Wolframový kov. Wolfram: použití, vlastnosti a chemické vlastnosti

Matka příroda obohatila lidstvo o užitečné chemické prvky. Některé z nich jsou ukryty v jejích útrobách a jsou obsaženy v relativně malém množství, jejich význam je však velmi významný. Jedním z nich je wolfram. Jeho použití je způsobeno speciálními vlastnostmi.

Příběh původu

18. století – století objevu periodické tabulky – se stalo zásadním v historii tohoto kovu.

Dříve byla akceptována existence určité látky, která je součástí minerálních hornin, která bránila vytavení potřebných kovů z nich. Například získat cín bylo obtížné, pokud ruda takový prvek obsahovala. Rozdíl teplot tavení a chemických reakcí vedl k tvorbě struskové pěny, která snižovala množství výtěžku cínu.

V 8. století kov postupně objevil švédský vědec Scheele a Španělé, bratři Eluardové. Stalo se tak v důsledku chemických experimentů na oxidaci minerálních hornin - scheelitu a wolframitu.

Registrován v periodické soustavě prvků v souladu s atomovým číslem 74. Vzácným žáruvzdorným kovem s atomovou hmotností 183,84 je wolfram. Jeho použití je dáno neobvyklými vlastnostmi objevenými již v průběhu 20. století.

Kde hledat?

Podle počtu v útrobách země je „řídce osídlená“ a řadí se na 28. místo. Je součástí asi 22 různých minerálů, ale pouze 4 z nich jsou nezbytné pro jeho těžbu: scheelit (obsahuje asi 80 % trioxidu), wolframit, ferberit a hübnerit (každý obsahuje 75-77 %). Složení rud nejčastěji obsahuje nečistoty, v některých případech se provádí paralelní "těžba" takových kovů, jako je molybden, cín, tantal atd. Největší naleziště jsou v Číně, Kazachstánu, Kanadě, USA, dále jsou v Rusku, Portugalsku, Uzbekistánu.

Jak přijímají?

Díky speciálním vlastnostem a také nízkému obsahu v horninách je technologie získávání čistého wolframu poměrně komplikovaná.

1. Magnetická separace, elektrostatická separace nebo flotace k obohacení rudy na 50-60% koncentraci
2. Izolace 99% oxidu chemickými reakcemi s alkalickými nebo kyselými činidly a fázové čištění výsledné sraženiny.
3. Redukce kovu uhlíkem nebo vodíkem, výtěžek odpovídajícího kovového prášku.
4. Výroba ingotů nebo práškově spékaných briket.

Jednou z důležitých etap výroby hutních výrobků je prášková metalurgie. Je založena na míchání práškových žáruvzdorných kovů, jejich lisování a následném slinování. Tímto způsobem se získává velké množství technologicky významných slitin, včetně použití, které se nachází především v průmyslová produkceřezné nástroje se zvýšeným výkonem a trvanlivostí.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Wolfram je žáruvzdorný a těžký stříbrný kov s krystalickou mřížkou centrovanou na tělo.

• Teplota tání - 3422 ˚С.
• Bod varu - 5555 ˚С.
• Hustota - 19,25 g / cm3.

Je to dobrý vodič elektřiny. Nemagnetizuje. Některé minerály (například scheelit) jsou luminiscenční.

Odolává kyselinám, agresivním látkám při vysokých teplotách, korozi a stárnutí. Wolfram také přispívá k deaktivaci vlivu negativních nečistot v ocelích, zlepšení její tepelné odolnosti, odolnosti proti korozi a spolehlivosti. Použití takových slitin železa a uhlíku je odůvodněno jejich vyrobitelností a odolností proti opotřebení.

Mechanické a technologické vlastnosti

Wolfram - tvrdý, odolný kov. Jeho tvrdost je 488 HB, pevnost v tahu 1130-1375 MPa. Za studena to není plast. Při teplotě 1600 ˚С se plasticita zvyšuje do stavu absolutní náchylnosti k tlakovému zpracování: kování, válcování, tažení. Je známo, že 1 kg tohoto kovu umožňuje vyrobit závit o celkové délce až 3 km.

Obrábění je obtížné kvůli nadměrné tvrdosti a křehkosti. Pro vrtání, soustružení, frézování se používají karbidové wolfram-kobaltové materiály vyrobené práškovou metalurgií. Méně často se při nízkých rychlostech a speciálních podmínkách používají nástroje vyrobené z rychlořezné legované wolframové oceli. Standardní principy řezání nejsou použitelné, protože zařízení se extrémně rychle opotřebovává a zpracovávaný wolfram praská. Používají se následující technologie:

1. Chemické ošetření a impregnace povrchové vrstvy včetně použití stříbra k tomuto účelu.
2. Povrchový ohřev pomocí pecí, plynový plamen, elektrický proud 0,2 A. Přípustná teplota, při které dochází k mírnému zvýšení plasticity a tím se zlepšuje řezání, je 300-450 ˚С.
3. Řezání wolframu pomocí nízkotavitelných látek.

Ostření a broušení by mělo být prováděno pomocí diamantu a méně často - korundu.

Svařování tohoto žáruvzdorného kovu se provádí převážně působením elektrického oblouku, wolframových nebo uhlíkových elektrod v ochranném prostředí inertního plynu nebo kapaliny. Možné je i kontaktní svařování.

Tento konkrétní chemický prvek má vlastnosti, které ho odlišují od hmoty. Vyznačuje se například vysokou tepelnou odolností a odolností proti opotřebení, zlepšuje kvalitu a řezné vlastnosti legovaných ocelí obsahujících wolfram a vysoký bod tání umožňuje vyrábět vlákna pro žárovky a elektrody pro svařování.

aplikace

Vzácnost, nevšednost a důležitost určují široké využití v moderní technologii kovu zvaného Tungsten - wolfram. Vlastnosti a použití ospravedlňují vysoké náklady a poptávku. Vysoký bod tání, tvrdost, pevnost, tepelná odolnost a odolnost proti chemickému napadení a korozi, odolnost proti opotřebení a řezné vlastnosti - to jsou jeho hlavní trumfy. Případy užití:

1. Žhavící vlákna.
2. za účelem získání vysokorychlostních, otěruvzdorných, žáruvzdorných a žáruvzdorných železo-uhlíkových slitin, které se používají k výrobě vrtáků a jiných nástrojů, průbojníků, pružin a pružin, kolejnic.
3. Výroba "práškových" tvrdých slitin, používaných především jako vysoce otěruvzdorné řezné, vrtací nebo lisovací nástroje.
4. Elektrody pro argonové obloukové a odporové svařování.
5. Výroba dílů pro RTG a radiotechniku, různé technické lampy.
6. Speciální svítivé barvy.
7. Drát a díly pro chemický průmysl.
8. Různé praktické drobnosti, například mormyshki pro rybolov.

Oblibu si získávají různé slitiny, mezi které patří wolfram. Rozsah takových materiálů je někdy překvapivý - od těžkého strojírenství po lehký průmysl, kde se vyrábí tkaniny se speciálními vlastnostmi (například ohnivzdorné).

Univerzální materiály neexistují. Každý známý prvek a vytvořené slitiny se vyznačují svou jedinečností a nezbytností pro určité oblasti života a průmyslu. Některé z nich však mají speciální vlastnosti, které umožňují dříve neproveditelné procesy. Jedním z takových kovů je wolfram. Jeho uplatnění není dostatečně široké, jako ocel, ale každá z možností je pro lidstvo nesmírně užitečná a nezbytná.

Wolfram je chemický prvek 4. skupiny, který má atomové číslo 74 v periodickém systému Dmitrije Ivanoviče Mendělejeva, označeného W (Wolframium). Kov byl objeven a izolován dvěma španělskými chemiky bratry d "Eluyar v roce 1783. Samotný název "Wolframium" byl přenesen na prvek z dříve známého minerálu wolframitu, který byl znám již v 16. století, tehdy se nazýval "vlk". pěna“, nebo „Spumalupi“ v latině, na Němec tato fráze zní jako "WolfRahm" (Tungsten). V současné době se v USA, Francii, Velké Británii a některých dalších zemích používá k pojmenování wolfram název „tungsten“ (ze švédského wolframu, což se překládá jako „těžký kámen“).

Wolfram je šedý přechodný kov. Hlavní aplikací wolframu je role báze v žáruvzdorných materiálech v metalurgii. Wolfram je extrémně žáruvzdorný, za normálních podmínek je kov chemicky odolný.

Wolfram se od všech ostatních kovů liší svou neobvyklou tvrdostí, těžkostí a netavitelností. Hustota tohoto kovu je téměř dvakrát větší než hustota olova, přesněji řečeno 1,7krát. Díky tomu všemu je atomová hmotnost wolframu nižší a má hodnotu 184 oproti 207 pro olovo.

Wolfram je světle šedý kov, teploty tání a varu tohoto kovu jsou nejvyšší. Vzhledem k plasticitě a vyluhovatelnosti wolframu je možné jej použít jako vlákna v osvětlovacích zařízeních, v kineskopech a také v jiných elektronkách.

Je známo dvacet wolframových minerálů. Nejběžnější: minerály skupiny wolframitového scheelitu, které mají průmyslový význam. Méně rozšířený je sulfid wolframitu, tzn. wolframit (WS2) a sloučeniny podobné oxidům - ferro - a měďnatý wolfram, wolfram, hydrowolfram. Rozšířené jsou vads, psilomelany s vysokým obsahem wolframu.

trup letadla s wolframovým vláknem

V závislosti na podmínkách výskytu, morfologii a typu ložisek wolframu se při jejich vývoji používají metody otevřené, podzemní a kombinované.

V současné době neexistují žádné metody pro získávání wolframu přímo z koncentrátů. V tomto ohledu se z koncentrátu nejprve izolují meziprodukty a poté se z nich získá kovový wolfram. Izolace wolframu zahrnuje: rozklad koncentrátů, poté přeměnu kovu na sloučeniny, ze kterých se odděluje od zbytku jeho doprovodných prvků. Izolace kyseliny wolframové, tzn. čisté chemické sloučeniny wolframu, pokračuje následnou výrobou wolframu v kovové formě.

Wolfram se používá při výrobě strojů a zařízení pro kovoobrábění, stavebnictví a těžební průmysl, ve výrobě svítidel a lamp, v dopravním a elektronickém průmyslu, v chemickém průmyslu a dalších oborech.

Nástroj je vyroben z wolframové oceli a je schopen odolat enormním rychlostem nejintenzivnějších procesů v kovoobrábění. Řezná rychlost pomocí takového nástroje se obvykle měří v desítkách metrů za sekundu.

Wolfram je v přírodě poměrně špatně distribuován. Hmotnostní obsah kovu v zemské kůře je asi 1,3·10 −4 %. Hlavními minerály obsahujícími wolfram jsou přírodní wolframany: scheelit, původně nazývaný wolfram, a wolframit.

Výroba wolframu

První fází výroby wolframu je obohacování rudy, tzn. oddělení cenných složek z hlavní rudné hmoty, hlušiny. Používají se stejné způsoby zušlechťování jako u ostatních rud těžkých kovů: mletí a flotace, následuje magnetická separace (wolframitové rudy) a oxidační pražení. Koncentrát získaný touto metodou se obvykle spaluje s přebytkem sody, čímž se wolfram uvede do rozpustného stavu, tzn. na wolframit sodný.

Další metodou pro získání této látky je louhování. Wolfram se extrahuje roztokem sody při zvýšené teplotě a pod tlakem, následuje neutralizace a vysrážení wolframanu vápenatého, tzn. scheelit. Scheelit se získává proto, že je z něj docela snadné extrahovat vyčištěný oxid wolframu.

CaW04 > H2W04 nebo (NH4)2W04 >W03

Oxid wolframu se také získává prostřednictvím chloridů. Wolframový koncentrát se zpracovává plynným chlorem při zvýšené teplotě. V tomto případě vznikají chloridy wolframu, které se snadno oddělují od ostatních chloridů sublimací. Výsledný chlorid lze použít k získání oxidu nebo z něj okamžitě extrahovat kov.

V dalším kroku se oxidy a chloridy přemění na kovový wolfram. Ke snížení oxidu wolframu je nejlepší použít vodík. S touto redukcí je kov nejčistší. Redukce oxidu probíhá ve speciální trubkové peci, kde se „loď“ s WO 3 pohybuje několika teplotními zónami. Suchý vodík vstupuje směrem k „lodi.“ K redukci oxidů dochází v horkých (450-600°C) a studených zónách (750-1100°C). V chladných zónách dochází k redukci na WO 2 a poté na kov. Jak čas prochází horkou zónou, zrna práškového wolframu mění svou velikost.

Regenerace může probíhat nejen za dodávky vodíku. Často se používá uhlí. Vzhledem k pevnému redukčnímu činidlu je výroba zjednodušena, ale teplota by v tomto případě měla dosahovat 1300°C. Samotné uhlí a nečistoty, které vždy obsahuje, vytvářejí při reakci s wolframem karbidy jiných sloučenin. V důsledku toho je kov kontaminován. Ale v elektrotechnickém průmyslu se používá pouze kvalitní wolfram. Dokonce i 0,1% železných nečistot dělá wolfram pro výrobu nejtenčího drátu, protože. stává se mnohem křehčí.

Izolace wolframu z chloridů je založena na pyrolýze. Wolfram a chlór tvoří některé sloučeniny. Přebytek chloru umožňuje jejich přeměnu na WCl6 a ten se zase při teplotě 1600 °C rozkládá na chlór a wolfram. Pokud je přítomen vodík, proces začíná při 1000 °C.

Takto se získává wolfram ve formě prášku, který se následně lisuje při vysoké teplotě v proudu vodíku. V první fázi lisování (zahřátí na cca 1100-1300°C) vzniká křehký porézní ingot. Poté lisování pokračuje a teplota začíná stoupat téměř k bodu tání wolframu. V takovém prostředí kov začíná tuhnout a postupně získává své kvality a vlastnosti.

V průměru 30 % průmyslově vyráběného wolframu tvoří recyklovaný wolfram. Wolframový šrot, piliny, hobliny a prášek se oxidují a přeměňují na parawolframan amonný. Šrot řezných ocelí se zpravidla likviduje v podniku, který vyrábí stejné oceli. Šrot z elektrod, žárovek a chemikálií se téměř nikdy nerecykluje.

Wolfram je chemický prvek 4. skupiny, který má atomové číslo 74 v periodické soustavě Dmitrije Ivanoviče Mendělejeva, označované W (Wolframium). Kov byl objeven a izolován dvěma španělskými chemiky, bratry d'Eluyarovými, v roce 1783. Samotný název „Wolframium“ byl přenesen na prvek z dříve známého minerálu wolframitu, který byl znám již v 16. století, tehdy se mu říkalo „vlčí pěna“ nebo latinsky „Spuma lupi“, v němčině tato fráze zní jako "Vlk Rahm" (wolfram). Název souvisel s tím, že wolfram sice doprovázel cínové rudy, výrazně zasahoval do tavby cínu, protože. převedli cín na struskovou pěnu (o tomto procesu se začalo říkat: „Cín sežere jako vlk ovci!“). V současné době se v USA, Francii, Velké Británii a některých dalších zemích používá k pojmenování wolfram název „tungsten“ (ze švédského tung sten, což se překládá jako „těžký kámen“).

Wolfram je šedý přechodný kov. Hlavní aplikací wolframu je role báze v žáruvzdorných materiálech v metalurgii. Wolfram je extrémně žáruvzdorný, za normálních podmínek je kov chemicky odolný.

Wolfram se od všech ostatních kovů liší svou neobvyklou tvrdostí, těžkostí a netavitelností. Od starověku existuje mezi lidmi výraz „těžký jako olovo“ nebo „těžší než olovo“, „olověná víčka“ atd. Ale správnější by bylo v těchto alegoriích použít slovo „wolfram“. Hustota tohoto kovu je téměř dvakrát větší než hustota olova, přesněji řečeno 1,7krát. Díky tomu všemu je atomová hmotnost wolframu nižší a má hodnotu 184 oproti 207 pro olovo.

Wolfram je světle šedý kov, teploty tání a varu tohoto kovu jsou nejvyšší. Vzhledem k plasticitě a vyluhovatelnosti wolframu je možné jej použít jako vlákna v osvětlovacích zařízeních, v kineskopech a také v jiných elektronkách.

Je známo dvacet wolframových minerálů. Nejběžnější: minerály skupiny wolframitového scheelitu, které mají průmyslový význam. Méně rozšířený je sulfid wolframitu, tzn. wolframit (WS2) a sloučeniny podobné oxidům - ferro - a měďnatý wolfram, wolfram, hydrowolfram. Rozšířené jsou vads, psilomelany s vysokým obsahem wolframu.

V závislosti na podmínkách výskytu, morfologii a typu ložisek wolframu se při jejich vývoji používají metody otevřené, podzemní a kombinované.

V současné době neexistují žádné metody pro získávání wolframu přímo z koncentrátů. V tomto ohledu se z koncentrátu nejprve izolují meziprodukty a poté se z nich získá kovový wolfram. Izolace wolframu zahrnuje: rozklad koncentrátů, poté přeměnu kovu na sloučeniny, ze kterých se odděluje od zbytku jeho doprovodných prvků. Izolace kyseliny wolframové, tzn. čisté chemické sloučeniny wolframu, pokračuje následnou výrobou wolframu v kovové formě.

Wolfram se používá při výrobě strojů a zařízení v kovoobráběcím, stavebním a těžebním průmyslu, při výrobě lamp a lamp, v dopravním a elektronickém průmyslu, v chemickém průmyslu a dalších oborech.

Nástroj je vyroben z wolframové oceli a je schopen odolat enormním rychlostem nejintenzivnějších procesů v kovoobrábění. Řezná rychlost pomocí takového nástroje se obvykle měří v desítkách metrů za sekundu.

Wolfram je v přírodě poměrně špatně distribuován. Hmotnostní obsah kovu v zemské kůře je asi 1,3·10 −4 %. Hlavními minerály obsahujícími wolfram jsou přírodní wolframany: scheelit, původně nazývaný wolfram, a wolframit.

Biologické vlastnosti

Biologická role wolframu je nevýznamná. Wolfram je svými vlastnostmi velmi podobný molybdenu, ale na rozdíl od něj není wolfram podstatným prvkem. Navzdory této skutečnosti je wolfram docela schopný nahradit molybden u zvířat a rostlin ve složení bakterií, zatímco inhibuje aktivitu enzymů závislých na Mo, například xantinoxidázy. V důsledku akumulace solí wolframu u zvířat klesá hladina kyseliny močové a zvyšuje se hladina hypoxantinu a xantinu. Wolframový prach, stejně jako jiné kovové prachy, dráždí dýchací orgány.

Přibližně 0,001 až 0,015 miligramu wolframu vstupuje do lidského těla v průměru denně s jídlem. Stravitelnost samotného prvku, stejně jako solí wolframu, v lidském gastrointestinálním traktu je 1-10%, špatně rozpustné kyseliny wolframové - až 20%. Wolfram se hromadí hlavně v kostní tkáni a ledvinách. Kosti obsahují přibližně 0,00025 mg / kg a v lidské krvi asi 0,001 mg / l wolframu. Kov se obvykle vylučuje z těla přirozeně, močí. Ale 75 % radioaktivního izotopu wolframu 185W se vylučuje stolicí.

Potravinové zdroje wolframu, stejně jako jeho denní potřeba, nebyly dosud studovány. Toxická dávka pro lidský organismus dosud nebyla identifikována. Smrtící výsledek u potkanů ​​nastává od trochu více než 30 mg látky. V lékařství se věří, že wolfram nemá metabolické, karcinogenní a teratogenní účinky na lidi a zvířata.

Indikátor elementárního stavu wolframu uvnitř lidského těla: moč, plná krev. Neexistují žádné údaje o poklesu hladiny wolframu v krvi.

Zvýšený obsah wolframu v těle se nejčastěji vyskytuje u pracovníků hutních provozů zabývajících se výrobou žáruvzdorných a žáruvzdorných materiálů, legovaných ocelí a také u osob, které přišly do styku s karbidem wolframu.

Klinický syndrom "onemocnění těžkých kovů" neboli pneumokonióza může být důsledkem chronického příjmu wolframového prachu do těla. Příznaky mohou zahrnovat kašel, problémy s dýcháním, atopické astma a změny uvnitř plic. Výše uvedené syndromy obvykle odezní po dlouhém odpočinku a jednoduše bez přímého kontaktu s vanadem. V nejtěžších případech se s opožděnou diagnózou onemocnění rozvíjí patologie „cor pulmonale“, emfyzém a plicní fibróza.

"Nemoci z těžkých kovů" a předpoklady pro jejich vznik se obvykle objevují v důsledku expozice několika druhům kovů a solí (například kobalt, wolfram atd.). Bylo zjištěno, že kombinovaný účinek wolframu a kobaltu na lidské tělo zesiluje škodlivý účinek na plicní systém. Kombinace karbidů wolframu a kobaltu může způsobit lokální zánět a kontaktní dermatitidu.

V současné fázi vývoje medicíny neexistuje efektivní způsoby zrychlený metabolismus nebo vylučování skupiny kovových sloučenin, které mohou vyvolat vzhled "nemoci těžkých kovů". Proto je tak důležité neustále provádět preventivní opatření a včas identifikovat lidi s vysokou citlivostí na těžké kovy, diagnostikovat v počáteční fázi onemocnění. Všechny tyto faktory určují další šance na úspěch léčby patologie. V některých případech se však v případě potřeby používá terapie komplexotvornými činidly a symptomatická léčba.

Více než polovina (nebo spíše 58 %) veškerého vyrobeného wolframu se používá při výrobě karbidu wolframu a téměř čtvrtina (nebo spíše 23 %) se používá při výrobě různých ocelí a slitin. Výroba wolframových „válcovaných produktů“ (to zahrnuje vlákna žárovek, elektrické kontakty atd.) představuje přibližně 8 % celosvětově spotřebovaného wolframu a zbývajících 9 % se používá k výrobě katalyzátorů a pigmentů.

Wolframový drát, který našel uplatnění v elektrických lampách, získal nedávno nový profil: bylo navrženo jeho použití jako řezného nástroje při zpracování křehkých materiálů.

Vysoká pevnost a dobrá tažnost wolframu umožňuje vyrábět z něj jedinečné předměty. Z tohoto kovu lze například vytáhnout drát tak tenký, že 100 km tohoto drátu bude mít hmotnost pouhých 250 kg.

Roztavený kapalný wolfram by v tomto stavu mohl zůstat i v blízkosti samotného povrchu Slunce, protože bod varu kovu je nad 5500 °C.

Mnoho lidí ví, že bronz se skládá z mědi, zinku a cínu. Ale takzvaný wolframový bronz nejenže není bronz z definice, protože. neobsahuje žádný z výše uvedených kovů, není to vůbec slitina, protože. postrádá čistě kovové sloučeniny a sodík a wolfram jsou oxidovány.

Získat broskvovou barvu bylo velmi obtížné a často zcela nemožné. Není to ani červená, ani růžová, ale nějaký meziprodukt a dokonce se zelenkavým odstínem. Giving říká, že k získání této barvy bylo třeba udělat více než 8 000 pokusů. V 17. století se ve speciální továrně v provincii Shanxi zdobily broskvovou barvou jen ty nejdražší porcelánové předměty pro tehdejšího čínského císaře. Když se ale po nějaké době podařilo odhalit tajemství vzácného nátěru, ukázalo se, že jeho základem není nic jiného než oxid wolframu.

Stalo se tak v roce 1911. Student jménem Li přišel do provincie Yunnan z Pekingu. Den za dnem se ztratil v horách a snažil se najít nějaký druh kamene, jak vysvětlil, byl to cínový kámen. Ale neuspěl. Majitel domu, ve kterém se student Li usadil, žil s malou dcerou jménem Xiao-mi. Dívce bylo nešťastného studenta velmi líto a večer při večeři mu vyprávěla jednoduché jednoduché příběhy. Jeden příběh vyprávěl o neobvyklých kamnech, která byla postavena z jakýchsi tmavých kamenů, které byly strženy ze skály a položeny na dvorek jejich domu. Tento sporák se ukázal jako docela úspěšný a hlavně odolný, po mnoho let pravidelně sloužil majitelům. Mladý Xiao-mi dokonce dal studentce dokonce jeden takový kámen jako dárek. Byl to zaběhnutý, těžký, hnědý kámen jako olovo. Později se ukázalo, že tento kámen byl čistý wolframit...

V roce 1900 při zahájení světové hutnické výstavy v Paříži byly poprvé předvedeny zcela nové exempláře rychlořezné oceli (slitina oceli s wolframem). Doslova ihned poté se začal hojně používat wolfram hutní průmysl všechny vysoce rozvinuté země. Ale je jich docela dost zajímavý fakt: poprvé byla wolframová ocel vynalezena v Rusku již v roce 1865 v závodě Motovilikha na Uralu.

Začátkem roku 2010 se do rukou permských ufologů dostal zajímavý artefakt. Má to být vrak kosmická loď. Analýza fragmentu ukázala, že předmět sestává téměř výhradně z čistého wolframu. Pouze 0,1 % složení připadá na vzácné nečistoty. Podle vědců jsou trysky raket vyrobeny z čistého wolframu. Jedna skutečnost ale dosud nebyla vysvětlena. Na vzduchu wolfram rychle oxiduje a rezaví. Ale z nějakého důvodu tento fragment není vhodný ke korozi.

Příběh

Samotné slovo „wolfram“ je německého původu. Dříve se ne kov sám nazýval wolfram, ale jeho hlavní minerál, tzn. do wolframitu. Někteří naznačují, že tehdy bylo toto slovo používáno téměř jako nadávka. Od počátku 16. do druhé poloviny 17. století byl wolfram považován za cínový minerál. I když poměrně často doprovází cínové rudy. Ale z rud, mezi které patřil wolframit, se cín tavil mnohem méně. Jako by někdo nebo něco „sežralo“ užitečný cín. Odtud název nového prvku. V němčině Wolf (Wolf) znamená vlk a Ram (Ramm) v překladu ze staré němčiny znamená beran. Tito. výraz „žere cín jako vlk jí jehně“ a stal se názvem kovu.

Známý americký časopis o chemických abstraktech nebo referenční knihy o všech chemických prvcích Mellor (Anglie) a Pascal (Francie) neobsahují ani zmínku o takovém prvku, jako je wolfram. Chemický prvek na čísle 74 se nazývá wolfram. Symbol W, což znamená wolfram, se rozšířil až v posledních letech. Ve Francii a Itálii se poměrně nedávno prvek označoval písmeny Tu, tzn. první písmena slova wolfram.

Základy takového zmatku jsou položeny v historii objevu prvku. V roce 1783 španělští chemici, bratři Eluardovi, oznámili, že objevili nový chemický prvek. V procesu rozkladu saského nerostu "wolfram" kyselinou dusičnou se podařilo získat "kyselou zeminu", tzn. žlutá sraženina oxidu neznámého kovu, sraženina byla rozpustná v amoniaku. Ve výchozím materiálu byl tento oxid přítomen společně s oxidy manganu a železa. Bratři Eluardové nazývali tento prvek wolfram a minerál, ze kterého se kov těžil, wolframit.

Ale bratry Eluardové nelze stoprocentně nazvat objeviteli wolframu. Samozřejmě byli první, kdo o svém objevu informoval tiskem, ale ... V roce 1781, dva roky před objevem bratrů, našel slavný švédský chemik Carl Wilhelm Scheele přesně stejnou „žlutou zemi“ v procesu léčby další minerál s kyselinou dusičnou. Jeho vědec to nazval jednoduše „tungsten“ (v překladu ze švédštiny tung – těžký, sten – kámen, tedy „těžký kámen“). Karl Wilhelm Scheele zjistil, že „žlutá země“ se liší svou barvou, stejně jako dalšími vlastnostmi, od podobného molybdenu. Vědec také zjistil, že v samotném minerálu je spojen s oxidem vápenatým. Na počest Scheeleho byl název minerálu „wolfram“ změněn na „scheelit“. Zajímavostí je, že jeden z bratrů Eluardů byl studentem Scheele, v roce 1781 pracoval v učitelské laboratoři. Scheele ani bratři Eluardovi nezačali objev sdílet. Scheele si tento objev prostě nenárokoval a bratři Eluardové netrvali na prioritě své nadřazenosti.

Mnozí slyšeli o takzvaných „wolframových bronzech“. Jedná se o velmi krásně vypadající kovy. Modrý wolframový bronz má následující složení Na2O WO2 a zlatý bronz má následující složení 4WO3Na2O WO2 WO3; fialová a purpurově červená jsou střední hodnoty s poměrem W03 k W02 menším než čtyři a větším než jedna. Jak ukazují vzorce, tyto látky neobsahují ani cín, ani měď, ani zinek. Nejsou to bronzy a už vůbec ne slitiny, protože. nemají ani sloučeniny kovů a oxiduje se zde sodík a wolfram. Takové „bronzy“ připomínají skutečný bronz nejen vzhledem, ale také svými vlastnostmi: tvrdostí, odolností vůči chemikáliím, vysokou elektrickou vodivostí.

V dávných dobách byla broskvová barva jednou z nejvzácnějších, k jejímu získání bylo prý třeba provést 8000 pokusů. V 17. století byl nejdražší porcelán čínského císaře malován broskvovou barvou. Po odhalení tajemství této barvy se ale najednou ukázalo, že je na bázi oxidu wolframu.

Být v přírodě

Wolfram je v přírodě špatně distribuován, obsah kovu v zemské kůře je 1,3 10 -4 % hm. Wolfram se vyskytuje především jako součást komplexních oxidovaných sloučenin, které jsou tvořeny oxidem wolframovým WO3, dále oxidy železa a vápníku nebo manganu, někdy mědí, olovo, thorium a různými prvky vzácných zemin. Nejrozšířenějším minerálem wolframit je tuhý roztok wolframanů, tzn. soli kyseliny wolframové, manganu a železa (nMnWO 4 mFeWO 4). Roztokem jsou pevné a těžké krystaly černé nebo hnědé barvy v závislosti na převaze různých sloučenin ve složení roztoku. Pokud je více sloučenin manganu (huebnerit), krystaly budou černé, pokud převládají sloučeniny železa (ferberit), bude roztok hnědý. Wolframit je výborný vodič elektřiny a je paramagnetický.

Stejně jako u ostatních wolframových minerálů má průmyslový význam scheelit, tzn. wolframan vápenatý (vzorec CaWO 4). Minerál tvoří brilantní krystaly světle žluté a někdy téměř bílé barvy. Sheelit není vůbec magnetický, ale má další vlastnost – schopnost luminiscovat. Po UV osvětlení ve tmě bude světélkovat jasně modře. Přítomnost příměsi molybdenu mění barvu záře, přechází do bledě modré, někdy až do krémové. Díky této vlastnosti je možné snadno odhalit geologická ložiska nerostu.

Ložiska wolframové rudy jsou obvykle spojena s oblastí distribuce žuly. Velké krystaly scheelitu nebo wolframitu jsou velmi vzácné. Minerály jsou obvykle jednoduše rozptýleny v žulových horninách. Těžba wolframu ze žuly je poměrně obtížná, protože. jeho koncentrace obvykle není větší než 2 %. Celkem není známo více než 20 wolframových minerálů. Mezi nimi lze rozlišit stolcit a rasoit, což jsou dvě různé krystalické modifikace wolframanu olovnatého PbWO 4 . Zbývající minerály jsou produkty rozkladu nebo sekundární formy běžných minerálů, například scheelit a wolframit (hydrotungstit, což je hydratovaný oxid wolframu, vznikl z wolframitu; wolfram okr), russelit, minerál obsahující oxidy wolframu a vizmutu. Wolfstenit (WS 2) je jediným neoxidovým minerálem wolframu a jeho hlavní zásoby se nacházejí v USA. Obsah wolframu je zpravidla v rozmezí od 0,3 % do 1,0 % W03.

Všechna ložiska wolframu jsou hydrotermálního nebo magmatického původu. Scheelit a wolframit se často nacházejí ve formě žil, v místech, kde magma proniklo do trhlin v zemské kůře. Hlavní část ložisek wolframu je soustředěna v oblastech mladých horských pásem - Alp, Himalájí a tichomořského pásma. Největší ložiska wolframitu a scheelitu se nacházejí v Číně, Barmě, USA, Rusku (Ural, Zabajkalsko a Kavkaz), Portugalsku a Bolívii. Roční těžba wolframových rud ve světě je přibližně 5,95·104 tun kovu, z toho 49,5·104 tun (nebo 83 %) se vytěží v Číně. V Rusku se těží asi 3 400 tun ročně a v Kanadě 3 000 tun ročně.

Roli globálního lídra ve vývoji wolframových surovin hraje Čína (pole Jianshi tvoří 60 procent čínské produkce, Hunan - 20 procent, Yunnan - 8 procent, Guangdong - 6 procent, Vnitřní Mongolsko a Guanzhi - 2 % každý, jsou další). V Rusku se největší ložiska wolframové rudy nacházejí ve 2 regionech: na severním Kavkaze (Tyrnyauz, Kabardino-Balkaria) a na Dálném východě. Závod v Nalčiku zpracovává wolframovou rudu na parawolframan amonný a oxid wolframu.

Největším spotřebitelem wolframu je západní Evropa (30 %). USA a Čína – každý po 25 %, 12 % – 13 % – Japonsko. V SNS se ročně spotřebuje asi 3000 tun kovu.

aplikace

Celkem se na světě ročně vyrobí asi 30 tisíc tun wolframu. Wolframová ocel a další slitiny obsahující wolfram a jeho karbidy se používají při výrobě pancíře tanků, granátů a torpéd, nejdůležitějších součástí letadel a spalovacích motorů.

Nejlepší nástrojové oceli obsahují wolfram. Metalurgie absorbuje obecně asi 95 % veškerého vyrobeného wolframu. Pro metalurgii je typické, že se nepoužívá pouze čistý wolfram, ale používá se hlavně wolfram, který je levnější - ferotungsten, tzn. slitina obsahující asi 80 % wolframu a asi 20 % železa. Vyrábí se v elektrických obloukových pecích.

Slitiny wolframu mají řadu pozoruhodných vlastností. Slitina wolframu, mědi a niklu, jak se jí také říká „těžký“ kov, je surovinou při výrobě nádob na skladování radioaktivních látek. Ochranný účinek takové slitiny je o 40 % větší než u olova. Taková slitina se používá i v radioterapii, protože při relativně malé tloušťce stínítka je zajištěna zcela dostatečná ochrana.

Slitina karbidu wolframu a 16% kobaltu má takovou tvrdost, že částečně nahrazuje diamant při vrtání studní. Pseudoslitiny wolframu se stříbrem a mědí jsou vynikajícím materiálem pro spínače a nožové spínače v prostředí vysokého napětí. Takové výrobky vydrží 6krát déle než běžné měděné kontakty.

Použití čistého wolframu nebo slitin obsahujících wolfram je založeno především na jejich tvrdosti, žáruvzdornosti a chemické odolnosti. Wolfram ve své čisté formě je široce používán při výrobě vláken pro elektrické žárovky, stejně jako katodové trubice; používá se jako vinutí a topné články elektrických pecí a také jako konstrukční materiál pro prostor a letadlo které pracují při vysokých teplotách.

Wolfram je součástí slitin rychlořezných ocelí (obsah wolframu 17,5 - 18,5 %), stelitů (z kobaltu s přísadami Cr, C, W), hastalloy (nerezové oceli na bázi Ni), ale i mnoha dalších slitin. Wolfram se používá jako základ při výrobě žáruvzdorných a nástrojových slitin, konkrétně se používá ferowolfram (W 68–86 %, Mo a železo do 7 %), který lze snadno získat přímou redukcí scheelitu nebo wolframitu. soustřeď se. Při výrobě Pobedy se používá wolfram. Jedná se o supertvrdou slitinu, která obsahuje 80–85 % wolframu, 7–14 % kobaltu, 5–6 % uhlíku. Pobedit je prostě nepostradatelný v kovoobráběcím procesu, stejně jako v ropném a těžebním průmyslu.

Wolframany hořčíku a vápníku jsou široce používány ve fluorescenčních zařízeních. Jiné soli wolframu se používají v koželužském a chemickém průmyslu. Disulfid wolframu je suché vysokoteplotní mazivo, které je stabilní při teplotách do 500 ° C. Při výrobě barev se používají wolframové bronzy a další sloučeniny wolframu. Poměrně mnoho sloučenin wolframu je vynikajícími katalyzátory.

Při výrobě elektrických lamp je wolfram nepostradatelný, protože je nejen neobvykle žáruvzdorný, ale také docela plastický. 1 kg wolframu slouží jako surovina pro výrobu 3,5 km drátu. Tito. Z 1 kg wolframu lze vyrobit vlákna pro 23 000 60wattových žárovek. Jen díky této vlastnosti spotřebuje elektrotechnický průmysl na celém světě zhruba sto tun wolframu ročně.

Výroba

První fází výroby wolframu je obohacování rudy, tzn. oddělení cenných složek z hlavní rudné hmoty, hlušiny. Používají se stejné způsoby zušlechťování jako u ostatních rud těžkých kovů: mletí a flotace, následuje magnetická separace (wolframitové rudy) a oxidační pražení. Koncentrát získaný touto metodou se obvykle spaluje s přebytkem sody, čímž se wolfram uvede do rozpustného stavu, tzn. na wolframit sodný.

Další metodou pro získání této látky je louhování. Wolfram se extrahuje roztokem sody při zvýšené teplotě a pod tlakem, následuje neutralizace a vysrážení wolframanu vápenatého, tzn. scheelit. Scheelit se získává proto, že je z něj docela snadné extrahovat vyčištěný oxid wolframu.

CaW04 -> H2W04 nebo (NH4)2W04 ->W03

Oxid wolframu se také získává prostřednictvím chloridů. Wolframový koncentrát se zpracovává plynným chlorem při zvýšené teplotě. V tomto případě vznikají chloridy wolframu, které se snadno oddělují od ostatních chloridů sublimací. Výsledný chlorid lze použít k získání oxidu nebo z něj okamžitě extrahovat kov.

V dalším kroku se oxidy a chloridy přemění na kovový wolfram. Ke snížení oxidu wolframu je nejlepší použít vodík. S touto redukcí je kov nejčistší. Redukce oxidu probíhá ve speciální trubkové peci, kde se „loď“ s WO 3 pohybuje několika teplotními zónami. Suchý vodík vstupuje směrem k „lodi.“ K redukci oxidů dochází v horkých (450-600°C) a studených zónách (750-1100°C). V chladných zónách dochází k redukci na WO 2 a poté na kov. Jak čas prochází horkou zónou, zrna práškového wolframu mění svou velikost.

Regenerace může probíhat nejen za dodávky vodíku. Často se používá uhlí. Vzhledem k pevnému redukčnímu činidlu je výroba zjednodušena, ale teplota by v tomto případě měla dosahovat 1300°C. Samotné uhlí a nečistoty, které vždy obsahuje, vytvářejí při reakci s wolframem karbidy jiných sloučenin. V důsledku toho je kov kontaminován. Ale v elektrotechnickém průmyslu se používá pouze kvalitní wolfram. Dokonce i 0,1% železných nečistot dělá wolfram pro výrobu nejtenčího drátu, protože. stává se mnohem křehčí.

Izolace wolframu z chloridů je založena na pyrolýze. Wolfram a chlór tvoří některé sloučeniny. Přebytek chloru umožňuje jejich přeměnu na WCl6 a ten se zase při teplotě 1600 °C rozkládá na chlór a wolfram. Pokud je přítomen vodík, proces začíná při 1000 °C.

Takto se získává wolfram ve formě prášku, který se následně lisuje při vysoké teplotě v proudu vodíku. V první fázi lisování (zahřátí na cca 1100-1300°C) vzniká křehký porézní ingot. Poté lisování pokračuje a teplota začíná stoupat téměř k bodu tání wolframu. V takovém prostředí kov začíná tuhnout a postupně získává své kvality a vlastnosti.

V průměru 30 % průmyslově vyráběného wolframu tvoří recyklovaný wolfram. Wolframový šrot, piliny, hobliny a prášek se oxidují a přeměňují na parawolframan amonný. Šrot řezných ocelí se zpravidla likviduje v podniku, který vyrábí stejné oceli. Šrot z elektrod, žárovek a chemikálií se téměř nikdy nerecykluje.

V Ruské federaci se wolframové výrobky vyrábějí v: Skopinsky Hydrometalurgical Plant Metallurg, Vladikavkaz Plant Pobedit, Nalchik Hydrometalurgical Plant, Kirovgrad Hard Alloy Plant, Elektrostal, Chelyabinsk Electrometalurgical Plant.

Fyzikální vlastnosti

Wolfram je světle šedý kov. Má nejvyšší bod tání ze všech známých prvků kromě uhlíku. Hodnota tohoto ukazatele je přibližně od 3387 do 3422 stupňů Celsia. Wolfram má vynikající mechanické vlastnosti při dosažení vysokých teplot, ze všech kovů má wolfram nejnižší hodnotu takového ukazatele, jako je koeficient roztažnosti.

Wolfram je jeden z nejtěžších kovů, jeho hustota je 19250 kg/m3. Kov má kubický na tělo centrovaný mřížkový parametr a = 0,31589 nm. Při teplotě 0 stupňů Celsia je elektrická vodivost wolframu pouze 28 % hodnoty stejného indikátoru pro stříbro (stříbro vede proud lépe než jakýkoli jiný kov). Čistý wolfram se velmi snadno zpracovává, ale ve své čisté formě je vzácný, častěji obsahuje nečistoty uhlíku a kyslíku, díky čemuž získává svou známou tvrdost. Elektrický odpor kovu při teplotě 20 stupňů Celsia opouští 5,5 * 10 -4, při teplotě 2700 stupňů Celsia - 90,4 * 10 -4.

Wolfram se od všech ostatních kovů liší svou zvláštní vytavitelností, těžkostí a tvrdostí. Hustota tohoto kovu je téměř dvojnásobná než u stejného olova, nebo spíše 1,7krát. Ale atomová hmotnost prvku je naopak nižší a je 184 oproti 207.

Hodnoty tahových a kompresních modulů wolframu jsou neobvykle vysoké, odolnost proti tepelnému tečení je obrovská, kov má vysokou elektrickou a tepelnou vodivost. Wolfram má poměrně vysoký koeficient elektronické vyzařování, který lze výrazně zlepšit legováním prvku oxidy některých jiných kovů.

Barva výsledného wolframu do značné míry závisí na způsobu jeho výroby. Tavený wolfram je lesklý šedý kov, který vypadá hodně jako platina. Wolframový prášek může být šedý, tmavě šedý a dokonce černý: čím menší jsou zrna prášku, tím tmavší bude.

Wolfram má vysoký odpor: při pokojové teplotě se na vzduchu nemění; když teplota dosáhne červeného tepla, kov začne pomalu oxidovat a uvolňovat anhydrid wolframu. Wolfram je téměř nerozpustný v kyselině sírové, fluorovodíkové a chlorovodíkové. V aqua regia a kyselině dusičné dochází k oxidaci kovu z povrchu. Wolfram se ve směsi kyseliny fluorovodíkové a dusičné rozpouští a vytváří kyselinu wolframovou. Ze všech sloučenin wolframu jsou nejpraktičtější výhody: anhydrid nebo oxid wolframu, peroxidy obecného vzorce ME2WOX, wolframy, sloučeniny s uhlíkem, sírou a halogeny.

Wolfram vyskytující se v přírodě se skládá z 5 stabilních izotopů, jejichž hmotnostní čísla jsou 186,184, 183, 182, 181. Nejběžnější izotop s hmotnostním číslem 184, jeho podíl je 30,64 %. Z celého relativního souboru umělých radioaktivních izotopů prvku číslo 74 mají praktický význam pouze tři: wolfram-181 (jeho poločas rozpadu je 145 dní), wolfram-185 (jeho poločas rozpadu je 74,5 dne), wolfram-187 (jeho poločas rozpadu je poločas je 23,85 hodin). Všechny tyto izotopy jsou produkovány uvnitř jaderné reaktory v procesu ostřelování izotopů wolframu neutrony přírodní směsi.

Valence wolframu má proměnlivý charakter - od 2 do 6, nejstabilnější je šestimocný wolfram, tri- a dvojmocné sloučeniny chemického prvku jsou nestabilní a nemají praktickou hodnotu. Poloměr atomu wolframu je 0,141 nm.

Čistota wolframu v zemské kůře podle Vinogradova je 0,00013 g/t. Jeho průměrný obsah ve složení skály, gramy/tunu: ultrabazická - 0,00001, základní - 0,00007, střední - 0,00012, kyselá - 0,00019.

Chemické vlastnosti

Wolfram neovlivňují: aqua regia, kyselina sírová, chlorovodíková, fluorovodíková a dusičná, vodný roztok hydroxidu sodného, ​​rtuť, páry rtuti, čpavek (do 700 °C), vzduch a kyslík (do 400 °C), vodík, voda, chlorovodík (do 600 °C), oxid uhelnatý (do 800 °C), dusík.

Již po mírném zahřátí se suchý fluor začíná slučovat s jemně rozmělněným wolframem. V důsledku toho vzniká hexafluorid (vzorec WF 6) - jedná se o velmi zajímavou látku, která má bod tání 2,5 ° C a bod varu 19,5 ° C. Po reakci s chlorem vzniká podobná sloučenina, ale reakce je možná pouze při teplotě 600 °C. WC16, krystaly ocelově modré, taje při 275 °C a vře při 347 °C. Wolfram tvoří s jodem a bromem slabě stabilní sloučeniny: tetra- a dijodid, penta- a dibromid.

Při vysokých teplotách se wolfram může slučovat se selenem, sírou, dusíkem, borem, tellurem, křemíkem a uhlíkem. Některé z těchto sloučenin jsou pozoruhodně tvrdé, stejně jako další vynikající vlastnosti.

Zvláště zajímavý je karbonyl (vzorec W(CO)6). Wolfram se zde slučuje s oxidem uhelnatým, a proto má nulovou mocnost. Wolframový karbonyl se vyrábí v zvláštní podmínky, protože je extrémně nestabilní. Při teplotě 0°C se ze speciálního roztoku uvolňuje ve formě bezbarvých krystalů, po dosažení 50°C karbonyl sublimuje, při 100°C se zcela rozloží. Ale právě díky této sloučenině lze získat husté a tvrdé wolframové povlaky (z čistého wolframu). Mnoho sloučenin wolframu, stejně jako samotný wolfram, je velmi aktivních. Například oxid wolframu oxid wolframu WO 3 má schopnost polymerovat. V tomto případě vznikají tzv. heteropolysloučeniny (jejich molekuly mohou obsahovat více než 50 atomů) a izopolysloučeniny.

Oxid wolframu (VI)WO 3 je světle žlutá krystalická látka, která se zahřátím zbarví do oranžova. Oxid má bod tání 1473 °C a bod varu 1800 °C. Odpovídající kyselina wolframová není stabilní, v roztoku vody se dihydrát vysráží, přičemž jednu molekulu vody ztrácí při teplotě 70 až 100 °C a druhou molekulu při teplotě 180 až 350 °C .

Anionty wolframových kyselin mají tendenci tvořit polysloučeniny. V důsledku reakce s koncentrovanými kyselinami se tvoří směsné anhydridy:

12WO3 + H3P04 \u003d H3.

V důsledku reakce oxidu wolframu a kovového sodíku se získá nestechiometrický wolfram sodný, který se nazývá „wolframový bronz“:

WO3 + xNa = NaxW03.

V procesu redukce oxidu wolframu vodíkem se během izolace získávají hydratované oxidy, které mají smíšený oxidační stav, nazývají se „wolframová modř“:

WO 3–n (OH) n, n = 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl = ("modrá"), W205 (OH) (hnědá)

Oxid wolframu (VI) je meziproduktem výrobní proces wolfram a jeho sloučeniny. Je součástí některých keramických pigmentů a průmyslově důležitých hydrogenačních katalyzátorů.

WCl 6 - Nejvyšší chlorid wolframu, vzniká jako výsledek interakce kovového wolframu nebo oxidu wolframu s chlorem, fluorem nebo tetrachlormethanem. Po redukci chloridu wolframu hliníkem vzniká karbonyl wolframu spolu s oxidem uhelnatým:

WCl6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl3 (v etheru)

Wolfram je žáruvzdorný kov . Má své vlastní odrůdy značek, z nichž každá má své vlastní vlastnosti. Tento prvek v periodická tabulka Mendělejev má číslo 74 a má světle šedou barvu. Jeho bod tání je 3380 stupňů. Jeho hlavními vlastnostmi jsou koeficient lineární roztažnosti, elektrický odpor, bod tání a hustota.

Vlastnosti a druhy wolframu

Wolfram má své vlastní mechanické a fyzikální vlastnosti, stejně jako několik druhů jakostí.

Na fyzikální vlastnosti zahrnout:

Mechanické vlastnosti:

• Relativní prodloužení - 0 %.
• Pevnost v tahu - 800−1100 MPa.
• Poissonův poměr 0,29.
• Smykový modul - 151,0 GPa.
• Modul pružnosti - 415,0 GPa.

Tento kov se vyznačuje nízkou rychlostí odpařování i při 2 000 stupních a velmi vysokým bodem varu - 5900 stupňů. Vlastnosti, které omezují použití tohoto materiálu, jsou nízká oxidační odolnost, vysoká křehkost a vysoká hustota. Vypadá to jako ocel. Používá se k výrobě vysoce pevných slitin. Lze jej zpracovat až po zahřátí. Teplota ohřevu závisí na tom, jakou metodu zpracování budete provádět.

Tungsten má následující třídy:

Oblast použití

Díky svým jedinečným vlastnostem byl wolfram široce používán. V průmyslu se používá v čisté formě a ve slitinách.

Hlavní aplikace jsou:

Proces výroby žáruvzdorného wolframu

Tento materiál je klasifikován jako vzácný kov. Vyznačuje se relativně malými objemy spotřeby a výroby a také nízkou prevalencí v zemské kůře. žádný z vzácných kovů se nezískávají regenerací ze surovin. Zpočátku se zpracovává na chemickou sloučeninu. A každá ruda vzácných kovů je před zpracováním podrobena dodatečnému obohacení.

Existují tři hlavní fáze pro získání vzácného kovu:

1. Rozklad rudy. Vytěžený kov se oddělí od větší části zpracovávané suroviny. Koncentruje se ve sraženině nebo roztoku.
2. Získání chemicky čisté sloučeniny. Jeho izolace a čištění.
3. Z výsledné sloučeniny se izoluje kov. Tak se získají čisté materiály bez nečistot.

V procesu získávání wolframu také existuje několik fází. Výchozí surovinou je scheelit a wolframit. Typicky jejich složení obsahuje od 0,2 do 2 % wolframu.

1. Obohacování rudy se provádí pomocí elektrostatické nebo magnetické separace, flotace, gravitace. V důsledku toho se získá koncentrát wolframu, který obsahuje přibližně 55–65 % anhydridu wolframu. Kontroluje se v nich i přítomnost nečistot: vizmut, antimon, měď, cín, arsen, síra, fosfor.
2. Získání anhydridu wolframu. Je to surovina pro výrobu kovového wolframu nebo jeho karbidu. K tomu se provádí řada postupů, např.: louhování koláče a slitiny, rozklad koncentrátů, výroba technické kyseliny wolframové a další. V důsledku těchto akcí by měl být získán produkt, který bude obsahovat 99,9 % oxidu wolframového.
3. Získání prášku. V práškové formě lze z anhydridu získat čistý kov. K tomu se provádí redukce uhlíkem nebo vodíkem. Redukce uhlíku se provádí méně často, protože anhydrid je nasycen karbidy a to vede ke křehkosti kovu a špatnému zpracování. Při získávání prášku se používají speciální metody, které umožňují řídit tvar a velikost zrn, granulometrické a chemické složení.
4. Získání kompaktního wolframu. V podstatě ve formě ingotů nebo tyčí je to polotovar pro výrobu polotovarů: pásky, tyče, dráty a další.

Wolframové výrobky

Wolfram se používá k výrobě mnoha předmětů nezbytných pro ekonomiku, jako jsou dráty, tyče a další.

bary

Jedním z nejběžnějších výrobků vyrobených z tohoto žáruvzdorného materiálu jsou wolframové tyče. Výchozím materiálem pro jeho výrobu je tyč.

Chcete-li získat tyč z tyče, je kována pomocí rotačního kovacího stroje.

Kování se provádí zahřátím, protože tento kov je při pokojové teplotě velmi křehký. Existuje několik fází kování. Na každé následující tyči se získají menší průměry.

V první fázi se získají tyče, které budou mít průměr až 7 milimetrů, pokud má tyč délku 10 až 15 centimetrů. Teplota obrobku během kování by měla být 1450-1500 stupňů. Topným materiálem je obvykle molybden. Po druhé etapě budou mít tyče průměr až 4,5 milimetru. Teplota tyče při její výrobě je přibližně 1250-1300 stupňů. V další fázi budou mít tyče průměr až 2,75 milimetru.

Tyče jakostí VCh a VA se vyrábějí při nižších teplotách než jakosti VI, VL a VT.

Pokud byl obrobek získán tavením, pak se kování za tepla neprovádí. To je způsobeno skutečností, že takové ingoty mají hrubou krystalickou strukturu. Při použití kování za tepla se mohou objevit lomy a praskliny.

V této situaci wolframové ingoty vystavena dvojitému lisování za tepla (přibližný stupeň deformace 90 %). První lisování se provádí při teplotě 1800-1900 stupňů a druhé - 1350-1500. Poté se polotovary kují za tepla, aby se z nich získaly wolframové tyče.

Tyto produkty se používají v mnoha průmyslových odvětvích. Jednou z nejběžnějších je svařování netavitelných elektrod. Pro ně jsou vhodné pruty, které jsou vyrobeny ze stupňů VL, VL a VT. Jako ohřívače se používají tyče z tříd MV, BP a VA Používají se v pecích, jejichž teplota může ve vakuu, inertním plynu nebo vodíkové atmosféře dosáhnout 3 000 stupňů. Wolframové tyče mohou být použity jako katody pro plynové nabíjení a elektronická zařízení, stejně jako rádiové trubice.

elektrody

Jednou z hlavních součástí, které jsou pro svařování nezbytné, jsou svařovací elektrody. Při obloukovém svařování se nejvíce používají. Patří do tepelné třídy svařování, ve které se tavení provádí díky tepelné energii. Nejběžnější je automatické, poloautomatické nebo ruční obloukové svařování. Vytvoří se voltaický oblouk Termální energie, který se nachází mezi výrobkem a elektrodou. Oblouk se nazývá stabilní silný elektrický náboj v ionizované atmosféře kovových par, plynů. Pro vytvoření oblouku vede elektroda elektrický proud do místa svařování.

Svařovací elektroda se nazývá drátěná tyč, na kterou je nanesen povlak (možné jsou i varianty bez povlaku). Existuje mnoho různých elektrod pro svařování. Jim charakteristické znaky jsou průměr, délka, chemické složení. Pro svařování určitých slitin nebo kovů se používají různé elektrody. Nejdůležitějším typem klasifikace je rozdělení elektrod na nekonzumovatelné a spotřební.

Svařovací spotřební elektrody při svařování dochází k jejich roztavení, jejich kov spolu s kovem svařované roztavené části doplňuje svarovou lázeň. Takové elektrody jsou vyrobeny z mědi a oceli.

Ale nekonzumovatelné elektrody se při svařování neroztaví. Patří mezi ně wolframové a uhlíkové elektrody. Při svařování je nutné dodat přídavný materiál, který se roztaví a vytvoří svarovou lázeň s roztaveným materiálem svařovaného prvku. Pro tyto účely se používají především svařovací dráty nebo dráty. Svařovací elektrody mohou být bez povlaku i s povlakem. Obálka hraje důležitá role. Jeho komponenty mohou zajistit výrobu svarového kovu určitých vlastností a složení, ochranu roztaveného kovu před vlivem vzduchu a stabilní hoření oblouku.

Složky v povlaku mohou být dezoxidující, struskotvorné, plynotvorné, stabilizační nebo legující. Povlak může být celulózový, zásaditý, rutilový nebo kyselý.

Wolframové elektrody se používají pro svařování neželezných kovů, ale i jejich slitin, vysokolegovaných ocelí. Dobrá wolframová elektroda je vhodná pro vzdělávání svar zvýšená pevnost, přičemž díly mohou mít jiné chemické složení.

Výrobky z wolframu jsou velmi kvalitní a našly své uplatnění v mnoha odvětvích, v některých jsou prostě nenahraditelné.

MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ A VĚDY RUSKÉ FEDERACE

SEVERSKÝ TECHNOLOGICKÝ ÚSTAV - pobočka

federální státní autonomní vzdělávací instituce

vyšší odborné vzdělání

"National Research Nuclear University "MEPhI"

Katedra ChiTMSE

WOLFRAM

abstrakt o disciplíně

„Vybrané kapitoly o chemii prvků“

Student gr. D-143

Androsov V.O.

"____" ___________ 2014

kontrolovány

Docent katedry ChiTMSE

Bezruková S.A.

"____" _________ 2014

Seversk 2014

Úvod

Historie původu jména

Účtenka

Fyzikální vlastnosti

Chemické vlastnosti

1. aplikace

   1. Kovový wolfram

      Wolframové sloučeniny

Biologická role

Závěr

Bibliografie

Úvod

Wolfram je chemický prvek s atomovým číslem 74 v Periodické tabulce chemických prvků D. I. Mendělejeva, označovaný symbolem W (lat. Wolframium). Za normálních podmínek je to tvrdý, lesklý, stříbrno-šedý přechodový kov.

Wolfram je nejvíce žáruvzdorný z kovů. Vyšší bod tání má pouze nekovový prvek, uhlík. Za standardních podmínek chemicky odolný.

Historie původu jména

Název Wolframium byl přenesen na prvek z minerálu wolframitu, známého již v 16. století. nazývaná "vlčí pěna" - "Spuma lupi" v latině nebo "Wolf Rahm" v němčině. Název vznikl podle toho, že wolfram doprovázející cínové rudy zasahoval do tavení cínu a proměňoval jej v pěnu strusky („požírá cín jako vlk ovci“).

V současné době se v USA, Velké Británii a Francii používá pro wolfram název „tungsten“ (švédsky tung sten – „těžký kámen“).

V roce 1781 získal slavný švédský chemik Scheele úpravou minerálu scheelit kyselinou dusičnou žlutý „těžký kámen“ (oxid wolframu). V roce 1783 španělští chemici, bratři Eluardovi, oznámili získání ze saského nerostu wolframitu jak žlutého oxidu nového kovu rozpustného v čpavku, tak samotného kovu. Ve stejné době byl jeden z bratrů, Fausto, v roce 1781 ve Švédsku a komunikoval se Scheelem. Scheele netvrdil, že objevil wolfram, a bratři Eluardové netrvali na své prioritě.

Účtenka

Koncentráty wolframitu a scheelitu (50-60 % WO 3) slouží jako suroviny pro výrobu wolframu.

Ferrotungsten (slitina železa s 65-80 % wolframu) se přímo taví z koncentrátů, které se používají při výrobě oceli; pro získání wolframu, jeho slitin a sloučenin se z koncentrátu izoluje anhydrid wolframu.

V průmyslu se k získání WO 3 používá několik metod:

1. Scheelitové koncentráty se rozkládají v autoklávech roztokem sody při 180-200 °C (získá se technický roztok wolframanu sodného) nebo kyselinou chlorovodíkovou (získá se technická kyselina wolframová):

1. CaWO 4 (tv) + Na2C03 (l) = Na2W04 (l) + CaC03 (tv)

2. CaW04 (tv) + 2 HCl (1) \u003d H2W04 (tv) + CaCl2 (roztok).

Wolframitové koncentráty se rozkládají buď slinováním sodou při 800-900°C s následným vyluhováním Na 2WO 4 vodou, nebo působením hydroxidu sodného při zahřívání. Při rozkladu alkalickými činidly (soda nebo louh sodný) vzniká roztok Na 2 WO 4 kontaminovaný nečistotami. Po jejich oddělení z roztoku emitují H2W04. Pro získání hrubších, snadno filtrovatelných a omyvatelných sraženin se CaW04 nejprve vysráží z roztoku Na2W04, který se následně rozloží kyselinou chlorovodíkovou. Vysušená H2W04 obsahuje 0,2 - 0,3 % nečistot.

Kalcinací H2W04 při 700-800 °C se získá WO 3 a z něj se získávají tvrdé slitiny.

2. Pro výrobu kovového Wolframu se H 2 WO 4 dodatečně čistí čpavkovou metodou - rozpuštěním v čpavku a krystalizací parawolframanu amonného 5 (NH 4) 2 O 12WO 3 nH 2 O. Kalcinací této soli vzniká čistý WO 3.

3. Wolframový prášek se získává redukcí WO 3 vodíkem (a při výrobě tvrdých slitin - také uhlíkem) v trubkových elektrických pecích při 700-850°C. Kompaktní kov se získává z prášku cermetovou metodou, to znamená lisováním v ocelových formách pod tlakem 3000-5000 (kg * s / cm 2) a tepelným zpracováním lisovaných polotovarů - tyčí. Poslední fáze tepelného zpracování - ohřev na cca 3000°C se provádí ve speciálních aparaturách přímo průchodem elektrického proudu tyčí ve vodíkové atmosféře. V důsledku toho se získá wolfram, který se při zahřátí dobře hodí k tlakovému zpracování (kování, tažení, válcování atd.).

Fyzikální vlastnosti

Wolfram je lesklý světle šedý kov s nejvyššími prokázanými body tání a varu (předpokládá se, že seaborgium je ještě více žáruvzdorné, ale zatím to nelze jednoznačně tvrdit - životnost seaborgia je velmi krátká). Teplota tání - 3695 K (3422 °C), bod varu při 5828 K (5555 °C). Hustota čistého wolframu je 19,25 g/cm³. Má paramagnetické vlastnosti. Tvrdost podle Brinella 488 kg/mm², elektrický odpor při 20 °C - 55·10−9 Ohm·m, při 2700 °C - 904·10−9 Ohm·m. Dobře se hodí ke kování a lze jej protáhnout do tenké nitě.

Chemické vlastnosti

Má valenci II, III a VI. Nejstabilnější je valenční wolfram VI. II, III valenční sloučeniny wolframu jsou nestabilní a nemají praktický význam.

Za normálních podmínek je wolfram chemicky stabilní. Při 400-500 °C se oxiduje na vzduchu na WO3. Vodní pára ji intenzivně oxiduje nad 600 °C na WO 3 . Halogeny, síra, uhlík, křemík, bór interagují s wolframem při vysokých teplotách (fluor s práškovým wolframem - při pokojové teplotě). Wolfram nereaguje s vodíkem až do bodu tání; s dusíkem nad 1500°C tvoří nitrid. Za normálních podmínek je Tungsten odolný vůči kyselině chlorovodíkové, sírové, dusičné a fluorovodíkové, jakož i vůči aqua regia; při 100 ° С s nimi slabě interaguje; rychle se rozpouští ve směsi kyseliny fluorovodíkové a dusičné.

V alkalických roztocích se při zahřívání wolfram mírně rozpouští a v roztavených alkáliích s přístupem vzduchu nebo v přítomnosti oxidačních činidel - rychle; v tomto případě se tvoří wolframany.

Wolfram tvoří čtyři oxidy:

vyšší - WO 3 (anhydrid wolframu),

nižší - WO 2 a

dva meziprodukty W10029 a W4011.

Anhydrid wolframu je citronově žlutý krystalický prášek, který se rozpouští v alkalických roztocích za vzniku wolframanů. Když se redukuje vodíkem, postupně se tvoří nižší oxidy a wolfram.

Anhydridu wolframu odpovídá kyselina wolframová H 2 WO 4 - žlutý prášek, prakticky nerozpustný ve vodě a kyselinách. Při interakci s roztoky alkálií a amoniaku se tvoří roztoky wolframanů. Při 188 °C se H2W04 rozkládá za vzniku W03 a vody.

S chlórem tvoří wolfram řadu chloridů a oxychloridů. Nejdůležitější z nich: WCl 6 (t.t. 275 °C, t.t. 348 °C) a WO 2 Cl 2 (t.t. 266 °C, sublimuje nad 300 °C), se získávají působením chloru na anhydrid wolframu v přítomnosti uhlí.

Se sírou tvoří wolfram dva sulfidy WS 2 a WS 3 .

Karbidy wolframu WC (tavení 2900 °C) a W 2 C (tavení 2750 °C) jsou tvrdé žáruvzdorné sloučeniny; získané interakcí wolframu s uhlíkem při 1000-1500°C

izotopy

Přírodní wolfram se skládá z pěti izotopů (180 W, 182 W, 183 W, 184 W a 186 W). Dalších 30 radionuklidů bylo uměle vytvořeno a identifikováno (tabulka 1). V roce 2003 byla objevena extrémně slabá radioaktivita přírodního wolframu (asi dva rozpady na gram prvku za rok), kvůli α-aktivitě 180 W, která má poločas rozpadu 1,8 × 10 18 let

Stůl 1.

Symbolnuklid			Izotopová hmotnost (a.u.m.)	Poločas rozpadu (T 1/2 )		Roztočte paritu jádra
	Excitační energie
				1,2 10 18 let
				stabilní
				stabilní
				stabilní
				stabilní

aplikace

Wolfram dlouho nenašel praktické uplatnění. A teprve na konci 19. století se pozoruhodné vlastnosti tohoto kovu začaly využívat v průmyslu. V současné době se asi 80 % vytěženého wolframu používá ve wolframových ocelích, asi 15 % wolframu se používá na výrobu tvrdé slitiny. Významnou oblastí použití čistého wolframu a čistých slitin z něj je elektrotechnický průmysl, kde se používá při výrobě vláken elektrických žárovek, na díly rádiových výbojek a rentgenek, elektrická zařízení automobilů a traktorů, elektrody pro kontaktní, atomové vodíkové a argonové obloukové svařování, ohřívače pro elektrické pece atd. Wolframové sloučeniny našly uplatnění při výrobě ohnivzdorných, voděodolných a vážených tkanin, jako katalyzátory v chemickém průmyslu.

Kovový wolfram

Hodnota wolframu zvyšuje zejména jeho schopnost tvořit slitiny s různými kovy – železem, niklem, chromem, kobaltem, molybdenem, které jsou v různém množství obsaženy v oceli. Wolfram, přidávaný v malých množstvích do oceli, reaguje se škodlivými nečistotami v něm obsaženými sírou, fosforem, arsenem a neutralizuje je. špatný vliv. Výsledkem je, že ocel s přídavkem wolframu získává vysokou tvrdost, žáruvzdornost, elasticitu a odolnost vůči kyselinám.

Každý ví vysoká kvalitačepele z damaškové oceli, která obsahuje pár procent příměsi wolframu. Také v. V roce 1882 se wolfram začal používat při výrobě střel. Dělová ocel, náboje prorážející pancíř také obsahují wolfram.

Ocel s přísadou wolframu se používá k výrobě odolných pružin pro automobily a železniční vozy, pružin a kritických částí různých mechanismů. Kolejnice vyrobené z wolframové oceli odolávají velkému zatížení a mají mnohem delší životnost než kolejnice vyrobené z konvenčních ocelí. Pozoruhodnou vlastností oceli s přídavkem 91,8 % wolframu je její schopnost samokalení, to znamená, že s rostoucím zatížením a teplotou se tato ocel ještě více zpevňuje. Tato vlastnost byla základem pro výrobu celé řady nástrojů z tzv. "rychlořezné nástrojové oceli". Použití fréz z ní umožnilo najednou několikrát zvýšit rychlost zpracování dílů na obráběcích strojích.

A přesto jsou nástroje vyrobené z rychlořezné oceli 35krát pomalejší než nástroje z tvrdokovu. Patří sem sloučeniny wolframu s uhlíkem (karbidy) a borem (boridy). Tyto slitiny se tvrdostí blíží diamantům. Pokud je podmíněná tvrdost nejtvrdší ze všech látek - diamantu, vyjádřena jako 10 bodů (na Mohsově stupnici), pak tvrdost karbidu wolframu je 9,8. Mezi supertvrdé slitiny patří známá slitina karbonu s wolframem a přídavkem kobaltu - to vyhraje. Samotný Pobedit se přestal používat, ale tento název zůstal zachován ve vztahu k celé skupině tvrdých slitin. Ve strojírenském průmyslu se zápustky pro kovací lisy vyrábí také z tvrdých slitin. Opotřebovávají se asi tisíckrát pomaleji než ocel.

Zvláště důležitou a zajímavou oblastí použití wolframu je výroba vláken (vlákna) elektrických žárovek. Čistý wolfram se používá k výrobě vláken žárovek. Světlo vyzařované horkým wolframovým vláknem se blíží dennímu světlu. A množství světla emitovaného lampou s wolframovým vláknem je několikanásobně vyšší než záření lamp z vláken vyrobených z jiných kovů (osmium, tantal). Emise světla (světelná účinnost) elektrických žárovek s wolframovým vláknem je 10krát vyšší než u dříve používaných žárovek s uhlíkovým vláknem. Jas záře, životnost, účinnost ve spotřebě elektřiny, nízké náklady na kov a snadná výroba elektrických lamp s wolframovým vláknem jim poskytly nejširší uplatnění v osvětlení.

Široké možnosti využití wolframu byly objeveny jako výsledek objevu, který učinil slavný americký fyzik Robert Williams Wood. R. Wood v jednom z experimentů upozornil na skutečnost, že záře wolframového vlákna z koncové části katodové trubice její konstrukce pokračuje i po odpojení elektrod od baterie. To na jeho současníky zapůsobilo natolik, že se R. Woodovi začalo říkat čaroděj. Studie ukázaly, že kolem zahřátého wolframového vlákna dochází k tepelné disociaci molekul vodíku, které se rozpadají na jednotlivé atomy. Po vypnutí energie se atomy vodíku rekombinují do molekul a přitom se uvolní velké množství tepelné energie, dostatečné k zahřátí tenkého wolframového vlákna a jeho rozzáření. Na základě tohoto efektu byl vyvinut nový typ svařování kovů - atomární vodík, který umožnil svařovat různé oceli, hliník, měď a mosaz v tenkých plechech s čistým a rovnoměrným švem. Jako elektrody se používá kovový wolfram. Wolframové elektrody se používají i při rozšířenějším argonovém obloukovém svařování.

V chemickém průmyslu se z wolframového drátu, který je vysoce odolný vůči kyselinám a zásadám, vyrábí různá filtrační síta. Wolfram našel uplatnění i jako katalyzátor, s jeho pomocí mění rychlost chemických reakcí v technologickém procesu. Skupina wolframových sloučenin se používá v průmyslu a laboratorních podmínkách jako činidla pro stanovení bílkovin a dalších organických a anorganických sloučenin.

Wolframové sloučeniny

Oxid wolframový(WO 3) se používá k získání karbidů a halogenidů wolframu, jako žlutý pigment při barvení skla a keramiky. Je to katalyzátor pro hydrogenaci a krakování uhlovodíků.

Kyselina wolframová(H 2 WO 4) se používá jako mořidlo a barvivo v textilním průmyslu. Kyselina wolframová je meziprodukt při výrobě wolframu.

Wolfram karbid(WC) se aktivně používá ve strojírenství pro výrobu nástrojů, které vyžadují vysokou tvrdost a odolnost proti korozi, jakož i pro povrchovou úpravu dílů odolných proti opotřebení pracující v podmínkách intenzivního abrazivního opotřebení s mírným rázovým zatížením. Tento materiál se používá při výrobě různých fréz, brusných kotoučů, vrtáků, fréz, vrtáků a dalších řezných nástrojů. Třída karbidu známá jako „win“ je 90 % karbidu wolframu.