Gdje se volfram koristi u svakodnevnom životu. Gdje se koristi volfram visoke gustine?

Tungsten. Hemijski element, simbol W (latinski Wolframium, engleski Tungsten, francuski Tungsten, njemački Wolfram, od njemačkog Wolf Rahm - vučja pljuvačka, pjena). Ima serijski broj 74, atomska težina 183,85, gustina 19,30 g/cm3, tačka topljenja 3380° C, tačka ključanja 5680°C.

Volfram je svijetlosivi metal sobnoj temperaturi ima visoku otpornost na koroziju u vodi i na vazduhu, kao iu kiselinama i alkalijama. Počinje lagano oksidirati na zraku na 400-500° C (na temperaturi crvene topline) i intenzivno oksidira na višim temperaturama. Volfram stvara dva stabilna oksida: WO3 i WO2 . Volfram ne stupa u interakciju sa vodonikom praktično do samog topljenja, a sa azotom počinje da reaguje tek na temperaturama iznad 2000° C. Sa hlorom volfram stvara hloride WCl 2 , WCl 4 , WCl 5 , WCl 6 . Čvrsti ugljik i neki plinovi koji ga sadrže 1100-1200° C reaguje sa volframom i formira karbide WC i W2C.

Volfram se otapa u mješavinama fluorovodonika i azotna kiselina , takođe se rastvara u rastopljenim alkalijama sa pristupom vazduhu i posebno oksidacionim agensima. Odvojene kiseline ne djeluju na volfram.

Volfram vrlo visoke čistoće je duktilan na sobnoj temperaturi. U pogledu čvrstoće na visokim temperaturama, volfram nadmašuje sve ostale metale. Namehanička svojstva volfram je pod jakim uticajem nečistoća. Sadržaj malih količina nečistoća u metalu čini ga vrlo krhkim (hladnolomnim). Kiseonik, azot, ugljenik, gvožđe, fosfor i silicijum imaju najnegativniji uticaj na svojstva volframa.

Volfram se široko koristi u industriji radio cijevi, radiotehnici i elektronskoj vakuumskoj industriji za proizvodnju filamenata, grijača i ekrana za visokotemperaturne vakuumske peći, električni kontakti, katode rendgenske cijevi.

U metalurgiji se čelici legiraju volframom i koriste u proizvodnji tvrdih legura (na primjer, pobijedit će legura cermeta na bazi volfram karbida), u kemijskoj industriji se izrađuju boje i katalizatori, u raketnoj tehnologiji - proizvodi koji rade na vrlo visokim temperaturama, u nuklearnoj industriji - lončići za skladištenje radioaktivnih materijala, kao zaštitno djelovanje na leguru volframa, nikla i bakra je veći od olova . Legure sa metalima se dobijaju sinterovanjem, a ne pritiskom, jer se na tački topljenja volframa mnogi metali pretvaraju u paru.

Volfram se takođe koristi za premazivanje: na delovima koji rade na veoma visokim temperaturama u redukcionom i neutralnom okruženju; za kalupe za livenje molibden koristi se za proizvodnju šipki od visoko radioaktivnih metala; na tarnim dijelovima.

Uobičajene su i legure na bazi volframa sa renijumom. Dodatak renijumu (do 20-25%) smanjuje temperaturu prijelaza volframa u krto stanje, naglo povećava njegovu duktilnost pri normalnoj temperaturi i poboljšava tehnološka svojstva. Legure se dobijaju metodom metalurgija praha i topljenje u električnom luku vakumske peći. Od ovih legura izrađuju se termoparovi i električni kontakti.

Volframove legure sa molibden pogodan za rad na temperaturama iznad 3000° C, koriste se za mlaznice mlaznih motora.

Kada se volfram zagreje iznad 400° Sa oksidom u prahu koji se formira na njegovoj površini žuta boja, koji primjetno isparava na temperaturama iznad 800° C. Stoga se volfram može koristiti kao materijal visoke čvrstoće na visokim temperaturama samo kada pouzdana zaštita površine proizvoda od izlaganja oksidirajućoj sredini ili kada se radi u neutralnom okruženju ili u vakuumu. Za kratkotrajnu zaštitu volframa od oksidacije na 2000-3000° Uz korištenje keramičkih premaza nalik na emajl koji sadrže vatrostalne spojeve kao glavno punilo za njih vatrostalno vezivno staklo.

Tungsten in moderna tehnologija igra izuzetno važnu ulogu. Koristi se u industriji čelika, u proizvodnji tvrdih legura, u proizvodnji kiselina otpornih i drugih specijalnih legura, u elektrotehnici, u proizvodnji boja, kao hemijski reagensi itd.

Oko 70% svega iskopanog volframa odlazi na proizvodnju ferovolframa, u obliku kojeg se unosi u čelik. U najbogatijim volframom i najčešćim volframovim čelicima (u brzoreznim čelicima), volfram stvara složene karbide koji sadrže volfram koji povećavaju tvrdoću čelika, posebno na povišenim temperaturama (crvena tvrdoća).višestruko povećavaju brzinu rezanja. . Rezači brzoreznog čelika danas ustupaju mjesto rezačima od kermet tvrdih legura na bazi volfram karbida uz dodatak cementnog aditiva, au neke tvrde legure unose se i titan, tantal i niobij karbidi. Moderne brzine Rezovi koje postižu inovatori proizvodnje dobijaju se upravo rezačima od tvrdih legura.Legura volframa sa drugim metalima ima široku lepezu primene: legura nikl-volfram-hrom se odlikuje svojstvima otpornosti na kiseline. Skreće se pažnja na legure volframa sa povećanom otpornošću na toplinu: na primjer, dodatak 1% niobija, tantala, molibdena, koji tvore čvrstu otopinu s volframom, povećava tačku topljenja metala iznad 3300 °C, dok dodatak 1% gvožđa, koje je vrlo slabo rastvorljivo u volframu, snižava tačku topljenja na 1640°C. Istraživanja u ovoj oblasti su široko razvijena u SAD.

Metalni volfram nalazi različite primjene u elektrotehnici i rendgenskom inženjerstvu. Filamenti električnih lampi su napravljeni od volframa. Volfram je posebno pogodan za ovu svrhu zbog svoje visoke vatrostalnosti i vrlo niske isparljivosti: na temperaturama reda od 2500 °C, na kojima rade filamenti, pritisak pare volframa ne dostiže 1 mm Hg. Grijači se također izrađuju od metalnog volframa za električne pećnice koji može izdržati temperature do 3000°C. Metalni volfram se koristi za antikatode rendgenskih cijevi, za razne dijelove elektrovakuumske opreme, za radio uređaje, strujne ispravljače itd. Tanke volframove niti se koriste u galvanometrima. Slične niti se koriste u hirurške svrhe. Konačno, volfram metal se koristi za izradu raznih spiralnih opruga, kao i dijelova za koje je potreban materijal otporan na različite kemijske utjecaje.

Jedinjenja volframa su se vrlo široko koristila kao boje. U Kini su farbani drevni predmeti od porcelana neobična boja"breskva", studije su pokazale da boja sadrži volfram.

Soli volframa se koriste za davanje otpornosti na vatru nekim tkaninama. Teška skupa svila svoju ljepotu duguje volframovim solima kojima su impregnirane.

Preparati čistog volframa koriste se u hemijskim analizama kao reagensi za alkaloide i druge supstance. Jedinjenja volframa se takođe koriste kao katalizatori.

1. Nudimo sljedeće proizvode od volframa: volfram traka, volfram žica, volfram šipka, volfram šipka.

Sadržaj članka

TUNGSTEN– (Volframijum), W – hemijski element 6 (VIb) grupe periodnog sistema D. I. Mendeljejeva, atomski broj 74, atomska masa 183.85. Poznata su 33 izotopa volframa: od 158 W do 190 W. U prirodi je pronađeno pet izotopa, od kojih su tri stabilna: 180 W (udio među prirodnim izotopima je 0,120%), 182 W (26,498%), 186 W (28,426%), a druga dva su slabo radioaktivna: 183 W (14,314%, T ½ = 1,1 10 17 godina), 184 W (30,642%, T ½ = 3 10 17 godina). Konfiguracija elektronske ljuske je 4f 14 5d 4 6s 2 . Najkarakterističnije oksidaciono stanje je +6. Poznata su jedinjenja sa oksidacionim stanjima volframa +5, +4, +3, +2 i 0.

Još u 14.-16. vijeku. rudari i metalurzi u Rudnim planinama Saksonije su primijetili da su neke rude poremetile redukciju kalajnog kamena (mineral kasiterit, SnO 2) i dovele do troske rastopljenog metala. Na stručni jezik U to vrijeme ovaj proces je okarakterisan ovako: "Ove rude čupaju lim i proždiru ga, kao što vuk proždire ovcu." Rudari su ovoj "dosadnoj" rasi dali imena "Wolfert" i "Wolfrahm", što znači "vučja pjena" ili "pjena u ustima ljutog vuka". Njemački hemičar i metalurg Georg Agricola u svom temeljnom djelu Dvanaest knjiga o metalima(1556) vodi Latinski naziv ovog minerala - Spuma Lupi, ili Lupus spuma, koji je u suštini paus papir od popularnog njemačkog imena.

Godine 1779. Peter Wulf istraživao je mineral koji se danas zove volframit (FeWO 4 x MnWO 4) i zaključio da mora sadržavati do sada nepoznatu supstancu. Godine 1783. u Španiji su braća d'Elguyar (Juan Jose i Fausto D'Elhuyar de Suvisa) izolovali "kiselu zemlju" iz ovog minerala uz pomoć azotne kiseline, žutog taloga nepoznatog metalnog oksida, rastvorljivog u amonijačnoj vodi. . U mineralu su također pronađeni oksidi željeza i mangana. Juan i Fausto su kalcinirali "zemlju" sa ugalj i dobio metal, koji su predložili nazvati "volfram", a sam mineral - "volframit". Tako su španjolski hemičari d'Elguiar prvi objavili informaciju o otkriću novog elementa.

Kasnije se saznalo da je po prvi put volframov oksid pronađen ne u "gušcu kalaja" - volframitu, već u drugom mineralu.

Godine 1758. švedski hemičar i mineralog Aksel Fredrik Kronsted je otkrio i opisao neobično težak mineral (CaWO 4, kasnije nazvan šeelit), koji je nazvao Tung Sten, što na švedskom znači "teški kamen". Kronstedt je bio uvjeren da ovaj mineral sadrži novi, još neotkriven element.

Godine 1781. veliki švedski hemičar Karl Scheele razgradio je "teški kamen" azotnom kiselinom, otkrivši, pored soli kalcijuma, "žutu zemlju", koja nije nalik na bijelu "zemlju molibdena", koju je prvi put izolovao prije tri godine. . Zanimljivo je da je jedan od braće d"Elguillard radio u to vrijeme u svojoj laboratoriji. Scheele je metal nazvao "volfram", po imenu minerala iz kojeg je prvi put izolovan žuti oksid. Dakle, isti element je imao dva imena.

Godine 1821, von Leonhard je predložio da se mineral CaWO 4 nazove šeetom.

Naziv volfram se može naći u Lomonosovu; Solovjov i Hes (1824) ga zovu volframijum, Dvigubski (1824) - volframijum.

Čak i na početku 20. veka. u Francuskoj, Italiji i anglosaksonskim zemljama, element "volfram" je označen kao Tu (od volfram). Tek sredinom prošlog vijeka uspostavljen je moderni simbol W.

Volfram u prirodi. Vrste depozita.

Volfram je prilično rijedak element, njegov clark ( postotak u zemljinoj kori) iznosi 1,3 10 -4% (57. mjesto među hemijskim elementima).

Volfram se uglavnom javlja u obliku volframa gvožđa i mangana ili kalcijuma, a ponekad i olova, bakra, torija i retkozemnih elemenata.

Najčešći mineral volframit je čvrsti rastvor volframata gvožđa i mangana (Fe, Mn)WO 4 . To su teški tvrdi kristali koji imaju boju od smeđe do crne, ovisno o tome koji element prevladava u njihovom sastavu. Ako ima više mangana (Mn:Fe> 4:1), onda su kristali crni, ali ako preovlađuje gvožđe (Fe:Mn> 4:1), oni su smeđi. Prvi mineral se zove hübnerit, drugi - ferberit. Volframit je paramagnetičan i dobar provodnik struje.

Od ostalih minerala volframa, šelit, kalcijum volframat CaWO 4, je od industrijskog značaja. Formira kristale, blistave poput stakla, svijetložute, ponekad gotovo bijele boje. Šelit nije magnetiziran, ali ima još jednu karakterističnu osobinu - sposobnost luminesciranja. Ako je osvijetljen ultraljubičastih zraka, fluorescira jarko plavo u mraku. Primjesa molibdena mijenja boju sjaja scheelite: postaje blijedoplava, a ponekad čak i kremasta. Ovo svojstvo scheelite, koje se koristi u geološkim istraživanjima, služi kao funkcija pretraživanja koja vam omogućava da otkrijete mineralne naslage.

Po pravilu, nalazišta volframovih ruda su povezana sa područjima rasprostranjenosti granita. Veliki kristali volframita ili šeelita su vrlo rijetki. Obično su minerali samo isprepleteni u drevnim granitnim stijenama. Prosječna koncentracija volframa u njima je samo 1-2%, pa ga je prilično teško izdvojiti. Ukupno je poznato oko 15 vlastitih minerala volframa. Među njima su rasoit i stolcit, dvije različite kristalne modifikacije olovnog volframata PbWO 4 . Ostali minerali su produkti raspadanja ili sekundarni oblici uobičajenih minerala volframita i scheelite, kao što su volfram oker i hidrovolfram, koji je hidratizirani volframov oksid formiran od volframita; ruselit je mineral koji sadrži okside bizmuta i volframa. Jedini neoksidni mineral volframa je WS 2 volstenit, čije su glavne rezerve koncentrisane u SAD. Obično je sadržaj volframa u razvijenim ležištima u rasponu od 0,3 do 1,0% WO 3 .

Sva nalazišta volframa su magmatskog ili hidrotermalnog porijekla. Kako se magma hladi, dolazi do diferencijalne kristalizacije, pa se šelit i volframit često nalaze kao vene gdje je magma prodrla u pukotine. zemljine kore. Većina nalazišta volframa koncentrirana je u mladim planinskim lancima - Alpima, Himalajima i pacifičkom pojasu. Prema Geološkom zavodu SAD za 2003. (U.S. Geological Surveys), oko 62% svjetskih rezervi volframa nalazi se u Kini. Značajna ležišta ovog elementa istražena su i u SAD (Kalifornija, Kolorado), Kanadi, Rusiji, sjeverna koreja, Bolivija, Brazil, Australija i Portugal.

Svjetske rezerve volframovih ruda procjenjuju se na 2,9 106 tona metala. najveće rezerve Kina ima (1,8 106 tona), drugo mjesto dijele Kanada i Rusija (2,6 105 i 2,5 105 tona, respektivno). Sjedinjene Države su na trećem mjestu (1,4 105 tona), ali su sada gotovo sva američka nalazišta zatvorena. Od ostalih zemalja, značajne rezerve imaju Portugal (zalihe od 25.000 tona), Sjeverna Koreja (35.000 tona), Bolivija (53.000 tona) i Austrija (10.000 tona).

Godišnja svjetska proizvodnja volframovih ruda iznosi 5,95·10 4 tone metala, od čega se 49,5·10 4 tone (83%) vadi u Kini. Rusija proizvodi 3400 tona, Kanada - 3000 tona.

Ostrvo King u Australiji proizvodi 2000-2400 tona volframove rude godišnje. U Austriji, scheelite se kopa u Alpima (pokrajine Salzburg i Steiermark). Zajedničko nalazište volfram-zlato-bizmut (rudnici Kanung i ležište Calzas u Jukonu) se razvija na sjeveroistoku Brazila, s procijenjenim rezervama zlata od 1 milion unci i 30.000 tona volfram-oksida. Svjetski lider u razvoju sirovina od volframa je Kina (polja Jianshi (60% kineske proizvodnje volframa), Hunan (20%), Yunnan (8%), Guangdong (6%), Guangzhi i Unutrašnja Mongolija (2% svaki) i drugi). Obim godišnje proizvodnje u Portugalu (nalazište Panashira) procjenjuje se na 720 tona volframa godišnje. U Rusiji se glavna nalazišta volframovih ruda nalaze u dvije regije: Daleki istok(Lermontovskoye ležište, 1700 tona koncentrata godišnje) i na Sjevernom Kavkazu (Kabardino-Balkaria, Tyrnyauz). Fabrika u Naljčiku prerađuje rudu u volframov oksid i amonijum paravolframat.

Najveći potrošač volframa je Zapadna Evropa - njen udio na svjetskom tržištu iznosi 30%. 25% ukupne potrošnje dolazi od sjeverna amerika i Kina, i 12–13% u Japan. Potražnja za volframom u zemljama ZND procjenjuje se na 3.000 tona metala godišnje.

Više od polovine (58%) svih utrošenih metala koristi se u proizvodnji volfram karbida, gotovo četvrtina (23%) - u obliku raznih legura i čelika. Proizvodnja volframovih "valjanih proizvoda" (filamenti za žarulje sa žarnom niti, električni kontakti i sl.) čini 8% proizvedenog volframa, a preostalih 9% se koristi u proizvodnji pigmenata i katalizatora.

Prerada volframovih sirovina.

Primarna ruda sadrži oko 0,5% volframovog oksida. Nakon flotacije i odvajanja nemagnetnih komponenti ostaje stijena koja sadrži oko 70% WO 3 . Obogaćena ruda (i oksidirani otpad od volframa) se zatim ispira natrijevim karbonatom ili hidroksidom:

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

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

WO 3 + Na 2 CO 3 \u003d Na 2 WO 4 + CO 2

WO 3 + 2NaOH \u003d Na 2 WO 4 + H 2 O

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

Dobivena otopina se oslobađa od mehaničkih nečistoća, a zatim se obrađuje. U početku se taloži kalcijum volframat, nakon čega slijedi njegovo razlaganje hlorovodoničnom kiselinom i otapanje rezultirajućeg WO 3 u vodenoj otopini amonijaka. Ponekad se pročišćavanje primarnog natrijevog volframata provodi pomoću smola za izmjenu jona. Krajnji proizvod procesa je amonijum paratungstat:

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

H 2 WO 4 \u003d WO 3 + H 2 O

WO 3 + 2NH 3 · H 2 O (konc.) \u003d (NH 4) 2 WO 4 + H 2 O

12(NH 4) 2 WO 4 + 14HCl (veoma razrijeđen) \u003d (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42 + 14NH 4 Cl + 6H 2 O

Drugi način izolacije volframa iz obogaćene rude je tretman hlorom ili klorovodikom. Ova metoda se zasniva na relativno niskoj tački ključanja volfram hlorida i oksohlorida (300°C). Metoda se koristi za dobijanje visoko čistog volframa.

Koncentrat volframita može se taliti direktno sa ugljem ili koksom u komori sa električnim lukom. Time se proizvodi ferovolfram, koji se koristi u proizvodnji legura u industriji čelika. Čisti koncentrat šeelita također se može dodati u talinu čelika.

Oko 30% svjetske potrošnje volframa osigurava se preradom sekundarnih sirovina. Kontaminirani ostaci volfram karbida, strugotine, piljevina i praškasti ostaci volframa se oksidiraju i pretvaraju u amonijum paravolframat. Ostatak brzoreznih čelika se koristi u proizvodnji istih čelika (do 60-70% ukupne taline). Otpaci volframa od žarulja sa žarnom niti, elektroda i hemijskih reagensa praktički se ne recikliraju.

Glavni međuproizvod u proizvodnji volframa je amonijum paratungstat (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O. Takođe je glavno transportovano jedinjenje volframa. Kalciniranjem amonijum paravolframa dobija se volfram(VI) oksid, koji se zatim tretira vodonikom na 700-1000°C da bi se dobio metalni volframov prah. Volfram karbid se dobija sinterovanjem sa ugljeničnim prahom na 900-2200°C (proces karburacije).

U 2002. godini cijena amonijum paravolframa, glavnog komercijalnog spoja volframa, iznosila je oko 9.000 dolara po toni u metalnom smislu. U posljednje vrijeme postoji trend pada cijena proizvoda od volframa zbog velike ponude iz Kine i zemalja bivšeg SSSR-a.

U Rusiji proizvode od volframa proizvodi: Skopinsky Hydrometalurgical Plant "Metalurg" ( Ryazan Oblast, volfram koncentrat i anhidrid), Fabrika Vladikavkaz Pobedit (Severna Osetija, volfram u prahu i ingoti), Nalčička hidrometalurška fabrika (Kabardino-Balkarija, metalni volfram, volfram karbid), Kirovgradska fabrika tvrdih legura ( Sverdlovsk region, volfram karbid, volframov prah), Elektrostal (Moskovska oblast, amonijum paratungstat, volfram karbid), Čeljabinska elektrometalurška tvornica (ferovolfram).

Svojstva jednostavne supstance.

Metalni volfram ima svijetlo sivu boju. Nakon ugljenika, ima najvišu tačku topljenja od svih jednostavne supstance. Njegova vrijednost je određena u rasponu od 3387–3422° C. Volfram ima odlična mehanička svojstva na visokim temperaturama i najniži koeficijent ekspanzije među svim metalima. Tačka ključanja je 5400–5700° C. Volfram je jedan od najtežih metala sa gustinom od 19250 kg/m 3 . Električna provodljivost volframa na 0°C iznosi oko 28% električne provodljivosti srebra, koji je najelektričniji metal. Čisti volfram je prilično jednostavan za obradu, ali obično sadrži nečistoće ugljika i kisika, što metalu daje njegovu dobro poznatu tvrdoću.

Volfram ima veoma visok modul zatezanja i kompresije, veoma visok otpor toplotnog puzanja, visoku toplotnu i električnu provodljivost, visoku elektronska emisija, koji se može dodatno poboljšati legiranjem volframa sa određenim metalnim oksidima.

Volfram je hemijski otporan. Hlorovodonična, sumporna, azotna, fluorovodonična kiselina, carska voda, vodeni rastvor natrijum hidroksida, amonijak (do 700°C), živa i živina para, vazduh i kiseonik (do 400°C), voda, vodonik, azot, ugljen monoksid(do 800 ° C), hlorovodonik (do 600 ° C) ne utiču na volfram. Amonijak pomešan sa vodikovim peroksidom, tečnim i kipućim sumporom, hlorom (preko 250°C), sumporovodikom na vrućim temperaturama, vrućom aqua regia, mešavinom fluorovodonične i azotne kiseline, taline nitrata, nitrita, kalijum hlorata, olovnog dioksida reagiraju s volframom, natrijum nitritom, vrućom dušičnom kiselinom, fluorom, bromom, jodom. Volfram karbid nastaje interakcijom ugljika sa volframom na temperaturama iznad 1400°C, oksid - interakcijom sa vodenom parom i sumpor-dioksidom (na temperaturi crvene toplote), ugljen-dioksidom (iznad 1200°C), oksidima aluminijuma, magnezijuma i torijum.

Svojstva najvažnijih jedinjenja volframa.

Među najvažnijim spojevima volframa su njegov oksid, hlorid, karbid i amonijum paravolframat.

Volfram(VI) oksid WO 3 je svijetložuta kristalna supstanca, koja postaje narandžasta kada se zagrije, tačka topljenja 1473 °C, tačka ključanja - 1800 °C. Odgovarajuća volframova kiselina je nestabilna, dihidrat se taloži u vodenom rastvoru, gubi jedan molekul vode na 70– 100 ° C, a drugi - na 180–350 ° C. Kada WO 3 reaguje sa alkalijama, nastaju volframati.

Anjoni volframovih kiselina imaju tendenciju da formiraju polispojine. Pri reakciji s koncentriranim kiselinama nastaju miješani anhidridi:

12WO 3 + H 3 PO 4 (kuhanje, konc.) = H 3

Kada volfram oksid stupi u interakciju s metalnim natrijem, nastaje nestehiometrijski natrijev volframat, koji se naziva "volframova bronca":

WO3+ x Na = Na x WO3

Prilikom redukcije volfram oksida vodonikom, u trenutku izolacije nastaju hidratizirani oksidi s mješovitim oksidacijskim stanjem - "volframovo plavo" WO 3- n(OH) n , n= 0,5–0,1.

WO 3 + Zn + HCl ® („plavo”), W 2 O 5 (OH) (smeđe)

Volfram(VI) oksid međuproizvod u proizvodnji volframa i njegovih spojeva. Komponenta je nekih industrijski važnih katalizatora hidrogenizacije i pigmenata za keramiku.

Više volfram hlorid WCl 6 nastaje interakcijom volfram oksida (ili metalnog volframa) sa hlorom (kao i sa fluorom) ili ugljen-tetrahloridom. Razlikuje se od ostalih jedinjenja volframa po niskoj tački ključanja (347°C). Po svojoj kemijskoj prirodi, klorid je kiseli klorid volframove kiseline, stoga pri interakciji s vodom nastaju nepotpuni kiseli kloridi, a pri interakciji s alkalijama nastaju soli. Kao rezultat redukcije volfram hlorida aluminijumom u prisustvu ugljičnog monoksida nastaje volfram karbonil:

WCl 6 + 2Al + 6CO \u003d Í̈ + 2AlCl 3 (u eteru)

WC od volframovog karbida se dobija reakcijom volframa u prahu sa ugljem u redukcionoj atmosferi. Tvrdoća, uporediva sa dijamantom, određuje opseg njegove primene.

Amonijum volframat (NH 4) 2 WO 4 je stabilan samo u rastvoru amonijaka. U razblaženom stanju hlorovodonične kiseline Taloži se amonijum paratungstat (NH 4) 10 H 2 W 12 O 42, koji je glavni međuproizvod volframa na svjetskom tržištu. Amonijum paratungstat se lako raspada kada se zagreje:

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

Upotreba volframa

Upotreba čistog metala i legura koje sadrže volfram zasniva se uglavnom na njihovoj vatrostalnosti, tvrdoći i hemijskoj otpornosti. Čisti volfram se koristi u proizvodnji filamenata za električne žarulje sa žarnom niti i katodnih cijevi, u proizvodnji lonaca za isparavanje metala, u kontaktima automobilskih razdjelnika paljenja, u metama rendgenskih cijevi; kao namotaji i grijaćih elemenata električne peći i kao konstrukcijski materijal za svemirska i druga vozila koja rade na visokim temperaturama. Brzorezni čelici (17,5–18,5% volframa), stelit (na bazi kobalta sa dodatkom Cr, W, C), hastalloy (nerđajući čelik na bazi Ni) i mnoge druge legure sadrže volfram. Ferovolfram (68–86% W, do 7% Mo i gvožđe), koji se lako dobija direktnom redukcijom koncentrata volframita ili šeelita, osnova je za proizvodnju alata i legura otpornih na toplotu. "Pobedit" je veoma tvrda legura koja sadrži 80-87% volframa, 6-15% kobalta, 5-7% ugljenika, nezamenljiva u metaloprerađivačkoj, rudarskoj i naftnoj industriji.

Kalcijum i magnezijum volframati se široko koriste u fluorescentnim uređajima, druge soli volframa se koriste u hemijskoj industriji i industriji štavljenja. Volfram disulfid je suvo visokotemperaturno mazivo, stabilno do 500°C. Volframova bronza i druga jedinjenja elemenata koriste se u proizvodnji boja. Mnoga jedinjenja volframa su odlični katalizatori.

Dugi niz godina od svog otkrića, volfram je ostao laboratorijska rijetkost, tek 1847. godine Oxland je dobio patent za proizvodnju natrijevog volframata, volframove kiseline i volframa iz kasiterita (kalajnog kamena). Drugi patent, koji je dobio Oxland 1857. godine, opisuje proizvodnju legura željeza i volframa, koje čine osnovu modernih brzoreznih čelika.

Sredinom 19. vijeka napravljeni su prvi pokušaji upotrebe volframa u proizvodnji čelika, ali dugo vrijeme nije bilo moguće uvesti ovaj razvoj u industriju zbog visoke cijene metala. Povećana potražnja za legiranim čelicima i čelicima visoke čvrstoće dovela je do lansiranja brzoreznih čelika u Bethlehem Steel-u. Uzorci ovih legura prvi put su predstavljeni 1900. godine na Svjetskoj izložbi u Parizu.

Tehnologija proizvodnje volframovih filamenata i njena istorija.

Obim proizvodnje volfram žice ima mali udio među svim sektorima primjene volframa, ali je razvoj tehnologije za njenu proizvodnju igrao ključnu ulogu u razvoju metalurgije praha vatrostalnih jedinjenja.

Od 1878. godine, kada je Swan demonstrirao u Newcastleu svjetiljke sa ugljenom od osam i šesnaest svijeća koje je izumio, traga se za prikladnijim materijalom za izradu filamenata. Prva lampa na drveni ugalj imala je efikasnost od samo 1 lumen/vat, koja je u narednih 20 godina povećana modifikacijama metoda obrade drvenog uglja za faktor dva i po. Do 1898. svjetlosna snaga takvih sijalica iznosila je 3 lumena/vat. Ugljenične niti su se tih dana zagrijavale prolazom električna struja u atmosferi teških para ugljovodonika. Tokom pirolize potonjeg, nastali ugljik ispunio je pore i nepravilnosti niti, dajući joj svijetli metalni sjaj.

Krajem 19. vijeka von Welsbach je napravio prvu metalnu nit za žarulje sa žarnom niti. Napravio ga je od osmijuma (T pl = 2700°C). Osmijum filamenti su imali efikasnost od 6 lumena/vat, međutim, osmijum je redak i izuzetno skup element platinske grupe, stoga široka primena u proizvodnji kućni aparati Nisam pronašao. Tantal, sa tačkom topljenja od 2996°C, bio je široko korišćen u obliku vučene žice od 1903. do 1911. zahvaljujući radu von Boltona iz Simensa i Halskea. Efikasnost tantalnih lampi bila je 7 lumena/vat.

Volfram se počeo koristiti u žaruljama sa žarnom niti 1904. godine i zamijenio je sve druge metale kao takve do 1911. Konvencionalna žarulja sa žarnom niti sa volframovim vlaknom ima sjaj od 12 lumena/vat, a lampe koje rade pod visokim naponom - 22 lumena/vat. Moderne fluorescentne sijalice sa volframom katodom imaju efikasnost od oko 50 lumena/vat.

Godine 1904. Siemens-Halske je pokušao primijeniti proces izvlačenja žice razvijen za tantal na vatrostalnije metale kao što su volfram i torijum. Krutost i nedostatak savitljivosti volframa spriječili su da proces teče glatko. Međutim, kasnije, 1913–1914, pokazalo se da se rastopljeni volfram može valjati i izvlačiti postupkom djelomične redukcije. električni luk prošla između volframove šipke i djelomično rastopljene kapljice volframa smještene u grafitni lončić obložen s unutrašnje strane volframovim prahom i smješten u atmosferi vodika. Tako su dobijene male kapi rastopljenog volframa, oko 10 mm u prečniku i 20-30 mm u dužini. Iako s poteškoćama, već je bilo moguće raditi s njima.

Iste godine, Just i Hannaman patentirali su proces za izradu volframovih filamenata. Fini metalni prah je pomešan sa organskim vezivom, dobijena pasta je propuštena kroz spinere i zagrejana u posebnoj atmosferi da bi se uklonilo vezivo, a dobijena je fina filamenta od čistog volframa.

U 1906-1907 razvijen je dobro poznati proces ekstruzije koji se koristio do ranih 1910-ih. Vrlo fino mljeveni prah crnog volframa pomiješan je s dekstrinom ili škrobom dok se ne formira plastična masa. Hidraulički pritisak je progurao ovu masu kroz tanka dijamantska sita. Tako dobijeni konac bio je dovoljno jak da se namota na kalemove i osuši. Zatim su konci isječeni na "ukosnice", koje su zagrijavane u atmosferi. inertni gas na crvenu toplotu kako bi se uklonila zaostala vlaga i laki ugljovodonici. Svaka "ukosnica" bila je pričvršćena u stezaljku i zagrijana u atmosferi vodika do sjajnog sjaja propuštanjem električne struje. To je dovelo do konačnog uklanjanja neželjenih nečistoća. Na visokim temperaturama, pojedinačne male čestice volframa se spajaju i formiraju jednoliku čvrstu metalnu nit. Ove niti su elastične, iako lomljive.

Početkom 20. vijeka Yust i Hannaman razvili su drugačiji proces koji se ističe po svojoj originalnosti. Ugljična nit prečnika 0,02 mm obložena je volframom zagrijavanjem u atmosferi vodika i para volfram heksahlorida. Ovako obložena nit je zagrijana do sjajnog sjaja u vodiku pod sniženim pritiskom. U ovom slučaju, volframova ljuska i ugljična jezgra su potpuno spojeni jedno s drugim, formirajući volfram karbid. Nastala nit je bila bijela i lomljiva. Zatim je filament zagrijana u struji vodika, koji je stupio u interakciju s ugljikom, ostavljajući kompaktnu nit od čistog volframa. Navoji su imali iste karakteristike kao dobijene u procesu ekstruzije.

Američki Coolidge je 1909. godine uspio dobiti savitljivi volfram bez upotrebe punila, ali samo uz pomoć razumne temperature i mašinska obrada. Glavni problem u dobivanju volframove žice bila je brza oksidacija volframa na visokim temperaturama i prisutnost zrnaste strukture u rezultirajućem volframu, što je dovelo do njegove krhkosti.

Savremena proizvodnja volframove žice je složena i precizna. tehnološki proces. Sirovi materijal je volfram u prahu koji se dobija redukcijom amonijum paravolframa.

Volframov prah koji se koristi za proizvodnju žice mora biti visoke čistoće. Obično se miješaju volframovi prahovi različitog porijekla kako bi se postigao prosjek kvaliteta metala. Miješaju se u mlinovima i, kako bi se izbjegla oksidacija metala zagrijanog trenjem, u komoru se propušta mlaz azota. Zatim se prah presuje u čeličnim kalupima na hidrauličnim ili pneumatskim presama (5–25 kg/mm2). Ako se koriste kontaminirani prahovi, kompakt je lomljiv i dodaje se organsko vezivo koje se potpuno oksidira kako bi se eliminirao ovaj efekat. Na sledeća faza vrši se predsinterovanje šipki. Prilikom grijanja i hlađenja zbija u struji vodonika, njihova mehanička svojstva se poboljšavaju. Kompakti su i dalje prilično krhki, a njihova gustina je 60-70% gustine volframa, pa su šipke podvrgnute visokotemperaturnom sinterovanju. Štap je stegnut između kontakata hlađenih vodom, a u atmosferi suvog vodonika kroz njega se propušta struja da bi se zagrejao skoro do tačke topljenja. Zbog zagrijavanja, volfram se sinterira i njegova gustoća se povećava na 85-95% od kristalne, istovremeno se povećava veličina zrna i rastu kristali volframa. Nakon toga slijedi kovanje na visokoj (1200-1500°C) temperaturi. U posebnom aparatu, šipke se prolaze kroz komoru, koja se sabija čekićem. Za jedan prolaz, prečnik šipke se smanjuje za 12%. Kada su kovani, kristali volframa se izdužuju, stvarajući fibrilarnu strukturu. Nakon kovanja slijedi izvlačenje žice. Šipke se podmazuju i prolaze kroz sito od dijamanta ili volframovog karbida. Stupanj ekstrakcije ovisi o namjeni dobivenih proizvoda. Dobijeni prečnik žice je oko 13 µm.

Biološka uloga volframa

ograničeno. Njegov susjed u grupi, molibden, nezamjenjiv je u enzimima koji osiguravaju vezivanje atmosferskog dušika. Ranije se volfram u biohemijskim istraživanjima koristio samo kao antagonist molibdena, tj. zamjena molibdena volframom u aktivnom centru enzima dovela je do njegove deaktivacije. Enzimi, naprotiv, deaktivirani pri zamjeni volframa molibdenom, pronađeni su u termofilnim mikroorganizmima. Među njima su format dehidrogenaze, aldehid feredoksin oksidoreduktaze; formaldehid-feredo-xin-oksidoreduktaza; acetilen hidrataza; reduktaza karboksilna kiselina. Strukture nekih od ovih enzima, kao što je aldehid feredoksin oksidoreduktaza, sada su utvrđene.

Teški efekti izlaganja volframu i njegovim spojevima na ljude nisu identificirani. Dugotrajno izlaganje visokim dozama volframove prašine može uzrokovati pneumokoniozu, bolest koju izazivaju svi teški prahovi koji uđu u pluća. Najčešći simptomi ovog sindroma su kašalj, respiratorni problemi, atopijska astma, promjene na plućima, čija se manifestacija smanjuje nakon prestanka kontakta s metalom.

Online materijali: http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/tungsten/

Yuri Krutyakov

književnost:

Colin J. Smithells Tungsten, M., Metallurgizdat, 1958
Agte K., Vacek I. Volfram i molibden, M., Energija, 1964
Figurovski N.A. Navedeno je otkriće elemenata i njihovo porijeklo uy. M., Nauka, 1970
Popularna biblioteka hemijskih elemenata. M., Nauka, 1983
Godišnjak minerala US Geological Survey 2002
Lvov N.P., Nosikov A.N., Antipov A.N. Enzimi koji sadrže volfram, 6, 7. Biohemija, 2002

Ima svijetlo sivu boju. AT periodični sistem Mendeljejev, posjeduje 74. serijski broj. Hemijski element je vatrostalan. Sadrži 5 stabilnih izotopa u svom sastavu.

Hemijska svojstva volframa

Hemijska otpornost volframa na zraku iu vodi je prilično visoka. Kada se zagrije, oksidira. Kako više temperature, što je veća stopa oksidacije nekog hemijskog elementa. Na temperaturama iznad 1000°C, volfram počinje da isparava. Na sobnoj temperaturi, hlorovodonična, sumporna, fluorovodonična i azotna kiselina ne mogu imati nikakav uticaj na volfram. Mješavina dušične i fluorovodične kiseline otapa volfram. Ni u tečnom ni u čvrstom stanju volfram se ne meša sa zlatom, srebrom, natrijumom, litijumom. Takođe, nema interakcije sa magnezijumom, kalcijumom, živom. Volfram u tantalu i niobiju, te sa hromom i može formirati rastvore kako u čvrstom tako i u tečno stanje.

Primjena volframa

Volfram se koristi u moderna industrija kako unutra čista forma, kao i u . Volfram je metal otporan na habanje. Često se legure koje sadrže volfram koriste za izradu lopatica turbina i ventila motora aviona. Takođe, ovaj hemijski element našao je svoju primenu za proizvodnju različitih delova u rendgenskom inženjerstvu i radio elektronici. Volfram se koristi za filamente električnih lampi.

Hemijska jedinjenja volframa su nedavno pronašla svoje praktična upotreba. U proizvodnji se koristi fosfovolframska heteropoli kiselina svijetle boje i lakovi otporni na svjetlost. Za proizvodnju svjetlećih boja i proizvodnju lasera koriste se volframati rijetkih zemnih elemenata, zemnoalkalni metali i kadmij.

Danas tradicionalne zlatne burme zamjenjuju proizvodi od drugih metala. Vjenčane prstenje od volfram karbida stekle su popularnost. Takvi proizvodi su vrlo izdržljivi. Ogledalo prstena neće izblijediti tokom vremena. Proizvod će zadržati svoje izvorno stanje tokom čitavog perioda upotrebe.

Volfram se koristi kao aditiv za legiranje čelika. To čeliku daje snagu i tvrdoću. visoke temperature. Dakle, alati izrađeni od volfram čelika imaju sposobnost da izdrže vrlo intenzivne procese obrade metala.

Svjetska proizvodnja volframa je oko 30 hiljada tona godišnje. Od početka našeg stoljeća više puta je doživljavao nagle uspone i jednako strme padove. A sada je to čisto strateški metal.Od volfram čelika i drugih legura koje sadrže ili njegove karbide izrađuju se tenkovski oklop, čaure torpeda i čaure, većina važne detalje aviona i motora. - neizostavan komponenta najbolji brendovi alatni čelik. Općenito, metalurgija apsorbira skoro 95% svega iskopanog volframa.

Karakteristično je da se široko koristi ne samocistovolfram, ali uglavnom jeftiniji ferotungsten - legura koja sadrži 80% W i oko20% Fe; nabavite ga u elektrolučnim pećima). Volfram ima mnoge izvanredne kvalitete. Takozvani teški metal (od volframa, nikla i bakra) koristi se za izradu kontejnera u kojima se čuvaju radioaktivni materijali. Njegov zaštitni efekat je 40% veći od olova. Ova legura se takođe koristi u radioterapiji, jer stvara dovoljnu zaštitu sa relativno malom debljinom ekrana.

Legura volfram karbida sa 16% kobalta je toliko tvrda da se može delimično zameniti prilikom bušenja bunara.Pseudo legure volframa sa bakrom i srebrom izvrstan su materijal za noževe i visokonaponske prekidače: traju šest puta duže od konvencionalnih bakrenih kontakata. O o upotrebi volframa u dlačicama električnih lampi raspravljalo se na početku članka. Neophodnost volframa u ovoj oblasti objašnjava se ne samo njegovom vatrostalnošću, već i duktilnošću.? Iz jednog kilograma volframa izvlači se žica dužine 3,5 km, odnosno ovaj kilogram je dovoljan za izradu niti za 23.000 sijalica od 60 vati.

Zbog ovog svojstva globalna elektroindustrija godišnje troši samo oko 100 tona volframa. I ATposlednjih godina dobija veliki praktični značaj hemijska jedinjenja volfram. Konkretno, fosfovolframna heteropolikiselina se koristi za proizvodnju lakova i svijetlih boja otpornih na svjetlost. Rastvor natrijum volframataNa 2 WO 4daje tkaninama otpornost na vatru i vodootpornost, te zemnoalkalne metale, kadmijum i retke zemljefini elementi se koriste u proizvodnji lasera i svjetlećih boja.

ZAŠTO "TUNGSTEN"? Ova riječ je njemačkog porijekla.Poznato je da se ranije nije odnosilo na metal, već na glavni mineral volframa - volframit. Postoji pretpostavka da je ova riječ bila gotovo uvredljiva. U XVI-XVII vijeku. "volfram" se smatrao mineralom kalaja. (On zaista često prati kalajne rude.) Ali se manje kalaja topilo iz ruda koje sadrže kalaj, kao da ga je neko "prožderao". Tako se pojavilo ime koje odražava "vučje navike" volframa, - na njemačkom Wolf je vuk, a drevni njemački Ramm je ba raj.

VOLFRAM ILI VOLFRAM? Bilo bi uzaludno tražiti metal pod nazivom "volfram" u poznatom hemijskom apstraktnom časopisu Sjedinjenih Država ili u referentnim publikacijama o svim hemijskim elementima Mellor (Engleska) i Pascal (Francuska). Artikl br.74 zovu ga drugačije - volfram. Čak i simbolW (početno slovo riječi Volfram) postalo je široko rasprostranjeno tek posljednjih godina: u novije vrijeme, Tu (početna slova riječi volfram) pisana su u Italiji i Francuskoj.Zašto takva konfuzija? Njegovi temelji su postavljeni historijom otkrića elementa br. 74.B1783 Španski hemičari, braća Eluard, prijavili su otkriće novog elementa.

Razlaganjem saksonskog minerala "volfram" sa azotnom kiselinom, dobili su "kiselu zemlju" - žuti talog oksida nekog metala, rastvorljivog u amonijaku. Ovaj oksid je bio uključen u originalni mineral zajedno sa oksidima željeza i mangana. Braća Eluard su predložila da se novi element nazove volfram, a sam mineral - volframit. Dakle, ko je otkrio volfram? Braća Eluard? Da i ne. Da - jer su oni prvi objavili ovo otkriće u štampi. Ne - jer dvije godine prije toga - u1781 g. - čuveni švedski naučnik Karl Wilhelm Scheele otkrio je potpuno istu "žutu zemlju", prerađujući drugi mineral azotnom kiselinom. Zvao se jednostavno "volfram", odnosno "teški kamen" (na švedskomtung - težak, sten - kamen). Scheele je dalje otkrio da se ova "zemlja" razlikuje od sličnog molibdena po boji i nekim drugim svojstvima, a u mineralu je povezana s kalcijum oksidom. U čast Šelea, mineral volfram je preimenovan u "šeelit".Ostaje dodati da je jedan od braće Eluard bio Scheeleov učenik i in1781 Gospodin je radio u svojoj laboratoriji... Ko je otkrio volfram? Obje strane su pokazale dužnu plemenitost po ovom pitanju; Scheele nikada nije tvrdio da je otkrio volfram, a braća Eluard nisu insistirala na svom prioritetu.

NAZIV "TUNGSTEN BRONZE" JE PREVAREN. Često čujete za volfram bronzu. Šta je ovo ea? Spolja su veoma lepe. Zlatna volfram bronza ima sastavNa 2 O x WO 2 x WO 3, i plava - Na 2 O x WO 2 x 4WO 3 ; ljubičasto crvena i ljubičasta zauzimaju srednja pozicija- odnos WO 3 prema WO2 u njima je manji od četiri, ali više od jedan. Kao što se vidi iz formula, one ne sadrže ni bakar, ni cink, ni kalaj, odnosno, strogo govoreći, uopšte nisu bronzane. Uopće nisu, jer ovdje nema čisto metalnih spojeva: i volframa i oksidiranih. Međutim, oni podsjećaju na broncu ne samo po boji i sjaju, već i po tvrdoći, otpornosti na kemijske reagense i visokoj električnoj provodljivosti.

BOJA BRESKVE. Bilo je veoma teško pripremiti ovu boju; nije crvena i nije ružičasta, nego neka srednja boja i sa zelenkastom nijansom. Prema legendi, da bi se otvorio, trebalo je potrošiti okolo8000 eksperimenti sa razni metali i minerali. U 17. vijeku najskuplji porculanski predmeti za kineskog cara obojeni su u boju breskve u fabrici u provinciji Shansn. Kada je otkrivena tajna izrade ove boje, ispostavilo se da je na bazi volfram-oksida.

KAO IZ BAJKE. Desilo se u1911 d) Student po imenu Li je došao u provinciju Yunnan iz Pekinga. Danima je, nestajući u planinama, tražio nekakav kamen, po njemu, lim. Ali nije ništa našao. Vlasnik kuće u kojoj se student nastanio imao je mladu kćer Xiao-mi. Djevojci je bilo žao nesretnog tragača za posebnim kamenjem i uveče, služeći ga večerom, pričala je jednostavne priče. Jedna od njih bila je o neobičnoj peći sagrađenoj od tamnog kamenja koja je pala sa litice pravo u dvorište njihove kuće. Peć se pokazala vrlo uspješnom - redovno je služila vlasnicima dugi niz godina. Xiao-mi je čak dao studentu jedan od ovih kamena - braon, uhodan, težak, kao. Ispostavilo se da je to čisti volframit... Otprilike

TUNGSTEN ISOTOPES.Prirodni volfram se sastoji od pet stabilnih izotopi sa maseni brojevi 180, 182, 183, 184 najčešći ranjenih, njegov udio je 30,64%) i 186. Od prilično brojnih vještačkih radioaktivnih izotopa elementa№ 74 praktičnosamo tri su važna: volfram-181 sa poluživotom od 145 dana, volfram-185 (74,5 dana) i volfram-187 (23,85 sati). Sva tri ova izotopa nastaju u nuklearnim reaktorima kada se bombardiraju neutronima. prirodna mešavina izotopi volframa.