Вольфрам – полезные свойства и особенности металла  

Название этого элемента сразу вызывает ассоциации с электрической лампочкой. Нить накаливания, которая светится внутри стеклянной колбы, сделана из этого материала. Это вольфрам.

Содержание

  1. Что представляет собой
  2. Как был открыт
  3. Старатели
  4. Наука
  5. Как представлен в природе
  6. Физико-химические характеристики
  7. Месторождения, добыча
  8. Технология получения
  9. Номенклатура марок металла
  10. Как используется
  11. Металл, сплавы
  12. Соединения
  13. Другие формы
  14. Значение для человека
  15. Цены
  16. Что представляет собой

    Вольфрам – это металл, химический элемент, занимающий ячейку периодической системы Менделеева № 74.

    По блеску и сероватому цвету схож с платиной.

    Относится к металлам «туговскипающей» и «тугоплавкой» групп. По тугоплавкости уступает только жидкому углероду. Данное свойство позволяет отличить его от других металлов.

    Международное обозначение – W (Wolframium).

    Как был открыт

    Знакомство людей с вольфрамом датируется эпохой Средневековья.

    Старатели

    Вольфрам получали еще европейские старатели при восстановлении олова. Но его считали «мусором», засоряющим ценный элемент. Под влиянием вольфрамовой руды в процессе восстановления часть олова превращалась в шлак, уменьшая долю чистого вещества.

    Отсюда присказка, которая появилась у старателей: «Вольфрам сжирает олово, как волк овечку».

    Наука

    История открытия вольфрама связана с несколькими учеными-химиками:

    • В середине 18 века швед Аксель Фредерик Кронштедт открыл тяжелый металл, названый им Tung Sten (по-шведски – тяжелый камень).
    • Через 30 лет за дело взялся его соотечественник, член академии наук страны Карл Шееле. Свободное от работы в аптеке время он отдавал экспериментам в домашней лаборатории. Его считают «отцом» не только вольфрама. В списке также барий, марганец, кислород, хлор. Из вольфрамовой руды (тунгстена) он выделил соль кислоты, не числящейся в реестрах.
    • Дальнейшую работу над соединением доверил испанским коллегам братьям Элюар. Которые и получили новый элемент.

    Название и символ металла – Wolframium и W – предложил Йенс Якоб Берцелиус.

    Этимология названия вольфрама имеет немецкие корни: Wolf Rahm («волчий крем/сливки»).

    А тунгстен переименовали в честь ученого – в шеелит.

    Как представлен в природе

    Самородный цветной металл вольфрам на планете не встречается. Он представлен в виде руды либо минералов.

    Руды состоят из соединений вольфрама с железом, марганцем, кальцием, иногда другими элементами, включая редкоземельные.

    Минералы – это вкрапления в граниты (до 2%). Из них промышленное значение имеют вольфрамит  (вольфрам с железом и марганцем) и шеелит (с кальцием).

    Каждая тонна земной коры содержит 1,30 г вольфрама.

    Физико-химические характеристики

    Чистый вольфрам – в числе первых по плотности, твердости, первый по температуре плавления и кипения среди металлов. Эти физические свойства дополняет химическая стойкость даже при запредельных температурах.

    Свойства атома Название, символ, номер Атомная масса
    (молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойства Ковалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
    (первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Параметры решётки Температура Дебая Прочие характеристики Теплопроводность Номер CAS
    Вольфра́м / Wolframium (W), 74
    183,84(1) а. е. м. (г/моль)
    [Xe] 4f14 5d4 6s2
    137 пм
    170 пм
    (+6e) 62 (+4e) 70 пм
    2,3 (шкала Полинга)
    W ← W3+ 0,11 В
    W ← W6+ 0,68 В
    +2, +3, +4, +5, +6
     769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
    19,25 г/см³
    3695 K (3422 °C, 6192 °F)
    5828 K (5555 °C, 10031 °F)
    285,3 кДж/кг
    52,31 кДж/моль
    4482 кДж/кг 824 кДж/моль
    24,27 Дж/(K·моль)
    9,53 см³/моль
    кубическая
    объёмноцентрированная
    3,160 Å
    310 K
    (300 K) 162,8 Вт/(м·К)
    7440-33-7

    При 1580°C легко куется, вытягивается до тонкой проволоки.

    Данные преимущества создает структура вещества.

    Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета – вольфрам

    На воздухе с относительной влажностью менее 60% сопротивление металла коррозии стопроцентное.

    Месторождения, добыча

    Месторождения вольфрамовой руды на планете не редкость, запасы оцениваются миллионами тонн.

    Крупнейшими залежами располагают КНР, Казахстан, Канада, США. Меньше сырья у России, Португалии, Узбекистана, других стран.

    Глобальные объемы производства – 48-51 тысяча тонн вольфрама ежегодно. Безусловный лидер Китай (80%).

    Добыча ведется закрытым либо карьерным способом.

    Технология получения

    Вольфрамовые руды из разных мест добычи содержат 0,3-2,5% оксида металла. Поэтому промышленное получение продукта из руды начинается на обогатительных предприятиях.

    Это многоступенчатый процесс:

    • Дробление руды.
    • Шлифовка.
    • Флотация.
    • Обжиг.

    Содержание полезных компонентов увеличивается до 60%:

    • Чистоту концентрата повышают, расщепляя примеси гидроксидом натрия и задействуя метод ионообменной экстракции.
    • До порошка восстанавливают при 650-700°C в водородистой среде.

    Тугоплавкость оказалась недостатком, исключающим классическую плавку.

    Твердые формы создают методом порошковой металлургии:

    • Порошок спрессовывают.
    • Спекание проводят при 1250-1300°C в водороде.
    • Воздействуют электричеством.
    • Нагревают до 3000°C, добиваясь монолитного спекания.

    Вольфрамовый порошок

    Дополнительно металл очищают зонной плавкой.

    Номенклатура марок металла

    На основе вольфрама или с его участием металлурги выплавляют продукт десятков наименований и марок.

    Среди самых распространенных – чистый вольфрам (ВЧ) и сплав с рением (ВР).

    Классификация марок вольфрама основывается на составе присадок:

    Название марки Вид присадки
    ВА Алюминий + кремнистая щелочь
    ВМ Торий + кремнистая щелочь
    ВИ Окись иттрия
    ВТ Окись тория
    ВЛ Окись лантана

    Как используется

    Свойства вольфрама обозначили главного потребителя. Это металлургия. Она создает конечный продукт и исходники для других отраслей промышленности.

    Порошковый вольфрам – основа либо компонент твердых, жаропрочных износоустойчивых сплавов, премиальных марок сталей.

    Металл, сплавы

    Из тугоплавкого металла и сплавов создают широкий ассортимент продукции:

    • Узлы и детали авиационных, ракетных двигателей.
    • Элементы электровакуумных приборов (кинескопы, нити накаливания).

      Нить накаливания из вольфрама

    • Нагреватели вакуумных печей.
    • Электроды для аргонно-дуговой сварки. Они не плавятся, создают прочный сварной шов. Пригодны для материалов любого состава (цветные металлы, легированные стали, другие).
    • Емкости для радиоактивных продуктов. Здесь решающими оказались преимущества металла перед свинцом.
    • Хирургический инструментарий.

    Характеристики металла подошли оборонному комплексу: танковая, торпедная  броня, крупнокалиберные снаряды, пули. А также  суперскоростные роторы гироскопов, контролирующих траекторию полета баллистических ракет.

    Вольфрам в слитках

    Соединения

    Обширен спектр применения вольфрамовых соединений:

    • Без дителлурида невозможно преобразование тепла в электричество.
    • Карбид – основа сплавов и композитов для механической обработки металлов и неметаллов. У горнодобытчиков, нефтяников, газовиков – для бурения скважин.
    • Сульфид – термостойкая (до 500°C) смазка.
    • Трехокись – материал для создания электролита топливных элементов, работающих при повышенных температурах.

    Соединения вольфрама закупают производители лаков, красок, текстиля.

    Другие формы

    Изотоп W184 – компонент сплавов с изотопами урана. Из них делают ракетные двигатели на ядерном топливе.

    Радионуклид искусственного происхождения (W185) востребован как детектор излучений (включая рентгеновское) ядерным сегментом физики и медицины.

    Значение для человека

    Тугоплавкий металл не имеет значения для человека как биологического организма.

    Опасность представляет лишь вдыхание вольфрамовой пыли.

    Цены

    На рынке торгуют металлическим вольфрамом (чистота 99%) и полуфабрикатами (пруток, проволока, полоска).

    Порядок цены на металл – 50 500$ за тонну. Полуфабрикаты дороже вдвое-втрое.

    Источник: jgems.ru

    Читайте также  Как заработать деньги в No Man’s Sky
Mila Vitsa