Историята на откриването на волфрам. Какво е волфрам? Какъв вид материал е това? Метод на праховата металургия

Свойства на волфрама

Волфрам- това е метал. Не се среща в морската вода, не и във въздуха, а в земната кора е само 0,0055%. Ето как волфрам, елемент, заемайки 74-та позиция в. Той бе „открит“ за индустрията от Световното изложение във френската столица. Състоя се през 1900 г. В изложбата бяха представени волфрамова стомана.

Композицията беше толкова твърда, че можеше да разреже всякакъв материал. остава „непобедим” дори при температури от хиляди градуси, поради което е наречен червеноустойчив. Производители от различни страни, които посетиха изложението, възприеха разработката. Производството на легирана стомана придоби световен мащаб.

Интересното е, че самият елемент е открит още през 18 век. През 1781 г. шведът Шелер провежда експерименти с минерала волфрам. Химикът решил да го постави в азотна киселина. В продуктите на разлагането ученият открил неизвестен сив метал със сребрист оттенък. Минералът, върху който са проведени експерименти, по-късно е преименуван на шеелит, а новият елемент наречен волфрам.

Изучаването на неговите свойства обаче отне много време, така че достойното използване на метала беше намерено много по-късно. Името беше избрано веднага. Думата волфрамсъществуваше преди. Испанците нарекоха това един от минералите, открити в находищата на страната.

Съставът на камъка всъщност включваше елемент No74. Външно металът е порест, сякаш е разпенен. Следователно друга аналогия беше полезна. На немски волфрам буквално означава „вълча пяна“.

Точката на топене на метала съперничи на водорода, който е най-устойчивият на температура елемент. Затова инсталирайте индекс на омекване на волфрамСто години не можаха. Нямаше пещи, способни да нагряват до няколко хиляди градуса.

Когато „ползите“ от сребристо-сивия елемент бяха „видяни“, те започнаха да го добиват в индустриален мащаб. За изложбата от 1900 г. металът е извлечен по старомодния начин с помощта на азотна киселина. Волфрамът обаче все още се добива по този начин.

Добив на волфрам

Най-често триоксидното вещество се получава първо от рудни отпадъци. Обработва се при 700 градуса, като се получава чист метал под формата на прах. За да се смекчат частиците, трябва да се прибегне до водород. В него волфрамът се стопявапри три хиляди градуса по Целзий.

Сплавта се използва за фрези, резачки за тръби и фрези. за металообработка с с помощта на волфрамповишаване на точността на производството на части. Когато са изложени на метални повърхности, триенето е високо, което означава, че работните равнини стават много горещи. Машините за рязане и полиране без елемент № 74 могат сами да се стопят. Това прави кройката неточна и несъвършена.

Волфрамът е не само труден за топене, но и труден за обработка. По скалата на твърдостта металът заема девета позиция. Корундът има същия брой точки, чиито трохи се използват за направата например на шкурка. Само диамантът е по-твърд. Следователно волфрамът се обработва с негова помощ.

Приложения на волфрам

„Устойчивостта“ на 74-ия елемент привлича. Продуктите, изработени от сплави със сиво-сребрист метал, не могат да бъдат надраскани, огънати или счупени, освен ако, разбира се, не ги надраскате по повърхността или със същите диаманти.

Волфрамовите бижута имат още едно неоспоримо предимство. Те не предизвикват алергични реакции, за разлика от златото, среброто, платината и още повече техните сплави с или. За бижута се използва волфрамов карбид, тоест неговото съединение с въглерод.

Той е признат за най-твърдата сплав в човешката история. Неговата полирана повърхност перфектно отразява светлината. Бижутерите го наричат ​​"сиво огледало".

Между другото, бижута майсторите обърнаха внимание на волфрамаслед като сърцевините на куршумите, черупките и плочите за бронежилетки започнаха да се правят от това вещество в средата на 20 век.

Оплакванията на клиентите относно крехкостта на висококачествените сребърни бижута принудиха бижутерите да запомнят новия елемент и да се опитат да го приложат в своята индустрия. Освен това цените започнаха да се колебаят. Волфрамът се превърна в алтернатива на жълтия метал, който вече не се възприема като инвестиционен обект.

Като благороден метал, разходи за волфраммного пари. За килограм искат поне 50 долара на пазара на едро. Световната индустрия изразходва 30 хил. тона елемент №74 годишно. Повече от 90% се усвояват от металургичната промишленост.

само направени от волфрамконтейнери за съхранение на ядрени отпадъци. Металът не пропуска разрушителни лъчи. Редкият елемент се добавя към сплавите за направата на хирургически инструменти.

Това, което не се използва за металургични цели, се взема от химическата промишленост. Волфрамовите съединения с фосфора например са в основата на лакове и бои. Те не се срутват и не избледняват от слънчева светлина.

А разтвор на натриев волфраматустойчиви на влага и огън. Става ясно с какво са импрегнирани водоустойчивите и огнеупорни тъкани за водолазни и пожарникарски костюми.

Волфрамови находища

В Русия има няколко находища на волфрам. Те се намират в Алтай, Далечния изток, Северен Кавказ, Чукотка и Бурятия. Извън страната металът се добива в Австралия, САЩ, Боливия, Португалия, Южна Корея и Китай.

В Поднебесната империя дори има легенда за млад изследовател, дошъл в Китай, за да търси калаен камък. Студентът се настанил в една от къщите в Пекин.

След безплодно търсене, човекът обичаше да слуша историите на дъщерята на собственика. Една вечер тя разказа историята за тъмните камъни, от които е изградена домашната печка. Оказало се, че блоковете падат от скалата в задния двор на сградата. И така, студентът не го намери, но намери волфрам.

Волфрам(лат. Wolframium), W, химичен елемент от VI група на периодичната система на Менделеев, сериен номер 74, атомна маса 183,85; огнеупорен тежък метал със светлосив цвят. Естественият волфрам се състои от смес от пет стабилни изотопа с масови числа 180, 182, 183, 184 и 186. Волфрамът е открит и изолиран като волфрамов анхидрид WO 3 през 1781 г. от шведския химик К. Шееле от минерала волфрам, по-късно наречен шеелит . През 1783 г. испанските химици братя d'Eluyar изолират WO 3 от минерала волфрамит и след като редуцират WO 3 с въглерод, за първи път получават самия метал, който наричат ​​волфрам.Минералът волфрамит е известен още от Агрикола ( 16 век) и е наречен от него „Spuma lupi” - вълча пяна (немски Wolf - вълк, Rahm - пяна) поради факта, че волфрамът, винаги придружаващ калаените руди, пречи на топенето на калай, превръщайки го в шлакова пяна („поглъща калай, както вълкът поглъща овца“). В САЩ и някои В други страни елементът се наричаше още „волфрам“ (на шведски - тежък камък). Волфрамът дълго време не намери промишлена употреба. Само през втората половина на 19-ти век започнаха да изучават ефекта на волфрамовите добавки върху свойствата на стоманата.

Волфрамът е рядък в природата; съдържанието му в земната кора е 1·10 -4% от масата. Не се среща в свободно състояние, образува собствени минерали, главно волфрамати, от които волфрамит (Fe, Mn) WO 4 и шеелит CaWO 4 са от промишлено значение.

Физични свойства на волфрама.Волфрамът кристализира в обемно центрирана кубична решетка с период a = 3,1647 Å; плътност 19,3 g/cm3, точка на топене 3410°C, точка на кипене 5900°C. Топлопроводимост (cal/cm·sec·°С) 0,31 (20°С); 0,26 (1300°С). Електрическо съпротивление (ohm cm 10 -6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700°С). Работна работа на електрона 7.21·10 -19 J (4.55 eV), енергийна мощност на излъчване при високи температури (W/cm2): 18.0 (1000°C); 64,0 (2200°С); 153.0 (2700°С); 255.0 (3030°С). Механичните свойства на волфрама зависят от предишната обработка. Якост на опън (kgf/mm 2) за синтерован слитък 11, за налягане, обработено от 100 до 430; модул на еластичност (kgf/mm 1) 35000-38000 за тел и 39000-41000 за монокристална нишка; Твърдост по Бринел (kgf/mm2) за синтерован слитък 200-230, за кован слитък 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). При стайна температура волфрамът е нископластичен.

Химични свойства на волфрама.При нормални условия волфрамът е химически устойчив. При 400-500°C, компактният метал забележимо се окислява във въздуха до WO 3 . Водните пари го окисляват интензивно над 600°C до WO 3 . Халогени, сяра, въглерод, силиций, бор взаимодействат с волфрам при високи температури (флуор с волфрам на прах - при стайна температура). Волфрамът не реагира с водород до точката на топене; с азот над 1500°C образува нитрид. При нормални условия волфрамът е устойчив на солна, сярна, азотна и флуороводородна киселина, както и на царска вода; при 100°C слабо взаимодейства с тях; бързо се разтваря в смес от флуороводородна и азотна киселина. В алкални разтвори при нагряване волфрамът се разтваря леко, а в разтопени основи с достъп на въздух или в присъствието на окислители се разтваря бързо; в този случай се образуват волфрамати. В съединенията волфрамът проявява валентност от 2 до 6; съединенията с по-висока валентност са най-стабилни.

Волфрамът образува четири оксида: най-високият - WO 3 (волфрамов анхидрид), най-ниският - WO 2 и два междинни W 10 O 29 и W 4 O 11. Волфрамовият анхидрид е лимоненожълт кристален прах, който се разтваря в алкални разтвори, за да образува волфрамати. Когато се редуцира с водород, последователно се образуват нисши оксиди и волфрам. Волфрамовият анхидрид съответства на волфрамова киселина H 2 WO 4 - жълт прах, практически неразтворим във вода и киселини. Когато взаимодейства с разтвори на основи и амоняк, се образуват разтвори на волфрамати. При 188°C H 2 WO 4 отделя водата, за да образува WO 3 . С хлора волфрамът образува редица хлориди и оксихлориди. Най-важните от тях: WCl 6 (точка на топене 275 ° C, точка на кипене 348 ° C) и WO 2 Cl 2 (температура на топене 266 ° C, сублимира над 300 ° C), получени чрез действието на хлор върху волфрамов анхидрид в наличието на въглища. Със сярата волфрамът образува два сулфида WS 2 и WS 3. Волфрамовите карбиди WC (топилка 2900°C) и W 2 C (топилка 2750°C) са твърди, огнеупорни съединения; се получават при взаимодействие на волфрам с въглерод при 1000-1500°C.

Получаване на волфрам.Суровините за производството на волфрам са волфрамитни и шеелитни концентрати (50-60% WO 3). Фероволфрамът (сплав от желязо с 65-80% волфрам), използван в производството на стомана, се топи директно от концентратите; За получаване на волфрам, неговите сплави и съединения, волфрамовият анхидрид се изолира от концентрата. Няколко метода за производство на WO 3 се използват в индустрията. Шеелитовите концентрати се разлагат в автоклави с разтвор на сода при 180-200 ° C (получава се технически разтвор на натриев волфрамат) или солна киселина (получава се техническа волфрамова киселина):

1. CaWO 4 tv + Na 2 CO 3 l = Na 2 WO 4 l + CaCO 3 tv

2. Разтвор на CaWO 4 tv + 2HCl l = H 2 WO 4 tv + CaCl 2 .

Волфрамитните концентрати се разлагат или чрез синтероване със сода при 800-900°C, последвано от излугване на Na 2 WO 4 с вода, или чрез обработка с нагряване с разтвор на натриев хидроксид. При разлагане с алкални агенти (сода или натриев хидроксид) се образува разтвор на Na 2 WO 4, замърсен с примеси. След разделянето им H 2 WO 4 се отделя от разтвора. За да се получат по-груби, лесно филтрирани и измити утайки, CaWO 4 първо се утаява от разтвор на Na 2 WO 4, който след това се разлага със солна киселина.) Изсушеният H 2 WO 4 съдържа 0,2 - 0,3% примеси. Чрез калциниране на H 2 WO 4 при 700-800 ° C се получава WO 3 и от него се получават твърди сплави. За да се получи метален волфрам, H 2 WO 4 се пречиства допълнително с помощта на амонячен метод - разтваряне в амоняк и кристализация на амониев параволфрамат 5(NH 4) 2 O·12WO 3 ·nH 2 O. Калцинирането на тази сол дава чист WO 3 . Волфрамовият прах се получава чрез редукция на WO 3 с водород (и при производството на твърди сплави, също и с въглерод) в тръбни електрически пещи при 700-850 ° C. Компактният метал се произвежда от прах по металокерамичен метод, т.е. пресоване в стоманени форми под налягане от 3000-5000 kgf / cm 2 и термична обработка на пресовани заготовки - пръти. Последният етап на термична обработка - нагряване до приблизително 3000°C - се извършва в специален апарат чрез директно преминаване на електрически ток през прът във водородна атмосфера. Резултатът е Волфрам, който може лесно да се обработва чрез натиск (коване, изтегляне, валцуване и др.) при нагряване. Волфрамовите монокристали се получават от прътите чрез зоново топене на електронен лъч без тигел.

Приложение на волфрам.Волфрамът се използва широко в съвременната технология под формата на чист метал и в редица сплави, най-важните от които са легирани стомани, твърди сплави на основата на волфрамов карбид, износоустойчиви и топлоустойчиви сплави. Волфрамът е част от редица устойчиви на износване сплави, използвани за покриване на повърхностите на машинни части (клапани на авиационни двигатели, турбинни лопатки и други). В авиационната и ракетната техника се използват топлоустойчиви волфрамови сплави с други огнеупорни метали. Огнеупорността и ниското налягане на парите при високи температури правят волфрама незаменим за нишките на електрическите лампи, както и за производството на части за електрически вакуумни устройства в радиоелектрониката и рентгеновата техника. В различни области на технологията се използват някои химични съединения на волфрама, например Na 2 WO 4 (в бояджийската и лаковата и текстилната промишленост), WS 2 (катализатор в органичния синтез, ефективна твърда смазка за триещи се части).

Физични свойства на волфрама.

Волфрам.

Волфрам(Wolframium) W - елемент от VI група, 6-ти период от периодичната система на Д. И. Менделеев, p.n. 74, атомна маса 183,85. Открит през 1781 г. от К. Шееле. Волфрамът е рядък в природата. Образува собствени минерали - волфрамит и шеелит; среща се като примес в минералите калай, молибден, титан. Волфрамът е светлосив метал, който е химически устойчив при нормални условия. При повишени температури той реагира с кислород, въглерод и други елементи. Реагира с флуор при 20° C, с други халогени - при нагряване. Киселините, с изключение на флуороводородна и азотна киселина, нямат ефект върху волфрама. В съединенията проявява променлива валентност. Най-стабилните съединения са шествалентен волфрам. Волфрамът се използва за легиране на стомани, за производство на твърди сплави за нажежаеми нишки на електрически лампи, нагреватели в електрически пещи, електроди за заваряване, катоди на генераторни лампи и токоизправители за високо напрежение.

Волфрамът кристализира в обемно центрирана кубична решетка с период a = 3,1647 Å; плътност 19,3 g/cm3, точка на топене 3410°C, точка на кипене 5900°C. Топлопроводимост (cal/cm·sec·°С) 0,31 (20°С); 0,26 (1300°С). Електрическо съпротивление (ohm cm 10-6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700°С). Работна работа на електрона 7.21·10-19 J (4.55 eV), енергийна мощност на излъчване при високи температури (W/cm2): 18.0 (1000°C); 64,0 (2200°С); 153.0 (2700°С); 255.0 (3030°С). Механичните свойства на волфрама зависят от предишната обработка. Якост на опън (kgf/mm2) за синтерован слитък 11, подложен на налягане от 100 до 430; модул на еластичност (kgf/mm1) 35000-38000 за тел и 39000-41000 за монокристална нишка; Твърдост по Бринел (kgf/mm2) за синтерован слитък 200-230, за кован слитък 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). При стайна температура волфрамът е нископластичен.

При нормални условия волфрамът е химически устойчив. При 400-500°C компактният метал забележимо се окислява във въздуха до WO3. Водните пари го окисляват интензивно над 600°C до WO3. Халогени, сяра, въглерод, силиций, бор взаимодействат с волфрам при високи температури (флуор с волфрам на прах - при стайна температура). Волфрамът не реагира с водород до точката на топене; с азот над 1500°C образува нитрид. При нормални условия волфрамът е устойчив на солна, сярна, азотна и флуороводородна киселина, както и на царска вода; при 100°C слабо взаимодейства с тях; бързо се разтваря в смес от флуороводородна и азотна киселина. В алкални разтвори при нагряване волфрамът се разтваря леко, а в разтопени основи с достъп на въздух или в присъствието на окислители се разтваря бързо; в този случай се образуват волфрамати. В съединенията волфрамът проявява валентност от 2 до 6; съединенията с по-висока валентност са най-стабилни.

Волфрамът образува четири оксида: най-високият - WO3 (волфрамов анхидрид), най-нисшият - WO2 и два междинни W10O29 и W4O11. Волфрамовият анхидрид е лимоненожълт кристален прах, който се разтваря в алкални разтвори, за да образува волфрамати. Когато се редуцира с водород, последователно се образуват нисши оксиди и волфрам. Волфрамовият анхидрид съответства на волфрамова киселина H2WO4 - жълт прах, практически неразтворим във вода и киселини. Когато взаимодейства с разтвори на основи и амоняк, се образуват разтвори на волфрамати. При 188°C H2WO4 отделя водата, за да образува WO3. С хлора волфрамът образува редица хлориди и оксихлориди. Най-важните от тях: WCl6 (т.т. 275°C, т.к. 348°C) и WO2Cl2 (т.т. 266°C, сублимира над 300°C), се получават чрез действието на хлор върху волфрамов анхидрид в присъствието на въглища. Със сярата волфрамът образува два сулфида WS2 и WS3. Волфрамовите карбиди WC (топилка 2900°C) и W2C (топилка 2750°C) са твърди, огнеупорни съединения; се получават при взаимодействие на волфрам с въглерод при 1000-1500°C.

Волфрамът е химичен елемент от 4-та група, имащ атомен номер 74 в периодичната таблица на Дмитрий Иванович Менделеев, обозначен като W (Wolframium). Металът е открит и изолиран от двама испански химици, братята d'Eluyard, през 1783 г. Самото име "Wolframium" е прехвърлено на елемента от известния по-рано минерал волфрамит, който е бил известен още през 16 век, тогава е наречен "вълча пяна" или "Spuma lupi" на латински, на немски тази фраза звучи като „Вълк Рам“ (волфрам). Името се дължи на факта, че волфрамът, когато придружава калаените руди, значително пречи на топенето на калай, т.к. превърна калая в пяна от шлака (те започнаха да казват за този процес: „Калаят поглъща калая, както вълк яде овца!“). В момента в САЩ, Франция, Великобритания и някои други страни името „волфрам“ (от шведския tungsten, което се превежда като „тежък камък“) се използва за име на волфрам.

Волфрамът е твърд, сив преходен метал. Основната употреба на волфрам е като основен материал в огнеупорни материали в металургията. Волфрамът е изключително огнеупорен; при нормални условия металът е химически устойчив.

Волфрамът се различава от всички други метали по необичайната си твърдост, тежест и огнеупорност. От древни времена хората са използвали израза „тежък като олово“ или „по-тежък от олово“, „оловни клепачи“ и др. Но би било по-правилно да се използва думата „волфрам“ в тези алегории. Плътността на този метал е почти два пъти по-голяма от тази на оловото, по-точно 1,7 пъти. При всичко това атомната маса на волфрама е по-ниска и има стойност 184 спрямо 207 за оловото.

Волфрамът е светлосив метал; точките на топене и кипене на този метал са най-високи. Благодарение на пластичността и огнеупорността на волфрама, той може да се използва като нишки за осветителни устройства, в кинескопи, както и в други вакуумни тръби.

Известни са двадесет волфрамови минерала. Най-често срещаните: минерали от групата на шеелит-волфрамит, които са от индустриално значение. По-рядко се среща волфрамит сулфид, т.е. волфрам (WS2) и оксидоподобни съединения - феро - и купроволфрам, волфрам, хидроволфрам. Vadas, псиломелани с високо съдържание на волфрам, са широко разпространени.

В зависимост от условията на възникване, морфологията и вида на волфрамовите находища, при разработването им се използват открити, подземни и комбинирани методи.

В момента няма методи за получаване на волфрам директно от концентрати. В тази връзка първо се изолират междинни съединения от концентрата и след това от тях се получава метален волфрам. Изолирането на волфрама включва: разлагане на концентрати, след това преход на метала в съединения, от които той се отделя от останалите съпътстващи го елементи. Освобождаване на волфрамова киселина, т.е. чисто химично съединение волфрам, продължава с последващото производство на волфрам в метална форма.

Волфрамът се използва в производството на машини и оборудване за металообработващата, строителната и минната промишленост, в производството на осветителни тела и лампи, в транспортната и електронната индустрия, в химическата промишленост и други области.

Изработен от волфрамова стомана, инструментът е в състояние да издържи огромните скорости на най-интензивните металообработващи процеси. Скоростта на рязане с помощта на такъв инструмент обикновено се измерва в десетки метри в секунда.

Волфрамът е доста рядък в природата. Съдържанието на метал в земната кора по маса е около 1,3·10−4%. Основните минерали, съдържащи волфрам, са естествено срещащите се волфрамати: шеелит, първоначално наричан волфрам, и волфрамит.

Биологични свойства

Биологичната роля на волфрама е незначителна. Волфрамът е много подобен по свойства на молибдена, но за разлика от последния, волфрамът не е основен елемент. Въпреки този факт, волфрамът е напълно способен да замени молибдена в животните и растенията, като част от бактериите, докато инхибира активността на Mo-зависимите ензими, например ксантиноксидазата. Поради натрупването на волфрамови соли в животните, нивата на пикочна киселина намаляват и нивата на хипоксантин и ксантин се повишават. Волфрамовият прах, подобно на други метални прахове, дразни дихателната система.

Средно човешкото тяло получава приблизително 0,001-0,015 милиграма волфрам на ден с храната. Смилаемостта на самия елемент, както и на волфрамовите соли, в стомашно-чревния тракт на човека е 1-10%, на слабо разтворимите волфрамови киселини - до 20%. Волфрамът се натрупва главно в костната тъкан и бъбреците. Костите съдържат приблизително 0,00025 mg/kg, а човешката кръв съдържа приблизително 0,001 mg/l волфрам. Металът обикновено се отделя от тялото по естествен път, чрез урината. Но 75% от радиоактивния волфрамов изотоп 185W се екскретира с изпражненията.

Хранителните източници на волфрам, както и ежедневните му нужди, все още не са проучени. Все още не е установена токсична доза за човешкото тяло. Смъртоносният изход при плъхове настъпва от малко повече от 30 mg от веществото. В медицината се смята, че волфрамът няма метаболитни, канцерогенни или тератогенни ефекти върху хора и животни.

Индикатор за елементарното състояние на волфрама в човешкото тяло: урина, цяла кръв. Няма данни за намаляване на нивото на волфрам в кръвта.

Повишеното съдържание на волфрам в организма най-често се среща при работници от металургични заводи, участващи в производството на огнеупорни и топлоустойчиви материали, легирани стомани, както и при хора, които са били в контакт с волфрамов карбид.

Клиничният синдром „болест на тежки метали“ или пневмокониоза може да бъде резултат от хронично излагане на волфрамов прах. Признаците могат да включват поява на кашлица, проблеми с дишането, развитие на атопична астма и промени в белите дробове. Горните синдроми обикновено отшумяват след дълга почивка и просто при липса на пряк контакт с ванадий. В най-тежките случаи, когато заболяването се диагностицира твърде късно, се развива патология “cor pulmonale”, емфизем и белодробна фиброза.

„Заболяванията на тежки метали” и предпоставките за възникването им обикновено се появяват в резултат на излагане на няколко вида метали и соли (например кобалт, волфрам и др.). Установено е, че комбинираният ефект на волфрам и кобалт върху човешкото тяло увеличава вредното въздействие върху белодробната система. Комбинирането на волфрамови и кобалтови карбиди може да причини локално възпаление и контактен дерматит.

На сегашния етап на развитие на медицината няма ефективни начини за ускоряване на метаболизма или премахване на група метални съединения, които могат да провокират появата на „болест на тежки метали“. Ето защо е толкова важно постоянно да се провеждат превантивни мерки и своевременно да се идентифицират хора с висока чувствителност към тежки метали и да се извърши диагностика в началния стадий на заболяването. Всички тези фактори определят по-нататъшните шансове за успех при лечението на патологията. Но в някои случаи, ако е необходимо, се използва комплексна терапия и симптоматично лечение.

Повече от половината (по-точно 58%) от целия произведен волфрам се използва за производството на волфрамов карбид, а почти една четвърт (по-точно 23%) се използва за производството на различни стомани и сплави. Производството на волфрамови „валцувани“ продукти (това включва нишки от лампи с нажежаема жичка, електрически контакти и др.) представлява приблизително 8% от волфрам, консумиран в света, а останалите 9% се използват за производство на катализатори и пигменти.

Волфрамовият проводник, който се използва в електрически лампи, наскоро придоби нов профил: беше предложено да се използва като режещ инструмент при обработката на крехки материали.

Високата якост и добрата пластичност на волфрама позволяват да се правят уникални предмети от него. Например, от този метал можете да изтеглите толкова тънък проводник, че 100 км от този проводник ще имат маса само 250 кг.

Разтопеният течен волфрам може да остане в това състояние дори близо до повърхността на самото Слънце, тъй като точката на кипене на метала е над 5500 °C.

Много хора знаят, че бронзът се състои от мед, цинк и калай. Но така нареченият волфрамов бронз не само не е бронз по дефиниция, защото... не съдържа нито един от горните метали; изобщо не е сплав, т.к в него няма чисто метални съединения, а натрият и волфрамът се окисляват.

Получаването на прасковена боя беше много трудно и често напълно невъзможно. Това не е нито червено, нито розово, а някакъв междинен цвят и дори със зеленикав оттенък. Легендата гласи, че са били необходими повече от 8000 опита, за да се получи тази боя. През 17 век само най-скъпите порцеланови изделия са били украсявани с прасковена боя за тогавашния китайски император в специална фабрика в провинция Шанси. Но когато след известно време тайната на рядката боя беше открита, се оказа, че тя се основава на нищо повече от волфрамов оксид.

Това се случи през 1911 г. Студент дойде в провинция Юнан от Пекин, името му беше Ли. Ден след ден той изчезваше в планините, опитвайки се да намери някакъв камък, както той обясни, това беше тенекиен камък. Но нищо не му подейства. Собственикът на къщата, в която живее ученикът Ли, живее с малка дъщеря на име Сяо-ми. Момичето много съжаляваше за нещастния студент и вечерта, по време на вечеря, тя му разказа прости истории. Една история разказваше за необичайна печка, изградена от тъмни камъни, откъснати направо от скалата и положени в задния двор на къщата им. Тази печка се оказа доста успешна и най-важното издръжлива, тя служи добре на своите собственици в продължение на много години. Младият Xiao-mi дори подари на ученика дори един такъв камък. Беше валцуван, тежък като олово кафяв камък. По-късно се оказа, че този камък е чист волфрамит...

През 1900 г. при откриването на Световната металургична изложба в Париж за първи път са демонстрирани напълно нови образци на бързорежеща стомана (сплав от стомана и волфрам). Буквално веднага след това волфрамът започва да се използва широко в металургичната промишленост на всички високоразвити страни. Но има един доста интересен факт: волфрамовата стомана е изобретена за първи път в Русия през 1865 г. в завода Мотовилиха в Урал.

В началото на 2010 г. интересен артефакт попадна в ръцете на пермски уфолози. Смята се, че е част от космически кораб. Анализът на фрагмента показа, че обектът се състои почти изцяло от чист волфрам. Само 0,1% от състава се състои от редки примеси. Според учените ракетните дюзи са направени от чист волфрам. Но един факт все още не може да бъде обяснен. Във въздуха волфрамът бързо се окислява и ръждясва. Но по някаква причина този фрагмент не корозира.

История

Самата дума „волфрам“ е от немски произход. Преди това волфрамът не се наричаше самият метал, а основният му минерал, т.е. към волфрамит. Някои предполагат, че тогава думата е била използвана почти като псувня. От началото на 16-ти век до втората половина на 17-ти век волфрамът се счита за калаен минерал. Въпреки че доста често придружава калаените руди. Но от руди, които включват волфрамит, се топи много по-малко калай. Сякаш някой или нещо „изяждаше” полезния калай. От тук идва и името на новия елемент. На немски Wolf означава вълк, а Ram означава овен на старонемски. Тези. изразът "калай яде калай, както вълк яде агне" стана името на метала.

Добре известното химическо абстрактно списание на САЩ или справочни публикации за всички химични елементи от Mellor (Англия) и Pascal (Франция) дори не съдържат споменаване на такъв елемент като волфрам. Химическият елемент номер 74 се нарича волфрам. Символът W, който означава волфрам, стана широко разпространен едва през последните няколко години. Във Франция и Италия доскоро елементът се обозначаваше с буквите Tu, т.е. първите букви на думата волфрам.

Основата за такова объркване се крие в историята на откриването на елемента. През 1783 г. испанските химици братя Елюар съобщават, че са открили нов химичен елемент. В процеса на разлагане на саксонския минерал „волфрам“ с азотна киселина те успяват да получат „киселинна земя“, т.е. жълта утайка от оксид на неизвестен метал; утайката се оказа разтворима в амоняк. В изходния материал този оксид присъства заедно с оксиди на манган и желязо. Братята Елюар нарекли този елемент волфрам, а минерала, от който е извлечен металът, волфрамит.

Но братята Елюард не могат да бъдат 100% наречени откриватели на волфрама. Разбира се, те са първите, които съобщават за откритието си в печат, но... През 1781 г., две години преди откритието на братята, известният шведски химик Карл Вилхелм Шееле открива точно същата „жълта земя“, докато третира друг минерал с азотна киселина киселина. Ученият просто го нарече „волфрам“ (в превод от шведски tung - тежък, sten - камък, т.е. „тежък камък“). Карл Вилхелм Шееле установи, че „жълтата пръст“ се различава по цвят, както и по други свойства, от подобна молибденова пръст. Ученият научи също, че в самия минерал той е свързан с калциев оксид. В чест на Шееле името на минерала "волфрам" е променено на "шеелит". Интересно е, че един от братята Елюар е ученик на Шееле, през 1781 г. той работи в лабораторията на учителя. Нито Шееле, нито братята Елюар споделят откритието. Шееле просто не претендира за това откритие, а братята Елюар не настояват за приоритета на своето първенство.

Много хора са чували за така наречените "волфрамови бронзи". Това са много красиви метали на вид. Синият волфрамов бронз има следния състав Na2O · WO2 ·, а златният – 4WO3Na2O · WO2 · WO3; виолетово и лилаво-червено заемат междинна позиция, при тях съотношението на WO3 към WO2 е по-малко от четири и повече от едно. Както показват формулите, тези вещества не съдържат нито калай, нито мед, нито цинк. Това не са бронзи и изобщо не са сплави, защото... те дори не съдържат метални съединения, а натрият и волфрамът се окисляват тук. Такива „бронзи“ приличат на истински бронз не само на външен вид, но и по свойства: твърдост, устойчивост на химически реагенти и висока електропроводимост.

В древността прасковеният цвят е бил един от най-редките, казвали са, че за получаването му са били необходими 8000 експеримента. През 17 век най-скъпият порцелан на китайския император е боядисан в прасковено. Но след като разкри тайната на тази боя, неочаквано се оказа, че нейната основа е волфрамов оксид.

Да бъдеш сред природата

Волфрамът е слабо разпространен в природата, съдържанието на метал в земната кора е 1,3·10 -4% от масата. Волфрамът се намира главно в сложни окислени съединения, които се образуват от волфрамов триоксид WO3, както и оксиди на желязо и калций или манган, понякога мед, олово, торий и различни редкоземни елементи. Най-често срещаният минерал волфрамит е твърд разтвор на волфрамати, т.е. соли на волфрамова киселина, манган и желязо (nMnWO 4 mFeWO 4). Разтворът изглежда като твърди и тежки кристали с черен или кафяв цвят, в зависимост от преобладаването на различни съединения в разтвора. Ако има повече манганови съединения (хюбнерит), кристалите ще бъдат черни, но ако преобладават железните съединения (ферберит), разтворът ще бъде кафяв. Волфрамитът е отличен проводник на електричество и е парамагнитен.

Що се отнася до другите волфрамови минерали, шеелитът е от индустриално значение, т.е. калциев волфрамат (формула CaWO 4). Минералът образува лъскави кристали от светложълт, а понякога и почти бял цвят. Шеелитът изобщо не е магнитен, но има друга особеност - способността да луминесцира. След ултравиолетово осветяване на тъмно, той ще флуоресцира с ярко син цвят. Наличието на молибденови примеси променя цвета на блясъка, той се променя до бледосин, понякога до кремав. Благодарение на това свойство лесно могат да бъдат открити геоложки находища на минерала.

Обикновено находищата на волфрамова руда са свързани с района на гранит. Големи кристали от шеелит или волфрамит са много редки. Обикновено минералите са просто вградени в гранитни скали. Извличането на волфрам от гранит е доста трудно, защото... концентрацията му обикновено е не повече от 2%. Общо са известни не повече от 20 волфрамови минерала. Сред тях можем да различим столцит и разоит, които са две различни кристални модификации на оловен волфрамат PbWO 4. Останалите минерали са продукти на разлагане или вторични форми на общи минерали, например шеелит и волфрамит (хидроволфрамит, който е хидратиран волфрамов оксид, образуван от волфрамит; волфрамова охра), руселит, минерал, съдържащ оксиди на волфрам и бисмут. Единственият неоксиден волфрамов минерал е волфрамовият (WS 2) и неговите основни запаси се намират в Съединените щати. Обикновено съдържанието на волфрам е в диапазона от 0,3% до 1,0% WO3.

Всички находища на волфрам са с хидротермален или магмен произход. Шеелитът и волфрамитът доста често се срещат под формата на вени, на места, където магмата е проникнала в пукнатини в земната кора. По-голямата част от волфрамовите находища са концентрирани в райони на млади планински вериги - Алпите, Хималаите и тихоокеанския пояс. Най-големите находища на волфрамит и шеелит се намират в Китай, Бирма, САЩ, Русия (Урал, Забайкалия и Кавказ), Португалия и Боливия. Годишното производство на волфрамова руда в света е приблизително 5,95 104 тона метал, от които 49,5 104 тона (или 83%) се добиват в Китай. В Русия се добиват около 3400 тона годишно, в Канада - 3000 тона годишно.

Китай играе ролята на световен лидер в разработването на волфрамови суровини (находището Jianshi представлява 60% от китайското производство, Хунан - 20%, Юнан - 8%, Гуандун - 6%, Вътрешна Монголия и Гуанджи - по 2% , има и други). В Русия най-големите находища на волфрамова руда се намират в 2 региона: в Северен Кавказ (Търняуз, Кабардино-Балкария) и в Далечния изток. Съоръжението в Налчик преработва волфрамова руда в амониев параволфрамат и волфрамов оксид.

Най-големият потребител на волфрам е Западна Европа (30%). САЩ и Китай - по 25%, 12%-13% - Япония. Годишно в ОНД се консумират около 3000 тона метал.

Приложение

Общо светът произвежда около 30 хиляди тона волфрам годишно. Волфрамова стомана и други сплави, съдържащи волфрам и неговите карбиди, се използват в производството на танкова броня, снаряди и торпеда, най-важните части на самолети и двигатели с вътрешно горене.

Най-добрите видове инструментални стомани със сигурност съдържат волфрам. Металургията като цяло усвоява около 95% от целия произведен волфрам. Характерното за металургията е, че не се използва само чист волфрам, а се използва предимно по-евтин волфрам - фероволфрам, т.е. сплав, съдържаща около 80% волфрам и около 20% желязо. Произвежда се в електродъгови пещи.

Волфрамовите сплави имат редица забележителни свойства. Сплав от волфрам, мед и никел, както се нарича още "тежък" метал, е суровина при производството на контейнери за съхранение на радиоактивни вещества. Защитният ефект на такава сплав е с 40% по-голям от този на оловото. Тази сплав се използва и в лъчетерапията, тъй като сравнително малката дебелина на екрана осигурява достатъчна защита.

Сплав от волфрамов карбид и 16% кобалт има такава твърдост, че частично замества диаманта при пробиване на кладенци. Волфрамовите псевдосплави със сребро и мед са отличен материал за превключватели и превключватели при условия на високо електрическо напрежение. Такива продукти издържат 6 пъти по-дълго от конвенционалните медни контакти.

Използването на чист волфрам или сплави, съдържащи волфрам, се основава до голяма степен на тяхната твърдост, огнеупорност и химическа устойчивост. Волфрамът в неговата чиста форма се използва широко в производството на нишки за електрически лампи с нажежаема жичка, както и катодно-лъчеви тръби, използвани в производството на тигли за изпаряване на метали, използвани в контактите на разпределители на автомобилно запалване, използвани в мишени за рентгенови тръби; използва се като намотки и нагревателни елементи на електрически пещи, както и като конструктивен материал за космически и летателни апарати, които работят при високи температури.

Волфрамът е част от сплавите на бързорежещи стомани (съдържание на волфрам 17,5 - 18,5%), стелити (изработени от кобалт с добавки на Cr, C, W), хастал (неръждаеми стомани на базата на Ni), както и много други сплави . Волфрамът се използва като основа при производството на топлоустойчиви и инструментални сплави, а именно фероволфрам (W 68–86%, Mo и желязо до 7%), който лесно се получава чрез директно редуциране на шеелит или волфрамит концентрат. Волфрамът се използва при производството на победит. Това е супер твърда сплав, съдържаща 80–85% волфрам, 7–14% кобалт, 5–6% въглерод. Победит е просто незаменим в процеса на обработка на метали, както и в петролната и минната промишленост.

Магнезиевите и калциевите волфрамати се използват широко във флуоресцентни устройства. Други волфрамови соли се използват в дъбилната и химическата промишленост. Волфрамовият дисулфид е суха високотемпературна смазка, стабилна при температури до 500 ° C. Волфрамовите бронзи, както и други волфрамови съединения, се използват при производството на бои. Доста много волфрамови съединения са отлични катализатори.

При производството на електрически лампи волфрамът е незаменим, защото е не само необичайно огнеупорен, но и доста пластичен. 1 кг волфрам служи като суровина за производството на 3,5 км тел. Тези. От 1 кг волфрам можете да направите нишки с нажежаема жичка за 23 хиляди 60-ватови лампи. Само благодарение на това свойство електрическата индустрия по света консумира около сто тона волфрам годишно.

производство

Първият етап при получаването на волфрам е обогатяването на рудата, т.е. отделяне на ценни компоненти от основната рудна маса, пуста. Използваните методи за обогатяване са същите като за други руди на тежки метали: смилане и флотация, последвани от магнитна сепарация (волфрамитни руди) и окислително печене. Полученият по този метод концентрат обикновено се изгаря с излишък от сода, като по този начин волфрамът се привежда в разтворимо състояние, т.е. в натриев волфрамит.

Друг метод за получаване на това вещество е излугването. Волфрамът се извлича с помощта на разтвор на сода при повишена температура и под налягане, последвано от неутрализация и утаяване на калциев волфрамат, т.е. шеелит. Шеелитът се получава, защото е доста лесно да се извлече пречистен волфрамов оксид.

CaWO 4 → H 2 WO 4 или (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

Волфрамовият оксид също се получава чрез хлориди. Волфрамовият концентрат се обработва с хлорен газ при повишени температури. В този случай се образуват волфрамови хлориди, които лесно се отделят от другите хлориди чрез сублимация. Полученият хлорид може да се използва за производство на оксид или металът може да бъде извлечен директно от него.

В следващата стъпка оксидите и хлоридите се превръщат във волфрамов метал. Най-добрият начин за намаляване на волфрамовия оксид е използването на водород. При тази редукция металът е най-чист. Редукцията на оксида се извършва в специална тръбна пещ, където "лодката" на WO 3 се движи през няколко температурни зони. Сухият водород тече към "лодката".Редукцията на оксида се извършва в горещи (450-600°C) и студени зони (750-1100°C). В студените зони се получава редукция до WO 2 и след това до метал. С течение на времето през горещата зона зърната волфрамов прах променят размера си.

Редукцията може да се извърши не само при подаване на водород. Често се използват въглища. Благодарение на твърдия редуциращ агент производството е опростено, но температурата в този случай трябва да достигне 1300°C. Самите въглища и примесите, които винаги съдържат, реагирайки с волфрам, образуват карбиди на други съединения. В резултат на това металът се замърсява. Но в електрическата индустрия се използва само висококачествен волфрам. Дори 0,1% примес на желязо прави волфрам за производството на най-тънката тел, т.к става много по-крехко.

Разделянето на волфрама от хлоридите се основава на пиролиза. Волфрамът и хлорът образуват някои съединения. Излишният хлор позволява всички те да бъдат превърнати в WCl6, който от своя страна се разлага при температура от 1600°C на хлор и волфрам. Ако присъства водород, процесът започва при 1000°C.

Така се получава волфрам под формата на прах, който след това се пресова при висока температура в поток от водород. Първият етап на пресоване (нагряване до приблизително 1100-1300°C) произвежда крехък, порест слитък. След това пресоването продължава и температурата започва да се повишава почти до точката на топене на волфрама. В такава среда металът започва да става твърд и постепенно придобива своите качества и свойства.

Средно 30% от волфрама, произведен в промишлеността, е волфрам от рециклирани материали. Волфрамовият скрап, стърготини, талаш и прах се окисляват и се превръщат в амониев параволфрамат. По правило стоманените отпадъци се изхвърлят в предприятие, което произвежда същите стомани. Скрап от електроди, лампи с нажежаема жичка и химически реактиви почти никога не се рециклират.

В Руската федерация продуктите от волфрам се произвеждат в: Скопински хидрометалургичен завод "Металург", Владикавказски завод "Победит", Налчикски хидрометалургичен завод, Кировградски завод за твърди сплави, Електростал, Челябински електрометалургичен завод.

Физични свойства

Волфрамът е светлосив метал. Той има най-високата точка на топене от всеки познат елемент с изключение на въглерода. Стойността на този индикатор варира от приблизително 3387 до 3422 градуса по Целзий. Волфрамът има отлични механични свойства при достигане на високи температури, сред всички метали волфрамът има най-ниската стойност на такъв показател като коефициента на разширение.

Волфрамът е един от най-тежките метали, неговата плътност е 19250 kg/m3. Металът има кубична плътно центрирана решетка с параметър a = 0,31589 nm. При температура от 0 градуса по Целзий електропроводимостта на волфрама е само 28% от стойността на същия показател за среброто (среброто провежда ток по-добре от всеки друг метал). Чистият волфрам е много лесен за обработка, но рядко се среща в чист вид, по-често има въглеродни и кислородни примеси, поради което получава известната си твърдост. Електрическото съпротивление на метала при температура 20 градуса по Целзий е 5,5 * 10 -4, при температура 2700 градуса по Целзий - 90,4 * 10 -4.

Волфрамът се отличава от всички други метали със своята специална огнеупорност, тежест и твърдост. Плътността на този метал е почти два пъти по-голяма от тази на същото олово или по-точно 1,7 пъти. Но атомната маса на елемента, напротив, е по-ниска и е 184 срещу 207.

Волфрамът има необичайно високи стойности на модула на опън и натиск, огромна устойчивост на температурно пълзене и металът има висока електрическа и топлопроводимост. Волфрамът има доста висок коефициент на емисия на електрони, който може значително да се подобри чрез легиране на елемента с оксиди на някои други метали.

Цветът на получения волфрам до голяма степен зависи от метода на неговото производство. Топеният волфрам е лъскав сив метал, който много прилича на платина. Волфрамовият прах може да бъде сив, тъмно сив и дори черен: колкото по-малко е зърното на праха, толкова по-тъмен ще бъде.

Волфрамът е силно устойчив: при стайна температура не се променя във въздуха; Когато температурата достигне червена топлина, металът започва бавно да се окислява, освобождавайки волфрамов анхидрид. Волфрамът е почти неразтворим в сярна, флуороводородна и солна киселина. В царска вода и азотна киселина металът се окислява от повърхността. Когато е в смес от флуороводородна и азотна киселина, волфрамът се разтваря, като по този начин се образува волфрамова киселина. От всички волфрамови съединения най-големи практически ползи имат: волфрамов анхидрид или волфрамов триоксид, пероксиди с обща формула ME2WOX, волфрамати, съединения с въглерод, сяра и халогени.

Волфрамът, открит в природата, се състои от 5 стабилни изотопа, чиито масови числа са 186,184, 183, 182, 181. Най-често срещаният изотоп с масово число 184, неговият дял е 30,64%. От относителното разнообразие от изкуствени радиоактивни изотопи на елемент номер 74 само три са от практическо значение: волфрам-181 (периодът му на полуразпад е 145 дни), волфрам-185 (периодът му на полуразпад е 74,5 дни), волфрам-187 ( неговият полуживот е полуживотът е 23,85 часа). Всички тези изотопи се образуват в ядрени реактори в процеса на бомбардиране на волфрамови изотопи с неутрони от естествена смес.

Валентността на волфрама е променлива - от 2 до 6, най-стабилен е шествалентният волфрам; три- и двувалентните съединения на химичния елемент са нестабилни и нямат практическо значение. Радиусът на волфрамовия атом е 0,141 nm.

Волфрамовият кларк на земната кора според Виноградов е 0,00013 g/t. Средното му съдържание в скали, грам/тон: ултраосновно - 0,00001, основно - 0,00007, междинно - 0,00012, киселинно - 0,00019.

Химични свойства

Волфрамът не се влияе от: царска вода, сярна, солна, флуороводородна и азотна киселина, воден разтвор на натриев хидроксид, живак, живачни пари, амоняк (до 700° C), въздух и кислород (до 400° C), водород, вода, хлороводород (до 600° C), въглероден окис (до 800° C), азот.

Само след малко нагряване сухият флуор започва да се свързва с фино смлян волфрам. В резултат на това се образува хексафлуорид (формула WF 6) - това е много интересно вещество, което има точка на топене 2,5 ° C и точка на кипене 19,5 ° C. След реакция с хлор се образува подобно съединение, но реакцията е възможна само при температура от 600°C. WC16, стоманеносини кристали, започва да се топи при температура от 275°C и кипи, когато достигне 347°C. Волфрамът образува слабо стабилни съединения с йод и бром: тетра- и дийодид, пента- и дибромид.

При високи температури волфрамът може да се комбинира със селен, сяра, азот, бор, телур, силиций и въглерод. Някои от тези съединения се характеризират с невероятна твърдост, както и с други отлични качества.

От особен интерес е карбонилът (формула W(CO) 6). Волфрамът тук се свързва с въглероден окис и следователно има нулева валентност. Волфрамовият карбонил се произвежда при специални условия, т.к той е изключително нестабилен. При температура от 0 ° се отделя от специален разтвор под формата на безцветни кристали, след достигане на 50 ° C, карбонилът сублимира, при 100 ° C се разлага напълно. Но именно благодарение на тази връзка могат да се получат плътни и твърди волфрамови покрития (от чист волфрам). Много волфрамови съединения, като самия волфрам, са много активни. Например, волфрамов оксид волфрамов оксид WO 3 има способността да полимеризира. В този случай се образуват така наречените хетерополисъединения (техните молекули могат да съдържат повече от 50 атома) и изополисъединения.

Волфрамовият оксид (VI)WO 3 е кристално вещество със светложълт цвят, което при нагряване става оранжево. Оксидът има точка на топене 1473 °C и точка на кипене 1800 °C. Волфрамова киселина, съответстваща на нея, не е стабилна; във воден разтвор дихидратът се утаява и губи една молекула вода при температури от 70 до 100 ° C, а втората молекула при температури от 180 до 350 ° C.

Анионите на волфрамова киселина са склонни да образуват полисъединения. В резултат на реакцията с концентрирани киселини се образуват смесени анхидриди:

12WO3 + H3PO4 = H3.

Реакцията на волфрамов оксид и натриев метал произвежда нестехиометричен натриев волфрамат, който се нарича "волфрамов бронз":

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

В процеса на редукция на волфрамов оксид с водород по време на разделянето се получават хидратирани оксиди, които имат смесено състояние на окисление, те се наричат ​​​​„волфрамов блус“:

WO3–n(OH)n, n = 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl = („синьо“), W 2 O 5 (OH) (кафяво)

Волфрамовият (VI) оксид е междинен продукт в процеса на производство на волфрам, както и неговите съединения. Той е компонент на избрани керамични пигменти и промишлено важни катализатори за хидрогениране.

WCl 6 – Висш волфрамов хлорид, образуван в резултат на взаимодействието на метален волфрам или волфрамов оксид с хлор, флуор или въглероден тетрахлорид. След редукция на волфрамов хлорид с алуминий се образува волфрамов карбонил заедно с въглероден оксид:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (в етер)

Волфрамът е химичен елемент от периодичната система на Менделеев, който принадлежи към VI група. В природата волфрамът се среща като смес от пет изотопа. В обикновената си форма и при обикновени условия той е твърд метал със сребристосив цвят. Освен това е най-огнеупорният от всички метали.

Основни свойства на волфрама

Волфрамът е метал със забележителни физични и химични свойства. Волфрамът се използва в почти всички отрасли на съвременното производство. Формулата му обикновено се изразява чрез символа на метален оксид - WO 3. Волфрамът се счита за най-огнеупорния метал. Предполага се, че само сеаборгият може да е още по-огнеупорен. Но това все още не може да се каже със сигурност, тъй като сеаборгиумът има много кратък живот.

Този метал има специални физични и химични свойства. Волфрамът има плътност 19300 kg/m3, точката му на топене е 3410 °C. По отношение на този параметър той се нарежда на второ място след въглерод - графит или диамант. В природата волфрамът се среща под формата на пет стабилни изотопа. Техните масови числа варират от 180 до 186. Волфрамът има валентност 6, а в съединения може да бъде 0, 2, 3, 4 и 5. Металът също има доста високо ниво на топлопроводимост. За волфрам тази цифра е 163 W/(m*deg). По отношение на това свойство той надминава дори такива съединения като алуминиеви сплави. Масата на волфрама се определя от неговата плътност, която е 19 kg/m 3. Степента на окисление на волфрама варира от +2 до +6. При по-високи степени на окисление металът има киселинни свойства, а при по-ниски – основни.

В този случай сплавите от по-ниски волфрамови съединения се считат за нестабилни. Най-устойчиви са връзките със степен +6. Те също така показват най-характерните химични свойства на метала. Волфрамът има свойството лесно да образува комплекси. Но металът волфрам обикновено е много устойчив. Започва да взаимодейства с кислорода едва при температура от +400 °C. Волфрамовата кристална решетка е от обемно-центриран кубичен тип.

Взаимодействие с други химикали

Ако волфрамът се смеси със сух флуор, можете да получите съединение, наречено хексафлуорид, което се топи при температура 2,5 ° C и кипи при 19,5 ° C. Подобно вещество се получава чрез комбиниране на волфрам с хлор. Но такава реакция изисква доста висока температура - около 600 °C. Въпреки това, веществото лесно се съпротивлява на разрушителните ефекти на водата и практически не се подлага на промени в студа. Волфрамът е метал, който без кислород не се разтваря в основи. Той обаче се разтваря лесно в смес от HNO 3 и HF. Най-важните химични съединения на волфрама са неговият триоксид WO 3, H 2 WO 4 - волфрамова киселина, както и нейните производни - волфраматни соли.

Можем да разгледаме някои от химичните свойства на волфрама с реакционни уравнения. Например формулата WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. В нея металът волфрам се редуцира от оксида и се проявява способността му да взаимодейства с водорода. Това уравнение отразява процеса на получаване на волфрам от неговия триоксид. Следната формула обозначава такова свойство като практическата неразтворимост на волфрама в киселини: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Едно от най-забележителните вещества, съдържащи волфрам, е карбонилът. Той произвежда плътни и ултратънки покрития от чист волфрам.

История на откритието

Волфрамът е метал, който получава името си от латинския език. В превод тази дума означава „вълча пяна“. Това необичайно име се появи поради поведението на метала. Придружавайки добитата калаена руда, волфрамът пречи на освобождаването на калай. Поради това по време на процеса на топене се образува само шлака. За този метал се казва, че „яде калай, както вълк яде овца“. Много хора се чудят кой е открил химичния елемент волфрам?

Това научно откритие е направено едновременно на две места от различни учени, независимо един от друг. През 1781 г. шведският химик Шееле получава така наречения „тежък камък“, като провежда експерименти с азотна киселина и шеелит. През 1783 г. братя химици от Испания на име Елюар също съобщават за откриването на нов елемент. По-точно те откриха волфрамов оксид, който се разтваря в амоняк.

Сплави с други метали

Понастоящем се прави разлика между еднофазни и многофазни волфрамови сплави. Те съдържат един или повече чужди елементи. Най-известното съединение е сплав от волфрам и молибден. Добавянето на молибден придава на волфрама неговата якост на опън. В категорията на еднофазните сплави са включени и съединения на волфрам с титан, хафний и цирконий. Реният дава на волфрама най-голяма пластичност. Въпреки това, практическото използване на такава сплав е доста трудоемък процес, тъй като ренийът е много труден за получаване.

Тъй като волфрамът е един от най-огнеупорните материали, производството на волфрамови сплави не е лесна задача. Когато този метал просто започне да кипи, други вече се превръщат в течно или газообразно състояние. Но съвременните учени знаят как да произвеждат сплави чрез процеса на електролиза. Сплави, съдържащи волфрам, никел и кобалт, се използват за нанасяне на защитен слой върху крехки материали.

В съвременната металургична индустрия сплавите се произвеждат и с помощта на волфрамов прах. За създаването му са необходими специални условия, включително създаване на вакуумна среда. Поради някои характеристики на взаимодействието на волфрам с други елементи, металурзите предпочитат да създават сплави не с двуфазни характеристики, а с използването на 3, 4 или повече компонента. Тези сплави са особено здрави, но при стриктно спазване на формулите. При най-малките отклонения в процентните компоненти сплавта може да стане крехка и неизползваема.

Волфрамът е елемент, използван в технологиите

Нишките на обикновените електрически крушки са направени от този метал. Както и тръби за рентгенови апарати, компоненти на вакуумни пещи, които трябва да се използват при изключително високи температури. Стоманата, която съдържа волфрам, има много високо ниво на якост. Такива сплави се използват за направата на инструменти в голямо разнообразие от области: сондиране на кладенци, медицина и машиностроене.

Основното предимство на свързването на стомана и волфрам е устойчивостта на износване и вероятността от повреда. Най-известната волфрамова сплав в строителството се нарича "win". Този елемент също се използва широко в химическата промишленост. С добавянето му се създават бои и пигменти. Особено широко в тази област се използва волфрамов оксид 6. Използва се за производството на волфрамови карбиди и халогениди. Друго име за това вещество е волфрамов триоксид. 6 се използва като жълт пигмент в бои за керамика и стъкло.

Какво представляват тежките сплави?

Всички сплави на базата на волфрам, които имат висока плътност, се наричат ​​тежки. Те се получават само чрез методите на праховата металургия. Волфрамът винаги е в основата на тежките сплави, където съдържанието му може да достигне до 98%. В допълнение към този метал към тежките сплави се добавят никел, мед и желязо. Те обаче могат също да включват хром, сребро, кобалт и молибден. Най-популярните сплави са VMF (волфрам - никел - желязо) и VNM (волфрам - никел - мед). Високото ниво на плътност на такива сплави им позволява да абсорбират опасно гама лъчение. От тях се правят маховици на колелата, електрически контакти и ротори за жироскопи.

Волфрамов карбид

Около половината от целия волфрам се използва за производството на здрави метали, особено волфрамов карбид, който има точка на топене 2770 C. Волфрамовият карбид е химическо съединение, което съдържа равен брой въглеродни и волфрамови атоми. Тази сплав има специални химични свойства. Волфрамът му придава такава здравина, че е два пъти по-силен от стоманата.

Волфрамовият карбид се използва широко в промишлеността. От него се правят режещи предмети, които трябва да са много устойчиви на високи температури и абразия. Направен също от този елемент:

• Самолетни части, автомобилни двигатели.
• Части за космически кораби.
• Медицински хирургически инструменти, използвани в областта на коремната хирургия. Такива инструменти са по-скъпи от конвенционалната медицинска стомана, но са по-продуктивни.
• Бижута, особено брачни халки. Популярността на волфрама се свързва с неговата издръжливост, която за встъпващите в брак символизира силата на връзката, както и нейния външен вид. Характеристиките на волфрама в полирана форма са такива, че той запазва огледален, лъскав вид за много дълго време.
• Топчета за луксозни химикалки.

Ще спечели - волфрамова сплав

Около втората половина на 20-те години на миналия век много страни започват да произвеждат сплави за режещи инструменти, които се получават от волфрамови карбиди и кобалтов метал. В Германия такава сплав се нарича Vidia, в Щатите - carbola. В Съветския съюз такава сплав се наричаше "win". Тези сплави са се доказали като отлични за обработка на изделия от чугун. Победит е металокерамична сплав с изключително висока якост. Изработва се под формата на плочи с различни форми и размери.

Процесът на получаване на победит се свежда до следното: вземат се прах от волфрамов карбид, фин никел или кобалт на прах и всичко се смесва и пресова в специални форми. Така пресованите плочи се подлагат на допълнителна термична обработка. Така се получава много твърда сплав. Тези вложки се използват не само за рязане на чугун, но и за производство на инструменти за пробиване. Победитните плочи се запояват върху сондажно оборудване с помощта на мед.

Разпространение на волфрам в природата

Този метал е много рядък в околната среда. След всички елементи той се нарежда на 57-мо място и се намира под формата на кларк волфрам. Металът образува и минерали - шеелит и волфрамит. Волфрамът мигрира в подземните води или като собствен йон, или под формата на различни съединения. Но най-високата му концентрация в подземните води е незначителна. Той възлиза на стотни от mg/l и практически не променя техните химични свойства. Волфрамът може да навлезе и в естествени водоеми от отпадъчни води от фабрики и фабрики.

Ефект върху човешкото тяло

Волфрамът практически не влиза в тялото с вода или храна. Възможно е да има риск от вдишване на волфрамови частици във въздуха по време на работа. Въпреки това, въпреки че принадлежи към категорията на тежките метали, волфрамът не е токсичен. Отравяне с волфрам се среща само сред тези, свързани с производството на волфрам. В същото време степента на влияние на метала върху тялото варира. Например волфрамов прах, волфрамов карбид и вещество като волфрамов анхидрит могат да причинят увреждане на белите дробове. Основните му симптоми са общо неразположение и висока температура. По-тежки симптоми възникват при отравяне с волфрамови сплави. Това се случва при вдишване на прах от сплав и води до бронхит и пневмосклероза.

Металният волфрам, влизайки в човешкото тяло, не се абсорбира в червата и постепенно се отделя. Волфрамовите съединения, които се класифицират като разтворими, могат да представляват голяма опасност. Те се отлагат в далака, костите и кожата. При продължително излагане на волфрамови съединения могат да се появят симптоми като чупливи нокти, лющене на кожата и различни видове дерматити.

Запаси от волфрам в различни страни

Най-големите ресурси на волфрам се намират в Русия, Канада и Китай. Според прогнозите на учените, около 943 хиляди тона от този метал се намират на вътрешни територии. Ако вярваме на тези оценки, по-голямата част от резервите се намират в Южен Сибир и Далечния изток. Делът на проучените ресурси е много малък - той е само около 7%.

По отношение на броя на проучените находища на волфрам Русия е на второ място след Китай. Повечето от тях са разположени в районите на Кабардино-Балкария и Бурятия. Но в тези находища не се добива чист волфрам, а неговите руди, които също съдържат молибден, злато, бисмут, телур, скандий и други вещества. Две трети от обемите волфрам, получени от проучени източници, се съдържат в трудни за обработка руди, където основният минерал, съдържащ волфрам, е шеелит. Делът на лесно преработваните руди представлява само една трета от цялото производство. Характеристиките на волфрама, добиван в Русия, са по-ниски, отколкото в чужбина. Рудите съдържат голям процент волфрамов триоксид. В Русия има много малко метални находища. Волфрамовите пясъци също са нискокачествени, с много оксиди.

Волфрам в икономиката

Световното производство на волфрам започна да нараства около 2009 г., когато азиатската индустрия започна да се възстановява. Китай остава най-големият производител на волфрам. Например през 2013 г. производството на тази страна представляваше 81% от световното предлагане. Около 12% от търсенето на волфрам идва от индустрията за осветление. Според експерти, използването на волфрам в тази област ще намалее на фона на използването на LED и флуоресцентни лампи както в домашни условия, така и в производството.

Смята се, че търсенето на волфрам в електронната индустрия ще се увеличи. Високата устойчивост на износване и способността на волфрама да издържа на електричество го правят най-подходящия метал за производство на регулатори на напрежение. Като обем обаче това търсене остава доста малко и се смята, че до 2018 г. ще нарасне само с 2%. Въпреки това, според прогнозите на учените, в близко бъдеще трябва да има увеличение на търсенето на циментиран карбид. Това се дължи на ръста на производството на автомобили в САЩ, Китай, Европа, както и на нарастването на минната индустрия. Смята се, че до 2018 г. търсенето на волфрам ще се увеличи с 3,6%.