Поради для всіх
» » Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

Додано: 29.11.16
Автор: admin
Рубрика: НАУКА
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 зумовлено особливими властивостями.

Історія походження

XVIII століття – століття відкриття таблиці Менделєєва - став основоположним і в історії цього металу. Раніше приймалося існування якогось речовини, що входить до складу мінеральних порід, яка заважала виплавці з них потрібних металів. Наприклад, одержання олова було ускладнено, 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 ученим Шеєле і іспанцями братами Елюар. Сталося це внаслідок хімічних експериментів по окислення мінеральних порід - шеелита і вольфраміту. Зареєстровано в періодичній системі елементів у відповідності з атомним номером 74. Рідкісний тугоплавкий метал з атомною масою 18384 – це вольфрам. Застосування обумовлено його незвичайними властивостями, відкритими вже протягом XX століття.
Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

Де шукати?

За кількістю в надрах землі він є «малонаселяющим» і займає 28-е місце. Є компонентом близько 22 різних мінералів, однак істотне значення для його видобутку мають тільки 4 із них: шеелит (містить близько 80 % триоксиду), вольфрамит, ферберит і гюбнерит (мають у складі 75-77 % кожен). У складі руд найчастіше містяться домішки, в деяких випадках здійснюється паралельне вилучення 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.
  • Магнітна сепарація, електростатична сепарація або флотація з метою збагачення руди до 50-60 % концентрації вольфрамового оксиду.
  • Виділення 99 % окису шляхом хімічних реакцій з лужними або кислотними реагентами та поетапного очищення одержуваного осаду.
  • Відновлення металу з допомогою вуглецю або водню, вихід відповідного металевого порошку.
  • 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, у тому числі карбід вольфраму, застосування якого знайдено в основному в промисловому виробництві ріжучих інструментів підвищеної потужності і стійкості.
    Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

    Фізичні і хімічні властивості

    Вольфрам – тугоплавкий і важкий метал сріблястого кольору з об'ємно-центрованої кристалічною решіткою.
  • Температура плавлення - 3422 ?С.
  • Температура кипіння - 5555 ?С.
  • Щільність - 1925 г/см 3 .
  • Є хорошим провідником електричного струму. Не магнитится. Деякі мінерали (наприклад, шеелит) люмінесцентні.
    Стійкий до впливу кислот, агресивних речовин в середовищі високих температур, корозії і старіння. Деактивації впливу негативних домішок в сталях, поліпшення її жароміцності, корозійної стійкості і надійності також сприяє вольфрам. Застосування таких залізовуглецевих сплавів виправдано їх технологічністю і зносостійкістю.
    Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

    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 ?З підвищується пластичність до стану абсолютної податливості до обробки тиском: кування, прокатки, волочіння. Відомо, що 1 кг цього металу дозволяє виготовляти нитка загальною довжиною до 3 км. Обробка різанням утруднена в силу надмірної твердості та крихкості. Для свердління, точіння, фрезерування використовуються твердосплавні вольфрамокобальтовые матеріали, виготовлені методом порошкової металургії. Рідше, при низьких швидкостях і особливих умовах, застосовуються інструменти з швидкорізальної легованої вольфрамсодержащей сталі. Стандартні принципи різання застосовують, так як обладнання надзвичайно швидко зношується, а оброблюваний вольфрам розтріскується. Застосовуються такі технології:
  • Хімічна обробка і просочення поверхневого шару, у тому числі використання з цією метою срібла.
  • Нагрівання поверхні за допомогою печей, газового полум'я, електричного струму силою 02 А. Допустима температура, при якій відбувається деяке підвищення пластичності і, відповідно, поліпшується різка, – 300-450 ?С.
  • Різання вольфраму із застосуванням легкоплавких речовин.
  • Заточення і шліфування доцільно проводити за допомогою алмазних і ельборовых 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 високою теплостійкістю і зносостійкістю, він підвищує якість і ріжучі властивості легованих вольфрамсодержащих сталей, а висока температура плавлення дозволяє виготовляти нитки розжарення для лампочок і електроди для зварювання.
    Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики

    Застосування

    Рідкісність, 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 і стійкості до хімічних впливів і корозії, зносостійкості і різальних особливостей – ось основні козирі. Варіанти використання:
  • Нитки розжарювання.
  • Легування сталей з метою отримання швидкорізальних, зносостійких, жаростійких і жароміцних залізовуглецевих сплавів, що знаходять застосування для виробництва свердел та інших інструментів, пуансонів, пружин і ресор, рейок.
  • Виготовлення «порошкових» твердих сплавів, що застосовуються в основному в якості особливо зносостійких ріжучих, бурових або пресувальним інструментів.
  • Електроди для аргоно-дугового та контактного зварювання.
  • Виготовлення деталей для рентгенівської та радіотехніки, різних технічних ламп.
  • Спеціальні фарби, що світяться.
  • Дріт та деталі для хімічної промисловості.
  • Різна практична дрібнички, 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).
    Вольфрам: застосування, властивості та хімічні характеристики
    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 володіють особливими властивостями, що роблять раніше нездійсненні процеси можливими. Одним з таких металів є вольфрам. Застосування його недостатньо широко, як у сталі, але кожен з варіантів гранично корисний і необхідний людству.