Magnetické vlastnosti volfrámu. Volfrám: história objavu, hlavné črty a rozsah použitia

Jedným z najbežnejších chemických prvkov je volfrám. Označuje sa symbolom W a má atómové číslo 74. Volfrám patrí do skupiny kovov, ktoré majú vysokú odolnosť proti opotrebeniu a bod topenia. V periodickej tabuľke Mendelejeva je v 6. skupine a má podobné vlastnosti ako jeho „susedia“ - molybdén a chróm.

Objavovanie a história

Už v 16. storočí bol známy taký minerál ako wolframit. Bolo to zaujímavé, pretože pri tavení cínu z rudy sa jeho pena zmenila na trosku a to samozrejme prekážalo pri výrobe. Odvtedy sa wolframit začal nazývať „vlčia pena“ (nem. Wolf Rahm). Názov minerálu bol prenesený na samotný kov.

Švédsky chemik Scheele v roku 1781 spracoval scheelitový kov kyselinou dusičnou. Počas experimentu získal žltý ťažký kameň – oxid wolfrámu (VI). O dva roky neskôr bratia Eluardovci (španielski chemici) získali samotný volfrám v čistej forme zo saského minerálu.

Tento prvok a jeho rudy sa ťažia v Portugalsku, Bolívii, Južnej Kórei, Rusku, Uzbekistane a najväčšie zásoby sa našli v Kanade, USA, Kazachstane a Číne. Ročne sa vyťaží len 50 ton tohto prvku, takže je drahý. Pozrime sa bližšie na to, aký je kovový volfrám.

Vlastnosti prvku

Ako už bolo spomenuté, volfrám je jedným z najviac žiaruvzdorných kovov. Má lesklú svetlosivú farbu. Jeho bod topenia je 3422 °C, jeho bod varu je 5555 °C, jeho čistá hustota je 19,25 g/cm3 a jeho tvrdosť je 488 kg/mm². Je to jeden z najťažších kovov a má vysokú odolnosť proti korózii. Je prakticky nerozpustný v kyseline sírovej, chlorovodíkovej a fluorovodíkovej, ale rýchlo reaguje s peroxidom vodíka. Aký druh kovu je volfrám, ak nereaguje s roztavenými zásadami? Pri reakcii s hydroxidom sodným a kyslíkom vytvára dve zlúčeniny - volfrám sodný a obyčajnú vodu H 2 O. Zaujímavé je, že keď teplota stúpa, volfrám sa samovoľne zahrieva, potom proces prebieha oveľa aktívnejšie.

Výroba volfrámu

Na otázku, do ktorej skupiny kovov patrí volfrám, môžeme odpovedať, že je zaradený do kategórie vzácnych prvkov ako rubídium a molybdén. A to zase znamená, že sa vyznačuje malým rozsahom výroby. Okrem toho sa takýto kov nezíska regeneráciou zo surovín, najskôr sa spracuje na chemické zlúčeniny. Ako prebieha výroba vzácneho kovu?

1. Požadovaný prvok sa izoluje z rudného materiálu a koncentruje sa v roztoku alebo sedimente.
2. Ďalším krokom je získanie čistej chemickej zlúčeniny čistením.
3. Z výslednej látky sa izoluje čistý vzácny kov - volfrám.

Na obohatenie rudy sa používa gravitácia, flotácia, magnetická alebo elektrostatická separácia. Výsledkom je koncentrát, ktorý obsahuje 55 až 65 % anhydridu volfrámu WO 3 . Na získanie prášku sa redukuje vodíkom alebo uhlíkom. Pri niektorých produktoch sa tu proces získavania prvku končí. Volfrámový prášok sa teda používa na prípravu tvrdých zliatin.

Výroba stĺpikov

Čo je kovový volfrám, sme už zistili a teraz zistíme, v akom rozsahu sa vyrába. Z práškovej zmesi sa vyrábajú kompaktné ingoty - tyče. Na tento účel sa používa iba prášok redukovaný vodíkom. Vyrábajú sa lisovaním a spekaním. Výsledné ingoty sú pomerne pevné, ale krehké. Inými slovami, ťažko sa falšujú. Na zlepšenie tejto technologickej vlastnosti sú tyče podrobené vysokoteplotnému spracovaniu. Z tohto produktu je vyrobený iný sortiment.

Volfrámové tyče

Samozrejme, toto je jeden z najbežnejších typov výrobkov vyrobených z tohto kovu. Aký druh volfrámu sa používa na ich výrobu? Ide o vyššie popísané stĺpiky, ktoré sú kované na rotačnom kovaní. Je dôležité poznamenať, že proces prebieha v zahriatom stave (1450-1500 °C). Výsledné tyče sa používajú v širokej škále priemyselných odvetví. Napríklad na výrobu zváracích elektród. Okrem toho sú volfrámové tyče široko používané v ohrievačoch. Pracujú v peciach pri teplotách do 3000 °C vo vákuu, inertnom plyne alebo vodíku. Tyče môžu byť tiež použité ako katódy elektronických a plynových výbojových zariadení, rádiových trubíc.

Zaujímavosťou je, že samotné elektródy sú nekonzumovateľné, a preto je pri zváraní nutný prísun prídavného materiálu (drôt, tyč). Pri roztavení so zváraným materiálom vytvára zvarový kúpeľ. Tieto elektródy sa zvyčajne používajú na zváranie neželezných kovov.

Volfrám a drôt

Tu je ďalší typ rozšíreného produktu. Volfrámový drôt je vyrobený z kovaných tyčí, o ktorých sme hovorili vyššie. Ťahanie sa uskutočňuje s postupným znižovaním teploty od 1000°C do 400°C. Potom sa výrobok čistí žíhaním, elektrolytickým leštením alebo elektrolytickým leptaním. Pretože volfrám je žiaruvzdorný kov, drôt sa používa v odporových prvkoch vo vykurovacích peciach pri teplotách do 3000 °C. Vyrábajú sa z neho termoelektrické meniče, ako aj špirály žiaroviek, slučkové ohrievače a oveľa viac.

Zlúčeniny volfrámu s uhlíkom

Karbidy volfrámu sa z praktického hľadiska považujú za veľmi dôležité. Používajú sa na výrobu tvrdých zliatin. Zlúčeniny s uhlíkom majú kladný koeficient elektrického odporu a dobrú vodivosť kovu. Karbidy volfrámu sú tvorené dvoma typmi: WC a W 2 C. Líšia sa svojim správaním v kyselinách, ako aj rozpustnosťou v iných zlúčeninách s uhlíkom.

Na báze karbidov volfrámu sa vyrábajú dva typy tvrdých zliatin: spekané a liate. Tieto sa získavajú z práškovej zlúčeniny a karbidu s nedostatkom C (menej ako 3 %) odlievaním. Druhý typ je vyrobený z monokarbidu volfrámu WC a cementového spojiva, ktorým môže byť nikel alebo kobalt. Spekané zliatiny sa vyrábajú iba práškovou metalurgiou. Cementový kovový prášok a karbid volfrámu sa zmiešajú, lisujú a spekajú. Takéto zliatiny majú vysokú pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.

V modernom hutníckom priemysle sa používajú na rezanie kovov a na výrobu vŕtacích nástrojov. Jednou z najbežnejších zliatin sú VK6 a VK8. Používajú sa na výrobu fréz, fréz, vrtákov a iných rezných nástrojov.

Rozsah použitia karbidov volfrámu je pomerne rozsiahly. Používajú sa teda na výrobu:

• zásoby na prepichovanie brnení;
• časti motorov, lietadiel, kozmických lodí a rakiet;
• zariadenia v jadrovom priemysle;
• chirurgické nástroje.

Na Západe sú karbidy volfrámu obzvlášť široko používané v šperkoch, najmä na výrobu snubných prsteňov. Kov vyzerá krásne, esteticky a ľahko sa spracováva.

Je to preto, že sú neuveriteľne odolné. Ak chcete poškriabať takýto výrobok, budete musieť vynaložiť veľké úsilie. Aj po niekoľkých rokoch bude prsteň vyzerať ako nový. Nevybledne, nepoškodí sa reliéfny vzor a leštená časť nestratí lesk.

Volfrám a rénium

Zliatina týchto dvoch prvkov je pomerne široko používaná na výrobu vysokoteplotných termočlánkov. Volfrám - aký kov? Rovnako ako rénium je to tepelne odolný kov a legovanie prvkov túto vlastnosť znižuje. Ale čo keď si dáte dve takmer rovnaké látky? Potom sa ich teplota topenia nezníži.

Ak sa ako prísada použije rénium, pozoruje sa zvýšenie tepelnej odolnosti a ťažnosti volfrámu. Táto zliatina sa vyrába tavením v práškovej metalurgii. Termočlánky vyrobené z týchto materiálov sú tepelne odolné a dokážu merať teploty nad 2000°C, avšak len v inertnom prostredí. Samozrejme, takéto produkty sú drahé, pretože za jeden rok sa vyťaží len 40 ton rénia a len 51 ton volfrámu.

Volfrám vyniká medzi kovmi nielen svojou žiaruvzdornosťou, ale aj hmotnosťou. Hustota volfrámu za normálnych podmienok je 19,25 g/cm³, čo je približne 6-krát viac ako hustota hliníka. V porovnaní s meďou je volfrám 2-krát ťažší. Na prvý pohľad sa môže vysoká hustota zdať nevýhodou, pretože výrobky z nej budú ťažké. Ale aj táto vlastnosť kovu našla svoje uplatnenie v technológii. Užitočné vlastnosti volfrámu vďaka jeho vysokej hustote:

1. Schopnosť sústrediť veľkú hmotu v malom objeme.
2. Ochrana pred ionizujúcim žiarením (žiarením).

Prvá vlastnosť je vysvetlená vnútornou štruktúrou kovu. Jadro atómu obsahuje 74 protónov a 110 neutrónov, teda 184 častíc. V Periodickej tabuľke chemických prvkov, v ktorej sú atómy usporiadané podľa rastúcej atómovej hmotnosti, je volfrám na 74. mieste. Z tohto dôvodu bude mať látka pozostávajúca z ťažkých atómov veľkú hmotnosť. Schopnosť chrániť pred žiarením je vlastná všetkým materiálom s vysokou hustotou. Je to spôsobené tým, že ionizujúce žiarenie, keď narazí na akúkoľvek prekážku, odovzdá jej časť svojej energie. Hustejšie látky majú vyššiu koncentráciu častíc na jednotku objemu, takže ionizujúce lúče podliehajú viac zrážkam, a preto strácajú viac energie. Použitie kovu je založené na vyššie uvedených vlastnostiach.

Aplikácie volfrámu

Vysoká hustota je obrovskou výhodou volfrámu oproti iným kovom.

Volfrám je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach.

Použitie na základe veľkého množstva kovu

Významná hustota volfrámu z neho robí cenný vyvažovací materiál. Z neho vyrobené vyvažovacie závažia znižujú zaťaženie pôsobiace na diely. Tým sa predlžuje ich životnosť. Oblasti použitia volfrámu:

1. Letecká guľa. Ťažké kovové časti vyrovnávajú súčasné sily. Preto sa volfrám používa na výrobu listov helikoptér, vrtúľ a kormidiel. Vzhľadom na to, že materiál nemá magnetické vlastnosti, používa sa pri výrobe palubných elektronických leteckých systémov.
2. Automobilový priemysel. Volfrám sa používa tam, kde je potrebné sústrediť veľké množstvo hmoty v malom priestore, napríklad v automobilových motoroch inštalovaných na ťažkých nákladných automobiloch, drahých SUV a vozidlách poháňaných naftou. Volfrám je tiež výhodným materiálom na výrobu kľukových hriadeľov a zotrvačníkov a závaží podvozkov. Okrem vysokej hustoty sa kov vyznačuje vysokým modulom pružnosti vďaka týmto vlastnostiam sa používa na tlmenie vibrácií v pohonoch.
3. Optika. Volfrámové závažia komplexnej konfigurácie fungujú ako vyvažovače v mikroskopoch a iných vysoko presných optických prístrojoch.
4. Výroba športových potrieb. Volfrám sa v športovom vybavení používa namiesto olova, pretože na rozdiel od druhého nepoškodzuje zdravie a životné prostredie. Materiál sa používa napríklad pri výrobe golfových palíc.
5. V strojárstve. Volfrám sa používa na výrobu vibračných bucharov používaných na poháňanie hromád. V strede každého zariadenia sa nachádza otočné závažie. Premieňa energiu vibrácií na hnaciu silu. Vďaka prítomnosti volfrámu je možné použiť vibračné kladivá na zhutnenú pôdu značnej hrúbky.
6. Na výrobu vysoko presných nástrojov. Pri hlbokom vŕtaní sa používajú presné nástroje, ktorých držiak by nemal byť vystavený vibráciám. Túto požiadavku spĺňa volfrám, ktorý má tiež vysoký modul pružnosti. Antivibračné držiaky zaisťujú plynulý chod, preto sa používajú vo vyvrtávacích a brúsnych tyčiach a v nástrojových tyčiach. Pracovná časť nástroja je vyrobená na báze volfrámu, pretože má zvýšenú tvrdosť.

Použitie založené na schopnosti chrániť pred žiarením

Volfrámové kolimátory v chirurgii.

• Podľa tohto kritéria sú zliatiny volfrámu pred liatinou, oceľou, olovom a vodou, preto sú kolimátory a ochranné clony používané v rádioterapii vyrobené z kovu. Zliatiny volfrámu nepodliehajú deformácii a sú vysoko spoľahlivé. Použitie viaclistových kolimátorov umožňuje nasmerovať žiarenie na špecifickú oblasť postihnutého tkaniva. Počas terapie sa najskôr urobia röntgenové lúče na lokalizáciu lokalizácie a určenie povahy nádoru. Potom sa lopatky kolimátora presunú elektromotorom do požadovanej polohy. Môže sa použiť 120 okvetných lístkov, pomocou ktorých sa vytvorí pole, ktoré sleduje tvar nádoru. Ďalej sú na postihnutú oblasť nasmerované vysoké radiačné lúče. V tomto prípade nádor prijíma žiarenie otáčaním viaclistového kolimátora okolo pacienta. Na ochranu susedných zdravých tkanív a prostredia pred žiarením musí byť kolimátor vysoko presný.
• Pre rádiochirurgiu boli vyvinuté špeciálne prstencové kolimátory z volfrámu, ktorých ožarovanie smeruje do hlavy a krku. Zariadenie poskytuje vysoko presné zaostrenie gama žiarenia. Volfrám je tiež súčasťou dosiek pre počítačové tomografy, tieniacich prvkov pre detektory a lineárne urýchľovače, dozimetrických zariadení a prístrojov na nedeštruktívne testovanie a nádob na rádioaktívne látky. Volfrám sa používa vo vŕtacích zariadeniach. Vyrábajú sa z neho clony na ochranu ponorných prístrojov pred röntgenovým a gama žiarením.

Klasifikácia zliatin volfrámu

Kritériá ako zvýšená hustota a žiaruvzdornosť volfrámu umožňujú jeho použitie v mnohých priemyselných odvetviach. Moderné technológie však niekedy vyžadujú dodatočné materiálové vlastnosti, ktoré čistý kov nemá. Napríklad jeho elektrická vodivosť je nižšia ako u medi a výroba dielov so zložitými geometrickými tvarmi je náročná kvôli krehkosti materiálu. V takýchto situáciách pomáhajú prímesi. Ich počet však často nepresahuje 10 %. Po pridaní medi, železa, niklu, volfrámu, ktorých hustota zostáva veľmi vysoká (nie menej ako 16,5 g/cm³), lepšie vedie elektrický prúd a stáva sa tvárnou, čo umožňuje jeho dobré spracovanie.

Povolenie na pobyt, VNM, VD

V závislosti od zloženia sú zliatiny označené inak.

1. VRP sú zliatiny volfrámu, ktoré obsahujú nikel a železo,
2. VNM - nikel a meď,
3. VD - len meď.

V označení za veľkými písmenami nasledujú čísla označujúce percento. Napríklad VNM 3–2 je zliatina volfrámu s prídavkom 3 % niklu a 2 % medi, VNM 5–3 obsahuje 5 % niklu a 3 % železa, VD-30 pozostáva z 30 % medi.

Ešte v 16. storočí bol známy minerál wolframit, ktorý sa preložil z nemčiny ( Wolf Rahm) znamená „vlčia smotana“. Minerál dostal toto meno kvôli svojim vlastnostiam. Faktom je, že volfrám, ktorý sprevádzal cínové rudy, ho pri tavení cínu premenil jednoducho na penu trosky, preto sa hovorilo: „zožiera cín ako vlk ovcu“. Postupom času práve od wolframitu zdedil názov volfrám 74. chemický prvok periodickej sústavy.

Vlastnosti volfrámu

Volfrám je svetlosivý prechodový kov. Má vonkajšiu podobnosť s oceľou. Pre svoje pomerne jedinečné vlastnosti je tento prvok veľmi cenným a vzácnym materiálom, ktorého čistá forma v prírode neexistuje. Tungsten má:

• pomerne vysoká hustota, ktorá sa rovná 19,3 g/cm3;
• vysoká teplota topenia 3422 °C;
• dostatočný elektrický odpor - 5,5 μOhm * cm;
• normálny ukazovateľ koeficientu parametra lineárnej expanzie rovný 4,32;
• najvyššia teplota varu medzi všetkými kovmi, rovná 5555 0 C;
• nízka rýchlosť odparovania aj napriek teplotám vyšším ako 200 0 C;
• relatívne nízka elektrická vodivosť. To však nebráni tomu, aby volfrám zostal dobrým vodičom.

To všetko robí z volfrámu veľmi odolný kov, ktorý nie je náchylný na mechanické poškodenie. Prítomnosť takýchto jedinečných vlastností však nevylučuje prítomnosť nevýhod, ktoré má aj volfrám. Tie obsahujú:

• vysoká krehkosť pri vystavení veľmi nízkym teplotám;
• vysoká hustota, čo sťažuje jeho spracovanie;
• nízka odolnosť voči kyselinám pri nízkych teplotách.

Výroba volfrámu

Volfrám patrí spolu s molybdénom, rubídiom a radom ďalších látok do skupiny vzácnych kovov, ktoré sa vyznačujú veľmi nízkou distribúciou v prírode. Z tohto dôvodu sa nedá extrahovať tradičným spôsobom, ako mnohé minerály. Priemyselná výroba volfrámu teda pozostáva z nasledujúcich etáp:

• ťažba rudy, ktorá obsahuje určitý podiel volfrámu;
• organizovanie vhodných podmienok, v ktorých je možné oddeliť kov od spracovávanej hmoty;
• koncentrácia látky vo forme roztoku alebo zrazeniny;
• čistenie výslednej chemickej zlúčeniny z predchádzajúceho kroku;
• izolácia čistého volfrámu.

Čistá látka z vyťaženej rudy s obsahom volfrámu sa teda dá izolovať niekoľkými spôsobmi.

1. V dôsledku zhodnocovania volfrámovej rudy gravitáciou, flotáciou, magnetickou alebo elektrickou separáciou. V tomto procese sa vytvorí volfrámový koncentrát, ktorý pozostáva z 55-65% anhydridu volfrámu (trioxidu) WO 3. V koncentrátoch tohto kovu sa sleduje obsah nečistôt, ktoré môžu zahŕňať fosfor, síru, arzén, cín, meď, antimón a bizmut.
2. Ako je známe, oxid wolfrámový WO 3 je hlavným materiálom na oddeľovanie kovového volfrámu alebo karbidu volfrámu. K produkcii WO 3- dochádza v dôsledku rozkladu koncentrátov, vylúhovania zliatiny alebo aglomerátu a pod. V tomto prípade je výstupom materiál pozostávajúci z 99,9 % WO 3.
3. Z anhydridu volfrámu WO 3. Práve redukciou tejto látky vodíkom alebo uhlíkom sa získa volfrámový prášok. Použitie druhej zložky na redukčnú reakciu sa používa menej často. Je to spôsobené nasýtením WO 3 karbidmi počas reakcie, v dôsledku čoho kov stráca svoju pevnosť a je ťažšie spracovateľný. Volfrámový prášok sa vyrába špeciálnymi metódami, vďaka ktorým je možné kontrolovať jeho chemické zloženie, veľkosť a tvar zŕn, ako aj distribúciu veľkosti častíc. Podiel práškových častíc sa teda môže zvýšiť rýchlym zvýšením teploty alebo nízkou rýchlosťou prívodu vodíka.
4. Výroba kompaktného volfrámu, ktorý má formu tyčí alebo ingotov a je polotovarom pre ďalšiu výrobu polotovarov - drôtov, tyčí, pások a pod.

Posledná uvedená metóda zase zahŕňa dve možné možnosti. Jedna z nich je spojená s metódami práškovej metalurgie a druhá s tavením v elektrických oblúkových peciach s tavnou elektródou.

Metóda práškovej metalurgie

Vzhľadom na to, že vďaka tejto metóde je možné rovnomernejšie rozložiť prísady, ktoré dávajú volfrámu jeho špeciálne vlastnosti, je obľúbenejšia.

Zahŕňa niekoľko fáz:

1. Kovový prášok sa lisuje do tyčí;
2. Obrobky sú spekané pri nízkych teplotách (tzv. predspekanie);
3. Zváranie obrobkov;
4. Získavanie polotovarov spracovaním polotovarov. Realizácia tejto etapy sa vykonáva kovaním alebo mechanickým spracovaním (brúsenie, leštenie). Stojí za zmienku, že mechanické spracovanie volfrámu je možné len pod vplyvom vysokých teplôt, inak ho nie je možné spracovať.

Súčasne musí byť prášok dobre prečistený s maximálnym prípustným percentom nečistôt do 0,05%.

Táto metóda umožňuje získať volfrámové tyče so štvorcovým prierezom od 8x8 do 40x40 mm a dĺžkou 280-650 mm. Stojí za zmienku, že pri izbových teplotách sú dosť silné, ale majú zvýšenú krehkosť.

Poistka

Táto metóda sa používa, ak je potrebné získať volfrámové polotovary pomerne veľkých rozmerov - od 200 kg do 3 000 kg. Takéto polotovary sú zvyčajne potrebné na valcovanie, ťahanie rúr a výrobu výrobkov odlievaním. Tavenie vyžaduje vytvorenie špeciálnych podmienok - vákua alebo riedkej atmosféry vodíka. Výstupom sú volfrámové ingoty, ktoré majú hrubokryštalickú štruktúru a sú tiež vysoko krehké v dôsledku prítomnosti veľkého množstva nečistôt. Obsah nečistôt je možné znížiť predtavením volfrámu v peci s elektrónovým lúčom. Štruktúra však zostáva nezmenená. V tejto súvislosti sa na zmenšenie veľkosti zrna ingoty ďalej tavia, ale v elektrickej oblúkovej peci. Súčasne sa počas procesu tavenia do ingotov pridávajú legujúce látky, ktoré dávajú volfrámu špeciálne vlastnosti.

Na získanie volfrámových ingotov s jemnozrnnou štruktúrou sa používa oblúkové tavenie lebky s odlievaním kovu do formy.

Spôsob získavania kovu určuje prítomnosť prísad a nečistôt v ňom. Dnes sa teda vyrába niekoľko druhov volfrámu.

Volfrámové triedy

1. HF - čistý volfrám, ktorý neobsahuje žiadne prísady;
2. VA je kov obsahujúci hliník a silika-alkalické prísady, ktoré mu dodávajú ďalšie vlastnosti;
3. VM je kov obsahujúci tórium a silika-alkalické prísady;
4. VT - volfrám, ktorý obsahuje oxid tória ako prísadu, čo výrazne zvyšuje emisné vlastnosti kovu;
5. VI - oxid ytria obsahujúci kov;
6. VL - volfrám s oxidom lantanitým, ktorý tiež zvyšuje emisné vlastnosti;
7. VR - zliatina rénia a volfrámu;
8. VРН - v kove nie sú žiadne prísady, avšak nečistoty môžu byť prítomné vo veľkých objemoch;
9. MV je zliatina volfrámu s molybdénom, ktorá výrazne zvyšuje pevnosť po žíhaní pri zachovaní ťažnosti.

Kde sa používa volfrám?

Chemický prvok 74 sa vďaka svojim jedinečným vlastnostiam stal nenahraditeľným v mnohých priemyselných odvetviach.

1. Hlavné použitie volfrámu je ako základ na výrobu žiaruvzdorných materiálov v metalurgii.
2. S povinnou účasťou volfrámu sa vyrábajú žeraviace vlákna, ktoré sú hlavným prvkom osvetľovacích zariadení, obrazoviek a iných vákuových trubíc.
3. Tento kov je tiež základom výroby ťažkých zliatin používaných ako protizávažia, podkaliberné jadrá na prerážanie panciera a projektily delostreleckých zbraní s plochými rebrami.
4. Volfrám je elektróda používaná pri zváraní argónovým oblúkom;
5. Jeho zliatiny sú vysoko odolné voči rôznym teplotám, kyslému prostrediu, ako aj tvrdosti a oderuvzdornosti, a preto sa používajú pri výrobe chirurgických nástrojov, pancierovania tankov, torpéd a projektilov, častí lietadiel a motorov, ako aj zásobníkov jadrových zbraní. . mrhať;
6. Vákuové odporové pece, ktorých teplota dosahuje extrémne vysoké hodnoty, sú vybavené vykurovacími prvkami tiež vyrobenými z volfrámu;
7. Použitie volfrámu je populárne na zabezpečenie ochrany pred ionizujúcim žiarením.
8. Zlúčeniny volfrámu sa používajú ako legujúce prvky, vysokoteplotné mazivá, katalyzátory, pigmenty a tiež na premenu tepelnej energie na elektrickú energiu (ditellurid volfrámu).

Volfrám je chemický prvok Mendelejevovej periodickej tabuľky, ktorý patrí do skupiny VI. V prírode sa volfrám vyskytuje ako zmes piatich izotopov. Vo svojej bežnej forme a za bežných podmienok je to tvrdý kov striebristo sivej farby. Je tiež najviac žiaruvzdorný zo všetkých kovov.

Základné vlastnosti volfrámu

Volfrám je kov s pozoruhodnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Volfrám sa používa takmer vo všetkých odvetviach modernej výroby. Jeho vzorec je zvyčajne vyjadrený symbolom oxidu kovu - WO 3. Volfrám je považovaný za najviac žiaruvzdorný z kovov. Predpokladá sa, že iba seborgium môže byť ešte žiaruvzdornejšie. To sa však zatiaľ nedá s istotou povedať, keďže seborgium má veľmi krátku životnosť.

Tento kov má špeciálne fyzikálne a chemické vlastnosti. Volfrám má hustotu 19300 kg/m3, jeho teplota topenia je 3410 °C. Z hľadiska tohto parametra sa radí na druhé miesto za uhlíkom – grafitom či diamantom. V prírode sa volfrám vyskytuje vo forme piatich stabilných izotopov. Ich hmotnostné čísla sa pohybujú od 180 do 186. Volfrám má mocnosť 6 a v zlúčeninách môže byť 0, 2, 3, 4 a 5. Kov má tiež pomerne vysokú úroveň tepelnej vodivosti. Pre volfrám je toto číslo 163 W/(m*deg). Z hľadiska tejto vlastnosti prevyšuje aj také zlúčeniny, ako sú hliníkové zliatiny. Hmotnosť volfrámu je určená jeho hustotou, ktorá je 19 kg/m3. Oxidačný stav volfrámu sa pohybuje od +2 do +6. Vo vyšších stupňoch oxidácie má kov kyslé vlastnosti a v nižších má zásadité vlastnosti.

V tomto prípade sa zliatiny nižších zlúčenín volfrámu považujú za nestabilné. Najodolnejšie sú spoje so stupňom +6. Vykazujú tiež najcharakteristickejšie chemické vlastnosti kovu. Volfrám má vlastnosť ľahko vytvárať komplexy. Ale volfrámový kov je zvyčajne veľmi odolný. S kyslíkom začína interagovať až pri teplote +400 °C. Kryštálová mriežka volfrámu je kubického typu so stredom tela.

Interakcia s inými chemikáliami

Ak sa volfrám zmieša so suchým fluórom, môžete získať zlúčeninu nazývanú hexafluorid, ktorá sa topí pri teplote 2,5 ° C a vrie pri 19,5 ° C. Podobná látka sa získava spojením volfrámu s chlórom. Takáto reakcia si ale vyžaduje dosť vysokú teplotu – asi 600 °C. Látka však ľahko odoláva ničivým účinkom vody a prakticky nepodlieha zmenám v chlade. Volfrám je kov, ktorý sa bez kyslíka nerozpúšťa v zásadách. Ľahko sa však rozpúšťa v zmesi HNO 3 a HF. Najdôležitejšími chemickými zlúčeninami volfrámu sú jeho trioxid WO 3, H 2 WO 4 – kyselina volfrámová, ako aj jeho deriváty – wolfrámové soli.

Na niektoré chemické vlastnosti volfrámu sa môžeme pozrieť pomocou reakčných rovníc. Napríklad vzorec WO 3 + 3H 2 = W + 3H 2 O. V ňom sa kovový volfrám redukuje z oxidu a prejavuje sa jeho schopnosť interagovať s vodíkom. Táto rovnica odráža proces získavania volfrámu z jeho trioxidu. Nasledujúci vzorec označuje takú vlastnosť, ako je praktická nerozpustnosť volfrámu v kyselinách: W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O. Jednou z najvýznamnejších látok obsahujúcich volfrám je karbonyl. Vytvára husté a ultratenké povlaky čistého volfrámu.

História objavovania

Volfrám je kov, ktorý dostal svoje meno z latinského jazyka. V preklade toto slovo znamená „vlčia pena“. Toto nezvyčajné meno sa objavilo kvôli správaniu kovu. Volfrám, ktorý sprevádzal ťaženú cínovú rudu, zasahoval do uvoľňovania cínu. Kvôli nej pri procese tavenia vznikala iba troska. O tomto kove sa hovorilo, že „žerie cín, ako vlk žerie ovcu“. Mnoho ľudí sa pýta, kto objavil chemický prvok volfrám?

Tento vedecký objav urobili súčasne na dvoch miestach rôzni vedci, nezávisle od seba. V roku 1781 švédsky chemik Scheele získal takzvaný „ťažký kameň“ vykonaním experimentov s kyselinou dusičnou a scheelitom. V roku 1783 oznámili objav nového prvku aj bratia chemici zo Španielska menom Eluard. Presnejšie, objavili oxid wolfrámu, ktorý sa rozpúšťal v amoniaku.

Zliatiny s inými kovmi

V súčasnosti sa rozlišujú jednofázové a viacfázové zliatiny volfrámu. Obsahujú jeden alebo viac cudzích prvkov. Najznámejšou zlúčeninou je zliatina volfrámu a molybdénu. Prídavok molybdénu dáva volfrámu jeho pevnosť v ťahu. Do kategórie jednofázových zliatin sú zahrnuté aj zlúčeniny volfrámu s titánom, hafniom a zirkónom. Rénium dáva volfrámu najväčšiu ťažnosť. Praktické použitie takejto zliatiny je však pomerne náročný proces, pretože rénium je veľmi ťažké získať.

Pretože volfrám je jedným z najviac žiaruvzdorných materiálov, výroba zliatin volfrámu nie je ľahká úloha. Keď tento kov práve začne vrieť, ostatné už prechádzajú do kvapalného alebo plynného stavu. Moderní vedci však vedia, ako vyrábať zliatiny pomocou procesu elektrolýzy. Na nanášanie ochrannej vrstvy na krehké materiály sa používajú zliatiny obsahujúce volfrám, nikel a kobalt.

V modernom metalurgickom priemysle sa zliatiny vyrábajú aj pomocou volfrámového prášku. Na jeho vytvorenie sú potrebné špeciálne podmienky vrátane vytvorenia vákuového prostredia. Kvôli niektorým vlastnostiam interakcie volfrámu s inými prvkami metalurgovia uprednostňujú vytváranie zliatin nie s dvojfázovými charakteristikami, ale s použitím 3, 4 alebo viacerých komponentov. Tieto zliatiny sú obzvlášť pevné, ale s prísnym dodržiavaním vzorcov. Pri najmenších odchýlkach v percentách zložiek sa zliatina môže ukázať ako krehká a nevhodná na použitie.

Volfrám je prvok používaný v technológii

Vlákna bežných žiaroviek sú vyrobené z tohto kovu. Rovnako ako trubice pre röntgenové prístroje, komponenty vákuových pecí, ktoré sa musia používať pri extrémne vysokých teplotách. Oceľ, ktorá obsahuje volfrám, má veľmi vysokú úroveň pevnosti. Takéto zliatiny sa používajú na výrobu nástrojov v širokej škále oblastí: vŕtanie studní, medicína a strojárstvo.

Hlavnou výhodou spájania ocele a volfrámu je odolnosť proti opotrebovaniu a pravdepodobnosť poškodenia. Najznámejšia zliatina volfrámu v stavebníctve sa nazýva „výhra“. Tento prvok je tiež široko používaný v chemickom priemysle. S jeho pridaním sa vytvárajú farby a pigmenty. V tejto oblasti sa používa najmä oxid volfrámu 6 Používa sa na výrobu karbidov a halogenidov volfrámu. Ďalším názvom tejto látky je oxid wolfrámový. 6 sa používa ako žltý pigment vo farbách na keramiku a sklo.

Čo sú ťažké zliatiny?

Všetky zliatiny na báze volfrámu, ktoré majú vysokú hustotu, sa nazývajú ťažké. Získavajú sa iba metódami práškovej metalurgie. Volfrám je vždy základom ťažkých zliatin, kde jeho obsah môže byť až 98%. Okrem tohto kovu sa do ťažkých zliatin pridáva aj nikel, meď a železo. Môžu však zahŕňať aj chróm, striebro, kobalt a molybdén. Najpopulárnejšie zliatiny sú VMF (volfrám - nikel - železo) a VNM (volfrám - nikel - meď). Vysoká úroveň hustoty takýchto zliatin im umožňuje absorbovať nebezpečné gama žiarenie. Vyrábajú sa z nich zotrvačníky kolies, elektrické kontakty, rotory pre gyroskopy.

Wolfram karbid

Približne polovica všetkého volfrámu sa používa na výrobu silných kovov, najmä karbidu volfrámu, ktorý má teplotu topenia 2770 C. Karbid volfrámu je chemická zlúčenina, ktorá obsahuje rovnaký počet atómov uhlíka a volfrámu. Táto zliatina má špeciálne chemické vlastnosti. Volfrám mu dodáva takú pevnosť, že je dvakrát pevnejší ako oceľ.

Karbid volfrámu je široko používaný v priemysle. Vyrábajú sa z neho rezné predmety, ktoré musia byť veľmi odolné voči vysokým teplotám a oderu. Tiež vyrobené z tohto prvku:

• Časti lietadiel, motory automobilov.
• Časti pre vesmírne lode.
• Lekárske chirurgické nástroje používané v oblasti brušnej chirurgie. Takéto nástroje sú drahšie ako bežná lekárska oceľ, ale sú produktívnejšie.
• Šperky, najmä snubné prstene. Obľúbenosť volfrámu je spojená s jeho trvanlivosťou, ktorá pre tých, ktorí sa vezmú, symbolizuje silu vzťahu, ako aj jeho vzhľad. Vlastnosti volfrámu v leštenej forme sú také, že si zachováva zrkadlový, lesklý vzhľad po veľmi dlhú dobu.
• Guľôčky pre luxusné guľôčkové perá.

Win - zliatina volfrámu

Okolo druhej polovice 20. rokov 20. storočia mnohé krajiny začali vyrábať zliatiny pre rezné nástroje, ktoré sa získavali z karbidov volfrámu a kovového kobaltu. V Nemecku sa takáto zliatina nazývala Vidia, v štátoch carbola. V Sovietskom zväze sa takáto zliatina nazývala „výhra“. Tieto zliatiny sa výborne osvedčili na obrábanie výrobkov z liatiny. Pobedit je kovovo-keramická zliatina s extrémne vysokou úrovňou pevnosti. Vyrába sa vo forme tanierov rôznych tvarov a veľkostí.

Proces výroby pobeditu sa skladá z nasledovného: vezme sa prášok karbidu volfrámu, jemný prášok niklu alebo kobaltu a všetko sa zmieša a lisuje v špeciálnych formách. Takto vylisované platne sa podrobia ďalšiemu tepelnému spracovaniu. To vytvára veľmi tvrdú zliatinu. Tieto doštičky sa nepoužívajú len na rezanie liatiny, ale aj na výrobu vŕtacích nástrojov. Pobeditové platne sú prispájkované na vŕtacie zariadenie pomocou medi.

Prevalencia volfrámu v prírode

Tento kov je v životnom prostredí veľmi vzácny. Po všetkých prvkoch mu patrí 57. miesto a nachádza sa vo forme clarke volfrámu. Kov tvorí aj minerály – scheelit a wolframit. Volfrám migruje do podzemnej vody buď ako vlastný ión alebo vo forme rôznych zlúčenín. Ale jeho najvyššia koncentrácia v podzemnej vode je zanedbateľná. Ide o stotiny mg/l a prakticky nemení ich chemické vlastnosti. Volfrám sa môže dostať aj do prírodných vodných útvarov z odpadových vôd z tovární a tovární.

Účinok na ľudský organizmus

Volfrám prakticky nevstupuje do tela s vodou alebo jedlom. Pri práci môže hroziť vdýchnutie častíc volfrámu vo vzduchu. Napriek tomu, že volfrám patrí do kategórie ťažkých kovov, nie je toxický. Otrava volfrámom sa vyskytuje iba medzi tými, ktoré sú spojené s výrobou volfrámu. Zároveň sa mení stupeň vplyvu kovu na telo. Napríklad prášok volfrámu, karbid volfrámu a látka, ako je anhydrit volfrámu, môžu spôsobiť poškodenie pľúc. Jeho hlavnými príznakmi sú všeobecná nevoľnosť a horúčka. Závažnejšie príznaky sa vyskytujú pri otravách zliatinami volfrámu. K tomu dochádza pri vdychovaní zliatinového prachu a vedie k bronchitíde a pneumoskleróze.

Kovový volfrám, ktorý vstupuje do ľudského tela, nie je absorbovaný v črevách a postupne sa vylučuje. Veľké nebezpečenstvo môžu predstavovať zlúčeniny volfrámu, ktoré sú klasifikované ako rozpustné. Ukladajú sa v slezine, kostiach a koži. Pri dlhšom vystavení volfrámovým zlúčeninám sa môžu vyskytnúť príznaky, ako sú krehké nechty, olupovanie kože a rôzne typy dermatitídy.

Zásoby volfrámu v rôznych krajinách

Najväčšie zdroje volfrámu sa nachádzajú v Rusku, Kanade a Číne. Podľa predpovedí vedcov sa na domácich územiach nachádza asi 943 tisíc ton tohto kovu. Ak veríme týmto odhadom, prevažná väčšina zásob sa nachádza na južnej Sibíri a na Ďalekom východe. Podiel preskúmaných zdrojov je veľmi malý – je to len asi 7 %.

Z hľadiska počtu preskúmaných ložísk volfrámu je Rusko na druhom mieste za Čínou. Väčšina z nich sa nachádza v regiónoch Kabardino-Balkaria a Buryatia. No v týchto ložiskách sa neťaží čistý volfrám, ale jeho rudy, ktoré obsahujú aj molybdén, zlato, bizmut, telúr, skandium a ďalšie látky. Dve tretiny objemov volfrámu získaného z preskúmaných zdrojov sú obsiahnuté v ťažko spracovateľných rudách, kde hlavným minerálom obsahujúcim volfrám je scheelit. Podiel ľahko spracovateľných rúd tvorí len tretinu celej produkcie. Vlastnosti volfrámu ťaženého v Rusku sú nižšie ako v zahraničí. Rudy obsahujú veľké percento oxidu wolfrámového. V Rusku je veľmi málo ložísk rýhovacích kovov. Volfrámové piesky sú tiež nízkej kvality, s množstvom oxidov.

Volfrám v ekonomike

Celosvetová produkcia volfrámu začala rásť okolo roku 2009, keď sa ázijský priemysel začal zotavovať. Čína zostáva najväčším producentom volfrámu. Napríklad v roku 2013 tvorila produkcia tejto krajiny 81 % celosvetovej ponuky. Asi 12 % dopytu po volfráme pochádza z odvetvia osvetlenia. Podľa odborníkov bude používanie volfrámu v tejto oblasti klesať na pozadí používania LED a žiariviek v domácich podmienkach aj vo výrobe.

Predpokladá sa, že dopyt po volfráme v elektronickom priemysle sa zvýši. Vysoká odolnosť volfrámu proti opotrebovaniu a schopnosť odolávať elektrine z neho robí najvhodnejší kov na výrobu regulátorov napätia. Z hľadiska objemu je však tento dopyt stále celkom zanedbateľný a predpokladá sa, že do roku 2018 porastie len o 2 %. Podľa prognóz vedcov by však v blízkej budúcnosti malo dôjsť k zvýšeniu dopytu po slinutých karbidoch. Je to spôsobené rastom výroby automobilov v USA, Číne, Európe, ako aj nárastom ťažobného priemyslu. Predpokladá sa, že do roku 2018 sa dopyt po volfráme zvýši o 3,6%.

Volfrám hrá v moderných technológiách mimoriadne dôležitú úlohu. Používa sa v oceliarskom priemysle, pri výrobe tvrdých zliatin, pri výrobe kyselinovzdorných a iných špeciálnych zliatin, v elektrotechnike, pri výrobe farbív, ako chemické činidlá atď.

Asi 70 % všetkého vyťaženého volfrámu ide na výrobu ferowolfrámu, vo forme ktorého sa zavádza do ocele. V najbohatších a najbežnejších volfrámových oceliach (pri vysokorýchlostnom rezaní) tvorí volfrám komplexné karbidy obsahujúce volfrám, ktoré zvyšujú tvrdosť ocele, najmä pri zvýšených teplotách (červená tvrdosť). zavedenie rezačiek z ocele s obsahom volfrámu do praxe kovoobrábacích závodov umožnilo mnohonásobné zvýšenie reznej rýchlosti. V súčasnosti frézy z rýchloreznej ocele ustupujú frézam z kovokeramických tvrdých zliatin, vyrábaných na báze karbidu volfrámu s prídavkom cementačnej prísady Do niektorých tvrdých zliatin sa zavádzajú aj karbidy titánu, tantalu a nióbu . Moderné rezné rýchlosti dosiahnuté výrobnými inovátormi boli dosiahnuté presne s frézami vyrobenými z karbidových zliatin. Pozoruhodné sú zliatiny volfrámu, ktoré majú zvýšenú tepelnú odolnosť: napríklad pridanie 1 % nióbu, tantalu, molybdénu, ktoré tvoria s volfrámom tuhý roztok, zvyšuje teplotu topenia kovu nad 3300 °C, zatiaľ čo pridanie 1 % železo, ktoré je veľmi málo rozpustné vo volfráme, znižuje bod topenia na 1640 °C. Výskum v tejto oblasti je v Spojených štátoch rozšírený.

Kovový volfrám nachádza rôzne aplikácie v elektrotechnike a röntgenovom inžinierstve. Volfrám sa používa na výrobu vlákien do elektrických lámp. Volfrám je na tento účel obzvlášť vhodný vďaka svojej vysokej žiaruvzdornosti a veľmi nízkej prchavosti: pri teplotách rádovo 2500 °C, pri ktorých vlákna fungujú, tlak pár volfrámu nedosahuje 1 mm Hg. Ohrievače pre elektrické pece, ktoré odolávajú teplotám do 3000°C sa vyrábajú aj z kovového volfrámu Kovový volfrám sa používa na antikatódy röntgenových trubíc, na rôzne časti elektrických vákuových zariadení, na rádiové zariadenia, usmerňovače prúdu atď. V galvanometroch sa používajú tenké volfrámové vlákna. Podobné nite sa používajú na chirurgické účely. Nakoniec sa volfrámový kov používa na výrobu rôznych vinutých pružín, ako aj častí, ktoré vyžadujú materiál odolný voči rôznym chemickým vplyvom.

Zlúčeniny volfrámu boli veľmi široko používané ako farbivá. V Číne sa zachovali starožitné porcelánové výrobky natreté nezvyčajnou „broskyňovou“ farbou štúdie ukázali, že farba obsahuje volfrám.

Soli volfrámu sa používajú na dodanie požiarnej odolnosti niektorým tkaninám. Ťažké, drahé hodváby vďačia za svoju krásu volfrámovým soliam, ktorými sú impregnované.

Prípravky z čistého volfrámu sa používajú v chemickej analýze ako činidlá pre alkaloidy a iné látky. Ako katalyzátory sa používajú aj zlúčeniny volfrámu.

1. Ponúkame nasledujúce volfrámové produkty: volfrámový pás, volfrámový drôt, volfrámový drôt, volfrámový drôt.