Вольфрам (вольфрам): властивості, виробництво, застосування та сплави

Вольфрам — це тьмяно-сріблястий метал з найвищою температурою плавлення з усіх чистих металів. Вольфрам, також відомий як Вольфрам, від якого цей елемент отримав символ W, є більш стійким до руйнування, ніж алмаз, і набагато твердішим за сталь.

Унікальні властивості цього тугоплавкого металу — його міцність і здатність витримувати високі температури — роблять його ідеальним для багатьох комерційних і промислових застосувань.

Властивості вольфраму

• Атомний символ: W
• Атомний номер: 74
• Категорія елемента: перехідний метал
• Щільність: 19,24 грам/сантиметр 3
• Точка плавлення: 6192°F (3422°C)
• Точка кипіння: 10031°F (5555°C)
• Твердість за шкалою Мооса: 7,5

виробництво

Вольфрам переважно добувають із двох типів мінералів, вольфраміту та шеєліту. Однак на переробку вольфраму також припадає близько 30% світових поставок. Китай є найбільшим у світі виробником металу, забезпечуючи понад 80% світових поставок.

Після обробки та відділення вольфрамової руди утворюється хімічна форма паравольфрамат амонію (APT). APT можна нагрівати воднем з утворенням оксиду вольфраму або реагувати з вуглецем при температурах вище 1925°F (1050°C) з утворенням металевого вольфраму.

Додатки

Основне застосування вольфраму протягом понад 100 років було як нитка розжарювання в лампочках розжарювання. Доданий невеликою кількістю калій-алюмосилікату, вольфрамовий порошок спікається при високій температурі для отримання дротяної нитки, яка знаходиться в центрі лампочок, які освітлюють мільйони будинків по всьому світу.

Завдяки здатності вольфраму зберігати свою форму при високих температурах вольфрамові нитки тепер також використовуються в різних побутових цілях, включаючи лампи, прожектори, нагрівальні елементи в електричних печах, мікрохвильові печі та рентгенівські трубки.

Стійкість металу до сильного нагрівання також робить його ідеальним для термопар і електричних контактів в електродугових печах і зварювальному обладнанні. Застосування, які потребують концентрованої маси або ваги, наприклад противаги, рибальські грузила та дротики, часто використовують вольфрам через його щільність.

Карбід вольфраму

Карбід вольфраму утворюється шляхом з’єднання одного атома вольфраму з одним атомом вуглецю (позначеного хімічним символом WC) або двох атомів вольфраму з одним атомом вуглецю (W2C). Це робиться шляхом нагрівання порошку вольфраму з вуглецем при температурах від 2550°F до 2900°F (1400°C до 1600°C) у потоці газоподібного водню.

Відповідно до шкали твердості Моха (міра здатності одного матеріалу подряпати інший), карбід вольфраму має твердість 9,5, що лише трохи нижче, ніж алмаз. З цієї причини вольфрам спікають (процес, який вимагає пресування та нагрівання порошкової форми при високих температурах) для виготовлення виробів, які використовуються для механічної обробки та різання.

Результатом є матеріали, які можуть працювати в умовах високої температури та навантажень, такі як свердла, токарні інструменти, фрези та бронебійні боєприпаси.

Цементований карбід виготовляється з використанням комбінації карбіду вольфраму та порошку кобальту . Він також використовується для виготовлення зносостійких інструментів, таких як ті, що використовуються в гірничодобувній промисловості. Тунелебурильна машина, яка була використана для копання тунелю під Ла-Маншем, що сполучав Великобританію з Європою, фактично була оснащена майже 100 наконечниками з цементованого карбіду.

Вольфрамові сплави

Металевий вольфрам можна поєднувати з іншими металами для підвищення їх міцності та стійкості до зношування та корозії . Сталеві сплави часто містять вольфрам для цих корисних властивостей. Сталь, яка використовується у високошвидкісних додатках — у ріжучих і обробних інструментах, таких як пилкові полотна — містить приблизно 18% вольфраму.

Сплави вольфрамової сталі використовують також у виробництві сопел ракетних двигунів, які повинні мати високі термостійкі властивості. Інші вольфрамові сплави включають стелліт (кобальт, хром і вольфрам), який використовується в підшипниках і поршнях завдяки своїй довговічності та стійкості до зношування, і гевімет, який виготовляється шляхом спікання порошку вольфрамового сплаву та використовується в боєприпасах, стволах для дротиків. і гольф-клуби.

Суперсплави з кобальту, заліза або нікелю разом з вольфрамом можуть бути використані для виробництва лопатей турбін для літаків.

10 фактів про вольфрам – W або атомний номер 74

Вольфрам ( атомний номер 74, символ елемента W) — метал від сіро-сталевого до сріблясто-білого кольору , знайомий багатьом людям як метал , що використовується в нитках розжарювання лампочок. Його символ елемента W походить від старої назви елемента вольфрам. Ось 10 цікавих фактів про вольфрам:

Факти про вольфрам

1. Вольфрам є елементом номер 74 з атомним номером 74 і атомною вагою 183,84. Це один із перехідних металів і має валентність 2, 3, 4, 5 або 6. У сполуках найпоширенішим ступенем окислення є VI. Поширені дві кристалічні форми. Об’ємно-центрована кубічна структура більш стабільна, але інша метастабільна кубічна структура може співіснувати з цією формою.
2. Існування вольфраму було запідозрено в 1781 році, коли Карл Вільгельм Шеєле і Т. О. Бергман виготовили раніше невідому вольфрамову кислоту з матеріалу, який тепер називається шеєліт. У 1783 році іспанські брати Хуан Хосе і Фаусто Д’Ельуяр виділили вольфрам з вольфрамітової руди, і їм приписали відкриття цього елемента.
3. Назва елемента вольфрам походить від назви руди вольфраміт, яка походить від німецького wolf’s rahm , що означає «вовча піна». Таку назву воно отримало тому, що європейські олов’яні заводи помітили, що наявність вольфраміту в олов’яній руді зменшує вихід олова. Те, що багато людей не знають, так це те, що брати Делуяр фактично запропонували назву вольфрам для елемента, оскільки w на той момент не використовувався в іспанській мові. У більшості європейських країн цей елемент був відомий як вольфрам, але англійською його називали вольфрамом (від шведського tung sten , що означає «важкий камінь», посилаючись на вагу шеєлітової руди). У 2005 році Міжнародний союз теоретичної та прикладної хімії повністю відмовився від назви вольфрам, щоб зробити періодичну таблицю однаковою для всіх країн. Ймовірно, це одна з найбільш суперечливих змін назви періодичної таблиці.
4. Вольфрам має найвищу температуру плавлення серед металів (6191,6 °F або 3422 °C), найнижчий тиск пари та найвищу міцність на розрив. Його щільність порівнянна з щільністю золота та урану і в 1,7 рази вище, ніж у свинцю. Хоча чистий елемент можна тягнути, екструдувати, різати, кувати та прясти, будь-які домішки роблять вольфрам крихким і його важко обробляти.
5. Елемент є провідним і стійким до корозії , хоча металеві зразки набувають характерного жовтуватого відтінку під впливом повітря. Також можливий райдужний оксидний шар. Це 4-й найтвердіший елемент після вуглецю, бору та хрому. Вольфрам чутливий до незначного впливу кислот, але стійкий до лугу та кисню.
6. Вольфрам є одним з п’яти тугоплавких металів. Інші метали — ніобій, молібден, тантал і реній. Ці елементи згруповані один біля одного в періодичній таблиці. Тугоплавкі метали – це метали, які виявляють надзвичайно високу стійкість до нагрівання та зношування.
7. Вважається, що вольфрам має низьку токсичність і відіграє біологічну роль в організмах. Це робить його найважчим елементом, який використовується в біохімічних реакціях. Деякі бактерії використовують вольфрам у ферменті, який відновлює карбонові кислоти до альдегідів. У тварин вольфрам перешкоджає метаболізму міді та молібдену, тому вважається малотоксичним.
8. Природний вольфрам складається з п’яти стабільних ізотопів . Ці ізотопи справді зазнають радіоактивного розпаду, але періоди напіврозпаду настільки великі (чотири квінтильйони років), що вони стабільні для будь-яких практичних цілей. Також було визнано щонайменше 30 штучних нестабільних ізотопів.
9. Вольфрам має багато застосувань. Він використовується для ниток розжарення в електричних лампах, у телевізійних та електронних трубках, у металевих випарниках, для електричних контактів, як мішень рентгенівського випромінювання, для нагрівальних елементів і в численних застосуваннях при високих температурах. Вольфрам є звичайним елементом у сплавах , включаючи інструментальні сталі. Його твердість і висока щільність також роблять його чудовим металом для створення проникаючих снарядів. Металевий вольфрам використовується для ущільнень скло-метал. Сполуки елемента використовуються для флуоресцентного освітлення, дублення, мастильних матеріалів і фарб. Сполуки вольфраму знаходять застосування як каталізатори.
10. Джерела вольфраму включають мінерали вольфраміт, шеєліт, ферберит і губнерт. Вважається, що близько 75% світових запасів цього елемента знаходиться в Китаї, хоча інші родовища руди відомі в США, Південній Кореї, Росії, Болівії та Португалії. Елемент отримують шляхом відновлення оксиду вольфраму з руди воднем або вуглецем. Виробництво чистого елемента складно через його високу температуру плавлення.