Вольфрам: застосування, властивості і хімічні характеристики

Природа-мати збагатила людство корисними хімічними елементами. Деякі з них приховані в її надрах і містяться у відносно малій кількості, але їх значення дуже істотно. Одним з таких є вольфрам. Застосування його обумовлено особливими властивостями.

Відео: Хімія вольфраму. Отримання двоокису вольфраму WO2 ХІМІЯ

Історія походження

XVIII століття - століття відкриття таблиці Менделєєва - став основним і в історії цього металу.

Раніше приймалося існування якогось речовини, що входить до складу мінеральних порід, яке заважало виплавці з них потрібних металів. Наприклад, отримання олова було утруднено, якщо в руді містився такий елемент. Різниця температур плавлення і хімічні реакції приводили до утворення шлакової піни, що зменшувало кількість олов`яного виходу.

У VIII столітті метал був послідовно відкритий шведським вченим Шеєле і іспанцями братами Елюар. Сталося це внаслідок хімічних експериментів з окислення мінеральних порід - шеелита і вольфраміту.

З нами в періодичній системі елементів відповідно до атомним номером 74. Рідкісний тугоплавкий метал з атомною масою 183,84 - це вольфрам. Застосування його обумовлено незвичайними властивостями, відкритими вже протягом XX століття.

Де шукати?

За кількістю в надрах землі він є «малонаселяющім» і займає 28-е місце. Є компонентом близько 22 різних мінералів, проте істотне значення для його видобутку мають тільки 4 з них: шеелит (містить близько 80% триоксиду), вольфраму, ферберит і Гюбнера (мають в складі по 75-77% кожен). У складі руд найчастіше містяться домішки, в деяких випадках проводиться паралельне «витяг» таких металів, як молібден, олово, тантал та ін. Найбільші поклади знаходяться в Китаї, Казахстані, Канаді, США, також є в Росії, Португалії, Узбекистані.

Як отримують?

У зв`язку з особливими властивостями, а також малим вмістом в породах, технологія отримання чистого вольфраму досить складна.

1. Магнітна сепарація, електростатична сепарація або флотация з метою збагачення руди до 50-60% концентрації вольфрамового оксиду.
2. Виділення 99% окису шляхом хімічних реакцій з лужними або кислотними реагентами і поетапного очищення одержуваного осаду.
3. Відновлення металу за допомогою вуглецю або водню, вихід відповідного металевого порошку.
4. Виготовлення злитків або порошкових спечених брикетів.

Одним з важливих етапів отримання металургійної продукції є порошкова металургія. Вона заснована на змішуванні порошкоподібних тугоплавких металів, їх пресуванні і подальшому спіканні. Таким чином отримують велику кількість технологічно важливих сплавів, в тому числі карбід Вольфрама, застосування якого знайдено в основному в промисловому виробництві ріжучих інструментів підвищеної потужності і стійкості.

Фізичні та хімічні властивості

Вольфрам - тугоплавкий і важкий метал сріблястого кольору з об`ємно-центрованої кристалічною решіткою.

Відео: Урок 17 Отримання, фізико - хімічні властивості і застосування алкенів

• Температура плавлення - 3422 С.
• Температура кипіння - 5555 С.
• Щільність - 19,25 г / см³.

Є хорошим провідником електричного струму. Чи не магнітиться. Деякі мінерали (наприклад, шеелит) люмінесцентні.

Стійкий до впливу кислот, агресивних речовин в середовищі високих температур, корозії і старіння. Деактивації впливу негативних домішок в сталях, поліпшенню її жароміцності, корозійної стійкості і надійності також сприяє вольфрам. Застосування таких залізовуглецевих сплавів виправдано їх технологічністю і зносостійкість.

Відео: Алкени. Хімічні властивості -2. Отримання і застосування алкенів

Механічні і технологічні властивості

Вольфрам - твердий, міцний метал. Його твердість становить 488 НВ, межа міцності - 1130-1375 МПа. У холодному стані не пластичний. При температурі 1600 С підвищується пластичність до стану абсолютної податливості до обробки тиском: куванні, прокатці, волочіння. Відомо, що 1 кг цього металу дозволяє виготовляти нитку загальною довжиною до 3 км.

Відео: Урок 14 Хімічні властивості алканів і їх застосування

Обробка різанням утруднена через надмірну твердості і крихкості. Для свердління, точіння, фрезерування використовуються твердосплавні вольфрамокобальтового матеріали, виготовлені методом порошкової металургії. Рідше, при низьких швидкостях і особливих умовах, застосовуються інструменти з швидкорізальної легованої вольфрамсодержащей стали. Стандартні принципи різання незастосовні, оскільки обладнання надзвичайно швидко зношується, а оброблюваний вольфрам дає тріщини. Застосовуються наступні технології:

1. Хімічна обробка і просочення поверхневого шару, в тому числі використання з цією метою срібла.
2. Нагрівання поверхні за допомогою печей, газового полум`я, електричного струму силою 0,2 А. Допустима температура, при якій відбувається деяке підвищення пластичності і, відповідно, поліпшується різання, - 300-450 С.
3. Різання вольфраму із застосуванням легкоплавких речовин.

Заточку і шліфування доцільно проводити за допомогою алмазних і ельборових інструментів, рідше - корундових.

Зварювання даного тугоплавкого металу проводиться в основному під дією електричної дуги, вольфрамових або вугільних електродів в середовищі інертних газів або рідких захистів. Також можливе застосування контактного зварювання.

Цей особливий хімічний елемент володіє характеристиками, які відрізняють його в загальній масі. Так, наприклад, характеризуючись високу теплостійкість і зносостійкість, він підвищує якість і ріжучі властивості легованих вольфрамсодержащіх сталей, а висока температура плавлення дозволяє виготовляти нитки напруження для лампочок і електроди для зварювання.

застосування

Рідкість, незвичайність і важливість обумовлюють широке використання в сучасній техніці металу під назвою Tungsten - вольфрам. Властивості і застосування виправдовують високу вартість і затребуваність. Високі показники температури плавлення, твердості, міцності, жаростійкості та стійкості до хімічних впливів і корозії, зносостійкості і різальних особливостей - ось основні його козирі. Варіанти використання:

1. Нитки розжарювання.
2. Легування сталей з метою отримання швидкорізальних, зносостійких, жаростійких і жароміцних залізовуглецевих сплавів, що знаходять застосування для виробництва свердел і інших інструментів, пуансонів, пружин і ресор, рейок.
3. Виготовлення «порошкових» твердих сплавів, застосовуваних в основному в якості особливо зносостійких ріжучих, бурових або пресових інструментів.
4. Електроди для аргонодугового та контактного зварювання.
5. Виготовлення деталей для рентгенівської та радіотехніки, різних технічних ламп.
6. Спеціальні фарби, що світяться.
7. Дріт і деталі для хімічної промисловості.
8. Різна практична дрібнота, наприклад, блешні для риболовлі.

Набувають популярності різні сплави, до складу яких входить вольфрам. Область застосування таких матеріалів часом дивує - починаючи від важкого машинобудування і закінчуючи легкою промисловістю, де виготовляються тканини з особливими властивостями (наприклад, вогнестійкі).

Універсальних матеріалів не існує. Кожен відомий елемент і створені сплави відрізняються своєю унікальністю і необхідністю для певних сфер життя і промисловості. Однак деякі з них мають особливі властивості, що роблять раніше нездійсненні процеси можливими. Одним з таких металів є вольфрам. Застосування його недостатньо широко, як у стали, але кожен з варіантів гранично корисний і необхідний людству.