Wolfram: zastosowanie, właściwości i właściwości chemiczne

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Matka natura wzbogaciła ludzkość w użyteczne pierwiastki chemiczne. Niektóre z nich są ukryte w jego wnętrznościach i zawarte są w stosunkowo niewielkich ilościach, ale ich znaczenie jest bardzo znaczące. Jednym z nich jest wolfram. Jego zastosowanie wynika z jego specjalnych właściwości.

Początkowa historia

XVIII wiek - wiek odkrycia układu okresowego pierwiastków - stał się podstawą historii tego metalu.

Wcześniej akceptowano istnienie pewnej substancji wchodzącej w skład skał mineralnych, co uniemożliwiało wytapianie z nich niezbędnych metali. Na przykład zdobycie cyny było trudne, jeśli ruda zawierała taki pierwiastek. Różnica temperatur topnienia i reakcje chemiczne spowodowały powstanie piany żużlowej, co zmniejszyło wielkość uzysku cyny.

W VIII wieku metal był sukcesywnie odkrywany przez szwedzkiego naukowca Scheele i hiszpańskich braci Eluard. Stało się to w wyniku eksperymentów chemicznych nad utlenianiem skał mineralnych - schelitu i wolframitu.

Zarejestrowany w układzie okresowym pierwiastków zgodnie z liczbą atomową 74. Rzadki metal ogniotrwały o atomieo masie 183,84 to wolfram. Jego zastosowanie zawdzięczamy niezwykłym właściwościom odkrytym już w XX wieku.

Gdzie szukać?

Pod względem liczebności w trzewiach ziemi, jest „niedostatecznie zaludniony” i zajmuje 28. miejsce. Jest składnikiem około 22 różnych minerałów, ale tylko 4 z nich są niezbędne do jego wydobycia: schelit (zawiera około 80% trójtlenku), wolframit, ferberyt i hubneryt (każdy zawiera 75-77%). Skład rud najczęściej zawiera zanieczyszczenia, w niektórych przypadkach prowadzi się równoległą „wydobycie” takich metali jak molibden, cyna, tantal itp. Największe złoża znajdują się w Chinach, Kazachstanie, Kanadzie, USA, są też w Rosji, Portugalii, Uzbekistanie.

Jak oni to otrzymują?

Ze względu na specjalne właściwości, a także niską zawartość skał, technologia otrzymywania czystego wolframu jest dość skomplikowana.

1. Separacja magnetyczna, separacja elektrostatyczna lub flotacja w celu wzbogacenia rudy do 50-60% stężenia tlenku wolframu.
2. Izolacja 99% tlenku poprzez reakcje chemiczne z odczynnikami alkalicznymi lub kwasowymi i stopniowe oczyszczanie powstałego osadu.
3. Redukcja metalu węglem lub wodorem, produkcja odpowiedniego proszku metalu.
4. Produkcja wlewków lub brykietów ze spieków proszkowych.

Jednym z ważnych etapów produkcji wyrobów hutniczych jest metalurgia proszków. Polega na mieszaniu sproszkowanych metali ogniotrwałych, ich prasowaniu, a następnie spiekaniu. W ten sposób uzyskuje się dużą liczbę stopów ważnych technologicznie, w tym węglik wolframu, którego zastosowanie znajduje głównie w przemysłowej produkcji narzędzi skrawających o podwyższonej mocy i trwałości.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Wolfram to ogniotrwały i ciężki metal o srebrnym kolorze z siatką krystaliczną skupioną na ciele.

• Temperatura topnienia - 3422 ˚С.
• Temperatura wrzenia - 5555 ˚С.
• Gęstość - 19,25 g/cm3.

Jest to dobry przewodnik prądu elektrycznego. Nie magnetyzuje. Niektóre minerały (takie jak schelit) są luminescencyjne.

Odporny na kwasy, substancje agresywne w wysokich temperaturach, korozję i starzenie. Wolfram przyczynia się również do dezaktywacji wpływu negatywnych zanieczyszczeń w stalach, poprawy ich odporności na ciepło, odporności na korozję i niezawodności. Stosowanie takich stopów żelazo-węgiel jest uzasadnione ich możliwościami produkcyjnymi i odpornością na zużycie.

Właściwości mechaniczne i technologiczne

Wolfram to twardy, wytrzymały metal. Jego twardość to 488 HB, wytrzymałość na rozciąganie to 1130-1375 MPa. Zimny nie jest plastikowy. W temperaturze 1600 ˚С plastyczność wzrasta do stanu absolutnej podatności na obróbkę ciśnieniową: kucie, walcowanie, ciągnienie. Wiadomo, że 1 kg tego metalu umożliwia wyprodukowanie nici o łącznej długości do 3 km.

Obróbka jest trudna ze względu na nadmierną twardość ikruchość. Do wiercenia, toczenia, frezowania stosuje się węgliki spiekane wolframowo-kob altowe, wykonane metodą metalurgii proszków. Rzadziej, przy niskich prędkościach i specjalnych warunkach, stosuje się narzędzia wykonane z szybkotnącej stali wolframowej. Standardowe zasady cięcia nie mają zastosowania, ponieważ sprzęt zużywa się bardzo szybko, a przetworzony wolfram pęka. Stosowane są następujące technologie:

1. Obróbka chemiczna i impregnacja warstwy wierzchniej, w tym użycie do tego celu srebra.
2. Ogrzewanie powierzchni za pomocą pieców, płomienia gazowego, prądu elektrycznego 0,2 A. Dopuszczalna temperatura, w której następuje niewielki wzrost plastyczności i odpowiednio poprawia się cięcie, wynosi 300-450 ˚С.
3. Cięcie wolframu materiałami topliwymi.

Ostrzenie i szlifowanie powinno odbywać się przy użyciu narzędzi diamentowych i łokciowych, rzadziej korundu.

Spawanie tego metalu ogniotrwałego odbywa się głównie pod działaniem łuku elektrycznego, elektrod wolframowych lub węglowych w osłonie gazu obojętnego lub cieczy. Możliwe jest również zgrzewanie stykowe.

Ten szczególny pierwiastek chemiczny ma cechy, które wyróżniają go z tłumu. Czyli np. odznacza się wysoką odpornością na ciepło i zużycie, poprawia jakość i właściwości skrawające stali stopowych zawierających wolfram, a jego wysoka temperatura topnienia umożliwia wytwarzanie żarników do żarówek i elektrod do spawania.

Aplikacja

Rzadkość, niezwykłość i znaczenie decydują o powszechnym zastosowaniu w nowoczesnej technologii metalu zwanego wolframem - wolframem. Właściwości i zastosowanie uzasadniają wysoki koszt i popyt. Wysoka temperatura topnienia, twardość, wytrzymałość, odporność na ciepło i odporność na agresję chemiczną i korozję, odporność na zużycie i właściwości tnące to jego główne atuty. Przypadki użycia:

1. Włókna.
2. Stopienie stali w celu uzyskania szybkoobrotowych, odpornych na ścieranie, żaroodpornych i żaroodpornych stopów żelazowo-węglowych, które są wykorzystywane do produkcji wierteł i innych narzędzi, stempli, sprężyn i sprężyn, szyny.
3. Produkcja „sproszkowanych” twardych stopów, stosowanych głównie jako wysoce odporne na zużycie narzędzia do cięcia, wiercenia lub prasowania.
4. Elektrody do spawania TIG i oporowego.
5. Produkcja części do inżynierii rentgenowskiej i radiowej, różnych lamp technicznych.
6. Specjalne farby świecące.
7. Drut i części dla przemysłu chemicznego.
8. Różne praktyczne drobiazgi, na przykład jigi do wędkowania.

Różne stopy zawierające wolfram zyskują na popularności. Zakres takich materiałów bywa zaskakujący – od inżynierii ciężkiej po przemysł lekki, gdzie powstają tkaniny o specjalnych właściwościach (np. ognioodpornych).

Nie ma materiałów uniwersalnych. Każdy znany pierwiastek i tworzone stopy wyróżniają się niepowtarzalnością i koniecznością dla określonych dziedzin życia i przemysłu. Jednak niektóre z nich mają szczególne właściwości, które umożliwiają niewykonalne wcześniej procesy. Jednym z takich metali jest wolfram. Jego zastosowanie nie jest wystarczająco szerokie, jak stal, ale każda z opcji jest niezwykle przydatna i niezbędna dla ludzkości.