Применение вольфрама в промышленности и металлургии. Вольфрам как добывают
Месторождения и добыча вольфрама
Вольфрам является химическим элементом, которому присвоен 74 атомный номер в Периодической системе Менделеева. В нормальных условиях нахождения представляет собой твердый переходный металл блестящего серебристо-серого цвета.
Из всех, известных на сегодня металлов, вольфраму присущи уникальные свойства, которые заключаются, в первую очередь, в наиболее высокой температуре кипения, равной температуре в Солнечной фотосфере – 55550С, а также плавления – 34220С. При этом всем, вольфрам обладает низшим коэффициентом теплового расширения, максимальной твердостью и плотностью, в 1,7 раза превышающей плотность свинца. В отличие от меди, элемент №74 втрое хуже способен проводить электричество, не смотря на что, все равно является хорошим проводником.
Благодаря своим уникальным свойствам, сфера использования вольфрама достаточно широка. Так, его используют при производстве специальных контейнеров, в которых хранятся отходы ядерного производства, поскольку металл способен удерживать вредоносные лучи. Его добавляют в сплавы, которые являются отличным материалом для изготовления различных медицинских инструментов (например, хирургических). Применяется также в химической промышленности и лакокрасочной промышленности. Лакокрасочные материалы, произведенные на основе вольфрама, устойчивы к разного рода повреждениям и разрушениям, а также сохраняют свой первозданный внешний вид под воздействием губительных солнечных лучей. Всем известных ламп накаливания, рентгеновских аппаратов, вакуумных печей, элементы которых функционируют под воздействием крайне высоких температур, никогда бы не существовало, если бы не был открыт вольфрам. Кроме самого металла, также активно используются и его соединения, например оксид вольфрама, применяемый в производстве карбидов и галогенидов. Это далеко не полный список сфер человеческой деятельности, в которых может быть использован вольфрам.
Месторождения вольфрама
Вольфрам является очень востребованным химическим элементом, и, в то же время, крайне редким. Процентное содержание вольфрама в земной коре насчитывает 1,3*10-4%. Такое количество дает право вольфраму расположиться на 57 месте в рейтинге по нахождению материала в природе среди всех химических элементов.
В чистом виде в природе не встречается. Как правило, он входит в состав окисленных сложных соединений, которые образованы трехокисью вольфрама вместе с оксидами железа и марганца или кальция. Встречаются случаи, когда в составе соединений присутствуют оксиды свинца, меди, тория или других компонентов, редко встречающихся в недрах земли. Минералы вольфрама можно обнаружить в виде небольших вкраплений в гранитных породах.
Абсолютное количество вольфрамовых месторождений формируются магматическим или гидротермальным путем. Т.е. во время понижения температуры магмы идет процесс дифференциальной кристаллизации, в связи с чем шеелит и вольфрамит зачастую находятся в виде жил, в тех местах, в которых магма просачивалась в трещины земной коры. Таким образом, основным нахождением залежей металла являются молодые горные цепи – Альпы, Гималаи, Тихоокеанский пояс. Однако, крупнейшими месторождениями вольфрама также славятся Казахстан, Китай, Канада и Америка. Также присутствуют его залежи и на территории Боливии, Португалии, Южной Корее, России.
Добыча вольфрама
Бурный всплеск развития добычи вольфрама приходится на начало 20 века. Это связано с его востребованностью при производстве ламп накаливания и быстрорежущей стали.
Добыча данного металла осуществляется в несколько этапов. Изначально он синтезируется из отходов руд триоксида вещества, затем обрабатывается под воздействием температуры, приравниваемой к 7000С, в результате чего на выходе получается чистое вещество в виде пыли, которую переплавляют в водороде при 30000С. После этого, вольфрам готов к дальнейшему применению.
Производство металла очень сложный технологический процесс, поскольку вольфрам плохо поддается плавлению и обработке в целом. По шкале твердости Мооса вольфраму присвоена 9 позиция.
Производство вольфрама в России было начато в 1911 году. Тогда государство выпускало до 100 тонн концентрата ежегодно. Русский вольфрам добывался, преимущественно, на небольших месторождениях, расположенных на Урале и в восточном Забайкалье.
Тридцатые годы принято считать периодом становления сырьевой базы вольфрамовой промышленности. Именно на этот период припадает активное строительство горных предприятий во многих регионах – Средняя Азия, Урал, восточное Забайкалье и др. А спустя десять лет была начата эксплуатация месторождений молибденит-шеелитовых руд Тырныауза (Северный Кавказ) и вольфрамитовых руд Холтосона (западное Забайкалье).
Середина 20 века ознаменовалась освоением месторождений металла на территории Казахстана, Средней Азии, на Дальнем Востоке. А во второй половине столетия сырьевая база вольфрамовой промышленности в СССР включала в свою структуру несколько десятков коренных месторождений, классифицирующихся по трем промышленным типам:
- кварцево-вольфрамитовые жилы и жильные зоны;
- пластообразные, жилообразные, неправильной формы залежи скарново-шеелитовых и грейзено-вольфрамитовых руд;
- штокверки и жильно-штокверковые зоны.
Всего в мире ежегодно производится порядка 49-50 тысяч тонн вольфрама. При этом Китай занимает первое место. Производство вольфрама в России составляет 3,5 тысяч тонн в год. Меньше всего вольфрама выпускается в Австрии – всего 0,5 тысяч тонн.
Сегодня производители вольфрама сосредоточены во многих уголках света: в Канаде («Кантунг»), Южной Корее («Сандон»), Австрии («Кинг»), США («Пайн-Крик»), Португалии («Панашкейра») и многих других. Также, среди популярных предприятий, занимающихся производством вольфама, стоит отметить Тырныаузский горно-металлургический комбинат (Кабардино-Балканская ACCP), Джидинский ГОК (Бурятская ACCP), Приморский ГОК и Иультинский ГОК (РСФСР).Как получают вольфрам
Есть несколько путей его получения; первая стадия - обогащение руды, отделение ценных компонентов от основной массы - пустой породы. Методы обогащения - обычные для тяжелых руд и металлов: измельчение и флотация с последующими операциями - магнитной сепарацией (для вольфрамитных руд) и окислительным обжигом.Полученный концентрат чаще всего спекают с избытком соды, чтобы перевести вольфрам в растворимое соединение - вольфрамит натрия. Другой способ получения этого вещества - выщелачивание; вольфрам извлекают содовым раствором под давлением и при повышенной температуре (процесс идет в автоклаве) с последующей нейтрализацией и осаждением в виде искусственного шеелита, т.е. вольфрамата кальция. Стремление получить именно вольфрамат объясняется тем, что из него сравнительно просто, всего в две стадии:
CaWO4 → h3WO4 или (Nh5)2WO4 → WO3,
можно выделить очищенную от большей части примесей окись вольфрама.
Давайте расмотрим еще один способ получения окиси вольфрама - через хлориды. Вольфрамовый концентрат при повышенной температуре обрабатывают газообразным хлором. Образовавшиеся хлориды вольфрама довольно легко отделить от хлоридов других металлов методом возгонки, используя разницу температур, при которых эти вещества переходят в парообразное состояние. Полученные хлориды вольфрама можно превратить в окисел, а можно пустить непосредственно на переработку в элементарный металл.
Превращение окислов или хлоридов в металл - следующая стадия производства вольфрама. Лучший восстановитель окиси вольфрама - водород. При восстановлении водородом получается наиболее чистый металлический вольфрам. Процесс восстановления происходит в трубчатых печах, нагретых таким образом, что по мере продвижения по трубе «лодочка» с WO3 проходит через несколько температурных зон. Навстречу ей идет поток сухого водорода. Восстановление происходит и в «холодных» (450...600°C) и в «горячих» (750...1100°C) зонах; в «холодных» - до низшего окисла WO2, дальше - до элементарного металла. В зависимости от температуры и длительности реакции в «горячей» зоне меняются чистота и размеры зерен выделяющегося на стенках «лодочки» порошкообразного вольфрама.
Восстановление может идти не только под действием водорода. На практике часто используется уголь. Применение твердого восстановителя несколько упрощает производство, однако в этом случае требуется белее высокая температура - до 1300...1400°C. Кроме того, уголь и примеси, которые он всегда содержит, вступают в реакции с вольфрамом, образуя карбиды и другие соединения. Это приводит к загрязнению металла. Между тем электротехнике нужен весьма чистый вольфрам. Всего 0,1% железа делает вольфрам хрупким и малопригодным для изготовления тончайшей проволоки.
Получение вольфрама из хлоридов основано на процессе пиролиза. Вольфрам образует с хлором несколько соединений. С помощью избытка хлора все их можно перевести в высший хлорид - WCl6, который разлагается на вольфрам и хлор при 1600°C. В присутствии водорода этот процесс идет уже при 1000°C.
Так получают металлический вольфрам, но не компактный, а в виде порошка, который затем прессуют в токе водорода при высокой температуре. На первой стадии прессования (при нагреве до 1100...1300°C) образуется пористый ломкий слиток. Прессование продолжается при еще более высокой температуре, едва не достигающей под конец температуры плавления вольфрама. В этих условиях металл постепенно становится сплошным, приобретает волокнистую структуру, а с ней - пластичность и ковкость. Далее...
Минералы и рудыВольврам, его главные свойстваХимическая активность ВольфрамаВольфрам образует следующие сплавыГде применяется вольфрамПочему «вольфрам»?«Вольфрам» или «тунгстен»?Кто же открыл вольфрам?Название «вольфрамовая бронза» обманчивоОб изотопах вольфрамаВольфрам и гелиотехника
Время последней модификации 1271962556wolframpo.ru
Вольфрам, нахождение в природе | Технологии Металловъ
Вольфрам мало распространен в природе, содержание в земной коре 1,3·10-4% по массе. Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 и окислами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Наиболее распространенный минерал, вольфрамит, представляет собой твердый раствор вольфраматов (солей вольфрамовой кислоты) железа и марганца (mFeWO4 · nMnWO4). Этот раствор – тяжелые и твердые кристаллы коричневого пли черного цвета, в зависимости от того, какое соединение преобладает в их составе. Если больше гюбнерита (соединения марганца), кристаллы черные, если же преобладает железосодержащий ферберит – коричневые. Вольфрамит парамагнитен и хорошо проводит электрическим ток.
Из других минералов вольфрама промышленное значение имеет шеелит – вольфрамат кальция CaWO4. Он образует блестящие, как стекло, кристаллы светло-желтого, иногда почти белого цвета. Шеелит немагнитен, но он обладает другой характерной особенностью – способностью к люминесценции. Если его осветить ультрафиолетовыми лучами, он флуоресцирует в темноте ярко-синим цветом. Примесь молибдена меняет окраску свечения шеелита: она становится бледно-синей, а иногда даже кремовой. Это свойство шеелита, используемое в геологической разведке, служит поисковым признаком, позволяющим обнаружить залежи минерала.
Как правило месторождения вольфрамовых руд связаны с областями распространения гранитов. Крупные кристаллы вольфрамита или шеелита – большая редкость. Обычно минералы лишь вкраплены в древние гранитные породы. Средняя концентрация вольфрама в них всего 1–2%, поэтому извлекать его довольно трудно. Всего известно около 15 собственных минералов вольфрама. Среди них расоит и штольцит, представляющие собой две различные кристаллические модификации вольфрамата свинца PbWO4. Другие минералы являются продуктами разложения или вторичными формами обычных минералов – вольфрамита и шеелита, например, вольфрамовая охра и гидротунгстит, являющийся гидратированным оксидом вольфрама, образовавшимся из вольфрамита; русселит – минерал, содержащий оксиды висмута и вольфрама. Единственный неоксидный минерал вольфрама – тунгстенит WS2, основные запасы которого сосредоточены в США. Обычно содержание вольфрама в разрабатываемых месторождениях лежит в пределах от 0,3 до 1,0% WO3.
Все вольфрамовые месторождения имеют магматическое или гидротермальное происхождение. В процессе охлаждения магмы происходит дифференциальная кристаллизация, поэтому шеелит и вольфрамит часто обнаруживаются в виде жил, там, где магма проникала в трещины земной коры. Большая часть вольфрамовых месторождений сосредоточена в молодых горных цепях – Альпах, Гималаях и Тихоокеанском поясе.
Крупнейшие зарубежные месторождения вольфрамита и шеелита находятся в Китае, Бирме, США, Боливии и Португалии. Наша страна тоже располагает значительными запасами минералов вольфрама, главные их месторождения находятся на Урале, Кавказе и в Забайкалье.
Ежегодная мировая добыча вольфрамовых руд составляет 5,95·104 тонн в пересчете на металл, из которых 49,5·104 тонн (83%) извлекается в Китае. В России добывается 3400 тонн, в Канаде – 3000 тонн.
На Кинг-Айленде в Австралии добывается 2000–2400 тонн вольфрамовой руды в год. В Австрии шеелит добывается в Альпах (провинции Зальцбург и Штайермарк). В северо-восточной Бразилии разрабатывается совместное месторождение вольфрама, золота и висмута (шахты Канунг и месторождение Кальзас в Юконе) с предполагаемым запасом золота 1 млн. унций и 30 000 т оксида вольфрама. Мировым лидером в разработке вольфрамового сырья является Китай (месторождения Жианьши (60% китайской добычи вольфрама), Хуньань (20%), Юннань (8%), Гуаньдонь (6%), Гуаньжи и Внутренняя Монголия (2% каждое) и другие). Объемы ежегодной добычи в Португалии (месторождение Панасхира) оцениваются в 720 т вольфрама в год. В России основные месторождения вольфрамовых руд расположены в двух регионах: на Дальнем Востоке (Лермонтовское месторождение, 1700 т концентрата в год) и на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария, Тырныауз). Завод в Нальчике перерабатывает руду в оксид вольфрама и паравольфрамат аммония.
Крупнейшим потребителем вольфрама является Западная Европа – ее доля на мировом рынке составляет 30%. По 25% от общего потребления приходится на Северную Америку и Китай, а 12–13% на долю Японии. Спрос на вольфрам в странах СНГ оценивается в 3000 тонн металла в год.
msk-port.ru
Применение вольфрама в промышленности и металлургии
Вольфрам долгое время не находил
практического применения. И только в конце XIX века замечательные свойства
этого металла стали использоваться в промышленности. В настоящее время около 80
процентов добываемого вольфрама применяется в вольфрамовых сталях, около 15
процентов вольфрама используют для производства твердых сплавов. Важной
областью применения чистого вольфрама и чистых сплавов из него является
электротехническая промышленность, где он используется при изготовлении нитей
накаливания электрических ламп, для деталей радиоламп и рентгеновских трубок,
автомобильного и тракторного электрооборудования, электродов для контактной,
атомно-водородной и аргоно-дуговой сварки, нагревателей для электропечей и др.
Соединения вольфрама нашли применение в производстве огнестойких,
водоустойчивых и утяжеленных тканей, как катализаторы в химической
промышленности.
Ценность вольфрама особенно повышает его способность
образовывать сплавы с различными металлами железом, никелем, хромом, кобальтом,
молибденом, которые в различных количествах входят в состав стали. Вольфрам,
добавленный в небольших количествах к стали, вступает в реакции с содержащимися
в ней вредными примесями серы, фосфора, мышьяка и нейтрализует их отрицательное
влияние. В результате сталь с добавкой вольфрама получает высокую твердость,
тугоплавкость, упругость и устойчивость против кислот. Всем известно высокое
качество клинков из дамасской стали, в которой содержится несколько процентов
примеси вольфрама. Еще в. 1882 году вольфрам стали использовать при
изготовлении пуль. В орудийной стали, бронебойных снарядах также содержится
вольфрам. Сталь с присадкой вольфрама идет на изготовление прочных рессор
автомобилей и железнодорожных вагонов, пружин и ответственных деталей различных
механизмов. Рельсы, изготовленные из вольфрамовой стали, выдерживают намного
большие нагрузки, и срок их службы значительно дольше, чем рельсов из обычных
сортов стали. Замечательным свойством стали с добавкой 918 процентов вольфрама
является ее способность к самозакаливанию, то есть при увеличении нагрузок и
температуры эта сталь становится еще прочнее. Это свойство явилось основанием
для изготовления целой серии инструментов из так называемой «быстрорежущей
инструментальной стали». Применение резцов из нее позволило в свое время в
несколько раз увеличить скорость обработки деталей на металлорежущих станках.
И все же инструменты, изготовленные из быстрорежущей стали, по
скорости резания в 35 раз уступают инструментам из твердых сплавов. К их числу
относятся соединения вольфрама с углеродом (карбиды) и бором (бориды). Эти
сплавы по твердости близки к алмазам. Если условная твердость самого твердого
из всех веществ алмаза выражается 10 баллами, то твердость вольфрамо-карбида
(вокара) 9,8. К числу этих сплавов относится и широко известный победит сплав
углерода с вольфрамом и добавкой кобальта. Сам победит вышел из употребления,
но это название сохранилось применительно к целой группе твердых сплавов. В
машиностроительной промышленности из твердых сплавов изготавливают также штампы
для кузнечных прессов. Они изнашиваются примерно в тысячу раз медленнее
стальных.
Особенно важной и интересной областью применения вольфрама
является изготовление элементов накала (нитей) электрических ламп накаливания.
Для изготовления нитей электроламп используют чистый вольфрам. Свет, излучаемый
раскаленной нитью вольфрама, близок к дневному. А количество света, излучаемое
лампой с вольфрамовой нитью, в несколько раз превышает излучение ламп из нитей,
изготовленных из других металлов (осьмия, тантала). Световое излучение
(световая отдача) электроламп с вольфрамовой нитью в 10 раз выше, чем у ранее
применявшихся ламп с угольной нитью. Яркость свечения, долговечность,
экономичность в потреблении электроэнергии, небольшие затраты металла и
простота изготовления электрических ламп с вольфрамовой нитью обеспечили им
самое широкое применение при освещении.
Широкие возможности применения вольфрама обнаружились в
результате открытия, сделанного известным американским физиком Робертом
Уилъямсом Вудом. В одном из опытов Р. Вуд обратил внимание на то, что свечение
вольфрамовой нити с торцовой части катодной трубки его конструкции продолжается
и после отключения электродов от аккумулятора. Это настолько поразило его
современников, что Р. Вуда стали называть чародеем. Исследования показали, что
вокруг нагретой вольфрамовой нити происходит термическая диссоциация молекул
водорода они распадаются на отдельные атомы. После отключения энергии атомы водорода снова соединяются в молекулы, и при
этом выделяется большое количество тепловой энергии, достаточное, чтобы
раскалить тонкую вольфрамовую нить и вызвать ее свечение. На этом эффекте
разработан новый вид сварки металлов атомно-водородный, давший возможность
сваривать различные стали, алюминий, медь, латунь в тонких, листах с получением
чистого и ровного шва. Металлический вольфрам при этом используется в качестве
электродов. Вольфрамовые электроды применяются также и при более широко
распространенной аргонодуговой сварке.
В химической промышленности вольфрамовая проволока, очень
стойкая против кислот и щелочей, применяется для изготовления сеток различных
фильтров. Вольфрам нашел применение также как катализатор с его помощью
изменяют скорость химических реакций в технологическом процессе. Группа
вольфрамовых соединении в промышленности и лабораторных условиях используется
как реактивы для определения белка и других органических и неорганических
соединений.
Вольфрамовые соединения используются и в полиграфической
промышленности в качестве красок (шафрановая, вольфрамовая синь, вольфрамовая
желть). Пиротехники добавляют соединения вольфрама в состав горючих смесей и
получают разноцветные огни ракет и фейерверков. В свето-печатании используется
бумага, обработанная вольфрамитом натрия. В текстильной промышленности солью
вольфрамовой кислоты вольфраматом натрия протравливают ткани при крашении.
Такие ткани непромокаемы и не боятся огня. Дерево тоже становится огнестойким,
если его обработать этим веществом.
Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К).
Коэффициент температурного расширения вольфрама близок к таковому у кремния, поэтому на вольфрамовые подложки припаивают кремниевые кристаллы мощных транзисторов – чтобы избежать растрескивания этих кристаллов при нагреве. Даже неполный перечень применения вольфрама и его соединений в промышленности дает представление о высокой ценности этого элемента. Сейчас трудно представить, как бы любой из нас смог обходиться даже в повседневной жизни без вольфрама. И конечно, возможности ого использования будут раскрываться и дальше. Почти вся мировая вольфрамовая промышленность в период первой мировой войны была сосредоточена в Германии. Но сырье для нее вольфрамовые концентраты поставлялись из других стран. Поэтому, изолированные от поставщиков сырья, немцы вынуждены были перерабатывать шлаки, скопившиеся около оловянных плавилен (вспомним «волчью пену»!) и получали из них около 100 тонн вольфрама в год. В это же время потребности военной промышленности в вольфраме вызвали «вольфрамовую лихорадку» во многих странах. В России поставщиками вольфрамовых руд стали Урал и Забайкалье. Стараясь нажиться па «вольфрамовой лихорадке», предприниматели не очень считались с интересами государства. Так, промышленник Толмачев, владевший Забайкальскими месторождениями Букука и Оланду, решил сдать их в аренду шведской фирме. И только своевременное вмешательство Геологического комитета предотвратило это. В условиях военного времени рудники у этого дельца были реквизированы.
Искусственный радионуклид 185W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184W применяется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).
Перед началом первой мировой войны в 1913 году в мире было произведено 8 123 тонны вольфрамового концентрата (с содержанием 60 процентов трехокиси вольфрама). Перед второй мировой войной его производство быстро увеличилось и в 1940 году составило 44 013 тонн (без Советского Союза). По данным Горного бюро США, в 1972 году мировое производство вольфрама составило около 38 400 тонн.
Применение вольфрамовых сплавовВольфрамовые сплавы обладают многими замечательными качествами. Так называемый тяжелый металл (из вольфрама, никеля и меди) служит для изготовления контейнеров, в которых хранят радиоактивные вещества. Его защитное действие на 40% выше, чем у свинца. Этот сплав применяют и при радиотерапии, так как он создает достаточную защиту при сравнительно небольшой толщине экрана.
Сплав карбида вольфрама с 16% кобальта настолько тверд, что может частично заменить алмаз при бурении скважин.
Псевдосплавы вольфрама с медью и серебром – превосходный материал для рубильников и выключателей электрического тока высокого напряжения: они служат в шесть раз дольше обычных медных контактов.
О применении вольфрама в волосках электроламп говорилось в начале статьи. Незаменимость вольфрама в этой области объясняется не только его тугоплавкостью, но и пластичностью. Из одного килограмма вольфрама вытягивается проволока длиной 3,5 км, т.е. этого килограмма достаточно для изготовления нитей накаливания 23 тыс. 60-ваттных лампочек. Именно благодаря этому свойству мировая электротехническая промышленность потребляет всего около 100 т вольфрама в год.
В последние годы важное практическое значение приобрели химические соединения вольфрама. В частности, фосфорно-вольфрамовая гетерополикислота применяется для производства лаков и ярких, устойчивых на свету красок. Раствор вольфрамата натрия Na2WO4 придает тканям огнестойкость и водонепроницаемость, а вольфраматы щелочноземельных металлов, кадмия и редкоземельных элементов применяются при изготовлении лазеров и светящихся красок.
www.protown.ru
Вольфрам: почему его так назвали? Еще один пример «вредного» металла | Культура
По-немецки его называют Wolfram, по-английски — Tungsten (по-французски — так же). Хотя металл был открыт в 80-х годах XVIII века, прозвище «Вольфрам» (или по-немецки — «Wolf Rahm») было известно немецким металлургам задолго до этого. Горняки и металлурги XIV—XVI вв.еков заметили, что при прокаливании одной из оловянных руд теряется много олова, которое при этом переходит в шлак, в пену. В своем трактате о горном деле и металлургии Агрикола приводит латинское название этого эффекта, он называет его на латыни Spuma Lupi, или Lupus spuma, что означает «волчья пена». А по-немецки это как раз и будет «Wolf Rahm» — «волчья пена».
А во Франции и англосаксонском мире металл знают под другим именем. Шведский химик Шееле в 1781 году в результате обработки «тяжелых камней» («tungsten» — швед. tung sten, «тяжелый камень») новой для него породы азотной кислотой получил тяжелый камень желтого цвета (мы теперь знаем, что это не чистый вольфрам, а триоксид вольфрама).
В 1783 году испанские химики братья Элюар из саксонского минерала вольфрамита получили некую желтую окись нового металла, а уже из нее — новый металл, вольфрам.
При этом ни Шееле не претендовал на лавры первооткрывателя, ни братья Элюар не настаивали на своем приоритете. Минерал, из которого Шееле выделил первый вольфрам, теперь знают как шеелит.
Ныне вольфрам добывают в общих чертах так же, как сделали первооткрыватели (правда, не килограммами, а тысячами тонн в год). Из рудных концентратов получают триоксид WO3, а затем из него при помощи водорода при температуре около 700оС, получают порошок, который обрабатывают методами порошковой металлургии из-за его сверхтугоплавкости. Порошок прессуют, затем спекают в атмосфере водорода при примерно 1200о, а затем пропускают мощный электрический ток. Металл нагревается до 3000о и спекается в слиток. Дальнейшая очистка происходит методом зонной плавки.
На Всемирной выставке 1900 г. в Париже были продемонстрированы образцы стальных сплавов с вольфрамом. После этого во всех промышленно развитых странах в металлургии стали применять вольфрам. Его главная особенность, как легирующей добавки, заключается в том, что стальные сплавы с вольфрамом сохраняют твердость и прочность при высокой температуре, что дает таким сплавам огромное преимущество при применении в металлообработке. Резцы, фрезы, прочие инструменты для точной обработки металла оказываются вне конкуренции по сравнению с остальными сплавами — они сохраняют прочность при сильном нагреве, который неизбежен при металлообработке, а значит позволяют изготавливать металлические изделия с намного более высокой точностью. Лучшие инструментальные стали обязательно содержат вольфрам.
Сегодня металл используется более чем широко, правда в основном — в виде сплавов. Но к тому же он весьма популярен и у ювелиров — кольца из вольфрама очень красивы. В наше время в мире добывается до 30 тыс. тонн вольфрама в год. Металлургия поглощает до 92% производимого вольфрама. Остальное используется для получения катализаторов и пигментов. Краска из окиси вольфрама была долгое время одним из секретов производства китайского фарфора.
Сплавы и карбиды вольфрама используются как в танковой броне, так и в бронебойных сердечниках снарядов, в наиболее важных частях двигателей внутреннего сгорания и реактивных двигателей. Спирали электрических лампочек — это тоже вольфрам.
Кроме металлообработки, сплав вольфрама, никеля и меди используется для изготовления контейнеров для хранения радиоактивных веществ — он поглощает излучения на 40% лучше свинца. По этой же причине этот сплав используется и в радиотерапии.
Сплав карбида вольфрама и 16% кобальта настолько прочен, что является заменителем алмаза при бурении скважин.
Практически всегда содержит вольфрам высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», маркировка которой начинается на букву Р.
Дителлурид вольфрама WTe2 имеет термо-ЭДС около 57 мкВ/К и применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую.
Сульфид вольфрама WS2 используется в качестве высокотемпературной смазки, сохраняя свойства смазки при нагреве до 500оС.
Когда во время Первой мировой войны Германия была блокирована и отрезана блокадой от источников вольфрамового сырья, немцы начали использовать завалы того самого шлака, который создали металлурги средних веков. При обработке этих «древних свалок» Германия обеспечила себя примерно 100 тоннами вольфрама в год на все время войны.
shkolazhizni.ru
| Таблица ^ =>> v | История открытия:Вольфрам, вернее его оксид WO3, был открыт Шееле в 1781 г. в минерале тунгстейне, который теперь обычно называют шеелитом (CaWO4). Вскоре после этого два испанских химика, братья д'Элюяр, установили, что этот же окисел содержится в вольфрамите, где он, однако, связан не с окисью кальция, как в тунгстейне, а с окислами железа и марганца, Вследствие содержания в тунгстейне и в называвшемся в то время "вольфрамом" вольфрамите металл и получил свое название. От первого происходит и применяющееся еще и теперь французами и англичанами название вольфрама - tungsten. Получение:Вольфрамовые руды плавят с содой в пламеных печах:4FeWO4 + 4Na2CO3 + O2 =4Na2WO4 + 2Fe2O3 + 4CO2Получающийся при этом вольфромат натрия выщелачивают водой и разлагают концентрированной горячей кислотой: Na2WO4 + 2HCl = h3WO4 + 2NaClОбразующуюся вольфрамовую кислоту переводят при нагревании в оксид вольфрама(VI), а последний восстанавливают до металла нагреванием с углем или в токе водорода:h3WO4 = WO3 + h3O; WO3 + 3h3 = W + 3h3OПри этом, вследствие очень высокой температуре плавления вольфрама, его получают в виде порошка. Компактный металл получают методами порошковой металлургии. Физические свойства:Вольфрамовый порошок матово-серый, плавленый вольфрам - белый и блестящий. Вольфрам обладает самой высокой температурой плавления (Тпл.= 3422°С), плотностью (19,25 г/см3) и твердостью среди металлов. В тоже время при температуре 1600°С вольфрам очень пластичен, что позволяет вытягивать из него тончайшую вольфрамовую нить. Химические свойства:При обычных температурах вольфрам устойчив на воздухе. При нагревании он окисляется в оксид вольфрама(VI). Элементарный азот не реагирует с вольфрамом даже при 1500°С. Водород также поглощается в очень небольших количествах. Из галогенов энергично реагирует фтор, с порошкообразным вольфрамом уже при обычных температурах, хлор реагирует только при температуре красного каления.Пары воды переводят раскаленный вольфрам в оксид вольфрама(IV). Вольфрам очень устойчив по отношению к кислотам, растворяется только в смеси HF и азотной кислоты. В тоже время, в присутствии окислителей вольфрам активно реагирует с расплавами щелочей: 2W + 4NaOH + 3O2 =2Na2WO4 + 2h3O В соединениях проявляет степень окисления от +2 до +6, наиболее устойчивы соединения в высшей степени окисления. Важнейшие соединения:Оксид вольфрама(VI), WО3, лимонно-желтый хрупкий порошок, который при нагревании становится оранжевым. В воде оксид вольфрама(VI) практически не растворяется, но растворяется в едких щелочах с образованием вольфраматов. Растворяется в HF с образованием h3WF8. Оксид вольфрама(IV), WО2, темно-коричневые кристаллы. Плохо растворим в воде, растворах кислот и щелочей. Вольфрамовая (моновольфрамовая) кислота h3WO4 желтые кристаллы или аморфное вещество. Получают действием кислот на вольфраматы. Адсорбент, катализатор гидрогенизации в производстве бензина. Вольфраматы - соли вольфрамовой кислоты h3WO4 и поливольфрамовых кислот. Вольфраматы щелочных металлов и аммония растворимы в воде. Гексафторид вольфрама. Жидкость с Ткип. 17°С, гидролизуется водой. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, сплавов вольфрама химическим осаждением из газовой фазы, для разделения изотопов вольфрама. Гексахлорид вольфрама. кристаллическое вещество, не растворимо в воде, растворимо в спирте, эфире, CS2 и CCl4. Используется для нанесения вольфрамовых покрытий, для получения вольфрама.Гексакарбонил вольфрама, W(CO)6, кристаллы, возгоняются при 50°С, нерастворимы в воде и кислотах, азотной кислотой разлагаются. Применяют для нанесения покрытий из вольфрама. Применение:Вольфрам широко применяют для получения специальных сталей, отличающихся особой твердостью, эластичностью и прочностью. Добавленный вместе с хромом к железу, он дает так называемые быстрорежущие стали, которые сохраняют свою твердость и заточки даже в накаленном состоянии. Вольфрам используется для изготовления нитей накала, катодов в электровакуумных приборах. См. также: Вольфрам //Популярная библиотека химических элементов. Издательство «Наука», 1977. Вольфрам // Википедия. Дата обновления: 12.12.2017. (дата обращения: 20.05.2018). |
www.kontren.narod.ru
ВОЛЬФРАМ - Химия
ВОЛЬФРАМ (Wolframium), W химический элемент 6 (VIb) группы периодической системы Д.И.Менделеева, атомный номер 74, атомная масса 183,85. Известно 33 изотопа вольфрама: от 158W до 190W. В природе обнаружено пять изотопов, три из которых являются стабильными: 180W (доля среди природных изотопов 0,120%), 182W (26,498%), 186W (28,426%), а другие два слабо радиоактивны: 183W (14,314%, Т½ = 1,1·1017 лет), 184W (30,642%, Т½ = 3·1017 лет). Конфигурация электронной оболочки [Xe]4f145d46s2. Наиболее характерна степень окисления +6. Известны соединения со степенями окисления вольфрама +5, +4, +3, +2 и 0. Еще в 1416 вв. горняки и металлурги в Рудных горах Саксонии отмечали, что некоторые руды нарушали процесс восстановления оловянного камня (минерала касситерита, SnO2) и приводили к зашлаковыванию расплавленного металла. На профессиональном языке того времени этот процесс характеризовали так: «Эти руды вырывают олово и пожирают его, как волк пожирает овцу». Рудокопы дали этой «надоедливой» породе названия «Wolfert» и «Wolfrahm», что в переводе означает «волчья пена» или «пена в пасти у разъяренного волка». Немецкий химик и металлург Георг Агрикола в своем фундаментальном труде Двенадцать книг о металлах (1556) приводит латинское название этого минерала Spuma Lupi, или Lupus spuma, которое по существу представляет собой кальку с народного немецкого названия.В 1779 Питер Вульф (Peter Wulf) исследовал минерал, сейчас называемый вольфрамитом (FeWO4·xMnWO4), и пришел к выводу, что тот должен содержать неизвестное ранее вещество. В 1783 в Испании братья д"Эльгуйяр (Juan Jose и Fausto D"Elhuyar de Suvisa) при помощи азотной кислоты выделили из этого минерала «кислую землю» желтый осадок оксида неизвестного металла, растворимый в аммиачной воде. В минерале также были обнаружены оксиды железа и марганца. Хуан и Фаусто прокалили «землю» с древесным углем и получили металл, который они предложили называть «вольфрамом», а сам минерал «вольфрамитом». Таким образом, испанские химики д"Эльгуйяр первыми опубликовали сведения об обнаружении нового элемента.Позже стало известно, что впервые оксид вольфрама был обнаружен не в «пожирателе олова» вольфрамите, а в другом минерале.В 1758 шведский химик и минералог Аксель Фредрик Кронштедт (Axel Fredrik Cronstedt) открыл и описал необычайно тяжелый минерал (CaWO4, названный в последствии шеелитом), который назвал Tung Sten, что по-шведски означает «тяжелый камень». Кронштедт был убежден, что этот минерал содержит новый, еще не открытый, элемент.В 1781 великий шведский химик Карл Шееле разложил «тяжелый камень» азотной кислотой, обнаружив при этом, помимо соли кальция, «желтую землю», не похожую на белую «молибденовую землю», впервые выделенную им же три года назад. Интересно, что один из братьев д"Эльгуйяр работал в то время в его лаборатории. Шееле назвал металл «tungsten», по названию минерала, из которого был впервые выделен желтый оксид. Так у одного и того же элемента появилось два названия.В 1821 фон Леонард предложил называть минерал CaWO4 шеелитом. Название вольфрам можно найти у Ломоносова; Соловьев и Гесс (1824) называют его волчец, Двигубский (1824) вольфрамий. Еще в начале 20 в. во Франции, Италии и Англо-Саксонских странах элемент «вольфрам» обозначали как Tu (от tungsten). Лишь в середине прошлого столетия утвердился современный символ W.Вольфрам в природе. Типы месторождений. Вольфрам довольно редкий элемент, его кларк (процентное содержание в земной коре) составляет 1,3·104% (57-е место среди химических элементов).Вольфрам встречается, главным образом, в виде вольфраматов железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов.Наиболее распространенный минерал вольфрамит представляет собой твердый раствор вольфраматов железа и марганца (Fe, Mn)WO4. Это тяжелые твердые кристаллы цвета от коричневого до черного, в зависимости от того, какой элемент преобладает в их составе. Если больше марганца (Mn:Fe > 4:1), то кристаллы черные, если же преобладает железо (Fe:Mn > 4:1) коричневые. Первый минерал называют гюбнеритом, второй ферберит. Вольфрамит парамагнитен и хорошо проводит электрический ток.Из других минералов вольфрама промышленное значение имеет шеелит вольфрамат кальция CaWO4. Он образует блестящие, как стекло, кристаллы светло-желтого, иногда почти белого цвета. Шеелит не магнитится, но обладает другой характерной особенностью способностью к люминесценции. Если его осветить ультрафиолетовыми лучами, он флуоресцирует в темноте ярко-синим цветом. Примесь молибдена меняет окраску свечения шеелита: она становится бледно-синей, а иногда даже кремовой. Это свойство шеелита, используемое в геологической разведке, служит поисковым признаком, позволяющим обнаружить залежи минерала.Как правило месторождения вольфрамовых руд связаны с областями распространения гранитов. Крупные кристаллы вольфрамита или шеелита большая редкость. Обычно минералы лишь вкраплены в древние гранитные породы. Средняя концентрация вольфрама в них всего 12%, поэтому извлекать его довольно трудно. Всего известно около 15 собственных минералов вольфрама. Среди них расоит и штольцит, представляющие собой две различные кристаллические модификации вольфрамата свинца PbWO4. Другие минералы являются продуктами разложения или вторичными формами обычных минералов вольфрамита и шеелита, например, вольфрамовая охра и гидротунгстит, являющийся гидратированным оксидом вольфрама, образовавшимся из вольфрамита; русселит минерал, содержащий оксиды висмута и вольфрама. Единственный неоксидный минерал вольфрама тунгстенит WS2, основные запасы которого сосредоточены в США. Обычно содержание вольфрама в разрабатываемых месторождениях лежит в пределах от 0,3 до 1,0% WO3.Все вольфрамовые месторождения имеют магматическое или гидротермальное происхождение. В процессе охлаждения магмы происходит дифференциальная кристаллизация, поэтому шеелит и вольфрамит часто обнаруживаются в виде жил, там, где магма проникала в трещины земной коры. Большая часть вольфрамовых месторождений сосредоточена в молодых горных цепях Альпах, Гималаях и Тихоокеанском поясе. По данным Американской геологической службы за 2003 (U.S. Geological Surveys) в Китае находится порядка 62% мировых запасов вольфрама. Значительные залежи этого элемента разведаны также в США (Калифорния, Колорадо), Канаде, России, Южной Корее, Боливии, Бразилии, Австралии и Португалии.Мировые запасы вольфрамовых руд оцениваются в 2,9·106 тонн в пересчете на металл. Наибольшими запасами обладает Китай (1,8·106 тонн), второе место делят Канада и Россия (2,6·105 и 2,5·105 тонн соответственно). На третьем месте находятся США (1,4·105 тонн), однако сейчас почти все американские месторождения законсервированы. Среди остальных стран весомыми запасами обладают Португалия (запасы 25 000 т), Северная Корея (35 000 т), Боливия (53 000 т) и Австрия (10 000 т).Ежегодная мировая добыча вольфрамовых руд составляет 5,95·104 тонн в пересчете на металл, из которых 49,5·104 тонн (83%) извлекается в Китае. В России добывается 3400 тонн, в Канаде 3000 тонн. На Кинг-Айленде в Австралии добывается 20002400 тонн вольфрамовой руды в год. В Австрии шеелит добывается в Альпах (провинции Зальцбург и Штайермарк). В северо-восточной Бразилии разрабатывается совместное месторождение вольфрама, золота и висмута (шахты Канунг и месторождение Кальзас в Юконе) с предполагаемым запасом золота 1 млн. унций и 30 000 т оксида вольфрама. Мировым лидером в разработке вольфрамового сырья является Китай (месторождения Жианьши (60% китайской добычи вольфрама), Хуньань (20%), Юннань (8%), Гуаньдонь (6%), Гуаньжи и Внутренняя Монголия (2% каждое) и другие). Объемы ежегодной добычи в Португалии (месторождение Панасхира) оцениваются в 720 т вольфрама в год. В России основные месторождения вольфрамовых руд расположены в двух регионах: на Дальнем Востоке (Лермонтовское месторождение, 1700 т концентрата в год) и на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария, Тырныауз). Завод в Нальчике перерабатывает руду в оксид вольфрама и паравольфрамат аммония. Крупнейшим потребителем вольфрама является Западная Европа ее доля на мировом рынке составляет 30%. По 25% от общего потребления приходится на Северную Америку и Китай, а 1213% на долю Японии. Спрос на вольфрам в странах СНГ оценивается в 3000 тонн металла в год.Более половины (58%) всего потребляемого металла используется в производстве карбида вольфрама, почти четверть (23%) в виде различных сплавов и сталей. На изготовление вольфрамового «проката» (нитей для ламп накаливания, электрических контактов и т.д.) приходится 8% произведенного вольфрама, а оставшиеся 9% используются при получении пигментов и катализаторов.
www.cnru123.com
