného prvku, ako solí volfrámu, v ľudskom gastrointestinálnom trakte je 1-10%, zle rozpustné volfrámové kyseliny - až 20%. Volfrám sa hromadí predovšetkým v kostnom tkanive a obličkách. Kosti obsahujú asi 0,00025 mg / kg a ľudská krv obsahuje asi 0,001 mg / l volfrámu. Kov sa zvyčajne vylučuje prirodzene z tela močom. Ale 75% rádioaktívneho izotopu volfrámu 185 W sa vylučuje stolicou.

Potravinové zdroje volfrámu, ako aj jeho denná potreba, ešte neboli študované. Toxická dávka pre ľudské telo ešte nebola stanovená. K úmrtiu potkanov dochádza o niečo viac ako 30 mg látky. V medicíne sa verí, že volfrám nemá metabolické, karcinogénne a teratogénne účinky na ľudí a zvieratá.

Ukazovateľ elementárneho stavu volfrámu vo vnútri ľudského tela: moč, plná krv. Nie sú k dispozícii žiadne údaje o znížení hladiny volfrámu v krvi.

Zvýšený obsah volfrámu v tele sa najčastejšie vyskytuje u pracovníkov hutníckych závodov zaoberajúcich sa výrobou žiaruvzdorných a žiaruvzdorných materiálov, legovaných ocelí, ako aj u ľudí, ktorí prichádzajú do styku s karbidom volfrámu.

Klinický syndróm „choroba ťažkých kovov“ alebo pneumokonióza môžu byť dôsledkom chronického príjmu volfrámového prachu do tela. Príznaky môžu zahŕňať kašeľ, problémy s dýchaním, vývoj atopickej astmy a zmeny v pľúcach. Vyššie popísané syndrómy zvyčajne ustupujú po dlhšom odpočinku a jednoducho pri absencii priameho kontaktu s vanádom. V najťažších prípadoch s oneskorenou diagnostikou ochorenia sa vyvíja patológia cor pulmonale, emfyzém a pľúcna fibróza.

„Choroby ťažkých kovov“ a predpoklady na ich výskyt sa zvyčajne objavujú v dôsledku expozície viacerým druhom kovov a solí (napríklad kobaltu, volfrámu atď.). Zistilo sa, že kombinovaný účinok volfrámu a kobaltu na ľudské telo zvyšuje škodlivý účinok na pľúcny systém. Kombinácia karbidov volfrámu a kobaltu môže spôsobiť lokálny zápal a kontaktnú dermatitídu.

V súčasnej fáze vývoja medicíny neexistujú účinné metódy zrýchleného metabolizmu alebo eliminácie skupiny kovových zlúčenín, ktoré by mohli vyvolať výskyt „choroby ťažkých kovov“. Preto je také dôležité neustále vykonávať preventívne opatrenia a včas identifikovať ľudí s vysokou citlivosťou na ťažké kovy a vykonávať diagnostiku v počiatočnom štádiu ochorenia. Všetky tieto faktory určujú ďalšie šance na úspech v liečbe patológie. V niektorých prípadoch sa však v prípade potreby používa terapia komplexotvornými látkami a symptomatická liečba.

Viac ako polovica (alebo skôr 58%) všetkého vyrobeného volfrámu sa používa na výrobu karbidu volfrámu a takmer štvrtina (presnejšie 23%) sa používa na výrobu rôznych ocelí a zliatin. Výroba volfrámových „valcovaných výrobkov“ (sem patria vlákna žiaroviek, elektrické kontakty atď.) Predstavuje približne 8% volfrámu spotrebovaného na svete a zvyšných 9% sa používa na získanie katalyzátorov a pigmentov.

Volfrámový drôt, ktorý našiel uplatnenie v elektrických žiarovkách, nedávno získal nový profil: bolo navrhnuté použiť ho ako rezný nástroj pri spracovaní krehkých materiálov.

Vysoká pevnosť a dobrá ťažnosť volfrámu umožňuje vyrábať z neho jedinečné výrobky. Z tohto kovu je možné napríklad vytiahnuť taký tenký drôt, že 100 km tohto drôtu bude mať hmotnosť iba 250 kg.

Roztavený tekutý volfrám môže v tomto stave zostať aj v blízkosti povrchu samotného Slnka, pretože teplota varu kovu je nad 5500 ° C.

Mnoho ľudí vie, že bronz sa skladá z medi, zinku a cínu. Ale takzvaný volfrámový bronz nie je podľa definície nielen bronz, pretože neobsahuje žiadny z vyššie uvedených kovov, nie je to vôbec zliatina, pretože Chýbajú v ňom čisto kovové zlúčeniny a sodík a volfrám sú oxidované.

Získať broskyňové farbivo bolo veľmi ťažké a často vôbec nemožné. Nie je to ani červené, ani ružové, ale nejaký prechodný druh a dokonca so zelenkastým odtieňom. Požičiavanie hovorí, že na získanie tejto farby bolo treba použiť viac ako 8 000 pokusov. V 17. storočí boli broskyňovou farbou ozdobené iba tie najdrahšie porcelánové predmety pre vtedajšieho čínskeho cisára v špeciálnej továrni v provincii Šan -si. Keď však po nejakom čase bolo možné odhaliť tajomstvo vzácnej farby, ukázalo sa, že nie je založená na ničom inom, ako je oxid volfrámu.

Stalo sa to v roku 1911. Do provincie Yunnan prišiel študent z Pekingu, volal sa Li. Zo dňa na deň zmizol v horách a pokúšal sa nájsť nejaký druh kameňa, ako vysvetlil, bol to cínový kameň. Ale neuspel. Majiteľ domu, kde žil študent Li, žil s mladou dcérou menom Xiao-mi. Dievčaťu bolo nešťastného študenta veľmi ľúto a večer mu počas večere rozprávala jednoduché nekomplikované príbehy. Jeden príbeh hovoril o neobvyklej peci, ktorá bola postavená z nejakého druhu tmavých kameňov, ktoré padali priamo z útesu a ležali na dvore ich domu. Tento sporák sa ukázal byť celkom úspešný, a čo je najdôležitejšie, bol trvanlivý; slúžil svojim majiteľom mnoho rokov. Mladý Xiao-mi dokonca predstavil študentovi dokonca jeden taký kameň. Bol to hnedý kameň, ťažký ako olovo. Neskôr sa ukázalo, že tento kameň bol čistý wolframit ...

V roku 1900 pri otvorení Svetovej metalurgickej výstavy v Paríži boli prvýkrát predstavené úplne nové príklady vysokorýchlostnej ocele (zliatina ocele s volfrámom). Doslova bezprostredne potom sa volfrám začal široko používať v hutníckom priemysle všetkých vysoko rozvinutých krajín. Existuje však pomerne zaujímavý fakt: volfrámová oceľ bola prvýkrát vynájdená v Rusku v roku 1865 v závode Motovilikh na Urale.

Začiatkom roku 2010 sa zaujímavý artefakt dostal do rúk permských ufológov. Verí sa, že ide o vrak vesmírnej lode. Analýza fragmentu ukázala, že predmet pozostáva takmer výlučne z čistého volfrámu. Len 0,1% kompozície tvorí vzácne nečistoty. Podľa vedcov sú raketové dýzy vyrobené z čistého volfrámu. Ale zatiaľ nie je možné vysvetliť jednu skutočnosť. Wolfram vo vzduchu rýchlo oxiduje a hrdzavie. Ale z nejakého dôvodu tento kus nekoroduje.

História

Samotné slovo „volfrám“ je nemeckého pôvodu. Predtým nebol volfrám nazývaný samotný kov, ale jeho hlavný minerál, t.j. na wolframit. Niektorí tvrdia, že vtedy bolo slovo používané takmer ako nadávka. Od začiatku 16. do druhej polovice 17. storočia bol volfrám považovaný za minerál cínu. Aj keď naozaj dosť často sprevádza plechové rudy. Ale z rúd, ktoré obsahovali wolframit, sa tavilo oveľa menej cínu. Užitočný cín akoby niekto alebo niečo „zhltlo“. Odtiaľ pochádza názov nového prvku. V nemčine znamená vlk (vlk) vlka a baran (baran) v preklade zo starej nemčiny znamená baran. Títo. výraz „žerie plechovku ako jahňací vlk“ sa stal názvom kovu.

Známy chemický abstraktný časopis z USA alebo referenčné publikácie o všetkých chemických prvkoch od Mellora (Anglicko) a Pascala (Francúzsko) neobsahujú ani zmienku o takom prvku ako volfrám. Ich chemický prvok číslo 74 sa nazýva volfrám. Symbol W, ktorý označuje volfrám, si získal široké uznanie iba v posledných rokoch. Vo Francúzsku a Taliansku bol prvok donedávna označovaný písmenami Tu, t.j. prvé písmená slova volfrám.

Základy tohto zmätku ležia v histórii objavenia prvku. V roku 1783 španielski chemici bratia Éluardovci uviedli, že sa im podarilo objaviť nový chemický prvok. V procese rozkladu saského minerálu „volfrámu“ kyselinou dusičnou sa im podarilo získať „kyslú zeminu“, t.j. žltá zrazenina oxidu neznámeho kovu, ukázalo sa, že je rozpustná v amoniaku. Vo východiskovom materiáli bol tento oxid spolu s oxidmi mangánu a železa. Bratia Eluardovci nazývali tento prvok wolfrám a minerál, z ktorého sa kov ťažil, wolframit.

Bratov Eluardovcov ale nemožno stopercentne nazvať objaviteľmi volfrámu. Samozrejme, boli prví, ktorí o svojom objave informovali v tlači, ale ... V roku 1781, dva roky pred objavom bratov, našiel slávny švédsky chemik Karl Wilhelm Scheele presne rovnakú „žltú zem“ pri spracovaní iného minerálu dusičnanom kyselina. Vedec to pomenoval jednoducho „volfrám“ (v preklade zo švédčiny tung - ťažký, sten - kameň, teda „ťažký kameň“). Karl Wilhelm Scheele zistil, že „žltá zem“ sa svojou farbou, ako aj inými vlastnosťami, líši od analogického molybdénu. Vedec sa tiež dozvedel, že v samotnom mineráli sa viaže na oxid vápenatý. Na počesť Scheeleho bol názov minerálu „volfrám“ zmenený na „sheelit“. Je zaujímavé, že jeden z bratov Eluardovcov bol študentom Scheeleho, v roku 1781 pracoval v učiteľskom laboratóriu. Scheele ani bratia Eluardovci nezačali zdieľať tento objav. Scheele jednoducho neprijal tento objav a bratia Eluardovci netrvali na priorite ich prvenstva.

Mnohí počuli o takzvaných „volfrámových bronzoch“. Na pohľad sú to veľmi krásne kovy. Modrý volfrámový bronz má nasledujúce zloženie Na2O · WO2 · a zlatý - 4WO3Na2O · WO2 · WO3; fialová a purpurovo červená zaujímajú medzipolohu, v nich je pomer WO3 k WO2 menší ako štyri a viac ako jedna. Ako ukazujú vzorce, tieto látky neobsahujú ani cín, ani meď, ani zinok. Nejde o žiadne bronzy a už vôbec nie o zliatiny. nemajú ani kovové zlúčeniny a oxiduje sa tu sodík a volfrám. Takéto „bronzy“ pripomínajú skutočný bronz nielen zvonka, ale aj svojimi vlastnosťami: tvrdosťou, odolnosťou voči chemickým činidlám, vysokou elektrickou vodivosťou.

V dávnych dobách bol broskyňový kvet jedným z najvzácnejších, hovorilo sa, že na jeho získanie bolo potrebných 8 000 pokusov. V 17. storočí boli najdrahšie porcelánové predmety čínskeho cisára namaľované broskyňovou farbou. Ale po odhalení tajomstva tejto farby sa zrazu ukázalo, že jej základom bol oxid volfrámu.

Byť v prírode

Volfrám je v prírode zle distribuovaný, obsah kovu v zemskej kôre je 1,3 · 10 -4% hmotnosti. Volfrám sa nachádza predovšetkým v komplexných oxidovaných zlúčeninách, ktoré sú tvorené oxidom volfrámovým WO3, ako aj v oxidoch železa a vápnika alebo mangánu, niekedy aj medi, olova, tória a rôznych prvkov vzácnych zemín. Najbežnejším minerálom, wolframitom, je tuhý roztok volfrámu, t.j. soli kyseliny wolfrámovej, mangánu a železa (nMnWO 4 mFeWO 4). Roztok je vo forme tvrdých a ťažkých kryštálov čiernej alebo hnedej farby v závislosti od prevahy rôznych zlúčenín v zložení roztoku. Ak je viac zlúčenín mangánu (hübnerit), kryštály budú čierne, ak prevládajú zlúčeniny železa (ferberit), roztok bude hnedý. Wolframit je vysoko vodivý a paramagnetický

Pokiaľ ide o ostatné volfrámové minerály, scheelit má priemyselný význam, t.j. wolfráman vápenatý (vzorec CaWO 4). Minerál vytvára lesklé kryštály svetlo žltej a niekedy takmer bielej farby. Scheelite je úplne nemagnetický, ale má ešte jednu vlastnosť - schopnosť luminiscencie. Po ultrafialovom svetle v tme bude fluoreskovať jasne modrou farbou. Prítomnosť nečistoty molybdénu mení farbu žiary, mení sa na bledomodrú, niekedy na krémovú. Vďaka tejto vlastnosti je možné ľahko odhaliť geologické ložiská minerálu.

Ložiská volfrámovej rudy sú zvyčajne spojené s oblasťou distribúcie žuly. Veľké kryštály scheelitu alebo wolframitu sú veľmi vzácne. Minerály sú zvyčajne jednoducho vložené do žulových hornín. Extrahovať volfrám zo žuly je dosť ťažké, pretože jeho koncentrácia zvyčajne nie je väčšia ako 2%. Celkovo nie je známych viac ako 20 minerálov volfrámu. Medzi nimi možno rozlíšiť stolzit a rasoit, čo sú dve rôzne kryštalické modifikácie olovnatého volfrámu PbWO 4. Ostatné minerály sú produkty rozkladu alebo sekundárne formy bežných minerálov, napríklad scheelit a wolframit (hydrotungstit, čo je hydratovaný oxid volfrámu, vytvorený z wolframitu; volfrámový okr), ruselit, minerál obsahujúci volfrám a oxidy bizmutu. Jediným neoxidovým minerálom volfrámu je volfrám (WS 2), jeho hlavné zásoby sa nachádzajú v USA. Obsah volfrámu je typicky medzi 0,3% a 1,0% WO 3.

Všetky ložiská volfrámu sú hydrotermálneho alebo magmatického pôvodu. Scheelit a wolframit sa pomerne často vyskytujú vo forme žíl, na miestach, kde magma prenikla do trhlín v zemskej kôre. Hlavná časť ložísk volfrámu je sústredená v oblastiach mladých horských pásiem - Álp, Himalájí a tichomorského pásu. Najväčšie ložiská wolframitu a scheelitu sa nachádzajú v Číne, Barme, USA, Rusku (Ural, Transbaikalia a Kaukaz), Portugalsku a Bolívii. Ročná produkcia volfrámových rúd vo svete je približne 5,95 · 104 ton kovu, z toho 49,5 · 104 ton (alebo 83%) sa ťaží v Číne. V Rusku sa ročne vyťaží asi 3 400 ton, v Kanade - 3 000 ton ročne.

Čína zohráva úlohu globálneho lídra vo vývoji volfrámových surovín (ložisko Jianshi tvorí 60 percent čínskej výroby, Hunan - 20 percent, Yunnan - 8 percent, Guandong - 6 percent, Vnútorné Mongolsko a Guanzhi - po 2% , sú aj iní). V Rusku sa najväčšie ložiská volfrámovej rudy nachádzajú v 2 oblastiach: na severnom Kaukaze (Tyrnyauz, Kabardino-Balkaria) a na Ďalekom východe. Závod v Nalčiku spracováva volfrámovú rudu na paratungstát amónny a oxid volfrámu.

Najväčším spotrebiteľom volfrámu je západná Európa (30%). USA a Čína - po 25%, 12% - 13% - Japonsko. V SNŠ sa ročne spotrebuje asi 3000 ton kovu.

Aplikácia

Svet celkovo vyprodukuje asi 30 tisíc ton volfrámu ročne. Volfrámová oceľ a ostatné zliatiny obsahujúce volfrám a jeho karbidy sa používajú na výrobu pancierov tankov, škrupín pre škrupiny a torpéda, najdôležitejších častí lietadiel a spaľovacích motorov.

Volfrám je určite prítomný v zložení najlepších typov nástrojových ocelí. Metalurgia vo všeobecnosti absorbuje asi 95% všetkého vyrobeného volfrámu. Ako je pre metalurgiu typické, nepoužíva sa len čistý volfrám, ale hlavne sa používa volfrám, ktorý je lacnejší - ferolfrám, t.j. zliatina s obsahom volfrámu asi 80% a obsahom železa asi 20%. Vyrába sa v elektrických oblúkových peciach.

Zliatiny volfrámu majú množstvo pozoruhodných vlastností. Zliatina volfrámu, medi a niklu, ako sa nazýva aj „ťažký“ kov, je surovinou na výrobu nádob na skladovanie rádioaktívnych látok. Ochranný účinok takejto zliatiny je o 40% vyšší ako u olova. Táto zliatina sa používa aj v rádioterapii, pretože pri relatívne malej hrúbke obrazovky je poskytnutá dostatočná ochrana.

Zliatina karbidu volfrámu a 16% kobaltu je taká tvrdá, že pri vrtaní vrtov čiastočne nahrádza diamant. Pseudozliatiny volfrámu so striebrom a meďou sú vynikajúcim materiálom pre spínače a spínače v podmienkach vysokého napätia. Tieto výrobky vydržia 6 -krát dlhšie ako konvenčné medené kontakty.

Použitie čistého volfrámu alebo zliatin obsahujúcich volfrám je do značnej miery založené na ich tvrdosti, žiaruvzdornosti a chemickej odolnosti. Volfrám v čistej forme sa široko používa na výrobu vlákien pre elektrické žiarovky a katódové trubice; používa sa na výrobu téglikov na účely odparovania kovov; používa sa v kontaktoch distribútorov zapaľovania automobilov; je používané v terčoch pre röntgenové trubice; Používa sa ako navíjací a vykurovací prvok pre elektrické pece, ako aj ako konštrukčný materiál pre kozmické lode a lietadlá, ktoré pracujú pri vysokých teplotách.

Volfrám je súčasťou zliatin rýchlorezných ocelí (obsah volfrámu 17,5 - 18,5%), stellitov (z kobaltu s prísadami Cr, C, W), hastalloy (nehrdzavejúce ocele na báze Ni), ako aj mnohých ďalších zliatin. Volfrám sa používa ako základ pri výrobe žiaruvzdorných a nástrojových zliatin, konkrétne sa používa ferolfrám (W 68–86%, Mo a železo až 7%), ktorý sa dá ľahko získať priamou redukciou scheelitu alebo koncentrát wolframitu. Volfrám sa používa na výrobu Pobeditu. Je to supertvrdá zliatina obsahujúca 80 - 85% volfrámu, 7 - 14% kobaltu, 5 - 6% uhlíka. Pobedit je jednoducho nenahraditeľný v procese kovoobrábania, ako aj v ropnom a ťažobnom priemysle.

Wolframy horečnaté a vápenaté sú široko používané vo fluorescenčných zariadeniach. Ostatné soli volfrámu sa používajú v činení a chemickom priemysle. Disulfid volfrámu je suché vysokoteplotné mazivo stabilné pri teplotách do 500 ° C. Na výrobu farieb sa používajú volfrámové bronzy a ďalšie zlúčeniny volfrámu. Pomerne málo zlúčenín volfrámu je vynikajúcim katalyzátorom.

Pri výrobe elektrických žiaroviek je volfrám nepostrádateľný, pretože je nielen neobvykle žiaruvzdorný, ale aj celkom plastový. 1 kg volfrámu sa používa ako surovina na výrobu 3,5 km drôtu. Títo. 1 kg volfrámu je možné použiť na výrobu vlákien pre 23 000 60-wattových žiaroviek. Len vďaka tejto vlastnosti spotrebuje elektrotechnický priemysel na celom svete približne sto ton volfrámu ročne.

Výroba

Prvou fázou výroby volfrámu je obohatenie rudy, t.j. oddelenie cenných zložiek od hlavnej rudnej hmoty, odpadovej horniny. Používajú sa rovnaké metódy prospechu ako pre ostatné rudy ťažkých kovov: mletie a flotácia, po ktorých nasleduje magnetická separácia (volfrámové rudy) a oxidačné praženie. Koncentrát získaný touto metódou sa obvykle spaľuje s nadbytkom sódy, čím sa volfrám uvedie do rozpustného stavu, t.j. na wolframit sodný.

Ďalšou metódou získavania tejto látky je lúhovanie. Volfrám sa extrahuje roztokom sódy pri zvýšenej teplote a pod tlakom, nasleduje neutralizácia a vyzrážanie volfrámu vápenatého, t.j. scheelite. Scheelit sa získava, pretože je celkom ľahké z neho extrahovať purifikovaný oxid volfrámu.

CaWO 4 → H2 WO 4 alebo (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

Oxid volfrámu sa tiež získava prostredníctvom chloridov. Na volfrámový koncentrát sa pôsobí plynným chlórom pri zvýšenej teplote. V tomto prípade sa tvoria chloridy volfrámu, ktoré sa sublimáciou ľahko oddelia od ostatných chloridov. Výsledný chlorid je možné použiť na získanie oxidu alebo z neho bezprostredne extrahovať kov.

V nasledujúcom kroku sa oxidy a chloridy premenia na kovový volfrám. Najlepším spôsobom, ako redukovať oxid volfrámu, je použiť vodík. S touto redukciou je kov najčistejší. Redukcia oxidu prebieha v špeciálnej rúrkovej peci, kde sa „čln“ s WO 3 pohybuje niekoľkými teplotnými zónami. Suchý vodík prúdi smerom k „lodi“. K redukcii oxidu dochádza v horúcich (450-600 ° C) a studených zónach (750-1100 ° C). V chladných zónach dochádza k redukcii na WO 2 a potom na kov. Ako čas prechádza horúcou zónou, častice volfrámového prášku menia svoju veľkosť.

Obnova môže prebiehať nielen pod dodávkou vodíka. Často sa používa uhlie. Vzhľadom na tuhé redukčné činidlo je výroba zjednodušená, ale teplota by v tomto prípade mala dosiahnuť 1300 ° C. Samotné uhlie a nečistoty, ktoré vždy obsahuje, vstupujúce do reakcie s volfrámom, tvoria karbidy iných zlúčenín. V dôsledku toho sa kov znečistí. V elektrotechnickom priemysle sa však používa iba vysokokvalitný volfrám. Volfrámu na výrobu najtenšieho drôtu sa vyrába dokonca 0,1% nečistoty železa stane sa oveľa krehkejším.

Oddelenie volfrámu od chloridov je založené na pyrolýze. Volfrám a chlór tvoria niektoré zlúčeniny. Prebytok chlóru umožňuje, aby boli všetky prevedené na WCl6, ktorý sa pri teplote 1600 ° C zase rozkladá na chlór a volfrám. Ak je prítomný vodík, proces začína pri 1 000 ° C.

Takto sa volfrám získava vo forme prášku, ktorý sa potom lisuje pri vysokej teplote v prúde vodíka. Prvá fáza lisovania (zahriatie na asi 1100-1300 ° C) vytvára krehký porézny ingot. Potom lisovanie pokračuje a teplota začína stúpať takmer na teplotu tavenia volfrámu. V takom prostredí kov začína byť pevný a postupne nadobúda svoje vlastnosti a vlastnosti.

V priemere 30% volfrámu vyrobeného v priemysle je volfrám z recyklovaných materiálov. Volfrámový šrot, piliny, hobliny a prášok sa oxidujú a prevádzajú na paratungstát amónny. Šrot z rezných ocelí sa spravidla likviduje v podniku, ktorý vyrába rovnaké ocele. Šrot z elektród, žiaroviek a chemických činidiel sa takmer nikde nerecykluje.

V Ruskej federácii sa výrobky z volfrámu vyrábajú v: Skopinskom hydrometalurgickom závode Metallurg, v závode Vladikavkaz Pobedit, v hydrometalurgickom závode Nalčik, v závode na výrobu tvrdých zliatin Kirovgrad, v Elektrostale, v Elektrometalurgickom závode v Čeľabinsku.

Fyzikálne vlastnosti

Volfrám je svetlo šedý kov. Má najvyššiu teplotu topenia zo všetkých známych prvkov okrem uhlíka. Hodnota tohto indikátora je približne od 3387 do 3422 stupňov Celzia. Volfrám má vynikajúce mechanické vlastnosti pri dosahovaní vysokých teplôt, medzi všetkými kovmi má volfrám najnižšiu hodnotu takého indikátora, ako je koeficient rozťažnosti.

Volfrám je jedným z najťažších kovov s hustotou 19 250 kg / m3. Kov má kubickú mriežku vycentrovanú na telo s parametrom a = 0,31589 nm. Pri teplote 0 stupňov Celzia je elektrická vodivosť volfrámu iba 28% hodnoty rovnakého indikátora pre striebro (striebro - vedie prúd lepšie ako ktorýkoľvek iný kov). Čistý volfrám je veľmi ľahko spracovateľný, ale v čistej forme je vzácny, častejšie má nečistoty z uhlíka a kyslíka, vďaka čomu získava známu tvrdosť. Elektrický odpor kovu pri teplote 20 stupňov Celzia je 5,5 * 10 -4, pri teplote 2700 stupňov Celzia -90,4 * 10 -4.

Wolfram sa líši od všetkých ostatných kovov svojou špeciálnou žiaruvzdornosťou, ťažkosťou a tvrdosťou. Hustota tohto kovu je takmer dvakrát väčšia ako hustota rovnakého olova, alebo skôr 1,7 -krát. Atómová hmotnosť prvku je naopak nižšia a je 184 oproti 207.

Hodnoty modulov ťahu a tlaku wolfrámu sú neobvykle vysoké, obrovský odpor voči tepelnému dotvarovaniu, kov má vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť. Wolfrám má pomerne vysoký koeficient emisie elektrónov, ktorý je možné výrazne zlepšiť fúziou prvku s oxidmi niektorých ďalších kovov.

Farba výsledného volfrámu závisí vo veľkej miere od spôsobu jeho výroby. Tavený volfrám je lesklý sivý kov, ktorý vyzerá veľmi podobne ako platina. Volfrámový prášok môže byť sivý, tmavošedý a dokonca aj čierny: čím sú zrnká prášku menšie, tým bude tmavší.

Volfrám je vysoko odolný: pri izbovej teplote sa vo vzduchu nemení; po dosiahnutí teploty rozpálenia kov začne pomaly oxidovať a uvoľňuje anhydrid kyseliny volfrámovej. Volfrám je takmer nerozpustný v kyselinách sírovej, fluorovodíkovej a chlorovodíkovej. V aqua regia a kyseline dusičnej sa kov oxiduje z povrchu. Volfrám je v zmesi kyseliny fluorovodíkovej a dusičnej a rozpúšťa sa, čím vzniká kyselina volfrámová. Zo všetkých zlúčenín volfrámu sú najpraktickejšími výhodami: anhydrid volfrámu alebo oxid volfrámu, peroxidy všeobecného vzorca ME2WOX, zlúčeniny volfrámu, zlúčeniny s uhlíkom, sírou a halogénmi.

Volfrám, ktorý sa vyskytuje v prírode, pozostáva z 5 stabilných izotopov, ktorých hmotnostné čísla sú 186 184, 183, 182, 181. Najbežnejší izotop s hmotnostným číslom 184, jeho podiel je 30,64%. Z celého relatívneho súboru umelých rádioaktívnych izotopov prvku 74 majú praktický význam iba tri: volfrám-181 (jeho polčas je 145 dní), volfrám-185 (jeho polčas je 74,5 dňa), volfrám-187 ( jeho polčas rozpadu je 23,85 hodiny). Všetky tieto izotopy sa tvoria v jadrových reaktoroch v procese bombardovania izotopov volfrámu neutrónmi z prírodnej zmesi.

Valencia volfrámu má premenlivý charakter - od 2 do 6, najstabilnejší šesťmocný volfrám, trojmocné a dvojmocné zlúčeniny chemického prvku sú nestabilné a nemajú žiadnu praktickú hodnotu. Polomer atómu volfrámu je 0,141 nm.

Clarke z volfrámu zemskej kôry podľa Vinogradova je 0,00013 g / t. Jeho priemerný obsah v zložení hornín, gram / tona: ultrabazický - 0,00001, zásaditý - 0,00007, stredný - 0,00012, kyslý - 0,00019.

Chemické vlastnosti

Na volfrám nepôsobia: aqua regia, kyselina sírová, chlorovodíková, fluorovodíková a dusičná, vodný roztok hydroxidu sodného, ​​ortuť, ortuťové pary, amoniak (do 700 ° C), vzduch a kyslík (do 400 ° C), vodík, voda, chlorovodík (do 600 ° C), oxid uhoľnatý (do 800 ° C), dusík.

Po malom zahriatí sa suchý fluór začne kombinovať s jemne mletým volfrámom. V dôsledku toho vzniká hexafluorid (vzorec WF 6) - je to veľmi zaujímavá látka, ktorá má teplotu topenia 2,5 ° C a teplotu varu 19,5 ° C. Po reakcii s chlórom sa vytvorí podobná zlúčenina, ale reakcia je možná iba pri teplote 600 ° C. WC16, oceľovomodrý kryštál, sa začína topiť pri 275 ° C a variť, keď dosiahne 347 ° C. Volfrám tvorí s jódom a brómom slabo stabilné zlúčeniny: tetra- a dijodid, penta- a dibromid.

Pri vysokých teplotách sa volfrám môže kombinovať so selénom, sírou, dusíkom, bórom, telúrom, kremíkom a uhlíkom. Niektoré z týchto zlúčenín sú prekvapivo tvrdé a majú aj ďalšie vynikajúce vlastnosti.

Zvlášť zaujímavý je karbonyl (vzorec W (CO) 6). Volfrám sa tu kombinuje s oxidom uhoľnatým, a preto nemá valenciu. Volfrámový karbonyl sa vyrába za špeciálnych podmienok, pretože je to extrémne nestabilné. Pri 0 ° C sa oddelí od špeciálneho roztoku vo forme bezfarebných kryštálov, po dosiahnutí 50 ° C karbonylové sublimuje, pri 100 ° C sa úplne rozloží. Vďaka tejto zlúčenine je možné získať husté a tvrdé volfrámové povlaky (z čistého volfrámu). Mnoho zlúčenín volfrámu, ako napríklad samotný volfrám, je veľmi aktívnych. Napríklad oxid volfrámu oxid volfrámu WO 3 má schopnosť polymerizovať. V tomto prípade sa tvoria takzvané heteropolyzlúčeniny (ich molekuly môžu obsahovať viac ako 50 atómov) a izopolyzlúčeniny.

Oxid wolfrámu (VI) WO 3 je kryštalická látka, ktorá má svetlo žltú farbu, po zahriatí sa zmení na oranžovú. Oxid má teplotu topenia 1473 ° C a teplotu varu 1800 ° C. Kyselina volfrámová, ktorá jej zodpovedá, nie je stabilná, v roztoku vody sa vyzráža dihydrát, pričom stráca jednu molekulu vody pri teplote 70 až 100 ° C a druhú molekulu pri teplote 180 až 350 ° C.

Anióny volfrámových kyselín sú náchylné k tvorbe polyzlúčenín. V dôsledku reakcie s koncentrovanými kyselinami sa tvoria zmiešané anhydridy:

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

V dôsledku reakcie oxidu volfrámu a kovového sodíka sa získa nestechiometrický wolframan sodný, ktorý sa nazýva „volfrámový bronz“:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

V procese redukcie oxidu volfrámu vodíkom sa počas separácie získavajú hydratované oxidy so zmiešaným oxidačným stavom, ktoré sa nazývajú „volfrámová modrá“:

WO 3 - n (OH) n, n = 0,5 - 0,1.

WO 3 + Zn + HCl = („modrý“), W205 (OH) (hnedý)

Oxid volfrámu (VI) je medziproduktom vo výrobnom procese volfrámu, ako aj jeho zlúčenín. Je súčasťou jednotlivých keramických pigmentov a komerčne dôležitých hydrogenačných katalyzátorov.

WCl 6 - Vyšší chlorid volfrámu, vytvorený v dôsledku interakcie kovového volfrámu alebo oxidu volfrámu s chlórom, fluórom alebo chloridom uhličitým. Po redukcii chloridu volfrámu na hliník sa vytvorí karbonyl volfrámu spolu s oxidom uhoľnatým:

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