Volframs ir smagais metāls. Izgatavošanai izmanto volframa karbīdu

Volframs ir ķīmisks elements periodiskā tabula Mendeļejevs, kas pieder VI grupai. Dabā volframs sastopams kā piecu izotopu maisījums. Savā parastajā formā un ar normāli apstākļi viņš pārstāv cietais metāls sudrabpelēka krāsa. Tas ir arī ugunsizturīgākais no visiem metāliem.

Volframa pamatīpašības

Volframs ir metāls ar ievērojamām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Gandrīz visās nozarēs moderna ražošana Tiek izmantots volframs. Tās formulu parasti izsaka metāla oksīda apzīmējuma formā - WO 3. Volframs tiek uzskatīts par ugunsizturīgāko metālu. Tiek pieņemts, ka tikai seborgijs var būt vēl ugunsizturīgāks. Bet to vēl nevar droši apgalvot, jo seaborgium ir ļoti īss mūžs.

Šim metālam ir īpašas fiziskās un ķīmiskās īpašības. Volframa blīvums ir 19300 kg/m3, tā kušanas temperatūra ir 3410 °C. Pēc šī parametra tas ieņem otro vietu aiz oglekļa – grafīta vai dimanta. Dabā volframs sastopams piecu stabilu izotopu veidā. To masas skaitļi svārstās no 180 līdz 186. Volframa valence ir 6, un savienojumos tā var būt 0, 2, 3, 4 un 5. Metālam ir arī diezgan augsts siltumvadītspējas līmenis. Volframam šis rādītājs ir 163 W/(m*deg). Pēc šīs īpašības tas pārsniedz pat tādus savienojumus kā alumīnija sakausējumi. Volframa masu nosaka tā blīvums, kas ir 19 kg/m 3. Volframa oksidācijas pakāpe svārstās no +2 līdz +6. Augstākā oksidācijas pakāpē metālam ir skābes īpašības, un zemākos stāvokļos tam ir bāzes īpašības.

Šajā gadījumā zemāko volframa savienojumu sakausējumi tiek uzskatīti par nestabiliem. Visizturīgākie ir savienojumi ar +6 grādu. Tiem piemīt arī metāla raksturīgākās ķīmiskās īpašības. Volframam piemīt īpašība viegli veidot kompleksus. Bet volframa metāls parasti ir ļoti izturīgs. Tas sāk mijiedarboties ar skābekli tikai +400 °C temperatūrā. Volframa kristāla režģis ir uz ķermeni centrēta kubiskā tipa.

Mijiedarbība ar citām ķīmiskām vielām

Ja volframu sajauc ar sausu fluoru, jūs varat iegūt savienojumu, ko sauc par heksafluorīdu, kas kūst 2,5 ° C temperatūrā un vārās 19,5 ° C temperatūrā. Līdzīgu vielu iegūst, apvienojot volframu ar hloru. Bet šādai reakcijai nepieciešama diezgan augsta temperatūra - apmēram 600 °C. Tomēr viela viegli pretojas ūdens postošajai iedarbībai un praktiski nav pakļauta aukstuma izmaiņām. Volframs ir metāls, kas bez skābekļa nešķīst sārmos. Tomēr tas viegli šķīst HNO 3 un HF maisījumā. Nozīmīgākie volframa ķīmiskie savienojumi ir tā trioksīds WO 3, H 2 WO 4 - volframa skābe, kā arī tā atvasinājumi - volframa sāļi.

Mēs varam aplūkot dažas volframa ķīmiskās īpašības ar reakcijas vienādojumiem. Piemēram, formula WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. Tajā metāla volframs tiek reducēts no oksīda, un izpaužas tā spēja mijiedarboties ar ūdeņradi. Šis vienādojums atspoguļo volframa iegūšanas procesu no tā trioksīda. Sekojošā formula apzīmē tādu īpašību kā volframa praktisko nešķīstību skābēs: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Viena no ievērojamākajām vielām, kas satur volframu, ir karbonilgrupa. Tas ražo blīvus un īpaši plānus tīra volframa pārklājumus.

Atklājumu vēsture

Volframs ir metāls, kas savu nosaukumu ieguvis no latīņu valodas. Tulkojumā šis vārds nozīmē “vilku putas”. Šis neparasts vārds parādījās metāla uzvedības dēļ. Kopā ar iegūto alvas rūdu volframs traucēja alvas izdalīšanos. Tā dēļ kausēšanas procesā radās tikai izdedži. Par šo metālu tika teikts, ka tas "ēd alvu kā vilks aitu". Daudzi cilvēki brīnās, kurš atklāja ķīmisko elementu volframu?

Šis zinātniskais atklājums Divās vietās vienlaikus veica dažādi zinātnieki, neatkarīgi viens no otra. 1781. gadā zviedru ķīmiķis Šēle ieguva tā saukto “smago akmeni”, veicot eksperimentus ar slāpekļskābi un šelītu. 1783. gadā brāļi ķīmiķi no Spānijas vārdā Eluards arī ziņoja par jauna elementa atklāšanu. Precīzāk, viņi atklāja volframa oksīdu, kas izšķīdināja amonjakā.

Sakausējumi ar citiem metāliem

Pašlaik tiek izdalīti vienfāzes un daudzfāžu volframa sakausējumi. Tie satur vienu vai vairākus svešus elementus. Slavenākais savienojums ir volframa un molibdēna sakausējums. Molibdēna pievienošana piešķir volframam tā stiepes izturību. Vienfāzes sakausējumu kategorijā ietilpst arī volframa savienojumi ar titānu, hafniju un cirkoniju. Rēnijs piešķir volframam vislielāko elastību. Tomēr praktiski šāda sakausējuma izmantošana ir diezgan darbietilpīgs process, jo rēniju ir ļoti grūti iegūt.

Tā kā volframs ir viens no ugunsizturīgākajiem materiāliem, volframa sakausējumu ražošana nav viegls uzdevums. Kad šis metāls tikai sāk vārīties, citi jau pārvēršas šķidrā vai gāzes stāvoklī. Bet mūsdienu zinātnieki zina, kā ražot sakausējumus, izmantojot elektrolīzes procesu. Sakausējumi, kas satur volframu, niķeli un kobaltu, tiek izmantoti, lai uzklātu aizsargkārtu trausliem materiāliem.

Mūsdienu metalurģijas rūpniecībā sakausējumus ražo arī, izmantojot volframa pulveri. Lai to izveidotu, ir nepieciešami īpaši apstākļi, tostarp vakuuma vides izveide. Sakarā ar dažām volframa mijiedarbības iezīmēm ar citiem elementiem metalurgi dod priekšroku sakausējumu veidošanai nevis ar divfāžu īpašībām, bet gan ar 3, 4 vai vairāk komponentu izmantošanu. Šie sakausējumi ir īpaši spēcīgi, bet ar stingru formulu ievērošanu. Pie mazākajām procentuālo sastāvdaļu novirzēm sakausējums var kļūt trausls un nelietojams.

Volframs ir elements, ko izmanto tehnoloģijā

No šī metāla ir izgatavoti parasto spuldžu kvēldiegas. Kā arī caurules rentgena aparātiem, vakuuma krāšņu sastāvdaļas, kas jāizmanto ārkārtīgi augstā temperatūrā. Tēraudam, kas satur volframu, ir ļoti augsts stiprības līmenis. Šādus sakausējumus izmanto instrumentu izgatavošanai visdažādākajās jomās: urbumu urbšanā, medicīnā un mašīnbūvē.

Galvenā tērauda un volframa savienošanas priekšrocība ir nodilumizturība un bojājumu iespējamība. Slavenāko volframa sakausējumu būvniecībā sauc par “win”. Šis elements tiek plaši izmantots arī ķīmiskā rūpniecība. Ar tā pievienošanu tiek radītas krāsas un pigmenti. Šajā jomā īpaši plaši izmanto volframa oksīdu 6. To izmanto volframa karbīdu un halogenīdu ražošanai. Vēl viens šīs vielas nosaukums ir volframa trioksīds. 6 izmanto kā dzelteno pigmentu keramikas un stikla krāsās.

Kas ir smagie sakausējumi?

Visus volframa sakausējumus, kuriem ir augsts blīvums, sauc par smagajiem. Tos iegūst tikai ar pulvermetalurģijas metodēm. Volframs vienmēr ir smago sakausējumu pamats, kur tā saturs var būt līdz 98%. Papildus šim metālam smagajiem sakausējumiem pievieno niķeli, varu un dzelzi. Tomēr tie var ietvert arī hromu, sudrabu, kobaltu un molibdēnu. Populārākie sakausējumi ir VMF (volframs – niķelis – dzelzs) un VNM (volframs – niķelis – varš). Šādu sakausējumu augstais blīvuma līmenis ļauj tiem absorbēt bīstamu gamma starojumu. No tiem izgatavoti riteņu spararati, elektriskie kontakti un žiroskopu rotori.

Volframa karbīds

Apmēram puse no visa volframa tiek izmantota stipru metālu ražošanai, jo īpaši volframa karbīdam, kura kušanas temperatūra ir 2770 C. Volframa karbīds ir ķīmisks savienojums, kas satur vienādu skaitu oglekļa un volframa atomu. Šim sakausējumam ir īpašas ķīmiskās īpašības. Volframs tai piešķir tādu spēku, ka tas ir divreiz stiprāks par tēraudu.

Volframa karbīds tiek plaši izmantots rūpniecībā. No tā tiek izgatavoti griešanas priekšmeti, kuriem jābūt ļoti izturīgiem pret augstu temperatūru un nodilumu. Izgatavots arī no šī elementa:

Lidmašīnu daļas, automašīnu dzinēji.
Kosmosa kuģu daļas.
Medicīnas ķirurģiskie instrumenti, ko izmanto vēdera dobuma ķirurģijas jomā. Šādi instrumenti ir dārgāki nekā parastais medicīniskais tērauds, taču tie ir produktīvāki.
Rotaslietas, īpaši laulības gredzeni. Šāda volframa popularitāte ir saistīta ar tā spēku, kas precēties simbolizē attiecību spēku, kā arī izskats. Volframa īpašības pulētā veidā ir tādas, ka tas ļoti ilgu laiku saglabā spoguļam līdzīgu, spīdīgu izskatu.
Bumbiņas priekš lodīšu pildspalvas luksusa klase.

Uzvarēs - volframa sakausējums

Aptuveni 20. gadu otrajā pusē daudzas valstis sāka ražot sakausējumus griezējinstrumenti, kas iegūti no volframa karbīdiem un metāla kobalta. Vācijā šādu sakausējumu sauca par Vidia, štatos - par karbolu. Padomju Savienībā šādu sakausējumu sauca par “win”. Šie sakausējumi ir izrādījušies lieliski piemēroti čuguna izstrādājumu apstrādei. Pobedit ir metālkeramikas sakausējums ar ārkārtīgi augstu stiprības līmeni. Tas ir izgatavots plākšņu veidā dažādas formas un izmēriem.

Pobedita izgatavošanas process ir šāds: tiek ņemts volframa karbīda pulveris, smalks niķelis vai kobalta pulveris, un viss tiek sajaukts un presēts īpašās formās. Šādā veidā nospiestās plāksnes tiek pakļautas tālākai iedarbībai termiskā apstrāde. Tādējādi tiek iegūts ļoti ciets sakausējums. Šos ieliktņus izmanto ne tikai čuguna griešanai, bet arī urbšanas instrumentu izgatavošanai. Pobedite plāksnes tiek pielodētas uz urbšanas iekārtām, izmantojot varu.

Volframa izplatība dabā

Šis metāls vidē ir ļoti reti sastopams. Pēc visiem elementiem tas ieņem 57. vietu un ir atrodams klarkas volframa formā. Metāls veido arī minerālus – šelītu un volframītu. Volframs migrē gruntsūdeņos vai nu kā savs jons, vai dažādu savienojumu veidā. Bet tā lielākā koncentrācija ir iekšā gruntsūdeņi niecīgs. Tas ir simtdaļās mg/l un praktiski nemaina to ķīmiskās īpašības. Volframs var iekļūt arī dabiskajās ūdenstilpēs no rūpnīcu un rūpnīcu notekūdeņiem.

Ietekme uz cilvēka ķermeni

Volframs praktiski neietilpst organismā ar ūdeni vai pārtiku. Darba laikā var būt risks ieelpot volframa daļiņas gaisā. Tomēr, neskatoties uz to, ka volframs pieder smago metālu kategorijai, tas nav toksisks. Saindēšanās ar volframu notiek tikai starp tiem, kas saistīti ar volframa ražošanu. Tajā pašā laikā metāla ietekmes pakāpe uz ķermeni atšķiras. Piemēram, volframa pulveris, volframa karbīds un viela, piemēram, volframa anhidrīts, var izraisīt plaušu bojājumus. Tās galvenie simptomi ir vispārējs savārgums un drudzis. Smagāki simptomi rodas saindēšanās gadījumā ar volframa sakausējumiem. Tas notiek, ieelpojot sakausējuma putekļus un izraisa bronhītu un pneimosklerozi.

Volframa metāla nokļūšana iekšā cilvēka ķermenis, neuzsūcas zarnās un pamazām izdalās. Volframa savienojumi, kas ir klasificēti kā šķīstoši, var radīt lielas briesmas. Tie tiek nogulsnēti liesā, kaulos un ādā. Ilgstoši saskaroties ar volframa savienojumiem, var rasties tādi simptomi kā trausli nagi, ādas lobīšanās un dažāda veida dermatīts.

Volframa rezerves dažādās valstīs

Lielākie volframa resursi ir Krievijā, Kanādā un Ķīnā. Pēc zinātnieku prognozēm, aptuveni 943 tūkstoši tonnu šī metāla atrodas iekšzemes teritorijās. Ja ticam šīm aplēsēm, tad lielākā daļa rezervju atrodas Dienvidsibīrijā un Tālie Austrumi. Izpētīto resursu īpatsvars ir ļoti neliels – tas ir tikai aptuveni 7%.

Izpētīto volframa atradņu skaita ziņā Krievija ir otrajā vietā aiz Ķīnas. Lielākā daļa no tām atrodas Kabardas-Balkārijas un Burjatijas reģionos. Bet šajās atradnēs tiek iegūts nevis tīrs volframs, bet gan tā rūdas, kurās ir arī molibdēns, zelts, bismuts, telūrs, skandijs un citas vielas. Divas trešdaļas no izpētītajiem avotiem iegūtā volframa tilpuma atrodas grūti apstrādājamās rūdās, kur galvenais volframu saturošais minerāls ir šeelīts. Viegli apstrādājamo rūdu daļa veido tikai trešo daļu no visas produkcijas. Krievijā iegūtā volframa īpašības ir zemākas nekā ārzemēs. Rūdas satur lielu daudzumu volframa trioksīda. Krievijā ir ļoti maz placer metāla nogulsnes. Arī volframa smiltis ir zemas kvalitātes, ar liels skaits oksīdi

Volframs ekonomikā

Pasaules volframa ražošana sāka savu izaugsmi ap 2009. gadu, kad Āzijas rūpniecība sāka atgūties. Ķīna joprojām ir lielākā volframa ražotāja. Piemēram, 2013. gadā šīs valsts produkcija veidoja 81% no pasaules piedāvājuma. Apmēram 12% no volframa pieprasījuma ir saistīti ar ražošanu apgaismes ķermeņi. Pēc ekspertu domām, volframa izmantošana šajā jomā samazināsies uz LED un LED izmantošanas fona. dienasgaismas spuldzes gan iekšzemes apstākļos, gan ražošanā.

Domājams, ka pieprasījums pēc volframa elektronikas nozarē pieaugs. Volframa augstā nodilumizturība un spēja izturēt elektrību padara to par vispiemērotāko metālu sprieguma regulatoru ražošanai. Taču apjoma ziņā šis pieprasījums saglabājas visai mazs, un tiek uzskatīts, ka līdz 2018. gadam tas pieaugs tikai par 2%. Taču, pēc zinātnieku prognozēm, tuvākajā nākotnē vajadzētu pieaugt pieprasījumam pēc cementētā karbīda. Tas saistīts ar automobiļu ražošanas pieaugumu ASV, Ķīnā, Eiropā, kā arī pieaugumu ieguves rūpniecība. Tiek uzskatīts, ka līdz 2018. gadam pieprasījums pēc volframa pieaugs par 3,6%.

Tīra metāla un volframu saturošu sakausējumu izmantošana galvenokārt balstās uz to ugunsizturību, cietību un ķīmisko izturību. Kvēldiegu izgatavošanai izmanto tīru volframu elektriskās lampas kvēlspuldzes un katodstaru lampas, metālu iztvaicēšanas tīģeļu ražošanā, automobiļu aizdedzes sadalītāju kontaktos, rentgenlampu mērķos; kā tinumi un sildelementi elektriskās krāsnis kā arī kā strukturāls materiāls kosmosa un citiem transportlīdzekļiem, ko darbina augstā temperatūrā. Ātrgaitas tērauds (17,5-18,5% volframa), stelīts (uz kobalta bāzes, pievienojot Cr, W, C), hastalloy (nerūsējošais tērauds uz Ni bāzes) un daudzi citi sakausējumi satur volframu. Instrumentu un karstumizturīgo sakausējumu ražošanas pamats ir ferovolframs (68-86% W, līdz 7% Mo un dzelzs), ko viegli iegūt, tieši reducējot volframa vai šelīta koncentrātus. “Pobedit” ir ļoti ciets sakausējums, kas satur 80-87% volframa, 6-15% kobalta, 5-7% oglekļa, kas ir neaizstājams metālapstrādē, kalnrūpniecībā un naftas rūpniecībā.

Kalcija un magnija volframātus plaši izmanto fluorescējošās ierīcēs, un citus volframa sāļus izmanto ķīmiskajā un miecēšanas rūpniecībā. Volframa disulfīds ir sausa augstas temperatūras smērviela, stabila līdz 500° C. Krāsu ražošanā izmanto volframa bronzas un citus elementa savienojumus. Daudzi volframa savienojumi ir lieliski katalizatori.

Daudzus gadus pēc atklāšanas volframs joprojām bija laboratorijas retums, tikai 1847. gadā Okslenda saņēma patentu nātrija volframāta, volframa un volframa ražošanai no kasiterīta (alvas akmens). Otrajā patentā, ko Okslenda ieguva 1857. gadā, tika aprakstīta dzelzs-volframa sakausējumu ražošana, kas veido mūsdienu ātrgaitas tēraudu pamatu.

19. gadsimta vidū. Pirmie mēģinājumi izmantot volframu tērauda ražošanā, taču ilgu laiku nebija iespējams ieviest šīs izstrādnes rūpniecībā augstās metāla cenas dēļ. Pieaugošais pieprasījums pēc leģētiem un augstas stiprības tēraudiem noveda pie ātrgaitas tērauda ražošanas uzsākšanas Bethlehem Steel. Pirmo reizi šo sakausējumu paraugi tika prezentēti 1900. gadā Pasaules izstādē Parīzē.

Volframa kvēldiegu ražošanas tehnoloģija un tās vēsture.

Volframa stieples ražošanas apjomiem ir neliela daļa no visiem volframa lietojumiem, bet tās ražošanas tehnoloģijas attīstībai bija galvenā loma ugunsizturīgo savienojumu pulvermetalurģijas attīstībā.

Kopš 1878. gada, kad Gulbis demonstrēja astoņu un sešpadsmit sveču ogļu lampas, ko viņš bija izgudrojis Ņūkāslā, tiek meklēts vairāk piemērots materiāls pavedienu ražošanai. Pirmās ogļu lampas efektivitāte bija tikai 1 lūmens/vats, ko nākamo 20 gadu laikā palielināja ogļu apstrādes metožu modifikācijas divas ar pusi reizes. Līdz 1898. gadam šādu spuldžu gaismas jauda bija 3 lūmeni/vatu. Tajos laikos oglekļa pavedienus karsēja, ejot garām elektriskā strāva smago ogļūdeņražu tvaiku atmosfērā. Pēdējās pirolīzes laikā iegūtais ogleklis aizpildīja vītnes poras un nelīdzenumus, piešķirot tam spilgtu metālisku spīdumu.

19. gadsimta beigās. fon Velsbahs bija pirmais, kas izgatavoja metāla kvēldiegu kvēlspuldzēm. Viņš to izgatavoja no osmija (T pl = 2700 ° C). Osmija pavedienu efektivitāte bija 6 lūmeni/vats, tomēr osmijs ir rets un ārkārtīgi dārgs platīna grupas elements, tāpēc to plaši izmanto ražošanā. sadzīves ierīces neatradu. Tantals ar kušanas temperatūru 2996°C tika plaši izmantots stieptas stieples veidā no 1903. līdz 1911. gadam, pateicoties fon Boltona no Siemens un Halske darbam. Tantala lampu efektivitāte bija 7 lūmeni / vats.

Volframs sāka izmantot kvēlspuldzēs 1904. gadā un aizstāja visus citus metālus šajā jaudā līdz 1911. gadam. Parastā kvēlspuldze ar volframa kvēldiegu rada 12 lūmenus/vatu, bet augstsprieguma spuldzes ražo 22 lūmenus/vatu. Mūsdienu volframa katoda dienasgaismas spuldžu efektivitāte ir aptuveni 50 lūmeni / vats.

1904. gadā Siemens-Halske mēģināja piemērot tantalam izstrādāto stiepļu vilkšanas procesu ugunsizturīgākiem metāliem, piemēram, volframam un torijam. Volframa stingrība un kaļamības trūkums neļāva procesam noritēt gludi. Tomēr vēlāk 1913.–1914. gadā tika parādīts, ka izkausētu volframu var izrullēt un izvilkt, izmantojot daļējas samazināšanas procedūru. Elektriskā loka izgāja starp volframa stieni un daļēji izkausētu volframa pilienu, kas ievietota grafīta tīģelī, no iekšpuses pārklāta ar volframa pulveri un atrodas ūdeņraža atmosfērā. Tādējādi tika iegūti nelieli kausēta volframa pilieni, apmēram 10 mm diametrā un 20-30 mm garumā. Lai arī ar grūtībām, ar viņiem jau bija iespējams strādāt.

Tajos pašos gados Džasts un Hannamans patentēja volframa pavedienu izgatavošanas procesu. Smalks metāla pulveris tika sajaukts ar organisko saistvielu, iegūtā pasta tika izlaista caur presformām un karsēta īpašā atmosfērā, lai noņemtu saistvielu, kā rezultātā izveidojās plāns tīra volframa pavediens.

1906.-1907.gadā tika izstrādāts plaši pazīstamais ekstrūzijas process, kas tika izmantots līdz 1910. gadu sākumam. Ļoti smalki samaltu melno volframa pulveri sajauca ar dekstrīnu vai cieti, līdz izveidojās plastiska masa. Hidrauliskais spiediensšo masu izspieda caur plāniem dimanta sietiem. Iegūtais pavediens bija pietiekami stiprs, lai to varētu uztīt uz spolēm un žāvēt. Pēc tam pavedieni tika sagriezti “tapas”, kas tika uzkarsēti inertās gāzes atmosfērā līdz karstai temperatūrai, lai noņemtu atlikušo mitrumu un vieglos ogļūdeņražus. Katra “tapa” tika nostiprināta skavā un karsēta ūdeņraža atmosfērā, līdz tā spilgti kvēloja, izlaižot elektrisko strāvu. Tas noveda pie nevēlamo piemaisījumu galīgās noņemšanas. Augstā temperatūrā atsevišķas nelielas volframa daļiņas saplūst un veido viendabīgu cietu metāla pavedienu. Šie pavedieni ir elastīgi, lai gan trausli.

20. gadsimta sākumā. Yust un Hannaman izstrādāja citu procesu, kas bija ievērojams ar savu oriģinalitāti. Oglekļa pavediens ar diametru 0,02 mm tika pārklāts ar volframu, karsējot ūdeņraža un volframa heksahlorīda tvaiku atmosfērā. Šādi pārklāts pavediens tika uzkarsēts līdz spilgtam ūdeņraža mirdzumam pazeminātā spiedienā. Šajā gadījumā volframa apvalks un oglekļa kodols tika pilnībā sapludināti viens ar otru, veidojot volframa karbīdu. Iegūtais pavediens bija balts un bija trausls. Pēc tam pavedienu karsēja ūdeņraža plūsmā, kas reaģēja ar oglekli, atstājot kompaktu tīra volframa pavedienu. Vītnēm bija tādas pašas īpašības kā tām, kas iegūtas ekstrūzijas procesā.

1909. gadā amerikānis Coolidge izdevās iegūt kaļamo volframu, neizmantojot pildvielas, bet tikai ar saprātīgas temperatūras un mehāniskā apstrāde. Galvenā problēma volframa stieples ražošanā bija strauja volframa oksidēšanās augstā temperatūrā un graudu struktūras klātbūtne iegūtajā volframā, kas izraisīja tā trauslumu.

Mūsdienu volframa stiepļu ražošana ir izsmalcināta un precīza tehnoloģiskais process. Izejmateriāls ir pulverveida volframs, kas iegūts, reducējot amonija paravolframātu.

Stiepļu ražošanai izmantotajam volframa pulverim jābūt augstas tīrības pakāpes. Parasti dažādas izcelsmes volframa pulveri tiek sajaukti, lai homogenizētu metāla kvalitāti. Tos sajauc dzirnavās un, lai izvairītos no berzes uzkarsētā metāla oksidēšanās, kamerā tiek ievadīta slāpekļa plūsma. Pēc tam pulveris tiek presēts tērauda veidnēs, izmantojot hidrauliskās vai pneimatiskās preses (5-25 kg/mm2). Lietojot piesārņotus pulverus, kompakts kļūst trausls, un, lai novērstu šo efektu, tiek pievienota pilnībā oksidējama organiskā saistviela. Nākamajā posmā tiek veikta stieņu iepriekšēja saķepināšana. Sildot un atdzesējot sablīvē ūdeņraža plūsmā, tie mehāniskās īpašības uzlabojas. Kompakti joprojām ir diezgan trausli, un to blīvums ir 60-70% no volframa blīvuma, tāpēc stieņi tiek pakļauti augstas temperatūras saķepināšanai. Stienis ir nostiprināts starp kontaktiem, kas atdzesēti ar ūdeni, un sausā ūdeņraža atmosfērā caur to tiek izvadīta strāva, kas to sasilda gandrīz līdz kušanas temperatūrai. Sildot, volframs tiek saķepināts un tā blīvums palielinās līdz 85-95% no kristāliskā blīvuma, tajā pašā laikā palielinās graudu izmēri un aug volframa kristāli. Tam seko kalšana augstā (1200-1500°C) temperatūrā. Speciālā aparātā stieņus izlaiž caur kameru, kuru saspiež ar āmuru. Viena piegājiena laikā stieņa diametrs samazinās par 12%. Kalti volframa kristāli izstiepjas, veidojot fibrilāru struktūru. Pēc kalšanas seko stiepļu vilkšana. Stieņi ir ieeļļoti un izlaisti caur dimanta vai volframa karbīda sietiem. Zīmēšanas pakāpe ir atkarīga no iegūto izstrādājumu mērķa. Iegūtā stieples diametrs ir aptuveni 13 mikroni.

Kāds ir volframa blīvums? Uz ko balstās tā lietošana? Meklēsim atbildes uz šiem jautājumiem kopā.

Pozīcija PS

Šis ķīmiskais elements atrodas periodiskās tabulas sestajā grupā. Tā sērijas numurs ir 74, relatīvā atommasa ir 183,85. Īpašo nosaka tā augstā kušanas temperatūra. Tiek uzskatīts, ka tas ir viens no dabiskā volframa, kas satur piecus stabilus izotopus, kuru masas skaitļi ir līdzīgi no 180 līdz 186.

Elementa atvēršana

Šis ķīmiskais elements tika atklāts 18. gadsimta beigās. K.Šēlam izdevās to izolēt no minerāla, kurā metāls bija ietverts oksīda veidā. Ilgu laiku volframam praktiski nebija rūpnieciskas izmantošanas un tas nebija pieprasīts. Tikai 19. gadsimta vidū metālu sāka izmantot kā piedevu izturīga tērauda ražošanā.

Zemes garozā šis elements ir atrodams nelielos daudzumos. Tas nav atrodams brīvā formā, tas ir atrodams tikai minerālu veidā. Tās oksīdus izmanto rūpnieciskā mērogā.

Fizikālās īpašības

19300 ir volframa blīvums kg/m3 plkst normāli apstākļi. Metāls veido tilpuma koncentrisku kubisko režģi. Tam ir laba siltuma jauda. Volframa augstais temperatūras koeficients izskaidro tā ugunsizturību. Kušanas temperatūra ir 3380 grādi pēc Celsija. Mehāniskās īpašības ietekmē tā pirmapstrāde. Ņemot vērā, ka volframa blīvums pie 20 s ir 19,3 g/cm3, to var novest līdz vienkristāla šķiedras stāvoklim. Šis īpašums tiek izmantots stieples ražošanā no tā. Istabas temperatūrā volframam ir maza elastība.

Volframa īpašības

Ievērojamais volframa blīvums piešķir šim metālam noteiktas īpašības. Tam ir diezgan zems iztvaikošanas ātrums, augstākais punkts vārot. Rādītāja ziņā volframa līmenis ir trīs reizes zemāks nekā vara. Tieši tā augsts blīvums volframs ierobežo tā izmantošanas jomu. Turklāt tā izmantošanu ietekmē tā palielinātais trauslums, kad zemas temperatūras, nestabilitāte pret oksidēšanos ar atmosfēras skābekli zemā temperatūrā.

Autors ārējās īpašības volframam ir līdzības ar tēraudu. To izmanto sakausējumu ražošanai, kam raksturīga paaugstināta izturība. Volframs tiek apstrādāts tikai paaugstinātā temperatūrā.

Volframa kategorijas

Šī metāla pakāpē ir atspoguļots ne tikai volframa blīvums, bet arī metalurģijā izmantotās piedevas. Piemēram, VA ietver volframa maisījumu ar alumīniju un silīciju. Iegūto šķiru raksturo paaugstināta sākotnējās pārkristalizācijas temperatūra un izturība pēc atkausēšanas.

VL ietver lantāna oksīda pievienošanu volframam kā piedevu, kas palielina metāla izstarojošās īpašības.

MV ir volframa un molibdēna sakausējums. Šis sastāvs palielina izturību un saglabā metāla elastību pēc atkausēšanas.

Volframa izmantošanas joma

Šī metāla unikālās īpašības nosaka tā izmantošanu. To lieto rūpnieciskos daudzumos un in tīrā formā, un kā sakausējumi.

Volframu ikdienā izmanto galvenokārt elektriskiem nolūkiem.

Tieši tas tiek izmantots kā galvenā sastāvdaļa (leģējošais elements) ātrgaitas tēraudu ražošanas procesā. Vidēji volframa saturs svārstās no deviņiem līdz divdesmit procentiem. Turklāt tā ir daļa no instrumentu tēraudiem.

Līdzīgus tēraudus izmanto griezēju, urbju, perforatoru un presformu ražošanā. Piemēram, P6M5 norāda, ka tērauds ir leģēts ar kobaltu un molibdēnu. Turklāt ir iekļauts volframs, kas ir sadalīts volframa-kobalta un volframa veidos.

Volframs tīrā veidā ikdienas dzīvē praktiski nav pieprasīts. Volframa karbīds ir šī metāla savienojums ar oglekli. Savienojumam raksturīga augsta cietība, ugunsizturība un nodilumizturība. Uz volframa karbīda bāzes tiek izgatavoti ar instrumentiem produktīvi cietie sakausējumi, kas satur apmēram 90 procentus volframa un aptuveni 10 procentus kobalta. Urbšanas un griezējinstrumentu griešanas daļas ir izgatavotas no cietajiem sakausējumiem.

Tēraudu veidi uz volframa bāzes

Nodilumizturīgs un balstīts uz volframa ugunsizturību. Volframa savienojumi ar hromu un kobaltu, ko sauc par stelītiem, ir izplatīti rūpniecībā. Tie tiek uzklāti uz rūpniecisko mašīnu detaļu nodiluma daļām.

“Smagie” un kontaktsakausējumi ir volframa un sudraba vai vara maisījumi. Tie tiek uzskatīti par diezgan efektīviem kontaktmateriāliem, tāpēc tos izmanto slēdžu darba daļu, elektrodu izgatavošanai punktveida metināšana, kā arī slēdžu izgatavošana.

Stiepļu, kaltu izstrādājumu un lentes veidā volframs tiek izmantots radiotehnikā, elektrisko lampu ražošanā, kā arī rentgena inženierijā. Šis metāls tiek uzskatīts labākais materiāls spirāļu un pavedienu veidošanai.

Volframa stieņi un stieples ir nepieciešami elektrisko sildītāju ražošanai, jo uz volframa bāzes sildītāji spēj darboties inertas gāzes, ūdeņraža atmosfērā un arī vakuumā.

Viena no svarīgākajām nozarēm, kurās izmanto volframu, ir metināšana. To izmanto, lai izveidotu elektrodus, ko izmanto loka metināšanai. Iegūtie elektrodi tiek uzskatīti par nepatērējamiem.

Ugunsizturīga metāla iegūšana

Cik maksā volframs? Cena par kg svārstās no 900 līdz 1200 rubļiem. Tas pieder pie reto metālu elementu grupas. Papildus volframam šeit ir iekļauts arī rubīdijs un molibdēns. Retajiem metāliem ir nenozīmīgs izmantošanas apjoms, ņemot vērā to nenozīmīgo saturu zemes garozā. Nevienu no uzskaitītajiem metāliem nevar iegūt, tieši reducējot no izejvielām. Sākumā izejvielas tiek pārstrādātas dažādās ķīmiskās vielās. Ņemiet vērā, ka īpaša papildu bagātināšana rūdas pirms to pilnīgas pārstrādes.

Reta volframa ražošanas tehnoloģiskajā ķēdē ir trīs posmi. Pirmkārt, rūda tiek sadalīta, atdalot iegūto metālu no izejvielu masas, kā arī tā koncentrāciju nogulsnēs vai šķīdumā. Tālāk tiek iegūti ķīmiski tīri savienojumi, tiek veikta ķīmiskās vielas izolēšana un attīrīšana. Trešajā posmā metāls tiek izolēts no oksīda, kas attīrīts no piemaisījumiem.

Volframītu izmanto kā izejvielu volframa ražošanā. Šī rūda satur apmēram divus procentus tīra metāla. Rūdas bagātināšanu veic ar flotāciju, gravitāciju, elektromagnētisko vai magnētisko atdalīšanu. Pēc bagātināšanas veidojas volframa koncentrāts, kas satur apmēram 65 procentus volframa oksīda (6). Papildus metālam šādos koncentrātos ir sēra, vara, fosfora, arsēna, bismuta un antimona piemaisījumi. Cik maksā šis volframs? Cena par kg ir aptuveni tūkstotis rubļu. Lai izgatavotu volframa pulveri, ir nepieciešams reducēt tā anhidrīdu ar oglekli vai ūdeņradi.

Galvenokārt tiek izmantota hidrogenēšanas metode, jo ogleklis piešķir metālam trauslumu un negatīvi ietekmē tā apstrādājamību. Izgatavošanai izmanto volframa pulveri īpašas metodes, kas ļauj analizēt izveidoto granulu sastāvu, graudu izmēru, kā arī sastāvu.

Kompaktais ūdeņradis, galvenokārt lietņu vai stieņu veidā, tiek izmantots kā sagataves pusfabrikātu, piemēram, lentes un stieples, ražošanā.

Pašlaik kompakta volframa izveidošanai tiek izmantotas divas metodes. Pirmā metode ietver pulvermetalurģijas izmantošanu. Otrā metode ļauj izmantot elektriskās loka krāsnis, kas ietver patērējamo elektrodu izmantošanu.

Visizplatītākie izstrādājumu veidi, kas izgatavoti no metāla volframa un kam īpaša nozīme, ir volframa stieņi. Kalšanas ceļā tos iegūst no stieņiem uz speciālas kalšanas mašīnas. Pieteikties gatavie izstrādājumi V dažādas nozares modernā rūpniecība. Piemēram, no tiem tiek iegūti nelietojami metināšanas elektrodi. Turklāt, lai izveidotu sildītājus, tiek izmantoti arī volframa stieņi. Tie ir pieprasīti gāzizlādes ierīcēs un elektriskajās lampās.

Raksta saturs

TUNGSTEN(Wolframium), W ķīmiskais elements 6 (VIb) no D.I. Mendeļejeva periodiskās sistēmas, atoma numurs 74, atomu masa 183,85. Ir zināmi 33 volframa izotopi: no 158 W līdz 190 W. Dabā ir atklāti pieci izotopi, no kuriem trīs ir stabili: 180 W (dabisko izotopu īpatsvars 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426). %), un pārējie divi ir vāji radioaktīvi: 183 W (14,314%, T ½ = 1,1 10 17 gadi), 184 W (30,642%, T ½ = 3 10 17 gadi). Elektronu apvalka konfigurācija 4f 14 5d 4 6s 2. Tipiskākā oksidācijas pakāpe ir +6. Ir zināmi savienojumi ar volframa oksidācijas pakāpi +5, +4, +3, +2 un 0.

Vēl 14.-16.gs. Saksijas Rūdu kalnu kalnrači un metalurgi atzīmēja, ka dažas rūdas traucē alvas akmens (kasiterīta minerāls, SnO 2) reducēšanas procesu un izraisīja izkausētā metāla izsārņu veidošanos. Toreizējā profesionālajā valodā šo procesu raksturoja šādi: “Šīs rūdas izrauj skārdu un aprij, kā vilks aitu.” Kalnrači šai “kaitinošajai” šķirnei piešķīra nosaukumus “Wolfert” un “Wolfrahm”, kas tulkojumā nozīmē “vilku putas” vai “putas dusmīga vilka mutē”. Vācu ķīmiķis un metalurgs Georgs Agricola savā fundamentālajā darbā Divpadsmit grāmatas par metāliem(1556) vada Latīņu nosaukumsšī minerāla Spuma Lupi jeb Lupus spuma, kas būtībā ir vācu tautas nosaukuma kopija.

1779. gadā Pīters Vulfs izpētīja minerālu, ko tagad sauc par volframītu (FeWO 4 x MnWO 4), un nonāca pie secinājuma, ka tajā jābūt iepriekš nezināmai vielai. 1783. gadā Spānijā brāļi d'Elguyar (Huans Hosē un Fausto D'Elhuyar de Suvisa), izmantojot slāpekļskābi, kas izolēta no šī minerāla “skābā zeme” - nezināma metāla oksīda dzeltenās nogulsnes, kas šķīst amonjaka ūdenī. . Minerālā tika atrasti arī dzelzs un mangāna oksīdi. Huans un Fausto kalcinēja “zemi” ar kokogli un ieguva metālu, ko viņi ierosināja saukt par “volframu”, bet pašu minerālu – “volframītu”. Tādējādi Spānijas ķīmiķi d'Elguiar bija pirmie, kas publicēja informāciju par jauna elementa atklāšanu.

Vēlāk kļuva zināms, ka pirmo reizi volframa oksīds tika atklāts nevis “alvas ēdējā” volframītā, bet gan citā minerālā.

1758. gadā zviedru ķīmiķis un mineralogs Aksels Fredriks Kronšteds atklāja un aprakstīja neparasti smagu minerālu (CaWO 4 , vēlāk nosaukts par šelītu), ko viņš nosauca par Tung Sten, kas zviedru valodā nozīmē "smags akmens". Kronšteds bija pārliecināts, ka šis minerāls satur jaunu, vēl neatklātu elementu.

1781. gadā izcilais zviedru ķīmiķis Kārlis Šēle ar slāpekļskābi sadalīja “smago akmeni”, papildus kalcija sālim atklājot arī “dzeltenzemi”, kas nebija līdzīga baltajai “molibdēna zemei”, kuru viņš vispirms bija izolējis. trīs gadus agrāk. Interesanti, ka viens no brāļiem d'Elguiar tolaik strādāja savā laboratorijā, nosaucot metālu par "volframu", pēc tā minerāla nosaukuma, no kura pirmo reizi tika izolēts dzeltenais oksīds elements.

1821. gadā fon Leonhards ierosināja saukt minerālu CaWO 4 par šeelītu.

Volframa nosaukums atrodams Lomonosovā; Solovjevs un Hess (1824) to sauc par dadzis, Dvigubskis (1824) - volframu.

Vēl 20. gadsimta sākumā. Francijā, Itālijā un anglosakšu valstīs elements “volframa” tika apzīmēts kā Tu (no volframa). Tikai pagājušā gadsimta vidū tika izveidots mūsdienu simbols W.

Volframs dabā. Noguldījumu veidi.

Volframs ir diezgan rets elements, tā klarks (procentuālais saturs zemes garozā) ir 1,3·10 4% (57. vieta starp ķīmiskajiem elementiem).

Volframs galvenokārt sastopams dzelzs un mangāna vai kalcija volframātu formā, un dažreiz arī svina, vara, torija un retzemju elementu veidā.

Visizplatītākais minerālu volframīts ir ciets dzelzs un mangāna volframātu (Fe, Mn)WO 4 šķīdums. Tie ir smagi, cieti kristāli, kuru krāsa svārstās no brūnas līdz melnai, atkarībā no tā, kurš elements to sastāvā dominē. Ja mangāna ir vairāk (Mn:Fe > 4:1), tad kristāli ir melni, bet, ja dominē dzelzs (Fe:Mn > 4:1), tie ir brūni. Pirmo minerālu sauc par hübnerītu, otro - par ferberītu. Volframīts ir paramagnētisks un labi vada elektrību.

No citiem volframa minerāliem rūpnieciski nozīmīgs ir šeelīts, kalcija volframāts CaWO 4. Tas veido spīdīgus, stiklam līdzīgus kristālus, kas ir gaiši dzelteni, dažreiz gandrīz balti. Šeelīts nav magnētisks, bet tam piemīt vēl viena raksturīga iezīme – spēja luminiscēt. Apgaismojot ar ultravioletajiem stariem, tas tumsā fluorescē spilgti zilā krāsā. Molibdēna piejaukums maina šeelīta mirdzuma krāsu: tas kļūst gaiši zils un dažreiz pat krēms. Šī šeelīta īpašība, ko izmanto ģeoloģiskajā izpētē, kalpo kā meklēšanas līdzeklis derīgo izrakteņu atradņu noteikšanai.

Parasti volframa rūdu nogulsnes ir saistītas ar granīta izplatības zonām. Lieli volframīta vai šelīta kristāli ir ļoti reti sastopami. Parasti minerāli ir tikai mijas ar seniem granīta iežiem. Vidējā volframa koncentrācija tajos ir tikai 12%, tāpēc to ir diezgan grūti iegūt. Kopumā ir zināmi aptuveni 15 volframa minerāli. Starp tiem ir rasoīts un stoltsīts, kas ir divas dažādas svina volframāta PbWO 4 kristāliskas modifikācijas. Citi minerāli ir parasto minerālu volframīta un šelīta sadalīšanās produkti vai sekundārās formas, piemēram, volframa okers un hidrovolframīts, kas ir hidratēts volframa oksīds, kas veidojas no volframīta; Ruselīts ir minerāls, kas satur bismuta un volframa oksīdus. Vienīgais neoksīda volframa minerāls ir volframāts WS 2, kura galvenās rezerves ir koncentrētas ASV. Parasti volframa saturs attīstītajās atradnēs svārstās no 0,3 līdz 1,0% WO 3 .

Visām volframa nogulsnēm ir magmatiska vai hidrotermāla izcelsme. Magmai atdziestot, notiek diferenciāla kristalizācija, tāpēc šelīts un volframīts bieži tiek atrasti kā dzīslas, kurās magma ir iekļuvusi plaisās. zemes garoza. Lielākā daļa volframa atradņu ir koncentrētas jaunos kalnu grēdās - Alpos, Himalajos un Klusā okeāna joslā. Saskaņā ar 2003. gada ASV ģeoloģijas dienestu datiem, Ķīnā ir aptuveni 62% no pasaules volframa rezervēm. Nozīmīgas šī elementa atradnes ir izpētītas arī ASV (Kalifornijā, Kolorādo), Kanādā, Krievijā, Dienvidkoreja, Bolīvija, Brazīlija, Austrālija un Portugāle.

Pasaules volframa rūdu rezerves tiek lēstas 2,9·106 tonnas metāla izteiksmē. Lielākās rezerves ir Ķīnai (1,8 106 tonnas), otro vietu dala Kanāda un Krievija (attiecīgi 2,6 105 un 2,5 105 tonnas). Trešajā vietā ir ASV (1,4·105 tonnas), bet tagad gandrīz visas Amerikas atradnes ir izpostītas. Citu valstu vidū ievērojamas rezerves ir Portugālei (25 000 tonnu rezerves), Ziemeļkorejai (35 000 tonnu), Bolīvijai (53 000 tonnu) un Austrijai (10 000 tonnu).

Ikgadējā pasaules volframa rūdu produkcija metāla izteiksmē ir 5,95 10 4 tonnas, no kurām 49,5 10 4 tonnas (83%) tiek iegūtas Ķīnā. Krievijā iegūst 3400 tonnu, Kanādā 3000 tonnu.

Karaļa salā Austrālijā gadā tiek iegūtas 20002400 tonnas volframa rūdas. Austrijā šelītu iegūst Alpos (Zalcburgas un Šteiermarkas provincēs). Brazīlijas ziemeļaustrumos (Kanungas raktuves un Kalsas atradne Jukonā) tiek veidota kopīga volframa-zelta-bismuta raktuves ar aplēsēm 1 miljona unču zelta rezervē un 30 000 tonnu volframa oksīda. Pasaules līderis volframa izejvielu izstrādē ir Ķīna (Jianshi atradnes (60% no Ķīnas volframa produkcijas), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guandong (6%), Guanzhi un Iekšējā Mongolija (katra 2%). ) un citi). Ikgadējie ražošanas apjomi Portugālē (Panaširas atradne) tiek lēsti 720 tonnu volframa gadā. Krievijā galvenās volframa rūdas atradnes atrodas divos reģionos: Tālajos Austrumos (Ļermontovskas atradne, 1700 tonnas koncentrāta gadā) un Ziemeļkaukāzā (Kabardīno-Balkārijā, Tirnjauzā). Nalčikas rūpnīca apstrādā rūdu par volframa oksīdu un amonija paravolframātu.

Lielākais volframa patērētājs ir Rietumeiropa tās daļa pasaules tirgū ir 30%. Ziemeļamerika un Ķīna veido katra 25% no kopējā patēriņa, bet Japāna - 1213%. Pieprasījums pēc volframa NVS valstīs tiek lēsts 3000 tonnu metāla gadā.

Vairāk nekā puse (58%) no visa patērētā metāla tiek izmantota volframa karbīda ražošanā, gandrīz ceturtā daļa (23%) dažādu sakausējumu un tēraudu veidā. Volframa “rullīšu” (kvēlspuldžu kvēldiega, elektrisko kontaktu utt.) ražošana veido 8% no saražotā volframa, bet atlikušie 9% tiek izmantoti pigmentu un katalizatoru ražošanā.

Volframa izejvielu apstrāde.

Primārā rūda satur apmēram 0,5% volframa oksīda. Pēc flotācijas un nemagnētisko komponentu atdalīšanas paliek iezis, kas satur apmēram 70% WO 3. Pēc tam bagātināto rūdu (un oksidētos volframa lūžņus) izskalo ar nātrija karbonātu vai hidroksīdu:

4FeWO 4 + O 2 + 4Na 2 CO 3 = 4 NaWO 4 + 2Fe 2 O 3 + 4CO 2

6MnWO 4 + O 2 + 6Na 2 CO 3 = 6 Na 2 WO 4 + 2 Mn 3 O 4 + 6CO 2

WO 3 + Na 2 CO 3 = Na 2 WO 4 + CO 2

WO 3 + 2NaOH = Na 2 WO 4 + H 2 O

Na 2 WO 4 + CaCl 2 = 2NaCl + CaWO 4 Ї.

Iegūtais šķīdums tiek atbrīvots no mehāniskiem piemaisījumiem un pēc tam tiek apstrādāts. Sākumā tiek izgulsnēts kalcija volframāts, kam seko tā sadalīšanās ar sālsskābi un iegūtā WO 3 izšķīdināšana amonjaka ūdens šķīdumā. Dažreiz primārā nātrija volframāta attīrīšanu veic, izmantojot jonu apmaiņas sveķus. Procesa galaprodukts ir amonija paravolframāts:

CaWO 4 + 2HCl = H 2 WO 4 Ї + CaCl 2

H 2 WO 4 = WO 3 + H 2 O

WO3 + 2NH3 · H 2 O (konc.) = (NH 4) 2 WO 4 + H 2 O

12(NH 4) 2 WO 4 + 14HCl (ļoti atšķaidīts) = (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 + 14 NH 4 Cl + 6H 2 O

Vēl viens veids, kā atdalīt volframu no bagātinātas rūdas, ir to apstrāde ar hloru vai hlorūdeņradi. Šīs metodes pamatā ir salīdzinoši zems volframa hlorīdu un oksohlorīdu viršanas punkts (300 ° C). Šo metodi izmanto īpaši tīra volframa iegūšanai.

Volframīta koncentrātu var sakausēt tieši ar akmeņoglēm vai koksu elektriskā loka kamerā. Tādējādi tiek iegūts ferovolframs, ko izmanto sakausējumu ražošanā tērauda rūpniecībā. Tērauda kausējumam var pievienot arī tīru šelīta koncentrātu.

Apmēram 30% no pasaules volframa patēriņa tiek sasniegti, apstrādājot otrreizējās izejvielas. Piesārņotie volframa karbīda lūžņi, skaidas, zāģu skaidas un volframa pulvera atlikumi tiek oksidēti un pārveidoti par amonija paravolframātu. Šo pašu tēraudu ražošanā tiek izmantoti ātrgriezējtēraudu lūžņi (līdz 60-70% no kopējā kausējuma). Kvēlspuldžu, elektrodu un ķīmisko reaģentu volframa lūžņi praktiski netiek pārstrādāti.

Galvenais starpprodukts volframa ražošanā ir amonija paravolframāts (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. Tas ir arī galvenais transportētais volframa savienojums. Kalcinējot amonija paravolframātu, tiek iegūts volframa (VI) oksīds, ko pēc tam apstrādā ar ūdeņradi 700–1000 ° C temperatūrā, lai iegūtu metāla volframa pulveri. Saķepinot to ar oglekļa pulveri 900–2200°C (karburizācijas process), iegūst volframa karbīdu.

2002. gadā amonija paravolframa, galvenā komerciālā volframa savienojuma, cena metāla izteiksmē bija aptuveni 9000 USD par tonnu. IN pēdējā laikā Volframa izstrādājumu cenu samazināšanās tendence bija vērojama lielā piedāvājuma dēļ no Ķīnas un bijušās PSRS valstīm.

Krievijā volframa izstrādājumus ražo: Skopinskas hidrometalurģijas rūpnīca "Metallurg" (Rjazaņas reģions, volframa koncentrāts un anhidrīds), Vladikaukāzas rūpnīca "Pobedit" (Ziemeļosetija, volframa pulveris un lietņi), Nalčikas hidrometalurģijas rūpnīca (Kabardino-Bttalunga , volframa karbīds, Kirovgradas cieto sakausējumu rūpnīca ( Sverdlovskas apgabals, volframa karbīds, volframa pulveris), Elektrostal (Maskavas apgabals, amonija paravolframāts, volframa karbīds), Čeļabinskas elektrometalurģijas rūpnīca (ferotungstens).

Vienkāršas vielas īpašības.

Volframa metālam ir gaiši pelēka krāsa. Pēc oglekļa tam ir visaugstākā kušanas temperatūra vienkāršas vielas. Tā vērtību nosaka 33873422°C robežās. Volframam piemīt izcilas mehāniskās īpašības augstā temperatūrā un zemākais izplešanās koeficients starp visiem metāliem. Vārīšanās temperatūra 54005700° C. Volframs viens no smagākajiem metāliem ar blīvumu 19250 kg/m 3. Volframa elektriskā vadītspēja 0 ° C temperatūrā ir aptuveni 28% no sudraba, kas ir elektriski vadošākais metāls, elektriskās vadītspējas. Tīrs volframs ir diezgan viegli apstrādājams, taču tas parasti satur oglekļa un skābekļa piemaisījumus, kas piešķir metālam labi zināmo cietību.

Volframam ir ļoti augsts stiepes un spiedes modulis, ļoti augsta termiskā šļūdes pretestība, augsta siltuma un elektriskā vadītspēja, kā arī augsts elektronu emisijas koeficients, ko var vēl vairāk uzlabot, leģējot volframu ar noteiktiem metālu oksīdiem.

Volframs ir ķīmiski izturīgs. Sālsskābe, sērskābe, slāpekļskābe, fluorūdeņražskābe, ūdens regija, nātrija hidroksīda ūdens šķīdums, amonjaks (līdz 700°C), dzīvsudrabs un dzīvsudraba tvaiki, gaiss un skābeklis (līdz 400°C), ūdens, ūdeņradis, slāpeklis, oglekļa monoksīds(līdz 800°C), ūdeņraža hlorīds (līdz 600°C) neietekmē volframu. Amonjaks, kas sajaukts ar ūdeņraža peroksīdu, šķidrs un verdošs sērs, hlors (virs 250 ° C), sērūdeņradis sarkanā karstumā, karsts ūdens regija, fluorūdeņražskābes un slāpekļskābes maisījums, nitrātu, nitrītu, kālija hlorāta, svina dioksīda kausējumi reaģē ar volframs, nātrija nitrīts, karstā slāpekļskābe, fluors, broms, jods. Volframa karbīds veidojas, ogleklim mijiedarbojoties ar volframu temperatūrā virs 1400 ° C, oksīdu mijiedarbojoties ar ūdens tvaiku un sēra dioksīdu (sarkanā karstumā), oglekļa dioksīdu (virs 1200 ° C), alumīnija, magnija un torija oksīdiem.

Svarīgāko volframa savienojumu īpašības.

Starp svarīgākajiem volframa savienojumiem ir tā oksīds, hlorīds, karbīds un amonija paravolframāts.

Volframa (VI) oksīds WO 3 kristāliska viela gaiši dzeltenā krāsā, karsējot tā kļūst oranža, kušanas temperatūra 1473 ° C, viršanas temperatūra 1800 ° C. Atbilstošā volframskābe ir nestabila, ūdens šķīdums izgulsnējas dihidrāts, zaudējot vienu ūdens molekulu pie 70-100°C, bet otru pie 180-350°C. Kad WO 3 reaģē ar sārmiem, veidojas volframāti.

Volframskābes anjoni mēdz veidot polisavienojumus. Reaģējot ar koncentrētām skābēm, veidojas jaukti anhidrīdi:

12WO 3 + H 3 PO 4 (vārīšanās, koncentr.) = H 3

Kad volframa oksīds reaģē ar metālisku nātriju, veidojas nestehiometrisks nātrija volframāts, ko sauc par “volframa bronzu”:

WO 3+ x Na = Na x WO 3

Atdalīšanas brīdī volframa oksīdu reducējot ar ūdeņradi, veidojas hidratēti oksīdi ar jauktu oksidācijas pakāpi “volframa blūza” WO 3 n(OH) n , n= 0,50,1.

WO 3 + Zn + HCl ® (“zils”), W 2 O 5 (OH) (brūns)

Volframa (VI) oksīds starpprodukts volframa un tā savienojumu ražošanā. Tas ir dažu rūpnieciski svarīgu hidrogenēšanas katalizatoru un keramikas pigmentu sastāvdaļa.

Augstāks volframa hlorīds WCl 6 veidojas volframa oksīda (vai volframa metāla) reakcijā ar hloru (kā arī fluoru) vai tetrahloroglekli. Tas atšķiras no citiem volframa savienojumiem ar zemo viršanas temperatūru (347 ° C). Savā veidā ķīmiskā daba hlorīds ir volframskābes skābes hlorīds, tāpēc, mijiedarbojoties ar ūdeni, veidojas nepilnīgi skābes hlorīdi, un, mijiedarbojoties ar sārmiem, veidojas sāļi. Volframa hlorīda reducēšanas rezultātā ar alumīniju oglekļa monoksīda klātbūtnē veidojas volframa karbonilgrupa:

WCl 6 + 2Al + 6CO = Ї + 2AlCl 3 (ēterī)

Volframa karbīda WC tiek iegūts, reaģējot pulverveida volframa ar akmeņoglēm reducējošā atmosfērā. Tās cietība, kas ir salīdzināma ar dimantu, nosaka tā pielietojuma jomu.

Amonija volframāts (NH 4) 2 WO 4 ir stabils tikai amonjaka šķīdumā. Atšķaidītā sālsskābē izgulsnējas amonija paravolframāts (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42, kas ir galvenais volframa starpprodukts pasaules tirgū. Amonija paravolframāts karsējot viegli sadalās:

(NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 = 10 NH 3 + 12 WO 3 + 6 H 2 O ( 400 500 ° C)

Volframa pielietojums.

Tīra metāla un volframu saturošu sakausējumu izmantošana galvenokārt balstās uz to ugunsizturību, cietību un ķīmisko izturību. Tīru volframu izmanto elektrisko kvēlspuldžu un katodstaru lampu kvēldiegu ražošanā, metālu iztvaicēšanas tīģeļu ražošanā, automobiļu aizdedzes sadalītāju kontaktos, rentgenstaru lampu mērķos; kā elektrisko krāšņu tinumi un sildelementi un kā konstrukcijas materiāls kosmosa un citiem transportlīdzekļiem, ko darbina augstā temperatūrā. Ātrgaitas tērauds (17,5-18,5% volframa), stelīts (uz kobalta bāzes, pievienojot Cr, W, C), hastalloy (nerūsējošais tērauds uz Ni bāzes) un daudzi citi sakausējumi satur volframu. Instrumentu un karstumizturīgo sakausējumu ražošanas pamats ir ferovolframs (68-86% W, līdz 7% Mo un dzelzs), ko viegli iegūt, tieši reducējot volframa vai šelīta koncentrātus. “Iegūstiet” ļoti cietu sakausējumu, kas satur 8087% volframa, 615% kobalta, 57% oglekļa, kas ir neaizstājams metālapstrādē, kalnrūpniecībā un naftas rūpniecībā.

Volframa kvēldiegu ražošanas tehnoloģija un tās vēsture.

Kopš 1878. gada, kad Gulbis demonstrēja astoņu un sešpadsmit sveču oglekļa lampas, ko viņš bija izgudrojis Ņūkāslā, tika meklēts piemērotāks materiāls kvēldiegu izgatavošanai. Pirmās ogļu lampas efektivitāte bija tikai 1 lūmens/vats, ko nākamo 20 gadu laikā palielināja ogļu apstrādes metožu modifikācijas divas ar pusi reizes. Līdz 1898. gadam šādu spuldžu gaismas jauda bija 3 lūmeni/vatu. Tajos laikos oglekļa pavedienus karsēja, izlaižot elektrisko strāvu smago ogļūdeņražu tvaiku atmosfērā. Pēdējās pirolīzes laikā iegūtais ogleklis aizpildīja vītnes poras un nelīdzenumus, piešķirot tam spilgtu metālisku spīdumu.

19. gadsimta beigās. fon Velsbahs bija pirmais, kas izgatavoja metāla kvēldiegu kvēlspuldzēm. Viņš to izgatavoja no osmija (T pl = 2700 ° C). Osmija pavedienu efektivitāte bija 6 lūmeni/vats, tomēr osmijs ir rets un ārkārtīgi dārgs platīna grupas elements, tāpēc tas netika plaši izmantots sadzīves ierīču ražošanā. Tantals ar kušanas temperatūru 2996°C tika plaši izmantots stieptas stieples veidā no 1903. līdz 1911. gadam, pateicoties fon Boltona no Siemens un Halske darbam. Tantala lampu efektivitāte bija 7 lūmeni / vats.

Volframs sāka izmantot kvēlspuldzēs 1904. gadā un aizstāja visus citus metālus šajā kapacitātē līdz 1911. gadam. Parastās kvēlspuldzes ar volframa kvēldiega mirdzums ir 12 lūmeni/vats, bet spuldzēm, kas darbojas ar augstu spriegumu, 22 lūmeni/vats. Mūsdienu volframa katoda dienasgaismas spuldžu efektivitāte ir aptuveni 50 lūmeni / vats.

1904. gadā Siemens-Halske mēģināja piemērot tantalam izstrādāto stiepļu vilkšanas procesu ugunsizturīgākiem metāliem, piemēram, volframam un torijam. Volframa stingrība un kaļamības trūkums neļāva procesam noritēt gludi. Tomēr vēlāk, 1913.–1914. gadā, tika parādīts, ka izkausētu volframu var izrullēt un izvilkt, izmantojot daļējas samazināšanas procedūru. Elektriskā loka tika izlaista starp volframa stieni un daļēji izkausētu volframa pilienu, kas ievietota grafīta tīģelī, kas pārklāts ar volframa pulveri un atrodas ūdeņraža atmosfērā. Tādējādi tika iegūti nelieli kausēta volframa pilieni, apmēram 10 mm diametrā un 20-30 mm garumā. Lai arī ar grūtībām, ar viņiem jau bija iespējams strādāt.

1906.-1907.gadā tika izstrādāts plaši pazīstamais ekstrūzijas process, kas tika izmantots līdz 1910. gadu sākumam. Ļoti smalki samaltu melno volframa pulveri sajauca ar dekstrīnu vai cieti, līdz izveidojās plastiska masa. Izmantojot hidraulisko spiedienu, šī masa tika izspiesta caur plāniem dimanta sietiem. Iegūtais pavediens bija pietiekami stiprs, lai to varētu uztīt uz spolēm un žāvēt. Pēc tam pavedieni tika sagriezti “tapas”, kas tika uzkarsēti inertās gāzes atmosfērā līdz karstai temperatūrai, lai noņemtu atlikušo mitrumu un vieglos ogļūdeņražus. Katra “tapa” tika nostiprināta skavā un karsēta ūdeņraža atmosfērā, līdz tā spilgti kvēloja, izlaižot elektrisko strāvu. Tas noveda pie nevēlamo piemaisījumu galīgās noņemšanas. Augstā temperatūrā atsevišķas nelielas volframa daļiņas saplūst un veido viendabīgu cietu metāla pavedienu. Šie pavedieni ir elastīgi, lai gan trausli.

20. gadsimta sākumā. Yust un Hannaman izstrādāja citu procesu, kas bija ievērojams ar savu oriģinalitāti. Oglekļa pavediens ar diametru 0,02 mm tika pārklāts ar volframu, karsējot ūdeņraža un volframa heksahlorīda tvaiku atmosfērā. Šādi pārklāts pavediens tika uzkarsēts līdz spilgtam ūdeņraža mirdzumam pazeminātā spiedienā. Šajā gadījumā volframa apvalks un oglekļa kodols tika pilnībā sapludināti viens ar otru, veidojot volframa karbīdu. Iegūtais pavediens bija balts un trausls. Pēc tam pavedienu karsēja ūdeņraža plūsmā, kas reaģēja ar oglekli, atstājot kompaktu tīra volframa pavedienu. Vītnēm bija tādas pašas īpašības kā tām, kas iegūtas ekstrūzijas procesā.

1909. gadā amerikāņu Coolidge izdevās iegūt kaļamo volframu, neizmantojot pildvielas, bet tikai ar saprātīgas temperatūras un mehāniskas apstrādes palīdzību. Galvenā problēma volframa stieples ražošanā bija strauja volframa oksidēšanās augstā temperatūrā un graudu struktūras klātbūtne iegūtajā volframā, kas izraisīja tā trauslumu.

Mūsdienu volframa stieples ražošana ir sarežģīts un precīzs tehnoloģisks process. Izejmateriāls ir pulverveida volframs, kas iegūts, reducējot amonija paravolframātu.

Stiepļu ražošanai izmantotajam volframa pulverim jābūt augstas tīrības pakāpes. Parasti dažādas izcelsmes volframa pulveri tiek sajaukti, lai homogenizētu metāla kvalitāti. Tos sajauc dzirnavās un, lai izvairītos no berzes uzkarsētā metāla oksidēšanās, kamerā tiek ievadīta slāpekļa plūsma. Pēc tam pulveris tiek presēts tērauda veidnēs, izmantojot hidrauliskās vai pneimatiskās preses (525 kg/mm²). Lietojot piesārņotus pulverus, kompakts kļūst trausls, un, lai novērstu šo efektu, tiek pievienota pilnībā oksidējama organiskā saistviela. Nākamajā posmā tiek veikta stieņu iepriekšēja saķepināšana. Sildot un atdzesējot blīvējumus ūdeņraža plūsmā, uzlabojas to mehāniskās īpašības. Kompakti joprojām ir diezgan trausli, un to blīvums ir 60–70% no volframa blīvuma, tāpēc stieņi tiek pakļauti augstas temperatūras saķepināšanai. Stienis ir nostiprināts starp kontaktiem, kas atdzesēti ar ūdeni, un sausā ūdeņraža atmosfērā caur to tiek izvadīta strāva, kas to sasilda gandrīz līdz kušanas temperatūrai. Sildot, volframs tiek saķepināts un tā blīvums palielinās līdz 85–95% no kristāliskā blīvuma, tajā pašā laikā palielinās graudu izmēri un aug volframa kristāli. Tam seko kalšana augstā (12001500°C) temperatūrā. Speciālā aparātā stieņus izlaiž caur kameru, kuru saspiež ar āmuru. Viena piegājiena laikā stieņa diametrs samazinās par 12%. Kalti volframa kristāli izstiepjas, veidojot fibrilāru struktūru. Pēc kalšanas seko stiepļu vilkšana. Stieņi ir ieeļļoti un izlaisti caur dimanta vai volframa karbīda sietiem. Zīmēšanas pakāpe ir atkarīga no iegūto izstrādājumu mērķa. Iegūtā stieples diametrs ir aptuveni 13 mikroni.

Volframa bioloģiskā loma

ierobežots. Tā kaimiņš grupā molibdēns ir būtisks fermentos, kas nodrošina atmosfēras slāpekļa fiksāciju. Iepriekš volframs tika izmantots bioķīmiskos pētījumos tikai kā molibdēna antagonists, t.i. molibdēna aizstāšana ar volframu fermenta aktīvajā vietā izraisīja tā dezaktivāciju. Gluži pretēji, fermenti, kas tiek deaktivizēti, aizstājot volframu ar molibdēnu, ir atrodami termofīlos mikroorganismos. To vidū ir formiāta dehidrogenāzes, aldehīda ferredoksīna oksidoreduktāzes; formaldehīda ferredo-ksina oksidoreduktāze; acetilēna hidratāze; karbonskābes reduktāze. Dažu šo enzīmu, piemēram, aldehīda ferredoksīna oksidoreduktāzes, struktūras tagad ir noteiktas.

Smagas volframa un tā savienojumu iedarbības sekas uz cilvēkiem nav noteiktas. Ilgstoša iedarbība ar lielu volframa putekļu devu var izraisīt pneimokoniozi — slimību, ko izraisa visi smagie pulveri, kas nonāk plaušās. Biežākie šī sindroma simptomi ir klepus, elpošanas traucējumi, atopiskā astma, izmaiņas plaušās, kuru izpausme samazinās pēc saskares ar metālu pārtraukšanas.

Materiāli internetā: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Jurijs Krutjakovs

Literatūra:

Kolins Dž.Smitelss Volframs, M., Metallurgizdat, 1958. gads
Agte K., Vāčeks I. Volframs un molibdēns, M., Enerģētika, 1964. gads
Figurovskis N.A. Tiek nosaukta elementu atklāšana un to izcelsme yy. M., Nauka, 1970. gads
Populāra ķīmisko elementu bibliotēka. M., Nauka, 1983. gads
ASV Ģeoloģijas dienesta minerālu gadagrāmata 2002
Ļvova N.P., Nosikovs A.N., Antipovs A.N. Volframa fermenti, 6., 7. Bioķīmija, 2002. g

Pasaules volframa ražošana ir aptuveni 32 tūkstoši tonnu gadā. Kopš mūsu gadsimta sākuma tas vairākkārt piedzīvojis straujus kāpumus un tikpat straujus kritumus. Diagrammā redzams, ka ražošanas līknes virsotnes precīzi atbilst Pirmā un Otrā pasaules kara kulminācijai. Un tagad volframs ir tīri stratēģisks metāls

Pasaules volframa ražošanas diagramma (tūkstoš tonnās) 20. gadsimta pirmajā pusē.
Volframa tēraudu un citus sakausējumus, kas satur volframu vai tā karbīdus, izmanto tanku bruņu, torpēdu čaulu un čaulu ražošanai, lielākā daļa svarīgas detaļas lidmašīnas un dzinēji.

Volframs - neaizstājams sastāvdaļa labākie zīmoli instrumentu tērauds. Kopumā metalurģija absorbē gandrīz 95% no visa iegūtā volframa. (Raksturīgi, ka tajā plaši tiek izmantots ne tikai tīrs volframs, bet galvenokārt lētāks ferovolframs - sakausējums, kas satur 80% W un ap 20% Fe; to ražo elektriskās loka krāsnīs).

Volframa sakausējumiem ir daudz ievērojamu īpašību. Tā saukto smago metālu (no volframa, niķeļa un vara) izmanto konteineru izgatavošanai, kuros glabā radioaktīvās vielas. Viņa aizsargājošs efekts 40% augstāks nekā svins. Šo sakausējumu izmanto arī staru terapijā, jo tas nodrošina pietiekamu aizsardzību ar salīdzinoši mazu ekrāna biezumu.

Volframa karbīda sakausējums ar 16% kobalta ir tik ciets, ka tas var daļēji aizstāt dimantu, urbjot akas.

Volframa pseido sakausējumi ar varu un sudrabu ir lielisks materiāls slēdžiem un elektriskās strāvas slēdžiem augstspriegums: tie kalpo sešas reizes ilgāk nekā parastie vara kontakti.

Raksta sākumā tika apspriesta volframa izmantošana elektriskās lampas šķipsnās. Volframa neaizstājamība šajā jomā ir izskaidrojama ne tikai ar tā ugunsizturību, bet arī ar tā elastību. No viena kilograma volframa tiek izvilkta stieple 3,5 km garumā, t.i. Ar šo kilogramu pietiek, lai izgatavotu kvēldiegus 23 tūkstošiem 60 vatu spuldžu. Pateicoties šim īpašumam, pasaules elektrotehnikas rūpniecība patērē tikai aptuveni 100 tonnas volframa gadā.

IN pēdējos gados Volframa ķīmiskie savienojumi ir ieguvuši nozīmīgu praktisku nozīmi. Jo īpaši fosfotungstiskā heteropoliskābe tiek izmantota laku un spilgtu, gaismas izturīgu krāsu ražošanai. Nātrija volframāta Na2WO4 šķīdums nodrošina audumiem ugunsizturību un ūdensizturību, bet sārmzemju metālu, kadmija un retzemju elementu volframātus izmanto lāzeru un gaismas krāsu ražošanā.

Volframa pagātne un tagadne dod pamatu uzskatīt to par metālapstrādnieku.