Tungstenul este un metal greu. Pentru fabricare se folosește carbura de tungsten

Tungstenul este un element chimic al sistemului periodic al lui Mendeleev, care aparține grupului VI. În natură, tungstenul apare ca un amestec de cinci izotopi. În forma sa obișnuită și conditii normale este un metal dur, gri-argintiu. Este, de asemenea, cel mai refractar dintre toate metalele.

Principalele proprietăți ale wolframului

Tungstenul este un metal cu proprietăți fizice și chimice remarcabile. Practic toate industriile producție modernă se foloseste wolfram. Formula sa este de obicei exprimată ca denumirea oxidului metalic - WO 3 . Tungstenul este considerat cel mai refractar dintre metale. Se presupune că numai seaborgiul poate fi și mai refractar. Dar este imposibil de spus cu siguranță încă, deoarece seaborgiul are o perioadă foarte scurtă de existență.

Acest metal are fizic deosebit și Proprietăți chimice. Tungstenul are o densitate de 19300 kg / m 3, punctul său de topire este de 3410 ° C. Conform acestui parametru, se situează pe locul al doilea după carbon - grafit sau diamant. În natură, wolframul apare sub formă de cinci izotopi stabili. Numerele lor de masă sunt în intervalul de la 180 la 186. Tungstenul are o valență a șasea, iar în compuși poate fi 0, 2, 3, 4 și 5. Metalul are, de asemenea, un nivel destul de ridicat de conductivitate termică. Pentru wolfram, această cifră este de 163 W/(m*deg). Prin această proprietate, depășește chiar și compuși precum aliajele de aluminiu. Masa tungstenului se datorează densității sale, care este egală cu 19 kg / m 3. Starea de oxidare a wolframului variază de la +2 la +6. În gradele superioare de oxidare, metalul are proprietăți acide, iar în cele mai mici - bazice.

În acest caz, aliajele compușilor inferiori de tungsten sunt considerate instabile. Cele mai rezistente sunt compușii cu grad de +6. Ele prezintă, de asemenea, cele mai caracteristice proprietăți chimice ale unui metal. Tungstenul tinde să formeze cu ușurință complexe. Dar tungstenul metalic este de obicei foarte rezistent. Începe să interacționeze cu oxigenul doar la o temperatură de +400 °C. Rețeaua cristalină de wolfram aparține tipului cubic centrat pe corp.

Interacțiunea cu alte substanțe chimice

Dacă wolfram este amestecat cu fluor uscat, atunci se poate obține un compus numit „hexafluorură”, care se topește deja la o temperatură de 2,5 ° C și fierbe la 19,5 ° C. O substanță similară se obține prin combinarea tungstenului cu clorul. Dar o astfel de reacție necesită o temperatură suficient de ridicată - aproximativ 600 ° C. Cu toate acestea, substanța rezistă cu ușurință acțiunii distructive a apei și practic nu suferă modificări la frig. Tungstenul este un metal care, fără oxigen, nu produce o reacție de dizolvare în alcalii. Cu toate acestea, se dizolvă ușor într-un amestec de HNO3 și HF. Cei mai importanți dintre compușii chimici ai wolframului sunt trioxidul său WO 3, H 2 WO 4 - acid tungstic, precum și derivații săi - sărurile de tungstat.

Puteți lua în considerare unele dintre proprietățile chimice ale wolframului cu ecuații de reacție. De exemplu, formula WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. În ea, metalul tungsten este redus din oxid, se manifestă proprietatea sa de interacțiune cu hidrogenul. Această ecuație reflectă procesul de obținere a wolframului din trioxidul său. Următoarea formulă denotă o astfel de proprietate precum insolubilitatea practică a wolframului în acizi: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Una dintre cele mai remarcabile substanțe care conțin wolfram este carbonilul. Din acesta, se obțin învelișuri dense și ultra-subțiri de wolfram pur.

Istoria descoperirilor

Tungstenul este un metal care își trage numele din limba latină. În traducere, acest cuvânt înseamnă „spumă de lup”. Un astfel de nume neobișnuit a apărut datorită comportamentului metalului. Însoțind minereul de staniu extras, tungstenul a interferat cu eliberarea staniului. Din această cauză, în timpul procesului de topire s-au format doar zguri. Despre acest metal se spunea că „mănâncă tablă precum lupul mănâncă o oaie”. Pentru mulți, este interesant cine a descoperit elementul chimic wolfram?

Acest descoperire științifică a fost realizat simultan în două locuri de către oameni de știință diferiți, independent unul de celălalt. În 1781, chimistul suedez Scheele a obținut așa-numita „piatră grea” prin experimentarea cu acid azotic și scheelit. În 1783, frații chimiști din Spania pe nume Eluard au anunțat și ei descoperirea unui nou element. Mai exact, au descoperit oxidul de wolfram, care a fost dizolvat în amoniac.

Aliaje cu alte metale

În prezent, se disting aliajele de tungsten monofazate și multifazate. Conțin unul sau mai multe elemente străine. Cel mai faimos compus este un aliaj de wolfram și molibden. Adăugarea de molibden conferă tungstenului rezistența sa la tracțiune. De asemenea, compușii de tungsten cu titan, hafniu și zirconiu aparțin categoriei aliajelor monofazate. Reniul dă cea mai mare plasticitate tungstenului. Cu toate acestea, aplicarea practică a unui astfel de aliaj este un proces destul de laborios, deoarece reniul este foarte greu de obținut.

Deoarece wolfram este unul dintre cele mai refractare materiale, obținerea aliajelor de tungsten nu este o sarcină ușoară. Când acest metal începe să fiarbă, alții trec deja într-o stare lichidă sau gazoasă. Dar oamenii de știință moderni sunt capabili să obțină aliaje folosind procesul de electroliză. Aliajele care conțin wolfram, nichel și cobalt sunt folosite pentru aplicarea unui strat protector pe materialele fragile.

Industria metalurgică modernă produce și aliaje folosind pulbere de wolfram. Crearea lui necesită condiții speciale, inclusiv crearea unui mediu de vid. Datorită unor caracteristici ale interacțiunii wolframului cu alte elemente, metalurgiștii preferă să creeze aliaje nu cu o caracteristică în două faze, ci cu utilizarea a 3, 4 sau mai multe componente. Aceste aliaje sunt deosebit de puternice, dar cu respectarea strictă a formulelor. Cu cele mai mici abateri ale componentelor procentuale, aliajul se poate dovedi a fi fragil și nepotrivit pentru utilizare.

Tungsten - un element folosit în tehnologie

Filamentele becurilor obișnuite sunt realizate din acest metal. La fel și tuburi pentru aparate cu raze X, componente ale cuptoarelor cu vid care trebuie utilizate la temperaturi extrem de ridicate. Oțelul, care include wolfram, are un nivel foarte ridicat de rezistență. Astfel de aliaje sunt utilizate pentru fabricarea de scule în diverse domenii: pentru forarea puțurilor, în medicină și inginerie mecanică.

Principalul avantaj al îmbinării oțelului cu wolfram este rezistența la uzură și probabilitatea scăzută de deteriorare. Cel mai faimos aliaj de tungsten din construcții se numește „win”. De asemenea, acest element este utilizat pe scară largă în industria chimica. Odată cu adăugarea acestuia, sunt create vopsele și pigmenți. În acest domeniu este utilizat în special oxidul de wolfram 6. Este utilizat pentru fabricarea carburilor și halogenurilor de wolfram. Un alt nume pentru această substanță este trioxidul de wolfram. 6 este folosit ca pigment galben în vopselele pentru ceramică și sticlărie.

Ce sunt aliajele grele?

Toate aliajele pe bază de wolfram care au un indice de densitate mare sunt numite grele. Se obțin numai prin metode de metalurgie a pulberilor. Tungstenul este întotdeauna baza aliajelor grele, unde conținutul său poate fi de până la 98%. Pe lângă acest metal, aliajele grele se adaugă nichel, cupru și fier. Cu toate acestea, ele pot include, de asemenea, crom, argint, cobalt, molibden. Cele mai populare aliaje sunt VMZh (wolfram - nichel - fier) și VNM (tungsten - nichel - cupru). Nivelul ridicat de densitate al unor astfel de aliaje le permite să absoarbă radiațiile gamma periculoase. Din ele sunt fabricate volante, contacte electrice, rotoare pentru giroscoape.

Carbură de Wolfram

Aproximativ jumătate din tot tungstenul este folosit pentru a face metale durabile, în special carbura de tungsten, care are un punct de topire de 2770 C. Carbura de wolfram este un compus chimic care conține un număr egal de atomi de carbon și tungsten. Acest aliaj are proprietăți chimice speciale. Tungstenul îi conferă o asemenea rezistență, încât în acest indicator depășește oțelul de două ori.

Carbura de tungsten este utilizată pe scară largă în industrie. Se foloseste la realizarea obiectelor de taiere, care trebuie sa fie foarte rezistente la temperaturi ridicate si abraziune. Tot din acest element sunt realizate:

Piese de avioane, motoare auto.
Piese pentru nave spațiale.
Instrumente medicale chirurgicale care sunt utilizate în domeniul chirurgiei abdominale. Astfel de instrumente sunt mai scumpe decât oțelul medical obișnuit, dar sunt mai productive.
Bijuterii, în special verighete. O astfel de popularitate a wolframului este asociată cu puterea sa, care pentru cei care se căsătoresc simbolizează puterea relațiilor, precum și aspectul. Caracteristicile wolframului lustruit sunt astfel încât își păstrează un aspect strălucitor ca o oglindă pentru o perioadă foarte lungă de timp.
Mingi pentru pixuri clasa de lux.

Win - aliaj de tungsten

Aproximativ în a doua jumătate a anilor 1920, în multe țări au început să fie produse aliaje pentru scule de tăiere, care erau obținute din carburi de wolfram și cobalt metalic. În Germania, un astfel de aliaj a fost numit vidia, în State - carbola. În Uniunea Sovietică, un astfel de aliaj a fost numit „win”. Aceste aliaje s-au dovedit a fi excelente pentru prelucrarea produselor din fontă. Pobedite este un aliaj de cermet cu un nivel de rezistență extrem de ridicat. Se face sub formă de farfurii. diferite forme si dimensiuni.

Procesul de realizare a unui Pobedit se rezumă la următoarele: se ia pulbere de carbură de tungsten, pulbere fină de nichel sau cobalt și totul este amestecat și presat în forme speciale. Plăcile presate în acest fel sunt supuse unui tratament termic suplimentar. Acest lucru dă un aliaj foarte dur. Aceste inserții nu sunt folosite doar pentru tăierea fontei, ci și pentru realizarea instrumentelor de găurit. Plăcile de la Pobedit sunt lipite pe echipamente de foraj folosind cupru.

Prevalența tungstenului în natură

Acest metal este foarte rar în mediul înconjurător. După toate elementele, se află pe locul 57 și este conținut sub formă de tungsten clarke. Metalul formează și minerale - scheelite și wolframite. Tungstenul migrează în apele subterane fie ca ion propriu, fie ca diverși compuși. Dar concentrația sa cea mai mare în apele subterane este neglijabilă. Este sutimi de mg/l și practic nu le modifică proprietățile chimice. Tungstenul poate pătrunde și în corpurile naturale de apă din efluenții plantelor și fabricilor.

Impact asupra corpului uman

Tungstenul practic nu intră în corp cu apă sau alimente. Poate exista pericolul inhalării particulelor de tungsten cu aer industrial. Cu toate acestea, deși aparține categoriei metalelor grele, wolfram nu este toxic. Intoxicația cu wolfram apare numai la cele asociate cu producția de tungsten. În același timp, gradul de influență a metalului asupra corpului este diferit. De exemplu, pulberea de wolfram, carbura de tungsten și substanțele precum anhidrita de tungsten pot provoca leziuni pulmonare. Principalele sale simptome sunt starea generală de rău, febra. Simptome mai severe apar cu otrăvirea cu aliaje de tungsten. Acest lucru se întâmplă la inhalarea prafului de aliaje și duce la bronșită, pneumoscleroză.

Metalul wolfram, care intră în corpul uman, nu este absorbit în intestine și este excretat treptat. Compușii de wolfram, care sunt solubili, pot fi de mare pericol. Se depun în splină, oase și piele. Odată cu expunerea prelungită la compușii de tungsten, pot apărea simptome precum unghiile fragile, exfoliarea pielii și diferite tipuri de dermatită.

Rezerve de wolfram în diferite țări

Cele mai mari resurse de wolfram se află în Rusia, Canada și China. Potrivit oamenilor de știință, aproximativ 943 de mii de tone din acest metal sunt situate în teritoriile interne. Conform acestor estimări, marea majoritate a rezervelor se află în sudul Siberiei și în Orientul Îndepărtat. Ponderea resurselor explorate este foarte nesemnificativă - este de doar aproximativ 7%.

În ceea ce privește numărul de zăcăminte de wolfram explorate, Rusia este pe locul doi după China. Cele mai multe dintre ele sunt situate în regiunile Kabardino-Balkaria și Buriația. Dar în aceste zăcăminte nu se extrage wolfram pur, ci minereurile sale, care conțin și molibden, aur, bismut, teluriu, scandiu și alte substanțe. Două treimi din volumele de wolfram obţinute din surse explorate sunt conţinute în minereuri refractare, unde principalul mineral care conţine wolfram este scheelita. Ponderea minereurilor ușor de îmbogățit reprezintă doar o treime din întreaga producție. Caracteristicile wolframului extras în Rusia sunt mai mici decât cele din străinătate. Minereurile conțin un procent ridicat de trioxid de wolfram. Există foarte puține zăcăminte de metale aluvionare în Rusia. Nisipurile de wolfram sunt, de asemenea, de calitate scăzută, cu o cantitate mare de oxizi.

Tungsten în economie

Producția globală de wolfram a început să crească în jurul anului 2009, când industria asiatică a început să se redreseze. China rămâne cel mai mare producător de wolfram. De exemplu, în 2013, producția acestei țări a reprezentat 81% din oferta mondială. Aproximativ 12% din cererea de wolfram este asociată cu producția corpuri de iluminat. Potrivit experților, utilizarea wolframului în această zonă va fi redusă pe fondul utilizării LED-urilor și lampă fluorescentă atât acasă, cât și la serviciu.

Se crede că cererea de wolfram în industria electronică va crește. Rezistența mare la uzură a wolframului și capacitatea sa de a rezista la electricitate îl fac cel mai potrivit metal pentru producția de regulatoare de tensiune. Cu toate acestea, din punct de vedere al volumului, această cerere este încă destul de mică, și se estimează că până în 2018 va crește cu doar 2%. Cu toate acestea, conform previziunilor oamenilor de știință, în viitorul apropiat ar trebui să existe o creștere a cererii de carbură cimentată. Acest lucru se datorează creșterii producției de automobile în SUA, China, Europa, precum și creșterii în industria minieră. Se crede că până în 2018 cererea de wolfram va crește cu 3,6%.

Utilizarea metalelor pure și a aliajelor care conțin tungsten se bazează în principal pe refractaritatea, duritatea și rezistența chimică a acestora. wolfram pur este folosit pentru a face filamente pentru becuri electrice și tuburi catodice, la producerea creuzetelor pentru evaporarea metalelor, în contactele distribuitoarelor de aprindere auto, în țintele tuburilor cu raze X; ca înfăşurări şi elemente de încălzire cuptoare electriceși ca material structural pentru spațiu și alte vehicule care funcționează la temperaturi ridicate. Oțelurile de mare viteză (17,5-18,5% wolfram), stellitul (pe bază de cobalt cu adaos de Cr, W, C), hastalloy (oțel inoxidabil pe bază de Ni) și multe alte aliaje conțin wolfram. Baza producției de scule și aliaje rezistente la căldură este ferotungstenul (68-86% W, până la 7% Mo și fier), care se obține cu ușurință prin reducerea directă a concentratelor de wolframite sau scheelit. „Pobedit” - un aliaj foarte dur care conține 80-87% wolfram, 6-15% cobalt, 5-7% carbon, este indispensabil în prelucrarea metalelor, în industria minieră și petrolieră.

Tungstatele de calciu și magneziu sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele fluorescente, alte săruri de tungsten sunt folosite în industria chimică și a tăbăcirii. Disulfura de wolfram este un lubrifiant uscat la temperatură înaltă, stabil până la 500 ° C. Bronzurile de tungsten și alți compuși de elemente sunt utilizate la fabricarea vopselelor. Mulți compuși de tungsten sunt catalizatori excelenți.

Timp de mulți ani de la descoperirea sa, wolframul a rămas o raritate de laborator, abia în 1847 Oxland a primit un brevet pentru producția de wolfram de sodiu, acid tungstic și wolfram din casiterit (piatră de staniu). Al doilea brevet, obținut de Oxland în 1857, descria producția de aliaje fier-tungsten, care formează baza oțelurilor moderne de mare viteză.

La mijlocul secolului al XIX-lea s-au făcut primele încercări de utilizare a wolframului în producția de oțel, dar multă vreme nu a fost posibilă introducerea acestor dezvoltări în industrie din cauza prețului ridicat al metalului. Cererea crescută de oțeluri aliate și de înaltă rezistență a dus la lansarea oțelurilor de mare viteză la Bethlehem Steel. Mostre din aceste aliaje au fost prezentate pentru prima dată în 1900 la Expoziția Mondială de la Paris.

Tehnologia de fabricație a filamentelor de tungsten și istoria acesteia.

Volumele de producție de sârmă de wolfram au o pondere mică între toate ramurile de aplicare a tungstenului, dar dezvoltarea tehnologiei pentru producerea acestuia a jucat un rol cheie în dezvoltarea metalurgiei pulberilor compușilor refractari.

Din 1878, când Swan a demonstrat lămpile cu cărbune cu opt și șaisprezece lumânări pe care le-a inventat la Newcastle, a existat o căutare pentru mai multe material adecvat pentru fabricarea filamentelor. Prima lampă cu cărbune avea o eficiență de doar 1 lumen/watt, care a fost crescută în următorii 20 de ani prin modificări aduse metodelor de prelucrare a cărbunelui cu un factor de doi și jumătate. Până în 1898, puterea de lumină a unor astfel de becuri era de 3 lumeni/watt. În acele zile, filamentele de carbon erau încălzite prin trecerea unui curent electric într-o atmosferă de vapori grei de hidrocarburi. În timpul pirolizei acestuia din urmă, carbonul rezultat a umplut porii și neregularitățile firului, dându-i o strălucire metalică strălucitoare.

La sfârşitul secolului al XIX-lea von Welsbach a realizat primul filament metalic pentru lămpi cu incandescență. A făcut-o din osmiu (T pl = 2700 ° C). Filamentele de osmiu au avut o eficiență de 6 lumeni/watt, totuși, osmiul este un element rar și extrem de costisitor al grupului de platină, așa că nu și-a găsit aplicație largă în fabricarea dispozitivelor de uz casnic. Tantalul, cu un punct de topire de 2996°C, a fost utilizat pe scară largă sub formă de sârmă trasă din 1903 până în 1911 datorită lucrării lui von Bolton de la Siemens și Halske. Eficiența lămpilor cu tantal a fost de 7 lumeni/watt.

Tungstenul a început să fie folosit în lămpile cu incandescență în 1904 și a înlocuit toate celelalte metale cu această capacitate până în 1911. O lampă incandescentă convențională cu filament de wolfram are o strălucire de 12 lumeni/watt, iar lămpile care funcționează sub tensiune înaltă - 22 lumeni/watt. Lămpile fluorescente moderne cu catod de tungsten au o eficiență de aproximativ 50 lumeni/watt.

În 1904, Siemens-Halske a încercat să aplice procesul de trefilare dezvoltat pentru tantal la metale mai refractare precum wolfram și toriu. Rigiditatea și lipsa de maleabilitate a wolframului au împiedicat procesul să funcționeze fără probleme. Cu toate acestea, mai târziu, în 1913-1914, s-a demonstrat că wolfram topit poate fi rulat și tras folosind o procedură de reducere parțială. Un arc electric a fost trecut între o tijă de wolfram și o picătură de wolfram parțial topită plasată într-un creuzet de grafit acoperit la interior cu pulbere de wolfram și situat într-o atmosferă de hidrogen. S-au obtinut astfel mici picaturi de wolfram topit, de circa 10 mm in diametru si 20-30 mm in lungime. Deși cu greu, a fost deja posibil să lucrăm cu ei.

În aceiași ani, Just și Hannaman au brevetat un procedeu de fabricare a filamentelor de wolfram. Pulberea metalică fină a fost amestecată cu un liant organic, pasta rezultată a fost trecută prin filiere și încălzită într-o atmosferă specială pentru a îndepărta liantul și s-a obținut un filament fin de wolfram pur.

Cunoscutul proces de extrudare a fost dezvoltat în 1906-1907 și a fost folosit până la începutul anilor 1910. Pulberea de tungsten neagră măcinată foarte fin a fost amestecată cu dextrină sau amidon până când s-a format o masă de plastic. presiune hidraulică această masă a fost forțată prin site subțiri de diamant. Firul astfel obținut era suficient de puternic pentru a fi înfășurat pe bobine și uscat. Apoi, firele au fost tăiate în „agrafe de păr”, care au fost încălzite într-o atmosferă de gaz inert la o temperatură încinsă pentru a îndepărta umezeala reziduală și hidrocarburile ușoare. Fiecare „ac de păr” a fost fixat într-o clemă și încălzit într-o atmosferă de hidrogen până la o strălucire strălucitoare prin trecerea unui curent electric. Acest lucru a dus la eliminarea finală a impurităților nedorite. La temperaturi ridicate, particulele mici individuale de wolfram fuzionează și formează un filament de metal solid uniform. Aceste fire sunt elastice, deși fragile.

La începutul secolului al XX-lea Yust și Hannaman au dezvoltat un proces diferit care se remarcă prin originalitate. Un filament de carbon cu diametrul de 0,02 mm a fost acoperit cu wolfram prin încălzirea acestuia într-o atmosferă de hidrogen și vapori de hexaclorură de tungsten. Firul acoperit în acest fel a fost încălzit la o strălucire strălucitoare în hidrogen sub presiune redusă. În acest caz, carcasa de tungsten și miezul de carbon au fost complet topite între ele, formând carbură de tungsten. Firul rezultat avea culoare albași era fragilă. Apoi, filamentul a fost încălzit într-un curent de hidrogen, care a interacționat cu carbonul, lăsând un filament compact de wolfram pur. Firele aveau aceleasi caracteristici ca cele obtinute in procesul de extrudare.

În 1909 un american Coolidge a reușit să obțină wolfram maleabil fără utilizarea de umpluturi, dar numai cu ajutorul unei temperaturi rezonabile și prelucrare. Principala problemă în obținerea sârmei de wolfram a fost oxidarea rapidă a wolframului la temperaturi ridicate și prezența unei structuri de granule în wolfram rezultat, ceea ce a dus la fragilitatea acestuia.

Producția modernă de sârmă de wolfram este un proces tehnologic complex și precis. Materia primă este tungstenul sub formă de pulbere, obținut prin reducerea paratungstatului de amoniu.

Pulberea de wolfram utilizată pentru producția de sârmă trebuie să fie de înaltă puritate. De obicei, pulberile de wolfram de diferite origini sunt amestecate pentru a media calitatea metalului. Se amestecă în mori și, pentru a evita oxidarea metalului încălzit prin frecare, se trece un curent de azot în cameră. Apoi pulberea este presată în matrițe de oțel pe prese hidraulice sau pneumatice (5-25 kg/mm2). Dacă se folosesc pulberi contaminate, compactul este casant și se adaugă un liant organic complet oxidabil pentru a elimina acest efect. În etapa următoare, se efectuează sinterizarea preliminară a tijelor. La încălzirea și răcirea se compactează într-un flux de hidrogen, acestea proprietăți mecanice se îmbunătățesc. Compactele sunt încă destul de fragile, iar densitatea lor este de 60-70% din densitatea wolframului, astfel încât tijele sunt supuse sinterizării la temperatură ridicată. Tija este prinsă între contactele răcite cu apă, iar într-o atmosferă de hidrogen uscat trece un curent prin ea pentru a o încălzi aproape până la punctul de topire. Datorita incalzirii, wolframul este sinterizat si densitatea lui creste la 85-95% fata de cea cristalina, in acelasi timp, marimea granulatiei creste, cristalele de wolfram cresc. Aceasta este urmată de forjare la o temperatură ridicată (1200-1500 ° C). Într-un aparat special, tijele sunt trecute printr-o cameră, care este comprimată de un ciocan. Pentru o trecere, diametrul tijei este redus cu 12%. Când sunt forjate, cristalele de tungsten se alungesc, creând o structură fibrilă. După forjare, urmează trefilarea. Tijele sunt lubrifiate și trecute printr-o sită de diamant sau carbură de tungsten. Gradul de extracție depinde de scopul produselor rezultate. Diametrul firului rezultat este de aproximativ 13 µm.

Care este densitatea wolframului? Pe ce se bazează aplicarea sa? Să căutăm împreună răspunsuri la aceste întrebări.

Reglementări în PS

Acest element chimic este situat în a șasea grupă a sistemului periodic. Numărul său de serie este 74, valoarea masei atomice relative este 183,85. Cele speciale sunt determinate de punctul său de topire ridicat. Este considerat unul dintre cei cinci izotopi stabili găsiți în wolfram natural, care au numere de masă similare de la 180 la 186.

Deschiderea unui element

Acest element chimic a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea. K. Scheele a reușit să-l izoleze dintr-un mineral în care metalul era conținut sub formă de oxid. Multă vreme, tungstenul nu a avut practic nicio aplicație industrială și nu a fost solicitat. Abia la mijlocul secolului al XIX-lea, metalul a început să fie folosit ca aditiv în fabricarea oțelului durabil.

În scoarța terestră element dat este în cantități mici. Nu apare sub formă liberă, se găsește doar sub formă de minerale. La scară industrială se folosesc oxizii săi.

Proprietăți fizice

19300 este densitatea tungstenului kg/m3 la conditii normale. Metalul formează o rețea cubică concentrică în volum. Are o capacitate termica buna. Coeficientul ridicat de temperatură al wolframului explică refractaritatea acestuia. Punctul de topire este de 3380 de grade Celsius. Proprietățile sale mecanice sunt afectate de pretratarea sa. Având în vedere densitatea wolframului la 20 s 19,3 g/cm3, acesta poate fi adus în starea unei fibre monocristaline. Această proprietate este utilizată la fabricarea sârmei din acesta. La temperatura camerei, tungstenul are o plasticitate redusă.

Caracteristicile tungstenului

Densitatea esențială a wolframului conferă acestui metal anumite proprietăți. Are o rată de evaporare destul de scăzută, punct de fierbere ridicat. În ceea ce privește wolfram, acesta este de trei ori mai mic decât cel al cuprului. Exact densitate mare wolfram limitează domeniul de utilizare al acestuia. În plus, utilizarea sa este afectată de fragilitatea sa crescută la temperaturi scăzute, instabilitatea la oxidare de către oxigenul atmosferic la temperaturi scăzute.

De caracteristici externe wolfram este asemănător cu oțelul. Este utilizat pentru fabricarea aliajelor caracterizate prin rezistență crescută. Prelucrarea wolframului se realizează numai la temperaturi ridicate.

Clase de tungsten

Nu numai densitatea wolframului, ci și aditivii utilizați în metalurgie se reflectă în calitatea acestui metal. De exemplu, VA implică un amestec de wolfram cu aluminiu și siliciu. Calitatea rezultată se caracterizează printr-o temperatură crescută de recristalizare inițială, rezistență după recoacere.

VL implică adăugarea de oxid de lantan la wolfram ca aditiv, ceea ce crește proprietățile de emisie ale metalului.

MW este un aliaj de wolfram și molibden. O astfel de compoziție crește rezistența, păstrează ductilitatea metalului după recoacere.

Domeniul de utilizare a tungstenului

Proprietățile unice ale acestui metal predetermină aplicarea acestuia. Este folosit comercial și în formă pură, și ca aliaje.

Tungstenul în viața de zi cu zi este folosit în principal în scopuri electrice.

El este cel care este folosit ca componentă principală (element de aliere) în producția de oțeluri de mare viteză. În medie, conținutul de wolfram este de la nouă la douăzeci la sută. În plus, este o componentă a oțelurilor pentru scule.

Astfel de furci de oțel sunt folosite pentru fabricarea de freze, burghie, poanson, matrițe. De exemplu, P6M5 indică faptul că oțelul este aliat cu cobalt și molibden. În plus, tungstenul este conținut în care sunt împărțite în specii de wolfram-cobalt și tungsten.

Tungstenul în viața de zi cu zi în forma sa pură nu este practic solicitat. Carbura de tungsten este un compus din acest metal cu carbon. Compusul se caracterizează prin duritate ridicată, refractaritate și rezistență la uzură. Pe baza de carbură de tungsten, sunt realizate aliaje dure productive pentru scule, care conțin aproximativ 90% tungsten și aproximativ 10% cobalt. Piesele de tăiere ale uneltelor de găurit și tăiere sunt realizate din aliaje dure.

Varietăți de oțeluri pe bază de wolfram

Rezistent la uzură și bazat pe refractaritatea tungstenului. Compușii tungstenului cu crom și cobalt, care se numesc stelliți, sunt obișnuiți în industrie. Ele sunt aplicate prin suprafața pieselor de uzură ale pieselor de mașini industriale.

Aliajele „grele” și de contact sunt amestecuri de wolfram cu argint sau cupru. Sunt considerate a fi materiale de contact suficient de eficiente, prin urmare sunt utilizate pentru producerea pieselor de lucru ale întreruptoarelor, electrozi pentru sudură în puncte, precum și fabricarea întrerupătoarelor.

Sub formă de sârmă, produse forjate, benzile de tungsten sunt utilizate în inginerie radio, în fabricarea lămpilor electrice și, de asemenea, în tehnologia cu raze X. Acest metal este considerat cel mai bun material pentru crearea spiralelor și filamentelor.

Tijele și firele de wolfram sunt necesare pentru fabricarea încălzitoarelor electrice pentru încălzitoarele pe bază de tungsten sunt capabile să funcționeze într-o atmosferă de gaz inert, hidrogen și, de asemenea, în vid.

Una dintre cele mai importante utilizări ale wolframului este sudarea. Din el creați electrozi care sunt utilizați pentru sudarea cu arc. Electrozii rezultați sunt considerați neconsumabile.

Obținerea metalului refractar

Cât valorează tungstenul? Prețul pe kg este în intervalul de la 900 la 1200 de ruble. Aparține grupului de elemente metalice rare. Pe lângă wolfram, rubidul și molibdenul sunt de asemenea incluse aici. Metalele rare au o scară redusă de utilizare, având în vedere conținutul lor nesemnificativ în scoarța terestră. Niciunul dintre metalele enumerate nu poate fi obținut prin reducerea directă din materii prime. Pentru început, materiile prime sunt procesate în diferite substanțe chimice. Rețineți că există și o specială îmbogățire suplimentară minereuri înainte de prelucrarea lor completă.

Există trei etape în lanțul tehnologic pentru obținerea wolframului rar. În primul rând, minereul este descompus, separând metalul extras de masa materiilor prime, precum și concentrația acestuia în precipitat sau în soluție. În continuare, se obțin compuși puri din punct de vedere chimic, se efectuează izolarea, precum și purificarea substanței chimice. În a treia etapă, metalul este izolat de oxidul purificat din impurități.

Wolframita este folosită ca materie primă la fabricarea wolframului. Acest minereu conține aproximativ două procente de metal pur. Îmbogățirea minereului se realizează prin flotație, gravitație, separare electromagnetică sau magnetică. După îmbogățire, se formează un concentrat de wolfram, care conține aproximativ 65% oxid de tungsten (6). Pe lângă metal, astfel de concentrate conțin impurități de sulf, cupru, fosfor, arsen, bismut, antimoniu. Cât costă acest wolfram? Prețul pe kg este de aproximativ o mie de ruble. Pentru a face pulbere de wolfram, este necesar să-i reduceți anhidrida cu carbon sau hidrogen.

Metoda de hidrogenare este utilizată în principal, deoarece carbonul adaugă fragilitate metalului și afectează negativ prelucrabilitatea acestuia. Folosit pentru a face pulbere de wolfram metode speciale, care permit analiza compoziției, mărimii granulelor, precum și compoziției granulelor formate.

Hidrogenul compact, în principal sub formă de lingouri sau tije, este utilizat ca semifabricate la fabricarea semifabricatelor, cum ar fi bandă și sârmă.

În prezent, sunt utilizate două metode pentru a crea wolfram compact. Prima metodă presupune utilizarea metalurgiei pulberilor. Conform celei de-a doua metode, este permisă utilizarea cuptoarelor cu arc electric, care implică utilizarea electrozilor consumabili.

Cele mai comune produse din tungsten metal și de o importanță deosebită sunt tijele de wolfram. Prin forjare, acestea sunt obținute din tije pe o mașină specială de forjare. aplica produse terminate V diverse industrii industria modernă. De exemplu, din ei se obțin electrozi neconsumabile de sudare. În plus, tijele de wolfram sunt folosite și pentru a crea încălzitoare. Sunt solicitate în dispozitive cu descărcare în gaz, lămpi electrice.

Conținutul articolului

TUNGSTEN(Wolframiu), W element chimic 6 (VIb) din grupul sistemului periodic al lui D.I. Mendeleev, număr atomic 74, masă atomică 183,85. Sunt cunoscuți 33 de izotopi ai wolframului: de la 158 W la 190 W. În natură au fost găsiți cinci izotopi, dintre care trei sunt stabili: 180 W (proporția dintre izotopii naturali este de 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426%), iar celelalte două sunt slab radioactive: 183 W (14,314%, T ½ = 1,1 10 17 ani), 184 W (30,642%, T ½ = 3 10 17 ani). Configurația învelișului de electroni 4f 14 5d 4 6s 2 . Cea mai caracteristică stare de oxidare este +6. Sunt cunoscuți compușii cu stări de oxidare a tungstenului +5, +4, +3, +2 și 0.

În secolele XIV-XVI. minerii și metalurgiștii din Munții Metalurgici din Saxonia au remarcat că unele minereuri au perturbat reducerea pietrei de staniu (mineralul casiterit, SnO 2) și au condus la zgura metalului topit. În limbajul profesionist al vremii, acest proces era caracterizat astfel: „Aceste minereuri scot tabla și o devorează, precum un lup devorează o oaie”. Minerii au dat acestei rase „enervante” numele „Wolfert” și „Wolfrahm”, care înseamnă „spumă de lup” sau „spumă în gura unui lup furios”. Chimistul și metalurgistul german Georg Agricola în opera sa fundamentală Douăsprezece cărți despre metale(1556) conduce nume latin a acestui mineral Spuma Lupi, sau Lupus spuma, care este în esență o copie a numelui popular german.

În 1779, Peter Wulf a explorat mineralul numit acum wolframit (FeWO 4 X MnWO 4) și a concluzionat că trebuie să conțină o substanță necunoscută anterior. În 1783, în Spania, frații d „Elguyar (Juan Jose și Fausto D” Elhuyar de Suvisa) au izolat „pământul acid” din acest mineral folosind acid azotic, un precipitat galben al unui oxid al unui metal necunoscut, solubil în apă cu amoniac. În mineral s-au găsit și oxizi de fier și mangan. Juan și Fausto au calcinat „pământul” cu cărbune și au obținut un metal, pe care au propus să-l numească „wolfram”, iar mineralul în sine - „wolframit”. Astfel, chimiștii spanioli d'Elguiar au fost primii care au publicat informații despre descoperirea unui nou element.

Mai târziu s-a știut că, pentru prima dată, oxidul de tungsten a fost găsit nu în wolframitul „mâncător de staniu”, ci într-un alt mineral.

În 1758, chimistul și mineralogul suedez Axel Fredrik Cronstedt a descoperit și descris un mineral neobișnuit de greu (CaWO 4 , numit mai târziu scheelit), pe care l-a numit Tung Sten, care înseamnă „piatră grea” în suedeză. Kronstedt era convins că acest mineral conține un element nou, încă nedescoperit.

În 1781, marele chimist suedez Karl Scheele a descompus „piatra grea” cu acid azotic, descoperind, pe lângă sarea de calciu, „pământul galben”, neasemănător cu „pământul de molibden” alb, izolat pentru prima dată de el în urmă cu trei ani. . Interesant este ca unul dintre fratii d'Elguillard lucra la acea vreme in laboratorul sau.Scheele a numit metalul "wolfram", dupa numele mineralului din care a fost izolat prima data oxidul galben.Deci acelasi element avea doua denumiri.

În 1821, von Leonhard a propus denumirea mineralului CaWO 4 scheelite.

Numele wolfram poate fi găsit în Lomonosov; Solovyov și Hess (1824) îl numesc wolframium, Dvigubsky (1824) wolframium.

Chiar și la începutul secolului al XX-lea. în Franța, Italia și țările anglo-saxone, elementul „tungsten” a fost desemnat ca Tu (din tungsten). Abia la mijlocul secolului trecut a fost stabilit simbolul modern W.

Tungsten în natură. Tipuri de depozite.

Tungstenul este un element destul de rar, clarke (conținutul procentual în scoarța terestră) este de 1,3 10 4% (locul 57 în rândul elementelor chimice).

Tungstenul se găsește în principal sub formă de tungstate de fier și mangan sau calciu și, uneori, elemente de plumb, cupru, toriu și pământuri rare.

Cel mai comun mineral wolframit este o soluție solidă de tungstate de fier și mangan (Fe, Mn)WO4. Acestea sunt cristale dure grele care variază în culoare de la maro la negru, în funcție de elementul care predomină în compoziția lor. Dacă există mai mult mangan (Mn:Fe > 4:1), atunci cristalele sunt negre, dar dacă predomină fierul (Fe:Mn > 4:1), acestea sunt maro. Primul mineral se numește hübnerit, al doilea ferberit. Wolframita este paramagnetică și un bun conductor de electricitate.

Dintre celelalte minerale de tungsten, tungstat de calciu scheelite CaWO 4 este de importanță industrială. Formează cristale, strălucitoare ca sticla, de culoare galben deschis, uneori aproape alb. Scheelite nu este magnetizat, dar are o altă trăsătură caracteristică - capacitatea de a luminesce. Când este iluminat cu raze ultraviolete, are fluorescență albastru strălucitor în întuneric. Amestecul de molibden schimbă culoarea strălucirii scheelitei: devine albastru pal și uneori chiar crem. Această proprietate a scheelitei, folosită în explorarea geologică, servește ca o caracteristică de căutare care vă permite să detectați zăcăminte minerale.

De regulă, zăcămintele de minereuri de wolfram sunt asociate cu zonele de distribuție a granitelor. Cristalele mari de wolframit sau scheelit sunt foarte rare. De obicei, mineralele sunt intercalate doar în roci străvechi de granit. Concentrația medie de wolfram în ele este de doar 12%, așa că este destul de dificil să o extragi. În total, sunt cunoscute aproximativ 15 minerale proprii ale tungstenului. Printre acestea se numără rasoitul și stolcitul, care sunt două modificări cristaline diferite ale tungstatului de plumb PbWO4. Alte minerale sunt produși de descompunere sau forme secundare ale mineralelor comune wolframit și scheelite, cum ar fi ocru de wolfram și hidrotungstit, care este un oxid de wolfram hidratat format din wolframit; ruselitul este un mineral care conține oxizi de bismut și wolfram. Singurul mineral tungsten neoxidat este tungstenitul WS 2, ale cărui rezerve principale sunt concentrate în SUA. De obicei, conţinutul de wolfram din depozitele dezvoltate se află în intervalul de la 0,3 la 1,0% WO3.

Toate depozitele de wolfram sunt de origine magmatică sau hidrotermală. În procesul de răcire a magmei, are loc o cristalizare diferențială, astfel încât scheelita și wolframita se găsesc adesea sub formă de vene, unde magma a pătruns în crăpăturile din scoarța terestră. Majoritatea zăcămintelor de wolfram sunt concentrate în lanțurile muntoase tinere din Alpi, Himalaya și centura Pacificului. Potrivit US Geological Survey pentru 2003 (U.S. Geological Surveys), aproximativ 62% din rezervele mondiale de wolfram sunt situate în China. Depozite semnificative ale acestui element au fost explorate și în SUA (California, Colorado), Canada, Rusia, Coreea de Sud, Bolivia, Brazilia, Australia și Portugalia.

Rezervele mondiale de minereuri de tungsten sunt estimate la 2,9 106 tone din punct de vedere al metalului. China are cele mai mari rezerve (1,8 106 tone), Canada și Rusia ocupă locul doi (2,6 105 și, respectiv, 2,5 105 tone). Statele Unite sunt pe locul trei (1,4 105 tone), dar acum aproape toate zăcămintele americane sunt blocate. Printre alte țări, Portugalia (rezerve de 25.000 tone), Coreea de Nord (35.000 tone), Bolivia (53.000 tone) și Austria (10.000 tone) au rezerve semnificative.

Producția mondială anuală de minereuri de wolfram este de 5,95·10 4 tone în termeni de metal, din care 49,5, 10 4 tone (83%) sunt extrase în China. Rusia produce 3.400 de tone, Canada 3.000 de tone.

King Island din Australia produce 20002400 de tone de minereu de tungsten pe an. În Austria, scheelitul este exploatat în Alpi (provincile Salzburg și Steiermark). În nord-estul Braziliei, un zăcământ comun de tungsten, aur și bismut (minele Kanung și zăcământul Calzas din Yukon) este în curs de dezvoltare, cu o rezervă de aur estimată la 1 milion de uncii și 30.000 de tone de oxid de tungsten. Liderul mondial în dezvoltarea materiilor prime de wolfram este China (câmpurile Jianshi (60% din producția chineză de wolfram), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guangdong (6%), Guangzhi și Mongolia Interioară (2% fiecare) și altele). Volumul producției anuale în Portugalia (zăcământul Panashira) este estimat la 720 de tone de wolfram pe an. În Rusia, principalele zăcăminte de minereuri de wolfram sunt situate în două regiuni: în Orientul Îndepărtat (zăcământul Lermontovskoye, 1700 de tone de concentrat pe an) și în Caucazul de Nord (Kabardino-Balkaria, Tyrnyauz). Uzina din Nalchik procesează minereu în oxid de tungsten și paratungstat de amoniu.

Cel mai mare consumator de wolfram este Europa de Vest, cota sa pe piața mondială este de 30%. America de Nord și China reprezintă fiecare 25% din consumul total, în timp ce Japonia reprezintă 1213%. Cererea de wolfram în țările CSI este estimată la 3.000 de tone de metal pe an.

Mai mult de jumătate (58%) din tot metalul consumat este folosit în producția de carbură de tungsten, aproape un sfert (23%) sub formă de diferite aliaje și oțeluri. Pentru fabricarea tungstenului „laminat” (filamente pentru lămpi cu incandescență, contacte electrice etc.) reprezintă 8% din wolfram produs, iar restul de 9% este folosit în producția de pigmenți și catalizatori.

Prelucrarea materiilor prime wolfram.

Minereul primar conține aproximativ 0,5% oxid de tungsten. După flotarea și separarea componentelor nemagnetice, rămâne o rocă care conține aproximativ 70% WO3. Minereul îmbogățit (și resturi de wolfram oxidat) este apoi levigat cu carbonat sau hidroxid de sodiu:

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 \u003d Na 2 WO 4 + CO 2

WO3 + 2NaOH \u003d Na2WO4 + H2O

Na 2 WO 4 + CaCl 2 \u003d 2NaCl + CaWO 4 Ї.

Soluția rezultată este eliberată de impuritățile mecanice și apoi procesată. Inițial, tungstat de calciu precipită, urmat de descompunerea acestuia cu acid clorhidric și dizolvarea WO3 rezultat în amoniac apos. Uneori, purificarea tungstatului de sodiu primar se realizează folosind rășini schimbătoare de ioni. Produsul final al procesului de paratungstat de amoniu:

CaWO 4 + 2HCl \u003d H 2 WO 4 Ї + CaCl 2

H2WO4\u003d WO3 + H2O

WO3 + 2NH3 · H2O (conc.) \u003d (NH4)2WO4 + H2O

12(NH 4) 2 WO 4 + 14HCl (foarte dil.) \u003d (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 + 14NH 4 Cl + 6H 2 O

O altă modalitate de a izola wolfram din minereul îmbogățit este tratarea cu clor sau clorură de hidrogen. Această metodă se bazează pe punctul de fierbere relativ scăzut al clorurilor și oxoclorurilor de wolfram (300°C). Metoda este folosită pentru a obține wolfram foarte pur.

Concentratul de wolframit poate fi fuzionat direct cu cărbune sau cocs într-o cameră cu arc electric. Aceasta produce ferotungsten, care este utilizat la fabricarea aliajelor din industria siderurgică. Concentratul pur de scheelit poate fi adăugat și la topitura de oțel.

Aproximativ 30% din consumul mondial de wolfram este asigurat de prelucrarea materiilor prime secundare. Resturile contaminate de carbură de tungsten, așchiile, rumegușul și reziduurile de tungsten sub formă de pulbere sunt oxidate și transformate în paratungstat de amoniu. Deșeurile de oțeluri de mare viteză sunt utilizate la producerea acelorași oțeluri (până la 6070% din întreaga topitură). Deșeurile de wolfram de la lămpi cu incandescență, electrozi și reactivi chimici practic nu sunt reciclate.

Principalul produs intermediar în producția de wolfram este paratungstat de amoniu (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. Este, de asemenea, principalul compus de tungsten transportat. Prin calcinarea paratungstatului de amoniu se obține oxidul de wolfram (VI), care este apoi tratat cu hidrogen la 7001000 ° C și se obține pulbere metalică de wolfram. Carbura de wolfram se obține prin sinterizarea cu pulbere de carbon la 9002200 ° C (proces de carburare).

În 2002, prețul paratungstatului de amoniu, principalul compus comercial al wolframului, a fost de aproximativ 9.000 USD pe tonă în termeni de metal. ÎN În ultima vreme s-a înregistrat o tendință de scădere a prețurilor la produsele din wolfram din cauza ofertei mari din China și țările fostei URSS.

În Rusia, produsele din wolfram sunt produse de: Uzina Hidrometalurgică „Metallurg” Skopinsky (regiunea Ryazan, concentrat și anhidridă de wolfram), Uzina Vladikavkaz „Pobedit” (Osetia de Nord, pulbere și lingouri de wolfram), Uzina Hidrometalurgică Nalcik (Kabardino-Balkaria, tungsten metalic). , carbură de wolfram ), Uzina de aliaje dure Kirovgrad (Regiunea Sverdlovsk, carbură de wolfram, pulbere de wolfram), Elektrostal (Regiunea Moscova, paratungstat de amoniu, carbură de tungsten), Uzina electrometalurgică Chelyabinsk (ferotungsten).

Proprietățile unei substanțe simple.

Tungstenul metalic are o culoare gri deschis. După carbon, are cel mai înalt punct de topire dintre toate substanțe simple. Valoarea sa este determinată în 33873422 ° C. Tungstenul are proprietăți mecanice excelente la temperaturi ridicate și cel mai scăzut coeficient de dilatare dintre toate metalele. Punct de fierbere 54005700° C. Tungstenul este unul dintre cele mai grele metale cu o densitate de 19250 kg/m 3 . Conductivitatea electrică a wolframului la 0° C este de aproximativ 28% din conductibilitatea electrică a argintului, care este metalul cel mai conductor din punct de vedere electric. Wolframul pur este destul de ușor de prelucrat, dar de obicei conține impurități de carbon și oxigen, ceea ce conferă metalului duritatea sa binecunoscută.

Tungstenul are un modul de tracțiune și compresiune foarte mare, rezistență la fluaj termic foarte mare, conductivitate termică și electrică ridicată, coeficient ridicat de emisie de electroni, care poate fi îmbunătățit în continuare prin aliarea wolframului cu anumiți oxizi metalici.

Tungstenul este rezistent chimic. Acizi clorhidric, sulfuric, azotic, fluorhidric, aqua regia, soluție apoasă de hidroxid de sodiu, amoniac (până la 700 ° C), mercur și vapori de mercur, aer și oxigen (până la 400 ° C), apă, hidrogen, azot, monoxid de carbon (până la 800 ° C), clorura de hidrogen (până la 600 ° C) nu afectează wolfram. Amoniac amestecat cu peroxid de hidrogen, sulf lichid și în fierbere, clor (peste 250 ° C), hidrogen sulfurat la temperaturi roșii, aqua regia fierbinte, un amestec de acizi fluorhidric și azotic, topituri de nitrat, nitrit, clorat de potasiu, dioxid de plumb reacționează cu wolfram, azotit de sodiu, acid azotic fierbinte, fluor, brom, iod. Carbura de wolfram se formează prin interacțiunea carbonului cu wolfram la temperaturi de peste 1400 ° C, oxid - prin interacțiunea cu vapori de apă și dioxid de sulf (la o temperatură de căldură roșie), dioxid de carbon (peste 1200 ° C), oxizi de aluminiu, magneziu și toriu.

Proprietățile celor mai importanți compuși ai wolframului.

Printre cei mai importanți compuși ai wolframului se numără oxidul, clorura, carbura și paratungstatul de amoniu.

Oxid de wolfram(VI). WO 3 substanță cristalină de culoare galben deschis, devenind portocaliu la încălzire, punct de topire 1473 ° C, punct de fierbere 1800 ° C. Acidul tungstic corespunzător este instabil, dihidratul precipită într-o soluție apoasă, pierzând o moleculă de apă la 70100 ° C, iar al doilea la 180350 ° C. Când WO 3 reacţionează cu alcalii, se formează tungstate.

Anionii acizilor tungstic tind să formeze policompuși. La reacția cu acizi concentrați, se formează anhidride mixte:

12WO3 + H3PO4 (fierbe, concentrat) = H3

Când oxidul de wolfram interacționează cu sodiul metalic, se formează un tungstat de sodiu nestoichiometric, care se numește „bronz de wolfram”:

WO3+ X Na = Na X WO3

La reducerea oxidului de wolfram cu hidrogen, în momentul izolării se formează oxizi hidratați cu o stare de oxidare mixtă „albastru de wolfram” WO 3 n(OH) n , n= 0,50,1.

WO3 + Zn + HCl® („albastru”), W2O5 (OH) (maro)

Oxid de wolfram(VI). un produs intermediar în producerea wolframului și a compușilor acestuia. Este o componentă a unor catalizatori și pigmenți de hidrogenare importanți din punct de vedere industrial pentru ceramică.

Superior clorură de wolfram WCl 6 se formează prin interacțiunea oxidului de wolfram (sau tungstenul metalic) cu clorul (precum și cu fluorul) sau tetraclorura de carbon. Se deosebește de alți compuși de tungsten prin punctul său de fierbere scăzut (347°C). În felul său natura chimica clorura este o clorură acidă a acidului tungstic, prin urmare, atunci când interacționează cu apa, se formează cloruri acide incomplete, când interacționează cu alcalii, săruri. Ca urmare a reducerii clorurii de wolfram cu aluminiu în prezența monoxidului de carbon, se formează carbonil de wolfram:

WCl 6 + 2Al + 6CO \u003d Ї + 2AlCl 3 (în eter)

Carbura de wolfram WC se obține prin reacția tungstenului sub formă de pulbere cu cărbune într-o atmosferă reducătoare. Duritatea, comparabilă cu diamantul, determină domeniul de aplicare al acestuia.

Tungstatul de amoniu (NH4)2WO4 este stabil numai în soluţie de amoniac. În acid clorhidric diluat, precipită paratungstat de amoniu (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42, care este principalul produs intermediar al wolframului de pe piața mondială. Paratungstatul de amoniu se descompune ușor atunci când este încălzit:

(NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 \u003d 10NH 3 + 12WO 3 + 6H 2 O (400 500 ° C)

Utilizarea tungstenului

Utilizarea metalelor pure și a aliajelor care conțin tungsten se bazează în principal pe refractaritatea, duritatea și rezistența chimică a acestora. Wolfram pur este utilizat la fabricarea filamentelor pentru lămpi electrice cu incandescență și tuburi catodice, la producerea creuzetelor pentru evaporarea metalelor, în contactele distribuitoarelor de aprindere a automobilelor, în ținte de tuburi cu raze X; ca înfășurări și elemente de încălzire în cuptoare electrice și ca material structural pentru spațiu și alte vehicule care funcționează la temperaturi ridicate. Oțelurile de mare viteză (17,5-18,5% tungsten), stellit (pe bază de cobalt cu Cr, W, C adăugat), hastalloy (oțel inoxidabil pe bază de Ni) și multe alte aliaje conțin wolfram. Baza producției de scule și aliaje rezistente la căldură este ferotungstenul (6886% W, până la 7% Mo și fier), care este ușor de obținut prin reducerea directă a concentratelor de wolframite sau scheelit. „Pobedit” un aliaj foarte dur care conține 8087% wolfram, 615% cobalt, 57% carbon, indispensabil în prelucrarea metalelor, minerit și industria petrolieră.

Tehnologia de fabricație a filamentelor de tungsten și istoria acesteia.

Din 1878, când Swan a demonstrat la Newcastle lămpile de cărbune cu opt și șaisprezece lumânări pe care le inventase, s-a căutat un material mai potrivit pentru fabricarea filamentelor. Prima lampă cu cărbune avea o eficiență de doar 1 lumen/watt, care a fost crescută în următorii 20 de ani prin modificări aduse metodelor de prelucrare a cărbunelui cu un factor de doi și jumătate. Până în 1898, puterea de lumină a unor astfel de becuri era de 3 lumeni/watt. În acele zile, filamentele de carbon erau încălzite prin trecerea unui curent electric într-o atmosferă de vapori grei de hidrocarburi. În timpul pirolizei acestuia din urmă, carbonul rezultat a umplut porii și neregularitățile firului, dându-i o strălucire metalică strălucitoare.

La sfârşitul secolului al XIX-lea von Welsbach a realizat primul filament metalic pentru lămpi cu incandescență. A făcut-o din osmiu (T pl = 2700 ° C). Filamentele de osmiu au avut o eficiență de 6 lumeni/watt, cu toate acestea, osmiul este un element rar și extrem de scump al grupului de platină, prin urmare nu și-a găsit o aplicație largă în fabricarea dispozitivelor de uz casnic. Tantalul, cu un punct de topire de 2996°C, a fost utilizat pe scară largă sub formă de sârmă trasă din 1903 până în 1911 datorită lucrării lui von Bolton de la Siemens și Halske. Eficiența lămpilor cu tantal a fost de 7 lumeni/watt.

Tungstenul a început să fie folosit în lămpile cu incandescență în 1904 și a înlocuit toate celelalte metale ca atare până în 1911. O lampă incandescentă convențională cu un filament de wolfram are o strălucire de 12 lumeni/watt, iar lămpile funcționează sub tensiune înaltă 22 lumeni/watt. Lămpile fluorescente moderne cu catod de tungsten au o eficiență de aproximativ 50 lumeni/watt.

În 1904, Siemens-Halske a încercat să aplice procesul de trefilare dezvoltat pentru tantal la metale mai refractare precum wolfram și toriu. Rigiditatea și lipsa de maleabilitate a wolframului au împiedicat procesul să funcționeze fără probleme. Cu toate acestea, mai târziu, în 1913-1914, s-a demonstrat că wolfram topit poate fi rulat și tras folosind o procedură de reducere parțială. Un arc electric a fost trecut între o tijă de wolfram și o picătură de wolfram parțial topită plasată într-un creuzet de grafit acoperit la interior cu pulbere de wolfram și situat într-o atmosferă de hidrogen. Astfel, s-au obținut mici picături de wolfram topit, de aproximativ 10 mm în diametru și 2030 mm în lungime. Deși cu greu, a fost deja posibil să lucrăm cu ei.

Cunoscutul proces de extrudare a fost dezvoltat în 1906-1907 și a fost folosit până la începutul anilor 1910. Pulberea de tungsten neagră măcinată foarte fin a fost amestecată cu dextrină sau amidon până când s-a format o masă de plastic. Presiunea hidraulică a forțat această masă prin site subțiri de diamant. Firul astfel obținut era suficient de puternic pentru a fi înfășurat pe bobine și uscat. Apoi, firele au fost tăiate în „agrafe de păr”, care au fost încălzite într-o atmosferă de gaz inert la o temperatură încinsă pentru a îndepărta umezeala reziduală și hidrocarburile ușoare. Fiecare „ac de păr” a fost fixat într-o clemă și încălzit într-o atmosferă de hidrogen până la o strălucire strălucitoare prin trecerea unui curent electric. Acest lucru a dus la eliminarea finală a impurităților nedorite. La temperaturi ridicate, particulele mici individuale de wolfram fuzionează și formează un filament de metal solid uniform. Aceste fire sunt elastice, deși fragile.

La începutul secolului al XX-lea Yust și Hannaman au dezvoltat un proces diferit care se remarcă prin originalitate. Un filament de carbon cu diametrul de 0,02 mm a fost acoperit cu wolfram prin încălzirea acestuia într-o atmosferă de hidrogen și vapori de hexaclorură de tungsten. Firul acoperit în acest fel a fost încălzit la o strălucire strălucitoare în hidrogen sub presiune redusă. În acest caz, carcasa de tungsten și miezul de carbon au fost complet topite între ele, formând carbură de tungsten. Firul rezultat a fost alb și fragil. Apoi, filamentul a fost încălzit într-un curent de hidrogen, care a interacționat cu carbonul, lăsând un filament compact de wolfram pur. Firele aveau aceleasi caracteristici ca cele obtinute in procesul de extrudare.

În 1909, americanul Coolidge a reușit să obțină wolfram maleabil fără utilizarea de umpluturi, dar numai cu ajutorul unei temperaturi rezonabile și al procesării mecanice. Principala problemă în obținerea sârmei de wolfram a fost oxidarea rapidă a wolframului la temperaturi ridicate și prezența unei structuri de granule în wolfram rezultat, ceea ce a dus la fragilitatea acestuia.

Producția modernă de sârmă de wolfram este un proces tehnologic complex și precis. Materia primă este tungstenul sub formă de pulbere, obținut prin reducerea paratungstatului de amoniu.

Pulberea de wolfram utilizată pentru producția de sârmă trebuie să fie de înaltă puritate. De obicei, pulberile de wolfram de diferite origini sunt amestecate pentru a media calitatea metalului. Se amestecă în mori și, pentru a evita oxidarea metalului încălzit prin frecare, se trece un curent de azot în cameră. Apoi pulberea este presată în matrițe de oțel pe prese hidraulice sau pneumatice (525 kg/mm2). Dacă se folosesc pulberi contaminate, compactul este casant și se adaugă un liant organic complet oxidabil pentru a elimina acest efect. În etapa următoare, se efectuează sinterizarea preliminară a tijelor. Când compactele sunt încălzite și răcite într-un flux de hidrogen, proprietățile lor mecanice se îmbunătățesc. Presările sunt încă destul de fragile, iar densitatea lor este de 6070% din densitatea wolframului, astfel încât tijele sunt supuse sinterizării la temperatură ridicată. Tija este prinsă între contactele răcite cu apă, iar într-o atmosferă de hidrogen uscat trece un curent prin ea pentru a o încălzi aproape până la punctul de topire. Datorita incalzirii, wolframul este sinterizat si densitatea lui creste la 8595% fata de cea cristalina, in acelasi timp, marimea granulatiei creste, iar cristalele de wolfram cresc. Aceasta este urmată de forjare la temperatură ridicată (12001500 ° C). Într-un aparat special, tijele sunt trecute printr-o cameră, care este comprimată de un ciocan. Pentru o trecere, diametrul tijei este redus cu 12%. Când sunt forjate, cristalele de tungsten se alungesc, creând o structură fibrilă. După forjare, urmează trefilarea. Tijele sunt lubrifiate și trecute printr-o sită de diamant sau carbură de tungsten. Gradul de extracție depinde de scopul produselor rezultate. Diametrul firului rezultat este de aproximativ 13 µm.

Rolul biologic al wolframului

limitat. Vecinul său din grup, molibdenul, este indispensabil în enzimele care asigură legarea azotului atmosferic. Anterior, wolframul era folosit în cercetarea biochimică doar ca antagonist al molibdenului, adică. înlocuirea molibdenului cu wolfram în centrul activ al enzimei a dus la dezactivarea acestuia. Enzimele, dimpotrivă, dezactivate la înlocuirea tungstenului cu molibden, au fost găsite în microorganismele termofile. Printre acestea se numără formiat dehidrogenaze, aldehid ferredoxin oxidoreductaze; formaldehida-feredo-xin-oxidoreductaza; acetilen hidratază; reductaza acidului carboxilic. Structurile unora dintre aceste enzime, cum ar fi aldehid ferredoxin oxidoreductaza, au fost acum determinate.

Efectele severe ale expunerii la wolfram și compușii săi asupra oamenilor nu au fost identificate. Expunerea prelungită la doze mari de praf de wolfram poate provoca pneumoconioză, o boală cauzată de toate pulberile grele care intră în plămâni. Cele mai frecvente simptome ale acestui sindrom sunt tusea, problemele respiratorii, astmul atopic și modificările plămânilor, a căror manifestare scade după oprirea contactului cu metalul.

Materiale online: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Iuri Krutiakov

Literatură:

Colin J. Smithells Tungsten, M., Metallurgizdat, 1958
Agte K., Vacek I. Tungsten și molibden, M., Energie, 1964
Figurovsky N.A. Descoperirea elementelor și originea lor este numită uy. M., Știință, 1970
Biblioteca populară de elemente chimice. M., Nauka, 1983
US Geological Survey Minerals Yearbook 2002
Lvov N.P., Nosikov A.N., Antipov A.N. Enzime care conțin tungsten, vol. 6, 7. Biochimie, 2002

Producția mondială de wolfram este de aproximativ 32 de mii de tone pe an. De la începutul secolului nostru, a cunoscut în mod repetat creșteri puternice și scăderi la fel de abrupte. Diagrama arată că vârfurile de pe curba producției corespund exact cu punctele culminante ale primului și celui de-al doilea război mondial. Și acum wolfram este un metal pur strategic

Diagrama producției mondiale de wolfram (în mii de tone) în prima jumătate a secolului XX.
Din oțel de tungsten și alte aliaje care conțin tungsten sau carburi ale acestuia, sunt fabricate blindaje de tanc, obuze de torpile și obuze, cele mai multe detalii importante avioane și motoare.

Tungstenul este o componentă indispensabilă cele mai bune mărci oțel pentru scule. În general, metalurgia absoarbe aproape 95% din tot tungstenul extras. (Este caracteristic că folosește pe scară largă nu numai wolfram pur, ci mai ales ferotungsten mai ieftin - un aliaj care conține 80% W și aproximativ 20% Fe; se obține în cuptoare cu arc electric).

Aliajele de wolfram au multe calități remarcabile. Așa-numitul metal greu (din wolfram, nichel și cupru) este folosit pentru a face recipiente în care sunt depozitate substanțe radioactive. A lui actiune protectoare 40% mai mare decât plumbul. Acest aliaj este folosit și în radioterapie, deoarece creează o protecție suficientă cu o grosime relativ mică a ecranului.

Un aliaj de carbură de tungsten cu 16% cobalt este atât de dur încât poate înlocui parțial diamantul la forarea puțurilor.

Pseudoaliajele de wolfram cu cupru și argint sunt un material excelent pentru comutatoarele cu cuțit și comutatoarele de înaltă tensiune: durează de șase ori mai mult decât contactele convenționale din cupru.

Utilizarea wolframului în firele de păr ale lămpilor electrice a fost discutată la începutul articolului. Indispensabilitatea wolframului în această zonă se explică nu numai prin refractaritatea sa, ci și prin ductilitate. Dintr-un kilogram de wolfram se trage un fir de 3,5 km lungime, adică. acest kilogram este suficient pentru a face filamente pentru 23.000 de becuri de 60 de wați. Datorită acestei proprietăți, industria electrică globală consumă doar aproximativ 100 de tone de wolfram pe an.

ÎN anul trecut compuşii chimici ai wolframului au căpătat o mare importanţă practică. În special, heteropoliacidul fosfotungstic este utilizat pentru producerea de lacuri și vopsele strălucitoare, rezistente la lumină. O soluție de tungstat de sodiu Na2WO4 conferă țesăturilor rezistență la foc și rezistență la apă, iar tungstate de metale alcalino-pământoase, cadmiu și elemente de pământuri rare sunt utilizate la fabricarea laserelor și a vopselelor luminoase.

Trecutul și prezentul tungstenului oferă toate motivele pentru a-l considera un metal muncitor.