Волфрам: приложение, свойства и химични характеристики

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Майката природа е обогатила човечеството с полезни химични елементи. Някои от тях са скрити в недрата му и се съдържат в относително малки количества, но тяхното значение е много значимо. Един от тях е волфрам. Използването му се дължи на неговите специални свойства.

История за произход

XVIII век - векът на откриването на периодичната таблица - стана основен в историята на този метал.

По-рано се приемаше съществуването на определено вещество, което е част от минералните скали, което предотвратява топенето на необходимите метали от тях. Например получаването на калай беше трудно, ако рудата съдържаше такъв елемент. Разликата в температурата на топене и химичните реакции доведоха до образуването на пяна от шлака, което намали количеството добив на калай.

През VIII век металът е открит последователно от шведския учен Шееле и испанците братя Елюард. Това се случи в резултат на химически експерименти по окисляването на минерални скали - шеелит и волфрамит.

Регистриран в периодичната система от елементи в съответствие с атомен номер 74. Рядък огнеупорен метал с атомнас маса 183,84 е волфрам. Използването му се дължи на необичайни свойства, открити още през 20-ти век.

Къде да търся?

По отношение на броя в недрата на земята, той е "рядко населен" и заема 28-о място. Той е компонент на около 22 различни минерала, но само 4 от тях са от съществено значение за извличането му: шеелит (съдържа около 80% триоксид), волфрамит, ферберит и хубнерит (съдържат по 75-77% всеки). Съставът на рудите най-често съдържа примеси, в някои случаи се извършва паралелно "екстракция" на такива метали като молибден, калай, тантал и др. Най-големите депозити са в Китай, Казахстан, Канада, САЩ, има и в Русия, Португалия, Узбекистан.

Как го получават?

Поради специалните свойства, както и ниското съдържание в скалите, технологията за получаване на чист волфрам е доста сложна.

1. Магнитна сепарация, електростатично разделяне или флотация за обогатяване на рудата до 50-60% концентрация на волфрамов оксид.
2. Изолиране на 99% оксид чрез химични реакции с алкални или киселинни реагенти и поетапно пречистване на получената утайка.
3. Редукция на метал с въглерод или водород, добив на съответния метален прах.
4. Производство на блокове или прахово синтеровани брикети.

Един от важните етапи в производството на металургични продукти е праховата металургия. Тя се основава на смесване на прахообразни огнеупорни метали, тяхното пресоване и последващо синтероване. По този начин се получават голям брой технологично важни сплави, включително волфрамов карбид, чието приложение се намира основно в промишленото производство на режещи инструменти с повишена мощност и издръжливост.

Физични и химични свойства

Волфрамът е огнеупорен и тежък метал със сребърен цвят с центрирана по тялото кристална решетка.

• Точка на топене - 3422 ˚С.
• Точка на кипене - 5555 ˚С.
• Плътност - 19,25 g/cm3.

Той е добър проводник на електрически ток. Не се магнетизира. Някои минерали (като шеелит) са луминесцентни.

Устойчив на киселини, агресивни вещества при високи температури, корозия и стареене. Волфрамът също така допринася за деактивирането на влиянието на отрицателните примеси в стоманите, подобряването на неговата топлоустойчивост, устойчивост на корозия и надеждност. Използването на такива желязо-въглеродни сплави е оправдано от тяхната технологичност и устойчивост на износване.

Механични и технологични свойства

Волфрамът е твърд, издръжлив метал. Твърдостта му е 488 HB, якостта на опън е 1130-1375 MPa. Когато е студен, не е пластмасов. При температура от 1600 ˚С пластичността се увеличава до състояние на абсолютна чувствителност към обработка под налягане: коване, валцуване, изтегляне. Известно е, че 1 кг от този метал дава възможност за производство на нишка с обща дължина до 3 км.

Обработката е трудна поради прекомерната твърдост икрехкост. За пробиване, струговане, фрезоване се използват карбидни волфрам-кобалтови материали, произведени от прахова металургия. По-рядко, при ниски скорости и специални условия, се използват инструменти, изработени от високоскоростна легирана волфрамова стомана. Стандартните принципи на рязане не са приложими, тъй като оборудването се износва изключително бързо, а обработеният волфрам се напуква. Прилагат се следните технологии:

1. Химична обработка и импрегниране на повърхностния слой, включително използването на сребро за тази цел.
2. Нагряване на повърхността с помощта на пещи, газов пламък, електрически ток от 0,2 A. Допустимата температура, при която има леко повишаване на пластичността и съответно рязането се подобрява, е 300-450 ˚С.
3. Рязане на волфрам с топими материали.

Заточването и шлайфането трябва да се извършват с диамантени и елборови инструменти, по-рядко с корунд.

Заваряването на този огнеупорен метал се извършва главно под действието на електрическа дъга, волфрамови или въглеродни електроди в инертен газ или течен екран. Възможно е и контактно заваряване.

Този конкретен химичен елемент има характеристики, които го отличават от тълпата. Така например, характеризиращ се с висока устойчивост на топлина и износоустойчивост, подобрява качеството и режещите свойства на легираните стомани, съдържащи волфрам, а високата му точка на топене прави възможно производството на нишки за електрически крушки и електроди за заваряване.

Заявление

Рядкост, необичайност и важност определят широкото използване в съвременните технологии на метал, наречен волфрам - волфрам. Свойствата и приложението оправдават високата цена и търсенето. Високата точка на топене, твърдост, здравина, устойчивост на топлина и устойчивост на химическа атака и корозия, устойчивост на износване и режещи характеристики са основните му козове. Случаи на използване:

1. Влакна.
2. Логиране на стомани с цел получаване на високоскоростни, износоустойчиви, термоустойчиви и топлоустойчиви желязо-въглеродни сплави, които се използват за производството на бормашини и други инструменти, щанци, пружини и пружини, релси.
3. Производство на "прахообразни" твърди сплави, използвани главно като високоустойчиви на износване инструменти за рязане, пробиване или пресоване.
4. Електроди за TIG и съпротивително заваряване.
5. Производство на части за рентгенова и радиотехника, различни технически лампи.
6. Специални светещи бои.
7. Телеца и части за химическата промишленост.
8. Различни практични дребни неща, например приспособления за риболов.

Различни сплави, съдържащи волфрам, набират популярност. Обхватът на такива материали понякога е изненадващ - от тежкото инженерство до леката промишленост, където се произвеждат тъкани със специални свойства (например огнеустойчиви).

Няма универсални материали. Всеки известен елемент и създадените сплави се отличават със своята уникалност и необходимост за определени области на живота и индустрията. Някои от тях обаче имат специални свойства, които правят възможни досега неосъществими процеси. Един такъв метал е волфрамът. Приложението му не е достатъчно широко, като стоманата, но всяка от опциите е изключително полезна и необходима за човечеството.