Tungsten er et tungmetall. Wolframkarbid brukes til å lage

Wolfram er et kjemisk grunnstoff periodiske tabell Mendeleev, som tilhører gruppe VI. I naturen forekommer wolfram som en blanding av fem isotoper. I sin vanlige form og med normale forhold han er hardt metall sølvgrå farge. Det er også det mest ildfaste av alle metaller.

Grunnleggende egenskaper til wolfram

Wolfram er et metall med bemerkelsesverdige fysiske og kjemiske egenskaper. I nesten alle bransjer moderne produksjon Det brukes wolfram. Formelen er vanligvis uttrykt i form av metalloksidsymbolet - WO 3. Wolfram regnes som den mest ildfaste av metaller. Det antas at kun seaborgium kan være enda mer ildfast. Men dette kan ikke si sikkert ennå, siden seaborgium har svært kort levetid.

Dette metallet har spesielle fysiske og Kjemiske egenskaper. Wolfram har en tetthet på 19300 kg/m3, smeltepunktet er 3410 °C. Når det gjelder denne parameteren, er den nummer to etter karbon - grafitt eller diamant. I naturen forekommer wolfram i form av fem stabile isotoper. Deres massetall varierer fra 180 til 186. Wolfram har en valens på 6, og i forbindelser kan det være 0, 2, 3, 4 og 5. Metallet har også et ganske høyt nivå av varmeledningsevne. For wolfram er dette tallet 163 W/(m*grader). Når det gjelder denne egenskapen, overgår den til og med slike forbindelser som aluminiumslegeringer. Massen av wolfram bestemmes av dens tetthet, som er 19 kg/m 3. Oksydasjonstilstanden til wolfram varierer fra +2 til +6. Ved høyere oksidasjonsgrader har metallet sure egenskaper, og i lavere tilstander har det grunnleggende egenskaper.

I dette tilfellet anses legeringer av lavere wolframforbindelser som ustabile. De mest motstandsdyktige er forbindelser med grad +6. De viser også de mest karakteristiske kjemiske egenskapene til et metall. Wolfram har egenskapen til å lett danne komplekser. Men wolframmetall er vanligvis veldig motstandsdyktig. Den begynner å samhandle med oksygen bare ved en temperatur på +400 °C. Wolframkrystallgitteret er av den kroppssentrerte kubiske typen.

Interaksjon med andre kjemikalier

Hvis wolfram blandes med tørr fluor, kan du få en forbindelse kalt heksafluorid, som smelter ved en temperatur på 2,5 ° C og koker ved 19,5 ° C. Et lignende stoff oppnås ved å kombinere wolfram med klor. Men en slik reaksjon krever en ganske høy temperatur - omtrent 600 °C. Imidlertid motstår stoffet lett de ødeleggende effektene av vann og er praktisk talt ikke utsatt for endringer i kulden. Wolfram er et metall som uten oksygen ikke løses opp i alkalier. Imidlertid oppløses det lett i en blanding av HNO 3 og HF. De viktigste kjemiske forbindelsene av wolfram er dets trioksid WO 3, H 2 WO 4 - wolframsyre, samt dets derivater - wolframsalter.

Vi kan se på noen av de kjemiske egenskapene til wolfram med reaksjonsligninger. For eksempel er formelen WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. I den reduseres metallet wolfram fra oksidet, og dets evne til å samhandle med hydrogen manifesteres. Denne ligningen gjenspeiler prosessen med å oppnå wolfram fra trioksidet. Følgende formel angir en slik egenskap som den praktiske uløseligheten til wolfram i syrer: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. En av de mest bemerkelsesverdige stoffene som inneholder wolfram er karbonyl. Den produserer tette og ultratynne belegg av ren wolfram.

Oppdagelseshistorie

Wolfram er et metall som har fått navnet sitt fra det latinske språket. Oversatt betyr dette ordet "ulveskum." Dette uvanlig navn dukket opp på grunn av oppførselen til metallet. Med den utvunnede tinnmalmen forstyrret wolfram frigjøringen av tinn. På grunn av det ble det kun dannet slagg under smelteprosessen. Det ble sagt om dette metallet at det «spiser tinn som en ulv spiser en sau». Mange lurer på hvem som oppdaget det kjemiske elementet wolfram?

Dette vitenskapelig oppdagelse ble gjort samtidig på to steder av forskjellige forskere, uavhengig av hverandre. I 1781 oppnådde den svenske kjemikeren Scheele den såkalte "tunge steinen" ved å utføre eksperimenter med salpetersyre og scheelitt. I 1783 rapporterte kjemikerbrødre fra Spania ved navn Eluard også oppdagelsen av et nytt grunnstoff. Mer presist oppdaget de wolframoksid, som ble oppløst i ammoniakk.

Legeringer med andre metaller

For tiden skilles det mellom enfase og flerfase wolframlegeringer. De inneholder ett eller flere fremmedelementer. Den mest kjente forbindelsen er en legering av wolfram og molybden. Tilsetning av molybden gir wolfram sin strekkstyrke. Også inkludert i kategorien enfaselegeringer er forbindelser av wolfram med titan, hafnium og zirkonium. Rhenium gir wolfram den største duktiliteten. Imidlertid er praktisk bruk av en slik legering en ganske arbeidskrevende prosess, siden rhenium er svært vanskelig å få tak i.

Siden wolfram er et av de mest ildfaste materialene, er det ikke en lett oppgave å produsere wolframlegeringer. Når dette metallet akkurat begynner å koke, blir andre allerede til en væske- eller gasstilstand. Men moderne forskere vet hvordan man produserer legeringer ved hjelp av elektrolyseprosessen. Legeringer som inneholder wolfram, nikkel og kobolt brukes til å påføre et beskyttende lag på skjøre materialer.

I den moderne metallurgiske industrien produseres legeringer også ved bruk av wolframpulver. For å lage det kreves det spesielle forhold, inkludert opprettelsen av et vakuummiljø. På grunn av noen funksjoner i samspillet mellom wolfram og andre elementer, foretrekker metallurger å lage legeringer ikke med tofaseegenskaper, men med bruk av 3, 4 eller flere komponenter. Disse legeringene er spesielt sterke, men med streng overholdelse av formlene. Ved de minste avvik i prosentandelen kan legeringen bli sprø og ubrukelig.

Wolfram er et element som brukes i teknologi

Filamentene til vanlige lyspærer er laget av dette metallet. Samt rør til røntgenmaskiner, komponenter i vakuumovner som må brukes ved ekstremt høye temperaturer. Stål, som inneholder wolfram, har en meget høy styrke. Slike legeringer brukes til å lage verktøy innen en lang rekke felt: brønnboring, medisin og maskinteknikk.

Den største fordelen med å skjøte sammen stål og wolfram er slitestyrke og sannsynligheten for skade. Den mest kjente wolframlegeringen i konstruksjon kalles "vinn". Dette elementet er også mye brukt i kjemisk industri. Med tillegget blir maling og pigmenter skapt. Spesielt mye brukt i dette området er wolframoksid 6. Det brukes til produksjon av wolframkarbider og halogenider. Et annet navn for dette stoffet er wolframtrioksid. 6 brukes som gult pigment i keramikk- og glassmaling.

Hva er tunge legeringer?

Alle wolframbaserte legeringer som har høy tetthet kalles tunge. De oppnås kun ved bruk av pulvermetallurgimetoder. Wolfram er alltid grunnlaget for tunge legeringer, hvor innholdet kan være opptil 98 %. I tillegg til dette metallet tilsettes nikkel, kobber og jern til tunge legeringer. Imidlertid kan de også inkludere krom, sølv, kobolt og molybden. De mest populære legeringene er VMF (wolfram - nikkel - jern) og VNM (wolfram - nikkel - kobber). Det høye tetthetsnivået til slike legeringer gjør at de kan absorbere farlig gammastråling. Svinghjul, elektriske kontakter og rotorer for gyroskop er laget av dem.

Wolfram-karbid

Omtrent halvparten av all wolfram brukes til å lage sterke metaller, spesielt wolframkarbid, som har et smeltepunkt på 2770 C. Wolframkarbid er en kjemisk forbindelse som inneholder like mange karbon- og wolframatomer. Denne legeringen har spesielle kjemiske egenskaper. Wolfram gir den en slik styrke at den er dobbelt så sterk som stål.

Wolframkarbid er mye brukt i industrien. Skjærende gjenstander er laget av det, som må være svært motstandsdyktig mot høye temperaturer og slitasje. Også laget av dette elementet:

Flydeler, bilmotorer.
Deler til romskip.
Medisinsk kirurgiske instrumenter, som brukes innen abdominal kirurgi. Slike instrumenter er dyrere enn konvensjonelt medisinsk stål, men de er mer produktive.
Spesielt smykker giftering. En slik popularitet til wolfram er assosiert med dens styrke, som for de som gifter seg symboliserer styrken til forholdet, så vel som utseende. Egenskapene til wolfram i polert form er slik at det beholder et speilaktig, skinnende utseende i svært lang tid.
Baller til kulepenner luksusklasse.

Vil vinne - wolframlegering

Rundt andre halvdel av 1920-tallet begynte mange land å produsere legeringer for kutte verktøy, som ble oppnådd fra wolframkarbider og metallkobolt. I Tyskland ble en slik legering kalt Vidia, i USA - carbola. I Sovjetunionen ble en slik legering kalt "vinn". Disse legeringene har vist seg å være utmerket for maskinering av støpejernsprodukter. Pobedit er en metall-keramisk legering med ekstremt høy styrke. Den er laget i form av plater ulike former og størrelser.

Prosessen med å lage en pobedit kommer ned til følgende: wolframkarbidpulver, fint nikkel eller koboltpulver tas, og alt blandes og presses i spesielle former. Platene presset på denne måten utsettes for ytterligere varmebehandling. Dette gir en veldig hard legering. Disse innsatsene brukes ikke bare til å kutte støpejern, men også til å lage boreverktøy. Pobedite-plater loddes på boreutstyr ved hjelp av kobber.

Utbredelse av wolfram i naturen

Dette metallet er svært sjeldent i miljøet. Etter alle elementene rangerer den på 57. plass og finnes i form av clarke wolfram. Metallet danner også mineraler - scheelitt og wolframitt. Wolfram migrerer inn i grunnvannet enten som sitt eget ion eller i form av ulike forbindelser. Men dens største konsentrasjon er i grunnvann ubetydelig. Det utgjør hundredeler av mg/l og endrer praktisk talt ikke deres kjemiske egenskaper. Wolfram kan også komme inn i naturlige vannforekomster fra avløpsvann fra fabrikker og fabrikker.

Effekt på menneskekroppen

Wolfram kommer praktisk talt ikke inn i kroppen med vann eller mat. Det kan være fare for å puste inn wolframpartikler i luften på jobb. Til tross for at det tilhører kategorien tungmetaller, er wolfram ikke giftig. Wolframforgiftning forekommer bare blant de som er forbundet med wolframproduksjon. Samtidig varierer graden av påvirkning av metallet på kroppen. For eksempel kan wolframpulver, wolframkarbid og et stoff som wolframanhydritt forårsake lungeskade. Hovedsymptomene er generell ubehag og feber. Mer alvorlige symptomer oppstår ved forgiftning fra wolframlegeringer. Dette skjer ved innånding av legeringsstøv og fører til bronkitt og pneumosklerose.

Tungsten metall kommer inn Menneskekroppen, absorberes ikke i tarmene og skilles ut gradvis. Wolframforbindelser, som er klassifisert som løselige, kan utgjøre en stor fare. De avsettes i milten, bein og hud. Ved langvarig eksponering for wolframforbindelser kan symptomer som sprø negler, avskallet hud og ulike typer dermatitt oppstå.

Wolframreserver i forskjellige land

De største wolframressursene finnes i Russland, Canada og Kina. I følge forskernes prognoser er rundt 943 tusen tonn av dette metallet lokalisert i innenlandske territorier. Hvis vi tror på disse estimatene, er det overveldende flertallet av reservene lokalisert i Sør-Sibir og Langt øst. Andelen utforskede ressurser er svært liten – den er bare rundt 7 %.

Når det gjelder antall utforskede wolframforekomster, er Russland nest etter Kina. De fleste av dem ligger i regionene Kabardino-Balkaria og Buryatia. Men i disse forekomstene er det ikke ren wolfram som utvinnes, men dens malmer, som også inneholder molybden, gull, vismut, tellur, scandium og andre stoffer. To tredjedeler av volumene av wolfram hentet fra utforskede kilder er inneholdt i malmer som er vanskelig å behandle, hvor det viktigste wolframholdige mineralet er scheelitt. Andelen lettbearbeidede malmer utgjør kun en tredjedel av all produksjon. Egenskapene til wolfram utvunnet i Russland er lavere enn i utlandet. Malmene inneholder en stor prosentandel wolframtrioksid. Det er svært få metallforekomster i Russland. Tungsten sand er også lav kvalitet, med stort beløp oksider

Wolfram i økonomi

Global wolframproduksjon begynte å vokse rundt 2009, da den asiatiske industrien begynte å komme seg. Kina er fortsatt den største wolframprodusenten. For eksempel, i 2013, utgjorde dette landets produksjon 81 % av den globale forsyningen. Omtrent 12 % av etterspørselen etter wolfram er relatert til produksjon lysarmaturer. Ifølge eksperter vil bruken av wolfram i dette området avta på bakgrunn av bruken av LED og fluorescerende lamper både i hjemlige forhold og i produksjon.

Det antas at etterspørselen etter wolfram i elektronikkindustrien vil øke. Wolframs høye slitestyrke og evne til å tåle elektrisitet gjør det til det best egnede metallet for produksjon av spenningsregulatorer. Når det gjelder volum forblir imidlertid denne etterspørselen ganske liten, og det antas at den innen 2018 vil vokse med bare 2%. I følge forskernes prognoser bør det imidlertid i nær fremtid være en økning i etterspørselen etter hardmetall. Dette skyldes veksten i bilproduksjonen i USA, Kina, Europa, samt en økning i gruveindustri. Det antas at innen 2018 vil etterspørselen etter wolfram øke med 3,6%.

Bruken av rent metall og wolframholdige legeringer er hovedsakelig basert på deres ildfasthet, hardhet og kjemisk motstand. Ren wolfram brukes til å lage filamenter elektriske lamper glødelampe og katodestrålerør, i produksjon av digler for fordampning av metaller, i kontaktene til biltenningsdistributører, i målene til røntgenrør; som viklinger og varmeelementer elektriske ovner og som et konstruksjonsmateriale for romfart og andre kjøretøyer som drives ved høye temperaturer. Høyhastighetsstål (17,5-18,5 % wolfram), stellitt (koboltbasert med tillegg av Cr, W, C), hastaloy (Ni-basert rustfritt stål) og mange andre legeringer inneholder wolfram. Grunnlaget for produksjon av verktøy og varmebestandige legeringer er ferrotungsten (68-86% W, opptil 7% Mo og jern), som enkelt oppnås ved direkte reduksjon av wolfram eller scheelite konsentrater. "Pobedit" er en veldig hard legering som inneholder 80-87% wolfram, 6-15% kobolt, 5-7% karbon, uunnværlig i metallbearbeiding, i gruve- og oljeindustrien.

Kalsium- og magnesiumwolframater er mye brukt i fluorescerende enheter, og andre wolframsalter brukes i den kjemiske og garveindustrien. Tungstendisulfid er et tørt høytemperatursmøremiddel, stabilt opp til 500°C. Tungstenbronse og andre forbindelser av grunnstoffet brukes til fremstilling av maling. Mange wolframforbindelser er utmerkede katalysatorer.

I mange år etter oppdagelsen forble wolfram en laboratoriesjeldenhet; først i 1847 fikk Oxland patent på produksjon av natriumwolframat, wolframsyre og wolfram fra kassiteritt (tinnstein). Det andre patentet, oppnådd av Oxland i 1857, beskrev produksjonen av jern-wolframlegeringer, som danner grunnlaget for moderne høyhastighetsstål.

På midten av 1800-tallet. De første forsøkene ble gjort på å bruke wolfram i stålproduksjon, men i lang tid var det ikke mulig å introdusere denne utviklingen i industrien på grunn av den høye prisen på metallet. Den økte etterspørselen etter legert og høyfast stål førte til lanseringen av produksjonen av høyhastighetsstål ved Bethlehem Steel. Prøver av disse legeringene ble først presentert i 1900 på verdensutstillingen i Paris.

Tungsten filament produksjonsteknologi og dens historie.

Produksjonsvolumene av wolframtråd har en liten andel blant alle wolframapplikasjoner, men utviklingen av teknologien for produksjonen spilte en nøkkelrolle i utviklingen av pulvermetallurgi av ildfaste forbindelser.

Siden 1878, da Swan demonstrerte kulllampene med åtte og seksten lys han hadde oppfunnet i Newcastle, har det vært et søk etter mer egnet materiale for produksjon av filamenter. Den første kulllampen hadde en effektivitet på bare 1 lumen/watt, som ble økt i løpet av de neste 20 årene ved modifikasjoner i kullbehandlingsmetoder med to og en halv ganger. I 1898 var lyseffekten til slike pærer 3 lumen/watt. I de dager ble karbonfilamenter varmet opp ved å passere elektrisk strøm i en atmosfære av tunge hydrokarbondamper. Under pyrolysen av sistnevnte fylte det resulterende karbonet porene og uregelmessighetene i tråden, og ga den en lys metallisk glans.

På slutten av 1800-tallet. von Welsbach var den første som produserte metallglødetråd for glødelamper. Han laget den av osmium (T pl = 2700 ° C). Osmiumfilamenter hadde en effektivitet på 6 lumen/watt, men osmium er et sjeldent og ekstremt kostbart platinagruppeelement, så det er mye brukt i produksjon husholdningsapparater Har ikke funnet. Tantal, med et smeltepunkt på 2996 ° C, ble mye brukt i form av trukket tråd fra 1903 til 1911 takket være arbeidet til von Bolton fra Siemens og Halske. Effektiviteten til tantallamper var 7 lumen/watt.

Tungsten begynte å bli brukt i glødelamper i 1904 og erstattet alle andre metaller i denne kapasiteten innen 1911. En konvensjonell glødelampe med wolframglødetråd har en glød på 12 lumen/watt, og lamper som opererer under høy spenning - 22 lumen/watt. Moderne wolframkatodelysrør har en effektivitet på ca. 50 lumen/watt.

I 1904 forsøkte Siemens-Halske å bruke trådtrekkeprosessen utviklet for tantal på mer ildfaste metaller som wolfram og thorium. Stivheten og mangelen på formbarhet av wolfram tillot ikke prosessen å gå jevnt. Senere i 1913-1914 ble det imidlertid vist at smeltet wolfram kunne rulles ut og trekkes ved hjelp av en delvis reduksjonsprosedyre. Elektrisk lysbue passert mellom en wolframstang og en delvis smeltet wolframdråpe plassert i en grafittdigel, belagt på innsiden med wolframpulver og plassert i en hydrogenatmosfære. Således ble det oppnådd små dråper smeltet wolfram, ca. 10 mm i diameter og 20-30 mm i lengde. Selv om det var vanskelig, var det allerede mulig å jobbe med dem.

I løpet av de samme årene patenterte Just og Hannaman en prosess for å lage wolframfilamenter. Fint metallpulver ble blandet med et organisk bindemiddel, den resulterende pastaen ble ført gjennom dyser og oppvarmet i en spesiell atmosfære for å fjerne bindemidlet, noe som resulterte i en tynn tråd av ren wolfram.

I 1906-1907 ble den velkjente ekstruderingsprosessen utviklet og brukt til tidlig på 1910-tallet. Veldig finmalt svart wolframpulver ble blandet med dekstrin eller stivelse til en plastisk masse ble dannet. Hydraulisk trykk denne massen ble presset gjennom tynne diamantsikter. Den resulterende tråden var sterk nok til å vikles på spoler og tørkes. Deretter ble trådene kuttet i "pinner", som ble oppvarmet i en inert gassatmosfære til en rødglødende temperatur for å fjerne gjenværende fuktighet og lette hydrokarboner. Hver "pinne" ble festet i en klemme og oppvarmet i en hydrogenatmosfære til den glødet sterkt ved å lede en elektrisk strøm. Dette førte til endelig fjerning av uønskede urenheter. Ved høye temperaturer smelter individuelle små partikler av wolfram og danner et homogent solid metallfilament. Disse trådene er elastiske, selv om de er skjøre.

På begynnelsen av 1900-tallet. Yust og Hannaman utviklet en annen prosess som var kjent for sin originalitet. Et karbonfilament med en diameter på 0,02 mm ble belagt med wolfram ved oppvarming i en atmosfære av hydrogen og wolframheksakloriddamp. Tråden belagt på denne måten ble oppvarmet til en lys glød i hydrogen ved redusert trykk. I dette tilfellet ble wolframskallet og karbonkjernen fullstendig smeltet sammen, og dannet wolframkarbid. Den resulterende tråden hadde hvit farge og var skjør. Filamentet ble deretter oppvarmet i en strøm av hydrogen, som reagerte med karbonet, og etterlot et kompakt filament av ren wolfram. Trådene hadde samme egenskaper som de som ble oppnådd under ekstruderingsprosessen.

I 1909 den amerikanske Coolidge klart å skaffe formbar wolfram uten bruk av fyllstoffer, men kun ved hjelp av rimelig temperatur og maskinering. Hovedproblemet med å produsere wolframtråd var den raske oksidasjonen av wolfram ved høye temperaturer og tilstedeværelsen av en kornstruktur i den resulterende wolfram, noe som førte til dens sprøhet.

Moderne wolframtrådproduksjon er sofistikert og presis teknologisk prosess. Utgangsmaterialet er pulverisert wolfram oppnådd ved å redusere ammoniumparawolframat.

Wolframpulver som brukes til trådproduksjon må være av høy renhet. Vanligvis blandes wolframpulver av forskjellig opprinnelse for å homogenisere kvaliteten på metallet. De blandes i møller, og for å unngå oksidasjon av metallet oppvarmet ved friksjon, føres en strøm av nitrogen inn i kammeret. Deretter presses pulveret i stålformer ved hjelp av hydrauliske eller pneumatiske presser (5-25 kg/mm2). Når forurensede pulvere brukes, blir kompakteringen sprø og et fullstendig oksiderbart organisk bindemiddel tilsettes for å eliminere denne effekten. På neste trinn utføres foreløpig sintring av stengene. Når oppvarming og kjøling komprimerer i en hydrogenstrøm, vil de mekaniske egenskaper er i bedring. Kompaktene forblir fortsatt ganske skjøre, og deres tetthet er 60-70% av tettheten til wolfram, så stengene blir utsatt for høytemperatursintring. Stangen klemmes mellom kontakter avkjølt med vann, og i en atmosfære av tørt hydrogen føres en strøm gjennom den for å varme den opp nesten til smeltepunktet. På grunn av oppvarming sintres wolfram og dens tetthet øker til 85-95 % av den krystallinske tettheten, samtidig øker kornstørrelsene og wolframkrystaller vokser. Dette etterfølges av smiing ved høye (1200-1500°C) temperaturer. I et spesielt apparat føres stengene gjennom et kammer, som komprimeres med en hammer. I løpet av en passering reduseres stangens diameter med 12 %. Når smidd, forlenges wolframkrystaller, og skaper en fibrillær struktur. Etter smiing følger trådtrekking. Stengene smøres og føres gjennom diamant- eller wolframkarbidskjermer. Graden av tegning avhenger av formålet med de resulterende produktene. Diameteren på den resulterende ledningen er omtrent 13 mikron.

Hva er tettheten til wolfram? Hva er bruken basert på? La oss se etter svar på disse spørsmålene sammen.

Stilling i PS

Dette kjemiske elementet er lokalisert i den sjette gruppen av det periodiske systemet. Serienummeret er 74, dens relative atommasse er 183,85. Spesiell bestemmes av dets høye smeltepunkt. Det regnes som en av naturlig wolfram inneholder fem stabile isotoper, som har lignende massetall fra 180 til 186.

Åpne et element

Dette kjemiske elementet ble oppdaget på slutten av 1700-tallet. K. Scheele klarte å isolere det fra et mineral hvor metallet var inneholdt i form av et oksid. I lang tid hadde wolfram praktisk talt ingen industriell bruk og var ikke etterspurt. Det var først på midten av 1800-tallet at metallet begynte å bli brukt som tilsetning i produksjonen av slitesterkt stål.

I jordskorpen dette elementet finnes i små mengder. Det finnes ikke i fri form; det finnes bare i form av mineraler. Dens oksider brukes i industriell skala.

Fysiske egenskaper

19300 er tettheten til wolfram kg/m3 ved normale forhold. Metallet danner et volumkonsentrisk kubisk gitter. Den har god varmekapasitet. Wolframs høye temperaturkoeffisient forklarer dens ildfasthet. Smeltepunktet er 3380 grader Celsius. De mekaniske egenskapene påvirkes av dens Foreløpig behandling. Tatt i betraktning at tettheten til wolfram ved 20 s er 19,3 g/cm3, kan den bringes til tilstanden til en enkelt krystallfiber. Denne egenskapen brukes til fremstilling av ledning fra den. Ved romtemperatur har wolfram liten duktilitet.

Funksjoner av wolfram

Den betydelige tettheten av wolfram gir dette metallet visse egenskaper. Den har en ganske lav fordampningshastighet, høyt punkt kokende. Når det gjelder indikator, er wolfram tre ganger lavere enn kobber. Nøyaktig høy tetthet wolfram begrenser omfanget av bruken. I tillegg påvirkes bruken av dens økte skjørhet når lave temperaturer, ustabilitet overfor oksidasjon av atmosfærisk oksygen ved lave temperaturer.

Av ytre egenskaper wolfram har likheter med stål. Den brukes til fremstilling av legeringer preget av økt styrke. Wolfram behandles kun ved høye temperaturer.

Wolfram karakterer

Ikke bare tettheten til wolfram, men også tilsetningsstoffene som brukes i metallurgi, gjenspeiles i kvaliteten på dette metallet. For eksempel involverer VA en blanding av wolfram med aluminium og silisium. Den resulterende karakteren er preget av en økt temperatur for initial rekrystallisering og styrke etter gløding.

VL innebærer å tilsette lantanoksid til wolfram som et tilsetningsstoff, noe som øker metallets emissive egenskaper.

MV er en legering av wolfram og molybden. Denne sammensetningen øker styrken og opprettholder duktiliteten til metallet etter gløding.

Omfang av bruk av wolfram

De unike egenskapene til dette metallet bestemmer bruken. Den brukes i industrielle mengder og i ren form, og som legeringer.

Wolfram brukes i hverdagen hovedsakelig til elektriske formål.

Det er dette som brukes som hovedkomponent (legeringselement) i produksjonsprosessen av høyhastighetsstål. I gjennomsnitt varierer wolframinnholdet fra ni til tjue prosent. I tillegg er det en del av verktøystål.

Lignende stål brukes til fremstilling av kuttere, bor, stanser og dyser. For eksempel indikerer P6M5 at stålet er legert med kobolt og molybden. I tillegg er wolfram inneholdt i som er delt inn i wolfram-kobolt og wolfram typer.

Tungsten i sin rene form er praktisk talt ikke etterspurt i hverdagen. Wolframkarbid er en forbindelse av dette metallet med karbon. Forbindelsen er preget av høy hardhet, ildfasthet og slitestyrke. På basis av wolframkarbid lages verktøyproduktive harde legeringer som inneholder ca. 90 prosent wolfram og ca. 10 prosent kobolt. Skjærende deler av bore- og skjæreverktøy er laget av harde legeringer.

Typer wolframbasert stål

Slitasjebestandig og basert på tungstens ildfasthet. Forbindelser av wolfram med krom og kobolt, kalt stellitter, er vanlige i industrien. De påføres ved overflatebehandling på slitedeler til industrielle maskindeler.

"Tunge" og kontaktlegeringer er blandinger av wolfram med sølv eller kobber. De anses å være ganske effektive kontaktmaterialer, derfor brukes de til produksjon av arbeidsdeler for brytere, elektroder for utførelse punktsveising, samt produksjon av brytere.

I form av ledning, smidde produkter og tape brukes wolfram i radioteknikk, i produksjon av elektriske lamper, og også i røntgenteknikk. Dette metallet vurderes det beste materialet for å lage spiraler og filamenter.

Wolfram stenger og tråd er nødvendig for produksjon av elektriske varmeovner for Wolfram-baserte varmeovner er i stand til å operere i en atmosfære av inert gass, hydrogen, og også i et vakuum.

En av de viktigste industriene som bruker wolfram er sveising. Den brukes til å lage elektroder som brukes til buesveising. De resulterende elektrodene anses som ikke-forbrukbare.

Innhenting av ildfast metall

Hvor mye koster wolfram? Prisen per kg varierer fra 900 til 1200 rubler. Det tilhører gruppen av sjeldne metallelementer. I tillegg til wolfram inngår også rubidium og molybden her. Sjeldne metaller har en ubetydelig bruksskala, gitt deres ubetydelige innhold i jordskorpen. Ingen av de oppførte metallene kan oppnås ved direkte reduksjon fra råvarer. Til å begynne med bearbeides råvarene til ulike kjemikalier. Merk det spesielle ytterligere berikelse malmer før full bearbeiding.

Det er tre stadier i den teknologiske kjeden for å produsere sjelden wolfram. Først dekomponeres malmen, og skiller det utvunnede metallet fra massen av råmaterialer, så vel som dets konsentrasjon i sedimentet eller i løsningen. Deretter oppnås kjemisk rene forbindelser, isolering og rensing av kjemikaliet utføres. På det tredje trinnet isoleres metallet fra oksidet renset fra urenheter.

Wolframitt brukes som råstoff i produksjonen av wolfram. Denne malmen inneholder omtrent to prosent rent metall. Malmutvinning utføres ved flotasjon, gravitasjon, elektromagnetisk eller magnetisk separasjon. Etter anrikning dannes et wolframkonsentrat, som inneholder ca. 65 prosent wolframoksid (6). I tillegg til metall inneholder slike konsentrater urenheter av svovel, kobber, fosfor, arsen, vismut og antimon. Hvor mye koster denne wolframen? Prisen per kg er omtrent tusen rubler. For å lage wolframpulver er det nødvendig å redusere anhydridet med karbon eller hydrogen.

Hydrogeneringsmetoden brukes hovedsakelig, siden karbon tilfører metallet sprøhet og påvirker dets bearbeidbarhet negativt. Tungsten pulver brukes til å lage spesielle metoder, som lar deg analysere sammensetningen, kornstørrelsen, samt sammensetningen av de dannede granulatene.

Kompakt hydrogen, hovedsakelig i form av ingots eller stenger, brukes som emner ved fremstilling av halvfabrikata som tape og tråd.

For tiden brukes to metoder for å lage kompakt wolfram. Den første metoden innebærer bruk av pulvermetallurgi. Den andre metoden tillater bruk av elektriske lysbueovner, som involverer bruk av forbrukselektroder.

De vanligste typer produkter laget av metall wolfram og har spesiell betydning, er wolframstenger. Ved smiing fås de fra stenger på en spesiell smimaskin. Søke om ferdige produkter V ulike bransjer moderne industri. For eksempel er det fra dem at ikke-forbrukbare sveiseelektroder oppnås. I tillegg brukes wolframstenger også til å lage varmeovner. De er etterspurt i gassutladningsenheter og elektriske lamper.

Innholdet i artikkelen

TUNGSTEN(Wolframium), W kjemisk element 6 (VIb) fra gruppen av det periodiske systemet til D.I. Mendeleev, atomnummer 74, atommasse 183,85. 33 isotoper av wolfram er kjent: fra 158 W til 190 W. Fem isotoper er oppdaget i naturen, hvorav tre er stabile: 180 W (andel blant naturlige isotoper 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426) %), og de to andre er svakt radioaktive: 183 W (14,314 %, T ½ = 1,1 10 17 år), 184 W (30,642 %, T ½ = 3 10 17 år). Elektronskallkonfigurasjon 4f 14 5d 4 6s 2. Den mest typiske oksidasjonstilstanden er +6. Forbindelser med wolframoksidasjonstilstander +5, +4, +3, +2 og 0 er kjent.

Tilbake på 1300-1500-tallet. gruvearbeidere og metallurger i Ertsfjellene i Sachsen bemerket at noen malmer forstyrret reduksjonsprosessen av tinnstein (kassiterittmineral, SnO 2) og førte til slaggdannelse av det smeltede metallet. På datidens fagspråk ble denne prosessen karakterisert som følger: "Disse malmene river ut tinnet og sluker det, som en ulv sluker en sau." Gruvearbeiderne ga denne "irriterende" rasen navnene "Wolfert" og "Wolfrahm", som oversatt betyr "ulveskum" eller "skum i munnen til en sint ulv." tysk kjemiker og metallurg Georg Agricola i sitt grunnleggende arbeid Tolv bøker om metaller(1556) leder latinsk navn av dette mineralet Spuma Lupi, eller Lupus spuma, som i hovedsak er en kopi av det tyske folkenavnet.

I 1779 utforsket Peter Wulf mineralet som nå kalles wolframitt (FeWO 4 x MnWO 4), og kom til at den må inneholde et tidligere ukjent stoff. I 1783 i Spania brukte brødrene d'Elguyar (Juan Jose og Fausto D'Elhuyar de Suvisa), salpetersyre, isolert fra dette mineralet "syrejord" - et gult bunnfall av et oksid av et ukjent metall, løselig i ammoniakkvann . Det ble også funnet oksider av jern og mangan i mineralet. Juan og Fausto kalsinerte "jorden" med trekull og oppnådde et metall, som de foreslo å kalle "wolfram", og selve mineralet "wolframitt". Dermed var de spanske kjemikerne d'Elguiar de første som publiserte informasjon om oppdagelsen av et nytt grunnstoff.

Senere ble det kjent at wolframoksid for første gang ikke ble oppdaget i "tinneteren" wolframitt, men i et annet mineral.

I 1758 oppdaget og beskrev den svenske kjemikeren og mineralogen Axel Fredrik Cronstedt et uvanlig tungt mineral (CaWO 4 , senere kalt scheelite), som han kalte Tung Sten, som betyr "tung stein" på svensk. Kronstedt var overbevist om at dette mineralet inneholdt et nytt, ennå ikke oppdaget, grunnstoff.

I 1781 dekomponerte den store svenske kjemikeren Karl Scheele den "tunge steinen" med salpetersyre, og oppdaget, i tillegg til kalsiumsaltet, "gul jord", som ikke var lik den hvite "molybdenjorden", som han først hadde isolert tre år tidligere. Det er interessant at en av brødrene d'Elguiar jobbet i laboratoriet hans på den tiden. Scheele kalte metallet "wolfram", etter navnet på mineralet som gul oksid først ble isolert fra. Dermed dukket det opp to navn for det samme element.

I 1821 foreslo von Leonhard å kalle mineralet CaWO 4 scheelite.

Navnet wolfram finnes i Lomonosov; Soloviev og Hess (1824) kaller det tistel, Dvigubsky (1824) - wolfram.

Tilbake på begynnelsen av 1900-tallet. i Frankrike, Italia og de angelsaksiske landene ble grunnstoffet "wolfram" betegnet som Tu (fra wolfram). Det var først i midten av forrige århundre at det moderne symbolet W ble etablert.

Wolfram i naturen. Typer innskudd.

Wolfram er et ganske sjeldent grunnstoff, dets clarke (prosentinnhold i jordskorpen) er 1,3·10 4% (57. plass blant kjemiske grunnstoffer).

Wolfram forekommer først og fremst i form av jern og mangan eller kalsiumwolframater, og noen ganger bly, kobber, thorium og sjeldne jordartsmetaller.

Det vanligste mineralet wolframitt er en fast løsning av jern- og manganwolframater (Fe, Mn)WO 4 . Dette er tunge, harde krystaller som varierer i farge fra brun til svart, avhengig av hvilket element som dominerer i sammensetningen deres. Hvis det er mer mangan (Mn:Fe > 4:1), så er krystallene svarte, men hvis jern dominerer (Fe:Mn > 4:1) er de brune. Det første mineralet kalles hübneritt, det andre - ferberitt. Wolframitt er paramagnetisk og leder elektrisitet godt.

Av andre wolframmineraler er scheelite, kalsiumwolframat CaWO 4, av industriell betydning. Den danner skinnende, glasslignende krystaller som er lysegule, noen ganger nesten hvite. Scheelite er ikke magnetisk, men har en annen karakteristisk egenskap - evnen til å lyse. Når den er opplyst med ultrafiolette stråler, fluorescerer den knallblått i mørket. Blandingen av molybden endrer fargen på gløden til scheelite: den blir blekblå, og noen ganger til og med krem. Denne egenskapen til scheelite, brukt i geologisk utforskning, fungerer som en søkefunksjon for å oppdage mineralforekomster.

Som regel er forekomster av wolframmalm knyttet til områder med granittfordeling. Store krystaller av wolframitt eller scheelite er svært sjeldne. Vanligvis er mineraler bare ispedd gamle granittbergarter. Den gjennomsnittlige konsentrasjonen av wolfram i dem er bare 12%, så det er ganske vanskelig å trekke det ut. Totalt er rundt 15 wolframmineraler kjent. Blant dem er rasoitt og stoltsitt, som er to forskjellige krystallinske modifikasjoner av blywolframat PbWO 4 . Andre mineraler er nedbrytningsprodukter eller sekundære former av de vanlige mineralene wolframitt og scheelite, som wolfram oker og hydrowolframitt, som er et hydratisert wolframoksid dannet av wolframitt; Rousselite er et mineral som inneholder oksider av vismut og wolfram. Det eneste ikke-oksiderte wolframmineralet er wolframitt WS 2, hvis hovedreserver er konsentrert i USA. Typisk varierer wolframinnholdet i utviklede avsetninger fra 0,3 til 1,0 % WO 3 .

Alle wolframavsetninger er av magmatisk eller hydrotermisk opprinnelse. Når magma avkjøles, oppstår differensiell krystallisering, og det er derfor scheelitt og wolframitt ofte finnes som årer der magma har penetrert sprekker jordskorpen. De fleste av wolframavsetningene er konsentrert i unge fjellkjeder - Alpene, Himalaya og Stillehavsbeltet. I følge US Geological Surveys fra 2003 inneholder Kina omtrent 62 % av verdens wolframreserver. Betydelige forekomster av dette elementet har også blitt utforsket i USA (California, Colorado), Canada, Russland, Sør-Korea, Bolivia, Brasil, Australia og Portugal.

Verdensreserver av wolframmalm er estimert til 2,9·106 tonn i form av metall. Kina har de største reservene (1,8 106 tonn), Canada og Russland deler andreplassen (henholdsvis 2,6 105 og 2,5 105 tonn). USA er på tredjeplass (1,4·105 tonn), men nå er nesten alle amerikanske forekomster i møll. Blant andre land har Portugal (reserver 25 000 tonn), Nord-Korea (35 000 tonn), Bolivia (53 000 tonn) og Østerrike (10 000 tonn) betydelige reserver.

Den årlige verdensproduksjonen av wolframmalm er 5,95 10 4 tonn i form av metall, hvorav 49,5 10 4 tonn (83%) utvinnes i Kina. I Russland utvinnes 3400 tonn, i Canada 3000 tonn.

På King Island i Australia utvinnes 20002400 tonn wolframmalm per år. I Østerrike utvinnes scheelite i Alpene (provinsene Salzburg og Steiermark). En felles wolfram-gull-vismutgruve utvikles i det nordøstlige Brasil (Kanung-gruvene og Calsas-forekomsten i Yukon) med en estimert gullreserve på 1 million unser og 30 000 tonn wolframoksid. Verdensledende innen utvikling av wolframråvarer er Kina (Jianshi-forekomster (60 % av kinesisk wolframproduksjon), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guandong (6%), Guanzhi og Indre Mongolia (2% hver ) og andre). Årlige produksjonsvolumer i Portugal (Panaschira-forekomst) er estimert til 720 tonn wolfram per år. I Russland er hovedforekomstene av wolframmalm lokalisert i to regioner: i Fjernøsten (Lermontovskoye-forekomst, 1700 tonn konsentrat per år) og i Nord-Kaukasus (Kabardino-Balkaria, Tyrnyauz). Nalchik-anlegget behandler malm til wolframoksid og ammoniumparawolframat.

Den største forbrukeren av wolfram er Vest-Europa dens andel av verdensmarkedet er 30 %. Nord-Amerika og Kina står for 25 % av det totale forbruket hver, og Japan står for 1213 %. Etterspørselen etter wolfram i CIS-landene er estimert til 3000 tonn metall per år.

Mer enn halvparten (58 %) av alt metall som forbrukes brukes til produksjon av wolframkarbid, nesten en fjerdedel (23 %) i form av ulike legeringer og stål. Produksjonen av wolfram "rulle" (filamenter for glødelamper, elektriske kontakter, etc.) utgjør 8% av wolfram produsert, og de resterende 9% brukes til produksjon av pigmenter og katalysatorer.

Bearbeiding av wolfram råvarer.

Den primære malmen inneholder ca. 0,5 % wolframoksid. Etter flotasjon og separasjon av ikke-magnetiske komponenter, gjenstår en bergart som inneholder ca. 70 % WO 3. Den anrikede malmen (og oksidert wolframskrot) blir deretter utlutet med natriumkarbonat eller hydroksyd:

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

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

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

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

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

Den resulterende løsningen frigjøres fra mekaniske urenheter og behandles deretter. Til å begynne med utfelles kalsiumwolframat, etterfulgt av dekomponering med saltsyre og oppløsning av den resulterende WO 3 i vandig ammoniakk. Noen ganger utføres rensing av primær natriumwolframat ved bruk av ionebytterharpikser. Sluttproduktet av prosessen er ammoniumparawolframat:

CaWO 4 + 2 HCl = H 2 WO 4 Ї + CaCl 2

H 2 WO 4 = WO 3 + H 2 O

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

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

En annen måte å skille wolfram fra anriket malm på er å behandle den med klor eller hydrogenklorid. Denne metoden er basert på det relativt lave kokepunktet til wolframklorider og oksoklorider (300 ° C). Metoden brukes for å oppnå spesielt ren wolfram.

Wolframittkonsentrat kan smeltes direkte med kull eller koks i et elektrisk lysbuekammer. Dette produserer ferrotungsten, som brukes til fremstilling av legeringer i stålindustrien. Rent scheelittkonsentrat kan også tilsettes stålsmelten.

Omtrent 30 % av det globale wolframforbruket oppnås gjennom prosessering av sekundære råvarer. Forurenset wolframkarbidskrot, spon, sagflis og wolframpulverrester oksideres og omdannes til ammoniumparawolframat. Skrap av høyhastighetsstål brukes i produksjonen av de samme stålene (opptil 60-70 % av den totale smelten). Wolframskrot fra glødelamper, elektroder og kjemiske reagenser blir praktisk talt ikke resirkulert.

Hovedmellomproduktet ved produksjon av wolfram er ammoniumparawolframat (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. Det er også den viktigste transporterte wolframforbindelsen. Ved å kalsinere ammoniumparawolframat oppnås wolfram(VI)oksid, som deretter behandles med hydrogen ved 700–1000 °C for å oppnå metallwolframpulver. Ved å sintre det med karbonpulver ved 900–2200°C (karbureringsprosess), oppnås wolframkarbid.

I 2002 var prisen på ammoniumparawolframat, den viktigste kommersielle wolframforbindelsen, omtrent 9 000 dollar per tonn målt i metall. I I det siste Det var en nedadgående trend i prisene på wolframprodukter på grunn av stort tilbud fra Kina og landene i det tidligere Sovjetunionen.

I Russland produseres wolframprodukter av: Skopinsky Hydrometallurgical Plant "Metallurg" (Ryazan-regionen, wolframkonsentrat og anhydrid), Vladikavkaz Plant "Pobedit" (Nord-Ossetia, wolframpulver og ingots), Nalchik Hydrometallurgical Plant (Kabardino-Balkaria, metall wolfram , wolframkarbid ), Kirovgrad Hard Alloy Plant ( Sverdlovsk-regionen, wolframkarbid, wolframpulver), Elektrostal (Moskva-regionen, ammoniumparawolframat, wolframkarbid), Chelyabinsk elektrometallurgisk anlegg (ferrotungsten).

Egenskaper til et enkelt stoff.

Tungsten metall har lys grå farge. Etter karbon har det det høyeste smeltepunktet av alle enkle stoffer. Verdien bestemmes innenfor 33873422°C. Wolfram har utmerkede mekaniske egenskaper ved høye temperaturer og den laveste ekspansjonskoeffisienten blant alle metaller. Kokepunkt 54005700°C. Wolfram et av de tyngste metallene med en tetthet på 19250 kg/m 3. Den elektriske ledningsevnen til wolfram ved 0 ° C er omtrent 28 % av den elektriske ledningsevnen til sølv, som er det mest elektrisk ledende metallet. Rent wolfram er ganske enkelt å behandle, men det inneholder vanligvis urenheter av karbon og oksygen, som gir metallet dens velkjente hardhet.

Wolfram har en svært høy strekk- og trykkmodul, svært høy termisk krypemotstand, høy termisk og elektrisk ledningsevne, og en høy elektronemisjonskoeffisient, som kan forbedres ytterligere ved å legere wolfram med visse metalloksider.

Wolfram er kjemisk motstandsdyktig. Saltsyre, svovelsyre, salpetersyre, flussyre, vannvann, vandig løsning av natriumhydroksid, ammoniakk (opptil 700°C), kvikksølv og kvikksølvdamp, luft og oksygen (opptil 400°C), vann, hydrogen, nitrogen, karbonmonoksid(opptil 800°C), hydrogenklorid (opptil 600°C) påvirker ikke wolfram. Ammoniakk blandet med hydrogenperoksid, flytende og kokende svovel, klor (over 250 °C), hydrogensulfid ved rød varme, varm vannvann, en blanding av flussyre og salpetersyre, smelter av nitrat, nitritt, kaliumklorat, blydioksid reagerer med wolfram., natriumnitritt, varm salpetersyre, fluor, brom, jod. Wolframkarbid dannes ved interaksjon av karbon med wolfram ved temperaturer over 1400 ° C, oksid ved interaksjon med vanndamp og svoveldioksid (ved rød varme), karbondioksid (over 1200 ° C), oksider av aluminium, magnesium og thorium.

Egenskaper til de viktigste wolframforbindelsene.

Blant de viktigste forbindelsene av wolfram er dets oksid, klorid, karbid og ammoniumparawolframat.

Wolfram(VI)oksid WO 3 krystallinsk substans av lys gul farge, når den varmes opp blir den oransje, smeltepunkt 1473 ° C, kokepunkt 1800 ° C. Den tilsvarende wolframsyren er ustabil, i vandig løsning et dihydrat utfelles, og mister ett molekyl vann ved 70-100°C, og det andre ved 180-350°C. Når WO 3 reagerer med alkalier, dannes wolframater.

Wolframsyreanioner har en tendens til å danne polyforbindelser. Ved reaksjon med konsentrerte syrer dannes blandede anhydrider:

12WO 3 + H 3 PO 4 (kokende, kons.) = H 3

Når wolframoksid reagerer med metallisk natrium, dannes ikke-støkiometrisk natriumwolframat, kalt "wolframbronse":

WO 3+ x Na = Na x WO 3

Når wolframoksid reduseres med hydrogen i separasjonsøyeblikket, dannes hydratiserte oksider med en blandet oksidasjonstilstand "tungsten blues" WO 3 n(ÅH) n , n= 0.50.1.

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

Wolfram(VI)oksid mellomprodukt i produksjon av wolfram og dets forbindelser. Det er en komponent i noen industrielt viktige hydrogeneringskatalysatorer og keramiske pigmenter.

Høyere wolframklorid WCl 6 dannes ved omsetning av wolframoksid (eller wolframmetall) med klor (så vel som fluor) eller karbontetraklorid. Det skiller seg fra andre wolframforbindelser ved sitt lave kokepunkt (347 ° C). På sin måte kjemisk natur klorid er et syreklorid av wolframsyre, derfor dannes ufullstendige syreklorider når de interagerer med vann, og når de interagerer med alkalier, dannes det salter. Som et resultat av reduksjonen av wolframklorid med aluminium i nærvær av karbonmonoksid, dannes wolframkarbonyl:

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

Wolframkarbid WC oppnås ved å reagere pulverisert wolfram med kull i en reduserende atmosfære. Dens hardhet, sammenlignbar med diamant, bestemmer bruksomfanget.

Ammoniumwolframat (NH 4) 2 WO 4 er kun stabil i ammoniakkløsning. I fortynnet saltsyre faller det ut ammoniumparawolframat (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42, som er det viktigste wolframmellomproduktet på verdensmarkedet. Ammoniumparawolframat brytes lett ned ved oppvarming:

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

Påføring av wolfram.

Bruken av rent metall og wolframholdige legeringer er hovedsakelig basert på deres ildfasthet, hardhet og kjemisk motstand. Ren wolfram brukes til fremstilling av filamenter av elektriske glødelamper og katodestrålerør, i produksjon av digler for fordampning av metaller, i kontaktene til biltenningsfordelere, i målene til røntgenrør; som viklinger og varmeelementer til elektriske ovner og som konstruksjonsmateriale for rom og andre kjøretøyer som drives ved høye temperaturer. Høyhastighetsstål (17,5-18,5 % wolfram), stellitt (koboltbasert med tillegg av Cr, W, C), hastaloy (Ni-basert rustfritt stål) og mange andre legeringer inneholder wolfram. Grunnlaget for produksjon av verktøy og varmebestandige legeringer er ferrotungsten (68-86% W, opptil 7% Mo og jern), som enkelt oppnås ved direkte reduksjon av wolfram eller scheelite konsentrater. "Vinn" en veldig hard legering som inneholder 8087 % wolfram, 615 % kobolt, 57 % karbon, uunnværlig i metallbearbeiding, i gruve- og oljeindustrien.

Tungsten filament produksjonsteknologi og dens historie.

Siden 1878, da Swan demonstrerte karbonlampene med åtte og seksten stearinlys han hadde oppfunnet i Newcastle, hadde det pågått et søk etter et mer egnet materiale for å lage glødetråder. Den første kulllampen hadde en effektivitet på bare 1 lumen/watt, som ble økt i løpet av de neste 20 årene ved modifikasjoner i kullbehandlingsmetoder med to og en halv ganger. I 1898 var lyseffekten til slike pærer 3 lumen/watt. I disse dager ble karbonfilamenter varmet opp ved å sende en elektrisk strøm i en atmosfære av tunge hydrokarbondamper. Under pyrolysen av sistnevnte fylte det resulterende karbonet porene og uregelmessighetene i tråden, og ga den en lys metallisk glans.

På slutten av 1800-tallet. von Welsbach var den første som produserte metallglødetråd for glødelamper. Han laget den av osmium (T pl = 2700 ° C). Osmiumfilamenter hadde en effektivitet på 6 lumen/watt, men osmium er et sjeldent og ekstremt kostbart platinagruppeelement, så det ble ikke mye brukt i produksjon av husholdningsapparater. Tantal, med et smeltepunkt på 2996 ° C, ble mye brukt i form av trukket tråd fra 1903 til 1911 takket være arbeidet til von Bolton fra Siemens og Halske. Effektiviteten til tantallamper var 7 lumen/watt.

Tungsten begynte å bli brukt i glødelamper i 1904 og erstattet alle andre metaller i denne kapasiteten innen 1911. En konvensjonell glødelampe med wolframglødetråd har en glød på 12 lumen/watt, og lamper som opererer under høy spenning har en luminescens på 22 lumen /watt. Moderne wolframkatodelysrør har en effektivitet på ca. 50 lumen/watt.

I 1904 forsøkte Siemens-Halske å bruke trådtrekkeprosessen utviklet for tantal på mer ildfaste metaller som wolfram og thorium. Stivheten og mangelen på formbarhet av wolfram tillot ikke prosessen å gå jevnt. Imidlertid ble det senere vist i 1913-1914 at smeltet wolfram kunne rulles ut og trekkes ved hjelp av en delvis reduksjonsprosedyre. En elektrisk lysbue ble ført mellom en wolframstang og en delvis smeltet wolframdråpe plassert i en grafittdigel belagt innvendig med wolframpulver og plassert i en hydrogenatmosfære. Således ble det oppnådd små dråper smeltet wolfram, ca. 10 mm i diameter og 20-30 mm i lengde. Selv om det var vanskelig, var det allerede mulig å jobbe med dem.

I 1906–1907 ble den velkjente ekstruderingsprosessen utviklet og brukt til tidlig på 1910-tallet. Veldig finmalt svart wolframpulver ble blandet med dekstrin eller stivelse til en plastisk masse ble dannet. Ved hjelp av hydraulisk trykk ble denne massen presset gjennom tynne diamantsikter. Den resulterende tråden var sterk nok til å vikles på spoler og tørkes. Deretter ble trådene kuttet i "pinner", som ble oppvarmet i en inert gassatmosfære til en rødglødende temperatur for å fjerne gjenværende fuktighet og lette hydrokarboner. Hver "pinne" ble festet i en klemme og oppvarmet i en hydrogenatmosfære til den glødet sterkt ved å lede en elektrisk strøm. Dette førte til endelig fjerning av uønskede urenheter. Ved høye temperaturer smelter individuelle små partikler av wolfram og danner et homogent solid metallfilament. Disse trådene er elastiske, selv om de er skjøre.

På begynnelsen av 1900-tallet. Yust og Hannaman utviklet en annen prosess som var kjent for sin originalitet. Et karbonfilament med en diameter på 0,02 mm ble belagt med wolfram ved oppvarming i en atmosfære av hydrogen og wolframheksakloriddamp. Tråden belagt på denne måten ble oppvarmet til en lys glød i hydrogen ved redusert trykk. I dette tilfellet ble wolframskallet og karbonkjernen fullstendig smeltet sammen, og dannet wolframkarbid. Den resulterende tråden var hvit og sprø. Filamentet ble deretter oppvarmet i en strøm av hydrogen, som reagerte med karbonet, og etterlot et kompakt filament av ren wolfram. Trådene hadde samme egenskaper som de som ble oppnådd under ekstruderingsprosessen.

I 1909 klarte amerikanske Coolidge å skaffe formbar wolfram uten bruk av fyllstoffer, men bare ved hjelp av rimelig temperatur og mekanisk bearbeiding. Hovedproblemet med å produsere wolframtråd var den raske oksidasjonen av wolfram ved høye temperaturer og tilstedeværelsen av en kornstruktur i den resulterende wolfram, noe som førte til dens sprøhet.

Moderne produksjon av wolframtråd er en kompleks og presis teknologisk prosess. Utgangsmaterialet er pulverisert wolfram oppnådd ved å redusere ammoniumparawolframat.

Wolframpulver som brukes til trådproduksjon må være av høy renhet. Vanligvis blandes wolframpulver av forskjellig opprinnelse for å homogenisere kvaliteten på metallet. De blandes i møller, og for å unngå oksidasjon av metallet oppvarmet ved friksjon, føres en strøm av nitrogen inn i kammeret. Deretter presses pulveret i stålformer ved hjelp av hydrauliske eller pneumatiske presser (525 kg/mm2). Når forurensede pulvere brukes, blir kompakteringen sprø og et fullstendig oksiderbart organisk bindemiddel tilsettes for å eliminere denne effekten. På neste trinn utføres foreløpig sintring av stengene. Når oppvarming og avkjøling av komprimerer i en hydrogenstrøm, forbedres deres mekaniske egenskaper. Kompaktene forblir fortsatt ganske skjøre, og deres tetthet er 60-70% av tettheten til wolfram, så stengene blir utsatt for høytemperatursintring. Stangen klemmes mellom kontakter avkjølt med vann, og i en atmosfære av tørt hydrogen føres en strøm gjennom den for å varme den opp nesten til smeltepunktet. På grunn av oppvarming sintres wolfram og dens tetthet øker til 85–95 % av krystallverdien, samtidig øker kornstørrelsene og wolframkrystaller vokser. Dette etterfølges av smiing ved høye (12001500°C) temperaturer. I et spesielt apparat føres stengene gjennom et kammer, som komprimeres med en hammer. I løpet av en passering reduseres stangens diameter med 12 %. Når smidd, forlenges wolframkrystaller, og skaper en fibrillær struktur. Etter smiing følger trådtrekking. Stengene smøres og føres gjennom diamant- eller wolframkarbidskjermer. Graden av tegning avhenger av formålet med de resulterende produktene. Diameteren på den resulterende ledningen er omtrent 13 mikron.

Biologisk rolle av wolfram

begrenset. Dens nabo i gruppen, molybden, er uunnværlig i enzymer som sikrer fiksering av atmosfærisk nitrogen. Tidligere ble wolfram kun brukt i biokjemiske studier som en antagonist av molybden, dvs. å erstatte molybden med wolfram på det aktive stedet for enzymet førte til deaktivering. Tvert imot finnes enzymer som deaktiveres når wolfram erstattes med molybden i termofile mikroorganismer. Blant dem er formiatdehydrogenaser,er; formaldehyd ferredo-xyn oksidoreduktase; acetylenhydratase; karboksylsyrereduktase. Strukturene til noen av disse enzymene, slik some, er nå bestemt.

Alvorlige konsekvenser av eksponering for wolfram og dets forbindelser på mennesker er ikke identifisert. Langvarig eksponering for store doser wolframstøv kan forårsake pneumokoniose, en sykdom forårsaket av alt tungt pulver som kommer inn i lungene. De vanligste symptomene på dette syndromet er hoste, pusteproblemer, atopisk astma, endringer i lungene, hvis manifestasjon avtar etter opphør av kontakt med metall.

Materialer på Internett: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Yuri Krutyakov

Litteratur:

Colin J. Smithells Wolfram, M., Metallurgizdat, 1958
Agte K., Vacek I. Wolfram og molybden, M., Energy, 1964
Figurovsky N.A. Oppdagelsen av grunnstoffer og deres opprinnelse er navngittåå. M., Nauka, 1970
Populært bibliotek med kjemiske elementer. M., Nauka, 1983
US Geological Survey Minerals Yearbook 2002
Lvov N.P., Nosikov A.N., Antipov A.N. Tungsten enzymer, bind 6, 7. Biochemistry, 2002

Verdens wolframproduksjon er omtrent 32 tusen tonn per år. Siden begynnelsen av vårt århundre har den gjentatte ganger opplevd kraftige oppturer og like bratte nedganger. Diagrammet viser at toppene i produksjonskurven samsvarer nøyaktig med klimakset fra første og andre verdenskrig. Og nå er wolfram et rent strategisk metall

Diagram over verdens wolframproduksjon (i tusen tonn) i første halvdel av 1900-tallet.
Wolframstål og andre legeringer som inneholder wolfram eller dets karbider brukes til å lage tankpanser, skall av torpedoer og skjell, de fleste viktige detaljer fly og motorer.

Wolfram - uunnværlig komponent beste merkene verktøystål. Generelt absorberer metallurgi nesten 95 % av all utvunnet wolfram. (Det er karakteristisk at den i stor grad bruker ikke bare ren wolfram, men hovedsakelig billigere ferrotungsten - en legering som inneholder 80% W og ca. 20% Fe; den produseres i lysbueovner).

Wolframlegeringer har mange bemerkelsesverdige egenskaper. Det såkalte tungmetallet (fra wolfram, nikkel og kobber) brukes til å lage beholdere der radioaktive stoffer lagres. Hans beskyttende effekt 40 % høyere enn bly. Denne legeringen brukes også i strålebehandling, siden den gir tilstrekkelig beskyttelse med en relativt liten skjermtykkelse.

En legering av wolframkarbid med 16 % kobolt er så hard at den delvis kan erstatte diamant ved boring av brønner.

Tungsten pseudo-legeringer med kobber og sølv er et utmerket materiale for brytere og elektriske strømbrytere høyspenning: De varer seks ganger lenger enn konvensjonelle kobberkontakter.

Bruken av wolfram i elektriske lampetråder ble diskutert i begynnelsen av artikkelen. Uunnværligheten til wolfram i dette området forklares ikke bare av dens ildfasthet, men også av dens duktilitet. Fra ett kilo wolfram trekkes det en 3,5 km lang ledning, d.v.s. Dette kiloet er nok til å lage filamentene til 23 tusen 60-watts lyspærer. Det er takket være denne egenskapen at den globale elektriske industrien bare forbruker rundt 100 tonn wolfram per år.

I i fjor Kjemiske forbindelser av wolfram fikk viktig praktisk betydning. Spesielt brukes fosfowolframheteropolysyre til produksjon av lakk og lyse, lysbestandige malinger. En løsning av natriumwolframat Na2WO4 gir tekstiler brannmotstand og vannmotstand, og wolframater av jordalkalimetaller, kadmium og sjeldne jordartsmetaller brukes til fremstilling av lasere og lysende maling.

Fortiden og nåtiden til wolfram gir all grunn til å betrakte det som en metallarbeider.