Volframas yra ugniai atspariausias metalas. Didesnę lydymosi temperatūrą turi tik nemetalinis elementas – anglis, tačiau jis skystu pavidalu egzistuoja tik tada, kai aukšto slėgio. Standartinėmis sąlygomis volframas yra chemiškai stabilus.
Vardo istorija ir kilmė
Volframiumo pavadinimas buvo perkeltas į elementą iš mineralinio volframito, žinomo dar XVI amžiuje. pavadinimu „vilko puta“ – lat. spuma lupi arba vokiškai. Vilkas Rahmas. Pavadinimas atsirado dėl to, kad alavo rūdų lydimas volframas trukdė lydytis alavai, perkeldamas ją į šlako putas („rijo alavą kaip vilkas avis“).
Fizinės savybės
Volframas yra blizgus šviesiai pilkas metalas, turintis aukščiausią įrodytą lydymosi ir virimo temperatūrą (manoma, kad seborgis yra dar atsparesnis ugniai, tačiau kol kas to tvirtai teigti negalima – seaborgio tarnavimo laikas labai trumpas). Lydymosi temperatūra – 3695 (3422 °C), verda 5828 (5555 °C) temperatūroje. Gryno volframo tankis yra 19,25 g/cm³. Pasižymi paramagnetinėmis savybėmis (magnetinis jautrumas 0,32⋅10 −9). Brinelio kietumas 488 kg/mm², elektrinė varža 20 °C temperatūroje - 55⋅10 -9 Ohm m, 2700 °C - 904⋅10 -9 Ohm m. Garso greitis atkaitintame volframe yra 4290 m/s.
Volframas yra vienas sunkiausių, kiečiausių ir ugniai atspariausių metalų. Gryna forma yra sidabriškai baltas metalas, panašus į platiną, esant maždaug 1600 ° C temperatūrai, jis puikiai tinka kalti ir gali būti įtemptas į ploną siūlą. Metalas yra labai atsparus vakuume.
Cheminės savybės
2 W + 4 H N O 3 + 10 H F ⟶ W F 6 + W O F 4 + 4 N O + 7 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2W+4HNO_(3)+10HF\longrightarrow WF_(6)+WOF_(4))) 4NO\uparrow +7H_(2)O)))Reaguoja su išlydytais šarmais, kai yra oksidatorių:
2 W + 4 N a O H + 3 O 2 ⟶ 2 N a 2 W O 4 + 2 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2W+4NaOH+3O_(2)) \ilgoji rodyklė dešinėn 2Na_(2)WO_(4)+2H_) (2)O))) W + 2 N a O H + 3 N a N O 3 ⟶ N a 2 W O 4 + 3 N a N O 2 + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (W+2NaOH+3NaNO_(3))\longrightarrow Na_(2)WO_) (4)+3NaNO_(2)+H_(2)O)))Iš pradžių šios reakcijos vyksta lėtai, tačiau pasiekus 400 °C (500 °C reakcijai su deguonimi) volframas pradeda savaime kaisti, o reakcija vyksta gana greitai, susidaro didelis šilumos kiekis.
Jis ištirpsta azoto ir vandenilio fluorido rūgščių mišinyje, sudarydamas heksafluorvolframo rūgštį H 2 . Iš volframo junginių svarbiausi yra: volframo trioksidas arba volframo anhidridas, volframatai, peroksido junginiai, kurių bendra formulė Me 2 WO X, taip pat junginiai su halogenais, siera ir anglimi. Volframatai linkę sudaryti polimerinius anijonus, įskaitant heteropolius junginius su kitų pereinamųjų metalų intarpais.
Taikymas
Pagrindinis volframo panaudojimas yra ugniai atsparių medžiagų pagrindas metalurgijoje.
Metalinis volframas
Volframo junginiai
- Metalų ir nemetalinių konstrukcinių medžiagų mechaniniam apdirbimui mechanikos inžinerijoje (tekinimas, frezavimas, obliavimas, pjovimas), gręžinių gręžimas, kasybos pramonėje plačiai naudojami kietieji lydiniai ir kompozicinės medžiagos volframo karbido pagrindu (pvz. sudarytas iš WC kristalų kobalto matricoje; Rusijoje plačiai naudojamos markės - VK2, VK4, VK6, VK8, VK15, VK25, T5K10, T15K6, T30K4), taip pat volframo karbido, titano karbido, tantalo karbido mišiniai (TT klasės). ypač sudėtingoms apdirbimo sąlygoms, pavyzdžiui, kalimui ir obliavimui iš karščiui atsparaus plieno ir sukamajam stiprios medžiagos gręžimui). Jis plačiai naudojamas kaip legiravimo elementas (dažnai kartu su molibdenu) plienuose ir geležies lydiniuose. Labai legiruotasis plienas, klasifikuojamas kaip „greitasis“ su ženklu, prasidedančiu raide P, beveik visada turi volframo.
- Volframo sulfidas WS 2 naudojamas kaip aukštos temperatūros (iki 500 °C) tepalas.
- Kai kurie volframo junginiai naudojami kaip katalizatoriai ir pigmentai.
- Volframatiniai monokristalai (švino, kadmio, kalcio volframatai) naudojami kaip rentgeno ir kitos jonizuojančiosios spinduliuotės scintiliaciniai detektoriai branduolinėje fizikoje ir branduolinėje medicinoje.
- Volframo diteliuridas WTe 2 naudojamas šiluminei energijai paversti elektros energija (termo-EMF apie 57 μV/K).
Kitos programos
Volframo turgus
Metalinio volframo (elementų kiekis apie 99 proc.) kainos 2010 metų pabaigoje siekė apie 40-42 JAV dolerius už kilogramą, 2011 metų gegužę – apie 53-55 JAV dolerius už kilogramą. Pusgaminiai nuo 58 USD (barai) iki 168 (plona juostelė). 2014 metais volframo kainos svyravo nuo 55 iki 57 USD.
Biologinis vaidmuo
Volframas nevaidina reikšmingo biologinio vaidmens. Kai kurios archebakterijos ir bakterijos turi fermentų, kurių aktyvioje vietoje yra volframo. Aplink giliavandenes hidrotermines angas gyvena privalomos nuo volframo priklausomos hipertermofilinės archebakterijos. Volframo buvimas fermentų sudėtyje gali būti laikomas fiziologine ankstyvojo archejaus reliktu - yra pasiūlymų, kad volframas vaidino vaidmenį ankstyvosiose gyvybės atsiradimo stadijose.
Natūralus volframas susideda iš penkių izotopų mišinio (180 W – 0,12 (1), 182 W – 26,50 (16), 183 W – 14,31 (4), 184 W – 30,64 (2) % ir 186 W – 28,43 (19) %. Buvo aptiktas itin silpnas natūralaus volframo radioaktyvumas (maždaug du skilimai vienam gramui elemento per metus) dėl 180 W α aktyvumo, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 1,8⋅10 18 metų.
Pastabos
- Michaelas E. Wieseris, Normanas Holdenas, Tyleris B. Coplenas, Johnas K. Böhlke, Michaelas Berglundas, Willi A. Brandas, Paulas De Bièvre'as, Manfredas Gröningas, Robertas D. Lossas, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenbergas, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Elementų atominės masės 2011 m. (IUPAC techninė ataskaita) // Grynoji ir taikomoji chemija. - 2013. - T. 85, Nr. 5 . - P. 1047-1078. - DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
- Volframas: fizinės savybės(Anglų) . WebElements. Žiūrėta 2013 m. rugpjūčio 17 d.
Volframas(lot. Wolframium), W, Mendelejevo periodinės sistemos VI grupės cheminis elementas, serijos numeris 74, atominė masė 183,85; šviesiai pilkos spalvos ugniai atsparus sunkusis metalas. Natūralų volframą sudaro penkių stabilių izotopų, kurių masės skaičiai 180, 182, 183, 184 ir 186, mišinys. Volframą 1781 m. atrado ir išskyrė kaip volframo anhidridą WO 3 švedų chemikas K. Scheele iš mineralinio volframo, vėliau vadinamo scheelitu. . 1783 metais ispanų chemikai broliai d "Eluyaras išskyrė WO 3 iš mineralinio volframito ir, redukavęs WO 3 anglimi, pirmą kartą gavo patį metalą, kurį pavadino Volframu. Mineralą volframitą žinojo ir Agricola (16 a. amžiaus) ir jo vadinamas „Spuma lupi“ – vilko puta (vok. Wolf – vilkas, Rahm – puta) dėl to, kad alavo rūdas visada lydintis volframas trukdė lydytis alavai, paversdamas ją šlako putomis ( „alavas ėda kaip vilkas avį"). JAV ir kai kuriose kitose šalyse elementas taip pat buvo vadinamas „volframu" (švediškai - sunkusis akmuo). Volframas ilgą laiką nebuvo naudojamas pramonėje. Tik m. antroji pusė pradėjo tirti volframo priedų poveikį plieno savybėms.
Volframas gamtoje nėra plačiai paplitęs; jo kiekis žemės plutoje yra 1·10 -4 % masės. Laisvoje būsenoje nebūna, susidaro savų mineralų, daugiausia volframitų, iš kurių pramoninės reikšmės turi volframitas (Fe, Mn)WO 4 ir scheelitas CaWO 4.
Volframo fizinės savybės. Volframas kristalizuojasi kūno centre esančioje kubinėje gardelėje, kurios periodas a = 3,1647Å; tankis 19,3 g/cm 3, t pl 3410°C, t bp 5900°C. Šilumos laidumas (cal/cm sek °C) 0,31 (20°C); 0,26 (1300 °C). Elektrinė varža (omų cm 10 -6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700 °C). Elektronų darbo funkcija 7,21·10 -19 j (4,55 eV), spinduliuotės energijos galia aukštoje temperatūroje (W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200 °C); 153,0 (2700 °C); 255,0 (3030 °C). Volframo mechaninės savybės priklauso nuo ankstesnio apdorojimo. Sukepinto luito 11 atsparumas tempimui (kgf / mm 2), slėgiu apdorotam nuo 100 iki 430; tamprumo modulis (kgf / mm 1) 35000-38000 vielos ir 39000-41000 vienkristalinio sriegio; Brinelio kietumas (kgf / mm 2) sukepintam luitui 200–230, kaltiniam luitui 350–400 (1 kgf / mm 2 \u003d 10 MN / m 2). Kambario temperatūroje volframas turi mažą plastiškumą.
Cheminės volframo savybės. Normaliomis sąlygomis volframas yra chemiškai atsparus. 400-500°C temperatūroje kompaktiškas metalas pastebimai oksiduojasi ore iki WO 3. Vandens garai jį intensyviai oksiduoja aukštesnėje nei 600°C temperatūroje iki WO 3 . Halogenai, siera, anglis, silicis, boras sąveikauja su volframu aukštoje temperatūroje (fluoras su volframo milteliais – kambario temperatūroje). Volframas nereaguoja su vandeniliu iki lydymosi temperatūros; esant aukštesnei nei 1500°C azotui, susidaro nitridas. Normaliomis sąlygomis Volframas yra atsparus druskos, sieros, azoto ir vandenilio fluorido rūgštims, taip pat vandens regijai; esant 100°С, silpnai sąveikauja su jais; greitai tirpsta vandenilio fluorido ir azoto rūgščių mišinyje. Šarminiuose tirpaluose kaitinant volframas šiek tiek ištirpsta, o išlydytuose šarmuose, turinčiuose prieigą prie oro arba esant oksiduojančioms medžiagoms, greitai; tokiu atveju susidaro volframatai. Junginiuose volframo valentingumas yra nuo 2 iki 6; didesnio valentingumo junginiai yra stabiliausi.
Volframas sudaro keturis oksidus: didžiausias - WO 3 (volframo anhidridas), mažiausias - WO 2 ir du tarpiniai W 10 O 29 ir W 4 O 11. Volframo anhidridas yra citrinos geltonumo kristaliniai milteliai, kurie ištirpsta šarminiuose tirpaluose, kad susidarytų volframatai. Kai jis redukuojamas vandeniliu, paeiliui susidaro žemesni oksidai ir volframas. Volframo anhidridas atitinka volframo rūgštį H 2 WO 4 – geltonus miltelius, praktiškai netirpius vandenyje ir rūgštyse. Kai jis sąveikauja su šarmų ir amoniako tirpalais, susidaro volframito tirpalai. 188°C temperatūroje H 2 WO 4 atskiria vandenį, sudarydamas WO 3 . Su chloru volframas sudaro chloridų ir oksichloridų seriją. Svarbiausi iš jų: WCl 6 (t pl 275 ° C, t pl 348 ° C) ir WO 2 Cl 2 (t pl 266 ° C, sublimuoja virš 300 ° C), gaunami veikiant chlorui volframo anhidridą. esant anglims. Su siera Volframas sudaro du sulfidus WS 2 ir WS 3 . Volframo karbidai WC (t pl 2900°C) ir W 2 C (t pl 2750°C) - kietieji ugniai atsparūs junginiai; gautas volframui sąveikaujant su anglimi 1000-1500°C temperatūroje.
Gauti Volframą. Volframo gamybos žaliava yra volframito ir scheelito koncentratai (50-60% WO 3). Ferotungstenas (geležies lydinys su 65-80 % volframo) yra tiesiogiai lydomas iš koncentratų, kuris naudojamas plieno gamyboje; volframui, jo lydiniams ir junginiams gauti iš koncentrato išskiriamas volframo anhidridas. Pramonėje WO 3 gauti naudojami keli būdai. Scheelito koncentratai skaidomi autoklavuose su sodos tirpalu 180-200 ° C temperatūroje (gaunamas techninis natrio volframo tirpalas) arba vandenilio chlorido rūgštis(gaukite techninę volframo rūgštį):
1. CaWO 4 tv + Na 2 CO 3 w = Na 2 WO 4 w + CaCO 3 tv
2. CaWO 4 tv + 2HCl w = H 2 WO 4 tv + CaCl 2 sol.
Volframito koncentratai skaidomi arba sukepinant su soda 800-900°C temperatūroje, po to Na 2 WO 4 išplaunant vandeniu, arba apdorojant natrio hidroksido tirpalu kaitinant. Skaidant šarminėmis medžiagomis (soda arba kaustinė soda), susidaro Na 2 WO 4 tirpalas, užterštas priemaišomis. Po jų atskyrimo nuo tirpalo išsiskiria H 2 WO 4 . Norint gauti stambesnes, lengvai filtruojamas ir plaunamas nuosėdas, CaWO 4 pirmiausia nusodinamas iš Na 2 WO 4 tirpalo, kuris vėliau suskaidomas druskos rūgštimi.) Išdžiovintame H 2 WO 4 yra 0,2 - 0,3 % priemaišų. Deginant H 2 WO 4 700–800 ° C temperatūroje, gaunamas WO 3, o iš jo gaunami kietieji lydiniai. Metalinio Volframo gamybai H 2 WO 4 papildomai išvalomas amoniako metodu - ištirpinant amoniake ir kristalizuojant amonio paravolframą 5(NH 4) 2 O 12WO 3 nH 2 O. Deginant šią druską gaunamas grynas WO 3 . Volframo milteliai gaunami redukuojant WO 3 vandeniliu (o kietųjų lydinių gamyboje – ir anglimi) vamzdinėse elektrinėse krosnyse 700-850°C temperatūroje. Kompaktiškas metalas gaunamas iš miltelių keramikos metodu, tai yra, presuojant plieninėse formose esant 3000–5000 kgf / cm 2 slėgiui ir termiškai apdorojant presuotus ruošinius - strypus. paskutinis etapas terminis apdorojimas - kaitinimas iki maždaug 3000 ° C atliekamas specialiuose aparatuose tiesiogiai praleidžiant elektros srovė per strypą vandenilio atmosferoje. Dėl to gaunamas volframas, kuris kaitinant puikiai tinka apdorojimui slėgiu (kalimas, tempimas, valcavimas ir kt.). Volframo pavieniai kristalai gaunami iš strypų, lydant betiglio elektronų pluošto zoną.
Wolfram taikymas.Šiuolaikinėse technologijose volframas yra plačiai naudojamas gryno metalo pavidalu ir daugelyje lydinių, iš kurių svarbiausi yra legiruotasis plienas, kietieji lydiniai volframo karbido pagrindu, dilimui ir karščiui atsparūs lydiniai. Volframas yra daugelio dilimui atsparių lydinių, naudojamų mašinų dalių (orlaivių variklio vožtuvų, turbinų mentelių ir kt.) paviršiams padengti, dalis. Aviacijos ir raketų technologijoje naudojami karščiui atsparūs volframo lydiniai su kitais ugniai atspariais metalais. Dėl atsparumo ugniai ir žemo garų slėgio aukštoje temperatūroje volframas yra nepakeičiamas elektros lempų siūlams, taip pat gaminant elektrovakuuminių prietaisų dalis radijo elektronikos ir rentgeno inžinerijos srityse. Įvairiose technologijos srityse naudojami kai kurie cheminiai volframo junginiai, pavyzdžiui, Na 2 WO 4 (dažų ir lako bei tekstilės pramonėje), WS 2 (organinės sintezės katalizatorius, efektyvus kietas frikcinių dalių tepalas).
Kambario temperatūroje volframas yra atsparus atmosferinei korozijai, tačiau pakaitintas jau iki 750 K, oksiduojasi iki WO 3, reaguoja su halogenais: kambario temperatūroje su fluoru, o apie 900 K – su jodu.
Kaitinamas iki aukštos temperatūros, jis reaguoja su anglimi, siliciu ir boru, sudarydamas atitinkamai karbidus, silicidus ir boridus. Įprastomis sąlygomis siera ir fosforas neveikia volframo. Ore jis ištirpsta karštuose vandeniniuose šarmų tirpaluose, tačiau yra silpnai atsparus rūgščių poveikiui, išskyrus kaitinant vandenilio fluorido ir azoto rūgštis.
Vandenilis ir azotas nesudaro cheminių junginių su volframu, iki
3000 0 C, nors kai kuriuose šaltiniuose nurodoma WH 2 hidrido susidarymo galimybė.
Su deguonimi volframas sudaro tris stabilius oksidus:
WO 2 - ruda;
WO 3 - geltona;
W 2 O 5 - melsva spalva.
Visi šie oksidai susidaro maždaug 800 K temperatūroje ore arba deguonyje, visi jie yra labai lakūs ir turi žemą lydymosi temperatūrą. Pavyzdžiui, WO 3 lydosi 1645 K temperatūroje.
Praktikoje, norint atskirti volframinę vielą nuo molibdeninės vielos, naudojamas paprastas triukas: vielos galiukas degtuku padegamas. Jei tuo pačiu metu pastebimi geltoni arba rudi dūmai, tai yra volframo viela, jei balta - molibdenas.
Anglis redukuoja oksidus W:
825 K temperatūroje;
1325 K temperatūroje;
Esant 1425 K temperatūrai.
Su azotu volframas sudaro nitridus aukštesnėje nei 1600 K temperatūroje, tačiau aukštesnėje nei 2275 K temperatūroje jie suyra.
Sąveikaujant su anglimi ir esant aukštesnei nei 1800 K temperatūrai, volframas sudaro W 2 C ir WC karbidus. Tankis W 2 C - 16000 kg / m 3, WC - 9000 kg / m 3, kietumas apie 9 Moso vienetus. 2875 K temperatūroje WC karbidas suyra reakcijos metu
73 paveiksle parodyta W–C būsenos diagrama.
Kaip matyti iš diagramos, volframo karbidų lydymosi temperatūra yra gerokai mažesnė už paties metalo lydymosi temperatūrą. Taigi, WC tirpsta maždaug 2875 K temperatūroje, W 2 C - 3065 K. Be to, karbidai gali sudaryti eutektinius lydinius su volframu, kurio lydymosi temperatūra yra daug mažesnė nei metalo, kuris lydosi 3683 K temperatūroje. Todėl raketų mokslininkai reikia atkreipti dėmesį į karbidų reakcijos susidarymo grafito ir volframo sąsajoje pavojų, kuris atsiranda kaitinant virš 2675 K. Įspėjimas kyla dėl to, kad antgalio kritinės dalies įdėklo konstrukcija kieto kuro variklis sujungia volframo vidinį pamušalą su grafito spaustuku.
Siekiant išvengti šios reakcijos tarp volframo pamušalo ir korpuso grafito, naudojamas vadinamasis „barjerinis“ tantalo arba titano karbido sluoksnis (TaC, TiC).
Dėl didelio volframo tankio ir jo trūkumo, dizaineriai ir technologai siekia jį pakeisti lengvesnėmis ir ne tokiomis retesnėmis medžiagomis, kurios bus aptartos toliau.
Ryžiai. 73. Diagrama teigia W-C
Ryžiai. 74. Masės perdavimo lempoje schema
kaitrinė: 1 - kolbos sienelė, kurioje susidaro WJ 2; 2 - spiralė, kur WJ 2 skyla į W ir J
Nors volframo reakcija su jodu ir nesusijusi su raketų technologija, vis dėlto norėčiau prie jos trumpai pasilikti.
Esant aukštesnei nei 850 K temperatūrai, volframas su jodo garais sudaro jodidą, kuris yra lengvai sublimuojanti jodido rūgšties druska:
Esant 2475 K temperatūrai, jodidas suyra:
Šios dvi reakcijos naudojamos volframui pernešti, pavyzdžiui, kaitrinėse lempose: nepaisant žemo garų slėgio jose, volframas vis tiek išgaruoja vakuume. Jo garai nusėda ant lempos stiklinės lemputės sienelių ir sumažėja skaidrumas. Jei kolba pripildyta jodo garų, pastaroji sureaguos su volframu ant karštos lempos sienelės ir susidarys WJ 2, kuris dėl difuzijos patenka į įkaitintą volframo spiralę ir suyra. Laisvas jodas vėl pateks į sieną, o volframas liks ant spiralės ir taip toliau be galo. Galutinis rezultatas – padidintas jodo pripildytų lempų šviesumas ir ilgaamžiškumas.
Ta pati reakcija naudojama gryniems ugniai atspariems metalams gauti: volframui, tantalui, molibdenui, hafniui ir kt.
Ši reakcija taip pat gali būti naudojama ploniems volframo apvalkalams gauti. Be jodidinio metodo, šiam tikslui galima naudoti karbonilą, t.y. WCO 2 skilimas. Reaktyviniuose degalų varikliuose volframas gryna forma paprastai nenaudojamas dėl mažo šiluminio stabilumo, o naudojamas vadinamųjų pseudo lydinių su variu pavidalu. Tai bus aptarta toliau.
Branduolinėje technologijoje volframas gali būti naudojamas kaip UC–ZrC pagrindu pagamintų kuro strypų apvalkalo sluoksnis, siekiant padidinti jų stiprumą, sumažinti garavimą ir patinimą. Tai gali būti tokio tipo keramikos-metalo elementų dalis
W - UC arba W - UO 2 ir kt. Tokie kuro elementai gali veikti iki 2000 K temperatūroje, nes volframas, nepaisant daugelio trūkumų, yra karščiui atsparus metalas, lėtai išgaruoja ir apsaugo nuo dalijimosi fragmentų bei radiacijos. Skyriuje „Anglies medžiagos“ volframas laikomas anglies-metalo-plastiko armuojančia medžiaga, kuri naudojama kietojo kuro raketinių variklių, veikiančių atšiauriomis aukštos temperatūros sąlygomis ir greitaeigiais dujų srautais, komponentams ir dalims gaminti.
Fizinės savybės Volframas.
Volframas.
Volframas(Wolframium) W - VI grupės elementas, D. I. Mendelejevo periodinės sistemos 6 periodas, p. 74, atominė masė 183,85. 1781 metais atidarė K. Scheele. Volframas gamtoje nėra plačiai paplitęs. Sudaro savo mineralus – volframitą ir scheelitą; kaip priemaiša yra alavo, molibdeno, titano mineraluose. Volframas yra šviesiai pilkas metalas, chemiškai atsparus normaliomis sąlygomis. Esant aukštesnei temperatūrai, jis reaguoja su deguonimi, anglimi ir kitais elementais. Su fluoru reaguoja 20°C temperatūroje, su kitais halogenais – kaitinamas. Rūgštys, išskyrus vandenilio fluorido ir azoto rūgštis, neveikia volframo. Junginiuose jis pasižymi kintamu valentiškumu. 6-valento volframo junginiai yra stabiliausi. Volframas naudojamas plienams legiruoti, kietiesiems lydiniams kaitrinėms elektros lempoms, elektrinių krosnių šildytuvams, suvirinimo elektrodams, generatorių lempų katodams ir aukštos įtampos lygintuvams gaminti.
Volframas kristalizuojasi kūno centre esančioje kubinėje gardelėje, kurios periodas a = 3,1647Å; tankis 19,3 g/cm3, lyd. 3410°C, tbp 5900°C. Šilumos laidumas (cal/cm sek °C) 0,31 (20°C); 0,26 (1300 °C). Elektrinė varža (omų cm 10-6) 5,5 (20°C); 90,4 (2700 °C). Elektronų darbo funkcija 7,21 10-19 J (4,55 eV), spinduliuotės energijos galia aukštoje temperatūroje (W/cm2): 18,0 (1000°C); 64,0 (2200 °C); 153,0 (2700 °C); 255,0 (3030 °C). Volframo mechaninės savybės priklauso nuo ankstesnio apdorojimo. Sukepinto luito 11 atsparumas tempimui (kgf/mm2), slėgiu apdorotam nuo 100 iki 430; tamprumo modulis (kgf/mm1) 35000-38000 vielos ir 39000-41000 vienkristalinio sriegio; Brinelio kietumas (kgf/mm2) sukepintam luitui 200-230, kaltiniam luitui 350-400 (1 kgf/mm2 = 10 MN/m2). Kambario temperatūroje volframas turi mažą plastiškumą.
Normaliomis sąlygomis volframas yra chemiškai atsparus. 400–500°C temperatūroje kompaktiškas metalas ore pastebimai oksiduojasi iki WO3. Vandens garai jį intensyviai oksiduoja aukštesnėje nei 600°C temperatūroje iki WO3. Halogenai, siera, anglis, silicis, boras sąveikauja su volframu aukštoje temperatūroje (fluoras su volframo milteliais – kambario temperatūroje). Volframas nereaguoja su vandeniliu iki lydymosi temperatūros; esant aukštesnei nei 1500°C azotui, susidaro nitridas. Normaliomis sąlygomis Volframas yra atsparus druskos, sieros, azoto ir vandenilio fluorido rūgštims, taip pat vandens regijai; esant 100°С, silpnai sąveikauja su jais; greitai tirpsta vandenilio fluorido ir azoto rūgščių mišinyje. Šarminiuose tirpaluose kaitinant volframas šiek tiek ištirpsta, o išlydytuose šarmuose, turinčiuose prieigą prie oro arba esant oksiduojančioms medžiagoms, greitai; tokiu atveju susidaro volframatai. Junginiuose volframo valentingumas yra nuo 2 iki 6; didesnio valentingumo junginiai yra stabiliausi.
Volframas sudaro keturis oksidus: didžiausias - WO3 (volframo anhidridas), mažiausias - WO2 ir du tarpiniai W10O29 ir W4O11. Volframo anhidridas yra citrinos geltonumo kristaliniai milteliai, kurie ištirpsta šarminiuose tirpaluose, kad susidarytų volframatai. Kai jis redukuojamas vandeniliu, paeiliui susidaro žemesni oksidai ir volframas. Volframo anhidridas atitinka volframo rūgštį H2WO4 – geltonus miltelius, praktiškai netirpius vandenyje ir rūgštyse. Kai jis sąveikauja su šarmų ir amoniako tirpalais, susidaro volframito tirpalai. 188°C temperatūroje H2WO4 atskiria vandenį, sudarydamas WO3. Su chloru volframas sudaro chloridų ir oksichloridų seriją. Svarbiausi iš jų: WCl6 (temp. 275°C, vir. 348°C) ir WO2Cl2 (temp. 266°C, sublimuoja virš 300°C), gaunami chlorui veikiant volframo anhidridą, esant anglims. Su siera volframas sudaro du sulfidus WS2 ir WS3. Volframo karbidai WC (lydymosi temperatūra 2900 °C) ir W2C (lydymosi temperatūra 2750 °C) yra kieti ugniai atsparūs junginiai; gautas volframui sąveikaujant su anglimi 1000-1500°C temperatūroje.
Vienas iš labiausiai paplitusių cheminiai elementai yra volframas. Jis žymimas simboliu W, o jo atominis skaičius yra 74. Volframas priklauso metalų grupei, turinčiai didelį atsparumą dilimui ir lydymosi temperatūrą. Mendelejevo periodinėje sistemoje jis yra 6-oje grupėje, turi panašių savybių su savo „kaimynais“ - molibdenu, chromu.
Atradimas ir istorija
Jau XVI amžiuje buvo žinomas toks mineralas kaip volframitas. Buvo įdomu, nes iš rūdos lydant skardą jos putos pavirto šlaku ir, žinoma, tai trukdė gaminti. Nuo tada vilkframitas buvo vadinamas „vilko puta“ (iš vokiečių kalbos Wolf Rahm). Mineralo pavadinimas buvo perkeltas į patį metalą.
Švedų chemikas Scheele 1781 metais metalinį scheelitą apdorojo azoto rūgštimi. Eksperimento metu jis gavo geltoną sunkų akmenį – volframo oksidą (VI). Po dvejų metų broliai Eluardai (ispanų chemikai) iš Saksonijos mineralo gavo gryno volframo.
Šis elementas ir jo rūdos kasamos Portugalijoje, Bolivijoje, Pietų Korėjoje, Rusijoje, Uzbekistane, o didžiausi atsargos buvo Kanadoje, JAV, Kazachstane ir Kinijoje. Per metus šio elemento išgaunama tik 50 tonų, todėl tai brangu. Leiskite mums išsamiau apsvarstyti, koks metalas yra volframas.
Elemento ypatybės
Kaip minėta anksčiau, volframas yra vienas ugniai atspariausių metalų. Jis turi ryškią šviesiai pilką spalvą. Jo lydymosi temperatūra yra 3422 ° C, o virimo temperatūra yra 5555 ° C, grynos formos tankis yra 19,25 g / cm 3, o kietumas - 488 kg / mm². Tai vienas sunkiausių metalų, pasižymintis dideliu atsparumu korozijai. Jis praktiškai netirpsta sieros, druskos ir vandenilio fluorido rūgštyse, bet greitai reaguoja su vandenilio peroksidu. Koks metalas yra volframas, jei jis nereaguoja su išlydytais šarmais? Reaguodamas su natrio hidroksidu ir deguonimi, susidaro du junginiai – natrio volframatas ir paprastas vanduo H 2 O. Įdomu tai, kad kylant temperatūrai volframas savaime įkaista, tada procesas vyksta daug aktyviau.
Volframo gavimas
Paklausus, kokiai metalų grupei priklauso volframas, galima atsakyti, kad jis priskiriamas retų elementų, tokių kaip rubidis ir molibdenas, kategorijai. O tai savo ruožtu reiškia, kad jai būdingas nedidelis gamybos mastas. Be to, toks metalas nėra gaunamas redukuojant iš žaliavų, jis pirmiausia perdirbamas į cheminius junginius. Kaip gaunamas retasis metalas?
- Reikalingas elementas išskiriamas iš rūdos medžiagos ir koncentruojamas tirpale arba nuosėdose.
- Kitas žingsnis yra gryno cheminio junginio gavimas gryninimo būdu.
- Iš gautos medžiagos išskiriamas grynas retas metalas volframas.
Rūdai praturtinti naudojama gravitacija, flotacija, magnetinis arba elektrostatinis atskyrimas. Rezultatas yra koncentratas, kuriame yra 55-65% volframo anhidrido WO 3. Norint gauti miltelius, jie redukuojami vandeniliu arba anglimi. Kai kuriems produktams tai užbaigia elemento gavimo procesą. Taigi, volframo milteliai naudojami kietiesiems lydiniams gaminti.
Strypų gamyba
Jau išsiaiškinome, koks yra metalinis volframas, o dabar išsiaiškinsime, kokiame asortimente jis gaminamas. Kompaktiški luitai – strypai gaminami iš miltelių mišinio. Tam naudojami tik vandeniliu redukuoti milteliai. Jie gaminami presuojant ir sukepinant. Pasirodo, gana stiprūs, bet trapūs luitai. Kitaip tariant, juos sunku padirbti. Siekiant pagerinti šią technologinę savybę, strypai yra apdorojami aukštoje temperatūroje. Iš šio gaminio gaminamas kitoks asortimentas.
Volframo strypai
Žinoma, tai yra vienas iš labiausiai paplitusių gaminių iš šio metalo rūšių. Koks volframas naudojamas joms gaminti? Tai yra aukščiau aprašyti strypai, kurie yra kalti rotacine kalimo mašina. Svarbu pažymėti, kad procesas vyksta įkaitintoje būsenoje (1450-1500°C). Gauti strypai naudojami įvairiose pramonės šakose. Pavyzdžiui, suvirinimo elektrodų gamybai. Be to, buvo rasti volframo strypai platus pritaikymasšildytuvuose. Jie veikia krosnyse iki 3000 °C temperatūroje vakuume, inertinėse dujose arba vandenilyje. Strypai taip pat gali būti naudojami kaip elektroninių ir dujų išlydžio prietaisų, radijo vamzdžių katodai.
Įdomu tai, kad patys elektrodai nėra sunaudojami, todėl suvirinimo metu būtina tiekti užpildą (viela, strypas). Kai sulydoma su virinama medžiaga, susidaro suvirinimo baseinas. Šie elektrodai dažniausiai naudojami spalvotųjų metalų suvirinimui.
Volframas ir viela
Čia yra dar vienas plačiai paplitęs produktas. Volframo viela gaminama iš kaltinių strypų, apie kuriuos kalbėjome anksčiau. Brėžinys atliekamas laipsniškai mažinant temperatūrą nuo 1000°C iki 400°C. Tada gaminys valomas atkaitinimo, elektrolitinio poliravimo arba elektrolitinio ėsdinimo būdu. Kadangi volframas yra ugniai atsparus metalas, viela naudojama varžų elementuose kaitinant krosnis iki 3000°C temperatūroje. Iš jo gaminami termoelektriniai keitikliai, taip pat kaitinamųjų lempų ritės, kilpiniai šildytuvai ir daug daugiau.
Volframo junginiai su anglimi
Volframo karbidai laikomi labai svarbiais praktiniu požiūriu. Jie naudojami kietųjų lydinių gamybai. Junginiai su anglimi turi teigiamą elektrinės varžos koeficientą ir gerą metalo laidumą. Volframo karbidai susidaro dviejų tipų: WC ir W 2 C. Jie skiriasi savo elgesiu rūgštyse, taip pat tirpumu kituose junginiuose su anglimi.
Remiantis volframo karbidais, gaminami dviejų tipų kietieji lydiniai: sukepinami ir liejami. Pastarieji gaunami iš miltelių pavidalo junginio ir karbido, kuriame trūksta C (mažiau nei 3%) liejant. Antrasis tipas pagamintas iš volframo monokarbido WC ir cementuojančio rišiklio metalo, kuris gali būti nikelis arba kobaltas. Sukepinti lydiniai gaunami tik miltelinės metalurgijos būdu. Cementuojantys metalo milteliai ir volframo karbidas sumaišomi, presuojami ir sukepinami. Tokie lydiniai pasižymi dideliu stiprumu, kietumu ir atsparumu dilimui.
Šiuolaikinėje metalurgijos pramonėje jie naudojami metalo pjovimui ir gręžimo įrankių gamybai. Vienas iš labiausiai paplitusių lydinių yra VK6 ir VK8. Jie naudojami pjaustytuvų, frezų, grąžtų ir kitų pjovimo įrankių gamybai.
Volframo karbidų taikymo sritis yra gana didelė. Taigi, jie naudojami gaminant:
- šarvus pradurti reikmenys;
- variklių, orlaivių, erdvėlaivių ir raketų dalys;
- branduolinės pramonės įranga;
- chirurginiai instrumentai.
Vakaruose volframo karbidai ypač plačiai naudojami papuošaluose, ypač vestuvinių žiedų gamybai. Metalas atrodo gražiai, estetiškai, jį lengva apdirbti.
Taip yra todėl, kad jie yra neįtikėtinai patvarūs. Norėdami subraižyti tokį gaminį, turėsite įdėti daug pastangų. Net ir po kelerių metų žiedas atrodys kaip naujas. Jis neišbluks, nepažeis reljefo rašto, o poliruota dalis nepraras blizgesio.
Volframas ir renis
Šių dviejų elementų lydinys gana plačiai naudojamas aukštos temperatūros termoporų gamybai. Volframas – koks metalas? Kaip ir renis, jis yra karščiui atsparus metalas, o legiravimo elementai sumažina šią savybę. Bet ką daryti, jei paimtume dvi praktiškai identiškas medžiagas? Tada jų lydymosi temperatūra nesumažės.
Jei renis naudojamas kaip priedas, bus pastebėtas volframo atsparumas karščiui ir elastingumas. Šis lydinys gaunamas lydant miltelių metalurgijoje. Iš šių medžiagų pagamintos termoporos yra atsparios karščiui ir gali matuoti aukštesnę nei 2000°C temperatūrą, tačiau tik inertinėje atmosferoje. Žinoma, tokie gaminiai brangūs, nes per vienerius metus išgaunama tik 40 tonų renio ir tik 51 tona volframo.