Название этого элемента сразу вызывает ассоциации с электрической лампочкой. Нить накаливания, которая светится внутри стеклянной колбы, сделана из этого материала. Это вольфрам.
Что представляет собой
Вольфрам – это металл, химический элемент, занимающий ячейку периодической системы Менделеева № 74.
По блеску и сероватому цвету схож с платиной.
Относится к металлам «туговскипающей» и «тугоплавкой» групп. По тугоплавкости уступает только жидкому углероду. Данное свойство позволяет отличить его от других металлов.
Международное обозначение – W (Wolframium).
Как был открыт
Знакомство людей с вольфрамом датируется эпохой Средневековья.
Старатели
Вольфрам получали еще европейские старатели при восстановлении олова. Но его считали «мусором», засоряющим ценный элемент. Под влиянием вольфрамовой руды в процессе восстановления часть олова превращалась в шлак, уменьшая долю чистого вещества.
Отсюда присказка, которая появилась у старателей: «Вольфрам сжирает олово, как волк овечку».
Наука
История открытия вольфрама связана с несколькими учеными-химиками:
- В середине 18 века швед Аксель Фредерик Кронштедт открыл тяжелый металл, названый им Tung Sten (по-шведски – тяжелый камень).
- Через 30 лет за дело взялся его соотечественник, член академии наук страны Карл Шееле. Свободное от работы в аптеке время он отдавал экспериментам в домашней лаборатории. Его считают «отцом» не только вольфрама. В списке также барий, марганец, кислород, хлор. Из вольфрамовой руды (тунгстена) он выделил соль кислоты, не числящейся в реестрах.
- Дальнейшую работу над соединением доверил испанским коллегам братьям Элюар. Которые и получили новый элемент.
Название и символ металла – Wolframium и W – предложил Йенс Якоб Берцелиус.
Этимология названия вольфрама имеет немецкие корни: Wolf Rahm («волчий крем/сливки»).
А тунгстен переименовали в честь ученого – в шеелит.
Как представлен в природе
Самородный цветной металл вольфрам на планете не встречается. Он представлен в виде руды либо минералов.
Руды состоят из соединений вольфрама с железом, марганцем, кальцием, иногда другими элементами, включая редкоземельные.
Минералы – это вкрапления в граниты (до 2%). Из них промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрам с железом и марганцем) и шеелит (с кальцием).
Каждая тонна земной коры содержит 1,30 г вольфрама.
Физико-химические характеристики
Чистый вольфрам – в числе первых по плотности, твердости, первый по температуре плавления и кипения среди металлов. Эти физические свойства дополняет химическая стойкость даже при запредельных температурах.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Вольфра́м / Wolframium (W), 74 |
| Атомная масса (молярная масса) |
183,84(1) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d4 6s2 |
| Радиус атома | 137 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 170 пм |
| Радиус иона | (+6e) 62 (+4e) 70 пм |
| Электроотрицательность | 2,3 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | W ← W3+ 0,11 В W ← W6+ 0,68 В |
| Степени окисления | +2, +3, +4, +5, +6 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
769,7 (7,98) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 19,25 г/см³ |
| Температура плавления | 3695 K (3422 °C, 6192 °F) |
| Температура кипения | 5828 K (5555 °C, 10031 °F) |
| Уд. теплота плавления | 285,3 кДж/кг 52,31 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 4482 кДж/кг 824 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 24,27 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 9,53 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | 3,160 Å |
| Температура Дебая | 310 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 162,8 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-33-7 |
При 1580°C легко куется, вытягивается до тонкой проволоки.
Данные преимущества создает структура вещества.
На воздухе с относительной влажностью менее 60% сопротивление металла коррозии стопроцентное.
Месторождения, добыча
Месторождения вольфрамовой руды на планете не редкость, запасы оцениваются миллионами тонн.
Крупнейшими залежами располагают КНР, Казахстан, Канада, США. Меньше сырья у России, Португалии, Узбекистана, других стран.
Глобальные объемы производства – 48-51 тысяча тонн вольфрама ежегодно. Безусловный лидер Китай (80%).
Добыча ведется закрытым либо карьерным способом.
Технология получения
Вольфрамовые руды из разных мест добычи содержат 0,3-2,5% оксида металла. Поэтому промышленное получение продукта из руды начинается на обогатительных предприятиях.
Это многоступенчатый процесс:
- Дробление руды.
- Шлифовка.
- Флотация.
- Обжиг.
Содержание полезных компонентов увеличивается до 60%:
- Чистоту концентрата повышают, расщепляя примеси гидроксидом натрия и задействуя метод ионообменной экстракции.
- До порошка восстанавливают при 650-700°C в водородистой среде.
Тугоплавкость оказалась недостатком, исключающим классическую плавку.
Твердые формы создают методом порошковой металлургии:
- Порошок спрессовывают.
- Спекание проводят при 1250-1300°C в водороде.
- Воздействуют электричеством.
- Нагревают до 3000°C, добиваясь монолитного спекания.
Дополнительно металл очищают зонной плавкой.
Номенклатура марок металла
На основе вольфрама или с его участием металлурги выплавляют продукт десятков наименований и марок.
Среди самых распространенных – чистый вольфрам (ВЧ) и сплав с рением (ВР).
Классификация марок вольфрама основывается на составе присадок:
| Название марки | Вид присадки |
| ВА | Алюминий + кремнистая щелочь |
| ВМ | Торий + кремнистая щелочь |
| ВИ | Окись иттрия |
| ВТ | Окись тория |
| ВЛ | Окись лантана |
Как используется
Свойства вольфрама обозначили главного потребителя. Это металлургия. Она создает конечный продукт и исходники для других отраслей промышленности.
Порошковый вольфрам – основа либо компонент твердых, жаропрочных износоустойчивых сплавов, премиальных марок сталей.
Металл, сплавы
Из тугоплавкого металла и сплавов создают широкий ассортимент продукции:
- Узлы и детали авиационных, ракетных двигателей.
- Элементы электровакуумных приборов (кинескопы, нити накаливания).
Нить накаливания из вольфрама - Нагреватели вакуумных печей.
- Электроды для аргонно-дуговой сварки. Они не плавятся, создают прочный сварной шов. Пригодны для материалов любого состава (цветные металлы, легированные стали, другие).
- Емкости для радиоактивных продуктов. Здесь решающими оказались преимущества металла перед свинцом.
- Хирургический инструментарий.
Характеристики металла подошли оборонному комплексу: танковая, торпедная броня, крупнокалиберные снаряды, пули. А также суперскоростные роторы гироскопов, контролирующих траекторию полета баллистических ракет.
Соединения
Обширен спектр применения вольфрамовых соединений:
- Без дителлурида невозможно преобразование тепла в электричество.
- Карбид – основа сплавов и композитов для механической обработки металлов и неметаллов. У горнодобытчиков, нефтяников, газовиков – для бурения скважин.
- Сульфид – термостойкая (до 500°C) смазка.
- Трехокись – материал для создания электролита топливных элементов, работающих при повышенных температурах.
Соединения вольфрама закупают производители лаков, красок, текстиля.
Другие формы
Изотоп W184 – компонент сплавов с изотопами урана. Из них делают ракетные двигатели на ядерном топливе.
Радионуклид искусственного происхождения (W185) востребован как детектор излучений (включая рентгеновское) ядерным сегментом физики и медицины.
Значение для человека
Тугоплавкий металл не имеет значения для человека как биологического организма.
Опасность представляет лишь вдыхание вольфрамовой пыли.
Цены
На рынке торгуют металлическим вольфрамом (чистота 99%) и полуфабрикатами (пруток, проволока, полоска).
Порядок цены на металл – 50 500$ за тонну. Полуфабрикаты дороже вдвое-втрое.
Загрузка...
