Odporny chemicznie na większość kwasów i wody królewskiej, rozpuszczalny w nadtlenku wodoru oraz mieszanina kwasów fluorowodorowego i azotowego. Jest praktycznie niezniszczalny i jest stosowany wszędzie tam, gdzie konieczna jest praca w wysokich temperaturach, wykonywanie spawania i wyciąganie metalowych nici.
Pochodzenie nazwy
Nazwa Wolframium pochodzi od minerału znanego z XVI wieku, wolfram, który przetłumaczony z niemieckiego brzmiał jak „krem wilka”. Podczas wytapiania cyny z rud zawierających wolfram, nastąpiła reakcja ze zwiększonym pienieniem, poetycko opisana jako: „Puszka pożarta jak wilk pożera owcę”. W XVIII wieku szwedzki chemik Scheeler podczas przetwarzania minerału wolframowego kwasem azotowym odkrył w produktach reakcji nieznaną szarą substancję o srebrnym odcieniu. Pierwotny minerał został później przemianowany na Scheelite, a nowy element stał się znany jako wolfram. Do tej pory Amerykanie, Brytyjczycy i Francuzi mieli swoje stare szwedzkie określenie „ciężki kamień”.
Depozyty i sposoby ich uzyskiwania
Ten pierwiastek należy do grupy bardzo rzadkich metali i występuje w przyrodzie w postaci złożonych związków tlenu z żelazem, manganem, wapniem, ołowiem, miedzią i pierwiastkami ziem rzadkich. Te minerały są częścią skał granitowych, a stężenie czystych substancji nie przekracza 2%. Największe złoża znajdują się w Kazachstanie, Chinach, Kanadzie i USA. Boliwia, Portugalia, Rosja, Uzbekistan i Korea Południowa są również zaangażowane w wydobycie.
Gdy wytwarza się wolfram, najpierw wzbogacany jest rudą, a cenne składniki są oddzielane od skały odpadowej. Metodą wzbogacania jest mielenie i flotacja z późniejszym rozdziałem magnetycznym i prażeniem utleniającym. Gotowy koncentrat spieka się sodą, co daje rozpuszczalny wolframit sodowy lub jest ługowany roztworem sody w autoklawach w wysokich temperaturach pod ciśnieniem, neutralizowany i wytrącany jako wolframian wapnia.
Spośród nich tlenek wolframu, oczyszczony z większości zanieczyszczeń, jest już izolowany, a następnie redukowany w około 700 ° C wodorem. Okazuje się, że jest to najczystszy sproszkowany wolfram. Aby nadać proszku ciągłą strukturę włóknistą, jest on prasowany w strumieniu wodoru, stopniowo zwiększając temperaturę prawie do granicy topnienia, tak że metal staje się plastyczny i ciągliwy.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Metal ma sześcienną sieć krystaliczną skoncentrowaną na ciele, ma właściwości paramagnetyczne i odporność na próżnię. Temperatura topnienia wolframu wynosi 3422 ° C, temperatura wrzenia 5555 ° C, gęstość 19, 25 g / cm ³, według Brinella twardość wynosi 488 kg / mm². W czystej postaci przypomina platynę, aw temperaturze około 1600 ° C jest wciągany w cienką nić. Wykazuje wysoką odporność na korozję, w normalnych warunkach nie zmienia się w wodzie i powietrzu, a po ogrzaniu do gorących temperatur (około 500 ° C) tworzy tlenek sześciowartościowy.
Wolfram nie oddziałuje ze stężonym kwasem solnym i rozcieńczonym kwasem siarkowym. Jego powierzchnia jest lekko utleniona przez wodę królewską i kwas azotowy.
Rozpuszcza się w nadtlenku wodoru, w mieszaninie kwasów fluorowodorowego i azotowego, w obecności środków utleniających reaguje z alkaliami, wytwarzając dużą ilość ciepła. Łatwo łączy się z węglem, tworząc węglik o wysokiej wytrzymałości, jednak w niskich temperaturach metal szybko utlenia się i staje się kruchy. Najczęściej używane:
- trójtlenki, zwane bezwodnikami wolframu;
- sole tworzące polimeryczne aniony;
- związki nadtlenkowe;
- związki z siarką, halogenami i węglem.
Obszary zastosowań
W metalurgii wolfram jest podstawą materiałów ogniotrwałych. Na światowej wystawie w Paryżu w 1900 r. Publiczność po raz pierwszy pokazała stal z dodatkami. Wysoka temperatura topnienia i ciągliwość sprawiły, że metal jest niezbędny w produkcji włókien do lamp żarowych i innych lamp próżniowych, tranzystorów powłokowych stosowanych w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych, a także elektrod do spawania argonowego. Duża gęstość wolframu pozwoliła mu stać się podstawą do szczegółów pocisków balistycznych, pocisków przeciwpancernych i pocisków w artylerii.
Stopy wolframu wytwarzane przez metalurgię proszków są twarde i odporne na ciepło, kwasoodporne i odporne na ścieranie. Są obowiązkowymi składnikami najlepszych gatunków stali wysokostopowych, gdzie litery w nazwie oznaczają skład:
- WA - związek wolframu z aluminium i krzemem. Charakteryzuje się wysoką początkową temperaturą rekrystalizacji, wytrzymałością po wyżarzaniu.
- WCu - kompozycja z miedzią służy do wytwarzania przełączników i tranzystorów wysokiego napięcia, w instalacjach radarowych i elektronice bipolarnej.
WL - dodatek tlenku lantanu zwiększa właściwości emisyjne.- WLZ - wolfram z tlenkiem lantanu i tlenkiem cyrkonu jest idealnym materiałem dla elektrod pracujących pod wysokim napięciem.
- WZ - wolfram z tlenkiem ceru jest stosowany jako materiał na elektrody spawalnicze. Wydajność zapłonu i żywotność zwiększają się.
- WM - stop wolframu i molibdenu. Ma wysoką wytrzymałość i pomaga zachować ciągliwość po wyżarzaniu.
- WK - wolfram uzupełniony potasem uzyskuje dobrą stabilność wymiarową i odporność na pełzanie.
- WRe - doping renu pozwala termoelementom wykonanym z takiej stali pracować w temperaturach powyżej 2000 ° C
Unikalne właściwości umożliwiają produkcję najlepszych przyrządów do chirurgii, pancerzy i skorup czołgów, płyt do kamizelek kuloodpornych, odpowiedzialnych części przemysłu lotniczego i lotniczego, pojemników na odpady radioaktywne, pojemników do uprawy kryształów szafiru. Węglik wolframu jest podstawą materiałów kompozytowych o dumnej nazwie „wygra”, jest stosowany do obróbki metali w inżynierii mechanicznej, górnictwie i do wiercenia otworów. W piecach próżniowych elementy grzejne termopary są wykonane ze stopów wolframu.
Jego związki są szeroko stosowane jako katalizatory i pigmenty w różnych gałęziach przemysłu chemicznego, farb i lakierów. Zastosowanie soli disiarczkowych wolframu jako smaru wysokotemperaturowego jest związane z tworzeniem bezpostaciowej warstwy siarki, która pokrywa cierne powierzchnie metalowe. Pojedyncze kryształy innych wolframianów są wykorzystywane na potrzeby fizyki jądrowej, są to radioaktywne detektory promieniowania. Wśród tradycyjnych biżuterii z pewnością poszerza swoje niszowe produkty z węglika wolframu. Ich polerowana powierzchnia doskonale odbija światło i nazywa się „szarym lustrem”, którego nie można drapać, zginać ani łamać.
Rola biologiczna
Wolfram nie ma dużego znaczenia biologicznego. Niektóre bakterie znalazły zawierające go enzymy. W związku z tym pojawiły się hipotezy, że wolfram był zaangażowany w powstawanie życia we wczesnych stadiach. Biżuteria z niej nie wywołuje reakcji alergicznych, a pył metalowy wdychanego wolframu podrażnia narządy śluzowe nosogardzieli i krtani osoby.