Hustota volfrámu. Vlastnosti a aplikácie volfrámu

Schéma svetovej produkcie volfrámu (v tisícoch ton) v prvej polovici 20. storočia.
Z volfrámovej ocele a iných zliatin obsahujúcich volfrám alebo jeho karbidy, pancier tankov, nábojnice torpéd a nábojnice sa vyrábajú najdôležitejšie časti lietadiel a motorov.

Volfrám je nenahraditeľnou súčasťou najkvalitnejších nástrojových ocelí. Vo všeobecnosti metalurgia absorbuje takmer 95 % všetkého vyťaženého volfrámu. (Je charakteristické, že široko používa nielen čistý volfrám, ale hlavne lacnejší ferowolfrám - zliatinu s obsahom 80% W a cca 20% Fe; získava sa v elektrických oblúkových peciach).

Zliatiny volfrámu majú mnoho pozoruhodných vlastností. Takzvaný ťažký kov (z volfrámu, niklu a medi) sa používa na výrobu nádob, v ktorých sa skladujú rádioaktívne látky. Jeho ochranný účinok je o 40% vyšší ako u olova. Táto zliatina sa využíva aj v rádioterapii, keďže pri relatívne malej hrúbke clony vytvára dostatočnú ochranu.

Zliatina karbidu volfrámu so 16% kobaltu je taká tvrdá, že môže čiastočne nahradiť diamant pri vŕtaní studní.

Pseudozliatiny volfrámu s meďou a striebrom sú vynikajúcim materiálom pre nožové spínače a vysokonapäťové spínače: vydržia šesťkrát dlhšie ako bežné medené kontakty.

O použití volfrámu vo vlasoch elektrických lámp sme hovorili na začiatku článku. Nevyhnutnosť volfrámu v tejto oblasti sa vysvetľuje nielen jeho žiaruvzdornosťou, ale aj ťažnosťou. Z jedného kilogramu volfrámu sa vytiahne drôt dlhý 3,5 km, t.j. tento kilogram stačí na výrobu vlákien pre 23 000 60-wattových žiaroviek. Práve vďaka tejto vlastnosti celosvetový elektrotechnický priemysel spotrebuje len asi 100 ton volfrámu ročne.

V posledných rokoch nadobudli chemické zlúčeniny volfrámu veľký praktický význam. Najmä fosfowolfrámová heteropolykyselina sa používa na výrobu lakov a jasných farieb odolných voči svetlu. Roztok wolframanu sodného Na2WO4 dáva tkaninám ohňovzdornosť a odolnosť voči vode a wolframany kovov alkalických zemín, kadmia a prvkov vzácnych zemín sa používajú pri výrobe laserov a svetelných farieb.

Minulosť a súčasnosť volfrámu dávajú všetky dôvody považovať ho za ťažko pracujúci kov.

Vlastnosti volfrámu

Volfrám- je to kov. Nie je vo vode morí, nie je vo vzduchu a v zemskej kôre je len 0,0055 %. Takéto volfrám, prvok, stojaci na 74. pozícii v . Pre priemysel ho „otvorila“ Svetová výstava vo francúzskej metropole. Stalo sa to v roku 1900. Výstava predstavovala volfrámová oceľ.

Kompozícia bola taká tvrdá, že dokázala prerezať akýkoľvek materiál. zostala „neporaziteľná“ aj pri teplotách tisícok stupňov, preto sa nazývala červená odolná. Výrobcovia z rôznych krajín, ktorí navštívili výstavu, uviedli vývoj do prevádzky. Výroba legovanej ocele nadobudla celosvetový rozmer.

Zaujímavosťou je, že samotný prvok bol objavený už v 18. storočí. V roku 1781 Švéd Scheeler experimentoval s minerálom volfrám. Chemik sa rozhodol dať ho do kyseliny dusičnej. V produktoch rozkladu objavil vedec neznámy sivý kov so striebristým leskom. Minerál, na ktorom sa uskutočnili experimenty, bol neskôr premenovaný na scheelit a nový prvok nazývaný volfrám.

Štúdium jeho vlastností však trvalo veľa času, a preto sa hodná aplikácia pre kov našla oveľa neskôr. Názov bol vybraný okamžite. Slovo volfrám existoval predtým. Španieli to nazvali jedným z minerálov, ktoré sa nachádzajú v ložiskách krajiny.

Zloženie kameňa skutočne obsahovalo prvok č. 74. Vonkajšie je kov porézny, akoby napenený. Takže ďalšie prirovnanie prišlo vhod. V nemčine tungsten doslova znamená „vlčia pena“.

Teplota topenia kovu konkuruje vodíku a je to prvok s najvyššou teplotnou odolnosťou. Preto a nainštalujte index mäknutia volfrámu nemohol sto rokov. Neexistovali žiadne pece schopné zahriať sa až na niekoľko tisíc stupňov.

Keď bol „prínos“ strieborno-šedého prvku „prezretý“, začal sa ťažiť v priemyselnom meradle. Pre výstavu v roku 1900 sa kov extrahoval staromódnym spôsobom s kyselinou dusičnou. Volfrám sa však stále ťaží týmto spôsobom.

Ťažba volfrámu

Najčastejšie sa trioxid najprv získava z rudného odpadu. Spracováva sa pri 700 stupňoch, čím sa získava čistý kov vo forme prachu. Na zmäkčenie častíc sa musí uchýliť len k vodíku. V ňom volfrám je roztavený pri troch tisíckach stupňov Celzia.

Zliatina ide na frézy, frézy na rúry, frézy. na spracovanie kovov s aplikácia volfrámu zlepšiť presnosť výroby dielov. Pri vystavení kovovým povrchom je trenie vysoké, čo znamená, že pracovné povrchy sú veľmi horúce. Rezacie a leštiace stroje bez prvku č. 74 sa dokážu samy roztaviť. Tým je strih nepresný, nedokonalý.

Volfrám sa nielen ťažko taví, ale aj spracováva. V stupnici tvrdosti zaberá kov deviatu pozíciu. Rovnaký počet hrotov má korund, z ktorého strúhanky sa vyrába napríklad nôž. Len diamant je tvrdší. Preto sa s jeho pomocou spracováva volfrám.

Aplikácia volfrámu

„Stálosť“ 74. živlu priťahuje. Výrobky vyrobené zo zliatin so šedo-strieborným kovom sa nedajú poškriabať, ohnúť, zlomiť, pokiaľ samozrejme nie sú zoškrabané po povrchu alebo rovnakými diamantmi.

Volfrámové šperky majú ešte jedno neodškriepiteľné plus. Nevyvolávajú alergické reakcie, na rozdiel od zlata, striebra, platiny a ešte viac ich zliatin s resp. Na šperky sa používa karbid volfrámu, teda jeho kombinácia s uhlíkom.

Je uznávaná ako najtvrdšia zliatina v histórii ľudstva. Jeho leštený povrch dokonale odráža svetlo. Klenotníci to nazývajú "sivé zrkadlo".

Mimochodom, šperky remeselníci obrátili svoju pozornosť na volfrám po tom, čo sa z tejto látky začali v polovici 20. storočia vyrábať jadrá nábojov, nábojnice a pláty na nepriestrelné vesty.

Sťažnosti zákazníkov na krehkosť najvyšších štandardov a strieborných šperkov prinútili klenotníkov zamyslieť sa nad novým prvkom a pokúsiť sa ho uplatniť vo svojom odvetví. Navyše ceny začali kolísať. Alternatívou k žltému kovu sa stal volfrám, ktorý už nie je vnímaný ako investícia.

Byť drahým kovom hodnota volfrámu veľa peňazí. Za kilogram si na veľkoobchodnom trhu pýtajú minimálne 50 dolárov. Svetový priemysel spotrebuje 30 tisíc ton prvku č. 74 ročne. Viac ako 90 % absorbuje hutnícky priemysel.

Iba vyrobené z volfrámu kontajnery na skladovanie jadrového odpadu. Kov neprepúšťa ničivé lúče. Vzácny prvok sa pridáva do zliatin na výrobu chirurgických nástrojov.

Čo sa nevyužije na hutnícke účely, odoberie chemický priemysel. Základom lakov a farieb sú napríklad zlúčeniny volfrámu s fosforom. Nezrútia sa, nevyblednú od slnečných lúčov.

ALE roztok volfrámu sodného odolný proti vlhkosti a ohňu. Je jasné, aké impregnované nepremokavé a ohňovzdorné tkaniny pre obleky potápačov a hasičov.

Vklady volfrámu

V Rusku je niekoľko ložísk volfrámu. Nachádzajú sa v Altaji, na Ďalekom východe, na severnom Kaukaze, na Čukotke a v Burjatsku. Mimo krajiny sa kov ťaží v Austrálii, USA, Bolívii, Portugalsku, Južnej Kórei a Číne.

V Nebeskej ríši dokonca existuje legenda o mladom prieskumníkovi, ktorý prišiel do Číny hľadať cínový kameň. Študent sa usadil v jednom z domov v Pekingu.

Po bezvýslednom hľadaní si chlap rád vypočul príbehy dcéry majiteľa. Jedného večera rozprávala príbeh o tmavých kameňoch, z ktorých bola postavená domáca piecka. Ukázalo sa, že bloky padali z útesu na zadný dvor budovy. Študent teda nenašiel, ale našiel volfrám.

Volfrám. Chemický prvok, symbol W (latinsky Wolframium, anglicky Tungsten, francúzsky Tungstene, nemecky Wolfram, z nemčiny Wolf Rahm - vlčie sliny, pena). Má sériové číslo 74, atómová hmotnosť 183,85, hustota 19,30 g/cm3, bod topenia 3380° C, bod varu 5680 °C.

Volfrám je svetlosivý kov, pri izbovej teplote má vysokú odolnosť proti korózii vo vode a na vzduchu, ako aj v kyselinách a zásadách. Na vzduchu začína mierne oxidovať pri 400-500° C (pri teplote červeného tepla) a pri vyšších teplotách intenzívne oxiduje. Volfrám tvorí dva stabilné oxidy: W03 a W02 . Volfrám neinteraguje s vodíkom prakticky až do samotného topenia a s dusíkom začína reagovať až pri teplotách vyšších 2000° C. S chlórom tvorí volfrám chloridy WCl2, WCl4, WCl5, WCl6. Pevný uhlík a niektoré plyny, ktoré ho obsahujú 1100-1200° C reaguje s volfrámom za vzniku karbidov WC a W2C.

Volfrám sa rozpúšťa v zmesiach fluorovodíkových a kyselina dusičná , sa rozpúšťa aj v roztavených alkáliách za prístupu vzduchu a najmä oxidačných činidiel. Samostatné kyseliny nepôsobia na volfrám.

Volfrám s veľmi vysokou čistotou je ťažný pri izbovej teplote. Pokiaľ ide o pevnosť pri vysokých teplotách, volfrám prevyšuje všetky ostatné kovy. Namechanické vlastnosti volfrám je silne ovplyvnený nečistotami. Obsah malého množstva nečistôt v kove ho robí veľmi krehkým (za studena krehký). Najnegatívnejší vplyv na vlastnosti volfrámu má kyslík, dusík, uhlík, železo, fosfor a kremík.

Volfrám je široko používaný v priemysle rádiových elektrónok, rádiového inžinierstva a elektronického vákua na výrobu vlákien, ohrievačov a obrazoviek pre vysokoteplotné vákuové pece, elektrické kontakty a röntgenové katódy.

V metalurgii sa ocele legujú volfrámom a používajú sa pri výrobe tvrdých zliatin (zvíťazí napríklad cermetová zliatina na báze karbidu volfrámu), v chemickom priemysle sa z nej vyrábajú farby a katalyzátory, v raketovej technike - produkty prevádzkové pri veľmi vysokých teplotách, v jadrovom priemysle - tégliky na skladovanie rádioaktívnych materiálov, as ochranný účinok zliatiny volfrámu, niklu a medi je vyšší ako obsah olova . Zliatiny s kovmi sa získavajú spekaním a nie tlakom, pretože pri teplote topenia volfrámu sa mnohé kovy menia na paru.

Volfrám sa používa aj na nátery: na diely pracujúce pri veľmi vysokých teplotách v redukčných a neutrálnych médiách; na odlievacie formy molybdén používané na výrobu tyčí z vysoko rádioaktívnych kovov; na trecích častiach.

Bežné sú aj zliatiny na báze volfrámu s réniom. Prísada rénia (do 20-25%) znižuje teplotu prechodu volfrámu do krehkého stavu, prudko zvyšuje jeho plasticitu pri normálnej teplote a zlepšuje technologické vlastnosti. Zliatiny sa získavajú práškovou metalurgiou a tavením v elektrických oblúkových vákuových peciach. Z týchto zliatin sú vyrobené termočlánky a elektrické kontakty.

Zliatiny volfrámu s molybdén vhodné na prevádzku pri teplotách nad 3000° C, používajú sa pre trysky prúdových motorov.

Keď sa volfrám zahrieva vyššie 400° C sa na jeho povrchu vytvorí práškový žltý oxid, ktorý sa pri teplotách nad nimi citeľne odparuje 800° C. Preto je možné volfrám použiť ako vysokopevnostný materiál pri vysokých teplotách len vtedy, ak je povrch výrobku spoľahlivo chránený pred účinkami oxidačného prostredia alebo pri práci v neutrálnom prostredí alebo vo vákuu. Pre krátkodobú ochranu volfrámu pred oxidáciou pri 2000-3000° Pri použití keramických smaltovaných povlakov obsahujúcich žiaruvzdorné zlúčeniny ako hlavné plnivo sú to žiaruvzdorné spojivové sklo.

Volfrám dlho nenašiel praktické uplatnenie. A až na konci 19. storočia sa pozoruhodné vlastnosti tohto kovu začali využívať v priemysle. V súčasnosti sa asi 80 percent vyťaženého volfrámu používa vo volfrámových oceliach, asi 15 percent volfrámu sa používa na výrobu tvrdých zliatin. Významnou oblasťou použitia čistého volfrámu a čistých zliatin z neho je elektrotechnický priemysel, kde sa používa pri výrobe vlákien elektrických lámp, na časti rádiových lámp a röntgenových trubíc, elektrických zariadení automobilov a traktorov, elektródy pre kontaktné, atómové vodíkové a argónové oblúkové zváranie, ohrievače pre elektrické pece atď. Zlúčeniny volfrámu našli uplatnenie pri výrobe ohňovzdorných, vodeodolných a zaťažených tkanín, ako katalyzátory v chemickom priemysle.
Hodnotu volfrámu zvyšuje najmä jeho schopnosť vytvárať zliatiny s rôznymi kovmi – železom, niklom, chrómom, kobaltom, molybdénom, ktoré oceľ obsahuje v rôznych množstvách. Volfrám, pridávaný v malých množstvách do ocele, reaguje so škodlivými nečistotami síry, fosforu, arzénu v ňom obsiahnutých a neutralizuje ich negatívny účinok. Výsledkom je, že oceľ s prídavkom volfrámu získava vysokú tvrdosť, žiaruvzdornosť, elasticitu a odolnosť voči kyselinám. Každý pozná vysokú kvalitu čepelí vyrobených z damaškovej ocele, ktorá obsahuje niekoľko percent volfrámových nečistôt. Tiež v. V roku 1882 sa volfrám začal používať pri výrobe striel. Guľová oceľ, pancierové náboje tiež obsahujú volfrám. Oceľ s prísadou volfrámu sa používa na výrobu odolných pružín pre automobily a železničné vagóny, pružín a kritických častí rôznych mechanizmov. Koľajnice vyrobené z volfrámovej ocele odolávajú oveľa vyššiemu zaťaženiu a ich životnosť je oveľa dlhšia ako koľajnice z bežných ocelí. Pozoruhodnou vlastnosťou ocele s prídavkom 918 percent volfrámu je jej schopnosť samotvrdnutia, to znamená, že so zvyšujúcim sa zaťažením a teplotou sa táto oceľ stáva ešte pevnejšou. Táto vlastnosť bola základom pre výrobu celého radu nástrojov z takzvanej „rýchloreznej nástrojovej ocele“. Použitie fréz z neho umožnilo naraz niekoľkokrát zvýšiť rýchlosť spracovania dielov na strojoch na rezanie kovov.
A predsa sú nástroje vyrobené z rýchloreznej ocele 35-krát pomalšie ako nástroje z tvrdej zliatiny. Patria sem zlúčeniny volfrámu s uhlíkom (karbidy) a bóru (boridy). Tieto zliatiny sa tvrdosťou približujú diamantom. Ak je podmienená tvrdosť najtvrdšej zo všetkých diamantových látok vyjadrená 10 bodmi, potom tvrdosť karbidu volfrámu (vocar) je 9,8. Medzi týmito zliatinami je všeobecne známa zliatina uhlíka s volfrámom a prídavkom kobaltu. Samotný Pobedit sa prestal používať, ale tento názov sa zachoval vo vzťahu k celej skupine tvrdých zliatin. V strojárskom priemysle sa zápustky pre kovacie lisy vyrábajú aj z tvrdých zliatin. Opotrebovávajú sa asi tisíckrát pomalšie ako oceľ.
Obzvlášť dôležitou a zaujímavou oblasťou použitia volfrámu je výroba vlákien (vlákna) elektrických žiaroviek. Čistý volfrám sa používa na výrobu vlákien žiaroviek. Svetlo vyžarované horúcim volfrámovým vláknom je blízke dennému svetlu. A množstvo svetla vyžarovaného žiarovkou s volfrámovým vláknom je niekoľkonásobne vyššie ako žiarenie lámp z vlákien vyrobených z iných kovov (okcium, tantal). Emisia svetla (svetelná účinnosť) elektrických žiaroviek s volfrámovým vláknom je 10-krát vyššia ako u predtým používaných žiaroviek s uhlíkovým vláknom. Jas žiary, trvanlivosť, účinnosť pri spotrebe elektrickej energie, nízke náklady na kov a jednoduchosť výroby elektrických lámp s volfrámovým vláknom im poskytli najširšie uplatnenie v osvetlení.
Široké možnosti využitia volfrámu boli objavené vďaka objavu slávneho amerického fyzika Roberta Williamsa Wooda. R. Wood v jednom z experimentov upozornil na skutočnosť, že žiara volfrámového vlákna z koncovej časti katódovej trubice jej konštrukcie pokračuje aj po odpojení elektród od batérie. To na jeho súčasníkov zapôsobilo natoľko, že R. Wooda začali nazývať čarodejníkom. Štúdie ukázali, že okolo zahriateho volfrámového vlákna dochádza k tepelnej disociácii molekúl vodíka, ktoré sa rozpadajú na jednotlivé atómy. Po vypnutí energie sa atómy vodíka rekombinujú do molekúl a pri tom sa uvoľní veľké množstvo tepelnej energie, ktorá postačuje na zahriatie tenkého volfrámového vlákna a jeho rozžiarenie. Na základe tohto efektu bol vyvinutý nový typ zvárania kovov, atómový vodík, ktorý umožnil zvárať rôzne ocele, hliník, meď, mosadz v tenkých plechoch s čistým a rovnomerným švom. Ako elektródy sa používa kovový volfrám. Volfrámové elektródy sa používajú aj pri rozšírenejšom zváraní argónom.
V chemickom priemysle sa z volfrámového drôtu, ktorý je vysoko odolný voči kyselinám a zásadám, vyrábajú rôzne filtračné sitá. Volfrám našiel uplatnenie aj ako katalyzátor s pomocou na zmenu rýchlosti chemických reakcií v technologickom procese. Skupina volfrámových zlúčenín sa používa v priemysle a laboratórnych podmienkach ako činidlá na stanovenie bielkovín a iných organických a anorganických zlúčenín.
Volfrámové zlúčeniny sa používajú aj v polygrafickom priemysle ako farby (šafran, volfrámová modrá, volfrámová žltá). Pyrotechnici pridávajú do horľavých zmesí volfrámové zlúčeniny a získavajú viacfarebné požiare rakiet a ohňostrojov. Svetlá tlač využíva papier upravený wolframitom sodným. V textilnom priemysle sa na leptanie látok pri farbení používa soľ kyseliny wolfrámovej s wolfrámom sodným. Takéto tkaniny sú nepremokavé a nebojí sa ohňa. Drevo sa tiež stáva ohňovzdorným, ak je ošetrené touto látkou.

Ditellurid volfrámu WTe 2 sa používa na premenu tepelnej energie na elektrickú energiu (termo-EMF asi 57 μV/K).

Koeficient tepelnej rozťažnosti volfrámu je blízky koeficientu kremíka, preto sa kremíkové kryštály výkonných tranzistorov pripájajú na volfrámové substráty, aby sa predišlo praskaniu týchto kryštálov pri zahrievaní.
Dokonca aj neúplný zoznam použitia volfrámu a jeho zlúčenín v priemysle dáva predstavu o vysokej hodnote tohto prvku. Teraz je ťažké si predstaviť, ako by sa niekto z nás dokázal zaobísť aj v bežnom živote bez volfrámu. A samozrejme, možnosti jeho využitia sa budú ešte odkrývať.
Takmer celý svetový priemysel volfrámu bol počas prvej svetovej vojny sústredený v Nemecku. Ale suroviny na to, volfrámové koncentráty, boli dodávané z iných krajín. Preto, izolovaní od dodávateľov surovín, boli Nemci nútení spracovávať trosku nahromadenú v blízkosti cínových hút (nezabudnite na „vlčia penu“!) A dostávať od nich asi 100 ton volfrámu ročne.
Potreby vojenského priemyslu po volfráme zároveň spôsobili v mnohých krajinách „volfrámovú horúčku“. V Rusku sa dodávateľmi volfrámových rúd stali Ural a Transbaikalia. V snahe zarobiť na „volfrámovej horúčke“ podnikatelia v skutočnosti nebrali do úvahy záujmy štátu. Preto sa priemyselník Tolmachev, ktorý vlastnil transbajkalské ložiská Bukuka a Olandu, rozhodol prenajať ich švédskej spoločnosti. A tomu zabránil len včasný zásah Geologického výboru. Vo vojnových podmienkach boli bane od tohto podnikateľa zrekvirované.

Umelý rádionuklid 185 W sa používa ako rádioaktívna značka pri štúdiu hmoty. Stabilný 184 W sa používa ako zložka zliatin uránu-235 používaných v motoroch jadrových rakiet na pevnej fáze, pretože je to jediný bežný izotop volfrámu, ktorý má nízky prierez zachytávania tepelných neutrónov (asi 2 stodoly).

Pred vypuknutím prvej svetovej vojny v roku 1913 sa na celom svete vyrobilo 8 123 ton volfrámového koncentrátu (obsahujúceho 60 percent oxidu wolfrámového). Pred druhou svetovou vojnou jeho produkcia rapídne vzrástla a v roku 1940 predstavovala 44 013 ton (bez Sovietskeho zväzu). Podľa amerického Bureau of Mines bola v roku 1972 svetová produkcia volfrámu asi 38 400 ton.

Zliatiny volfrámu majú mnoho pozoruhodných vlastností. Takzvaný ťažký kov (z volfrámu, niklu a medi) sa používa na výrobu nádob, v ktorých sa skladujú rádioaktívne látky. Jeho ochranný účinok je o 40% vyšší ako u olova. Táto zliatina sa využíva aj v rádioterapii, keďže pri relatívne malej hrúbke clony vytvára dostatočnú ochranu.

Zliatina karbidu volfrámu so 16% kobaltu je taká tvrdá, že môže čiastočne nahradiť diamant pri vŕtaní studní.

Pseudozliatiny volfrámu s meďou a striebrom sú vynikajúcim materiálom pre nožové spínače a vysokonapäťové spínače: vydržia šesťkrát dlhšie ako bežné medené kontakty.

O použití volfrámu vo vlasoch elektrických lámp sme hovorili na začiatku článku. Nevyhnutnosť volfrámu v tejto oblasti sa vysvetľuje nielen jeho žiaruvzdornosťou, ale aj ťažnosťou. Z jedného kilogramu volfrámu sa vytiahne drôt dlhý 3,5 km, t.j. tento kilogram stačí na výrobu vlákien pre 23 000 60-wattových žiaroviek. Práve vďaka tejto vlastnosti celosvetový elektrotechnický priemysel spotrebuje len asi 100 ton volfrámu ročne.

V posledných rokoch nadobudli chemické zlúčeniny volfrámu veľký praktický význam. Najmä fosfowolfrámová heteropolykyselina sa používa na výrobu lakov a jasných farieb odolných voči svetlu. Roztok wolfrámanu sodného Na2W04 dáva tkaninám ohňovzdornosť a odolnosť voči vode a wolfrámany kovov alkalických zemín, kadmia a prvkov vzácnych zemín sa používajú pri výrobe laserov a svetelných farieb.

Ešte v 16. storočí bol známy minerál wolframit, ktorý v preklade z nemčiny ( Wolf Rahm) znamená „vlčí krém“. Minerál dostal toto meno v súvislosti so svojimi vlastnosťami. Faktom je, že volfrám, ktorý sprevádzal cínové rudy, ho pri tavení cínu jednoducho premenil na penu trosky, a preto sa hovorilo: „zožiera cín, ako vlk žerie ovcu“. Po čase práve od wolframitu zdedil názov volfrám 74. chemický prvok periodickej sústavy.

Vlastnosti volfrámu

Volfrám je svetlosivý prechodový kov. Má vonkajšiu podobnosť s oceľou. V súvislosti s vlastníctvom pomerne jedinečných vlastností je tento prvok veľmi cenným a vzácnym materiálom, ktorého čistá forma v prírode chýba. Wolfram má:

• dostatočne vysoká hustota, ktorá sa rovná 19,3 g / cm3;
• vysoká teplota topenia, zložka 3422 0 С;
• dostatočný elektrický odpor - 5,5 μOhm * cm;
• normálny koeficient parametra lineárnej expanzie rovný 4,32;
• najvyššia teplota varu medzi všetkými kovmi, rovná 5555 0 С;
• nízka rýchlosť odparovania aj napriek teplotám vyšším ako 200 0 С;
• relatívne nízka elektrická vodivosť. To však nebráni tomu, aby bol volfrám dobrým vodičom.

To všetko robí z volfrámu veľmi odolný kov, ktorý nie je náchylný na mechanické poškodenie. Prítomnosť takýchto jedinečných vlastností však nevylučuje prítomnosť nevýhod, ktoré má aj volfrám. Tie obsahujú:

• vysoká krehkosť pri vystavení veľmi nízkym teplotám;
• vysoká hustota, ktorá komplikuje proces jeho spracovania;
• nízka odolnosť voči kyselinám pri nízkych teplotách.

Získanie volfrámu

Volfrám sa spolu s molybdénom, rubídiom a radom ďalších látok zaraďuje do skupiny vzácnych kovov, ktoré sa vyznačujú veľmi malým rozšírením v prírode. V tomto smere sa nedá ťažiť tradičným spôsobom, ako mnohé minerály. Priemyselná výroba volfrámu teda pozostáva z nasledujúcich krokov:

• ťažba rudy, ktorá obsahuje určitý podiel volfrámu;
• organizácia vhodných podmienok, v ktorých je možné oddeliť kov od spracovávanej hmoty;
• koncentrácia látky vo forme roztoku alebo zrazeniny;
• čistenie chemickej zlúčeniny, ktorá je výsledkom predchádzajúceho kroku;
• izolácia čistého volfrámu.

Čistá látka z vyťaženej rudy s obsahom volfrámu sa teda dá izolovať niekoľkými spôsobmi.

1. V dôsledku obohacovania volfrámovej rudy gravitáciou, flotáciou, magnetickou alebo elektrickou separáciou. V tomto procese sa vytvorí volfrámový koncentrát, 55 až 65 % pozostávajúci z anhydridu (trioxidu) volfrámu W03. V koncentrátoch tohto kovu sa sleduje obsah nečistôt, ktorými môže byť fosfor, síra, arzén, cín, meď, antimón a bizmut.
2. Ako je známe, oxid wolfrámový WO 3 je hlavným materiálom na oddeľovanie kovového volfrámu alebo karbidu volfrámu. K získaniu WO 3-- dochádza v dôsledku rozkladu koncentrátov, vylúhovania zliatiny alebo spekania atď. V tomto prípade sa na výstupe vytvorí materiál pozostávajúci z 99,9 % WO 3.
3. Z anhydridu volfrámu WO 3 . Práve redukciou tejto látky vodíkom alebo uhlíkom sa získa volfrámový prášok. Aplikácie druhej zložky na redukčnú reakciu sa používajú menej často. Je to spôsobené nasýtením WO 3 karbidmi počas reakcie, v dôsledku čoho kov stráca svoju pevnosť a je ťažšie spracovateľný. Volfrámový prášok sa získava špeciálnymi metódami, vďaka ktorým je možné kontrolovať jeho chemické zloženie, veľkosť a tvar zŕn, ako aj distribúciu veľkosti častíc. Frakcia častíc prášku sa teda môže zvýšiť rýchlym zvýšením teploty alebo nízkou rýchlosťou prívodu vodíka.
4. Výroba kompaktného volfrámu, ktorý má formu prútov alebo ingotov a je polotovarom pre ďalšiu výrobu polotovarov - drôtov, prútov, pásov a pod.

Posledná uvedená metóda zase zahŕňa dve možné možnosti. Jedna z nich súvisí s metódami práškovej metalurgie a druhá s tavením v elektrických oblúkových peciach s tavnou elektródou.

Metóda práškovej metalurgie

Vzhľadom na to, že vďaka tejto metóde je možné rovnomernejšie rozložiť prísady, ktoré dávajú volfrámu jeho špeciálne vlastnosti, je obľúbenejšia.

Zahŕňa niekoľko fáz:

1. Kovový prášok sa lisuje do tyčí;
2. Polotovary sa spekajú pri nízkych teplotách (tzv. predspekanie);
3. Zváracie obrobky;
4. Získavanie polotovarov spracovaním polotovarov. Realizácia tejto etapy sa vykonáva kovaním alebo opracovaním (brúsenie, leštenie). Je potrebné poznamenať, že mechanické spracovanie volfrámu je možné iba pod vplyvom vysokých teplôt, inak ho nemožno spracovať.

Súčasne musí byť prášok dobre prečistený s maximálnym povoleným percentom nečistôt do 0,05%.

Táto metóda umožňuje získať volfrámové tyče so štvorcovým prierezom od 8x8 do 40x40 mm a dĺžkou 280-650 mm. Treba poznamenať, že pri izbovej teplote sú dosť silné, ale majú zvýšenú krehkosť.

Poistka

Táto metóda sa používa, ak je potrebné získať volfrámové polotovary dostatočne veľkých rozmerov - od 200 kg do 3000 kg. Takéto polotovary sú spravidla potrebné na valcovanie, ťahanie rúr a výrobu výrobkov odlievaním. Na tavenie je potrebné vytvoriť špeciálne podmienky - vákuum alebo riedenú atmosféru vodíka. Na výstupe sa vytvárajú volfrámové ingoty, ktoré majú hrubozrnnú štruktúru, ako aj vysokú krehkosť v dôsledku prítomnosti veľkého množstva nečistôt. Obsah nečistôt je možné znížiť predtavením volfrámu v peci s elektrónovým lúčom. Štruktúra však zostáva nezmenená. V tejto súvislosti, aby sa zmenšila veľkosť zrna, sa ingoty ďalej tavia, ale už v elektrickej oblúkovej peci. Súčasne sa do ingotov počas procesu tavenia pridávajú legujúce látky, ktoré dodávajú volfrámu špeciálne vlastnosti.

Na získanie volfrámových ingotov s jemnozrnnou štruktúrou sa používa oblúkové tavenie lebky s liatím kovu do formy.

Spôsob získania kovu určuje prítomnosť prísad a nečistôt v ňom. Dnes sa teda vyrába niekoľko druhov volfrámu.

Volfrámové triedy

1. HF - čistý volfrám, v ktorom nie sú žiadne prísady;
2. VA - kov obsahujúci hliníkové a kremíkové alkalické prísady, ktoré mu dodávajú ďalšie vlastnosti;
3. VM - kov obsahujúci tórium a kremíkové alkalické prísady;
4. VT - volfrám, ktorý obsahuje ako prísadu oxid tória, čo výrazne zvyšuje emisné vlastnosti kovu;
5. VI - oxid ytria obsahujúci kov;
6. VL - volfrám s oxidom lantanitým, ktorý tiež zvyšuje emisné vlastnosti;
7. VR - zliatina rénia a volfrámu;
8. BPH - v kove nie sú žiadne prísady, môžu však byť prítomné nečistoty vo veľkých objemoch;
9. MW je zliatina volfrámu s molybdénom, ktorá výrazne zvyšuje pevnosť po žíhaní pri zachovaní ťažnosti.

Kde sa používa volfrám?

Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam sa prvok 74 stal nepostrádateľným v mnohých priemyselných odvetviach.

1. Hlavná aplikácia volfrámu je ako základ pre výrobu žiaruvzdorných materiálov v metalurgii.
2. S povinnou účasťou volfrámu sa vyrábajú žeraviace vlákna, ktoré sú hlavným prvkom osvetľovacích zariadení, kineskopov, ako aj iných vákuových trubíc.
3. Tento kov je tiež základom na výrobu ťažkých zliatin používaných ako protizávažia, jadrá podkalibrových a šípových pernatých delostreleckých nábojov.
4. Volfrám je elektróda pri zváraní argónom;
5. Jeho zliatiny sú vysoko odolné voči rôznym teplotám, kyslému prostrediu, ako aj tvrdosti a oderuvzdornosti, a preto sa používajú pri výrobe chirurgických nástrojov, pancierovania tankov, torpédových a projektilových nábojov, častí lietadiel a motorov, ako aj kontajnerov na skladovanie jadrové zbrane, odpad;
6. Vákuové odporové pece, v ktorých teplota dosahuje extrémne vysoké hodnoty, sú vybavené vykurovacími prvkami tiež vyrobenými z volfrámu;
7. Použitie volfrámu je populárne na poskytovanie ochrany pred ionizujúcim žiarením.
8. Zlúčeniny volfrámu sa používajú ako legujúce prvky, vysokoteplotné mazivá, katalyzátory, pigmenty a tiež na premenu tepelnej energie na elektrickú energiu (ditellurid volfrámu).